《纖維增強材》ppt課件

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1、纖維增強材料1玻璃纖維玻璃纖維（GF:GlassFiber），GF于1893年在美國研制成功，并于1938年在美國實現(xiàn)工業(yè)化。自從1946年GF/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料成功的應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機的殼體，由于軍事工業(yè)的需求，GF及其復(fù)合材料在50年代以后得到了迅猛發(fā)展，目前有30多個國家生產(chǎn)GF，品種有4000－5000種。我國于1958年開始生產(chǎn)GF，發(fā)展速度很快，目前產(chǎn)量居世界第5位。但產(chǎn)品等級比較低，對某些高性能的GF目前還不能自主生產(chǎn)。玻璃纖維單絲玻璃纖維單絲的掃描電鏡照片玻璃纖維卷短切玻璃纖維

2、玻璃纖維繩玻璃纖維帶玻璃纖維布一、玻璃纖維的組成玻璃的組成：普通玻璃：SiO2、CaO、Na2O鉀玻璃：SiO2、CaO、K2O硼酸鹽玻璃：SiO2、B2O3（熱穩(wěn)定性好，機械強度高，耐腐蝕）一般SiO2含量高就叫硅酸鹽玻璃，B2O3含量高就叫硼酸鹽玻璃1.1GF的組成硅酸鹽玻璃1.2GF的分類有堿GF：堿性氧化物（K2O，Na2O）含量大于12％:A-GF無堿GF：堿性氧化物含量小于2％:E-GFGF一、按含堿量分中堿GF：堿性氧化物含量6％－12％低堿GF：堿性氧化物含量2％－6％注意：堿性

3、氧化物（助熔氧化物）越多，玻璃纖維的熔點越低，越容易制備，但纖維的強度降低，易吸潮耐酸腐蝕價格便宜強度高，耐熱性能好，電氣性能好，在復(fù)合材料中應(yīng)用多性能差，一般不用于增強材料1.2GF的分類高強GF：StrenghthGF（S-GF）高模GF：ModulsGF(M-GF)GF二、按纖維特性分低介GF：DielectircGF(D-GF)耐腐蝕GF：CorrosionGF(C-GF)注意：GF纖維的特性是由纖維的組成和結(jié)構(gòu)決定的。耐堿GF：Alkali-resistanceGF(AR-GF)>4G

4、Pa>100GPaε<4.0,Tanδ<0.003纖維類別性能A-GFC-GFD-GFE-GFS-GFM-GF拉伸強度，GPa3.13.12.53.44.583.5彈性模量，GPa7374557185110延伸率，%3.63.375.2密度，g/cm32.462.462.142.52.52.89玻璃纖維品種性能一覽表1.2GF的分類粗纖維：直徑大于30μm高級纖維：直徑3－9μmGF三、按纖維直徑初級纖維：直徑20－30μm中級纖維：直徑10－20μm注意：一般直徑小于4μm叫超細(xì)纖維纖維直徑越

5、小，拉伸強度越高1.3GF的性能1.外觀與密度玻璃纖維是光滑的圓柱體，橫斷面幾乎是完整的圓形。玻璃纖維的密度為2.4－2.7g/cm3一般有堿GF：2.4-2.6g/cm3無堿GF：2.6-2.7g/cm3密度比金屬小很大，與鋁密度相近一、物理性能一、物理性能2.玻璃纖維的拉伸強度玻璃纖維的主要特點是拉伸強度高，一般2－5GPa，而一般塊狀玻璃的拉伸強度為0.04-0.1GPa。主要原因：（1）微裂紋理論。玻璃和玻璃纖維存在數(shù)量不一，尺寸不同的微裂紋，受外力時，微裂紋處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，首先產(chǎn)生破

6、壞。GF由于經(jīng)過高溫熔融，均化減少了微裂紋產(chǎn)生的幾率。而且GF斷面少，故微裂紋存在的幾率少。（2）“凍結(jié)”高溫結(jié)構(gòu)理論。玻璃纖維成型過程中，由于冷卻速度快，熔態(tài)的玻璃結(jié)構(gòu)被凍結(jié)起來。從而使GF中結(jié)晶、多晶轉(zhuǎn)變及微觀分層較塊狀玻璃少很多，因此強度高。一、物理性能（3）分子取向假說。在GF成型過程中，由于拉絲機的牽引作用，使GF分子產(chǎn)生定向排列，從而提高了GF的強度。影響GF拉伸強度的因素：（1）纖維長度與直徑直徑：4μm7μm11μm3－3.8GPa1.7－2.1GPa1.1-1.2GPa長度：5

7、mm20mm90mm1.5GPa1.2GPa0.86GPa一、物理性能纖維直徑越粗，長度越長，拉伸強度越低。影響GF拉伸強度的因素：（2）存放時間和負(fù)荷時間隨著存放時間的延長，GF的強度下降。玻纖的老化現(xiàn)象）這是由于水對纖維浸蝕的結(jié)果。隨著負(fù)荷時間的增加，GF的強度下降。當(dāng)環(huán)境濕度高時更明顯一、物理性能影響GF拉伸強度的因素：（3）化學(xué)組成一、物理性能纖維的強度與玻璃的化學(xué)成分關(guān)系密切。通常含堿量越高，強度越低。高強度玻璃纖維強度明顯地高于無堿玻璃纖維。3.玻璃纖維的彈性模量玻璃纖維的彈性模量大

8、約70GPa，與鋁相當(dāng)，只有普通鋼的三分之一，致使復(fù)合材料的剛度較低。加入BeO、MgO能提高玻璃纖維的彈性模量。玻璃纖維是彈性材料，其應(yīng)力－應(yīng)變曲線是一條直線。斷裂伸長率3％左右。一、物理性能4.玻璃纖維的耐磨性和耐扭折性玻璃纖維的耐磨性與耐折性都很差——玻璃纖維的一大缺點水份在摩擦和扭折時，在微裂紋中擴展引起的。必須做適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼Ｈ缬藐栯x子活性劑處理表面后耐磨性提高200倍。一、物理性能5.玻璃纖維的熱性能導(dǎo)熱性。玻璃纖維的導(dǎo)熱性差，常溫下導(dǎo)熱系數(shù)：0.7～20W/m.℃且隨溫度變化小，