初試真題復合材料筆

1、復合材料筆記總論復合材料定義：復合材料是兩種或兩種以上物理化學性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。在復合材料中，通常一相為連續(xù)相，稱為基體；另一相為分散相，稱為增強材料。復合材料的分類：按增強材料的形態(tài)分類連續(xù)纖維復合材料短纖維復合材料粒狀填料復合材料編織復合材料按增強纖維的種類分類玻璃纖維復合材料碳纖維復合材料有機纖維復合材料金屬纖維復合材料陶瓷纖維復合材料此外，如果用兩種或兩種以上纖維增強同一基體制成的復合材料稱為混雜復合材料。按基體材料分類聚合物基復合材料金屬基復合材料無機非金屬基復合材料4.按材料作用分類結(jié)構(gòu)復合材料（用于制造受力構(gòu)件的復合材料）功能復合材料（具有各種特殊性能的復

2、合材料）復合材料的特點可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點，使一種材料具有多種性能，具有天然材料所沒有的性能。可按材料性能的需要進行材料的設(shè)計和制造?？芍瞥伤璧娜我庑螤畹漠a(chǎn)品，可避免多次加工次序。性能的可設(shè)計性是復合材料的最大特點。 影響復合材料性能的因素有：增強材料的性能、含量及分布狀況，基體材料的性能、含量，以及它們之間的界面結(jié)合情況，作為產(chǎn)品還與成型工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。聚合物基復合材料的主要性能比強度大、比模量大耐疲勞性好減震性好過載時安全性好具有多種功能性（耐燒蝕性好較高的比熱、熔融熱和氣化熱有良好的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及減摩特性高度的電絕緣性能優(yōu)良的耐腐蝕性能有特殊的光學、電學、磁

3、學的特性）有很好的加工工藝性金屬基復合材料的主要性能高比強度、高比模量導熱、導電性能熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好良好的高溫性能耐磨性好良好的疲勞性能和斷裂韌性不吸潮、不老化、氣密性好陶瓷基復合材料的主要性能強度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高溫下抗磨損性好、耐化學腐蝕性優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)和相對密度小。但抗彎強度不高，斷裂性低，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的使用?？捎酶邚姸?、高模量的纖維或晶須增強后，其高溫強度和韌性可大幅度提高。水泥基復合材料的主要性能水泥混凝土制品在壓縮強度、熱能等方面具有優(yōu)異的性能，但抗拉伸強度低，破壞前的許用應(yīng)變小，用鋼筋增強后，一直作為常用的建筑材料。但鋼筋混凝土的腐蝕一直是建筑業(yè)的

4、一大難題。在水泥中引入高模量、高強度、輕質(zhì)纖維或晶須增強混凝土，提高混凝土制品的抗拉性能，降低混凝土制品的重量，提高耐腐蝕性能復合材料使用溫度：樹脂基復合材料的使用溫度一般為60250；金屬基復合材料為400-600；陶瓷基復合材料為1000-1500復合材料的硬度主要取決于基體材料性能，一般為陶瓷基復合材料硬度大于金屬基復合材料，金屬基復合材料大于樹脂基復合材料復合材料的力學性能主要取決于增強材料的性能、含量和分布，取決于基體材料的性能和含量。復合材料的耐老化性能取決于基體材料性能和與增強材料的界面粘接。一般來講，陶瓷基復合材料大于金屬基復合材料大于樹脂基復合材料復合材料導熱性能：金屬基復合

5、材料50-65w/(m.k)陶瓷基復合材料0.7-3.5w/(m.k)樹脂基復合材料0.35-0.45w/(m.k)復合材料的耐化學腐蝕性能是通過選擇基體材料來是實現(xiàn)的。一般來講陶瓷基復合材料和樹脂基復合材料的耐化學腐蝕性能比金屬基復合材料優(yōu)越從生產(chǎn)工藝的難易程度和成本高低方面分析，樹脂基復合材料生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品成本最低；金屬基復合材料次之；陶瓷基復合材料工藝復雜，產(chǎn)品成本也最高。復合材料設(shè)計的三個層次復合材料設(shè)計的三個層次分別為單層材料設(shè)計、鋪層設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計。單層材料設(shè)計包括正確選擇增強材料、基體材料及其配比，該層次決定單層板的性能；鋪層設(shè)計包括對鋪層材料的鋪層方案做出合理的安排，該層次

6、決定層合板的性能；結(jié)構(gòu)設(shè)計則最后確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸。這三個設(shè)計層次互為前提、互為影響、互為依賴。 復合材料的基體材料金屬材料選擇基體的原則金屬基復合材料的使用要求航天航空技術(shù)中高比強度、比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。作為飛行器和衛(wèi)星構(gòu)件宜選用密度小的輕金屬合金鎂合金和鋁合金作為基體，與高強度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁復合材料高性能發(fā)動機則要求復合材料不僅有高比強度、比模量性能，還要求復合材料具有優(yōu)良的耐高溫性能，能在高溫、氧化性氣氛中正常工作。一般的鎂、鋁合金就不宜選用，而需選擇鈦基合金、鎳基合金以及金屬間化合物作基體材料。如碳化硅/鈦、鎢絲/鎳基

7、超合金復合材料汽車發(fā)動機中要求其零件耐熱 、耐磨、導熱、一定的高溫強度等，同時又要求成本低廉，適合批量生產(chǎn)，則選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維組成顆粒（短纖維）/鋁基復合材料。如碳化硅/鋁、碳纖維/鋁、氧化鋁/鋁復合材料工業(yè)集成電路需要高導熱、低膨脹的金屬基復合材料作為散熱元件和基板。選用具有高導熱率的銀、銅、鋁等金屬作為基體于高導熱性、低膨脹的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、碳化硅顆粒復合成具有低熱膨脹系數(shù)和高導熱率、高比強度、比模量等性能的金屬基復合材料金屬基復合材料的組成特點在連續(xù)纖維增強金屬基復合材料中基體的主要作用應(yīng)是以充分發(fā)揮增強纖維的性能為主，基體本身應(yīng)與纖維有良好的相容性和

8、塑性，而并不要求基體本身有很高的強度；對于非連續(xù)增強（顆粒、晶須、短纖維）金屬基復合材料，基體是主要的承載物，基體的強度對非連續(xù)增強金屬基復合材料具有決定性的影響?；w金屬與增強物的相容性 由于金屬基復合材料需要在高溫下成型，所以在金屬基復合材料制備過程中金屬基體與增強物在高溫復合過程中，處于熱力學不平衡狀態(tài)下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生化學反應(yīng)，在界面形成反應(yīng)層。這種界面反應(yīng)層大多是脆性的，當反應(yīng)達到一定厚度后，材料受力時將會因界面層的斷裂延伸率小而產(chǎn)生裂紋，并向周圍纖維擴展，容易引起纖維斷裂，導致復合材料整體破壞。再者，由于基體金屬中往往含有不同類型的合金元素，這些合金元素與增強物的反應(yīng)程度

9、不同，反應(yīng)后生成的反應(yīng)產(chǎn)物也不同，需在選用基體合金成分時充分考慮，盡可能選擇既有利于金屬與增強物侵潤復合，又有利于形成合適穩(wěn)定界面的合金元素。鐵、鎳等元素是促進碳石墨化的元素，用鐵、鎳作為基體，碳（石墨）纖維作為增強物是不可取的。鐵、鎳元素在高溫時能有效的促進碳纖維石墨化，破壞了碳纖維的結(jié)構(gòu)，使其喪失了原有的強度，做成復合材料不可能具備高的性能。因此，在選擇基體時應(yīng)盡充分注意與增強物的相容性（特別是化學相容性），并考慮到盡可能在金屬基復合材料成型過程中，抑制界面反應(yīng)。結(jié)構(gòu)復合材料的基體結(jié)構(gòu)用復合材料基體大致可分為輕金屬基體和耐熱合金基體兩大類。用于450以下的輕金屬基體鋁基和鎂基復合材料連續(xù)纖

10、維增強金屬基復合材料一般選用純鋁或含合金元素少的單相鋁合金，而顆粒、晶須增強金屬基復合材料則選擇具有高強度的鋁合金。用于450-700的復合材料的金屬基體鈦合金具有相對密度小、耐腐蝕、耐氧化、強度高等特點，是一種可在450-700溫度下使用的合金。用高性能碳化硅纖維、碳化鈦顆粒、硼化鈦顆粒增強鈦合金，可以獲得更高的高溫性能。用于1000以上的高溫復合材料的金屬基體用于1000以上的高溫復合材料的金屬基體材料主要是鎳基，鐵基耐熱合金和金屬間化合物，較成熟的是鎳基、鐵基高溫合金。用鎢絲、釷鎢絲增強鎳基合金可以大幅度提高其高溫性能-高溫持久性能和高溫蠕變性能。功能用金屬基復合材料的基體用于電子封裝的

11、金屬基復合材料有：高碳化硅顆粒含量的鋁基（SiCp/Al）、銅基（SiCp/Cu）復合材料，高模、超高模石墨纖維增強鋁基(Gr/Al)、銅基復合材料(Gr/Cu)，金剛石顆?；蚨嗑Ы饎偸w維鋁、銅復合材料，硼/鋁復合材料等，其基體主要是純鋁或純銅。（耐高溫、導熱性好、熱膨脹系數(shù)?。┯糜谀湍チ悴考慕饘倩鶑秃喜牧嫌校禾蓟琛⒀趸X、石墨顆粒、晶須、纖維等增強鋁、鎂、銅、鋅、鉛等金屬基復合材料，所用金屬基體主要是常用的鋁、鎂、銅、鋅、鉛等金屬及合金。（耐高溫磨擦）用于集電和電觸頭的金屬基復合材料有：碳（石墨）纖維、金屬絲、陶瓷顆粒增強鋁、銅、銀及合金等。（耐電弧，耐燒蝕）總結(jié)：功能用金屬基復合材料

12、所用的金屬基體均具有良好的導熱、導電性和良好的力學性能，但有熱膨脹系數(shù)大、耐電弧燒蝕性差等缺點。通過在這些基體中加入合適的增強物就可以得到優(yōu)異的綜合物理性能，滿足各種特殊需要。如：在純鋁中加入導熱性好、彈性模量大、熱膨脹系數(shù)小的石墨纖維、碳化硅顆粒就可使這類復合材料具有很高的導熱系數(shù)和很小的熱膨脹系數(shù)，滿足了集成電路封裝散熱的需要。無機凝膠材料無機凝膠材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。在無機膠凝材料基增強塑料中，研究應(yīng)用最多的是纖維增強水泥基增強塑料。它是以水泥凈漿、砂漿或混凝土為基體，以短切纖維或連續(xù)纖維為增強材料組成的。水泥基體材料水泥基體材料的特征水泥基體為多孔體系，其孔隙尺寸可

13、由十分之幾納米到數(shù)十納米?？障洞嬖诓粌H會影響基體本身的性能，也會影響纖維與基體的界面粘接。纖維與水泥的彈性模量比不大，因水泥的彈性模量不樹脂的高，對多數(shù)有機纖維而言，與水泥的彈性模量比甚至小于1，這意味著在纖維增強水泥復合材料中應(yīng)力的傳遞效應(yīng)遠不如纖維增強樹脂。水泥基材的斷裂延伸率較低，僅是樹脂基材的1/10-1/20，故在纖維尚未從水泥基材中拔出拉斷前，水泥基材即行開裂。水泥基材中含有粉末或顆粒狀的物料，與纖維呈點接觸，故纖維的摻量受到很大限制。樹脂基體在未固化前是粘稠液體，可較好的浸透纖維中，故纖維的摻量可高些。水泥基材呈堿性，對金屬纖維可起保護作用，但對大多數(shù)礦物纖維是不利的。水泥基體的

14、水化機理在硅酸鹽孰料中，硅酸鹽礦物硅酸三鈣、硅酸二鈣約占75%，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣的固溶體約占20%。硅酸三鈣和硅酸二鈣的主要水化反應(yīng)產(chǎn)物是水化硅酸鈣與氫氧化鈣，即Ca(OH)2晶體。反應(yīng)式如下：3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)22CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(2-x)Ca(OH)2Ca(OH)2早期大量生成，初生成時，為六角形的薄片，以后逐漸增厚并失去六角形輪廓。Ca(OH)2晶體與水化硅酸鈣交叉在一起，對水泥石的強度及其與集料顆粒、纖維的膠結(jié)起著主要作用。CSH纖維狀晶體，在水泥石長期水化中，仍繼續(xù)存在，并且

15、還可發(fā)育生長，有的可長達十幾微米。長纖維網(wǎng)絡(luò)起著改善水泥石本身強度和變形的作用。水泥中的鐵鋁酸鹽相在水化時，可生成形態(tài)與結(jié)晶完全不同的三種水化產(chǎn)物：鈣礬石、單硫相和水化石榴石的固溶體。由于硅酸鹽水泥水化過程中產(chǎn)生大量Ca(OH)2，故其水泥石孔隙液相的pH值很高，一般在12.5-13.0硫鋁酸鹽孰料的主要礦物成分為無水硫鋁酸鈣（3CaO.3Al2O3.CaSO4）與貝塔-C2S。當85%-90%的硫鋁酸鹽孰料與10%-15%的二水石膏粉可得硫鋁酸鹽型早強水。在水化時，無水硫酸鈣與二水石膏反應(yīng)生成鈣礬石與鋁膠，其反應(yīng)式如下：3CaO.3Al2O3.CaSO4+2CaSO4.2H2O+34H2O=

16、3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+2Al2O3.3H2O另外， Ca(OH)2與鋁膠、二水石膏反應(yīng)生成鈣礬石，其反應(yīng)式如下：3Ca(OH)2+ Al2O3.3H2O+ CaSO4.2H2O= 2CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O由于硫鋁酸鹽早強中的石膏含量不足，故全部Ca(OH)2被結(jié)合生成鈣礬石，因此這種水泥硬化體孔隙中液相的pH值為11.5左右硫鋁酸鹽型低堿水泥是由30%-40%的硫鋁酸鹽孰料與30%-70%的硬石膏制成的。由于這種水泥的石膏含量較高，故貝塔-2CaO.SiO2水化生成的Ca(OH)2，幾乎皆可與鋁膠、石膏反應(yīng)生成鈣礬石，故使硬化體孔隙中液相的pH只

17、有10.5左右。（堿度在水泥中最低）氯氧鎂水泥氯氧鎂水泥基復合材料是以氯氧鎂水泥為基體，以各種類型的纖維增強材料及不同的外加劑所組成，用一定的加工方法復合而成的一種多相固體材料，隸屬于無機膠凝材料基復合材料。它具有質(zhì)量輕、強度高、不燃燒、成本低和生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點。（MgO-MgCl2-H2O三元體系）因其水化物的耐水性較差，限制了其開發(fā)和應(yīng)用?？稍谂浞街幸氩煌愋偷目顾酝饧觿?，改進生產(chǎn)工藝。氯氧鎂水泥的主要成分是菱苦土（MgO）。鎂水泥復合材料廣泛采用的是玻璃纖維、石棉纖維和木質(zhì)纖維增強材料，為改善制品性能還添加各種粉狀填料（滑石粉、二氧化硅粉等）及抗水性外加劑。其生產(chǎn)方法根據(jù)所用纖維材

18、料的形式不同而異，有鋪網(wǎng)法（即用玻璃纖維網(wǎng)格布增強水泥砂漿）、噴射法（即用連續(xù)纖維切短后與水泥砂漿同時噴射到模具中）、預拌法（即短切纖維與水泥砂漿通過機械攪拌混合后，澆注到模具中）3.陶瓷材料傳統(tǒng)的陶瓷是指陶器和瓷器，也包括玻璃、水泥、搪瓷、磚瓦等人造無機非金屬材料。陶瓷是金屬和非金屬元素的固體化合物，其鍵合為共價鍵和離子鍵，與金屬不同，它們不含有大量電子。一般而言，陶瓷具有比金屬更高的熔點和硬度，化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐熱性、抗老化性皆佳。通常陶瓷是絕緣體，在高溫下也可以導電，但比金屬導電性差得多。陶瓷存在致命的弱點，即脆性強，韌性差，很容易因存在裂紋、空隙、雜質(zhì)等細微缺陷而破碎，引起不可預測的

19、災難性后果，因而大大限制了陶瓷作為承載結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。在陶瓷基體中添加其他成分，如陶瓷粒子、纖維或晶須，可提高陶瓷的韌性。用作基體材料使用的陶瓷一般應(yīng)具有優(yōu)異的耐高溫性質(zhì)、與纖維或晶須之間有良好的界面相容性以及較好的工藝性能等。常用的陶瓷基體主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。玻璃玻璃是通過無機材料高溫燒結(jié)而成的一種陶瓷材料。與其他陶瓷材料不同，玻璃在熔體后不經(jīng)結(jié)晶而冷卻成為堅硬的無機材料，即具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是玻璃的特征之一。玻璃坯體的燒結(jié)過程中，由于復雜的物理化學反應(yīng)產(chǎn)生不平衡的酸性和堿性氧化物的熔融液相，其粘度較大，并在冷卻過程中進一步迅速增大。一般當粘度增大到一定程度，熔體

20、硬化并轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄腆w性質(zhì)的無定形物體即玻璃。此時相應(yīng)的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。當溫度低于Tg時，玻璃表現(xiàn)出脆性。加熱時玻璃熔體的粘度降低，在達到某一粘度所對應(yīng)的溫度時，玻璃顯著軟化，這一溫度稱為軟化溫度（Tf）。Tg和Tf的高低主要取決于玻璃的成分。玻璃陶瓷許多無機玻璃可以通過適當?shù)臒崽幚硎蛊溆煞蔷B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，這一過程稱為反玻璃化。由于反玻璃化使玻璃成為多晶體，透光性變差，而且因體積變化還會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，影響材料強度，所以通常應(yīng)當避免發(fā)生反玻璃化過程。但對于某些玻璃，反玻璃化過程可以控制，最后能夠得到無殘余應(yīng)力的微晶玻璃，這種材料稱為玻璃陶瓷。為了實現(xiàn)反玻璃化，需要加入成核劑（如TiO

21、2）。玻璃陶瓷具有熱膨脹系數(shù)小、力學性能好和導熱系數(shù)較大等特點。氧化物陶瓷作為基體材料使用的氧化物陶瓷主要有Al2O3,MgO,SiO2,ZrO2,莫來石（3Al2O3.2SiO2）等，它們的熔點在2000以上。氧化物陶瓷主要為單相多晶結(jié)構(gòu)，除晶相外，可能還含有少量氣相（氣孔），微晶氧化物的強度較高，粗晶結(jié)構(gòu)時，晶界面上的殘余應(yīng)力較大，對強度不利，氧化物陶瓷的強度隨環(huán)境溫度的升高而降低，但在1000以下降低較小。這類陶瓷基復合材料應(yīng)避免在高應(yīng)力和高溫環(huán)境下使用。這是由于Al2O3和 ZrO2的抗熱震性較差，SiO2在高溫下容易發(fā)生蠕變和相變，雖然莫來石具有較好的抗蠕變性能和較低的熱膨脹系數(shù)，但

22、使用溫度也不宜超過1200非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷是指不含氧的氮化物、碳化物、硼化物和硅化物。它們的特點是耐火性和耐磨性好，硬度高，但脆性也很強。聚合物材料聚合物基體的種類不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及各種熱塑性聚合物不飽和聚酯樹脂特點：工藝性良好，它能在室溫下固化，常壓下成型，工藝裝置簡單，這也是它與環(huán)氧、酚醛樹脂相比最突出的優(yōu)點。固化后樹脂綜合性能良好，但力學性能不如酚醛樹脂。它的價格比環(huán)氧樹脂低的多，只比酚醛樹脂略貴一點。它的缺點是固化時體積收縮率大、耐熱性差等。（很少用作碳纖維復合材料的基體材料。）環(huán)氧樹脂具有一系列可貴性能，應(yīng)用廣泛。酚醛樹脂的特點：加熱條件下即能固化，無須添加

23、固化劑，酸、堿對固化反應(yīng)起促進作用，樹脂固化過程中有小分子析出，故樹脂固化需在高壓下進行，固化時體積收縮率大，樹脂對纖維的粘附性不夠好，已固化的樹脂有良好的壓縮性能，良好的耐水、耐化學介質(zhì)和耐腐蝕性能，但斷裂延伸率低，脆性大。聚合物基體的組分聚合物是聚合物基復合樹脂的主要組分。基體很少是單一的聚合物，還有其他的組分（固化劑，稀釋劑、增韌劑、催化劑等）聚合物基體的作用把纖維粘在一起；分配纖維間的載荷；保護纖維不受環(huán)境影響。聚合物的結(jié)構(gòu)聚合物是巨型的鏈狀分子，其中碳原子共價鍵結(jié)合形成此種鏈狀分子的骨架。由一些小分子構(gòu)成大分子的過程稱為聚合反應(yīng)，聚合物的基本結(jié)構(gòu)單元稱為聚合物的單體或重復單元。聚合物

24、的分子鏈由大量相同或不相同的結(jié)構(gòu)單元組成，一條長鏈由兩價、三價或四價結(jié)構(gòu)基團連接而成。聚合物通過共價鍵連成線型、支鏈型或網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)。聚合物的性能力學性能 決定聚合物強度的主要因素是分子內(nèi)及分子間的作用力，聚合物材料的破壞，無非是聚合物主鏈上化學鍵的斷裂或是聚合物分子鏈間相互作用力的破壞。因此從構(gòu)成聚合物分子鏈的化學鍵的強度和分子間相互作用力的強度，可以估算聚合物材料的理論強度。熱塑性樹脂在力學性能上有如下幾個顯著特點：具有明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象；在外力作用下，形變較大，當應(yīng)變速度不太大時，可具有相當大的斷裂延伸率抗沖擊性能好。復合材料基體樹脂強度與復合材料的力學性能之間的關(guān)系不能一概而論，基體在復

25、合材料中的一個重要作用是在纖維之間傳遞應(yīng)力，基體的粘接力和模量是支配基體傳遞應(yīng)力性能的兩個最重要的因素，這兩個因素的聯(lián)合作用，可影響到復合材料拉伸時的破壞模式。如果基體彈性模量低，纖維受拉時將各自單獨的受力，其破壞模式是一種發(fā)展式的纖維斷裂，由于這種破壞模式不存在疊加作用，其平均強度是很低的。反之，如基體在受拉仍有足夠的粘接力和彈性模量，復合材料中的纖維將表現(xiàn)為一個整體，可以預料強度是很高的。耐熱性能（a）聚合物的結(jié)構(gòu)與耐熱性從聚合物結(jié)構(gòu)上分析，為改善材料耐熱性能，聚合物需具有剛性分子鏈、結(jié)晶性或交聯(lián)結(jié)構(gòu)。為提高耐熱性，首先是選用能產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)的的聚合物，如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機硅

26、樹脂等，此外，工藝條件的選擇會影響聚合物的交聯(lián)密度，因而也影響耐熱性。提高耐熱性的第二個途徑是增加高分子鏈的剛性。因此在高分子鏈中減少單鍵，引進共價雙鍵、叁鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)（包括脂環(huán)、芳環(huán)或雜環(huán)等），對提高聚合物的耐熱性很有效果。最后應(yīng)該指出，結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚合物以及那些分子間相互作用強烈的聚合物均具有較大的結(jié)晶能力，結(jié)晶聚合物的熔融溫度大大高于相應(yīng)的非結(jié)晶的聚合物。(b)聚合物的熱穩(wěn)定性在高溫下加熱聚合物可以引起兩類反應(yīng)，即降解和交聯(lián)。降解指聚合物主鏈的斷裂，它導致相對分子質(zhì)量下降，使材料的物理力學性能變壞。交聯(lián)是指某些聚合物交聯(lián)過度而使聚合物變硬、發(fā)脆，使物理力學性能變壞。提高熱穩(wěn)定性的途徑有：提

27、高聚合物分子鏈的鍵能，避免弱鍵的存在。如C-H中的氫完全為氟原子所取代而形成C-F鍵，則可大大提高聚合物的熱穩(wěn)定性。如果在聚合物鏈中盡量引入較大比例的芳環(huán)和雜環(huán)，可以增加聚合物的熱穩(wěn)定性，聚合物的分子結(jié)構(gòu)含有“梯形”、“螺形”和“片狀”結(jié)構(gòu)，并有好的熱穩(wěn)定性。耐腐蝕性能與樹脂的類別和性能有很大的關(guān)系，樹脂含量尤其是表面樹脂的含量有密切關(guān)系。介電性能聚合物作為一種有機材料，具有良好的電絕緣性能。一般來講，樹脂大分子的極性越大，則介電常數(shù)也越大、電阻率也越小、擊穿電壓也越小、介質(zhì)損耗角值則越大，材料的介電性能越差。熱固性樹脂不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂及其特點不飽和聚酯樹脂是指有線型結(jié)構(gòu)的，主鏈上

28、同時具有重復酯鍵及不飽和雙鍵的一類聚合物。按其化學結(jié)構(gòu)分類可分為順酐型、丙烯酸型、丙烯酸環(huán)氧酯型和丙烯酸聚酯樹脂不飽和聚酯的主要優(yōu)點：工藝性能良好，如室溫下粘度低，可以在室溫下固化，在常壓下成型，顏色淺，可以制作彩色制品，有多種措施來調(diào)節(jié)其工藝性能等；固化后樹脂的綜合性能良好，并有多種專用樹脂適應(yīng)不同用途的需要；價格低廉，其價格遠低于環(huán)氧樹脂，略高于酚醛樹脂。主要缺點是：固化時體積收縮率較大，成型時氣味和毒性較大，耐熱性、強度和模量都較低，易變性，因此很少用于受力較強的制品中。交聯(lián)劑、引發(fā)劑和促進劑交聯(lián)劑不飽和聚酯分子鏈中含有不飽和雙鍵，因而在熱的作用下通過這些雙鍵，大分子鏈之間可以交聯(lián)起來，

29、變成體型結(jié)構(gòu)。但這種交聯(lián)產(chǎn)物很脆，沒有實用價值。實際中經(jīng)常把線型不飽和聚酯溶于烯類單體中，使聚酯中的雙鍵間發(fā)生共聚合反應(yīng)，得到體型產(chǎn)物，以改善固化后樹脂的性能。烯類單體在這里既是溶劑，又是交聯(lián)劑。已固化樹脂的性能，不僅與聚酯本身的化學結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與所選用的交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)及用量有關(guān)。同時，交聯(lián)劑的選擇和用量還直接影響著樹脂的工藝性能。應(yīng)用最廣泛的交聯(lián)劑是苯乙烯，其他還有甲基丙烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯、三聚氰酸三丙烯酯等。引發(fā)劑引發(fā)劑一般為有機過氧化物，它的特性通常用臨界溫度和半衰期來表示。臨界溫度是指有機過氧化物具有引發(fā)活性的最低溫度，在此溫度下過氧化物開始以可以察覺的速度分解形成

30、游離基，從而引發(fā)不飽和聚酯樹脂可以觀察的速度進行固化。半衰期是指在給定的溫度條件下，有機過氧化物分解一半所需要的時間。過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲酰、過氧化環(huán)己酮、過氧化甲乙酮促進劑促進劑的作用是把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。促進劑種類很多，各有其適用性。對過氧化物的有效促進劑有二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。對氫過氧化物有效的促進劑大都是具有變價的金屬鈷，如環(huán)烷酸鈷、萘酸鈷等。常用苯乙烯講促進劑配成較稀的溶液。不飽和聚酯樹脂固化特點不飽和聚酯樹脂的固化時一個放熱反應(yīng)，其過程可分為三個階段（a）膠凝階段從加入促進劑后到樹脂變成膠凝狀態(tài)的一段時間。這段時間對玻璃鋼制品的成型工起決定性作

31、用，是固化過程最重要的階段。影響膠凝時間的因素很多，如阻聚劑、引發(fā)劑和促進劑的加入量，環(huán)境溫度和濕度，樹脂的體積，交聯(lián)劑蒸發(fā)損失等。 (b)硬化階段硬化階段是從樹脂開始膠凝到一定硬度，能把制品從模具上取下為止的一段時間。(c)完全固化階段在室溫下，這段時間可能要幾天至幾星期。完全固化通常是在室溫下進行，并用后處理的方法來加速，如在80保溫3小時。但在后處理之前，室溫下至少要放置24小時，這段時間越長，制品系數(shù)率越小，性能也越好。不飽和聚酯樹脂的增粘特性在堿土金屬氧化物或氫氧化物，例如MgO,CaO,Ca(OH)2,Mg(OH)2等作用下，不飽和聚酯樹脂很快稠化，形成凝膠狀物，這種能使不飽和聚酯

32、樹脂粘度增加的物質(zhì)，稱為增粘劑。它使起始粘度為0.1-1.0Pa.s的粘性液體狀樹脂，在短時間內(nèi)粘度劇增至1000Pa.s以上，直至成為不能流動、不粘手的類似凝膠狀物，這一過程稱為增粘過程。樹脂處于這一狀態(tài)時并未交聯(lián)，在合適的溶劑中仍可溶解，加熱時有良好的流動性。目前已利用不飽和聚酯樹脂的這一增粘特性來制備聚酯預混料：片狀模壓料和團狀壓塑料環(huán)氧樹脂凡是含有二個以上環(huán)氧基的高聚物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。按原料組分而言有雙酚型環(huán)氧樹脂，非雙酚型環(huán)氧樹脂以及脂環(huán)族環(huán)氧化合物和脂肪族環(huán)氧化合物等新型環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的種類A.雙酚型環(huán)氧樹脂以雙酚化合物為原料，制成環(huán)氧樹脂，統(tǒng)稱為雙酚型環(huán)氧樹脂，有雙酚A型，雙

33、酚F型，雙酚PA型和間苯二酚環(huán)氧樹脂等（a）雙酚A型環(huán)氧樹脂環(huán)氧丙烷與二酚基丙烷等在堿性介質(zhì)中縮聚而成的，屬縮水甘油醚類。結(jié)構(gòu)通式如下：（b）雙酚F型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)通式：特點是粘度小，只有雙酚A型環(huán)氧樹脂的1/3左右。它所用的固化劑以及固化物性能與雙酚A型環(huán)氧樹脂相似。（c）雙酚S型環(huán)氧樹脂是以4,4-二羥基二苯砜（雙酚S）與過量環(huán)氧氯丙烷在氫氧化鈉催化劑存在下合成樹脂。這種樹脂的特點是熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性比雙酚A型樹脂好得多，對玻璃纖維有較好的潤濕性，制品尺寸穩(wěn)定性好。（d）間苯二酚環(huán)氧樹脂由間苯二酚與甲醛（或丁醛等）在草酸催化下結(jié)合成低相對分子質(zhì)量的酚醛樹脂后，再在氫氧化鈉催化下與環(huán)氧氯丙烷反

34、應(yīng)制成的環(huán)氧樹脂。特點是具有較高的活性，其制品有良好的電絕緣性和耐熱及耐化學腐蝕性。主要用作纖維增強塑料、膠粘劑、涂料和耐高溫的澆注料B.非雙酚型環(huán)氧樹脂它是由環(huán)氧氯丙烷與多元醇、多元酸、多元酯或多元胺等縮合而成的樹脂。品種有酚醛環(huán)氧、三聚氰酸環(huán)氧、氨基環(huán)氧樹脂等（a）酚醛環(huán)氧樹脂它是由環(huán)氧氯丙烷與線型酚醛樹脂在氫氧化鈉存在下縮合而成的高粘性樹脂。結(jié)構(gòu)式如下：（b）三聚氰酸環(huán)氧樹脂他是由三聚氰酸與環(huán)氧氯丙烷在氫氧化鈉存在下結(jié)合而成的，為三聚氰酸三環(huán)氧丙酯與異三聚氰酸三環(huán)氧丙酯的混合物。結(jié)構(gòu)式如下：從結(jié)構(gòu)式可以看出，含有三個環(huán)氧基，固化后交聯(lián)密度大，因此，有優(yōu)良的耐熱性。同時它的主體是三氮雜環(huán)，

35、化學穩(wěn)定性高，耐紫外線和大氣老化性能好，而且更為突出的是成分中氮含量較高（14%），有自熄性，耐電弧性等特點。C.有機硅環(huán)氧樹脂在有機硅環(huán)氧樹脂中，有一種線型的樹脂，它是以環(huán)氧丙烷丙烯醚與聚硅氧烷中的活潑氫發(fā)生加成反應(yīng)制得的。這種樹脂具有耐高溫性能，其纖維增強物的層壓板比有機硅樹脂纖維增強物層壓板的抗劈、彎曲和層間剪切強度等都有很大的提高。D.胺基環(huán)氧樹脂它是由胺的化合物和環(huán)氧氯丙烷縮合而成的，屬于縮水甘油胺。（a）四官能團胺基環(huán)氧樹脂這種樹脂的特點是韌性好、耐熱、耐有機溶劑和堿，但耐無機酸差。（b）對氨基苯酚環(huán)氧樹脂它是由對氨基苯酚和環(huán)氧氯丙烷在苛性堿介質(zhì)中反應(yīng)生成的，是一種性能良好的新型環(huán)

36、氧樹脂。這種樹脂粘附力較好。E.縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂這種環(huán)氧樹脂具有粘度較低，反應(yīng)活性高，固化物力學性能好，粘接強度大，耐氣候性能、電性能優(yōu)良的特點F.脂環(huán)族環(huán)氧樹脂脂環(huán)族環(huán)氧樹脂是脂環(huán)族環(huán)氧化合物，它是以脂環(huán)烯烴通過過氧化物（如過氧化乙酸）環(huán)氧化而制得的。特點：由于它的環(huán)氧基都直接連接在脂環(huán)上，固化后得到含脂環(huán)的剛性結(jié)構(gòu)物，具有高的熱變形溫度和熱穩(wěn)定性。又因無苯基結(jié)構(gòu)存在耐紫外線，耐氣候性良好，此外還有粘度低、工藝性好等優(yōu)點。但它需要加熱固化成型，同時要以刺激眼睛的酸酐類作為固化劑，操作麻煩。G.脂肪族環(huán)氧樹脂這種環(huán)氧樹脂是以脂肪烯烴通過過氧化物環(huán)氧化而制得的。典型代表是環(huán)氧化聚丁二烯樹脂。

37、這種樹脂是以1,3-丁二烯為原料，用金屬鈉為催化劑在溶劑（苯或庚烷）中聚合，得到低相對分子質(zhì)量的液體聚丁二烯，再用過氧化酸（如過氧化醋酸）等氧化而成的聚丁二烯環(huán)氧樹脂。結(jié)構(gòu)式如下：從結(jié)構(gòu)中可以看出具有活性的環(huán)氧基、羥基和雙鍵為多官能團的環(huán)氧樹脂。主要特點：產(chǎn)物可以從橡膠狀到堅硬固體，耐沖擊性能突出，蠕變小，但成型收縮率大環(huán)氧樹脂的固化劑環(huán)氧樹脂是線性結(jié)構(gòu)的，必須加入固化劑使它變?yōu)椴蝗懿蝗鄣木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹脂才有用處。環(huán)氧樹脂的固化劑按固化工藝歷程可分為三大類：含有活潑氫的化合物，它仍在固化時發(fā)生加成聚合反應(yīng)；離子型引發(fā)劑，它們可進一步分為陰離子和陽離子二種；交聯(lián)劑，它們能與雙酚A型環(huán)氧樹脂的氫氧基

38、進行交聯(lián)。凡能與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)使樹脂固化的物質(zhì)統(tǒng)稱為固化劑或硬化劑，發(fā)生反應(yīng)的過程叫做固化、硬化或變定。固化劑的種類很多，通常有胺類固化劑、酸酐類固化劑。咪唑類固化劑、潛伏性固化劑、以及其他類型的固化劑。酚醛樹脂系酚醛縮合物。優(yōu)點是比環(huán)氧樹脂價格便宜，但有吸附性不好，收縮率高、成型壓力高、制品空隙含量高等性缺點。較少用酚醛樹脂來制造碳纖維復合材料。酚醛樹脂的種類通常酚醛樹脂按酚類和醛類配比用量不同和使用的催化劑不同，將所得的酚醛樹脂分為熱固性（酚與醛的摩爾比小于0.9）和熱塑性樹脂兩大類。（a）氨酚醛樹脂以苯酚與甲醛在氨水存在下經(jīng)縮聚，脫水而制成的酚醛樹脂，以乙醇為溶劑配制成膠液。（

39、b）鎂酚醛樹脂用苯酚與甲醛（1:1.33）和少量苯胺在氧化鎂催化劑的作用下經(jīng)縮聚，脫水而制成的酚醛樹脂。（c）鋇酚醛樹脂用苯酚和甲醛為原料，在Ba(OH)2的催化劑作用下，經(jīng)縮聚、中和、過濾及脫水而制成的一種熱固性酚醛樹脂。它的主要特點是粘度小，固化速度快，適于低壓成型和纏繞成型工藝。（d）鈉酚醛樹脂用苯酚和甲醛在Na2CO3存在下經(jīng)縮聚反應(yīng)后制成的酚醛樹脂。（e）改性酚醛樹脂酚醛樹脂的固化于固化劑酚醛樹脂固化方法有兩種：加熱固化，不加任何固化劑通過加熱的辦法，依靠酚醛結(jié)構(gòu)本身的羥甲基等活性基團，進行化學反應(yīng)而固化；通過加入固化劑使樹脂發(fā)生固化。常用的固化劑有兩類：線型酚醛樹脂（二步法樹脂），

40、用六次甲基四胺等固化劑，再通過加熱進行固化；甲階熱固性酚醛樹脂，用有機酸作為固化劑，常用的固化劑有：苯磺酸、甲基苯磺酸、苯磺酰氯、石油磺酸、硫酸-硫酸乙酯等（常溫下使用）酚醛樹脂的改性僅由苯酚加甲醛縮合而成的酚醛樹脂，存在脆性，粘附力小等缺點，進行改性的方法有：（a）聚乙烯醇縮丁醛改性酚醛樹脂用聚乙烯醇縮丁醛的酒精溶液加到鎂酚醛樹脂中，配成膠液樹脂。這種樹脂的特點是具有良好的流動性，適于模壓成型，制品具有較高的機械強度，良好的電絕緣性及磁熱性。（b）苯胺改性酚醛樹脂以苯胺、苯酚與甲醛按0.63:1.00:2.10比的用量，在烏洛托品（六次甲基四胺）催化劑的存在下，與90-98回流反應(yīng)后，經(jīng)脫水

41、而成樹脂，再用甲苯、乙醇配成溶液。該樹脂具有優(yōu)良的電性能，若在縮合時加入苯胺的用量越多，則樹脂中苯酚醛結(jié)構(gòu)上的羥基越少，電性能越好，而耐熱性降低。（c）二甲苯改性的酚醛樹脂是由二甲苯和甲醛在硫酸催化下經(jīng)縮合反應(yīng)而生成的產(chǎn)物，再與苯酚和甲醛進行反應(yīng)而制得的樹脂。它是一種優(yōu)良的耐熱的高頻絕緣材料，而且耐腐蝕性能優(yōu)良，但玻璃鋼成型工藝較其他酚醛樹脂差。（d）硼改性的酚醛樹脂利用硼酸與苯酚反應(yīng)，生成硼酸酚，再與甲醛或多聚甲醛水溶液反應(yīng)，可生成一個含硼的酚醛樹脂。這種樹脂改善了原有酚醛樹脂的脆性和吸水性，提高了玻璃鋼制品的機械強度和耐熱性。其他熱固性樹脂呋喃樹脂凡是含有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的樹脂統(tǒng)稱為呋喃樹脂。這

42、類樹脂是以雜環(huán)為主鏈，因此具有較高的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕等優(yōu)良性能，而且原材料取之于農(nóng)副產(chǎn)物，其來源方便。缺點是機械性能較差，特別脆，成型需要加壓加熱固化等條件，影響它的使用和推廣。乙烯基酯樹脂乙烯基酯樹脂是環(huán)氧丙烯酸酯類樹脂或稱不飽和環(huán)氧樹脂，它通常是由低相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂與不飽和一元酸（丙烯酸）通過開環(huán)加成反應(yīng)而制得的化合物。這類化合物可單獨固化，但一般都把它溶解在苯乙烯等反應(yīng)性單體的活性稀釋劑中來使用，結(jié)構(gòu)式如下：從結(jié)構(gòu)式可以看出，該類樹脂保留了環(huán)氧樹脂的基本鏈段，又有不飽和聚酯樹脂的不飽和雙鍵，可以室溫固化。有機硅樹脂有機硅樹脂是一類由交替的硅和氧原子組成骨架，不同的有機基再與硅原子聯(lián)結(jié)

43、的聚合物的統(tǒng)稱。熱塑性樹脂熱塑性聚合物是指具有線型或支鏈結(jié)構(gòu)的一類有極高分子化合物，這類聚合物可以反復受熱軟化，而冷卻后變硬。熱塑性聚合物在軟化或熔化狀態(tài)下，可以進行模塑加工，當冷卻至軟化點以下時能保持模塑成型的形狀。熱塑性聚合物基復合材料與熱固性樹脂基復合材料相比，在力學性能、使用溫度、老化性能方面處于劣勢，而在工藝簡單、工藝周期短、成本低、相對密度小等方面占優(yōu)勢。（a）聚酰胺聚酰胺是具有許多重復的酰胺基的一類線型聚合物的總稱。聚酰胺分子鏈中能形成具有相當強作用力的氫鍵，氫鍵形成的多少，由大分子的立體化學結(jié)構(gòu)來決定。氫鍵的形成使聚合物大分子間的作用力增大，易于結(jié)晶，且有較高的機械強度和熔點。

44、在聚酰胺分子結(jié)構(gòu)中次甲基（-CH2-）的存在，又使分子鏈比較柔順，有較高的韌性。隨著聚酰胺結(jié)構(gòu)中碳鏈的增長，其機械強度下降。與此相反，大分子的柔順性、疏水性則隨著碳鏈的增長相應(yīng)增加，低溫性能、加工性能和尺寸穩(wěn)定性亦有所改善。聚酰胺對大多數(shù)化學試劑是穩(wěn)定的，特別是耐油性好，僅能溶于強極性溶劑，如苯酚、甲醛及間苯二胺等。（b）聚碳酸酯聚碳酸酯分子主鏈上有苯環(huán)，限制了大分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，減小了分子的柔順性。碳酸酯基團是極性基團，增強了分子間的作用力，使空間位阻加強，亦增大了分子的剛性。由于聚碳酸酯具有僵硬的分子主鏈，所以熔融溫度可達225-250，玻璃化溫度為145。碳的剛性使其在受力下形變減少，抗蠕變

45、性能好，尺寸穩(wěn)定，同時有阻礙大分子取向和結(jié)晶，且在外力強迫取向后不易松弛。所以在聚碳酸酯制件中常常存在殘余應(yīng)力而難以自行消除，故聚碳酸酯碳纖維復合材料制件需進行退火處理，以改善機械性能。聚碳酸酯分子鏈中存在氧基，使鏈段可以繞氧基兩端單鍵發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)，又使聚合物具有一定的柔順性。結(jié)構(gòu)中碳基和氧基結(jié)合成酯基使聚碳酸酯易溶于有機溶劑，如三氯甲烷、二氯甲烷、甲酚等，但對于油類是穩(wěn)定的。（c）聚砜聚砜是指主鏈結(jié)構(gòu)中含有-SO2-鏈節(jié)的聚合物。結(jié)構(gòu)式如下：聚砜結(jié)構(gòu)規(guī)整，主鏈上含有苯環(huán)，所以玻璃化溫度很高。由于聚砜分子中砜基上的硫原子處于最高氧化狀態(tài)，故聚砜有抗氧化的特性，即使在加熱情況下，聚砜也很難發(fā)生化學

46、變化，這是由于二苯基砜的共軛狀態(tài)的化學鍵比非共軛鍵要堅強有力的多，所以在高溫或離子輻射下也不致引起主鏈和側(cè)鏈的斷裂。聚砜在高溫下使用仍能保持高的硬度、尺寸穩(wěn)定性和抗蠕變能力，但是聚砜的成型溫度高達300是一大缺點。聚砜分子結(jié)構(gòu)中異丙基和醚鍵的存在，使大分子具有一定的韌性。它耐磨性好，且耐各種油類和酸類。復合材料的增強材料1.玻璃纖維玻璃纖維的分類以玻璃原料成分分類無堿玻璃纖維（E波纖）：鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃纖維，這種纖維強度較高，耐熱性和電性能優(yōu)良，能抗大氣侵蝕，化學穩(wěn)定性好（但不耐酸），最大的特點是電性能好。中堿玻璃纖維：主要特點是耐酸性好，但強度不如E玻璃纖維高。它主要用于耐腐蝕領(lǐng)域中，

47、價格比較便宜。有堿玻璃(A玻璃)纖維：含堿量高，強度低，對潮氣侵蝕極為敏感，因而很少作為增強材料。特種玻璃纖維：如由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維，鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維，硅鋁鈣鎂系耐化學介質(zhì)腐蝕玻璃纖維，含鉛纖維，高硅氧纖維，石英纖維等。以單絲直徑分類：粗纖維30um；初級纖維20um；中級纖維10-20um；高級纖維3-10um；對于單絲直徑小于4um的玻璃纖維稱為超細纖維。5-10um的纖維作為紡織制品使用，10-14um的纖維做無捻粗砂，無紡布，短切纖維氈。以纖維外觀分類有連續(xù)纖維（無捻粗砂和有捻粗砂），短切纖維，空心玻璃纖維，玻璃粉及磨細纖維以纖維特性分類高強玻璃纖維，高模量玻璃纖

48、維，耐高溫玻璃纖維，耐堿玻璃纖維，耐酸玻璃纖維，普通玻璃纖維玻璃纖維的結(jié)構(gòu)玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與玻璃相同，有“微晶結(jié)構(gòu)假說”和“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)假說”。微晶結(jié)構(gòu)假說認為，玻璃是由硅酸塊或二氧化硅的微晶子組成，在微晶子之間由硅酸塊過冷溶液所填充。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)假說認為，玻璃是由二氧化硅的四面體、鋁氧三面體或硼氧三面體相互連成不規(guī)則三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)空隙有Na,K,Ca,Mg等陽離子所填充。二氧化硅四面體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是決定玻璃性能的基礎(chǔ)，填充的Na，Ca等陽離子稱為網(wǎng)絡(luò)改性物。大量資料證明，玻璃結(jié)構(gòu)是近似有序的。原因是玻璃結(jié)構(gòu)中存在一定數(shù)量和大小比較有規(guī)則排列的區(qū)域，這種規(guī)則性是由一定數(shù)目的多面體遵循類似晶體結(jié)構(gòu)的

49、規(guī)則排列造成的。但是有序區(qū)域不是像晶體結(jié)構(gòu)那樣有嚴格的周期性，微觀上是不均勻的，宏觀上卻又是均勻的，反映到玻璃的性能上是各向同性的。玻璃纖維的化學組成玻璃纖維的化學組成主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化鈣、三氧化二鋁等，它們對玻璃纖維的性質(zhì)和生產(chǎn)工藝起決定性作用。以二氧化硅為主的稱為硅酸鹽玻璃，以三氧化二硼為主的稱為硼酸鹽玻璃。氧化鈉、氧化鉀等堿性氧化物為助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化溫度和粘度，使玻璃溶液中的氣泡容易排除。它主要通過破壞玻璃骨架，使結(jié)構(gòu)疏松，從而達到助熔的目的，因此氧化鈉和氧化鉀的含量越高，玻璃纖維的強度、電絕緣性能和化學穩(wěn)定性都會相應(yīng)的降低。加入氧化鈣、三氧化二鋁等，能在一

50、定條件下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分，改善玻璃的某些性質(zhì)和工藝性能；用氧化鈣取代二氧化硅，可降低拉絲溫度；加入三氧化二鋁可提高耐水性。玻璃纖維的物理性能外觀和比重玻璃纖維表面呈光滑的圓柱，其橫斷面幾乎都是完整的圓形。宏觀看來，由于表面光滑，纖維之間的抱合力非常小，不利于和樹脂粘結(jié)。又由于呈圓柱狀，所以玻璃纖維彼此相靠近時，空隙填充的較為密實，這對于提高復合材料制品的玻璃含量是有利的。表面積大由于玻璃纖維的表面積大，使得纖維表面處理的效果對性能的影響很大玻璃纖維的力學性能玻璃纖維的拉伸強度玻璃纖維的最大特點是拉伸強度高玻璃纖維高強的原因微裂紋假說認為，玻璃的理論強度取決于分子或原子間的引力，其理論強度很

51、高，可達到2000-12000MPa。但實測強度很低，這是因為在玻璃或玻璃纖維中存在數(shù)量不等，尺寸不同的微裂紋，因而大大降低了它的強度。微裂紋分布在玻璃或玻璃纖維的整個體積內(nèi)，但以表面的微裂紋危害最大。由于微裂紋的存在使玻璃在外力作用下受力不均，在危害最大的微裂紋處，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而使強度下降。玻璃纖維比玻璃的強度高很多，這是因為玻璃纖維高溫成型時減少了玻璃溶液的不均一性，使微裂紋產(chǎn)生的機會減少。此外，玻璃纖維的斷面較小，隨著斷面的減小，使微裂紋存在的幾率也減少，從而使纖維強度增高。影響玻璃纖維強度的因素A.一般情況下，玻璃纖維的拉伸強度隨直徑變細而拉伸強度增加B.拉伸強度隨纖維長度增加而顯

52、著下降C.化學組成對纖維強度的影響一般來說，含堿量越高，強度越低；纖維的表面缺陷對強度影響巨大。D.存放時間對纖維強度的影響纖維的老化當纖維存放一段時間后，會出現(xiàn)強度下降的現(xiàn)象，稱為纖維的老化。這主要取決于纖維對大氣水分的化學穩(wěn)定性。E.施加負荷時間對纖維強度的影響纖維的疲勞玻璃纖維的疲勞一般是指纖維強度隨施加負荷時間的增加而降低的情況。玻璃纖維疲勞的原因，在于吸附作用的影響，即水分吸附并滲透到纖維裂紋中，在外力的作用下，加速裂紋的擴展。纖維疲勞的程度取決于微裂紋擴展和范圍。這與應(yīng)力、尺寸、濕度、介質(zhì)種類等方面有關(guān)。F.玻璃纖維的成型方法和成型條件對強度也有很大影響。玻璃纖維的彈性A.玻璃纖維

53、的延伸率玻璃纖維的延伸率（斷裂延伸率）是指纖維在外力作用下直至拉斷時的伸長百分率。玻璃纖維的延伸率比其他有機纖維的低B.玻璃纖維的彈性模量玻璃纖維的彈性模量是指在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的比例常數(shù)。玻璃纖維的耐磨性和耐折性玻璃纖維的耐磨性是指纖維抵抗磨擦的能力，玻璃纖維的耐折性是指纖維抵抗折斷的能力。當纖維表面吸附水分后能加速微裂紋擴展，使纖維耐磨性和耐折性降低。為了提高玻璃纖維的柔性，可采用適當?shù)谋砻嫣幚怼２ＡЮw維的熱性能玻璃纖維的導熱性玻璃纖維的導熱系數(shù)比玻璃小，原因是纖維間的空隙較大，容重較小所致；容重越小，導熱系數(shù)越小，主要是因為空氣導熱系數(shù)低所致；導熱系數(shù)越小，隔熱性能越好。玻璃纖維

54、的耐熱性玻璃纖維耐熱性較高，由化學成分決定。玻璃纖維熱處理后強度下降，可能是熱處理使微裂紋增加所引起的。玻璃纖維的電性能玻璃纖維的導電性主要取決于化學組成、溫度和濕度。無堿纖維的電絕緣性能比有堿纖維優(yōu)越得多，這主要是因為無堿纖維中堿金屬離子少的緣故。玻璃纖維的電阻率隨著溫度的升高而降低。雖然玻璃纖維的吸附能力較小，但空氣濕度對玻璃纖維的電阻率影響很大，濕度增加電阻率下降。玻璃纖維及制品的光學性能玻璃是優(yōu)良的透光材料，但制成玻璃纖維制品后，其透光性遠不如玻璃。玻璃纖維的化學性能玻璃纖維除對氫氟酸、濃堿、濃磷酸外，對所有化學藥品和有機溶劑都有良好的化學穩(wěn)定性。侵蝕介質(zhì)對玻璃纖維的腐蝕情況根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)

55、構(gòu)假說可知，二氧化硅四面體相互連結(jié)構(gòu)成玻璃纖維結(jié)構(gòu)的骨架，它是很難與水、酸起反應(yīng)的；玻璃纖維結(jié)構(gòu)中還有Na,Ca,K等金屬離子及SiO2與金屬離子結(jié)合的硅酸鹽部分，當侵蝕介質(zhì)與玻璃纖維作用時，多數(shù)是溶解玻璃纖維結(jié)構(gòu)中的金屬離子或硅酸鹽部分；對于濃堿、氫氟酸、磷酸等，將使玻璃纖維結(jié)構(gòu)全部溶解，影響玻璃纖維化學穩(wěn)定性的因素A.玻璃纖維的化學成分中堿纖維含Na2O,K2O比無堿纖維高二十多倍，受酸作用后，首先從表面上，有較多的金屬氧化物侵析出來，但主要是Na2O，K2O的離析、溶解；另一方面酸與玻璃纖維中硅酸鹽作用生成硅酸，而硅酸迅速聚合并凝成膠體，結(jié)果在玻璃表面上會形成一層極薄的氧化硅保護膜，這層

56、膜使酸的侵析與離子交換過程迅速減緩，使強度下降也緩慢。實踐證明Na2O，K2O有利于這層保護膜的形成。所以中堿纖維比無堿纖維的耐酸性好。水與玻璃纖維作用，首先是侵蝕玻璃纖維表面的堿金屬氧化物，主要是Na2O，K2O的溶解，使水呈現(xiàn)堿性。隨著時間的增加，玻璃纖維與堿液繼續(xù)作用，直至使二氧化硅骨架破壞。由于無堿玻璃纖維的堿金屬氧化物含量較低，所以對水的穩(wěn)定性較高。無堿纖維與中堿纖維受到NaOH溶液侵蝕后，幾乎所有玻璃成分，包括SiO2在內(nèi)，均勻溶解，使纖維變細，但隨浸堿時間的增加，化學成分含量基本不再變化，即內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未破壞，因而單位面積的強度基本不變?？傊ＡЮw維的化學穩(wěn)定性主要取決于其成分中

57、的二氧化硅及堿金屬氧化物含量。二氧化硅含量多能提高玻璃纖維化學穩(wěn)定性，而堿金屬氧化物則會使化學穩(wěn)定性降低。B. 纖維表面情況對化學穩(wěn)定性的影響玻璃是一種非常好的耐腐蝕材料，但拉制成玻璃纖維后，其性能遠不如玻璃。這主要是由于玻璃纖維的比表面積大所造成的，隨纖維直徑的減小，其化學穩(wěn)定性降低。C.侵蝕介質(zhì)體積和溫度對玻璃纖維化學穩(wěn)定性的影響侵蝕介質(zhì)體積越大，侵蝕越嚴重。溫度越高，破壞速度越快。D.玻璃纖維紗的規(guī)格及性能玻璃纖維紗可分為無捻紗及有捻紗兩種。無捻紗一般用增強型浸潤劑，由原紗直接并股、絡(luò)紗制成。有捻紗則多用紡織型浸潤劑，原紗經(jīng)過退繞、加捻、并股、絡(luò)紗而制成。捻度是指單位長度內(nèi)纖維與纖維之間

58、所加的轉(zhuǎn)數(shù)。通過加捻可提高纖維的抱合力，改善了單纖維的受力狀況，有利于紡織工序的進行。捻度過大不易被樹脂浸透。無捻粗砂中的纖維是平行排列的，拉伸強度很高，易被樹脂浸透，故無捻粗砂多用于纏繞高壓容器及管道，同時也用于擠拉成型、噴射工藝等玻璃纖維織物的品種及性能玻璃纖維織物品種：玻璃纖維布、玻璃纖維氈、玻璃纖維帶。玻璃纖維布可分為平紋布、斜紋布、緞紋布、無捻粗砂布、單向布、無紡布等。玻璃纖維氈又分為短切纖維氈、表面氈及連續(xù)纖維氈。玻璃纖維及其制品的制品工藝制造原絲 一般由制球、拉絲、紡織三部分組成。制球部分的主要設(shè)備有玻璃熔窯、喂料機和制球。拉絲部分的主要設(shè)備是鉑金坩堝和拉絲機以及溫度控制系統(tǒng)。浸

59、潤劑的作用 原絲中的纖維不散亂而能相互粘附在一起；防止纖維間的磨損；原絲相互間不粘結(jié)在一起；偏于紡織加工等常用的浸潤劑有石蠟乳劑和據(jù)醋酸乙烯酯兩種，前者屬于紡織型，需在浸膠前除去，后者屬于增強型，浸膠前可不必除去，但易使玻璃纖維起毛。玻璃纖維紗的制造 有捻紗用石蠟乳劑作為浸潤劑，無捻紗用聚醋酸乙烯酯作浸潤劑 玻璃布的制造 將有捻紗或無捻紗經(jīng)紡織加工制成各種規(guī)格的玻璃布。玻璃纖維及其制品制造流程特種玻璃纖維高強度及高模量玻璃纖維高強度玻璃纖維有鎂鋁硅酸鹽（S玻璃纖維 拉絲溫度高）和硼硅酸鹽兩個系統(tǒng)高模量玻璃纖維（M玻璃）耐高溫玻璃纖維石英纖維 高硅氧玻璃纖維 鋁硅酸鹽玻璃纖維空心玻璃纖維（鋁硼硅

60、酸鹽為原料）2.碳纖維碳纖維是由有機纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成的纖維狀聚合物碳。碳纖維性能優(yōu)異，不僅重量輕、比強度大、模量高，而且耐熱性高以及化學穩(wěn)定性好。碳纖維的分類根據(jù)碳纖維的性能分類高性能碳纖維（高強度碳纖維、高模量碳纖維、中模量碳纖維等）低性能碳纖維（耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石墨纖維等）根據(jù)原絲類型分類聚丙烯晴基纖維 粘膠基碳纖維 瀝青基碳纖維 木質(zhì)素纖維基碳纖維 其他有機纖維基碳纖維（天然纖維，再生纖維，縮合多環(huán)芳香族合成纖維）根據(jù)碳纖維功能分類受力結(jié)構(gòu)用碳纖維 耐焰碳纖維 活性碳纖維 導電用碳纖維 潤滑用碳纖維 耐磨用碳纖維碳纖維的制造制造方法有氣相法和合有機纖維碳化法氣相法是在惰性氣氛中