聚合物基复合材料中的增强材料--玻璃纤维

第二章增强材料1.增强材料的品种：1）无机纤维：（1）玻璃纤维（2）碳纤维：①聚丙烯腈碳纤维②沥青基碳纤维（3）硼纤维，（4）碳化硅纤维，（5）氧化铝纤维2）有机纤维：（1）刚性分子链——液晶（干喷湿纺）：①对位芳酰胺②聚苯并噁唑③聚芳酯（2）柔性分子链：①聚乙烯②聚乙烯醇2.玻璃纤维的分类：1）按化学组成份：有碱玻璃纤维，碱金属含量>12%；中碱玻璃纤维，碱金属含量6%~12%；低碱玻璃纤维，碱金属含量2%~6%；微碱玻璃纤维，碱金属含量<2%2）按纤维使用特性分：普通玻纤（A-GF）；电工玻纤（E玻纤）；高强玻纤（S玻纤或R玻纤）；高模玻纤（M-GF）；耐化学药品玻纤（C玻纤）……3）按产品特点分：长度（定长玻纤<6-50mm>，连续玻纤）；直径（粗纤维30μm，初级纤维20μm，中级纤维10-20μm，高级纤维3-9μm）；外观（连续纤维，短切纤维，空心玻纤，磨细纤维和玻璃粉）3.玻璃纤维的制备：目前生产玻璃纤维最多的方法有坩埚拉丝法（玻璃球法）和池窑拉丝法（直接熔融法）4.玻璃纤维的力学特性：1）玻璃纤维的拉伸应力--应变关系：玻璃纤维直到拉断前其应力-应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性阶段，呈脆性材料特征2）玻璃纤维的拉伸强度较高，但模量较低；解释：（1）Griffith微裂纹理论：玻璃在制造过程中引入许多微裂纹，受力后裂纹尖端应力集中。

当应力达到一定值时，裂纹扩展，材料破坏。

所以，缺陷尺寸越大，越多，应力集中越严重，导致强度越低（2）分子取向理论：玻纤在制备过程中，受到定向牵引力作用，分子排列更规整，所以玻纤强度更大。

3）玻璃纤维强度特点：单丝直径越小，拉伸强度σb越高；试样测试段长度L越大，拉伸强度σb越低。

这两点结果被称为玻璃纤维强度的尺寸效应和体积效应，即体积或尺寸越大，测试的强度越低4）缺点：①强度分散性大，生产工艺影响②强度受湿度影响，吸水后，湿态强度下降③拉伸模量较低（70GPa），断裂伸长率约为2.6%5.玻璃纤维纱的常用术语、参数：（填空）1）原纱：指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱2）表示纤维粗细的指标：①支数β：指1g原纱的长度(m)，支数越大表示原纱越细②特(tex)：指1000m长原纱的质量(g)，tex数越大，纱越粗③旦、袋(den)：指9000m长原纱的质量(g)，den 数越大纱越粗3）捻度：表示纱的加捻程度，指每米长原纱的加捻数，即捻/m。

玻璃纤维增强塑料（FRP）基础知识一．什么是复合材料指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的才料，通过某种技术方法结合组成另一种能够满足人们需求的新材料，叫做复合材料。

二．什么是玻璃纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics）指用玻璃纤维增强，不饱和聚酯树脂（或环氧树脂；酚醛树脂）为基体的复合材料，称为玻璃纤维增强塑料。

简称FRP 由于其强度相当于钢材，又含有玻璃纤维且具有玻璃那样的色泽;形体和耐腐蚀；电绝缘；隔热等性能，在我国被俗称为“玻璃钢”。

这个名称是原中国建筑材料工业部部长赖际发在1958年提出的一直延用至今。

三．FRP的基本构成基体（树脂）+ 增强材料+助剂+颜料+填料1．基体（树脂）：环氧树脂；酚醛树脂；乙烯基树脂；不饱和聚酯树脂；双酚A等2．增强材料（纤维）：玻璃纤维；碳纤维；硼纤维；芳纶纤维；氧化铝纤维；碳化硅纤维；玄武岩纤维等。

3．助剂：引发剂（固化剂）；促进剂；消泡剂；分散剂；基材润湿剂；阻聚剂；触边剂；阻燃剂等。

4．颜料：氧化铁红；大红粉；炭黑；酞青兰；酞青绿等。

多数为色浆状态。

5. 填料：重钙；轻钙；滑石粉（400目以上）；水泥等。

PVC：聚氯乙烯，硬PVC和软PVC，硬PVC有毒。

PPR：聚丙烯。

PUR：泡沫。

PRE：聚苯醚。

尼龙：聚酰胺纤维。

FRP的发展过程：无法确定发明人。

四．FRP材料的特点：1．优点：（1）质轻高强：FRP的相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5但是拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，而强度可以与高级合金钢相比，被广泛的应用于航空航天；高压容器以及其他需要减轻自重的制品中。

（2）耐腐蚀性好：FRP是良好的耐腐蚀材料，对于大气；水和一般浓度的酸碱；盐及多种油类和溶剂都有较好的抵抗力，已经被广泛应用于化工防腐的各个方面。

正在取代碳钢;不锈钢;木材；有色金属等材料。

（3）电性能好：FRP是优良的绝缘材料，用于制造绝缘体，高频下仍能保持良好的介电性，微波透过性良好，广泛应用于雷达天线罩；微波通讯等行业。

纤维增强聚合物基复合材料
纤维增强聚合物基复合材料是将纤维材料（如玻璃纤维、碳纤维等）与聚合物基体材料进行复合的一种材料。

纤维材料的加入可以提高聚合物基体的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性能。

纤维增强聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑结构、运动器材等领域。

纤维增强聚合物基复合材料的制备通常包括以下步骤：首先将纤维材料进行预处理，如剪断、清洗和表面处理等，以提高纤维与基体材料的黏附性；然后将纤维与聚合物基体材料进行混合，并通过注塑、浸渍等方法将基体材料渗透到纤维间隙中，形成复合材料；最后经过成型、固化和热处理等工艺步骤，使复合材料具有所需的形状和性能。

纤维增强聚合物基复合材料具有重量轻、强度高、刚性好、耐热性好等特点，能够满足复杂工程结构对材料性能的要求。

此外，纤维增强聚合物基复合材料还具有良好的耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，能够在恶劣环境下长期稳定使用。

因此，纤维增强聚合物基复材料被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑和电子等领域。

聚合物基复合材料的种类
聚合物基复合材料的种类有很多，常见的种类包括以下几种：
1. 碳纤维增强复合材料：碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强剂，与树脂等聚合物基体相结合制成的材料。

具有高强度、高模量、低密度等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

2. 玻纤增强复合材料：玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维为增强剂，与聚合物基体相结合制成的材料。

具有良好的绝缘性能、耐腐蚀性能和机械性能，广泛应用于建筑、电子、船舶等领域。

3. 高分子发泡材料：高分子发泡材料是一种以聚合物为基体，通过在其中注入发泡剂生成气泡而形成的轻质材料。

具有低密度、吸震性能好等特点，广泛应用于包装、建筑隔音等领域。

4. 聚合物纳米复合材料：聚合物纳米复合材料是以纳米颗粒作为填充剂，与聚合物基体相结合制成的材料。

具有优异的力学性能、导电性能、热稳定性等特点，广泛应用于电子、光学、医疗等领域。

5. 高分子合金材料：高分子合金材料是将两种或多种不同的聚合物混合共混，形成互相不溶的两相或多相结构的材料。

具有综合性能优良、可调控性好等特点，广泛应用于汽车、电子、家电等领域。

以上所列的聚合物基复合材料种类只是其中的一部分，随着科技的不断发展，新的聚合物基复合材料种类也在不断涌现。

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备及性能研究一．原材料1．聚丙烯（polypropylene简称PP）PP是一种热塑性树脂基体，为白色蜡状材料。

聚丙烯的生产均采用齐格勒—纳塔催化剂，以Al(C2H5)3+TiCl4体系在烷烃（汽油）中的浆状液为催化剂，在压力为1.3MPa，温度为100℃的条件下按离子聚合机理反应制得。

聚丙烯的结晶度为70％以上，密度为0.98，透明度大，软化点在165℃左右，脆点—10~20℃，具有优异的介电性能。

热变形温度超过100℃，其强度及刚度均优于聚乙烯，具有突出的耐弯曲疲劳性能、耐化学药品性和力学性能都比较好，吸水率也很低。

因此应用十分广泛，主要用于制造薄膜，电绝缘体，容器等，还可用作机械零件如法兰，接头，汽车零部件等。

2．玻璃纤维(glass fiber简称GF)GF是一种性能优异的无机非金属材料。

成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。

它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺，最后形成各类产品。

玻璃纤维单丝的直径从几个微米到十几米个微米，相当于一根头发丝的1／20—1／5，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。

玻璃一般人的观念为质硬易碎物体，并不适于作为结构用材，但如其抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良的结构用材。

玻璃纤维随其直径变小其强度高。

作为增强材料的玻璃纤维具有以下的特点，这些特点使玻璃纤维的使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦遥遥领先，其特性列举如下：1)拉伸强度高，伸长小(茎3％)。

2)弹性系数高，刚性佳。

3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。

4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。

5)吸水性小。

6)尺度安定性，耐热性均佳。

7)透明可透过光线。

8)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。

环氧树脂增强玻璃纤维
在现代工业领域中，环氧树脂增强玻璃纤维由于其优异的性能和广泛的应用领域而备受青睐。

环氧树脂是一种聚合物材料，具有高度的耐腐蚀性和机械强度，而玻璃纤维则是一种优秀的增强材料，两者结合后形成的复合材料，在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用。

环氧树脂增强玻璃纤维的制备过程中，首先将环氧树脂和硬化剂按一定比例混合，形成了环氧树脂基体。

然后将玻璃纤维布与环氧树脂基体结合在一起，经过一定的压力和温度条件下固化成型，形成最终的复合材料产品。

这种制备方法简单易行，且能够灵活地控制材料的性能和形状。

环氧树脂增强玻璃纤维复合材料具有优秀的机械性能，如高强度、高模量、优异的耐磨性和耐疲劳性能，使其在航空航天领域中得到广泛应用。

例如，飞机的结构件和内饰部件中常使用环氧树脂增强玻璃纤维复合材料，能够减轻飞机自重，提高飞行效率，同时还能提供良好的抗冲击性能和阻燃性能，提高飞机的安全性能。

此外，环氧树脂增强玻璃纤维复合材料还在汽车制造领域有着广泛的应用。

如汽车车身结构件、车轮罩、内饰件等都可以采用这种复合材料，能够减轻汽车的整体重量，提高燃油效率，同时还能增加车身的强度和刚性，提升汽车的安全性能。

在建筑领域，环氧树脂增强玻璃纤维复合材料也有着重要的应用价值。

例如，使用这种材料制作的墙体、地板、屋顶等部件，具有优异的防水性能和耐候性能，能够有效延长建筑物的使用寿命，提高建筑物的整体质量。

综上所述，环氧树脂增强玻璃纤维复合材料具有广泛的应用前景和巨大的市场需求。

随着科技的发展和工艺水平的提高，相信这种优秀的复合材料在未来会有更多的创新和应用，为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。

聚合物基复合材料实例一、引言聚合物基复合材料是一种具有优异性能的材料，其广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域。

本文将介绍几个聚合物基复合材料的实例，以展示其在不同领域的应用。

二、汽车领域1.碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。

这种复合材料可以用于制造轻量化零部件，如车身、底盘等。

与传统的金属车身相比，这种复合材料可以降低汽车的重量，并提高其燃油效率和行驶性能。

2.热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。

这种复合材料可以用于制造汽车内饰件，如仪表板、门板等。

与传统的塑料内饰相比，这种复合材料可以提高汽车内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。

三、航空航天领域1.碳纤维增强环氧树脂复合材料碳纤维增强环氧树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。

这种复合材料可以用于制造飞机结构件，如机翼、尾翼等。

与传统的金属结构相比，这种复合材料可以降低飞机的重量，并提高其飞行速度和燃油效率。

2.热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。

这种复合材料可以用于制造飞机内部结构件，如座椅、壁板等。

与传统的塑料结构相比，这种复合材料可以提高飞机内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。

四、建筑领域1.玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料是一种具有优异耐久性和抗紫外线性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。

这种复合材料可以用于制造建筑外墙板、屋顶板等。

与传统的混凝土、砖墙相比，这种复合材料可以降低建筑物的重量，并提高其耐久性和抗紫外线能力。

2.聚氨酯/玻璃纤维布层板聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异隔音性和保温性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。

聚合物基复合材料的定义一、什么是聚合物基复合材料？聚合物基复合材料是由聚合物基质中添加一定比例的增强材料而制成的复合材料。

聚合物基质可以是热固性聚合物、热塑性聚合物或弹性体等。

增强材料可以是纤维、颗粒、薄片等。

聚合物基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，在各个领域得到广泛应用。

二、聚合物基复合材料的分类聚合物基复合材料可以根据增强材料的形式和类型进行分类。

1. 根据增强材料的形式•纤维增强聚合物基复合材料：纤维作为增强材料，如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等。

•颗粒增强聚合物基复合材料：颗粒作为增强材料，如陶瓷颗粒增强复合材料、金属颗粒增强复合材料等。

•薄片增强聚合物基复合材料：薄片作为增强材料，如片状金属增强复合材料、片状陶瓷增强复合材料等。

2. 根据增强材料的类型•碳纤维增强聚合物基复合材料：碳纤维是最常见的增强材料之一，具有轻质、高强度、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

•玻璃纤维增强聚合物基复合材料：玻璃纤维具有良好的绝缘性能、机械性能和化学稳定性，常用于建筑、电子、汽车等领域。

•金属颗粒增强聚合物基复合材料：金属颗粒的添加可以提高复合材料的导热性能和机械强度，适用于导热部件、结构件等领域。

三、聚合物基复合材料的优点聚合物基复合材料相比于传统材料具有以下优点：1.重量轻：聚合物基复合材料具有良好的强度和刚度，同时重量很轻，适用于要求重量轻的产品，如航空航天、运动器材等领域。

2.高强度：通过合理设计和选择增强材料，聚合物基复合材料的强度可以达到甚至超过金属材料，满足各种工程应用的要求。

3.耐腐蚀性好：聚合物基复合材料在大多数腐蚀介质中具有良好的耐腐蚀性，可以代替传统金属材料制作耐腐蚀设备。

4.良好的绝缘性能：聚合物基复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气绝缘材料的制造。

5.良好的可塑性：热塑性聚合物基复合材料具有良好的可加工性，可以通过热成型、注塑等工艺制成各种形状的制品。