增强剂的品种与性能 |
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发布日期:2006/1/24 16:21:00 3380人次浏览 【 双击鼠标滚屏 】 |
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(一)玻璃纤维
玻璃纤维按含碱量高低可分成有碱(有碱和中碱)纤维和无碱纤维两大类。前者的主要成份是钾钠硅酸盐,后者为铝硼硅酸盐;按制造方法来分,有长纤维和短纤维以及捻纤维和无捻纤维;按织法又可分为平纹布、缎纹布、斜纹布、方格布、单向布(经纬密度不同)、无纺布以及各种类型的玻璃带等。
1.高碱玻璃纤维(A玻璃纤维)
高碱玻璃纤维(含碱量是指玻璃纤维中含钾、钠氧化物的重量,故高碱玻璃纤维的含碱量为12%)。这种玻璃纤维的主要优点是成本低,拉丝时消耗铂少,耐酸性好,但耐水性较差,易吸潮,电绝缘性能差,机械强度比无碱纤维约低10-20%,因此这种纤维的主要用途是作保温绝缘材料和耐腐蚀玻璃钢。
2.低碱和中碱玻璃纤维
一般来说,含碱量在2—6%之间的为低碱玻璃纤维;含碱量在6-12%的为中碱玻璃纤维。中碱纤维主要用作耐酸介质的玻璃钢以及没有电性能要求的各种玻璃钢。其价格低廉,原料来源方便,不需要用含硼的原料。
3.无碱玻璃纤维(E玻璃纤维)
无碱玻璃纤维的含碱量要求在l% 以下。这种玻璃纤维强度较高,耐热性和电性能良好,能抗大气侵蚀,化学稳定性也好(但不耐酸),其中最重要的特点是电性能好,因此把它称作电气玻璃。目前国内作为玻璃钢原料的玻璃纤维大部份都使用这种纤维。
4.特种玻璃纤维
(1)高强度玻璃纤维(S玻璃纤维)
这种玻璃纤维的主要特点是强度高,纤维单丝的抗拉强度大于34,000公斤/厘米2,故特别适用于制造高强度产品。
(2)耐高温玻璃纤维
这种玻璃纤维耐高温达l100℃,主要用于火箭、导弹等。其增强塑料可制成耐烧蚀件。
(3)高模量玻璃纤维(M玻璃纤维)
M玻璃纤维的模量为9.4×102公斤/厘米2,比一般的玻璃纤维高1/3以上。 由它制成的玻璃钢制品刚性特别好,在外力作用下不易变形,适用于航空与宇航用品。
(4)空心玻璃纤维
这种玻璃纤维呈中空状态,质轻、刚性好,制成的玻璃钢制品比一般的轻10%以上,而且弹性模量较高,适用航海与海底装置。
(5)低介电玻璃纤维
这种玻璃纤细在高频下介电系数低,介电损耗小,透波性好,而且在温度和频率变化时其性能不变,主要用于雷达、天线罩、反射面和固体电路。
(6)化学玻璃纤维(C玻璃纤维)
这是一种含碱量较高的特种成份的玻璃纤维。它的耐化学腐蚀性能特别优良,尤其适用于耐腐蚀的玻璃钢。
(二)碳纤维
碳纤维具有元素碳的各种优良性能如比重小、耐热、耐化学腐蚀和耐热冲击等。同时又具有纤维类的柔曲性,故可进行编织加工,缠绕成型。在2000℃以上的高温惰性环境中,碳纤维是唯一的强度不降低的材料。炭纤维的最大优点是其高比强度和比模量。用炭纤维作增强剂的塑料之比强度和比模量要比钢和铝合金高3倍左右。
各种人造纤维(人造丝)和合成纤维(聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯和酚醛纤维等以及各种有机耐热高分子纤维)均可碳化制得碳纤维。它们是在保持纤维原状下热处理至1,000到1,500℃就可得到碳纤维,若进一步热处理至2,000℃以上(通常为2,400-2,600℃),则可得到石墨纤维。但也常把这两者统称为炭纤维。
碳纤维的主要原料是聚丙烯腈纤维、人造丝和沥青,但最主要的是聚丙烯腈基碳纤维。
1.聚丙烯腈基碳纤维
这类碳纤维的含炭量一船为80-90%,石墨纤维含碳量约为99%。纤细中碳原于形成带状平面平行于纤维轴,一些平行的带组成微原纤。由于这些微原纤的折皱和弯曲,故在纤维轴方向还有伸长的针状孔隙。随热处理的温度增高,带趋向于伸直,层厚增加,层平面取向更平行于纤维轴,平面间距逐渐接近晶体石墨值。
制造碳纤维用的聚丙烯腈纤维要求的纯度很久至少应达95%,而一般作纺织用的聚丙烯腈纤维因含有较多的共聚物或者在纱线中含有增量剂、褪光剂等故不宜作为炭纤维的原料。
2.人造丝基碳纤维
各种人造丝(粘胶、铜氨以及皂化醋酸丝)均可作为碳纤维的原料,但应用最广的是粘胶丝。早期是将各类人造丝在惰性气体中慢速升温热处理进行碳化,但成本高、生产效率低。预先用五氯化磷、三氮化磷和硼酸等化学试剂进行处理可以提高升温速度及产品收率,并改善其力学性能。
人造丝基碳纤维的碳化收率很低,仅为20-30%左右,产品的力学性能也差。
3.沥青碳纤维
普通沥青基碳纤维中碳含量较高,即使处理至1000℃,其碳含量也在99%以上。其结构被认为是任意排列的细小石墨微晶,这些微晶与纤维轴无择优取向。应变石墨化后微晶结构增大,取向便平行于纤维轴,结构趋向于聚丙烯腈和人造丝基碳纤维。纤维中形成有取向的原纤结构和针形孔隙。
(三)硼纤维
硼纤维是一种有线芯的特殊纤维。
使用化学蒸气镀硼法,以钨线芯为基质,使元素态硼附在上面。该线芯通电加热,因高温时含硼物质气化,将硼涂布在钨线上,再抽出线芯,即成为硼丝。这种硼纤维直径为0.004英寸,线芯直线为0.0005英寸。一般来说,硼纤维的强度与玻璃纤维差不多,但其优点是弹性模数大、密度小,而缺点最伸长率低.直径大。晶须有多边截面,呈高度的结构完整性,一般直径为1—30微米,晶体缺陷少。
若与多晶纤维相比,晶须有其不寻常的韧性。晶须的增强效果比玻璃纤维和硼纤维均高5-10倍。晶须又综合了玻璃纤维和硼纤维的优点:即具有玻璃纤维的伸长率(3—4%)及硼纤维的弹性模数。
晶须的主要材料是氧化铝、碳化硅、氮化硅等。
1.氧化铝晶须
2.碳化硅晶须
3.氮化硅晶须
晶须无疲劳作用,磨或切割时均无损其强度。
(四)聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维(也称凯芙拉)
聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维的最大特点是具有超高强度和模量,其相对强度约是钢丝的6-7倍。模数约为钢丝和玻璃纤维的2—3倍,但它的比重轻只有钢丝的五分之一左右。
目前杜邦公司生产的凯芙拉最高强度已达到32-40克/袋。这种纤维的耐高温性优良,直至分解温度仍不熔融。在200℃高温下仍保持15克/紫的强度与300克/袋的模量,在-45℃的低温下仍能保持与室温相同的韧性。其尺寸稳定性良好,收缩率与蠕变近似无机纤维。对氧稳定,无需添加抗氧剂,但耐紫外线性能较差,故在户外使用时,应加紫外线吸收剂。此外它还具有自熄性。
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