增强剂是复合材料生产中必不可少的一种增强材料,也可算作常用助剂。
1893年,里比通过加热玻璃棒制成了玻璃纤维,开拓了玻璃纤维生产工艺的研究及增强剂在复合材料中的应用,但直到三十年代才开始初具规模。1940年起,玻璃纤维增强塑料(GFRP)开始用作飞机的雷达天线罩,目前在每架被音747客机上的用量已达到l000米2左右。据统计,当今全世界GFRP的年产量已达到一百多万吨,其应用遍及各个领域。
玻璃纤维层压塑料是以合成材脂为粘接剂,以玻璃纤维及其制品如玻璃布、玻璃带、玻璃毡等为增强制而制成的。GFRP的比重只是钢铁的四分之一至五分之一,而强度却与普通钢材差不多,其比强度相当高。
此外,GFRP的导热系数也只有金属的1/100-1/1000,其绝缘性和耐化学品性能都很好,且可按照制品工作条件选择原材料。但它的弹性模量和耐高温性比金属差。
本世纪五十年代末和六十年代初,具有高强度和高模量的碳纤素(CF)、硼纤维(BF)相继问世;七十年代初,具有低密度和超高强度的芳香聚酰胺凯芙拉(Kovlar)投入工业化生产。高模星碳纤维的比模量比钢材高上7-8倍。凯芙拉的比强度比钢材高7—8倍。
虽然这些高性能纤维各有其固有的特点,但也存在不足之处,因此根据实际需要可选用两种纤维来增强同一基体,取长补短,使复合相料的性能更加完善。混合增强的方法很多,如CF/GF、CF/Kevlar、GF/Kevlar等。
谈到复合材料,除了增强剂外,当然还要涉及到基体材料。
合成树脂基体可分为热固性和热塑性两类,其加工方法各不相同。热固性树脂作增强塑料应用的历史较久,也较普遍。但近年来热塑性树脂的复合材料发展得较迅速,其产量约每年以8-10%的速率增长。用切短玻璃纤维或碳纤维增强的热塑性复合材料的性能虽不如热固性的好,但其无论在强度、模量、尺寸稳定性和热变形温度等方面与原来的纯树脂相比均有较大幅度的提高。由于使用的增强剂为玻璃切短纤维,价格便宜,所以热塑性复合材料的价格不但没有提高,甚至略有降低。特别是其加工方法基本上与一般热塑性塑料相似,而且回头料还可使用。
增强剂虽有好多种类型,但在塑料工业中最常使用的仅玻璃纤维。如美国曾统计过,1982年美国玻璃纤维的使用量为375,000吨,而碳纤维仅750吨,芳香聚酰胺为500吨,硼、氧化铝晶须等的用量更少了,总共也不过14吨。
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