复合材料的增强材料revised

1、复合材料的增强材料revised 复合材料的增强材料复合材料的增强材料 3.1 3.1 玻璃纤维玻璃纤维 3.2 3.2 碳纤维碳纤维 3.3 3.3 高性能有机纤维高性能有机纤维 3.4 3.4 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维 3.5 3.5 碳化硅纤维碳化硅纤维 晶须和碳纳米管晶须和碳纳米管 3.6 3.6 纳米增强材料纳米增强材料 蒙脱土蒙脱土 无机纳米粒子无机纳米粒子 复合材料的增强材料revised 3.1.1 玻璃纤维的类型、成分及性能玻璃纤维的类型、成分及性能(1) p E E 玻璃纤维玻璃纤维 无碱玻璃，一种硼硅酸盐玻璃（碱金属氧化物含量低）；无碱玻璃，一种硼硅酸盐玻

2、璃（碱金属氧化物含量低）； 良好的电气绝缘性及机械性能，但易被无机酸侵蚀；良好的电气绝缘性及机械性能，但易被无机酸侵蚀； 广泛用于生产电绝缘材料、玻璃钢等。广泛用于生产电绝缘材料、玻璃钢等。 p C C 玻璃纤维玻璃纤维 中碱玻璃，耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能、机械强度差低；中碱玻璃，耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能、机械强度差低； 我国中碱玻纤占据玻纤产量的我国中碱玻纤占据玻纤产量的60%60%，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤 织物，包扎织物等的生产，因其价格低而有较强的竞争力。织物，包扎织物等的生产，因其价格低而有较强的竞争力。 p A A 玻璃玻璃 高碱玻璃，

3、即钠硅酸盐玻璃，耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。高碱玻璃，即钠硅酸盐玻璃，耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的类型、成分及性能玻璃纤维的类型、成分及性能(2) p AR 玻璃纤维玻璃纤维 耐碱玻璃纤维，主要用于增强水泥基体。耐碱玻璃纤维，主要用于增强水泥基体。 p E-CR 玻璃纤维玻璃纤维 一种改进的无硼无碱玻纤，用于生产耐酸耐水性好的玻纤，其耐水一种改进的无硼无碱玻纤，用于生产耐酸耐水性好的玻纤，其耐水 性比无碱玻纤高性比无碱玻纤高7 78 8倍，耐酸性比中碱玻纤优越，专为地下管道、倍，耐酸性比中碱玻纤优越，专为地下管道、 贮罐等开发的新品种。

4、贮罐等开发的新品种。 p D 玻璃纤维玻璃纤维 低介电玻纤，用于生产介电强度高的玻璃纤维制品。低介电玻纤，用于生产介电强度高的玻璃纤维制品。 p 高强度（高强度（S）、高模量（）、高模量（M）玻璃纤维）玻璃纤维 用它们生产的玻璃钢制品多用于军工产品、运动器械等。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工产品、运动器械等。 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的分类（按直径、外观）玻璃纤维的分类（按直径、外观） 粗纤维：粗纤维：30 m mm 初级纤维：初级纤维： 20 m mm 中级纤维：中级纤维： 10-20 m mm 高级纤维（纺织纤维）：高级纤维（纺织纤维）： 3-10 m mm 无捻粗纱（

5、捻：捻度、左捻、右捻）无捻粗纱（捻：捻度、左捻、右捻） 有捻粗纱有捻粗纱 短切纤维短切纤维 空心玻璃纤维空心玻璃纤维 磨细纤维磨细纤维 按直径按直径 按外观按外观 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的物理性能玻璃纤维的物理性能 材料 性能 羊 毛 亚 麻 棉花生丝尼龙 合金 钢 铝合 金 玻璃 玻璃 纤维 纤维直径 (mm) 15 16 50 10 20 18块状块状块状块状58 拉伸强度 (Kg/mm2) 10 30 35 30 70 44 30 60 160 4 46 4 12 100 300 玻璃纤维的性能：玻璃纤维的性能： 拉伸强度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等；

6、拉伸强度高，防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等； 但性脆、不耐腐、有皮肤刺激性。但性脆、不耐腐、有皮肤刺激性。 玻璃纤维的力学性能玻璃纤维的力学性能拉伸强度拉伸强度 几种纤维与玻璃纤维的性能比较几种纤维与玻璃纤维的性能比较 复合材料的增强材料revised 影响玻璃纤维强度的因素影响玻璃纤维强度的因素直径直径 玻璃纤维的拉伸强度与直径的关系玻璃纤维的拉伸强度与直径的关系 纤维直径(mm)拉伸强度(MPa)纤维直径(mm)拉伸强度(MPa) 16017519.1942 106.729715.21300 70.63569.71670 50.85606.62330 33.57004.23500

7、 24.18213.33450 玻璃纤维的拉伸强度随直径减小而增加！玻璃纤维的拉伸强度随直径减小而增加！ 复合材料的增强材料revised 影响玻璃纤维强度的因素影响玻璃纤维强度的因素长度长度 玻璃纤维的拉伸强度与长度的关系玻璃纤维的拉伸强度与长度的关系 纤维长度(mm)纤维直径(mm)平均拉伸强度(MPa) 513.01500 2012.51210 9012.7860 156013.0720 玻璃纤维的拉伸强度随长度增加而下降！玻璃纤维的拉伸强度随长度增加而下降！ 复合材料的增强材料revised 影响玻纤强度的因素影响玻纤强度的因素化学组成、表面缺陷化学组成、表面缺陷 品种A 玻纤E 玻纤

8、 铝硅酸盐 玻纤 石英 玻纤 表面缺陷 状况 强度/ MPa 80-15080-15080-15080-150表面有微裂纹 500-700600-800800-10002000 表面有超细微裂 纹 2000210025004000表面无微裂纹 -300033005000-6000 无缺陷纤维 7000-22500 理想均匀的玻璃 结构 表面缺陷越少，纤维强度越高；表面缺陷越少，纤维强度越高； 玻璃的碱含量越低，纤维强度越高！玻璃的碱含量越低，纤维强度越高！ 复合材料的增强材料revised 影响玻纤强度的因素影响玻纤强度的因素其它其它 p 存放时间存放时间 不同成分的纤维对大气水分的敏感性不同

9、。不同成分的纤维对大气水分的敏感性不同。 有碱玻璃纤维更敏感。有碱玻璃纤维更敏感。 p 施加负荷时间施加负荷时间纤维疲劳纤维疲劳 疲劳的产生在于水分吸附并渗透到纤维的微裂纹中，疲劳的产生在于水分吸附并渗透到纤维的微裂纹中， 外力作用下，裂纹的扩展加速。外力作用下，裂纹的扩展加速。 p 纤维的成型方法与成型条件纤维的成型方法与成型条件 玻璃纤维硬化速度快，强度高。玻璃纤维硬化速度快，强度高。 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的力学性能玻璃纤维的力学性能弹性弹性 断裂伸长率较低（断裂伸长率较低（3%3%），弹性模量也比钢低。），弹性模量也比钢低。 三种典型玻璃纤维的力学性能三种典型玻璃纤

10、维的力学性能 纤维种类比重拉伸强度(Kg/mm2)弹性模量(Kg/mm2) E-玻璃纤维2.543507200 S-玻璃纤维2.444708700 M-玻璃纤维2.8937011800 E-E-玻璃纤维综合性价比高；玻璃纤维综合性价比高；S-S-玻璃纤维拉伸强度高，玻璃纤维拉伸强度高， M-M-玻璃纤维弹性模量高！玻璃纤维弹性模量高！ 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的耐磨性和耐折性玻璃纤维的耐磨性和耐折性 玻璃纤维的耐磨性和耐折性都较差！ 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的热性能玻璃纤维的热性能 导热性：导热性： 玻璃导热系数低为玻璃导热系数低为 0.6-1.10.6-1

11、.1卡卡/ /米米时时度，而玻璃纤维只有度，而玻璃纤维只有 0.030.03卡卡/ / 米米时时度，可用作优良的绝热材料。度，可用作优良的绝热材料。 耐热性：耐热性： 耐热性能较好，软化点耐热性能较好，软化点550-580 oC，热膨胀系数为，热膨胀系数为 4.810 -6 / oC。 但经高温（但经高温（250 oC 以上）热处理后，强度明显下降。以上）热处理后，强度明显下降。 如，如，300 oC 处理处理2424小时，强度下降小时，强度下降20%20%； 600 oC 处理处理2424小时，强度下降小时，强度下降80%80%。 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维的化学性能玻璃纤维

12、的化学性能 p 玻璃纤维的化学稳定性取决于化学成分玻璃纤维的化学稳定性取决于化学成分SiO2和和 M2O的含量。增加碱金属氧化物含量会降低化学的含量。增加碱金属氧化物含量会降低化学 稳定性。稳定性。 p 纤维中增加纤维中增加SiO2 或或Al2O3 ,或加入或加入ZrO2 、 、TiO2可提 可提 高耐酸性并大大提高耐水性；增加高耐酸性并大大提高耐水性；增加SiO2或加入或加入 CaO、ZrO2 、 、ZnO可提高耐碱性。 可提高耐碱性。 p 纤维的比表面越大，化学稳定性越差。纤维的比表面越大，化学稳定性越差。 复合材料的增强材料revised 3.1.2 玻璃纤维制品品种与用途玻璃纤维制品品

13、种与用途 无捻粗纱无捻粗纱(有碱、无碱有碱、无碱) 玻璃纤维（加捻）纱玻璃纤维（加捻）纱(有碱、无碱有碱、无碱) 短切原丝与磨碎纤维短切原丝与磨碎纤维 玻璃纤维织物：布、带、立体织物玻璃纤维织物：布、带、立体织物 组合玻璃纤维增强材料组合玻璃纤维增强材料 复合材料的增强材料revised 无捻粗纱无捻粗纱 无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。纤维直径从无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。纤维直径从1212 23 23 m mm m ，号数从，号数从150150号到号到96009600号（号（TEXTEX）。无捻粗纱可直接用于某些）。无捻粗纱可直接用于某些 复合材料工艺成型方法中，如

14、缠绕、拉挤工艺，因其张力均匀，也复合材料工艺成型方法中，如缠绕、拉挤工艺，因其张力均匀，也 可织成无捻粗纱织物，在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。可织成无捻粗纱织物，在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。 复合材料的增强材料revised 纤维支数通常的表示方法纤维支数通常的表示方法 重量法：用1克重原纱的长度(m)来表示。 例如，60支纱，即指1克重原纱的长度是 60 m 定长法: 用一定长度(1000 m)原纱的重量(g)来表示。 例如，2 2“TEXTEX”，指 1000 m 原纱重 2 g . 又如, 3 旦, 指9000 m 原纱重3 g. 复合材料的增强材料revised 不同用途

15、无捻粗纱的性能要求不同用途无捻粗纱的性能要求(1) 喷射用无捻粗纱喷射用无捻粗纱（通常每股原丝含（通常每股原丝含200根玻纤单丝）根玻纤单丝） 良好的切割性，在连续高速切割时产生的静电少；良好的切割性，在连续高速切割时产生的静电少； 分束率高，通常要求分束率高，通常要求90%以上；以上； 优良的覆模性，可覆盖在模具的各个角落；优良的覆模性，可覆盖在模具的各个角落； 树脂浸透快，易于被辊平且易于驱赶气泡；树脂浸透快，易于被辊平且易于驱赶气泡； 原丝筒退解性能好，粗纱线密度均匀，适合于各种喷枪。原丝筒退解性能好，粗纱线密度均匀，适合于各种喷枪。 SMC用无捻粗纱用无捻粗纱（一般为（一般为2400

16、TEX，切成，切成 25 mm的长度）的长度） 短切性好，毛丝少，抗静电性优良；短切性好，毛丝少，抗静电性优良； 对于着色对于着色SMC，能被高颜料含量的树脂糊浸透。，能被高颜料含量的树脂糊浸透。 复合材料的增强材料revised 不同用途无捻粗纱的性能要求不同用途无捻粗纱的性能要求(2) 缠绕用无捻粗纱缠绕用无捻粗纱（一般为（一般为1200-9600 TEX1200-9600 TEX） 成带性好，呈扁带状；成带性好，呈扁带状； 退解性好，从纱筒退解时不脱圈，不形成退解性好，从纱筒退解时不脱圈，不形成“鸟巢鸟巢”状乱丝；状乱丝； 张力均匀，无悬垂现象；张力均匀，无悬垂现象； 线密度均匀，一般须

17、小于线密度均匀，一般须小于7%7%； 捻粗纱浸透性好，从树脂槽通过时易为树脂润湿及浸透。捻粗纱浸透性好，从树脂槽通过时易为树脂润湿及浸透。 拉挤用无捻粗纱拉挤用无捻粗纱 拉挤用于制造断面一致的各种型材，其特点是玻纤含量高，拉挤用于制造断面一致的各种型材，其特点是玻纤含量高， 单向强度大。拉挤用无捻粗纱可以是多股原丝并合的也可以是直单向强度大。拉挤用无捻粗纱可以是多股原丝并合的也可以是直 接的无捻粗纱，其线密度范围为接的无捻粗纱，其线密度范围为11001100号到号到44004400号。性能要求与缠号。性能要求与缠 绕无捻粗纱大体相同。绕无捻粗纱大体相同。 复合材料的增强材料revised 不同

18、用途无捻粗纱的性能要求不同用途无捻粗纱的性能要求(3) 织造用无捻粗纱织造用无捻粗纱 ( (织造各种厚度的方格布或单向无捻粗纱织物织造各种厚度的方格布或单向无捻粗纱织物) ) 良好的耐磨性；良好的耐磨性； 良好的成带性；良好的成带性； 无捻粗纱张力均匀，悬垂度应符合一定标准；无捻粗纱张力均匀，悬垂度应符合一定标准； 无捻粗纱退解性好；无捻粗纱退解性好； 无捻粗纱浸透性好。无捻粗纱浸透性好。 预型体用无捻粗纱预型体用无捻粗纱 在预型体工艺中，无捻粗纱被短切并喷附在预定形状的网上，在预型体工艺中，无捻粗纱被短切并喷附在预定形状的网上， 同时喷少量树脂使纤维网固定成形，然后将成形的纤维网片移入金同时

19、喷少量树脂使纤维网固定成形，然后将成形的纤维网片移入金 属模具中，注入树脂热压成形，即得制品。对于这种工艺的无捻粗属模具中，注入树脂热压成形，即得制品。对于这种工艺的无捻粗 纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。 复合材料的增强材料revised 短切原丝与磨碎纤维短切原丝与磨碎纤维 短切原丝短切原丝 用于玻璃钢的短切原丝又分为热固性树脂（用于玻璃钢的短切原丝又分为热固性树脂（BMCBMC）用短切原丝）用短切原丝 和热塑性树脂用短切原丝两大类。和热塑性树脂用短切原丝两大类。 增强热塑性塑料要求用无碱玻璃纤维，它强度高、电绝缘性好、增强热塑性塑料

20、要求用无碱玻璃纤维，它强度高、电绝缘性好、 原丝集束性好、流动性好、白度较高。原丝集束性好、流动性好、白度较高。 增强热固性塑料要求原丝集束性好、浸透树脂快、机械强度及增强热固性塑料要求原丝集束性好、浸透树脂快、机械强度及 电气性能好。电气性能好。 磨碎纤维磨碎纤维 磨碎纤维系由锤磨机或球磨机将短切纤维磨碎而成。磨碎纤磨碎纤维系由锤磨机或球磨机将短切纤维磨碎而成。磨碎纤 维主要在增强反应注射工艺（维主要在增强反应注射工艺（RRIMRRIM）中用作增强材料，在制造）中用作增强材料，在制造 浇铸制品、模具等制品时用作树脂的填料用以改善表面裂纹现浇铸制品、模具等制品时用作树脂的填料用以改善表面裂纹现

21、 象，降低模塑收缩率。象，降低模塑收缩率。 复合材料的增强材料revised E-E-玻璃短切原丝玻璃短切原丝 广泛用于模压塑料，玻璃钢制品，窑井盖，欧饰构件及石膏板等增强广泛用于模压塑料，玻璃钢制品，窑井盖，欧饰构件及石膏板等增强 型短纤维。纤维长度一般为型短纤维。纤维长度一般为3.0-25.4mm。适用于。适用于NYLON，PET，PS， PVC，ABS等材料增强、绝缘、隔热、消音等。等材料增强、绝缘、隔热、消音等。 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维纱玻璃纤维纱 玻璃纤维纱是玻璃纤维的加捻合股纱玻璃纤维纱是玻璃纤维的加捻合股纱. .它的电绝缘性能好它的电绝缘性能好, ,强度高强度

22、高, ,吸湿吸湿 少少, ,耐高温耐高温, ,适用于作电机电器绕组线的绝缘材料和其它工业用纱。适用于作电机电器绕组线的绝缘材料和其它工业用纱。 无碱玻璃纤维纱无碱玻璃纤维纱 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维布玻璃纤维布 常见类型：常见类型： 无捻粗纱布（方格布）、平纹布、斜纹布、缎纹布、罗纹布、席纹无捻粗纱布（方格布）、平纹布、斜纹布、缎纹布、罗纹布、席纹 布、无纺布等。布、无纺布等。 无碱玻璃布无碱玻璃布: : 用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、车辆车体、贮罐、船艇、用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、车辆车体、贮罐、船艇、 模具等。模具等。 中碱玻璃布中碱玻璃布: : 用于

23、生产涂塑包装布。用于生产涂塑包装布。 p 决定织物特性决定织物特性 ( (重量、厚度和断裂强度等重量、厚度和断裂强度等) ) 的因素的因素: : 纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹。纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹。 经纬密度由纱结构和织纹决定。经纬密度由纱结构和织纹决定。 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维布玻璃纤维布 无碱无捻粗纱布无碱无捻粗纱布(方格布方格布 ) 无碱无捻粗纱布、电子级无碱玻纤布适用于不饱和聚脂树脂、乙无碱无捻粗纱布、电子级无碱玻纤布适用于不饱和聚脂树脂、乙 烯基树脂和环氧树脂等。浸透速度快、敷层及脱泡性能好，广泛烯基树脂和环氧树脂等。浸透速度快、敷层及脱泡性能

24、好，广泛 用于手糊和机械成型产品，如船艇、容器、飞机和汽车部件、家用于手糊和机械成型产品，如船艇、容器、飞机和汽车部件、家 具、运动设施等。具、运动设施等。 电子级无碱玻纤布电子级无碱玻纤布 复合材料的增强材料revised 玻璃纤维毡玻璃纤维毡 分为短切原丝毡、连续原丝毡分为短切原丝毡、连续原丝毡 、表面毡、针刺毡、表面毡、针刺毡 、缝合毡等。、缝合毡等。 短切原丝毡短切原丝毡 将玻璃原丝或无捻粗纱切割成将玻璃原丝或无捻粗纱切割成 50 mm 50 mm 长，随机但均匀地铺陈在长，随机但均匀地铺陈在 网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末粘结剂经加热固化后粘网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上

25、粉末粘结剂经加热固化后粘 结而成。主要用于手糊、连续制板和结而成。主要用于手糊、连续制板和 SMC SMC 工艺中。工艺中。 连续原丝毡连续原丝毡 将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝 呈呈8 8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤 原丝毡中纤维是连续的，对复合材料的增强效果较短切毡好。主要原丝毡中纤维是连续的，对复合材料的增强效果较短切毡好。主要 用在拉挤法、压力袋法及等工艺中。用在拉挤法、压力袋法及等工艺中。 复合材料的增强材料revise

26、d 玻璃纤维毡玻璃纤维毡 无碱玻纤短切原丝毡无碱玻纤短切原丝毡 短切原丝毡在手糊工艺中短切原丝毡在手糊工艺中 用量最大，也用于缠绕、用量最大，也用于缠绕、 模压、连续制板等工艺。模压、连续制板等工艺。 主要产品有各种板材、船主要产品有各种板材、船 艇、浴室成套设备、汽车艇、浴室成套设备、汽车 部件和冷却塔等部件和冷却塔等. . 硅酸铝针刺毯硅酸铝针刺毯 针刺毯采用特制长丝纤维针刺成型，大大针刺毯采用特制长丝纤维针刺成型，大大 提高了纤维的交织密度、抗分层性能、抗提高了纤维的交织密度、抗分层性能、抗 拉强度，柔性不受影响。不使用结合剂，拉强度，柔性不受影响。不使用结合剂， 在高温下具有良好的可靠

27、性和稳定性在高温下具有良好的可靠性和稳定性 。 复合材料的增强材料revised 其它玻璃纤维织物其它玻璃纤维织物 p 玻璃纤维带玻璃纤维带 玻璃带分为有织边带和无织边带（毛边带），常用于制造高强度、玻璃带分为有织边带和无织边带（毛边带），常用于制造高强度、 介电性能好的电气设备零部件。介电性能好的电气设备零部件。 p 单向织物单向织物 单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的长轴缎纹织物。单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的长轴缎纹织物。 在经纱方向上具有高强度。在经纱方向上具有高强度。 p 异形织物异形织物 异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专异形织物的形状和它所要增强的制品的

28、形状非常相似，必须在专 用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃 形织物等，也可以制成箱、船壳等不对称形状。形织物等，也可以制成箱、船壳等不对称形状。 复合材料的增强材料revised 无碱玻纤带无碱玻纤带 绝缘性能好； 耐高温； 耐冲击； 耐酸碱 用于电机或电气的绝缘绑扎材料，能延长使用寿命、 缩小体积和减轻重量。 复合材料的增强材料revised 立体织物和槽芯织物立体织物和槽芯织物 p 立体织物立体织物 立体织物具有三维结构特征，以此为增强体的复合材料立体织物具有三维结构特征，以此为增强体的复合材料 具有良好的整

29、体性和仿形性，大大提高了复合材料的层具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层 间剪切强度和抗损伤容限。应用于航天、航空、兵器、间剪切强度和抗损伤容限。应用于航天、航空、兵器、 船舶、汽车、体育运动器材、医疗器械船舶、汽车、体育运动器材、医疗器械等。等。 p 槽芯织物槽芯织物 槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起 来所组成的织物，其横截面形状可以是三角形或矩形。来所组成的织物，其横截面形状可以是三角形或矩形。 复合材料的增强材料revised 3.1.3 特种玻璃纤维特种玻璃纤维 高强度（高强度（S）玻璃纤维）玻璃纤维 包括镁硅酸盐

30、玻纤和硼硅酸盐玻纤，拉伸强度约包括镁硅酸盐玻纤和硼硅酸盐玻纤，拉伸强度约4400-4900 MPa,比比 E-玻璃纤维高玻璃纤维高33%；弹性模量为；弹性模量为7.4-9104 MPa 。 高模量（高模量（M）玻璃纤维）玻璃纤维 玻璃成分为：玻璃成分为： SiO2 、CaO、 MgO、 BeO、TiO2 、 ZrO2、Li2O等等 拉伸强度与拉伸强度与E-玻璃纤维相当；弹性模量为玻璃纤维相当；弹性模量为9.4-11.8104 MPa 。 耐高温玻璃纤维耐高温玻璃纤维 石英纤维：软化温度高达石英纤维：软化温度高达1250 oC，电性能好、透光率高、耐，电性能好、透光率高、耐100- 200 oC

31、 浓酸浸蚀、膨胀系数小。浓酸浸蚀、膨胀系数小。 空心玻璃纤维空心玻璃纤维 质轻、刚性好，用于航空、海底装备。质轻、刚性好，用于航空、海底装备。 复合材料的增强材料revised 玄武岩纤维玄武岩纤维 由天然玄武岩矿经熔融、拉丝等加工而成的矿物纤维由天然玄武岩矿经熔融、拉丝等加工而成的矿物纤维 性能独特：性能独特： 拉伸、弹性模量高出普通玻纤拉伸、弹性模量高出普通玻纤20%，高出，高出S-玻纤玻纤10%，高出，高出M-玻纤玻纤5%； 生产成本约为玻璃纤维的生产成本约为玻璃纤维的1.5倍，而倍，而S-玻纤和玻纤和M-玻纤的生产成本是普通玻纤的生产成本是普通 玻纤的十几倍；玻纤的十几倍； 使用温度范

32、围广，可在（使用温度范围广，可在（270960 oC）使用；）使用； 具有吸波、防辐射、耐酸碱性能。具有吸波、防辐射、耐酸碱性能。 典型玄武岩矿成份：典型玄武岩矿成份： SiO2（56.43%）、）、Al2O3（13.33%）、）、Fe2O3（4.3%）、）、CaO（3.6%）、）、 MgO（1.22%）. 复合材料的增强材料revised 玄武岩纤维及制品玄武岩纤维及制品 无捻粗纱无捻粗纱 拉挤型材拉挤型材 复合板材复合板材 纱纱 复合材料的增强材料revised 玄武岩纤维单向布玄武岩纤维单向布 产品应用：产品应用： 1）雷达罩、发动机部件、雷达天线；）雷达罩、发动机部件、雷达天线； 2）

33、坦克装甲车车体、结构件、车轮毂、扭力杆和套管；）坦克装甲车车体、结构件、车轮毂、扭力杆和套管； 3）体育运动滑水板、滑雪板、冲浪板；）体育运动滑水板、滑雪板、冲浪板； 4）用于建筑桥梁柱体抗震加固的）用于建筑桥梁柱体抗震加固的 BFRP 性能非常接近性能非常接近 CFRP，某，某 些指标比些指标比 BFRP 更优越，具有更突出的综合性能和性价比。更优越，具有更突出的综合性能和性价比。 复合材料的增强材料revised 玄武岩纤维三维立体结构织物玄武岩纤维三维立体结构织物 结构特点：结构特点： 按经向按经向“8”字形与纬向字形与纬向“1”字形编织成多层面芯、整体连续的空芯字形编织成多层面芯、整体

34、连续的空芯 结构立柱织物，织物层面（结构立柱织物，织物层面（26层）、厚度（层）、厚度（350 mm）、面密度）、面密度 和芯密度可调。和芯密度可调。 适用范围：适用范围： 航空、航天、国防等特殊领域；船舶、火车、汽车、建筑、风力发航空、航天、国防等特殊领域；船舶、火车、汽车、建筑、风力发 电、石油化工等民用领域。电、石油化工等民用领域。 复合材料的增强材料revised 中国鼓励引进技术目录（中国鼓励引进技术目录（2006） 17 纺织业纺织业 p 11. 11. 碳纤维、芳纶碳纤维、芳纶14141414、芳纶、芳纶13131313、中空纤维反渗透膜、中空纤维反渗透膜、PPSPPS 等高技术

35、纤维生产技术等高技术纤维生产技术 31 非金属矿物制品业非金属矿物制品业 p 04. 04. 光学玻璃纤维精密拉丝技术及关键设备技术光学玻璃纤维精密拉丝技术及关键设备技术 p 05. 05. 纤维增强聚合物六轴缠绕技术及设备的关键技术纤维增强聚合物六轴缠绕技术及设备的关键技术 p 06. 06. 预浸料制造技术及关键设备技术预浸料制造技术及关键设备技术 p 12. T80012. T800、T1000T1000碳纤维生产技术碳纤维生产技术 p 14. 14. 年产年产10001000吨以上连续玄武岩纤维生产技术吨以上连续玄武岩纤维生产技术 p 16. 16. 三维增强纤维基材缝合、针刺技术及设

36、备的关键技术三维增强纤维基材缝合、针刺技术及设备的关键技术 p 17. 17. 新型玻璃纤维覆膜滤材制备技术与装备技术新型玻璃纤维覆膜滤材制备技术与装备技术 中华人民共和国商务部、国家税务总局中华人民共和国商务部、国家税务总局 复合材料的增强材料revised 年产年产10001000吨以上连续玄武岩纤维生产技术吨以上连续玄武岩纤维生产技术 编号：编号：053114G 技术名称：年产技术名称：年产1000吨以上连续玄武岩纤维生产技术吨以上连续玄武岩纤维生产技术 技术说明：技术说明： 1. 玄武岩石及辅助原料选用和粉碎、均化、配制等处理玄武岩石及辅助原料选用和粉碎、均化、配制等处理 技术技术 2

37、. 稳定、规模化熔制、成纤全套生产及控制技术，原丝稳定、规模化熔制、成纤全套生产及控制技术，原丝 成品率成品率80左右，纤维拉伸强度左右，纤维拉伸强度30003500 MPa，弹，弹 性模量性模量79.393.1 GPa，伸长率，伸长率3.2，生产成本不，生产成本不 高高 于无碱玻纤的于无碱玻纤的1.5倍倍 3. 耐热、耐腐及高性能复合材料中的应用技术耐热、耐腐及高性能复合材料中的应用技术 复合材料的增强材料revised 三维增强纤维基材缝合、针刺技术及设备的三维增强纤维基材缝合、针刺技术及设备的 关键技术关键技术 编号：编号：053116G053116G 技术名称：三维增强纤维基材缝合、针

38、刺技术及设备的技术名称：三维增强纤维基材缝合、针刺技术及设备的 关键技术关键技术 技术说明：技术说明： 1. 1. 玻纤、碳纤、芳纶纤维等不同材料三维增强基材的选玻纤、碳纤、芳纶纤维等不同材料三维增强基材的选 材及结构设计技术材及结构设计技术 2. 2. 三维增强基材的缝合、针刺加工技术及装备，包括针三维增强基材的缝合、针刺加工技术及装备，包括针 型、变向头控制技术及装备技术型、变向头控制技术及装备技术 3. 3. 三维纤维增强基材复合化应用技术三维纤维增强基材复合化应用技术 复合材料的增强材料revised T800T800、T1000 T1000 碳纤维生产技术碳纤维生产技术 编号：编号：

39、053112G 技术名称：技术名称：T800、T1000碳纤维生产技术碳纤维生产技术 技术说明：技术说明： 1. 聚丙烯腈树脂合成技术聚丙烯腈树脂合成技术 2. 原料纯度、可纺性、结构可控性的聚丙烯腈原丝生原料纯度、可纺性、结构可控性的聚丙烯腈原丝生 产技术产技术 3. 预氧化、低温碳化、高温碳化、碳纤维表面处理等预氧化、低温碳化、高温碳化、碳纤维表面处理等 技术技术 复合材料的增强材料revised 3.2 碳纤维概述碳纤维概述 碳纤维是由有机纤维或小分子烃类原料加热至碳纤维是由有机纤维或小分子烃类原料加热至1500 oC 以上所形成的纤维状碳材料，其碳含量在以上所形成的纤维状碳材料，其碳含

40、量在90%以上。以上。 碳（石墨）纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、碳（石墨）纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、 抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射 等优良特性。此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比等优良特性。此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比 强度和比模量优于其它纤维增强体。强度和比模量优于其它纤维增强体。 复合材料的增强材料revised 碳纤维的制造工艺碳纤维的制造工艺 p 气相法气相法 烃类原料在惰性气氛中经高温沉积获得晶须或短纤维。烃类原料在惰性气氛中经高温沉积获得晶须或短纤维。 p 有机纤维碳化法有机纤维碳

41、化法 以聚丙烯腈、人造丝、沥青等原料经以下阶段制备连续碳纤维：以聚丙烯腈、人造丝、沥青等原料经以下阶段制备连续碳纤维： 拉丝拉丝 牵伸（牵伸（100300 oC 进行）进行） 稳定（稳定（ 400 oC 加热氧化）加热氧化） 碳化（碳化（ 10002000 oC 进行）进行） 石墨化（石墨化（ 20003000 oC 进行）进行） 复合材料的增强材料revised 碳纤维的用途碳纤维的用途 宇航工业宇航工业 用作隔热及结构材料，如火箭喷管、鼻锥、防热层；卫用作隔热及结构材料，如火箭喷管、鼻锥、防热层；卫 星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星- -火箭结合部件；火

42、箭结合部件； 航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃太空望远镜航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃太空望远镜 的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。 航空工业航空工业 用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构 件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流 罩及座板等，此外还有罩及座板等，此外还有C/CC/C刹车片。刹车片。 复合材料的增强材料revised 碳纤维的用途碳纤维的用途 交通运输交通运输 用作汽车传动轴、板簧和刹车片等制件；制造

43、渔船、鱼雷快艇、快艇用作汽车传动轴、板簧和刹车片等制件；制造渔船、鱼雷快艇、快艇 和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水 艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。 运动器材运动器材 用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆，棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆，棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自 行车、赛艇、钓杆、滑雪板、滑雪车等。行车、赛艇、钓杆、滑雪板、滑雪车等。 其它工业其它工业 化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。医疗化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催

44、化剂，吸附剂和密封制品等。医疗 器材如人造骨骼、牙齿、韧带、器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X X光机的床板和胶卷盒。其它还有电光机的床板和胶卷盒。其它还有电 磁屏蔽、音响、减磨、储能及防静电等材料。磁屏蔽、音响、减磨、储能及防静电等材料。 复合材料的增强材料revised 碳纤维的结构与力学性能碳纤维的结构与力学性能 乱层石墨结构乱层石墨结构： 石墨片层（结构单元）石墨片层（结构单元） 微晶微晶 原丝（直径在纳米原丝（直径在纳米 尺度）尺度） 单丝（直径数微米）单丝（直径数微米） 纤维缺陷：纤维缺陷： 结构不匀、直径变异、微孔、裂纹、气孔、杂质等结构不匀、直径变异、微孔、裂纹、气孔、杂质等 强度

45、和模量高，但断裂伸长率小，抗压性能较差强度和模量高，但断裂伸长率小，抗压性能较差 复合材料的增强材料revised 石墨的片层结构石墨的片层结构 335 pm 复合材料的增强材料revised 聚丙烯腈基碳纤维的种类和性能聚丙烯腈基碳纤维的种类和性能 类型牌号单丝根数 密度 g/cm3 抗张强度 MPa 弹性模量 GPa 断裂伸长 % 高强度HTA1,3,6,121.7736502351.5 高伸长ST-33,6,121.7743502351.8 高强度 中模量 IM-4003,6,121.7543202951.5 IM-5006,121.7650003001.7 IM-600121.8156

46、002901.9 高模量 HM-353,6,121.7927503450.8 HM-406,121.8326503870.7 高强度 高模量 HMS-356,121.7835003501.0 HMS-406,121.8433004000.8 HMS-4561.8732504300.7 HMS-50X121.9231004900.6 复合材料的增强材料revised 沥青基碳纤维的性能沥青基碳纤维的性能 项目S-230短纤维F-140长丝F-500长丝F-600长丝 密度， g/cm31.651.952.112.25 抗张强度，MPa800180028003000 弹性模量，GPa3514050

47、0600 断裂伸长，%2.01.30.550.50 单丝直径， mm 13-18111010 热分解温度，oC410540650710 电阻，cm 1.610 -31.010 -35.010 -43.010 -4 复合材料的增强材料revised 碳纤维的物理性能碳纤维的物理性能 比重：1.5-2.0，取决于原丝结构、碳化处理温度。 热膨胀系数：各向异性 轴向：0.72 0.9010 -6 / oC 径向：32 2210 -6 / oC 导热率：各向异性, 随温度升高而下降 轴向：0.04卡 /s.m.oC 径向： 0.002卡 /s.m.oC 比电阻：与纤维类型有关 复合材料的增强材料rev

48、ised 碳纤维的化学性能碳纤维的化学性能 对一般酸碱惰性 空气中，400 oC 以上明显氧化 惰性环境，1500 oC 强度开始下降 低温（液氮温度）下不脆化 复合材料的增强材料revised PANPAN基碳纤维的生产与消费现状基碳纤维的生产与消费现状 原丝生产原丝生产关键技术关键技术（严格保密） 成熟技术拥有者：日本东丽、东邦和三菱人造丝。 处于技术完善阶段：美国Hexcel, Amoco, Zoltek等。 成熟技术成熟技术： 技术 公司 共聚物溶剂纺丝工艺 东丽P(AN-co-MA), P(AN-co-FA)DMSO干湿法纺丝 东邦P(AN-co-MA)ZnCl2/H2O湿法纺丝 三

49、菱 P(AN-co-MAA), P(AN-co-MA-co-MAA) P(AN-co-MA-co-MAA) DMF DMF 干湿法纺丝 湿法纺丝 FA: fumarate 复合材料的增强材料revised PANPAN基碳纤维主要供应商的产能基碳纤维主要供应商的产能 东丽东邦三菱HexcelZoltek 苏泰 克 阿尔 迪拉 爱思奇 爱尔 2005910076004700 1980446018001000 1900 200610900 91005950 1980446018001000 1900 200713900 9100- 200817500 11800 - 20052008年PAN基碳纤

50、维主要供应商的产能(T) 2010年组建的江苏航科复合材料科技有限公司年组建的江苏航科复合材料科技有限公司( )，已建成，已建成25T/年的年的T800 碳纤维生产线碳纤维生产线 复合材料的增强材料revised PANPAN基碳纤维的生产与消费现状基碳纤维的生产与消费现状 售价售价: 聚合物原丝: 4050元/Kg; 碳纤维: 200元/Kg; 预浸料:500元/Kg. 20082008年各地区消费结构年各地区消费结构 行业 地区 工业（%）航天航空（%）体育休闲（%） 日本12682 美国354322 欧洲66268 其它地区291259 复合材料的增强材料revised 3.3 高性能有

51、机纤维高性能有机纤维 高性能纤维的结构特点高性能纤维的结构特点: 非常高的分子取向、有序的侧向排列、非常低的轴向缺陷含量。非常高的分子取向、有序的侧向排列、非常低的轴向缺陷含量。 柔性分子链柔性分子链 有机纤维有机纤维 3.3.4 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维 刚性分子链刚性分子链 有机纤维有机纤维 3.3.1芳香族聚酰胺纤维（芳纶）芳香族聚酰胺纤维（芳纶） 3.3.2 聚对亚苯基苯并双恶聚对亚苯基苯并双恶/噻噻/咪唑纤维咪唑纤维 3.3.3聚聚2,5-2,5-二羟基二羟基-1,4-1,4-苯撑吡啶并二咪唑苯撑吡啶并二咪唑 (PIPD(PIPD或或M5)M5)纤维纤维 复合材料的增

52、强材料revised 3.3.1芳纶纤维芳纶纤维(Aramid Fiber ) p 聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维：纤维：1414 Fiber; p 聚对苯甲酰胺聚对苯甲酰胺(PBA)纤维纤维: : 14 Fiber; p 聚间苯二甲酰间苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维纤维：1313 Fiber; p 芳砜纶；芳砜纶； p 芳纶共聚纤维芳纶共聚纤维： 芳酰胺共聚纤维芳酰胺共聚纤维 由对苯二甲酰氯、对苯二胺及由对苯二甲酰氯、对苯二胺及3，4-二氨基二苯醚二氨基二苯醚 经低温共聚而成。经低温共聚而成。 芳酰胺苯并咪唑纤维芳酰胺苯并咪唑纤维 由对苯二甲酰氯、对苯二

53、胺及苯并咪唑类杂由对苯二甲酰氯、对苯二胺及苯并咪唑类杂 环二胺，经低温缩聚、纺丝，再经高温热拉伸而成。环二胺，经低温缩聚、纺丝，再经高温热拉伸而成。 l 2005年产量约年产量约 5.3 万吨，大部分由杜邦、日本帝人垄断。万吨，大部分由杜邦、日本帝人垄断。 复合材料的增强材料revised 芳纶芳纶1414纤维纤维(Kevlar Fiber) 商品名：Kevlar Fiber (DuPont Co.)， Twaron Fiber (Akzo Nobel）， Technora Fiber (日本帝人公司)，Terlon Fiber (俄罗斯)等。 具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸碱、重量轻等优

54、良性能。其具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸碱、重量轻等优良性能。其 强度是钢丝的强度是钢丝的1.51.52 2倍，模量为玻璃纤维的倍，模量为玻璃纤维的2 23 3倍，韧性是钢丝的倍，韧性是钢丝的2 2 倍，而重量仅为钢丝的倍，而重量仅为钢丝的1/51/5左右，在左右，在560 oC 下不分解、不融化。具有下不分解、不融化。具有 良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。 N n C O C O N H H 复合材料的增强材料revised Kevlar 纤维的制备纤维的制备 对苯二甲酰氯对苯二甲酰氯 对苯二胺对苯二胺 溶剂溶剂 缩缩 聚聚沉淀

55、、洗涤、干燥沉淀、洗涤、干燥溶溶 解解 浓浓 硫硫 酸酸 纺丝原液纺丝原液干干-湿法纺丝湿法纺丝洗洗 涤涤干干 燥燥热热 处处 理理 卷卷 绕绕Kevlar-29 Kevlar-49 550 oC/N2 复合材料的增强材料revised Kevlar 纤维的结构特征纤维的结构特征 N C O C N O N C H H H N C O C N O N C H H H N C O C N O N C H H H O O O 纤纤 维维 轴轴 向向 含大量苯环，内旋转困含大量苯环，内旋转困 难，为处于拉伸状态的刚难，为处于拉伸状态的刚 性伸直链晶体；性伸直链晶体； 苯环与酰胺键交替排列，苯环与酰胺

56、键交替排列， 全处于对位，规律性强，全处于对位，规律性强， 对称性好，结晶率高（达对称性好，结晶率高（达 96%96%）；）； 分子间有氢键，交联成分子间有氢键，交联成 梯形聚合物。梯形聚合物。 复合材料的增强材料revised Kevlar 纤维的纤维的力学性能（比较力学性能（比较） 材料材料 性能性能 Kelvar- 49 PA728 聚酯聚酯 68 石墨石墨 纤维纤维 玻璃玻璃 纤维纤维 不锈不锈 钢丝钢丝 拉伸强度拉伸强度/ / MPaMPa 2760- 3620 9901120276024102720 弹性模量弹性模量/ / GPaGPa 124 5.5 13.8221 69 200

57、 断裂伸长断裂伸长 率率% % 2.518.314.51.253.52.0 密度密度 g/cmg/cm3 3 1.451.141.381.752.557.83 复合材料的增强材料revised 几种几种 Kevlar 纤维的性能比较纤维的性能比较 性性 能能Kevlar-29 Kevlar- 129 Kevlar-49 Kevlar- 149 1.5旦纤维直旦纤维直 径径,m mm 12-14.6- 吸湿率吸湿率( (%) )3.9-4.61.1 拉伸强度拉伸强度/MPa/MPa2970343036203433 弹性模量弹性模量/GPa/GPa36.796.6152165 断裂伸长率断裂伸长率

58、 ( (%) ) 3.63.32.51.8 复合材料的增强材料revised Kevlar 纤维的力学性能纤维的力学性能 弹性模量高：弹性模量高：Kevlar-49Kevlar-49拉伸模量拉伸模量E Ef f 125 GPa 125 GPa，比玻纤高，比玻纤高 强度高：强度高： Kevlar-49Kevlar-49拉伸强度拉伸强度fu fu 3620 MPa 3620 MPa，与碳纤维相当，与碳纤维相当 - -曲线为直线，具有脆性材料特征，曲线为直线，具有脆性材料特征，fu fu 断裂延伸率 断裂延伸率2.5%2.5%， 高于碳纤维高于碳纤维 密度小：密度小： Kevlar-49Kevlar

59、-49的密度的密度1.45g/cm1.45g/cm3 3 ，导致比强度高，导致比强度高 良好的韧性：分子主链苯环间有柔顺链节，分子间氢键连接，良好的韧性：分子主链苯环间有柔顺链节，分子间氢键连接， 使纤维具有柔性使纤维具有柔性 各向异性：横向强度与模量远低于纵向各向异性：横向强度与模量远低于纵向 抗压性能、抗扭性能较低抗压性能、抗扭性能较低 纺织性能好纺织性能好 抗蠕变性、抗疲劳性好抗蠕变性、抗疲劳性好 复合材料的增强材料revised Kevlar 纤维的其它性能纤维的其它性能 p 热性能热性能 Kevlar-49Kevlar-49具有良好的热稳定性和耐低温性，在具有良好的热稳定性和耐低温性

60、，在160 oC以以 下的空气中可长期使用，下的空气中可长期使用，- -196 oC低温不变脆。低温不变脆。 p 化学性能化学性能 除强酸、强碱，几乎不受任何有机溶剂、油类的影响；除强酸、强碱，几乎不受任何有机溶剂、油类的影响； 但耐紫外光老化性能差。但耐紫外光老化性能差。 p 其它其它 介电性能比玻璃纤维好，可用于雷达罩透波材料；介电性能比玻璃纤维好，可用于雷达罩透波材料； 但与基体材料的界面黏结性不好。但与基体材料的界面黏结性不好。 复合材料的增强材料revised Kevlar 纤维纤维的市场、应用的市场、应用 l 复合材料（航空航天、舰船、体育用品、汽车工 业）大约占40%； l 高速