广东工业大学：《聚合物基复合材料》课程教学资源（课件讲稿）第二章 增强材料 2.1 玻璃纤维

第2章增强材料 增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、 弹性模量等力学性能的材料。 增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且 ●能降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面 ●赋予复合材料新的性能 增强材料种类 物理形态：红状、片状、颗粒状增强材料等 玻璃纤维、碳纤维、 石墨纤维、硼纤维、 芳纶纤维等

第2章 增强材料 增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、 弹性模量等力学性能的材料。 增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且 能降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面 赋予复合材料新的性能 增强材料种类 物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等 玻璃纤维、碳纤维、 石墨纤维、硼纤维、 芳纶纤维等

表1几种常见材料的力学性能 材料 比强度，MPa 比弹性模量，MPa 木材 215.6 18620 碳钢 176.4 24500 高强度铝 205.8 24580 CF(玻璃纤维)/环氧 607.6 23520 BF(硼纤维)/环氧 607.6 98000 AF(芳纶纤维)/环氧 842.8 49000 CF(碳纤维T)/环氧 1274.0 88200 CF(碳纤维HM)/环氧 784.0 156800

纤维增强是提高聚合物力学性能的重要手段。 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载 组分，其增强效果主要取决于纤维的特征、纤 维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺 寸和分布

纤维增强是提高聚合物力学性能的重要手段。 ⚫ 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载 组分，其增强效果主要取决于纤维的特征、纤 维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺 寸和分布

纤维的种类和性能 玻璃纤维 1、玻璃纤维：用量最大、 价格最便宜。 2、碳纤维：化学性能与碳 碳纤维 相似。 3、硼纤维： 耐高温、 强度 弹性模高。 4、金属纤维：成丝容易、 弹性模量高。 SiC纤维 5、陶瓷纤维：用于高温、 高强复合材料

1、玻璃纤维：用量最大、 价格最便宜。 2、碳纤维：化学性能与碳 相似。 3、硼纤维：耐高温、强度、 弹性模高。 4、金属纤维：成丝容易、 弹性模量高。 5、陶瓷纤维：用于高温、 高强复合材料。 玻璃纤维 碳纤维 SiC纤维 纤维的种类和性能

6、芳香族聚酰胺纤维： 强度、 芳纶纤 弹性模量高，耐热。 7、聚之烯纤维：韧性极好， 密度非常小。 8、晶须：是直径小于30μm, 长度只有几毫米的针状单晶 体，断面呈多角形，是一种 高强度材料。 分为金属晶须和陶瓷晶须。 金属晶须中，Fe晶须已投入 生产。工业生产的陶瓷晶须 主要是SiC晶须。 SiC晶须3920KU2

6、芳香族聚酰胺纤维: 强度、 弹性模量高，耐热。 7、聚乙烯纤维: 韧性极好， 密度非常小 。 8、晶须：是直径小于30m， 长度只有几毫米的针状单晶 体，断面呈多角形, 是一种 高强度材料。 分为金属晶须和陶瓷晶须。 金属晶须中, Fe晶须已投入 生产。工业生产的陶瓷晶须 主要是SiC晶须。 SiC晶须

2.1玻璃纤维 20世纪20年代末，美国大萧条，政府出台了一条奇葩 法令：禁酒令，一禁就是十四年，酒瓶生产商纷纷陷 入困境。欧文斯伊利诺斯公句是当时美国最大的玻璃 瓶制造商，也只能眼睁睁看普一个个玻璃熔炉被熄火 这时一位贵人一一Games Slayter,他偶然经过一台 玻璃熔炉，发现一些溢出的液态玻璃被吹成纤维状。 Games好像牛顿被苹果砸中脑袋，玻璃纤维从此登上了 历史舞台。 无捻玻璃纤维 玻璃纤维扫描电镜照片

20世纪20年代末，美国大萧条，政府出台了一条奇葩 法令：禁酒令，一禁就是十四年，酒瓶生产商纷纷陷 入困境。欧文斯伊利诺斯公司是当时美国最大的玻璃 瓶制造商，也只能眼睁睁看着一个个玻璃熔炉被熄火 。这时一位贵人——Games Slayter，他偶然经过一台 玻璃熔炉，发现一些溢出的液态玻璃被吹成纤维状。 Games好像牛顿被苹果砸中脑袋，玻璃纤维从此登上了 历史舞台。 2.1 玻璃纤维 玻璃纤维扫描电镜照片

必玻璃纤维是复合村料中应用最早和最为广泛的 无机纤维； 第二次世界大战爆发，常规材料匮乏，为满足 军用战备的需求，玻璃纤维成为替代品。人们 发现这种年轻的材料有许多优点一一质量轻、 强度高、绝缘性好、保温、隔热。于是，坦克、 飞机、武器、防弹衣等等都用上了玻璃纤维

❖玻璃纤维是复合材料中应用最早和最为广泛的 无机纤维； ❖第二次世界大战爆发，常规材料匮乏，为满足 军用战备的需求，玻璃纤维成为替代品。人们 发现这种年轻的材料有许多优点——质量轻、 强度高、绝缘性好、保温、隔热。于是，坦克、 飞机、武器、防弹衣等等都用上了玻璃纤维

玻璃纤维的特性总结 密度：2.4~2.8g/cm3 抗拉强度：3~4.6GPa(为高强度钢的2~3倍) 弹性模量：70~110GPa(与铝和钛合金模量相当) 比强度为：12.5~18.4×106cm(为高强度钢的6~10倍) 比模量为：2.8~4.0×107cm(略高于高强度钢) 不燃、不腐、耐热、高拉伸强度、小断裂延伸率、化学稳定 性好、电绝缘性能好；但不耐磨、脆而易折。 可加工成纱、布、带、毡等形状

玻璃纤维的特性总结 密度：2.4～2.8 g/cm3 抗拉强度：3～4.6 GPa（为高强度钢的2～3倍） 弹性模量：70～110 GPa（与铝和钛合金模量相当） 比强度为：12.5～18.4×106 cm（为高强度钢的6～10倍） 比模量为：2.8～4.0×107 cm（略高于高强度钢） 不燃、不腐、耐热、高拉伸强度、小断裂延伸率、化学稳定 性好、电绝缘性能好；但不耐磨、脆而易折。 可加工成纱、布、带、毡等形状

玻璃纤维纱 玻璃纤维布 玻璃纤维毡 纤维短切丝

2.1.1玻璃纤维的结构与组成 •玻璃纤维是纤维状的玻璃。 •玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。 ●定义： 由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体 物理机械性能的无定形物体，各向同性 的均质材料。 ●特点：没有固定的熔点

2.1.1玻璃纤维的结构与组成 •玻璃纤维是纤维状的玻璃。 •玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。 •定义： 由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体 物理机械性能的无定形物体，各向同性 的均质材料。 •特点：没有固定的熔点