第04章 增強改性

1、第四章第四章 聚合物的增強改性聚合物的增強改性 第一節(jié)第一節(jié) 纖維增強改性聚合物的基本原理纖維增強改性聚合物的基本原理 第二節(jié)第二節(jié) 增強纖維增強纖維 第三節(jié)第三節(jié) 增強材料的表面處理增強材料的表面處理 第四節(jié)第四節(jié) 纖維增強聚合物復(fù)合材料的制造纖維增強聚合物復(fù)合材料的制造 第五節(jié)第五節(jié) 常見的纖維增強聚合物常見的纖維增強聚合物 第一節(jié)第一節(jié) 纖維增強改性纖維增強改性 聚合物的基本原理聚合物的基本原理 一增強改性及其類型一增強改性及其類型 1、增強改性、增強改性 增強改性是在聚合物基體中加入增強材料以增強改性是在聚合物基體中加入增強材料以 改進聚合物性能，特別是力學性能的一種改改進聚合物性能，

2、特別是力學性能的一種改 性方法性方法. 2、使用纖維增強聚合物的主要目的 （1）提高比強度與比模量（比強度是指材料 的強度與相對密度之比值） （2）提高減震(阻尼）特性 （3）提高抗疲勞性 （4）提高過載安全性 （5）提高耐熱性 （6）降低成型收縮率與線膨脹系數(shù) 3、纖維增強聚合物基復(fù)合材料的類型 （1）按基體材料劃分 v纖維增強塑料（樹脂基）（FRP，F(xiàn)RTP） v纖維增強彈性體（橡膠基） （2）按增強材料劃分 v按纖維的排列單向、雙向與三向纖維 v按纖維的長度連續(xù)、長、短與磨碎纖維 v按纖維的材料組成玻璃、碳、芳綸、金屬 （如GFRP 、GFRTP、CFRP、CFRTP） （3）按復(fù)合方式

3、劃分 預(yù)混復(fù)合、浸漬復(fù)合、層疊復(fù)合、骨架復(fù)合 二、纖維增強聚合物復(fù)合材料中的基二、纖維增強聚合物復(fù)合材料中的基 本單元本單元 纖維增強聚合物復(fù)合材料的三種基本單元： v增強相（纖維） v基體相 v界面相 連續(xù)纖維連續(xù)纖維 （單軸取向）（單軸取向） 聚合物復(fù)聚合物復(fù) 合材料理想合材料理想 模型模型 1 1、纖維、纖維 2 2、聚合物、聚合物 3 3、界面相、界面相 1、纖維 v一類長度（縱向尺寸）與橫（徑）向尺寸比值（通 常稱為纖維的長徑比長徑比L LD D）很大）很大）（至少為10：1 至100：1）的材料。 v纖維臨界長度纖維臨界長度 LcLc：指以基體包裹纖維的復(fù)合物在 順纖維軸向拉伸，當

4、從基體傳到纖維上的應(yīng)力剛能 使纖維斷裂時纖維的應(yīng)有長度。通常通常LcLcD D在在100100 200200的范圍的范圍。 v為使纖維能夠發(fā)揮較好的增強作用較好的增強作用，必須使纖維 （直徑為D）的長度超過臨界長度長度超過臨界長度 LcLc。（加工過 程中纖維的斷裂應(yīng)予以重視） v纖維的取向方式：單軸取向、交叉定向、無規(guī)取向 2、基體相 v作用：是將應(yīng)力傳遞和分配到各根纖維上 以及將各孤立的纖維粘接在一起并使其按 要求取向。同時基體也使纖維作為一個整 體來抵抗負荷下的破壞和變形。 纖維增強聚合物復(fù)合材 料中的基體在斷纖維界 面周圍傳遞應(yīng)力的結(jié)果， 使得復(fù)合作用的原理在 即使纖維全部斷開后仍 然

5、在起作用。因此，可 用大量短纖維來代替貫 穿整個材料的長纖維作 增強材料。 3、界面相 v一個多層結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)域：包含了基體聚合物 與增強纖維的部分原始接觸面及相互擴散層接觸面及相互擴散層， 基體聚合物與增強纖維表面的反應(yīng)產(chǎn)物表面的反應(yīng)產(chǎn)物等。 v增強纖維基體聚合物界面必須有適當?shù)慕缑孢m當?shù)慕缑?結(jié)合力結(jié)合力，并由此產(chǎn)生復(fù)合效果和界面強度復(fù)合效果和界面強度，從 而能促使負荷促使負荷從基體聚合物傳遞傳遞到增強纖維。 三、纖維增強聚合物復(fù)合材料的力學 強度 1、 連續(xù)長纖維單軸取向時的拉伸性能 2、短切纖維單軸取向時的拉伸性能 3、短切纖維無規(guī)取向時的拉伸性能 當纖維沿單軸取向又與拉力同向時，e1

6、， 當纖維呈平面內(nèi)無規(guī)取向時e0.33。 4、彎曲性能 n基體改性對玻纖基體改性對玻纖 增強聚丙烯彎曲增強聚丙烯彎曲 性能的影響性能的影響 5、韌性或沖擊強度 v在纖維增強聚合物復(fù)合材料中，沖擊能量的分 散通常是通過纖維與界面的脫粘、纖維拔出、 纖維與基體的摩擦及基體的變形來實現(xiàn)。為了 同時獲得較高的拉伸強度與沖擊強度，需要使 纖維增強聚合物復(fù)合材料中有適度的界面結(jié)合 強度。 v復(fù)合材料的韌性或沖擊強度還與基體材料、纖 維長度及增韌劑有關(guān)。 6、蠕變與疲勞 v加入增強纖維可以大大降低聚合物的蠕變和 應(yīng)力松馳的程度； v纖維增強熱固性聚合物的抗蠕變性比纖維增 強熱塑性聚合物要好得多 ； v長纖維

7、增強聚合物復(fù)合材料的耐蠕變性比短 纖維增強復(fù)合材料要好得多（尤其在高溫 下） ； v增強纖維的加入還可提高基體聚合物的耐疲 勞性； 四、纖維增強聚合物復(fù)合材料的、纖維增強聚合物復(fù)合材料的 其它性能其它性能 1、磨損性 v復(fù)合材料中使用纖維可以提高表面硬度和 聚合物的耐磨損性; v碳纖維、芳綸纖維、UHMWPE纖維能降低 摩擦系數(shù)，再配合添加硅油、硅酮或PTFE 粉末等會有更好的效果； v使纖維沿著與滑移運動相垂直的方向取向 將有利于提高復(fù)合材料的耐磨損性； 2、熱變形溫度 v添加增強纖維后，熱變形溫度總有不同程 度的提高； v同樣的玻纖含量，非結(jié)晶性塑料的熱變形 溫度提高幅度較小，而結(jié)晶性塑料

8、會有很 大幅度的提高； 3、熱膨脹系數(shù) v隨著增強纖維含量的增加，復(fù)合材料的熱 膨脹系數(shù)變得更?。?v不僅纖維增強聚合物的模塑收縮率低，并 且成型后的制品尺寸穩(wěn)定性好； v纖維增強聚合物的熱膨脹系數(shù)還與基體聚 合物的結(jié)晶性、纖維的取向情況有關(guān) 結(jié)晶性聚合物在其玻璃化溫度Tg以上的熱膨 脹系數(shù)明顯高于Tg 以下時的熱膨脹系數(shù)； 纖維取向的結(jié)果，會使順料流方向的線膨脹 系數(shù)較小，而垂直于料流方向的線膨脹系數(shù) 較大； 4、電性能 v具有導電性的纖維：碳纖維（石墨纖維）、金屬纖 維 v導靜電用途：體積電阻率108cm（最好 106cm） v電磁屏蔽用途：體積電阻率100cm以下,（最好 10-1cm）

9、 電磁屏蔽性能S(dB)的計算（經(jīng)驗公式）: S(dB) = 50 + 10lg(1/f) + 1.7t(f/)1/2 v為了有利于導電通道的形成，在加工與成型過程中 除應(yīng)確保纖維的良好分散外，還應(yīng)使纖維保持盡可 能高的長徑比； 5、耐化學藥品性、耐化學藥品性 v添加玻璃纖維增強成分有利于提高基體聚合物在化學試劑 （包括水）的作用下保持原有性能的能力； v加入增強纖維，可以提高許多聚合物（尤其是非晶態(tài)聚合 物如聚碳酸酯）的耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力。 6、成型加工性能 v纖維含量越高，復(fù)合物的熔融粘度越高，流動性越差； v工藝技術(shù)上，既要能使玻璃纖維在制品中得到均勻分散， 獲得良好的制品外觀，又要盡可

10、能使玻璃纖維在成型過程 中少受損傷； v熔料流動時的纖維取向，易造成制品物理機械性能的各向 異性； v纖維的取向易產(chǎn)生和流動方向成垂直方向的收縮率差，對 薄壁大面積制品尤其應(yīng)注意； v對FRTP，若加工過程中處理不當，制品的熔接縫處強度 會顯著降低。 第二節(jié)增強纖維第二節(jié)增強纖維 一、玻璃纖維一、玻璃纖維 1、有關(guān)玻璃纖維的幾個概念、有關(guān)玻璃纖維的幾個概念 單絲：由坩堝漏板一個漏孔中拉成的絲單絲：由坩堝漏板一個漏孔中拉成的絲 原絲及股：由漏板漏孔拉成的單絲經(jīng)集原絲及股：由漏板漏孔拉成的單絲經(jīng)集 束輪匯成之一束即成原絲或稱股。束輪匯成之一束即成原絲或稱股。 紗：原絲經(jīng)退繞加捻而成基本單紗、紗：原

11、絲經(jīng)退繞加捻而成基本單紗、 合股后稱合股后稱合股紗合股紗。 捻度：指每一米玻璃纖維原絲經(jīng)過多少捻度：指每一米玻璃纖維原絲經(jīng)過多少 轉(zhuǎn)的加捻次數(shù)，以捻米表示。轉(zhuǎn)的加捻次數(shù)，以捻米表示。 無捻粗紗：浸有強化型浸潤劑的原絲成無捻粗紗：浸有強化型浸潤劑的原絲成 股后不經(jīng)加捻而合股者。股后不經(jīng)加捻而合股者。 支數(shù)：一克原絲的長度（以米計），稱為該原支數(shù)：一克原絲的長度（以米計），稱為該原 絲的支數(shù)。絲的支數(shù)。 拉絲工藝示意圖 2、玻璃纖維的分類和性能 (1)按玻璃的組成、特性與用途分類 A玻璃（高堿）；C玻璃（中堿）；D玻璃（低堿）；E 玻璃（無堿） ；ECR玻璃（耐腐蝕）；R玻璃和S玻 璃（高模量高強

12、度）。 (2)按玻璃纖維（單絲）的直徑粗細分類 初級（20m ）； 中級（1020m）； 高級（m ）； 超級（3m） (3) 按玻璃纖維長度分類 連續(xù)玻璃纖維（連續(xù)長纖維 ）； 短切玻璃纖維（通常3 25mm，也有更長）； 磨碎纖維（研磨纖維，0.8 1.6mm ）。 (4)按玻璃纖維的交織結(jié)構(gòu)劃分 短切原絲氈（2550mm隨機鋪放） ；連續(xù)原絲氈（如 GMT用） ；玻璃纖維布（如鋪疊成型用） 短切玻璃纖維短切玻璃纖維 無堿玻璃纖維紗 玻璃纖維布 二、碳纖維二、碳纖維 碳纖維是纖維狀的炭材料，其化學組成中碳元素占總質(zhì)量 的90以上（幾乎是純碳），碳原子間的結(jié)合方式為石墨 狀，形成石墨晶格結(jié)構(gòu)

13、（“亂層石墨結(jié)構(gòu)” ）。 1、碳纖維的類型 （1）按照原料分：纖維素基（人造絲基）、聚丙烯腈 （PAN）基、瀝青基。 （2）按照制造條件和方法分類：碳纖維（800600）、 石墨纖維（20003000）、活性碳纖維、氣相生長碳 纖維。 （3）按性能分類：通用級（GP）、高性能（HP）。通用 級碳纖維的拉伸強度一般低于1400MP a，拉伸模量小于 140GPa.。高性能級碳纖維通常又可分為中強型（MT）、 高強型（HT）、超高強型（UHT）、中模量型（IM）、 高模量型（HM）、超高模量型（UHM）等。 2、碳纖維的性能、碳纖維的性能 與玻璃纖維比較，碳纖維具有： v高彈性模量、在濕態(tài)條件下的

14、力學性能保 持率好； v較低的蠕變性和熱膨脹系數(shù)； v更低的密度； v優(yōu)異的導熱與導電性； v自潤滑性與耐磨性； v良好的耐化學腐蝕性、 三、有機聚合物纖維三、有機聚合物纖維 1、芳綸（芳香族聚酰胺） v耐高溫的合成纖維，長期連續(xù)使用溫度為200200， 最高使用溫度達240,300,分解溫度為500； v高阻尼特性和低磨耗性； v各向異性??； v在與聚合物的混煉過程中也不像玻璃纖維和碳纖維那樣易于 脆性斷裂。 2、滌綸（、滌綸（PET）纖維）纖維 v短切纖維束與玻璃纖維混合可以提高脆性樹脂基 體的抗沖擊強度； v相對于其他非玻璃增強成分而言，滌綸纖維的成 本較低； v對模具表面的磨蝕作用也比

15、玻璃纖維小 ； 3、超高分子量聚乙烯纖維、超高分子量聚乙烯纖維() v與其它有機纖維相比，具有最高的比模量與比強 度，故又稱超高強度聚乙烯()或超高模 量聚乙烯()纖維 v具有耐磨、耐沖擊、耐化學藥品、不吸水、密度 小等優(yōu)點； v原料聚乙烯易得，大規(guī)模使用后可大大降低其生 產(chǎn)成本。 四、硼纖維四、硼纖維 v比強度及比彈性模量極高，因而作為輕質(zhì)高 強結(jié)構(gòu)材料，特別引人注目； v價格比碳纖維高得多 ； v天然的多結(jié)晶質(zhì)無機纖維； v溫石棉（適合TP）：水合氧化鎂硅酸鹽類 化合物，單纖維是管狀的，內(nèi)部具有毛細 管結(jié)構(gòu)（其內(nèi)徑約為0.01，外徑約為 0.03，當十萬根石棉纖維集成一束時，其 直徑約為2

16、0）； v與采用玻璃纖維增強相比，石棉增強聚合 物的制品變形小，耐燃性增加，對成型機 械的磨損較小，并且價格低廉； v石棉增強聚合物制品的電氣性能、著色性 較差。 五、石棉纖維五、石棉纖維 六、陶瓷纖維 v由金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物或 其它化合物組成的多晶體耐火纖維，在此硅 和硼也被視為金屬； v主要品種：包括氧化鋁纖維、碳化硅纖維、 硅鋁纖維以及其他金屬氧化物硅纖維； v質(zhì)輕、高強度、高硬度、高模量、耐高溫； v兩個顯著缺陷：成本高、固有的脆性（復(fù)合 過程中會導致纖維斷裂） 七、金屬纖維 v包括不銹鋼纖維、銅纖維、鋁纖維、鍍鎳的玻璃 纖維或碳纖維（主要用在要求導電或電磁屏蔽的 復(fù)合

17、材料中）； v易形成導電網(wǎng)絡(luò)（較大的長徑比和接觸面積）； （通常體積含量為310%，即具有良好的導電 性與電磁屏蔽性能） v對電導率的影響規(guī)律與填充炭黑的情形相似 ； v添加量一定時,纖維直徑越小、長徑比越大，導電 性越好； v復(fù)合的過程中，要盡量避免纖維斷裂，注射時宜 降低螺桿轉(zhuǎn)速和背壓，提高機筒和模具溫度，有 時為提高分散的均勻性，還需加入適當?shù)募庸ぶ?劑等。 八、導電性八、導電性TRF纖維纖維 Ti-Si-C-O纖維（簡稱TRF） v是最新開發(fā)的一種在力學性能和功能化方 面最優(yōu)異的增強纖維； v高強度、低密度、耐高溫、有導電性、結(jié) 節(jié)強度大、對金屬及塑料反應(yīng)性小、濕潤 性好等一系列優(yōu)異特

18、性。 v抗電磁波干擾（通過調(diào)節(jié)電導率，實現(xiàn)對 一定波長電磁波的吸收或透過）。 九、植物纖維九、植物纖維 1、纖維素的分子結(jié)構(gòu) 2、具有反應(yīng)活性的基團對于熱、力學、化學等環(huán)境作用 極其敏感，使纖維素很容易降解。 3、纖維素具有吸水性，吸濕率可達812%。吸水的纖 維素加工性能很差。 4、植物纖維最突出的優(yōu)點是資源豐富、價格低廉、具有 生物降解性和可再生性；對設(shè)備的磨耗小； 5、耐熱性差（反應(yīng)在加工過程與制品使用）。 第三節(jié)增強材料的表面處理第三節(jié)增強材料的表面處理 一、纖維表面處理應(yīng)遵循的基本原則一、纖維表面處理應(yīng)遵循的基本原則 1、極性相似原則、極性相似原則 2、界面酸堿匹配原則、界面酸堿匹配

19、原則 3、形成界面化學鍵原則、形成界面化學鍵原則 4、引入可塑界面層原則實現(xiàn)整體增韌，且、引入可塑界面層原則實現(xiàn)整體增韌，且 不會出現(xiàn)樹脂相和橡膠相并存的現(xiàn)象不會出現(xiàn)樹脂相和橡膠相并存的現(xiàn)象 二、各類纖維的表面處理二、各類纖維的表面處理 1、玻璃纖維的表面處理 （1）硅烷偶聯(lián)劑處理 （2）表面接枝處理 （3）酸堿刻蝕處理 2、碳纖維的表面處理 （1）氧化處理法：氣相氧化法；液相氧化法； 陽極氧化法；等離子體氧化法 （2）表面涂層改性 （3）表面電聚合改性 4、有機纖維的表面處理 （1）芳綸纖維的表面處理 v物理方法：等離子體處理、電子束輻照 v化學改性： 硝化/還原、氯磺化等化學反應(yīng) 利用二異

20、氰酸酯與芳綸表面的OH、CO NH等活潑氫的基團反應(yīng) （2）超高分子量聚乙烯纖維的表面處理 v低溫等離子體處理 v輻射引發(fā)表面接枝處理 v電暈放電處理 v氧化性化學試劑表面氧化處理 5、植物纖維的表面處理 （1）熱處理法 （2）堿處理法 （3）改變表面張力法 （4）偶聯(lián)法 （5）表面接枝法 MAH-PP蠟與 纖維素的反應(yīng) 第四節(jié)纖維增強聚合物第四節(jié)纖維增強聚合物 復(fù)合材料的制造復(fù)合材料的制造 一、纖維增強熱塑性塑料一、纖維增強熱塑性塑料 1、纖維增強熱塑性塑料片材（、纖維增強熱塑性塑料片材（GMT法）法） (1)熔融浸漬法熔融浸漬法 工藝過程為：首先將連續(xù)纖維或 短切纖維制成氈或針刺氈，經(jīng)預(yù)

21、熱，與擠出機擠出的熱塑性樹脂 薄膜層合，通過雙帶式壓機熱壓 浸漬，然后冷卻固化，最后切割 成所需規(guī)格的片材供模壓 （或沖擊）的半成品 GMTPP Glass Mat Thermoplastic Interior 2005 Ford GT GMT-PP Door Trim with Integrated Acoustic Chamber and Subwoofer 2005Ford Mustang (2)懸浮沉積法又稱濕法 工藝過程為：首先將短切纖維原 絲（625mm）、熱塑性樹脂 粉末和懸浮助劑加入水中，借助 于懸浮助劑和攪拌作用將密度差 較大的纖維和樹脂微粒均勻分散 在水介質(zhì)中，使纖維呈單絲

22、分散， 樹脂達到單粒分散，再將這種均 勻的懸浮液通過流漿箱和成形網(wǎng)， 加入絮凝劑使其凝聚，并使凝聚 物與水分離，將水濾出后形成濕 片，再經(jīng)過干燥、粘結(jié)、壓軋成 為增強熱性塑料片材. (3)高靜電吸附熱壓法 將熱塑性樹脂制成薄膜， 使薄膜帶靜電，當帶靜 電的樹脂薄膜通過短纖 維槽時，纖維被吸附在 薄膜上。然后將上述吸 附有纖維的薄膜在雙帶 式熱壓機上層合、熱壓 成增強熱塑性塑料片材 (4)流態(tài)化床法也叫粉末浸漬法 將一定粒度的粉末樹脂放在流化床的孔床上。在流化床上，使干燥的樹脂粉末 帶上一定量的靜電荷，并在氣流作用下翻騰。然后，使連續(xù)纖維經(jīng)過一擴散器 被空氣吹松散后進入流化床。于是，帶靜電的樹脂

23、粉末很快被吸附沉積在接地 的纖維上。附著樹脂的纖維通過通過切斷器被切成定長，降落在輸送網(wǎng)帶上， 再通過熱軋區(qū)（被加熱和輥壓）和冷卻區(qū)后制成增強熱塑料片材 2、短纖維增強熱塑性塑料粒料（、短纖維增強熱塑性塑料粒料（SFT）的制）的制 造（雙螺桿擠出法）造（雙螺桿擠出法） v基本原理：將短切增強纖維原絲和熱塑性 樹脂一起混煉造粒，在此過程中纖維被折 斷，以長度約為0.21的短纖維形式， 均勻分散于熱塑性樹脂基體中。 v基本要求：纖維能均勻地分散于熱塑性樹 脂基體之中；纖維與樹脂應(yīng)盡可能包復(fù)或 粘接牢固；制造過程中應(yīng)盡可能減少對纖 維的機械損傷，盡可能減少基體樹脂分子 的降解。 （1）短纖維料斗喂入

24、法 （2）連續(xù)玻璃纖維紗在線配料、在線切斷喂 入法 3、長纖維增強熱塑性塑料粒料（LFT）的制 造（電纜包覆法 ） 連續(xù)纖維紗通過 十字形擠出機頭 被熔融樹脂包覆， 經(jīng)冷卻、牽引、 切粒即得長纖維 增強熱塑性塑料 粒料。 二、纖維增強熱固性模塑料二、纖維增強熱固性模塑料 1、片狀模塑料（、片狀模塑料（SMC）（）（sheet molding compound) v是一種用于成型最終制品的半成品（片材）是一種用于成型最終制品的半成品（片材） （1）主要組成：主要由樹脂、增強材料、填料、固化）主要組成：主要由樹脂、增強材料、填料、固化 劑、內(nèi)脫模劑等組分組成。劑、內(nèi)脫模劑等組分組成。 （2）制造過

25、程通常由兩階段組成：）制造過程通常由兩階段組成： v制糊。樹脂、填料和其他添加劑先行混合成糊；制糊。樹脂、填料和其他添加劑先行混合成糊； v制片。它包括上糊、粗紗短切、浸漬、壓緊和最后制片。它包括上糊、粗紗短切、浸漬、壓緊和最后 收卷成材；收卷成材； SMC SMC制品2 2、團（散）狀模塑料（、團（散）狀模塑料（BMC與與DMC） （bulk molding compound，簡稱BMC） （dough molding compound，簡稱DMC ） 配制工藝分兩步進行： v第一步是將樹脂、固化劑、顏料、脫模劑、化學增稠 劑、低收縮添加劑及可能加入的部分填料等組分放進 高剪切型攪拌機中進行

26、攪拌混合，然后再加入剩余填 料并進一步混合，以制取含有上述組分的樹脂漿料。 v第二步，將攪拌好的漿料倒入Z型雙槳式混合機或行 星式混合機，并加入玻璃纖維短絲，進行攪拌混合。 經(jīng)1015min鐘時間的混合后即可卸料。料團進一步 用擠出機擠成小圓柱條料或丸塊狀，并用聚酯薄膜密 封包裝，以便貯存?zhèn)溆谩?第五節(jié)第五節(jié) 常見的纖維增強聚合物常見的纖維增強聚合物 5.1.1 破璃纖維增強熱固性塑料破璃纖維增強熱固性塑料(代代 號號GFRP) v玻璃纖維增強熱固性塑料是指玻璃纖維玻璃纖維增強熱固性塑料是指玻璃纖維(包括長纖維、包括長纖維、 布、帶、氈等布、帶、氈等)做為增強材料，熱固性塑料做為增強材料，熱固

27、性塑料(包括環(huán)氧包括環(huán)氧 樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等)做為基體的纖做為基體的纖 維增強塑料。俗稱玻璃鋼。根據(jù)基體種類不同，可維增強塑料。俗稱玻璃鋼。根據(jù)基體種類不同，可 將將GFRP分成三類，即玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂、玻分成三類，即玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂、玻 璃纖維增強酚醛樹脂、玻璃纖維增強聚酯樹脂。璃纖維增強酚醛樹脂、玻璃纖維增強聚酯樹脂。 vGFRP的突出特點是比重小、比強度高。比金屬鋁的突出特點是比重小、比強度高。比金屬鋁 輕而比強度比高級合金鋼還高。輕而比強度比高級合金鋼還高?！安Ａт摬Ａт摗边@個名這個名 稱便由此而來。稱便由此而來。 v還具有良好的耐

28、腐蝕性，在酸、堿、有機溶劑、海還具有良好的耐腐蝕性，在酸、堿、有機溶劑、海 水中均很穩(wěn)定，良好的電絕緣材料，電阻率和擊穿水中均很穩(wěn)定，良好的電絕緣材料，電阻率和擊穿 電壓強度達到了電絕緣材料的標準，可做為耐高壓電壓強度達到了電絕緣材料的標準，可做為耐高壓 的電器零件。的電器零件。 v不反射無線電波，微波透過性好，可制造掃雷艇和不反射無線電波，微波透過性好，可制造掃雷艇和 雷達罩。具有保溫、隔熱、隔音、減振等性能。雷達罩。具有保溫、隔熱、隔音、減振等性能。 v缺點是剛性差。會因日光照射空氣中的氧化作用、缺點是剛性差。會因日光照射空氣中的氧化作用、 有機溶劑的作用產(chǎn)生老化現(xiàn)象，比塑料要緩慢。玻有機

29、溶劑的作用產(chǎn)生老化現(xiàn)象，比塑料要緩慢。玻 璃纖維增強環(huán)氧、酚醛、聚酯樹脂除具有上述共同璃纖維增強環(huán)氧、酚醛、聚酯樹脂除具有上述共同 的性能特點而外，各自有其特殊的性能。的性能特點而外，各自有其特殊的性能。 v玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂是是GFRP中綜合性能最好中綜合性能最好 的一種。因環(huán)氧樹脂的粘結(jié)能力最強，與玻璃纖的一種。因環(huán)氧樹脂的粘結(jié)能力最強，與玻璃纖 維復(fù)合時，界面剪切強度最高。機械強度高于其維復(fù)合時，界面剪切強度最高。機械強度高于其 他他GFRP。環(huán)氧樹脂固化時無小分子放出，故尺。環(huán)氧樹脂固化時無小分子放出，故尺 寸穩(wěn)定性最好，收縮率只有寸穩(wěn)定性最好，收縮率只有12，環(huán)

30、氧樹脂，環(huán)氧樹脂 的固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，易產(chǎn)生氣泡，但因添加的固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，易產(chǎn)生氣泡，但因添加 劑少，很少發(fā)生鼓泡現(xiàn)象。唯一不足的是環(huán)氧樹劑少，很少發(fā)生鼓泡現(xiàn)象。唯一不足的是環(huán)氧樹 脂粘度大，加工不太方便，成型時需要加熱，室脂粘度大，加工不太方便，成型時需要加熱，室 溫下成型會導致環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)不完全。不能溫下成型會導致環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)不完全。不能 制造大型制件。制造大型制件。 v玻璃纖維增強酚醛樹脂玻璃纖維增強酚醛樹脂是各種是各種GFRP中耐熱性最中耐熱性最 好的一種，可在好的一種，可在200下長期使用，在下長期使用，在1000 以以 上的高溫下，也可短期使用。是耐燒蝕材料，可上的

31、高溫下，也可短期使用。是耐燒蝕材料，可 做宇宙飛船的外殼。耐電弧性，可用于制做絕緣做宇宙飛船的外殼。耐電弧性，可用于制做絕緣 材料。價格便宜，原料來源豐富。不足處是性能材料。價格便宜，原料來源豐富。不足處是性能 較脆，機械強度不如環(huán)氧樹脂。固化時有小分子較脆，機械強度不如環(huán)氧樹脂。固化時有小分子 副產(chǎn)物放出，故尺寸不穩(wěn)定，收縮率大。對人體副產(chǎn)物放出，故尺寸不穩(wěn)定，收縮率大。對人體 皮膚有刺激，會使手和臉腫脹。皮膚有刺激，會使手和臉腫脹。 v玻璃纖維增強聚酯樹脂玻璃纖維增強聚酯樹脂突出特點是加工性好，加突出特點是加工性好，加 入引發(fā)劑和促進劑后，可在室溫下固化成型，由入引發(fā)劑和促進劑后，可在室溫

32、下固化成型，由 于樹脂中的交聯(lián)劑也起稀釋劑的作用，所以樹脂于樹脂中的交聯(lián)劑也起稀釋劑的作用，所以樹脂 的粘度大大降低了，可采用各種成型方法進行加的粘度大大降低了，可采用各種成型方法進行加 工成型，可制作大型構(gòu)件，擴大了應(yīng)用的范圍。工成型，可制作大型構(gòu)件，擴大了應(yīng)用的范圍。 它的透光性好，透光率可達它的透光性好，透光率可達6080，可制作，可制作 采光瓦。價格便宜。不足之處是固化時收縮率大，采光瓦。價格便宜。不足之處是固化時收縮率大， 可達可達48，耐酸、堿性差，不宜制作耐酸堿，耐酸、堿性差，不宜制作耐酸堿 的設(shè)備及管件。的設(shè)備及管件。 v玻璃纖維增強熱塑性塑料是指玻璃纖維做為增強材料，熱塑玻璃

33、纖維增強熱塑性塑料是指玻璃纖維做為增強材料，熱塑 性塑料性塑料(包括聚酰胺、聚丙烯、低壓聚乙烯、包括聚酰胺、聚丙烯、低壓聚乙烯、ABS樹脂、聚樹脂、聚 甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料)為基體的纖維增強塑為基體的纖維增強塑 料。料。 v玻璃纖維增強熱塑性塑料除了具有纖維增強塑料的共同特點玻璃纖維增強熱塑性塑料除了具有纖維增強塑料的共同特點 外，它與玻璃纖維增強熱固性塑料相比較，特點是具有更輕外，它與玻璃纖維增強熱固性塑料相比較，特點是具有更輕 的比重，在的比重，在1.11.6之間，為鋼材的之間，為鋼材的1516；比強度高，；比強度高， 蠕變性大大改善。蠕變性大大

34、改善。 v5.1.2 玻璃纖維增強熱塑性塑料玻璃纖維增強熱塑性塑料(代號代號FR一一 TP) v玻璃纖維增強聚丙烯玻璃纖維增強聚丙烯(代號代號FRPP) v特點是機械強度大大提高，當短切玻璃纖維增加到特點是機械強度大大提高，當短切玻璃纖維增加到30 40時，其強度達到頂峰，抗拉強度達到時，其強度達到頂峰，抗拉強度達到100MPa，大大，大大 高于工程塑料，尤其是低溫脆性得到了大大改善，隨玻璃高于工程塑料，尤其是低溫脆性得到了大大改善，隨玻璃 纖維含量提高，低溫時的抗沖擊強度也有所提高。纖維含量提高，低溫時的抗沖擊強度也有所提高。 v吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水吸水率很小，

35、是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水 和水蒸氣方面更加突出，含有和水蒸氣方面更加突出，含有20短切纖維的短切纖維的FRPP， 在水中煮在水中煮1500小時，其抗拉強度比初始強度降低小時，其抗拉強度比初始強度降低10， 如在如在23水里浸泡時強度不變。在高溫、高濃度的強酸、水里浸泡時強度不變。在高溫、高濃度的強酸、 強堿中會使機械強度下降。在有機化合物的浸泡下會降低強堿中會使機械強度下降。在有機化合物的浸泡下會降低 機械強度，并有增重現(xiàn)象。機械強度，并有增重現(xiàn)象。 v2玻璃纖維聚酰胺玻璃纖維聚酰胺(代號代號FRPA) v 聚酰胺是一種熱塑性工程塑料，本身的強度就比聚酰胺是一種熱塑性工程塑料，本

36、身的強度就比 一般通用塑料的強度高，耐磨性好，但因吸水率一般通用塑料的強度高，耐磨性好，但因吸水率 太大，影響了尺寸穩(wěn)定性，耐熱性也較低。用玻太大，影響了尺寸穩(wěn)定性，耐熱性也較低。用玻 璃纖維增強的聚酰氨，這些性能就會大大改善。璃纖維增強的聚酰氨，這些性能就會大大改善。 玻璃纖維增強聚酰胺的品種很多。有玻璃纖維增玻璃纖維增強聚酰胺的品種很多。有玻璃纖維增 強尼龍強尼龍6(FRPA6)、玻璃纖維增強尼龍、玻璃纖維增強尼龍66(FR PA66)、玻璃纖維增強尼龍、玻璃纖維增強尼龍1010(FRPA1010)等。等。 v玻璃纖維的含量達到玻璃纖維的含量達到3035時，其增強效果時，其增強效果 最為理

37、想，抗拉強度可提高最為理想，抗拉強度可提高23倍，抗壓強度提倍，抗壓強度提 高高1.5倍，最突出的是耐熱性提高幅度最大。倍，最突出的是耐熱性提高幅度最大。 v在聚酰胺中加入玻璃纖維后，唯一的缺點是在聚酰胺中加入玻璃纖維后，唯一的缺點是 使本來耐磨性好的性能變差了。因為聚酰胺使本來耐磨性好的性能變差了。因為聚酰胺 的制品表面光滑，光潔度越好越耐磨。而加的制品表面光滑，光潔度越好越耐磨。而加 入玻璃纖維以后，如果將制品經(jīng)過二次加工入玻璃纖維以后，如果將制品經(jīng)過二次加工 或者被磨損時，玻璃纖維就會暴露于表面上，或者被磨損時，玻璃纖維就會暴露于表面上， 這時材料的磨擦系數(shù)和磨耗量就會增大。這時材料的磨

38、擦系數(shù)和磨耗量就會增大。 v因此，如果用它來制造耐磨性要求高的制品因此，如果用它來制造耐磨性要求高的制品 時，一定要加入潤滑劑。時，一定要加入潤滑劑。 v3玻璃纖維增強聚苯乙烯類塑料玻璃纖維增強聚苯乙烯類塑料 v聚苯乙烯類樹脂目前已成為系列產(chǎn)品，多為橡膠改聚苯乙烯類樹脂目前已成為系列產(chǎn)品，多為橡膠改 性樹脂，例如：丁二烯性樹脂，例如：丁二烯苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(BS)、丙烯、丙烯 腈腈苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯、丙烯腈一丁二烯苯乙烯苯乙烯 共聚物共聚物(ABS)等。這些共聚物大大改善了純聚苯乙等。這些共聚物大大改善了純聚苯乙 烯的性能，使原來只是一種通用塑料的聚苯乙烯

39、改烯的性能，使原來只是一種通用塑料的聚苯乙烯改 性成為工程塑料。耐沖擊性和耐熱性提高了。這些性成為工程塑料。耐沖擊性和耐熱性提高了。這些 聚合物再用長玻璃纖維或短切玻璃纖維增強后，其聚合物再用長玻璃纖維或短切玻璃纖維增強后，其 機械強度及耐高、低溫性、尺寸穩(wěn)定性均大有提高。機械強度及耐高、低溫性、尺寸穩(wěn)定性均大有提高。 也要加入偶聯(lián)劑，不然聚苯乙烯類塑料與玻璃纖維也要加入偶聯(lián)劑，不然聚苯乙烯類塑料與玻璃纖維 粘結(jié)不牢。影響強度。粘結(jié)不牢。影響強度。 v 4玻璃纖維增強聚碳酸酯玻璃纖維增強聚碳酸酯(代號代號PC) v 聚碳酸酯是一種透明度較高的工程塑料，它聚碳酸酯是一種透明度較高的工程塑料，它

40、的剛韌相兼的特性是其他塑料無法相比的，唯的剛韌相兼的特性是其他塑料無法相比的，唯 一不足之處是易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐疲勞性差。一不足之處是易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐疲勞性差。 加入玻璃纖維以后，加入玻璃纖維以后，P比比P的耐疲的耐疲 勞強度提高勞強度提高23倍，耐應(yīng)力開裂性能可提高倍，耐應(yīng)力開裂性能可提高 68倍，耐熱性比倍，耐熱性比P提高提高1020 ，線膨，線膨 脹系數(shù)縮小為脹系數(shù)縮小為1.62.410 ，因而，因而 可制成耐熱的機械零件?？芍瞥赡蜔岬臋C械零件。 v5玻璃纖維增強聚酯玻璃纖維增強聚酯 v 聚酯作為基體材料主要有兩種，一種是聚苯二甲酸乙二酯聚酯作為基體材料主要有兩種，一種是聚苯二甲酸乙二

41、酯(代代 號號PET)，另一種為聚苯二甲酸丁二酯，另一種為聚苯二甲酸丁二酯(代號代號PBT)。 v未增強的純聚酯結(jié)晶性高，成型時收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差、未增強的純聚酯結(jié)晶性高，成型時收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差、 耐溫性差。質(zhì)脆。用玻璃纖維增強后，機械強度比其他玻璃耐溫性差。質(zhì)脆。用玻璃纖維增強后，機械強度比其他玻璃 纖維增強熱塑性塑料均高，抗拉強度纖維增強熱塑性塑料均高，抗拉強度135-145MPa，抗彎強，抗彎強 度度209250MPa，耐疲勞強度達，耐疲勞強度達52MPa。耐熱性提高最大，。耐熱性提高最大， PET的熱變形溫度為的熱變形溫度為85 ，PRPFT為為240 ，仍能保持，仍能保持

42、機械強度，是玻璃纖維增強熱塑性塑料中耐熱溫度最高的一機械強度，是玻璃纖維增強熱塑性塑料中耐熱溫度最高的一 種。耐低溫度性能好，超過了種。耐低溫度性能好，超過了FRPA6，在溫度高低交替變，在溫度高低交替變 化時，機械性能變化不大；電絕緣性好，可制造耐高溫電器化時，機械性能變化不大；電絕緣性好，可制造耐高溫電器 零件；高溫下耐老化性好，勝過玻璃鋼，尤其是耐光老化性零件；高溫下耐老化性好，勝過玻璃鋼，尤其是耐光老化性 能好，所以使用壽命長。不足之處是在高溫下易水解，使機能好，所以使用壽命長。不足之處是在高溫下易水解，使機 械強度下降。不適于在高溫水蒸氣下使用。械強度下降。不適于在高溫水蒸氣下使用。

43、 v6玻璃纖維增強聚甲醛玻璃纖維增強聚甲醛(代號代號PO) v 聚甲醛是一種性能較好的工程塑料，加入玻璃纖維聚甲醛是一種性能較好的工程塑料，加入玻璃纖維 后，不但起到增強的作用，而且耐疲勞性和耐蠕變后，不但起到增強的作用，而且耐疲勞性和耐蠕變 性有很大提高。含有性有很大提高。含有25玻璃纖維的玻璃纖維的P 的抗拉強度為純的抗拉強度為純PM的兩倍、彈性模量為純的兩倍、彈性模量為純PM 的三倍，耐疲勞強度為純的三倍，耐疲勞強度為純PM的兩倍，高溫下仍具的兩倍，高溫下仍具 有良好的耐蠕變性，同時耐老化性也很好。但不耐有良好的耐蠕變性，同時耐老化性也很好。但不耐 紫外線照射，因此在塑料中要加入紫外線吸

44、收劑。紫外線照射，因此在塑料中要加入紫外線吸收劑。 不足之處是加入玻璃纖維后其摩接系數(shù)和磨耗量大不足之處是加入玻璃纖維后其摩接系數(shù)和磨耗量大 大提高了，即耐磨性降低了。為了改善其耐磨牡，大提高了，即耐磨性降低了。為了改善其耐磨牡， 可用聚四氟乙烯粉末做為填料加入聚甲醛中，或加可用聚四氟乙烯粉末做為填料加入聚甲醛中，或加 入碳纖維來改性。入碳纖維來改性。 v5.1.3 高強度、高模量纖維增強塑料高強度、高模量纖維增強塑料 v高強度、高模量纖維增強塑料主要是指以環(huán)氧樹脂為基體，高強度、高模量纖維增強塑料主要是指以環(huán)氧樹脂為基體， 以各種高強度、高模量的纖維以各種高強度、高模量的纖維(包括碳纖維、硼

45、纖維、芳包括碳纖維、硼纖維、芳 香族聚酰胺纖維、各種晶須等香族聚酰胺纖維、各種晶須等)做為增強材料的高強度、做為增強材料的高強度、 高模量纖維增強塑料。該種材料由于受增強纖維高強度、高模量纖維增強塑料。該種材料由于受增強纖維高強度、 高模量這一性能的影響致使其具有共同的特點：高模量這一性能的影響致使其具有共同的特點： v（1）比重輕、強度高、模量高和低的熱膨脹系數(shù)。是目）比重輕、強度高、模量高和低的熱膨脹系數(shù)。是目 前力學性能最好的高分子復(fù)合材料。前力學性能最好的高分子復(fù)合材料。 v(2)加工工藝簡單。該種增強塑料可采用的各種加工工藝簡單。該種增強塑料可采用的各種 成型方法，如模壓法、纏繞法、手糊法等。成型方法，如模壓法、纏繞法、手糊法等。 v（3）價格昂貴。該種材料唯一的缺點是價格比較貴。）價格昂貴。該種材料唯一的缺點是價格比較