改性第四章精品課件

1、改性第四章第1頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四第四章 填充改性及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料第2頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2022/9/193第一節(jié) 填充劑的種類第二節(jié) 增強(qiáng)纖維的種類第三節(jié) 填充體系的性能及填充改性機(jī)理第四節(jié) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料簡(jiǎn)介1234第四章 填充改性性能及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料第3頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四 填充改性就是在塑料成型加工過(guò)程中加入無(wú)機(jī)填料或有機(jī)填料，使塑料制品的原料成本降低達(dá)到增量目的，或使塑料制品的性能有明顯改變，即在犧牲某些方面性能的同時(shí)，使人們所希望的另一些方面的性能得到明顯的提高

2、。 增強(qiáng)改性往往是通過(guò)使用玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維以及云母、硅灰石等具有特大長(zhǎng)徑比或徑厚比的填料，這些填料加入到塑料中后對(duì)材料的力學(xué)性能和耐熱性能有顯著貢獻(xiàn)。第4頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四填充及增強(qiáng)改性的意義 填料不僅具有降低聚合物材料的成本的作用，更重要的是改善聚合物的某些性能，甚至賦予聚合物材料某些特殊功能，從而拓展聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，某些填料的應(yīng)用使聚合物材料的環(huán)保性增強(qiáng)。第5頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四填充增強(qiáng)改性的重要性 它是獲得具有獨(dú)特功能新型高分子化合物最便宜的途徑。 它是在保證使用性能要求的前提下降低塑料制品成

3、本最有效的途徑。 它是提高產(chǎn)品技術(shù)含量，增加其附加值的最適宜的途徑。第6頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四塑料填充改性技術(shù)進(jìn)展工業(yè)礦物填料的細(xì)化和微細(xì)化復(fù)合材料界面工程和填料的表面處理混合與混煉設(shè)備及工藝 剛性粒子增韌光鈣型環(huán)境友好塑料材料 煅燒煤系高嶺土在農(nóng)用塑料薄膜中的應(yīng)用 抗菌塑料 新型增強(qiáng)、阻燃纖維鎂鹽晶須（MHOS）第7頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.1 填充增強(qiáng)材料4.1.1填料的種類及特性 填料也稱為填充劑，是高分子材料中的重要固體添加劑之一。 將其添加入聚合物中可增加體積、降低成本，同時(shí)還能改善聚合物某些方面性能如強(qiáng)度、剛度

4、、熱穩(wěn)定性等。 尤其是一些功能性填料還可賦予高分子材料特殊的電、磁、阻燃、耐磨、耐輻射等性能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，填料已被認(rèn)為是一種功能性添加劑。第8頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四填料的分類填料無(wú)機(jī)填料有機(jī)填料（碳酸鈣，滑石粉、云母、高嶺土、二氧化硅、炭黑等）（木粉、棉短絨、麥稈等）按照化學(xué)組成劃分氧化物、鹽、單質(zhì)和有機(jī)物根據(jù)填料的幾何形狀球形、無(wú)定形、片狀、纖維狀等。第9頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.1.2 填料的幾何形態(tài)形狀分類礦物實(shí)例顆粒幾何尺寸對(duì)比長(zhǎng)寬高球形珍珠巖111立方形立方石，正方石111塊狀或短柱狀方解石，長(zhǎng)石，硅石，重晶

5、石，霞石1411片狀高嶺土，云母，滑石，石墨111/100纖維狀硅灰石，透閃石，石棉，纖維海泡石11/101/10部分礦物顆粒的幾何形狀與尺寸對(duì)比特征 第10頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四對(duì)于片狀填料，表征其幾何形態(tài)的重要參數(shù)是徑厚比，即片狀顆粒的平均直徑與厚度之比。對(duì)于纖維狀填料，往往采用長(zhǎng)徑比的概念，即纖維狀顆粒的長(zhǎng)度與平均直徑之比。第11頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四粒徑是表征填料顆粒粗細(xì)程度的主要參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)填料的顆粒粒徑越小，假如它能分散均勻，則填充材料的力學(xué)性能越好，但同時(shí)顆粒的粒徑越小，要實(shí)現(xiàn)其均勻分散就越困難，需要更多的

6、助劑和更好的加工設(shè)備，而且顆粒越細(xì)所需要的加工費(fèi)用越高，因此要根據(jù)使用需要選擇適當(dāng)粒徑的填料。第12頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四粒度表示方法平均粒徑與粒徑分布圖粒度測(cè)試的方法很多，目前常用的有沉降法、激光法、篩分法、圖像法和電阻法五種。第13頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.1.3填料的表面形態(tài)與性質(zhì)表面粗糙程度 填料顆粒表面粗糙程度不同，即同樣體積的顆粒，其表面積不僅與顆粒的幾何形狀有關(guān)(球形表面積最小)，也與其表面的粗糙程度有關(guān)。 比表面積 比表面積即單位質(zhì)量填料的表面積，它的大小對(duì)填料與樹(shù)脂之間的親合性、填料表面活化處理的難易與成

7、本都有直接關(guān)系。通常比表面積大小可通過(guò)氮?dú)獾葴匚椒椒ㄟM(jìn)行測(cè)定。 第14頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四表面自由能 填料顆粒表面自由能大小關(guān)系到填料在基體樹(shù)脂中分散的難易，當(dāng)比表面積一定時(shí)，表面自由能越大，顆粒相互之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時(shí)，降低其表面自由能是主要目標(biāo)之一。 第15頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四填料的物理化學(xué)性質(zhì)1.密度2.吸油值3.硬度4.顏色及光學(xué)特性5.熱性能6.電性能7.磁性能8.阻燃性能第16頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.1.4常用填料品種及特性（1）碳酸鹽碳酸鹽類

8、型的填料是塑料填料中最重要的一類。它以碳酸鈣為主，分子式為CaCO3。碳酸鈣分為天然礦石磨碎而成的重質(zhì)碳酸鈣和用化學(xué)法生產(chǎn)的沉淀碳酸鈣又稱輕質(zhì)碳酸鈣。兩種天然碳酸鈣礦石來(lái)源于石灰?guī)r。重質(zhì)碳酸鈣密度為2.62.94gcm3，輕質(zhì)碳酸鈣密度為2.42.6gcm3。 第17頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四(1) 輕質(zhì)碳酸鈣：這是用化學(xué)方法制造的碳酸鈣，學(xué)名叫沉降性碳酸鈣。(2) 重質(zhì)碳酸鈣：是指由石灰石經(jīng)選礦、粉碎、分級(jí)、表面處理而成的碳酸鈣。它不象輕質(zhì)碳酸鈣那樣，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)制得。重質(zhì)碳酸鈣也叫三飛粉，是無(wú)味、無(wú)嗅的白色粉末，幾乎不溶于水。(3) 膠質(zhì)碳酸鈣：又稱為輕質(zhì)活

9、性碳酸鈣，是一種白色細(xì)膩、軟質(zhì)粉末，與輕質(zhì)碳酸鈣不同之處，是其粒子表面吸附一層脂肪酸皂，使碳酸鈣具有膠體活化性能，比重小于輕質(zhì)碳酸鈣，為1.992.01。 第18頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四價(jià)格低廉，普通重質(zhì)碳酸鈣每噸100300元，普通輕質(zhì)碳酸鈣數(shù)百元/噸。無(wú)毒、無(wú)刺激性、無(wú)味。色澤好、白，對(duì)其它顏色的干擾小，易著色。硬度低，對(duì)加工設(shè)備的磨損輕?；瘜W(xué)穩(wěn)定，屬惰性填料，熱分解溫度為800以上。易干燥，水分易除去，無(wú)結(jié)晶水。優(yōu)點(diǎn)第19頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四用途1) 增量，降低成本。 2) 提高制品的耐熱性，例如在聚丙烯中添加40的

10、CaCO3，其熱變形溫度可提高20左右。3) 改進(jìn)塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。4) 改善塑料制品的電鍍性能或印刷性能。5) 減少制品尺寸收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性。第20頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（2）硅酸鹽以硅酸鹽礦物為主要原料制成的塑料填充用填料有滑石粉、高嶺土、云母粉、硅灰石粉等，而玻璃纖維是最具增強(qiáng)效果的填料。第21頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四滑石粉滑石是一種含水的、具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，英文名Talc，化學(xué)式：Mg3(Si4O10)(OH)2。其化學(xué)組成：MgO為31.8，SiO2為63.37，H2O為4.7，常含

11、少量的Fe、Al等元素?；拿芏葹?.72.8gcm3，吸油值20%40%。硬度是礦物填料中最小的一種，莫氏硬度為1，有柔軟滑膩感。其顏色有白、灰綠、奶白、淡紅、淺藍(lán)、淺灰等，有珍珠或脂肪光澤。在380500時(shí)可失去締合水，800以上時(shí)則失去結(jié)晶水?；谒新猿蕢A性，pH值為9.09.5。 滑石具有層狀結(jié)構(gòu)，相鄰的兩層靠微弱的范德華力結(jié)合。在外力作用時(shí)，相鄰兩層之間極易產(chǎn)生滑移或相互脫離。因此滑石顆粒結(jié)構(gòu)基本形狀是片狀或鱗片狀。 第22頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四高嶺土高嶺土是粘土中的一種，是一種水合硅酸鋁礦物質(zhì)，英文名kaolin，其分子式可表達(dá)為A12O3

12、2SiO22H2O。一般高嶺土中含有SiO2 4050，A12O3 3040，F(xiàn)e2O3 1.22.0，燒失量為1112，此外還含有微量Ti、Ca、Mg、K、Na等金屬元素的氧化物。它的單晶是一種雙層水合硅酸鋁，一層是二氧化硅，一層是水合氧化鋁，通過(guò)化學(xué)結(jié)合而成，具有六角形片狀構(gòu)型。在水中pH值略呈酸性，但其耐酸堿性在大多數(shù)情況下仍然很好。高嶺土的密度為2.602.63gcm3，莫氏硬度為1，吸油值為30%50%，折射率為1.56。第23頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四云母云母的主要成分是硅酸鉀鋁，按來(lái)源和種類不同也可含有不同比例的鎂、鐵、鋰或氟，因此各類云母的化學(xué)組

13、成有很大差別。通常用作電氣絕緣材料的是硬質(zhì)云母也叫白云母，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為KAl2(AlSi3O10)(OH)2；作為發(fā)電機(jī)整流墊片的軟質(zhì)云母或鎂云母，化學(xué)結(jié)構(gòu)式可表達(dá)為KMg3(AlSi3O10)(OH)2。此外還有紅云母、黑云母等。工業(yè)上使用云母往往留下許多碎片可用作填料，但云母的粉碎細(xì)化比較困難，一般采用濕法粉碎，因此用于聚合物填充之前，需將水分烘除。可采用氣流粉碎方法制得細(xì)度達(dá)幾千目的云母粉，但耗電多，價(jià)格較高。第24頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四其他硅酸鹽填料粘土硅灰石玻璃纖維石棉第25頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（3）硫酸鹽天

14、然硫酸鋇礦稱為重晶石，通過(guò)化學(xué)方法制成的稱之為沉淀硫酸鋇。硫酸鋇的分子式為BaSO4。重晶石屬斜方晶系，其密度為4.254.5gcm3，莫氏硬度為3.03.5，一般為白色或灰色，而沉淀硫酸鋇的白度可達(dá)到90%以上。硫酸鋇能吸收X射線和射線，可用于防護(hù)高能輻射的塑料材料。由于其密度高，適用于要求高密度的填充塑料材料，如音響材料、魚(yú)網(wǎng)網(wǎng)墜等，此外由于硫酸鋇粒子球形度高，填充硫酸鋇的塑料的表面光澤要優(yōu)于使用同等份數(shù)的其它無(wú)機(jī)礦物填料的填充塑料。第26頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（4）氧化物二氧化硅二氧化硅在地殼中分布最多，占地殼氧化物的60左右，大部分形成硅酸鹽礦物巖石

15、，一部分是以石英、硅石、硅砂、無(wú)定形硅石堆積而成。將這些巖石粉碎、分級(jí)、精制或用化學(xué)反應(yīng)合成的二氧化硅都可作為塑料填料。一般天然硅石價(jià)廉、粒徑較大，而合成出來(lái)的二氧化硅價(jià)格較高、粒徑小，是一種超微細(xì)粒子填料。合成出來(lái)的二氧化硅呈白色無(wú)定形微細(xì)粉狀、質(zhì)輕，其原始粒子在0.3微米以下，吸潮后聚合成細(xì)顆粒，有很高的絕緣性，不溶于水和酸，溶于苛性鈉及氫氟酸。在高溫下不分解，多孔，有吸水性，比表面積很大，具有類似碳黑的補(bǔ)強(qiáng)作用。所以也把這種合成出來(lái)的二氧化硅叫做白炭黑。二氧化硅密度為2.65 gcm3，莫氏硬度為7，在熱塑性塑料中起到了增強(qiáng)、提高硬度、降低制品成型收縮率、改善制品尺寸穩(wěn)定性，改善電性能；

16、在橡膠工業(yè)中是一種主要的補(bǔ)強(qiáng)劑。第27頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（5）單質(zhì)炭黑及碳纖維金屬粉末及纖維第28頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四炭黑炭黑是一種以碳元素為主體的黑色粉末，根據(jù)生產(chǎn)方法不同，可以分為爐法炭黑、槽法炭黑、裂解法炭黑和乙炔炭黑。炭黑是橡膠的常用填充劑與補(bǔ)強(qiáng)劑，同時(shí)可以改善加工性能以及兼作黑色著色劑。炭黑在塑料制品中也有應(yīng)用?？梢园l(fā)揮紫外屏蔽劑的作用，也是一種著色劑。炭黑與部分塑料共混，可以制備PTC/NTC元器件。第29頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（6）主要的有機(jī)填料木粉 淀粉合成纖維第3

17、0頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（7）工業(yè)廢渣粉煤灰玻璃微珠白泥紅泥其它第31頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（8）晶須晶須是單絲形式的小單晶體，可用于制備具有優(yōu)良物理力學(xué)性能的復(fù)合材料。用作晶須的材料可以是單質(zhì)如C、Fe、Ni、Cu等，也可以是無(wú)機(jī)化合物如Al2O3、SiC、BC等。大多數(shù)晶須是由氣相反應(yīng)生產(chǎn)的。晶須既有硼纖維的高彈性模量(400700GPa)和強(qiáng)度，又具有玻璃纖維的伸長(zhǎng)率(34%)。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，使應(yīng)用受限。第32頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四晶須對(duì)塑料的增強(qiáng)效果十分顯著，通常如果晶須能被塑

18、料熔體充分潤(rùn)濕并合理取向，塑料的抗拉強(qiáng)度可提高1020倍。從價(jià)格和性能兩方面考慮，晶須目前主要還是應(yīng)用于航空航天、航海、軍工等高技術(shù)領(lǐng)域。第33頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3.1.5功能性填料填料在聚合物中的作用不僅限于改善基體樹(shù)脂的力學(xué)性能，某些填料還能賦予聚合物一些特殊功能如阻燃性、抗靜電性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐磨潤(rùn)滑性及抗輻射性等。第34頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（1）阻燃性填料絕大多數(shù)聚合物都是易燃物質(zhì)，一旦燃燒起來(lái)將會(huì)給人的生命及社會(huì)財(cái)富帶來(lái)巨大損失。近年來(lái)隨著人民生活水平提高，對(duì)生命安全的關(guān)注日益增強(qiáng)，聚合物的阻燃化研究已

19、經(jīng)成為聚合物改性的一個(gè)重要領(lǐng)域。多數(shù)情況下加入碳酸鈣、滑石、高嶺土、云母等無(wú)機(jī)填料都會(huì)使填充聚合物復(fù)合材料較基體樹(shù)脂的可燃性下降。還有一部分特殊無(wú)機(jī)填料具有獨(dú)特的阻燃效果。第35頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四目前聚合物阻燃改性使用的阻燃劑主要是有機(jī)阻燃劑。特點(diǎn)：熔點(diǎn)高熱分解溫度高化學(xué)穩(wěn)定性好成型加工過(guò)程中不發(fā)生相變不與其他組分化學(xué)反應(yīng)是一種惰性有機(jī)填料。填加方法與其他填料相同。第36頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四主要的阻燃性填料品種有機(jī)阻燃填料氯系阻燃劑溴系阻燃劑氮系阻燃劑 第37頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四

20、溴系阻燃劑溴系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機(jī)阻燃劑之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998年全球溴系阻燃劑的用量已超過(guò)200 kt，約占阻燃劑總用量的約23，有機(jī)阻燃劑總用量的約40。第38頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四阻燃劑作用機(jī)理簡(jiǎn)介含鹵阻燃劑通過(guò)阻止發(fā)生在氣相中的自由基鏈機(jī)理實(shí)現(xiàn)阻燃。可燃性氣體和氧氣的反應(yīng)：第39頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四阻燃劑首先分解為自由基，鹵素自由基從基質(zhì)RH奪取氫形成鹵化氫。 通過(guò)與高能自由基H和OH反應(yīng)并以低能自由基X進(jìn)行取代，即阻止了自由基鏈反應(yīng)機(jī)理。第40頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四

21、溴系阻燃劑的效率高，材料中所需阻燃劑用量較低，從而不致過(guò)多惡化基材的物理機(jī)械性能及電氣性能。由于CBr鍵的鍵能較低，大部分溴系阻燃劑在200300下分解，此溫度范圍與很多常用聚合物的分解溫度重疊；而且，很多溴化合物可在相應(yīng)于火災(zāi)早期材料溫度下快速分解，所以火災(zāi)一發(fā)生，氣相中的HBr濃度即比較高，這賦予溴系阻燃劑比大多數(shù)氯系阻燃劑更高的阻燃效率。 溴化合物制造工藝成熟，溴的來(lái)源充足，生產(chǎn)成本較低，就性能價(jià)格比而言，溴系阻燃劑是其他阻燃劑難以抗衡的。第41頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四溴系阻燃劑的嚴(yán)重缺點(diǎn)是降低被阻燃基材的抗紫外線穩(wěn)定性，燃燒時(shí)生成較多的煙、腐蝕性氣體和

22、有毒氣體。 應(yīng)用最廣泛的多溴二苯醚及用其阻燃的高聚物的熱裂解和燃燒產(chǎn)物中含有毒物多溴代二苯并二嗯烷及多溴代二苯并呋喃 。第42頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四主要品種十溴二苯醚是用途最廣泛的阻燃劑其他惰性溴系阻燃劑還有六溴苯、乙撐雙(四溴鄰苯二甲酰亞胺) 、1,2-雙(二溴降冰片基二碳酰亞胺)乙烷、2-雙(四溴鄰苯二甲酰亞胺)乙烷、十四溴二苯氧基苯、五溴甲苯、1,2-雙(五溴苯氧基)乙烷等 。第43頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四氯系阻燃劑氯系阻燃劑與溴系阻燃劑的阻燃機(jī)理相同，但前者的阻燃效率遜于后者，不過(guò)CCl鍵的耐熱性及耐光性則優(yōu)于CBr

23、鍵。因此對(duì)暴露于光線中的高聚物，即使添加光穩(wěn)定劑，有時(shí)也選用氯系阻燃劑。近20年來(lái)，一些國(guó)家氯系阻燃劑耗量的增長(zhǎng)速度低于溴系，所以前者在阻燃劑耗量中所占的比重也低于后者。第44頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四工業(yè)上生產(chǎn)的氯系阻燃劑品種比溴系少得多，主要是氯化石蠟、得克隆(Dechlorane Plus) (1,2,3,4,7,8,9,10,13,13,14,14-十二氯-1,4,4a,5,6,6a,7,10,10a,11,12,12a-十二氫、1,4,7,10-二甲橋二苯環(huán)辛烷)、海特(HET)酸(1,4,5,6,7,7-六氯雙環(huán)2.2.1-5-庚烯-2,3-二羧酸)

24、及其酸酐、六氯環(huán)戊二烯、四氯鄰苯二甲酸酐等。其中氯化石蠟產(chǎn)量最大和用途最廣，而得克隆則由于具有一些優(yōu)異性能頗為人青睞。某些氯代物的毒性比相應(yīng)的溴代物更高，且氯系阻燃劑燃燒時(shí)會(huì)放出四氯化碳。第45頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四氮系阻燃劑氮系阻燃劑，主要是指三聚氰胺及其衍生物， 無(wú)鹵、低煙，對(duì)熱和光穩(wěn)定，阻燃效率較佳且價(jià)廉。以其阻燃的塑料加工較困難，在基材中分散性較差。第46頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四三聚氰胺三聚氰胺(MA)不可燃，加熱易升華，急劇加熱則分解。阻燃與原因：（1）在250450發(fā)生分解反應(yīng)，吸收大量的熱，并放出氨而形成多種縮

25、聚物；（2）能夠影響材料的熔化行為，并加速其炭化成焦，從而起到阻燃作用。三聚氰胺價(jià)廉，無(wú)腐蝕性，對(duì)皮膚和眼睛無(wú)刺激作用，也不是致變物，其缺點(diǎn)是高溫分解時(shí)產(chǎn)生有毒的氰化物。三聚氰胺是一類廣泛使用的阻燃劑，尤其適于作為膨脹型阻燃劑組分和用于阻燃聚氨酯和三嗪類樹(shù)脂。第47頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四三聚氰胺氰尿酸鹽 （ MCA ）三聚氰胺氰尿酸鹽由三聚氰胺和氰尿酸反應(yīng)制得，簡(jiǎn)稱MCA。它是一種潤(rùn)滑劑和阻燃劑，系白色結(jié)晶粉末，無(wú)臭，無(wú)味，300以下受熱非常穩(wěn)定，350左右開(kāi)始升華，但不分解，其分解溫度約為440450。 MCA含氮量高，極易吸潮，高溫時(shí)脫水成炭，燃燒時(shí)放出

26、氮?dú)猓瑳_淡了氧和高聚物分解產(chǎn)生的可燃度，而且氣體的生成和熱對(duì)流帶走了一部分熱量，因而具備阻燃功能。第48頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四無(wú)機(jī)阻燃填料無(wú)機(jī)阻燃填料主要有氫氧化物、銻化合物、紅磷、聚磷酸銨、硼化合物等。無(wú)機(jī)阻燃填料的阻燃效率一般低于有機(jī)阻燃劑，所以要達(dá)到同樣的阻燃效果需要添加的無(wú)機(jī)阻燃劑量較多，對(duì)聚合物基體的力學(xué)性能尤其是抗沖擊韌性降低幅度較大。第49頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四氫氧化物氫氧化物阻燃填料主要有氫氧化鋁和氫氧化鎂。氫氧化鋁（ATH）是無(wú)機(jī)阻燃填料中最重要的一種，就消耗量而言，在所有阻燃劑中穩(wěn)居首位，由于氫氧化鋁低

27、毒，目前全球的耗量約為450kt，占阻燃劑總耗量的約45，占無(wú)機(jī)阻燃劑耗量的70。ATH具有抑煙、低腐蝕，且價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。第50頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四ATH的阻燃機(jī)理分解吸熱，并從火焰中吸收輻射能。這種吸熱有利于降溫，促進(jìn)脫氫反應(yīng)和保護(hù)炭層；分解放出的水不僅是一個(gè)冷卻劑，還是一個(gè)稀釋劑。水蒸氣有如一床毯子，將火焰包圍；ATH脫水生成的氧化鋁層，具有極高的表面積，故能吸收煙和可燃物，使材料燃燒時(shí)釋出的CO2量降低。第51頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四銻化合物銻系阻燃劑是最重要的無(wú)機(jī)阻燃劑之一，可大大提高鹵系阻燃劑的效能。銻系阻燃劑

28、的主要品種是三氧化二銻(ATO)、膠體五氧化二銻及銻酸鈉。其中最重要和用量最大的是ATO，它是幾乎所有鹵系阻燃劑不可缺少的協(xié)效劑。第52頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四紅磷紅磷因?yàn)閮H含有阻燃元素磷，所以比其他磷系阻燃劑的阻燃效率高，即使在阻燃劑用量甚低時(shí)也是如此。在某些情況下(如對(duì)某些含氧高聚物)，紅磷的阻燃效率甚至比溴系阻燃劑還勝一籌。 與鹵-銻阻燃體系相比，紅磷的發(fā)煙量較小，毒性較低。缺點(diǎn)是易吸濕，與樹(shù)脂相容性差，使被阻燃制品染色。第53頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（2）導(dǎo)電性填料一般高分子材料的體積電阻率都非常高，約在1010102

29、0cm的范圍，其表面一經(jīng)摩擦就容易產(chǎn)生靜電，從而產(chǎn)生靜電積累。靜電可使空氣中的塵埃吸附于制品上，降低了其商品價(jià)值。在塑料進(jìn)行印刷和熱合等二次加工時(shí)，靜電常會(huì)造成不良的加工結(jié)果。靜電還能使油墨或染料的附著不均，造成印刷和涂裝質(zhì)量不佳。靜電還會(huì)導(dǎo)致放電現(xiàn)象，而放電作用常會(huì)引起電擊、著火、粉體爆炸等事故。第54頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四聚合物用導(dǎo)電性填料主要包括炭黑、碳纖維和金屬粉末；當(dāng)加入量較少時(shí)導(dǎo)電性填料可以降低聚合物的表面電阻率，提高聚合物的抗靜電性；加入量較多時(shí)則還可明顯提高聚合物的體積電阻率，從而賦予聚合物一定的導(dǎo)電性。第55頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月

30、20日，0點(diǎn)49分，星期四導(dǎo)電炭黑炭黑根據(jù)制作法不同可以分為爐法炭黑、槽法炭黑、熱裂法炭黑以及乙炔炭黑等。爐法炭黑占總產(chǎn)量的70%80%。槽法炭黑主要用于制備要達(dá)到食品和醫(yī)藥管理規(guī)定要求的塑料制品。第56頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四各種導(dǎo)電炭黑的性能名稱代號(hào)平均粒徑/比表面積/g 吸油值/mg/g揮發(fā)分/%特性導(dǎo)電槽黑CC17.52.51754201.151.65粒徑細(xì)，分散困難導(dǎo)電爐黑CF21291252001.31.52.0粒徑細(xì)，表面孔度高，結(jié)構(gòu)高超導(dǎo)電爐黑SCF16251752251.31.60.05防靜電，導(dǎo)電效果好特導(dǎo)電爐黑XCF162252852.6

31、00.03表面孔度高，結(jié)構(gòu)高，導(dǎo)電性好乙炔炭黑ACEF354556702.53.5粒徑中等，結(jié)構(gòu)高，導(dǎo)電性穩(wěn)定第57頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（3）耐磨潤(rùn)滑型填料常見(jiàn)的潤(rùn)滑型填料包括無(wú)機(jī)填料如二硫化鉬（MOS2）、石墨、銅粉以及聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等在加工過(guò)程中不發(fā)生相變也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)填料。耐磨潤(rùn)滑型填料往往應(yīng)用于本身潤(rùn)滑性就較好的聚合物品種、從而能進(jìn)一步發(fā)揮這些材料的特性，典型的例子是聚甲醛(POM)。第58頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（4）抗輻射填料高分子材料在日光或強(qiáng)的熒光下，將吸收紫外光，引發(fā)

32、自動(dòng)氧化，導(dǎo)致聚合物降解，使制品的外觀和物理機(jī)械性能惡化。這一過(guò)程稱為光氧化或光老化。無(wú)機(jī)填料通常都能起到一定的光屏蔽作用，從而提高聚合物材料的耐侯性。但作為專門的光屏蔽劑，則主要有炭黑、氧化鋅和鈦白粉。第59頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.2 增強(qiáng)纖維的種類2022/9/1960第60頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3.3纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維種類玻璃纖維 碳纖維 其他增強(qiáng)材料第61頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四無(wú)堿玻璃纖維短切絲長(zhǎng)玻璃纖維短切碳纖維 第62頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星

33、期四（1）玻璃纖維的分類A、按含堿量分類所謂含堿量，通常是把玻璃中的Na2O，K2O的含量叫做含堿量。無(wú)堿玻璃纖維-含堿量在1%以下。低堿玻璃纖維-含堿量在2%-6%.有堿玻璃纖維-含堿量大于10%。 第63頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四B、性能分類高強(qiáng)玻璃纖維SiO2、Al2O3、CaO含量均高，又叫S玻璃纖維。高模量玻璃纖維BeO、TiO2含量較高，又叫M玻璃纖維。耐堿玻璃纖維耐酸玻璃纖維又叫C玻璃纖維。耐高溫玻璃纖維。普通玻璃纖維又分為有堿A玻璃纖維和無(wú)堿E玻璃纖維 第64頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四C、按制造方法分連續(xù)纖維定長(zhǎng)纖

34、維 第65頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四（2）玻璃纖維的化學(xué)組成 玻璃纖維的化學(xué)組成主要是二氧化硅和氧化硼。以二氧化硅為主的稱為硅酸鹽玻璃，以氧化硼為主的稱為硼酸鹽玻璃。 在玻璃體中加入氧化鈉、氧化鉀等堿性氧化物能降低玻璃的熔化溫度和粘度，故稱為助熔氧化物。第66頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2、玻璃纖維的結(jié)構(gòu)（1）玻璃的物態(tài)-無(wú)定型非晶態(tài)固體 玻璃沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，隨溫度升高，逐漸由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，玻璃變?yōu)橐簯B(tài)是在一個(gè)比較寬的軟化溫度范圍內(nèi)進(jìn)行； 玻璃是各向同性的均質(zhì)材料，晶體卻不同，多數(shù)晶體是各向異性的。 （2）玻璃纖維的結(jié)構(gòu)-玻璃纖維的

35、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與玻璃相同第67頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3、玻璃纖維的制備生產(chǎn)玻璃纖維應(yīng)用最廣的方法有池窯拉絲和坩堝拉絲兩種。坩堝拉絲法，首先根據(jù)纖維的性能要求，配料制成玻璃球，然后用坩堝將球熔融后拉絲。池窯拉絲的優(yōu)點(diǎn)是省掉了制球工序。第68頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4、玻璃纖維的規(guī)格玻璃纖維紗分為無(wú)捻紗和加捻紗兩種。無(wú)捻紗一般由增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，由原絲直接并股制成，加捻紗則多用紡織型浸潤(rùn)劑，由原絲經(jīng)過(guò)退繞，加捻，并股而制成。第69頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四纖維支數(shù)表示法重量法-重量法是用1克原絲的長(zhǎng)度來(lái)表示

36、。例如：80支紗表示1克重的原絲長(zhǎng)80米。定長(zhǎng)法-定長(zhǎng)法是目前國(guó)際統(tǒng)一使用的方法，通稱“TEX”（公制號(hào)數(shù)）。它是指1000米長(zhǎng)原絲的重量克數(shù)。例如4TEX就是指1000米原絲重4克。合股紗的支數(shù)-合股紗的支數(shù)是指每克合股紗的長(zhǎng)度米數(shù)，等于原絲的支數(shù)除以合股數(shù)第70頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四二、玻璃纖維的性能特點(diǎn)1、玻璃纖維的力學(xué)性能 2、玻璃纖維的熱性能 3、玻璃纖維的耐腐蝕性能 4、玻璃纖維的介電性能 第71頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、玻璃纖維的力學(xué)性能 玻璃纖維的抗拉強(qiáng)度比普通玻璃高幾十倍，而且直徑越小，抗拉強(qiáng)度越高。 表

37、：不同材料的拉伸強(qiáng)度第72頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四玻璃纖維的彈性模量約為7104MPa ，與純鋁的模量相近，但只有普通鋼的1/3。模量較低，這是玻璃纖維的缺點(diǎn)之一。玻璃纖維是標(biāo)準(zhǔn)的彈性體，拉伸時(shí)伸長(zhǎng)變形與應(yīng)力成正比，直至斷裂之前沒(méi)有屈服點(diǎn)。由于具有此特點(diǎn)，一旦去除應(yīng)力，纖維形變可完全恢復(fù)，從而具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。 3，有堿纖維的比重較無(wú)堿纖維小。第73頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2、玻璃纖維的熱性能玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)很低，約為0.86千卡/米度;是一種良好的絕熱材料；其熱膨脹系數(shù)約為4.8106/；比熱約為0.19千卡/公斤。在

38、200-250以下，玻璃纖維的強(qiáng)度不變，當(dāng)溫度超過(guò)250，玻璃纖維的強(qiáng)度開(kāi)始下降。在300經(jīng)24小時(shí)，強(qiáng)度約下降20%；在400經(jīng)24小時(shí)，強(qiáng)度約下降50%。這種強(qiáng)度下降與受熱的時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度下降越多。第74頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3、玻璃纖維的耐腐蝕性能玻璃是一種優(yōu)良的耐腐蝕材料，無(wú)論是對(duì)酸（氫氟酸除外），堿，鹽或其他各種有機(jī)溶劑都具有較好的耐腐蝕能力。但玻璃拉制成纖維后，由于表面積大大增加，所以耐腐蝕性比玻璃差 。有堿玻璃纖維的耐水性很差，這是因?yàn)楹瑝A硅酸鹽在水或空氣中的水分作用下，容易發(fā)生水解之故。無(wú)堿纖維的耐水性比有堿纖維好，而有堿纖維的耐酸

39、性比無(wú)堿纖維強(qiáng)得多。這兩種纖維的耐堿性都不太好。而耐酸纖維的耐水性和耐酸性均比前二者優(yōu)越。第75頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4、玻璃纖維的介電性能玻璃纖維是一種優(yōu)良的電絕緣材料。無(wú)堿玻璃纖維要比有堿玻璃纖維的電絕緣性能好得多，這主要是因?yàn)槠涑煞种泻瑝A金屬離子少的緣故。玻璃纖維的介電常數(shù)在102Hz時(shí)為6.43，在1010時(shí)為6.11；介電損耗角正切值在102Hz時(shí)為0.0042，在1010時(shí)為0.006。 第76頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四三、玻璃纖維的表面處理分為兩部分 ：1.單絲處理，單絲處理劑亦稱浸潤(rùn)劑；2.纖維和織物的表面處理

40、 。第77頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四 1、單絲處理浸潤(rùn)劑 （1）浸潤(rùn)劑的作用 使多根單絲集中成股； 增加原紗的耐磨性和提高拉伸強(qiáng)度； 保護(hù)纖維免受大氣和水分的侵蝕作用。（2）浸潤(rùn)劑的種類 紡織型浸潤(rùn)劑； 增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑。第78頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2.玻璃纖維和織物的表面處理玻璃纖維具有的吸濕性，會(huì)使暴露在大氣中的玻璃纖維表面吸附一層水分子，從而降低了與樹(shù)脂基體的粘合，降低復(fù)合材料性能。故必通過(guò)化學(xué)或物理的方法對(duì)玻璃纖維進(jìn)行表面處理，以改善其與基體材料的結(jié)合性能，從而最大程度提高復(fù)合強(qiáng)度。玻璃纖維的表面處理中，應(yīng)用最成功的方法是

41、采用偶聯(lián)劑涂層。玻璃纖維表面處理常選用的偶聯(lián)劑品種為硅烷類偶聯(lián)劑。第79頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四玻璃纖維表面處理方法后處理法 此法過(guò)程是首先除去玻璃纖維表面的紡織型浸潤(rùn)劑，然后經(jīng)處理劑溶液浸漬、水洗、烘干等工藝，使玻璃纖維表面被覆上一層處理劑。前處理法 這種方法是采用增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，使玻璃纖維既能滿足拉絲、并股、紡織各道工序的要求，又能滿足制作復(fù)合材料時(shí)粘結(jié)的要求。遷移法 遷移法是將化學(xué)處理劑直接加入到樹(shù)脂膠液中進(jìn)行整體滲合，在浸膠的同時(shí)將處理劑施于玻璃纖維上，借助處理劑從樹(shù)脂膠液至纖維表面的“遷移” 作用而與纖維表面發(fā)生作用，從而在樹(shù)脂固化過(guò)程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。

42、 第80頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四碳纖維碳纖維是指纖維中含碳量在95%左右的碳纖維和含碳量在99%左右的石墨纖維。碳纖維由有機(jī)纖維在高溫下和惰性氣體保護(hù)下燒制而成。所用的有機(jī)纖維可以是粘膠纖維、聚丙烯腈纖維、木質(zhì)素聚乙烯醇等。原料纖維在燒制溫度達(dá)到1千多度高溫時(shí)，就已全部成為碳元素組成的纖維，其導(dǎo)電性可接近金屬，強(qiáng)度和拉伸彈性模量也大大提高。第81頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四一、 碳纖維的分類根據(jù)碳纖維的性能分類 ：高性能、一般根據(jù)原絲類型分類：（1）聚丙烯腈基碳纖維；（2）粘膠基碳纖維；（3）瀝青基碳纖維；（4）其他有機(jī)纖維基碳纖

43、維。根據(jù)碳纖維的功能分類：（1）受力結(jié)構(gòu)用碳纖維；（2）耐焰碳纖維；（3）活性碳纖維；（4）導(dǎo)電用碳纖維；（5）潤(rùn)滑用碳纖維；（6）耐磨用碳纖維等。 根據(jù)纖維制品的外觀分類 ：短纖維 、長(zhǎng)纖維 、雙向及多向織物第82頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四二、碳纖維的性能1.力學(xué)性能 2.碳纖維的物理性能 3.化學(xué)性能 第83頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1.力學(xué)性能碳纖維的理論強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玻璃纖維，而高強(qiáng)度的碳纖維的抗張強(qiáng)度為25003500MPa，與玻璃纖維處于同一數(shù)量級(jí)，這原因就在于由于上述原因碳纖維中缺陷微裂紋出現(xiàn)的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃纖維。碳

44、纖維是典型的脆性材料。一般高模量碳纖維的最大延伸率是0.35%，高強(qiáng)度碳纖維為1%；碳纖維的彈性回復(fù)為100%，說(shuō)明碳纖維的剛性極大，韌性較差。第84頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2.碳纖維的物理性能碳纖維的密度在1.52.0g/cm3之間，低于玻璃纖維，所以碳纖維的比強(qiáng)度，比模量較高。碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其測(cè)量的方向有關(guān)。平行于纖維方向是負(fù)值，而垂直于纖維方向是正值。碳纖維的導(dǎo)熱率也有方向性，平行于纖維軸方向?qū)崧矢咝鋵?dǎo)熱率隨溫度升高而下降。 碳纖維的導(dǎo)電性較好。 第85頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3.化學(xué)性能碳纖維的化學(xué)性能與碳

45、很相似。它除能被強(qiáng)氧化劑氧化外，對(duì)一般酸堿是惰性的。在空氣中，溫度高于400時(shí)，則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO和CO2。在不接觸空氣或氧化氣氛時(shí)，碳纖維具有突出的耐熱性。與其他類型材料比較，碳纖維要在高于1500強(qiáng)度才開(kāi)始下降，而其他材料包括Al2O3晶須性能已大大下降。 碳纖維還有良好的耐低溫性能。它還有耐油、抗放射、抗輻射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。第86頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四三. 碳纖維的表面處理1.表面清潔法 2.氣相氧化法 3.液相氧化法 4. 電解氧化法 5. 表面涂層法 第87頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四其他增強(qiáng)材

46、料一、硼纖維 二、碳化硅纖維 三、金屬纖維 四、晶須 第88頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四應(yīng)用2022/9/1989第89頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料是以纖維作增強(qiáng)體，把纖維增強(qiáng)陶瓷基體通過(guò)一定的復(fù)合工藝結(jié)合在一起而組成的材料的總稱。這類復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是一類新型結(jié)構(gòu)材料。作為增強(qiáng)用的纖維有金屬纖維（如鎢絲、鉭絲、鉬絲等）、玻璃纖維和陶瓷纖維（如碳、碳化硅、氧化鋁、氧化鋯等纖維）；而陶瓷基本由氧化物基（如氧化鋁、氧化鋯等）和非氧化物基（如碳、碳化物、硼

47、化物、氮化物等）組成。在選擇纖維和陶瓷基體時(shí)要注意性能的匹配，如纖維必須和陶瓷一樣具有耐高溫性能，纖維的熱膨脹系數(shù)應(yīng)稍大于陶瓷基體。纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料已應(yīng)用的領(lǐng)域和即將應(yīng)用的領(lǐng)域有刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、航空航天部件、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、能源構(gòu)件等。法國(guó)已將長(zhǎng)纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制造超高速列車的制動(dòng)件。由于這種材料具有優(yōu)異的耐摩擦性能和耐磨損性能，使用效果令人滿意。經(jīng)過(guò)纖維增強(qiáng)的陶瓷，無(wú)論在抗機(jī)械沖擊性，還是在抗熱沖擊性方面，都有了極大的提高，這在很大程度上克服了陶瓷的脆性，同時(shí)又保持了陶瓷原有的許多優(yōu)異性能。這種打不破的陶瓷目前雖只是初露端倪，但將來(lái)肯定有著廣闊的發(fā)展前景。第90頁(yè)，共159頁(yè)，

48、2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在體育器材上的應(yīng)用質(zhì)輕(多數(shù)體育器材是靠人力來(lái)使其運(yùn)動(dòng)，因此要求器材越輕越好，如網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、自行車、滑雪板、皮劃艇、撐竿等)優(yōu)異的力學(xué)性能(強(qiáng)度、韌性、彈性等力學(xué)性能是體育器材使用過(guò)程中所要考慮的重要方面，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有突出的比強(qiáng)度、比模量和比彈性模量，更適合于用作體育器材。復(fù)合材料具有良好的阻尼減震性能也是其作為體育器材原料的原因之一)良好的加工成型性能，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)其他方面(衛(wèi)生性是要求材料在使用過(guò)程中不散發(fā)有害、有毒或難聞的氣味，是提高運(yùn)動(dòng)員舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)。性價(jià)比是研發(fā)者需要重視的一個(gè)原則，性能好但價(jià)格昂貴的產(chǎn)品

49、只能在高級(jí)別的運(yùn)動(dòng)比賽中使用，普通消費(fèi)者望而卻步)第91頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四第92頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四滑雪運(yùn)動(dòng)中，滑雪板關(guān)系到運(yùn)動(dòng)員的生命安全和運(yùn)動(dòng)成績(jī)，而滑雪板的結(jié)構(gòu)和材料比較復(fù)雜。多年來(lái)，滑雪板的輕量化、改善減震性能、提高耐疲勞壽命和回轉(zhuǎn)特性是人們一直關(guān)注的問(wèn)題。80年代以來(lái)，隨著玻璃纖維及碳纖維等復(fù)合材料的使用，人們制造出了性能優(yōu)異的滑雪板。第93頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四第94頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四第95頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，

50、0點(diǎn)49分，星期四4.3 填充體系性能及填充改性機(jī)理4.3.1 填料的基本特性4.3.2 填料對(duì)填充體系的影響4.3.3 無(wú)機(jī)剛性粒子對(duì)塑料的增韌2022/9/1996第96頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.3.1 填料的性質(zhì) 1、填料的形狀部分礦物顆粒的幾何形狀與尺寸對(duì)比特征形狀分類礦物實(shí)例顆粒幾何尺寸對(duì)比長(zhǎng)寬高球形珍珠巖111立方形方解石、正長(zhǎng)石111塊狀或短柱性方解石、正長(zhǎng)石、硅石、重晶石1411片狀高嶺土、云母、滑石、石墨111/41/100纖維狀硅灰石、透閃石、石棉、纖維海泡石11/101/10第97頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期

51、四對(duì)于片狀填料，表征其幾何形態(tài)的重要參數(shù)是徑厚比，即片狀顆粒的平均直徑與厚度之比。對(duì)于纖維狀填料，往往采用長(zhǎng)徑比的概念，即纖維狀顆粒的長(zhǎng)度與平均直徑之比。第98頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2、填料的粒徑也稱細(xì)度，是表征填料顆粒粗細(xì)程度的主要參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)填料的顆粒粒徑越小，假如它能分散均勻，則填充材料的力學(xué)性能越好；但同時(shí)顆粒的粒徑越小，要實(shí)現(xiàn)其均勻分散就越困難，需要更多的助劑和更好的加工設(shè)備；而且顆粒越細(xì)所需要的加工費(fèi)用越高，因此要根據(jù)使用需要選擇適當(dāng)粒徑的填料。第99頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3、填料的表面性質(zhì)表面粗糙程度 填料

52、顆粒表面粗糙程度不同，即同樣體積的顆粒，其表面積不僅與顆粒的幾何形狀有關(guān)(球形表面積最小)，也與其表面的粗糙程度有關(guān)。 比表面積 比表面積即單位質(zhì)量填料的表面積，它的大小對(duì)填料與樹(shù)脂之間的親合性、填料表面活化處理的難易與成本都有直接關(guān)系。通常比表面積大小可通過(guò)氮?dú)獾葴匚椒椒ㄟM(jìn)行測(cè)定。第100頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四表面自由能 填料顆粒表面自由能大小關(guān)系到填料在基體樹(shù)脂中分散的難易，當(dāng)比表面積一定時(shí)，表面自由能越大，顆粒相互之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時(shí)，降低其表面自由能是主要目標(biāo)之一。第101頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，

53、星期四4、填料的物理化學(xué)性質(zhì)密度吸油值硬度顏色及光學(xué)特性熱性能電性能磁性能阻燃性能第102頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4.3.2 填料對(duì)填充體系性能的影響1、力學(xué)性能2、熱學(xué)性能3、成型加工性能4、其他性能5、無(wú)機(jī)剛性粒子對(duì)聚合物的增韌第103頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能彈性模量填料的加入總是使填充聚合物的彈性模量增大，這首先要?dú)w結(jié)于填料的模量比聚合物的模量大很多倍。一般說(shuō)來(lái)窄分布的大顆粒填料，填充體系的彈性模量增大較少；當(dāng)填粒顆粒的縱橫尺寸比較大時(shí)，填充體系的彈性模量顯著增大，如片狀和纖維狀填料。第104頁(yè)，共159頁(yè)，

54、2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能拉伸強(qiáng)度填充聚合物中，受力截面上基體樹(shù)脂的面積必然小于純樹(shù)脂構(gòu)成的材料。在外力作用下基體樹(shù)脂從填料顆粒表面被拉開(kāi)，因承受外力的總面積減小，所以填充聚合物的拉伸強(qiáng)度較未填充體系有所下降。 如果通過(guò)表面處理，填料與基體樹(shù)脂的界面粘合得好，在拉伸應(yīng)力作用下填料顆粒有可能與基體樹(shù)脂一起移動(dòng)變形，承受外界負(fù)荷的有效截面增加，填充體系的拉伸強(qiáng)度是可能高于基體的拉伸強(qiáng)度的。第105頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能在拉伸作用時(shí)基體可隨之形變而取向的非極性結(jié)合，基體可在被拉伸時(shí)沿填料顆粒周圍被拉伸取向從而有利于拉伸屈服強(qiáng)

55、度提高。高縱橫比、高表面積的片狀或纖維狀填料都能促進(jìn)這種效應(yīng)。對(duì)于增強(qiáng)型塑料，如纖維的取向和受力方向一致，且纖維表面與基體樹(shù)脂又有很好的粘合，則會(huì)使填充體系的拉伸強(qiáng)度有顯著提高。第106頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能斷裂伸長(zhǎng)率填充體系因填料的存在在受到拉伸應(yīng)力時(shí)其斷裂伸長(zhǎng)率均有所下降，其主要原因可歸結(jié)為絕大多數(shù)填料特別是無(wú)機(jī)礦物填料本身是剛性的，沒(méi)有在外力作用下變形的可能。 填料的粒徑越小，對(duì)于同樣填充量的填充體系來(lái)說(shuō)，其斷裂伸長(zhǎng)率越有可能獲得較好的數(shù)值。第107頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能沖擊強(qiáng)度填料的加入往往

56、使填充塑料抗沖擊性能下降，這也是填充改性以獲取多種利益的同時(shí)帶來(lái)的材料性能劣化的重要方面。作為分散相的填料顆粒在基體中起到應(yīng)力集中劑的作用，一般來(lái)說(shuō)這些填料的顆粒是剛性的，不能在受力時(shí)變形，也不能終止裂紋或產(chǎn)生銀紋吸收沖擊能，因此會(huì)使填充聚合物的脆性增加。第108頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能由于纖維狀填料能在與沖擊應(yīng)力垂直的更大面積上分布沖擊應(yīng)力，故可以提高纖維增強(qiáng)聚合物的沖擊強(qiáng)度。 如果填料表面與基體之間有適當(dāng)?shù)恼澈?，可減小因填料加入帶來(lái)的沖擊強(qiáng)度降低的幅度。 近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的剛性粒子增韌理論認(rèn)為，使用非彈性體粒子在不犧牲材料的模量情況下仍然可達(dá)到使

57、材料沖擊強(qiáng)度提高的目的。 第109頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能彎曲強(qiáng)度填充聚合物的彎曲強(qiáng)度對(duì)在大多數(shù)填料來(lái)說(shuō)都會(huì)隨填料的加入和份數(shù)的增加而下降，其下降程度與基體樹(shù)脂是否為韌性聚合物以及填料的幾何形狀有關(guān)，還與填料在基體中的分散情況及加工時(shí)的取向有關(guān)?？v橫比大的填料（片狀）或用偶聯(lián)劑表面處理過(guò)的填料可使韌性聚合物的彎曲強(qiáng)度提高。第110頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四1、力學(xué)性能蠕變塑料材料的蠕變是指在一定應(yīng)力作用下材料除產(chǎn)生可以完全恢復(fù)的彈性形變外還同時(shí)發(fā)生永久性形變。由于永久性形變的不可逆轉(zhuǎn)性，給某些塑料制品的尺了穩(wěn)定性帶來(lái)

58、不利影響。對(duì)于容易產(chǎn)生蠕變的熱塑性塑料，填料的存在可使填充聚合物的蠕變程度減小，即降低形變值。第111頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2、熱學(xué)性能導(dǎo)熱系數(shù)由于通常的填料有著比高分子聚合物都大得多的導(dǎo)熱系數(shù)，填充聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)要大大高于相應(yīng)的純聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)。 大多數(shù)聚合物的熱膨脹系數(shù)比填料的要大10多倍，所以填充聚合物的熱膨脹系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相應(yīng)的純聚合物。第112頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四2、熱學(xué)性能填充聚合物的耐熱性能主要取決于基體樹(shù)脂本身。對(duì)于非結(jié)晶的無(wú)定形聚合物其耐熱性能取決于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；而對(duì)于高度結(jié)晶的聚合物，其耐熱性能

59、取決于聚合物熔點(diǎn)。填充聚合物的熱變形溫度都較相應(yīng)的純聚合物材料的熱變形溫度有明顯提高。第113頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3、成型加工性能填充聚合物的流變行為粘度增加式中1為無(wú)填料時(shí)的粘度，2為填料濃度，對(duì)于硬球和正常流體Kg為 2.5；對(duì)于纖維填料Kg值隨長(zhǎng)徑比增大而增加；對(duì)于單軸取向填料Kg值為長(zhǎng)徑的2倍。對(duì)于濃度較高的分散粒子體系，可以用下式修正：第114頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3、成型加工性能加工性能的影響因素填料的幾何形狀對(duì)填充體系的粘度影響是明顯的，對(duì)于同樣長(zhǎng)徑比的填料，片狀填料對(duì)填充體系粘度的影響甚至高于纖維狀填料。

60、填料粒度越小，相互之間越易聚集在一起，事先對(duì)填料顆粒表面進(jìn)行降低表面能的處理將有利于阻止相互聚集。第115頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四3、成型加工性能填料在基體樹(shù)脂中的分散狀況對(duì)填充體系的粘度也是有顯著影響的。填料的顆粒單獨(dú)分散在基體中并不是理想的分散狀態(tài)，但實(shí)際上往往是以某種聚集狀態(tài)的形式存在，特別是填料粒徑較小的時(shí)候。呈聚集態(tài)的填料對(duì)填充體系的流動(dòng)性影響是不利的。第116頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)49分，星期四4、其他性能硬度填料能使填充聚合物的硬度提高； 摩擦性能使用低摩擦因數(shù)的填料可以降低塑料的摩擦因數(shù)；填充聚合物中由于高硬度無(wú)機(jī)填料的存