現(xiàn)代復(fù)合材料：第二章 增強(qiáng)相

第二章增強(qiáng)相增強(qiáng)相的種類纖維及織物：有機(jī)和無機(jī)纖維、金屬纖維晶須：氧化物、氮化物和硼化物顆粒：陶瓷和金屬第一節(jié)纖維單絲(Monofilament)——指拉絲漏板每個(gè)孔中拉出的絲原紗(strand)——指多根單絲(數(shù)目由漏板的孔數(shù)決定)從漏板拉出匯集而成的單絲束，也稱纖維束絲〔Tow)、單股紗或原絲捻度(Twist)——亦稱捻數(shù)，指有捻紗或其它紗線在每米長度沿著軸向的捻回效(螺旋匝數(shù))。S為左捻，逆時(shí)針，Z為右捻，順時(shí)針細(xì)度——指單絲的直徑，一般用微米表示。表示方法：重量法：用一克原紗的長度來表示，稱為支數(shù)。定長法：是目前國際上統(tǒng)一使用的方法，單位為Tex，系指1000米長原紗的克數(shù)。

粗紗(Roing)——由若干單股有捻紗、原紗或單股無捻紗以無捻或少捻平行集束而成。無捻粗紗——有多股連續(xù)單股原紗并排合股而成(不加捻)以紗束，以構(gòu)成原紗的股數(shù)和支數(shù)表示，如40支40股、40支20股等。一段來講，無捻粗紗適于制作預(yù)浸料，因?yàn)樗子诮笜渲?，有捻纖維適于編織。短切纖維(Shortfiber)——將原絲、無捻粗紗或加捻紗切斷成或拉斷成長度為35—150m(有的書中為0.6—60mm)的纖維，也稱為短纖維。長徑比——短纖維長度與直徑之比。

短纖維氈——由不規(guī)則的短切纖維隨意交叉重疊鋪成氈狀簿片，隨機(jī)器的移動(dòng)均勻排列，用樹脂粘結(jié)而成。連續(xù)纖維氈——由纖維本身的卷纏而形成并由少量粘合劑粘合。這種氈蓬松而具有彈性。纖維織物(c1oth)——用加了捻的纖維以不同方式編織的織物，依織法不同可以分為平紋布、斜紋布、緞紋布和單向布等。無緯布——用膠液將平行的纖維連在一起的布．不加任何緯向纖維。橫向粘結(jié)強(qiáng)度由樹脂決定。預(yù)浸料(Prepreg)——用于制造復(fù)合材料浸漬樹脂基體的纖維或其織物經(jīng)烘干或預(yù)聚的一種中間材料。一、有機(jī)纖維1、kevlar纖維：芳香族酰胺纖維特點(diǎn)：高強(qiáng)度、高模量，韌性好，密度低Kevlar49：聚對(duì)苯撐對(duì)苯二甲胺Kevlar29：聚對(duì)苯酰胺具有高的結(jié)晶度和取向度具有垂直于纖維軸的層狀結(jié)構(gòu)Kevlar纖維的物理性能Kevlar纖維的化學(xué)穩(wěn)定性2、超高分子量聚乙烯纖維特點(diǎn)：高比強(qiáng)度、高比模量以及耐沖擊、耐磨、自潤滑、耐腐蝕、耐紫外線、耐低溫、電絕緣等多種優(yōu)異性能。但熔點(diǎn)較低(約135)，高溫容易蠕變用途：纜繩、武器裝甲、防彈背心、航天航空部件

UHMWPE纖維的沖擊強(qiáng)度幾乎與尼龍相當(dāng)，在高速?zèng)_擊下的能量吸收是芳綸纖維（PPTA）、尼龍纖維的兩倍。這種并疲勞性能非常適合制作防彈材料。二、無機(jī)纖維玻璃纖維：有堿(>12%),中堿()6-12%,低堿(2-6%)，無堿(<2%)

特點(diǎn)：耐腐蝕、高溫；便宜；不耐磨、易折斷碳纖維：熱膨脹系數(shù)?。荒透邷厝渥?；自潤滑、導(dǎo)電性高；價(jià)格高硼纖維：在鎢絲表面沉積B氧化鋁纖維：耐熱性和抗氧化性好；密度大SiC纖維玻璃纖維的結(jié)構(gòu)玻璃纖維的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)玻璃纖維的物理性能玻璃纖結(jié)的力學(xué)性能影響因素碳纖維的結(jié)構(gòu)目前廣泛采用的方法是在隔絕空氣和水分的情況下，加熱至1000℃左右分解碳化聚丙烯脂、黏膠纖維或?yàn)r青纖維。層與層之間的距離叫層間距，可用d表示，一股約為0.35nm[圖a]。由數(shù)層到數(shù)十層組成石墨微晶，即碳纖維的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元[見圖b]。再由石墨微晶組成原纖維[圖c]，其直徑為50nm左右，長度達(dá)數(shù)百納米，這是碳纖維的三級(jí)結(jié)構(gòu)單元。最后由原纖維組成碳纖維的單絲直徑一般為6—8um。碳纖維的性能

碳纖維的熱膨脹系數(shù)呈各向異性。平行于纖維方向是負(fù)值，為-(0.72~0.90)×10-6/℃,垂直于纖維方向是正值。碳纖維的熱導(dǎo)率也有方向性，平行纖維方向的熱導(dǎo)率約為1.6w/(m·K)；垂直于纖維方向的熱導(dǎo)率約為0.08w/(m·K)。熱導(dǎo)率隨溫度升高而下降，此外，碳纖維具有良好的導(dǎo)電性。碳纖維的性能熱處理溫度的影響

隨著熱處理溫度的提高，碳纖維的電阻率隨之降低。碳纖維屬于半導(dǎo)體性質(zhì)而石墨纖維的導(dǎo)電性比鋁、銅還要高。低熱膨脹系數(shù)使碳纖維制品具有高度的尺寸穩(wěn)定性。氧化鋁纖維的性能SiC纖維的性能金屬纖維金屬纖維鋼纖維特點(diǎn)：導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，塑性和抗沖擊性能好。纖維性能比較纖維的柔韌性及斷裂都沒有屈服

Kevlar49是韌性斷裂，其它為脆性斷裂比性能

CF的比模量最高

GF的比模量最低

PE的比強(qiáng)度和比模量配合最好熱穩(wěn)定性

CF的耐高溫性能最好

Kevalr49最差第二節(jié)晶須晶須(wisker)是指具有一定長徑比(—般大于10)和截面積小于52×10－5cm2的單晶纖維材料。晶須是含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強(qiáng)度接近其純晶體的理論強(qiáng)度。晶須的生長機(jī)制VLS機(jī)制(V表提供的氣體原料，L為液體觸媒，S為固體晶須）

系統(tǒng)中存在的觸媒液滴而是氣體原料和固體產(chǎn)物之間的媒介，形成晶須的氣體原料通過氣—液界而輸入到小液滴中，使小液滴成為含有晶須氣體原料的熔體，當(dāng)熔體達(dá)到一定的過飽和度時(shí)析出晶體，并沉積在液滴與接體的界面上。隨著氣源的連續(xù)供給，晶須連續(xù)長出，而將小液滴抬起，直到停止生長第三節(jié)顆粒剛性顆粒增強(qiáng)體或陶瓷顆粒增強(qiáng)體。具有高強(qiáng)度、高模量、耐熱、耐磨、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬顆粒，如碳化硅、氧化鋁、氮化硅、碳化硼、石墨、細(xì)金剛石等。

作用：提高耐磨、耐熱、強(qiáng)度、模量和韌性的作用。延性顆粒增強(qiáng)體，主要為金屬顆粒。

作用：增強(qiáng)材料的韌性。但高溫力學(xué)性能會(huì)有所下降。顆粒增韌機(jī)制

顆粒增強(qiáng)體可以通過三種機(jī)制產(chǎn)生增韌效果當(dāng)材料受到破壞應(yīng)力時(shí)，裂紋尖端處的顆粒發(fā)生顯著的物理變化，如晶型轉(zhuǎn)變、體積改變、裂紋產(chǎn)生與增殖等，它們均能消耗能量，從而提高復(fù)合材料的韌性。這種增韌機(jī)制稱為相變?cè)鲰g和微裂紋增韌。復(fù)合材料中的第二相顆粒使裂紋擴(kuò)展路徑發(fā)生改變，如裂紋偏轉(zhuǎn)、彎曲、分叉、裂紋橋接或裂紋釘扎等，從而產(chǎn)生增韌效果。以上兩種機(jī)制同時(shí)發(fā)生，此時(shí)稱為混合增韌。第四節(jié)增強(qiáng)材料的表面處理

作用：改善增強(qiáng)材料與基體的浸漬性相與界面的結(jié)合強(qiáng)度聚合物基復(fù)合材料（1）偶聯(lián)劑處理：有機(jī)硅烷，鈦酸脂（2）等離子處理：（3）氧化