纖維增強(qiáng)改性聚合物復(fù)合材料.ppt

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1、增強(qiáng)材料共分為三類:①纖維及其織物②晶須③顆粒一、纖維如,植物纖維---棉花、麻類;動(dòng)物纖維---絲、毛;礦物纖維---石棉。天然纖維強(qiáng)度較低,現(xiàn)代復(fù)合材料的增強(qiáng)材料用合成纖維。纖維在復(fù)合材料中起增強(qiáng)作用,是主要承力組分。纖維不僅能使材料顯示出較高的抗張強(qiáng)度和剛度,而且能減少收縮,提高熱變形溫度和低溫沖擊強(qiáng)度等。復(fù)合材料的性能在很大程度上取決于纖維的性能、含量及使用狀態(tài)。如聚苯乙烯塑料,加入玻璃纖維后,拉伸強(qiáng)度可從600MPa提高到1000MPa,彈性模量可從3000MPa提高到8000MPa,其熱變形溫度可從85℃提高到105℃,使-40℃以下的沖擊強(qiáng)度可提高

2、10倍。纖維可分為有機(jī)纖維和無機(jī)纖維(一)有機(jī)纖維芳綸纖維聚乙烯纖維尼龍纖維1、芳綸纖維芳綸纖維是指日前巳工業(yè)化生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的聚芳酰胺纖維。國(guó)外商品牌號(hào)叫凱芙拉(Kevlar)纖維,我國(guó)暫命名為芳綸纖維,有時(shí)也稱有機(jī)纖維。芳綸纖維的歷史很短,發(fā)展很快。1968午美國(guó)杜邦公司開始研制。1972年以B纖維為名發(fā)表了專利并提供產(chǎn)品。1972年又研制了以PRD--49命名的纖維。1973年正式登記的商品名稱為ARAMID纖維。ARAMID纖維包括三種牌號(hào)的產(chǎn)品,并重改名稱。PRD--49--IV改稱為芳綸--29;PRD--49--III改稱為芳綸--49;B纖維改稱

3、為芳綸。芳綸、芳綸--29、芳綸--49這三種牌號(hào)纖維的用途各不相同。芳綸主要用于橡膠增強(qiáng),制造輪胎、三角皮帶、同步帶等;芳綸--29主要用于繩索、電纜、涂漆織物、帶和帶狀物,以及防彈背心等。芳綸--49用于航空、宇航、造船工業(yè)的復(fù)合材料制件。自1972年芳綸纖維作為商品出售以來,產(chǎn)量逐年增加。其原因是由于該纖維具有獨(dú)特的功能,使之廣泛應(yīng)用到軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門。(1)芳綸纖維的性能特點(diǎn)A、芳綸纖維的力學(xué)性能;B、芳綸纖維的熱穩(wěn)定性;C、芳綸纖維的化學(xué)性能。A、芳綸纖維的力學(xué)性能芳綸纖維的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度高。單絲強(qiáng)度可達(dá)3773MPa;254mm長(zhǎng)的纖維束的拉伸

4、強(qiáng)度為2744MPa,大約為鋁的5倍。芳綸纖維的沖擊性能好,大約為石墨纖維的6倍,為硼纖維的3倍,為玻璃纖維0.8倍。芳綸纖維的彈性模量高,可達(dá)1.27~1.577MPa,比玻璃纖維高一倍,為碳纖維0.8倍。芳綸纖維的斷裂伸長(zhǎng)在3%左右,接近玻璃纖維,高于其他纖維。芳綸纖維與碳纖維混雜將能大大提高纖維復(fù)合材料的沖擊性能。芳綸纖維的密度小,比重為1.44~1.45,只有鋁的一半。因此,它有高的比強(qiáng)度與比模量。下表為芳綸纖維的基本性能B、芳綸纖維的熱穩(wěn)定性芳綸纖維有良好的熱穩(wěn)定性,耐火而不熔,當(dāng)溫度達(dá)487℃時(shí)尚不熔化,但開始碳化。因此,芳綸纖維在高溫作用下,不發(fā)生

5、變形,直至分解。如,能長(zhǎng)期在180℃下使用;在150℃下作用一周后強(qiáng)度、模量不會(huì)下降;即使在200℃下,一周后強(qiáng)度降低15%,模量降低4%;另外,在低溫(-60℃)不發(fā)生脆化亦不降解。和碳纖維一樣,芳綸纖維的熱膨脹系數(shù)具有各向異性的特點(diǎn)。如,芳綸纖維的縱向熱膨脹系數(shù)在0~100℃時(shí)為-2×10-6/℃;在100~200℃時(shí)為-4×10–6/℃。橫向熱膨脹系數(shù)為59×10-6/℃C、芳綸纖維的化學(xué)性能芳綸纖維具有良好的耐介質(zhì)性能,對(duì)中性化學(xué)藥品的抵抗力一般是很強(qiáng)的,但易受各種酸堿的侵蝕,尤其是強(qiáng)酸的侵蝕;芳綸纖維的耐水性也不好,這是由于在分子結(jié)構(gòu)中存在著極性酰氨基

6、;濕度對(duì)纖維的影響,類似于尼龍或聚酯。在低濕度(20%相對(duì)濕度)下芳綸纖維的吸濕率為1%,但在高濕度(85%相對(duì)濕度)下,可達(dá)到7%。(2)芳綸纖維的結(jié)構(gòu)芳綸纖維是對(duì)苯二甲酰與對(duì)苯二胺的聚合體,經(jīng)溶解轉(zhuǎn)為液晶紡絲而成。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:從上述化學(xué)結(jié)構(gòu)可知,芳綸纖維材料的基體結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)鏈狀聚酰胺,即結(jié)構(gòu)中含有酰氨鍵,其中至少85%的酰氨直接鍵合在芳香環(huán)上.鍵合在芳香環(huán)上剛硬的直線狀分子鍵在纖維軸向是高度定向的,各聚合物鏈?zhǔn)怯蓺滏I作橫向連結(jié)。這種在沿纖維方向的強(qiáng)共價(jià)鍵和橫向弱的氫鍵,是造成芳綸纖維力學(xué)性能各向異性的原因,即纖維的縱向強(qiáng)度高,而橫向強(qiáng)度低。芳綸纖維的化

7、學(xué)鏈主要由芳環(huán)組成。這種芳環(huán)結(jié)構(gòu)具有高的剛性,并使聚合物鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)而不是折疊狀態(tài),形成棒狀結(jié)構(gòu),因而纖維具有高的模量。芳綸纖維分子鏈?zhǔn)蔷€性結(jié)構(gòu),這又使纖維能有效地利用空間而具有高的填充效率的能力,在單位體積內(nèi)可容納很多聚合物。這種高密度的聚合物具有較高的強(qiáng)度。由于芳綸纖維具有規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu),因此,它具有化學(xué)穩(wěn)定性、高溫尺寸穩(wěn)定性、不發(fā)生高溫分解以及在很高溫度下不致熱塑化等特點(diǎn)。通過電鏡對(duì)纖維觀察表明,芳綸是一種沿軸向排列的有規(guī)則的褶疊層結(jié)構(gòu)。這種褶疊層結(jié)構(gòu)的模型,可以很好地解釋橫向強(qiáng)度低、壓縮和剪切性能差及容易劈裂的現(xiàn)象。(3)用途目前,芳綸纖維的總產(chǎn)量43%

8、用于輪胎的簾子線(芳綸-

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