聚合物共混与改性第八章 聚合物填充剂增强改性2

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1、第八章聚合物的填充与增强改性（2）——纤维增强改性聚合物一、增强改性的定义：增强改性往往是通过使用玻璃纤维、碳纤维、金属纤维以及云母、硅灰石等具有较大长径比或径厚比的填料，这些填料加入到塑料中后对材料的力学性能和耐热性能有显著贡献，这种改性方法称之为增强改性。第一节纤维增强改性聚合物的基本原理二、增强改性的目的及其类型1.增强改性目的在聚合物基体中加入增强材料改进聚合物性能。2.增强材料的定义在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械性能的高强度材料称为增强材料。增强材料有时也称作增强体、增强剂等。增强材料增强纤维及其织物晶须颗

2、粒增强纤维有机纤维无机纤维碳纤维超高相对分子质量聚乙烯纤维纳米碳纤维玻璃纤维陶瓷纤维硼纤维天然纤维：蚕丝、麻、棉等尼龙纤维芳香族聚酰胺纤维（1）按基体材料划分纤维增强塑料（树脂基）纤维增强弹性体（橡胶基）FRP：酚醛树脂；环氧树脂；不饱和聚酯树脂FRTP：PA66；PA6；聚丙烯；聚乙烯；聚苯乙烯3.纤维增强聚合物基复合材料的类型基体材料，增强材料，复合方式（3）按复合方式划分预混复合；浸渍复合；层叠混合；骨架复合按纤维的排列：单向、双向和三向；按纤维的形态：长纤维、短纤维和磨碎纤维；按纤维的种类：玻璃纤维、碳纤维、金属纤维

3、等。（2）按增强材料划分4.纤维增强聚合物复合材料的基本特征（1）比强度和比模量高比强度：指材料的强度与材料相对密度之比比模量：指材料的模量与材料的相对密度之比（2）抗疲劳性提高聚合物基复合材料中的纤维与基体的界面能阻止裂纹扩展，使得材料抗疲劳性能优于金属（3）耐热性高PA6（5）线膨胀系数小（4）抗震性好●聚合物基体的黏弹性●纤维与基体的界面具有吸振能力三、增强纤维用途：提高聚合物的强度，模量和硬度无机纤维、有机纤维和天然纤维纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。纤维不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减

4、少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。如聚苯乙烯塑料，加入玻璃纤维后，拉伸强度可从600MPa提高到1000MPa，弹性模量可从3000MPa提高到8000MPa，其热变形温度可从85℃提高到105℃，使-40℃以下的冲击强度可提高10倍。1.无机纤维（1）玻璃纤维优点：拉伸强度高、柔性好。玻璃纤维的抗拉强度比普通玻璃高几十倍，而且直径越小，抗拉强度越高。缺点：耐碱性差，弹性模量不足有碱玻璃纤维的耐水性很差，这是因为含碱硅酸盐在水或空气中的水分作用下，容易发生水解

5、之故。（2）陶瓷纤维（碳化硅纤维）组成：以碳和硅为组成的多晶陶瓷纤维烧结法和气相法（3）硼纤维特点：轻质高强缺点：价格高，可弯性不良用硼铝复合材料制成的航天飞机主舱框架强度高、刚性好，代替铝合金骨架节省重量44％，取得了十分显著的效果，也有力地促进了硼纤维金属基复合材料的发展。1959年美国TELLY首先发表了用化学气相沉积法制造高性能硼纤维的论文，并受到了美国空军材料实验室的高度重视，积极推进硼纤维及其复合材料的研制。美国AVCO、TEXFROU公司是硼纤维的主要生产厂家。2.有机聚合物纤维（1）碳纤维按原料:聚丙烯腈，沥

6、青系，粘胶系碳纤维按性能：高强度，高模，普通碳纤维按碳化温度：碳纤维，石墨纤维图6-2碳纤维制备过程优点：高模量；低密度；优异的导热和导电性能、较低的蠕变性能；耐化学腐蚀性与耐磨性缺点：断裂伸长率低，脆性大（2）纳米碳纤维制备方法：基体法；喷淋法和流动催化法优异的力学、电学和热学性能介于碳纳米管和普通纤维之间三种类型的碳纳米管单臂锯齿手性（3）超高相对分子质量聚乙烯纤维凝胶纺丝工艺流程制备聚乙烯纤维作为目前国际上最新的一种有机纤维，它具有以下四个特点：超轻、高比强度、高比模量、成本较低。通常情况下，聚乙烯纤维的分子量大于10

7、6，纤维的拉伸强度为3.5GPa，弹性模量为116GPa，延伸率为3.4%，密度为0.97g/cm3。可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等。相比于其它各种纤维材料，聚乙烯纤维具有许多种优点。如：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等。聚乙烯纤维的不足之处：(1)熔点较低（约135℃）(2)高温容易蠕变。因此仅能在100℃以下使用。芳纶纤维是指日前巳工业化生产并广泛应用的聚芳酰胺纤维。国外商品牌号叫凯芙拉(Kevlar)纤维，我国暂命名为芳纶纤维，有时也称有机纤维。优点：力学性能

8、高、耐热性能好和耐化学腐蚀性好（4）芳纶纤维目前，芳纶纤维的总产量43％用于轮胎的帘子线(芳纶--29)，31％用于复合材料，17.5％用于绳索类和防弹衣，8.5％用于其他。以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料，简称KFRP，它在航空航天方面的应用，仅次于碳纤维，成为必不可少