復(fù)合材料第三章(1)復(fù)合材料的增強(qiáng)體

1、1第三章第三章 復(fù)合材料的增強(qiáng)材料復(fù)合材料的增強(qiáng)材料2增強(qiáng)體的概念增強(qiáng)體的概念： 復(fù)合材料中能明顯復(fù)合材料中能明顯的組的組元物質(zhì)。起承受載荷、增強(qiáng)、增韌作用。元物質(zhì)。起承受載荷、增強(qiáng)、增韌作用。增強(qiáng)體的特征增強(qiáng)體的特征：（1 1）具有能明顯提高基體某種所需的特殊性能；）具有能明顯提高基體某種所需的特殊性能； （2 2）增強(qiáng)體應(yīng)具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)；）增強(qiáng)體應(yīng)具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)； （3 3）與基體有良好的潤(rùn)濕性）與基體有良好的潤(rùn)濕性3（1 1）顆粒類增強(qiáng)體（零維）顆粒類增強(qiáng)體（零維）性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 高強(qiáng)度、高模量、耐熱、耐磨、耐腐蝕高強(qiáng)度、高模量、耐熱、耐磨、耐腐蝕實(shí)實(shí) 例：例： 碳化硅、氧

2、化鋁、氮化硅、碳化硼、石墨、碳化硅、氧化鋁、氮化硅、碳化硼、石墨、 碳化鈦、滑石、碳酸鈣等碳化鈦、滑石、碳酸鈣等無機(jī)非金屬顆粒無機(jī)非金屬顆粒復(fù)合材料性能特點(diǎn)：復(fù)合材料性能特點(diǎn)：具有各向同性具有各向同性4（2 2）纖維類增強(qiáng)體（一維）纖維類增強(qiáng)體（一維）：長(zhǎng)度：長(zhǎng)度： 連續(xù)長(zhǎng)度一般超過數(shù)百米；連續(xù)長(zhǎng)度一般超過數(shù)百米；性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 沿軸向有很高的強(qiáng)度和彈性模量沿軸向有很高的強(qiáng)度和彈性模量分類：分類： 分為單絲和束絲兩種。分為單絲和束絲兩種。應(yīng)應(yīng) 用：用： 成本高、性能高，只用于高性能復(fù)合材料成本高、性能高，只用于高性能復(fù)合材料復(fù)合材料性能特點(diǎn)：復(fù)合材料性能特點(diǎn)：具有各向異性具有各向異性5單

3、單絲：絲： 硼纖維、硼纖維、CVDCVD法制備的碳化硅纖維（直徑約為法制備的碳化硅纖維（直徑約為95-14095-140微米）微米）束束絲：絲： 碳纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖維、氮化硅纖維、碳纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖維、氮化硅纖維、燒結(jié)法制備的碳化硅纖維等（含燒結(jié)法制備的碳化硅纖維等（含500-12000500-12000根單絲，根單絲，單絲直徑單絲直徑5.6-145.6-14微米）和芳綸、超高分子量聚乙烯等微米）和芳綸、超高分子量聚乙烯等有機(jī)纖維。有機(jī)纖維。6長(zhǎng)長(zhǎng)度：度： 連續(xù)長(zhǎng)度一般幾十毫米連續(xù)長(zhǎng)度一般幾十毫米性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：沿軸向有方向性，但性能一般比長(zhǎng)纖維低沿軸向有方向性，但性能一般

4、比長(zhǎng)纖維低應(yīng)應(yīng)用：用： 成本比較低，應(yīng)用廣成本比較低，應(yīng)用廣實(shí)實(shí)例：例： 硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維碳纖維、氮化硼纖維等碳纖維、氮化硼纖維等復(fù)合材料特點(diǎn)：無明顯方向性復(fù)合材料特點(diǎn)：無明顯方向性( (制造時(shí)排列無序制造時(shí)排列無序) )7（3 3）晶須類增強(qiáng)體（一維）晶須類增強(qiáng)體（一維）外形尺寸：外形尺寸：直徑直徑0.2-10.2-1微米，長(zhǎng)約為幾十微米微米，長(zhǎng)約為幾十微米性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：有很高的強(qiáng)度和模量有很高的強(qiáng)度和模量 （結(jié)構(gòu)細(xì)小、缺陷少）（結(jié)構(gòu)細(xì)小、缺陷少）應(yīng)應(yīng)用：用： 陶瓷增韌（陶瓷增韌（成本比顆粒高得多成本比顆粒高得多）實(shí)實(shí)例：例： 碳化硅、氧化鋁、氮化硅等碳化硅

5、、氧化鋁、氮化硅等復(fù)合材料性能特點(diǎn)：各向同性。復(fù)合材料性能特點(diǎn)：各向同性。8（4 4）金屬絲增強(qiáng)體（一維）金屬絲增強(qiáng)體（一維） 不銹鋼絲、鎢絲等（不銹鋼絲、鎢絲等（W/AlW/Al、W/NiW/Ni、不銹鋼、不銹鋼絲絲/Al/Al）（5 5）片狀物增強(qiáng)體（二維）片狀物增強(qiáng)體（二維） 織物、氈等。陶瓷薄片：織物、氈等。陶瓷薄片：SiC/CSiC/C、SiC/ZrOSiC/ZrO2 2、SiSi3 3N N4 4/BN/BN等。等。（6 6）纖維編織類增強(qiáng)體（三維）纖維編織類增強(qiáng)體（三維） 纖維編織成的三維結(jié)構(gòu)纖維編織成的三維結(jié)構(gòu)9（1 1）固體材料的理論強(qiáng)度固體材料的理論強(qiáng)度： thth = (

6、 = (EE/a/a0 0) )1/21/2纖維類增強(qiáng)體：纖維類增強(qiáng)體：Be (Be (鈹鈹) )、B B、C C、AlAl、SiSi以及它們與以及它們與N N、O O的化的化合物合物 （常溫下原子半徑小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定）（常溫下原子半徑小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定）纖維類增強(qiáng)體理論強(qiáng)度高！纖維類增強(qiáng)體理論強(qiáng)度高！10 材料的理論強(qiáng)度應(yīng)從原子間的結(jié)合力入手，只有克服了原子間的結(jié)合力，材料才能斷裂。 兩原子間的結(jié)合力如圖所示，原子間距隨應(yīng)力的增加而增大，在某點(diǎn)處，應(yīng)力克服了原子之間的作用力達(dá)到一個(gè)最大值，這一最大值即為理論斷裂強(qiáng)度sm。11 不同材料的組成、結(jié)構(gòu)及鍵合方式不同，各種材料的理論斷裂強(qiáng)度都不一樣，

7、計(jì)算公式十分復(fù)雜。 為簡(jiǎn)單、粗略地估計(jì)各種情況都能適應(yīng)的材料理論強(qiáng)度，可假設(shè)用波長(zhǎng)為l的正玄波來近似原子間約束力與原子間距離x之間的關(guān)系：(1) 材料的斷裂是在拉應(yīng)力作用下，原子沿與拉應(yīng)力垂直的面被拉開。1213141516（2 2）固體材料的實(shí)際強(qiáng)度：）固體材料的實(shí)際強(qiáng)度：固體材料實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度！固體材料實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度！原原 因：因： 缺陷的存在；應(yīng)力集中；破壞失效。缺陷的存在；應(yīng)力集中；破壞失效。斷裂力學(xué)的研究結(jié)果：斷裂力學(xué)的研究結(jié)果： = (E/4c) = (E/4c)1/21/2高高 強(qiáng)強(qiáng) 度：度： 高的彈性模量、高的表面能高的彈性模量、高的表面能 盡可能小的內(nèi)部或

8、表面的最大裂紋長(zhǎng)度盡可能小的內(nèi)部或表面的最大裂紋長(zhǎng)度17（3 3）纖維材料具有高強(qiáng)度的原因：）纖維材料具有高強(qiáng)度的原因：纖維類增強(qiáng)材料：纖維類增強(qiáng)材料：強(qiáng)度很高強(qiáng)度很高同質(zhì)地塊狀材料：同質(zhì)地塊狀材料：強(qiáng)度一般強(qiáng)度一般E-E-玻璃：玻璃：40 - 100 MPa40 - 100 MPaE-E-玻璃纖維：玻璃纖維：1000MPa1000MPa（直徑為（直徑為1010微米）微米）2400MPa2400MPa（直徑（直徑5 5微米以下）微米以下）隨著纖維直徑減小，強(qiáng)度將獲得進(jìn)一步提高！隨著纖維直徑減小，強(qiáng)度將獲得進(jìn)一步提高！18纖維材料所包含的缺陷的形狀、位置、取向和數(shù)目纖維材料所包含的缺陷的形狀、位

9、置、取向和數(shù)目都有別與同質(zhì)地的塊狀材料都有別與同質(zhì)地的塊狀材料內(nèi)部徑向最大裂紋尺寸：內(nèi)部徑向最大裂紋尺寸：非常小非常?。ɡw維類增強(qiáng)材料）（纖維類增強(qiáng)材料）一般一般（同質(zhì)地塊狀材料）（同質(zhì)地塊狀材料）19內(nèi)部軸向最大裂紋尺寸：內(nèi)部軸向最大裂紋尺寸：一般一般（纖維類增強(qiáng)材料）（纖維類增強(qiáng)材料）一般一般（同質(zhì)地塊狀材料）（同質(zhì)地塊狀材料）纖維中軸向的最大裂紋尺寸雖然可與塊體材料纖維中軸向的最大裂紋尺寸雖然可與塊體材料中的相比，但對(duì)軸向性能的影響則很小（中的相比，但對(duì)軸向性能的影響則很?。ɡw維纖維主要承受軸向拉伸載荷主要承受軸向拉伸載荷） 20玻璃是典型的脆性材料，玻璃是典型的脆性材料，為什么玻璃纖維

10、具有優(yōu)良的柔曲性為什么玻璃纖維具有優(yōu)良的柔曲性 ？ 柔曲性的表示方法：柔曲性的表示方法：MM圖圖3.1 3.1 作用于受力梁上的力矩作用于受力梁上的力矩MM及由此力矩產(chǎn)生的曲率半徑及由此力矩產(chǎn)生的曲率半徑 以以1/(M)1/(M)表示材料的柔曲性表示材料的柔曲性21材料力學(xué)的研究結(jié)果給出了下式：材料力學(xué)的研究結(jié)果給出了下式：4641dEM上式中，上式中，E E為材料的楊氏模量，為材料的楊氏模量，d d為圓柱的直徑為圓柱的直徑 。以。以1/(1/(MM) )表示材料的柔曲性，表示材料的柔曲性，與與1/d1/d4 4成正比成正比。 22圖圖3.2 3.2 各種纖維材料的柔曲性與纖維直徑和楊氏模量的

11、關(guān)系各種纖維材料的柔曲性與纖維直徑和楊氏模量的關(guān)系23 2.1 2.1 玻璃纖維的種類玻璃纖維的種類 2.2 2.2 玻璃纖維的制造玻璃纖維的制造 2.3 2.3 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成玻璃纖維的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成 2.4 2.4 玻璃纖維的性能玻璃纖維的性能 2.5 2.5 玻璃纖維的應(yīng)用玻璃纖維的應(yīng)用24（1 1）按玻璃原料成分分類（最重要的分類方法）按玻璃原料成分分類（最重要的分類方法）：又稱又稱無堿玻璃無堿玻璃，由鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃，堿金屬氧化物，由鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃，堿金屬氧化物（R R2 2O O）含量一般小于）含量一般小于0.8%0.8%（國(guó)外小于（國(guó)外小于1%1%）。）。

12、E-E-玻璃纖維玻璃纖維的的電絕緣性能特別好電絕緣性能特別好，并且有，并且有較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度和和較好的耐環(huán)較好的耐環(huán)境老化性能境老化性能，但易被稀的無機(jī)酸腐蝕（，但易被稀的無機(jī)酸腐蝕（ 耐酸性差耐酸性差 ）。 2526：又稱又稱中堿玻璃中堿玻璃，是一種鈉硼硅酸鹽玻璃，國(guó)產(chǎn)的不含硼，是一種鈉硼硅酸鹽玻璃，國(guó)產(chǎn)的不含硼，堿金屬氧化物的含量為堿金屬氧化物的含量為11.5% 12.5%11.5% 12.5%，電絕緣性差電絕緣性差，強(qiáng)度和模量低強(qiáng)度和模量低，成本低，但，成本低，但耐酸性好耐酸性好。：又稱又稱有堿玻璃有堿玻璃，堿金屬氧化物的含量在，堿金屬氧化物的含量在15%15%以上，以上，耐老耐老化

13、性能差，電絕緣性和耐水性差，強(qiáng)度和模量低化性能差，電絕緣性和耐水性差，強(qiáng)度和模量低，成本低，但，成本低，但耐酸性優(yōu)良耐酸性優(yōu)良。國(guó)內(nèi)已停止生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)已停止生產(chǎn)。用于增強(qiáng)瀝青和牛毛氈，以及耐酸玻璃鋼的增強(qiáng)材料。用于增強(qiáng)瀝青和牛毛氈，以及耐酸玻璃鋼的增強(qiáng)材料。2728高強(qiáng)玻璃纖維）高強(qiáng)玻璃纖維）：，屬鎂鋁硅酸鹽玻璃纖維，其，屬鎂鋁硅酸鹽玻璃纖維，其強(qiáng)度和彈性模量均優(yōu)于強(qiáng)度和彈性模量均優(yōu)于E E玻璃纖維，高溫性能好玻璃纖維，高溫性能好，主要用于飛機(jī)和火箭的高強(qiáng)度，主要用于飛機(jī)和火箭的高強(qiáng)度部件。部件。：氧化鈹含量高的玻璃纖維，氧化鈹含量高的玻璃纖維，彈性模量比一般的玻璃纖維彈性模量比一般的玻璃纖維高

14、高1/31/3，主要用于航空航天領(lǐng)域。，主要用于航空航天領(lǐng)域。29（2 2）按玻璃纖維單絲直徑分類）按玻璃纖維單絲直徑分類：直徑為直徑為3.8 - 4.6 3.8 - 4.6 微米微米柔曲性柔曲性、耐磨性好、耐磨性好防火衣、宇宙服、地毯、帳篷等防火衣、宇宙服、地毯、帳篷等：直徑為直徑為5.3 - 7.4 5.3 - 7.4 微米微米絕緣材料，過濾布等絕緣材料，過濾布等：直徑為直徑為9.2 - 21.6 9.2 - 21.6 微米微米與樹脂浸透性好與樹脂浸透性好，成本低、產(chǎn)量高，成本低、產(chǎn)量高經(jīng)濟(jì)性和工藝性好，有多種用途經(jīng)濟(jì)性和工藝性好，有多種用途30（1 1）原絲的制造）原絲的制造：原絲由若干

15、根單絲組成原絲由若干根單絲組成圖圖3.3 3.3 拉絲玻璃纖維示意圖拉絲玻璃纖維示意圖原絲制造工藝流程：原絲制造工藝流程：(1) 按要求配料并送入熔窯制成按要求配料并送入熔窯制成玻璃液玻璃液(2) 玻璃液經(jīng)制球機(jī)制成玻璃球玻璃液經(jīng)制球機(jī)制成玻璃球(3) 玻璃球加入加料斗并在鉑金玻璃球加入加料斗并在鉑金坩堝中熔化坩堝中熔化(4) 熔化玻璃液自小漏孔流出并熔化玻璃液自小漏孔流出并冷卻形成單纖維冷卻形成單纖維(5) 單纖維經(jīng)過浸潤(rùn)、集絲后形單纖維經(jīng)過浸潤(rùn)、集絲后形成單股原絲成單股原絲(6) 單股原絲被繞到控絲機(jī)頭上單股原絲被繞到控絲機(jī)頭上的卷筒的卷筒31（2 2）纖維紗的制造）纖維紗的制造：通過原絲

16、的退繞、加捻、通過原絲的退繞、加捻、并股、絡(luò)紗而制成的玻璃纖維成品紗為有捻紗，并股、絡(luò)紗而制成的玻璃纖維成品紗為有捻紗，直接并股、絡(luò)紗制成的為無捻紗。直接并股、絡(luò)紗制成的為無捻紗。（3 3）玻璃布的制造）玻璃布的制造：將有捻紗或無捻紗經(jīng)過紡織工：將有捻紗或無捻紗經(jīng)過紡織工藝可制成各種玻璃布。藝可制成各種玻璃布。（4 4）玻璃纖維制品的制造）玻璃纖維制品的制造：除了以上的各種制品，：除了以上的各種制品，玻璃纖維還可制成其它制品，如濾布、防蟲網(wǎng)等。玻璃纖維還可制成其它制品，如濾布、防蟲網(wǎng)等。32（3 3）玻璃布的制造）玻璃布的制造：將有捻紗或無捻紗經(jīng)過紡將有捻紗或無捻紗經(jīng)過紡織工藝可制成各種玻璃布

17、?？椆に嚳芍瞥筛鞣N玻璃布。（4 4）玻璃纖維制品的制造）玻璃纖維制品的制造：除了以上的各種制品，：除了以上的各種制品，玻璃纖維還可制成其它制品，如濾布、防蟲網(wǎng)等。玻璃纖維還可制成其它制品，如濾布、防蟲網(wǎng)等。333435（4 4）玻璃纖維制品的制造）玻璃纖維制品的制造：除了以上的各除了以上的各種制品，玻璃纖維還可制成其它制品，如濾布、種制品，玻璃纖維還可制成其它制品，如濾布、防蟲網(wǎng)等。防蟲網(wǎng)等。36（1 1）玻璃纖維的結(jié)構(gòu)）玻璃纖維的結(jié)構(gòu)：玻璃纖維結(jié)構(gòu)理論有晶子說、無規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說、過玻璃纖維結(jié)構(gòu)理論有晶子說、無規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說、過冷液體說、五角十二面體說、仲晶說、聚合說等。冷液體說、五角十二面體說、仲晶

18、說、聚合說等。較為流行的是晶子說和無規(guī)網(wǎng)絡(luò)說。較為流行的是晶子說和無規(guī)網(wǎng)絡(luò)說。玻璃纖維具有比塊體玻璃高許多倍的強(qiáng)度玻璃纖維具有比塊體玻璃高許多倍的強(qiáng)度玻璃纖維具有良好的柔曲性玻璃纖維具有良好的柔曲性玻璃纖維結(jié)構(gòu)與塊體玻璃是相同的玻璃纖維結(jié)構(gòu)與塊體玻璃是相同的 ！37： 微晶假說微晶假說：列別捷夫認(rèn)為，玻璃是有無數(shù)二氧化硅的列別捷夫認(rèn)為，玻璃是有無數(shù)二氧化硅的“微晶子微晶子”所組成。所謂晶子，不同于一般的微所組成。所謂晶子，不同于一般的微晶，是帶有點(diǎn)陣變形的有序區(qū)域，它們分散在無晶，是帶有點(diǎn)陣變形的有序區(qū)域，它們分散在無定型介質(zhì)中。晶子學(xué)說揭示了玻璃結(jié)構(gòu)的微觀不定型介質(zhì)中。晶子學(xué)說揭示了玻璃結(jié)構(gòu)

19、的微觀不均勻性，并以均勻性，并以“晶子晶子”描述了短程有序性。描述了短程有序性。38網(wǎng)絡(luò)假說網(wǎng)絡(luò)假說：以石英玻璃為例，每個(gè)硅原子與周圍四個(gè)氧以石英玻璃為例，每個(gè)硅原子與周圍四個(gè)氧原子形成硅氧四面體原子形成硅氧四面體SiOSiO4 4 ，這些四面體相互之間，這些四面體相互之間通過共有頂角連接，從而構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)通過共有頂角連接，從而構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)中的四面體排列不規(guī)則，故與晶態(tài)石英的結(jié)構(gòu)有所中的四面體排列不規(guī)則，故與晶態(tài)石英的結(jié)構(gòu)有所不同。鈉、鉀、鈣、鎂等陽(yáng)離子無序、均勻地分布不同。鈉、鉀、鈣、鎂等陽(yáng)離子無序、均勻地分布在在不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)的空隙中。這一理論不能解釋

20、的空隙中。這一理論不能解釋微觀不均勻性和短程有序性。微觀不均勻性和短程有序性。 二氧化硅四面體的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是決定玻璃性二氧化硅四面體的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是決定玻璃性能的基礎(chǔ)，陽(yáng)離子稱為網(wǎng)絡(luò)改性物。能的基礎(chǔ)，陽(yáng)離子稱為網(wǎng)絡(luò)改性物。39：具有具有短程有序、長(zhǎng)程無序短程有序、長(zhǎng)程無序的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。:具有具有各向同性各向同性，楊氏模量、熱膨脹系數(shù)等性能，在，楊氏模量、熱膨脹系數(shù)等性能，在纖維的軸向和徑向都是相同的。纖維的軸向和徑向都是相同的。40（2 2）玻璃纖維的化學(xué)組成）玻璃纖維的化學(xué)組成：SiOSiO2 2： 硅酸鹽玻璃硅酸鹽玻璃主要成份（玻璃的骨架）主要成份（玻璃的骨架）B B2 2OO3 3：

21、 硼酸鹽玻璃硼酸鹽玻璃的主要成分；的主要成分；NaNa2 2OO、K K2 2OO： 制造玻璃的助熔劑制造玻璃的助熔劑 降低玻璃熔化溫度和玻璃液粘度降低玻璃熔化溫度和玻璃液粘度 但也降低強(qiáng)度、電絕緣性但也降低強(qiáng)度、電絕緣性CaOCaO： 加速玻璃熔化，提高玻璃穩(wěn)定性加速玻璃熔化，提高玻璃穩(wěn)定性AlAl2 2OO3 3： 提高機(jī)械強(qiáng)度、降低熱膨脹系數(shù)等。提高機(jī)械強(qiáng)度、降低熱膨脹系數(shù)等。41（1 1）外觀和相對(duì)密度）外觀和相對(duì)密度 玻璃纖維表面呈玻璃纖維表面呈光滑的圓柱光滑的圓柱，其橫斷面幾乎，其橫斷面幾乎是完整的圓型，這種外觀是完整的圓型，這種外觀不利于纖維和基體材料不利于纖維和基體材料的黏結(jié)的

22、黏結(jié)，但卻，但卻有利于復(fù)合材料制備過程中增強(qiáng)體有利于復(fù)合材料制備過程中增強(qiáng)體體積含量的提高體積含量的提高。玻璃纖維的直徑為。玻璃纖維的直徑為1.5 25 1.5 25 微微米，大多數(shù)為米，大多數(shù)為4 144 14 微米。玻璃纖維的密度為微米。玻璃纖維的密度為2.16 4.302.16 4.30 g/cm g/cm3 3，較有機(jī)纖維大很多，但比，較有機(jī)纖維大很多，但比一般的金屬密度低，跟鋁相當(dāng)。一般的金屬密度低，跟鋁相當(dāng)。 42表表3.1 3.1 各種纖維的密度各種纖維的密度纖維種類纖維種類密度密度（g/cm3g/cm3）纖維種類纖維種類密度密度（g/cm3g/cm3）羊毛羊毛1.281.331

23、.281.33尼龍尼龍1.141.14蠶絲蠶絲1.301.451.301.45碳纖維碳纖維1.41.4棉花棉花1.501.601.501.60玻璃纖維玻璃纖維（無堿）（無堿）2.62.72.62.7人造絲人造絲1.501.601.501.60玻璃纖維玻璃纖維（有堿）（有堿）2.42.72.42.743（2 2）力學(xué)性能）力學(xué)性能： 玻璃纖維具有玻璃纖維具有很高的拉伸強(qiáng)度很高的拉伸強(qiáng)度，較之塊體，較之塊體玻璃有幾十倍的提高，玻璃有幾十倍的提高，甚至比高強(qiáng)合金鋼還高甚至比高強(qiáng)合金鋼還高。 一般地，玻璃纖維含堿量越高，強(qiáng)度越低；一般地，玻璃纖維含堿量越高，強(qiáng)度越低； 在濕氣環(huán)境中有堿玻璃比無堿玻璃更

24、容易在濕氣環(huán)境中有堿玻璃比無堿玻璃更容易老化；濕氣環(huán)境能加劇玻璃纖維的疲勞破壞等。老化；濕氣環(huán)境能加劇玻璃纖維的疲勞破壞等。 44材料材料纖維直纖維直徑（微徑（微米）米）拉伸強(qiáng)拉伸強(qiáng)度度（MPaMPa）材料材料纖維直纖維直徑（微徑（微米）米）拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度（MPaMPa）羊毛羊毛1515100300100300高強(qiáng)合高強(qiáng)合金鋼金鋼塊狀塊狀16001600亞麻亞麻16501650350350鋁合金鋁合金塊狀塊狀4046040460棉花棉花10201020300700300700玻璃玻璃塊狀塊狀2012020120尼龍尼龍塊狀塊狀300600300600玻璃纖玻璃纖維維5858100030001

25、0003000表表3.2 3.2 幾種纖維材料和金屬材料的強(qiáng)度幾種纖維材料和金屬材料的強(qiáng)度45：較低，一般為較低，一般為3%3%（遠(yuǎn)低于有機(jī)纖維遠(yuǎn)低于有機(jī)纖維）直徑越小，斷裂延伸率越大。直徑越小，斷裂延伸率越大。：較低（較低（約為鋼的約為鋼的1/31/3）（只與結(jié)構(gòu)有關(guān)）（只與結(jié)構(gòu)有關(guān)）彈性模量與纖維直徑無關(guān)彈性模量與纖維直徑無關(guān)表表3.3 3.3 幾種纖維和金屬材料的彈性模量與延伸率幾種纖維和金屬材料的彈性模量與延伸率材料材料彈性模量彈性模量（GPaGPa）斷裂延伸率斷裂延伸率（%）材料材料彈性模量彈性模量（GPaGPa）斷裂延伸率斷裂延伸率（%）羊毛羊毛6 625352535鋼鋼21021

26、0514514亞麻亞麻305030502323鋁合金鋁合金4747616616棉花棉花101210127.87.8鈦合金鈦合金9696812812天然絲天然絲131318241824無堿玻璃無堿玻璃72723.03.0卡普龍纖維卡普龍纖維3 320252025有堿玻璃有堿玻璃66662.72.746（3 3）耐磨性和耐折性）耐磨性和耐折性：纖維抵抗摩擦的能力纖維抵抗摩擦的能力：纖維抗折斷的能力纖維抗折斷的能力：耐磨性和耐折性比較差耐磨性和耐折性比較差當(dāng)纖維表面吸附水分后變得更差當(dāng)纖維表面吸附水分后變得更差表面處理可以適當(dāng)改善這兩個(gè)性能表面處理可以適當(dāng)改善這兩個(gè)性能0.2%的陽(yáng)離子表面活性劑處理

27、，耐磨性提高200倍。47（4 4）熱性能）熱性能：玻璃熱導(dǎo)率為玻璃熱導(dǎo)率為 0.697 - 1.2780.697 - 1.278 W/m/K W/m/K玻璃纖維玻璃纖維 0.0340.034 W/m/K W/m/K（優(yōu)良的絕熱材料優(yōu)良的絕熱材料）（纖維間空隙較大，（纖維間空隙較大，容積密度小容積密度小，纖維之間是熱導(dǎo)率，纖維之間是熱導(dǎo)率更小的空氣）更小的空氣）表表3.4 3.4 幾種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)幾種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)物質(zhì)種類物質(zhì)種類容積密度容積密度（kg/m3）導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)（W/m/K）物質(zhì)種類物質(zhì)種類容積密度容積密度（kg/m3）導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)（W/m/K）羊毛羊毛800.0340.0

28、46玻璃玻璃21600.7 1.3蠶絲蠶絲1000.0460.052玻璃纖維玻璃纖維800.034亞麻亞麻1300.0460.053空氣空氣0.0246原棉原棉810.0580.062水水0.6048：鈉鈣玻璃纖維：鈉鈣玻璃纖維： 軟化溫度為軟化溫度為550 580550 580 C C熱膨脹系數(shù)為熱膨脹系數(shù)為4.8 x104.8 x10-6-6/ / C C（470470 C C之前強(qiáng)度變化不大）之前強(qiáng)度變化不大）玻璃纖維熱處理：玻璃纖維熱處理：有明顯的強(qiáng)度降低有明顯的強(qiáng)度降低300300 保持保持2424小時(shí)室溫強(qiáng)度下降小時(shí)室溫強(qiáng)度下降20%20%，400400 C C后保持后保持2424小時(shí)室溫強(qiáng)度下降小時(shí)室溫強(qiáng)度下降50%50%500500 C C后保持后保持2424小時(shí)室溫強(qiáng)度下降小時(shí)室溫強(qiáng)度下降70%70%49（5 5）電性能）電性能化學(xué)組成：化學(xué)組成：堿金屬離子越多，電絕緣性能越差；堿金屬離子越多，電絕緣性能越差；溫溫 度：度： 升高則電阻率下降；升高則電阻率下降；空氣濕度：空氣濕度：增加則電阻率下降。增加則電阻率下降。半半 導(dǎo)導(dǎo) 體：體：加入氧化鐵、氧化鉛、氧化銅加入氧化鐵、氧化鉛、氧化銅導(dǎo)導(dǎo) 體：體： 表面涂敷金屬