常見的改性增強(qiáng)材料

根據(jù)增強(qiáng)材料的物理形態(tài)，通常將其分為纖維狀、片狀、顆粒狀等。其中纖維狀增強(qiáng)材料的增強(qiáng)作用最明顯，應(yīng)用最廣。玻璃纖維玻璃纖維（GlassFiber，簡稱GF）是增強(qiáng)塑料中最有代表性的增強(qiáng)材料，是玻璃熔融后經(jīng)快速拉伸并冷卻成型的纖維。通常用于塑料增強(qiáng)改性的玻璃纖維的直徑為5~13μm，密度為2.54g/cm3。玻璃纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)：玻璃纖維能夠添加在多種樹脂中，早期主要用于熱固性塑料。如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧脂制品稱為玻璃鋼，是一種強(qiáng)度極高的工程材料?，F(xiàn)在玻璃纖維可用于幾乎所有熱塑性塑料，如PP、ABS、PA、PC、POM和PET/PBT等，添加量一般為10%~40%。玻璃纖維增強(qiáng)塑料的主要特點(diǎn)是比強(qiáng)度大、電絕緣性好、耐熱、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性高，缺點(diǎn)是脆性大、耐磨性和柔性差、表面不光滑等。碳纖維碳纖維（CarbonFiber，簡稱CF）是由碳元素構(gòu)成的一類纖維材料，最常用的制造方法是將天然纖維（如人造絲）和合成纖維（如聚丙烯腈）在惰性氣體的氣氛中經(jīng)高溫碳化而成纖維狀碳化合物。其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90％以上，碳原子間的結(jié)合方式為石墨狀，形成石墨晶格結(jié)構(gòu)。碳纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)：碳纖維具有較高的強(qiáng)度與模量，可作為熱塑性樹脂和熱固性樹脂的增強(qiáng)材料，如用于EP、PF、UP、PA、PC、ABS、PS、PE、PP等。用量一般為10%~40%。碳纖維增強(qiáng)塑料的主要特點(diǎn)是質(zhì)量輕，高強(qiáng)度，高韌性，高模量，高剛性，耐蠕變，耐摩擦，耐疲勞，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，熱膨脹性小，尺寸精度和穩(wěn)定性高，X射線透過率高，抗靜電，耐腐蝕性和耐熱性好。缺點(diǎn)是價(jià)格高，沖擊強(qiáng)度不及玻璃纖維增加塑料，層間剪切強(qiáng)度差，有電腐蝕性。石棉纖維石棉纖維是一種天然的多結(jié)晶質(zhì)無機(jī)纖維，用作塑料增強(qiáng)材料的是一種溫石棉，它是一種水和氧化鎂硅酸鹽類化合物，近似化學(xué)式為：3MgO·2Si02·2H20。它的化學(xué)組成隨產(chǎn)地的不同而有所變化。石棉纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)：

溫石棉的單纖維是管狀的，內(nèi)部具有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為0.01μm，外徑約為0.03μm。以石棉纖維增強(qiáng)的塑料在高溫下表現(xiàn)出良好的耐熱性、剛性、尺寸穩(wěn)定性等。與玻璃纖維增強(qiáng)的塑料相比，石棉增強(qiáng)塑料制品阻燃性增加，對(duì)成型機(jī)磨損減小，并且價(jià)格低廉。但制品電氣性能、著色性變差。因?yàn)槭蘧哂兄掳┬?，因而近幾年?yīng)用受到限制。硼纖維硼纖維（BF）是最先出現(xiàn)的質(zhì)量輕強(qiáng)度高的增強(qiáng)材料之一。目前，生產(chǎn)硼纖維的最好方法是化學(xué)沉積法。它具有密度小、強(qiáng)度和比剛度高，對(duì)于發(fā)展質(zhì)量輕強(qiáng)度高的復(fù)合塑料具有重要價(jià)值。硼纖維的主要問題是直徑較大，斷裂伸長率較小，而且價(jià)格昂貴，因此應(yīng)用尚不普遍，主要用于特殊場(chǎng)合。如硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是高強(qiáng)度高模量纖維增強(qiáng)塑料中性能最好的一種復(fù)合材料，其比剛度和比強(qiáng)度是鋼的3倍，是宇航和飛機(jī)部件的良好材料。有機(jī)聚合物纖維合成有機(jī)聚合物纖維可以改善制品的抗沖擊強(qiáng)度，但耐水性及電氣性能較差。重要的合成有機(jī)纖維主要有以下幾種：芳綸纖維芳綸纖維通稱為芳香族聚酰胺纖維，為區(qū)別脂肪族聚酰胺（通稱為尼龍），美國將芳香族聚酰胺稱為Aramid，將它制造的纖維稱為芳綸纖維。芳綸纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)：目前，芳綸纖維總產(chǎn)量的43％用于輪胎的簾子線（芳綸﹣29)，31％用于復(fù)合材料，17.5％用于繩索類和防彈衣，8.5％用于其他。以樹脂作為基體，芳綸纖維作為增強(qiáng)相所形成的增強(qiáng)塑料，簡稱KFRP，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于汽車、電子電氣、火箭、飛機(jī)、賽艇等領(lǐng)域。它所增強(qiáng)的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度優(yōu)于玻璃纖維和碳纖維增強(qiáng)材料，彈性模量是玻璃纖維增強(qiáng)材料的2倍，但低于碳纖維增強(qiáng)材料。PBO纖維聚苯并雙噁唑（PBO）纖維強(qiáng)度、模量、耐熱性和阻燃性都大大凌駕于其他高性能纖維之上。其力學(xué)性能是對(duì)位芳酰胺纖維的1倍，比強(qiáng)度和比模量超過鋼絲，故而被稱之為21世紀(jì)的超纖維。PET纖維PET纖維即滌綸纖維，PET短切纖維束可以與玻璃纖維并用，以提高脆性樹脂基體的沖擊強(qiáng)度。PET纖維雖然不能提高復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，但其成本較低，而且PET纖維對(duì)模具表面的磨蝕作用也比玻璃纖維低。維尼綸維尼綸是經(jīng)甲醛處理過的聚乙烯醇纖維，不溶于水，雖然其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于玻璃纖維，但由于具有吸附力強(qiáng)、抗沖擊強(qiáng)度高、密度小、柔韌性好、不會(huì)磨損加工設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，適用于強(qiáng)度要求不高的制品中。天然有機(jī)纖維可作增強(qiáng)材料的天然有機(jī)纖維的種類很多，主要有木材、紙張和紙板、棉纖維、麻纖維、竹纖維等纖維素纖維以及常見的莖稈類纖維，如稻草、麥稈、玉米稈、高粱稈、麻稈、向日葵稈、棉花稈、小米稈、黃豆稈等等。但近年來大部分逐漸被合成有機(jī)纖維所取代。晶須晶須為針狀和毛發(fā)狀結(jié)晶物質(zhì)，直徑很小，約為0.05~10μm，100根晶須才相當(dāng)于一根玻璃纖維，10000根晶須相當(dāng)于一根硼纖維。長徑比較大，如氧化鋁晶須的長徑比為（500-5000)：1。由于晶須近乎完全結(jié)晶，且是一種不含晶格缺陷的完全結(jié)晶，直徑又極細(xì)，故力學(xué)強(qiáng)度極高，接近原子間的力。晶須兼有玻璃纖維和硼纖維的突出性能，具有玻璃纖維的斷裂伸長率（3%~4%）和硼纖維的高彈性模量［(4~7)×105MPa]，可作為熱固性和熱塑性塑料的增強(qiáng)材料，制造質(zhì)量輕強(qiáng)度高的復(fù)合塑料，用于航空、航天、機(jī)械、汽車、電子、建材等工業(yè)結(jié)構(gòu)件，尤其是在注射和傳遞模塑制品中的應(yīng)用，是其他增強(qiáng)材料無法比擬的。金屬纖維金屬纖維又稱金屬細(xì)絲，包括不銹鋼纖維、鋁纖維、鍍鎳的玻璃纖維或碳纖維。這類纖維主要應(yīng)用于抗靜電、導(dǎo)電類的復(fù)合材料中，不太適合作為增強(qiáng)成分，而且在加工過程中很容易發(fā)生卷曲。但在復(fù)合材料中加入低含量的金屬纖維（通常為5%~10%)，不僅能夠獲得令人滿意的電磁屏蔽性能，力學(xué)性能也基本能夠滿足要求，而它們的韌性和模量通常都低于傳統(tǒng)的碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。與碳纖維相比，金屬纖維用于電磁屏蔽的優(yōu)勢(shì)在于單位表面電阻率所耗的成本較低。目前，不銹鋼纖維是使用最廣泛的金屬纖維。陶瓷纖維陶瓷纖維是一種以二氧化二鋁和二氧化硅為主要成分的無機(jī)纖維。作為塑料的增強(qiáng)材料，最突出的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫和耐腐蝕性好、導(dǎo)熱性和熱膨脹性小、彈性模量高、化學(xué)穩(wěn)定性好等。拉伸強(qiáng)度和玻璃纖維相當(dāng)，彈性模量比玻璃纖維高4~6倍。主要用于具有特殊要求的工程塑料中，如化工設(shè)備中的部件、制動(dòng)部件的襯里等?；祀s纖維混雜纖維增強(qiáng)指兩種短纖維混雜或兩種長絲單向增強(qiáng)，也可以是兩種不同纖維組成的包芯復(fù)合紗作增強(qiáng)材料，然后再與一種樹脂基體復(fù)合。包芯復(fù)合紗可以是玻璃纖維-聚酯纖維、碳纖維-聚醚醚酮纖維、碳纖維-液晶聚合物纖維等?；祀s纖維增強(qiáng)復(fù)合材料除了具有單一纖維的特點(diǎn)外，還有一些特殊的性能，可滿足不同的應(yīng)用需要。復(fù)合增強(qiáng)材料復(fù)合增強(qiáng)材料是指