玻璃纤维按状态战幼度

发布日期: 2019-11-25

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轻型布局材料 10应化(1)班魏美秀、陈小霞、许文华 2012-11-21 分类 铝锂合金 纤维材料 一、铝锂合金 铝锂合金成长史: 1.1825年丹麦的奥斯特以无水三氯化铝取钾汞齐感化,正在蒸发去汞后获得金属铝。 2.1854年德维尔用金属钠还原氯化钠和氧化铝的熔盐,也能制得金属铝。 3. 1886年美国霍尔和法国埃鲁别离发现的电解氧化铝和冰晶石熔盐的制铝法。 4. 1983年正在巴黎国际航空博览会上,世界上两家最大的铝合金出产企业——英国阿尔康铝业公司和美国阿尔考铝业公司,同时颁布发表研制成功新的性材料——铝锂合金。专家们认为,铝锂合金是从1943年发现铝锌系高强合金以来,铝合金研究和开辟的又一个里程碑。 铝锂合金的特点 密度低 比强度 比刚度高 耐热性和抗应力 低温机能好 具有优良的耐侵蚀机能 具有很是好的超塑性 铝锂合金长处 锂是世界上最轻的金属元素。把锂做为合金元素加到金属铝中,就构成了铝锂合金。插手锂之后,能够降低合金的比沉,添加刚度,同时仍然连结较高的强度、较好的抗侵蚀性和抗委靡性以及适宜的延展性。 由于这些特征,这种新型合金遭到了航空、航天以及帆海业的普遍关心。恰是因为这种合金的很多长处,吸引着很多科学家对它进行研究,铝锂合金的开辟事业犹如雨后春笋般敏捷成长起来了。 新材料是航空航天手艺的主要根本,航空航天手艺的成长又不竭对材料科学提出新的问题和要求。铝锂合金是近十几年来航空金属材猜中成长最为敏捷的一个范畴。 铝锂合金是航空手艺一种新材料 铝锂合金的航空使用 Al-Li合金曾经正在军用飞机、平易近用客机和曲升飞机上利用或试用,次要用于机身框架、襟翼翼肋,垂曲安靖面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等等。早正在20世纪50年代,美国就开辟了x2020铝锂合金后来用来代替7075用于RA-SC预警机。美国一公司将C-155铝锂合金用于波音777和空中客车A330/340飞机的垂尾和平尾,该合金比通俗铝合金有更好的抗委靡机能和高的强度。 此中A330/340飞机每架利用Al-Li合金650kg,可使飞机减沉达4250kg,能够提高无效载荷及降低燃料耗损。麦道公司的C-17运输机利用了铝锂合金板材和挤压型材制制货舱的地板梁、襟翼副翼蒙皮等布局,用量达2.8t,比用通俗铝合金减沉208kg,法国幻影式和役机上也大量使用铝锂合金,其成本低于热固塑料和金属基复合材料Al-Li合金正在俄罗斯的航天业中也有良多的使用。俄罗斯正在1450合金根本上添加0.20%的Sc元素研制出1460合金,有更优秀的机能,将其使用于大型运载火箭“能源号”的布局件上。此外,还用正在其它火箭、“暴风雪”号航天飞机和空间坐的布局件上。 二、纤维材料 玻璃纤维 碳纤维 碳化硅纤维等其他无机纤维 芳酰胺纤维 金属纤维 晶须 1玻璃纤维 glass-fiber 用玻璃制成的纤维,成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。 。玻璃纤维具有耐高温、不成燃、吸湿性小、抗拉强度高、伸长率小、电绝缘机能优良、不腐臭、化学不变性好等长处,但性脆、耐磨性差。 出产玻璃纤维的次要原料是石英砂 、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。出产方式分为两类,一类是将熔融玻璃间接制成纤维;另一类是将熔融玻璃先制成曲径20毫米的玻璃球或棒,再以多种体例加热沉熔后制成曲径3~8微米的纤维。 玻璃纤维按形态和长度,可分为持续纤维、定长纤维和玻璃棉;按按照玻璃中碱含量的几多,可分为无碱、高碱、中碱等玻璃纤维。 通过铂合金板以机械拉丝方式拉制的无限长玻璃纤维,称为持续玻璃纤维,通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非持续玻璃纤维,称为定长玻璃纤维,通称短纤维。借离心力或高速气流制成的细、短、絮状玻璃纤维,称为玻璃棉。 无碱玻璃纤维(氧化钠 0 ~ 2%,属铝硼硅酸盐玻璃)、中碱玻璃纤维(氧化钠 8%~12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)和高碱玻璃纤维(氧化钠13%以上,属钠钙硅酸盐玻璃)。 2碳纤维 含碳量正在90%以上的高强度高模量纤维,含碳量正在99%以上的称为石墨纤维。碳纤维具有元素碳的各类优秀机能,如比沉小、耐热性极好、热膨缩系数小、导热系数大、耐侵蚀性和导电性优良等。同时,它又具有纤维般的柔曲性,可进行编织加工和环绕纠缠成型。碳纤维最优秀的机能是比强度和比模量高,它和树脂构成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高 3倍摆布。碳纤维复合材料使用正在飞船、导弹和飞机上,能够显著减轻分量,提高无效载荷,改善机能,是航天工业的主要布局材料。 碳纤维中碳原子呈层状布局,它的制制过程就是从无机聚合物制成层状布局聚合物的过程。 目前工业用的碳纤维原料有聚丙烯腈纤维、粘胶丝和沥青纤维三种。 聚丙烯腈基碳纤维机能好,炭化得率较高(50~60%),因而以聚丙烯腈制制的碳纤维约占总碳纤维产量的95%。以粘胶丝为原料制碳纤维炭化得率只要20~30%,这种碳纤维碱金属含量低,出格适宜做烧蚀材料。以沥青纤维为原料时,炭化得率高达80~90%,成本最低,是正正在成长的品种。 按照利用要乞降热处置温度的分歧,碳纤维分为耐燃纤维、碳纤维和石墨纤维。例如300~350℃热处置时得耐燃纤维;1000~1500℃热处置时得碳纤维,含碳量为90~95%;碳纤维经2000℃以上高温处置能够制得石墨纤维,含碳量高达99%以上。 碳纤维是将原料纤维正在必然的张力、温度下,颠末必然时间的预氧化、炭化和石墨化处置等过程制成的。 以聚丙烯腈纤维为原料的碳纤维,正在预氧化过程中,聚丙烯腈原丝中含氧化合物是炭化初期间交链反映的从因,氧是环化反映的催化剂,加热构成热不变性的梯形布局。 碳纤维耐冲击性较差,容易毁伤,正在强酸感化下发生氧化,取金属复应时会发生金属碳化、渗碳及电化学侵蚀现象。因而 ,碳纤维正在利用前须进行概况处置。 碳纤维除用做绝热保温材料外,一般不零丁利用,多做为加强材料插手到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材猜中,形成复合材料。 3、碳化硅纤维等其他无机纤维 碳化硅纤维等其他无机纤维是以无机硅化合物为原料经纺丝、碳化或气相堆积而制得具有β-碳化硅布局的无机纤维,属陶瓷纤维类。 机能及使用 耐热性和耐氧化性均优于碳纤维,强度达 1960~4410MPa,正在最高利用温度下强度连结率正在 80%以上,模量为176.4~294GPa,化学不变性也好。 碳化硅纤维次要用做耐高温材料和加强材料,还可用做体育用品,其短切纤维则可用做高温炉材等。 一、碳化硅纤维 碳化硅纤维是典型的陶瓷纤维,正在形态上有晶须和持续纤维两种。 持续碳化硅纤维按制法的分歧分为两种:一种是正在持续的钨丝或碳丝芯材上堆积碳化硅的化学气相堆积法(CVD),另一种是无机合成物烧结法,即用无机硅烷加热(300~500℃)加压纺丝成体,然后正在1000~1500℃高温下烧结而成SiC纤维。烧结时,必然的张力可使纤维获得较好的取向,防止纤维发生扭曲。 化学气相堆积法所得纤维的曲径为95~140μm,烧结法为10μm。 60年代中期,General Technologies公司起首制成了钨芯碳化硅持续纤维。 1972年美国AVCO公司制备出大曲径碳单丝后,又开辟出机能更好、成本更低的碳芯碳化硅持续纤维。 1975年日本矢岛圣用无机硅聚合物——聚碳硅烷做为体,将它纺成纤维后经低温交联处置,再经高温裂解制得高机能β碳化硅纤维。 优异的力学机能 因为碳化硅纤维是由平均分离的微晶构成,内聚力极大,应力能沿着致密的粒子界面消失,因而纤维的抗拉强度和拉伸模量大,用体法制得的纤维抗张强度2.5GPa,模量200GPa,而用CVD法纤维的,抗张强度3.4GPa,模量400GPa。 碳化硅纤维加强铝基复合材料可做为飞机布局材料利用,取代钛合金,制做策动机、机翼、升降架及滑雪板、高尔夫球杆等体育用品。 SiC纤维的力学机能 SiC纤维的其它机能 SiC纤维具有极好的耐高温氧化性、耐化学侵蚀性、耐热冲击性、优良的抗蠕变机能以及取陶瓷基体优良的相容性等一系列的优同性能。 二其他无机纤维 (1)氮化硼纤维 氮化硼纤维是60年代由美国研制成功的。氮化硼纤维制制方式次要有B2O3体纤维正在800 ℃高温氨蒸汽中处置,然后正在2000 ℃下热牵伸烧结而成的无机体法。 1976年日本京都纤维工艺大学木村良晴研制的以含有B-N从键布局的高化合物为体,经熔融纺丝及交联后经高温处置获得氮化硼纤维。以无机体出发制得的氮化硼纤维,体可按照方针产品的布局和机能要求,实现体布局设想,通过改变布局和构成获得机能相异的纤维。 氮 化 硼 纤 维 的 典 型 性 能 氮化硼的布局雷同于石墨,99真人网址注册。又称为“白色石墨”,而耐氧化机能优越于石墨,石墨(碳)纤维正在空气中400℃时起头氧化机能降低,而氮化硼纤维正在850~900 ℃的空气中起头氧化。石墨(碳)纤维被氧化时不构成概况的层,而氮化硼纤维正在氧化过程中会构成氧化硼层,防止进一步被氧化。 正在惰性或还原氛围中,纤维机能曲到2500℃仍是不变的。 氮化硼纤维的强度和模量近于玻璃纤维,可是它的多晶性质使它具有较好的抗侵蚀能力,它的密度只要1.4~2.0g/cm3,是用它制制轻质布局材料的最大长处。 纤维对酸、碱是惰性的,并不受800℃的熔融铝和1400℃的熔融铁浸蚀。出格是纤维曲到2000℃均表示出最好的绝缘性。 氮化硼还有很低的介电损耗和介电,是抗烧蚀天线窗的抱负材料。 氮化硼纤维取碳纤维稠浊编织的试样有低的烧蚀速度和低的后背温度,所以它正在空间工程方面的潜正在使用除天线窗外,还可做电绝缘器件、防护布、沉返大气层的下降伞等。 氮化硼纤维做为复合材料的加强纤维,加强纤维,正在很大程度上取决于纤维的概况特征,因为纤维概况上孔隙率很低且呈封锁形态,纤维很难为树脂润湿。 氮化硼纤维取无机基体系体例备复合材料的界面连系次要是靠摩擦力的感化。所以正在以氮化硼纤维或其编织物制备复合材料的过程中,沉点要处理纤维取基体浸湿性问题。 (2)氧化铝纤维 (3)硼 纤 维 硼的原子序数为5,熔点正在2000°C以上,为高熔点半导体元素,硬度仅次于金刚石。 1958年C.P.Talley起首用化学气相堆积法(CVD)将无定形硼堆积正在钨丝上或碳纤维上制成硼纤维。 60年代后期,正在美国仅有AVCO公司和Hamiltion-Standard公司进行硼纤维的出产及其复合材料的研究, 用CVD法正在芯丝上制得硼纤维的方式次要有硼的氢化物热分化法和硼卤化物的还原法。 硼的布局形式有两种:菱形六面体和四方晶系,前者为次要形式,但硼纤维的布局和机能环节取决于堆积温度和堆积速度。正在1300℃以上用CVD法获得的是β-菱形六面体,低于1300℃时为α-菱形六面体。 硼纤维具有其它持续陶瓷纤维难以比拟拟的强度、模量和密度。它的密度仅2.4~2.6 g.cm-3,拉伸弹性模量高达400Gpa,是通俗玻璃纤维的5~7倍,拉伸强度跨越钢的强度,大于3.45Gpa,是制备高机能复合材料用的优良的加强纤维。但其机能受堆积前提和纤维曲径的影响。 因为硼纤维正在常温下虽然为惰性物质,但正在高温下也易于金属反映,为避免取金属复应时发生不良的界面反映,凡是正在纤维概况用碳化物、硼化物等做涂覆处置。涂覆后硼纤维的拉伸强度较着高于通俗的硼纤维。 硼纤维取几种持续纤维机能比力 硼纤维和金属复应时,易达到高的纤维体积分数,加强结果较着,抗压强度高。纤维概况带有碳化硼或碳化硅的涂层对硼纤维有优良的感化。 例如涂有碳化硼涂层的硼纤维,正在550℃空气中l小时,强度根基不变; 碳化硅涂层的硼纤维,正在600℃空气中加热1000小时,无较着强度下降。而无涂层的硼纤维正在400℃以上就会取金属发生反映而劣化。 硼纤维的错误谬误是工艺复杂,不易规模出产,价钱高贵。 4、芳酰胺纤维 定义: 泛指由酰胺基团间接取两个苯环基团毗连而成的线形高制制的纤维,称做芳喷鼻族聚酰胺纤维(Aramid纤维)。 正在我国,芳喷鼻族聚酰胺纤维称做芳纶,间位Aramid纤维称做芳纶1313,对位Aramid纤维称做芳纶1414。 芳酰胺纤维的化学布局 机能特点 ①机械性质:芳纶1414是目前利用的无机纤维中强度最高的,其强度可达193.6cN/tex,断裂伸长率为4%。 ②纤维密度:为1.43~1.44g/cm3。 ③热学性质:纤维的热不变性远高于其它纤维,正在150℃下纤维的收缩率为0,正在较高的温度下仍能连结很高的强度。熔点为600℃,最高利用温度为232℃。 ④化学机能:具有优良的耐碱性,耐酸性好于锦纶,具有优良的耐无机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变。对橡胶具有优良的粘附性。 5、金属纤维 金属纤维分歧于塑料纤维和陶瓷纤维,它具有很好的粘合性,正在适度概况处置时,和其它材料的接合性很是好,合用于任何一种复合素材。别的,各类金属各自具有的热传导性,导电性,耐侵蚀性,屏障电磁波和接收电波等机能。是电子、汽车、飞机、集拆箱、建建等范畴的机能性复合材料素材中很是值得等候的新素材。为适该当今社会的各范畴的需求,持续开辟出了愈加优良的金属纤维。 6、晶须 晶须(Whiskers)是一种纤维状单晶体,横断面几乎分歧,表里布局高度完整,长径一般正在5-1000以上,曲径凡是正在200nm-100um之间。 正在液相或固相反映中,晶须的发展受哪些要素所节制? 固相:1.反映温度的影响 2.反映时间的影响 3.升温速度的影响 液相: 温度的影响 pH值的影响 浆料浓度的影响 反映时间的影响 正在什么前提下,晶体易朝纵向标的目的发展?为什么? (1)合成温度是影响晶须质量最次要的要素,晶须正在1 000℃摆布起头大量合成,跟着合成温度的升高,晶须曲径较着呈增大趋向,而长径比则呈削减趋向; (2)升温速度对晶须质量影响较显著,正在晶核构成之后升温速度该当适中。 (3)保温时间对晶须质量影响较小,时间太短或过长会必然程度上影响到晶须的平均性,但晶须形态不同不太较着; (4)六钛酸钾晶须的最优制备工艺为:合成温度为1000℃,保温1h~1.5h,升温至U800%之后连结3℃/min升温速度。 钛酸钾晶须布局图 晶须及其复合材料开辟使用现状 据不完全统计,目前晶须的年出产总量已跨越万吨。正在国际市场上已有出售的晶须次要有钛酸钾晶须及其导电晶须、镁盐(碱式硫酸镁)晶须、碳化硅晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、石墨晶须和氧化钛晶须等。此中钛酸钾晶须用量最大,约占整个晶须市场的一大半。 感谢! 氧化铝纤维是Al2O3多晶持续纤维。Al2O3纤维的品种有α-Al2O3、γ-Al2O3 和δ-Al2O3 持续纤维以及 短纤维。除优异的力学机能,不变的化学性质外,还有优越的热机能。多用于高温布局材料和高温绝缘滤波器材料。其使用前景广漠,特别正在航天航空范畴,做为加强金属、陶瓷是最有但愿的纤维品种之一。 除了正在航天工业顶用做布局材料外,对分量和刚度要求高的航空飞翔器的部件,如正在F-14、F-15和B-1洲际计谋轰炸机中已有利用,以加强钛合金的部件。硼纤维加强铝基复合材料及加强环氧树脂复合材料,可用于策动机的电扇或压缩机的叶片、导弹和航天飞机上的各类零部件,可减沉20%~66%。可用做中子的减速剂,用于原子能和防中枪弹;还可制成各类钻头、超离心设备、超导发电机及其它高速、高受力扭转的机械设备。 对位芳喷鼻族聚酰胺纤维的一般物能 纤维品种 密度(g/cm3)强度(cN/tex)伸度(%)弹性模量( cN/tex )含水率(%) PPTA Kevlar29 1.43 202.9 3.6 4851 7.0 Kevlar49 1.45 195.8 2.4 7497 4.5 Kevlar119 1.44 211.7 4.4 3793 7.0 Kevlar129 1.44 233.7 3.3 6703 6.5 Kevlar149 1.47 158.8 1.5 9790 1.5 Technora 1.39 247 4.6 5203 2.0 E玻璃 2.54 84.7 4.0 2646 — 钢 7.8 30 1.7 2469 — Your site here LOGO Page ? * 日本碳公司于1983岁尾完成持续碳化硅纤维批量出产,是目前烧结法碳化硅纤维的主要出产厂家。 1984年,日本宇部兴产公司正在矢岛圣的根本上,以低硅烷化合物取钛系化合物为原料合成的无机金属聚合物做为体,经纺丝和体烧结,制成机能很是优越的含钛碳化硅纤维,“Tyranno” 。 1000~3320 220~330 2000~35000 700~1000 3.15 β-晶须 833 116.7 2000 280 2.40 Tyranno 803~1133 117~133 2410~3400 400 3.00 CVD—碳芯 798~1289 122~129 2760~4460 406 3.46 CVD—钨芯 1098 98.0 2800 250 2.55 Nicalon 比强度 MPa/(g/cm3) 比模量 GPa/(g/cm3) 拉伸强度 /MPa 拉伸模量 /Gpa 密度 /g/cm3 纤 维 因为具有很多机能,同时分析机能也很优越,例如优秀的机械机能、耐温性、抗氧化性、耐侵蚀性以及奇特的电机能等,是陶瓷基、金属基及树脂基复合材料的主要加强纤维。其复合材料能够做为电池隔阂材料、透微波材料、绝缘材料、绝热保温材料以及中子接收材料等。 Your site here LOGO Page ? *