玻璃钢纤维材料有哪些(玻璃钢增强材料的类型)

玻璃纤维毡

许多材料能够增强聚合物。一些材料,例如木材中的纤维素,是天然存在的产品。然而,大多数商业纤维都是人造的。市售的加固形式很多,可以满足用户的设计要求。定制光纤架构的能力可以优化产品的性能,从而节省重量和成本。

尽管许多形式的纤维被用作复合材料层压板中的增强材料,但玻璃纤维占增强塑料中使用的纤维的 90% 以上,因为它们生产成本低廉且具有相对较好的强度重量特性。

纤维

  • 玻璃纤维:基于氧化铝-石灰-硼硅酸盐组合物,“E”或“E-CR”玻璃生产的纤维被认为是聚合物基复合材料的主要增强材料,因为它们具有高电绝缘性能、低湿气敏感性和高机械性能。E-CR玻璃与E-玻璃的进一步区别在于具有优异的耐腐蚀性能。其他商业成分包括具有更高强度、耐热性和模量的“S”玻璃、具有更高模量的 H 玻璃和具有出色耐腐蚀性的 AR 玻璃(耐碱)。玻璃通常是一种良好的抗冲击纤维,但比碳或芳纶重。玻璃纤维具有优异的机械特性,在某些形式上比钢强。在刚度至关重要的情况下,较低的模量需要特殊的设计处理。
  • 碳纤维:碳纤维由有机前体制成,包括 PAN(聚丙烯腈)、人造丝和沥青,后两种通常用于低模量纤维。术语“碳”和“石墨”纤维通常可以互换使用,尽管石墨在技术上是指碳成分大于 99% 的纤维,而 PAN 基碳纤维的碳成分为 93-95%。碳纤维在所有增强纤维中具有最高的强度和刚度。碳纤维的高温性能尤为突出。PAN基纤维的主要缺点是它们的相对成本较高,这是由于基础材料成本和能源密集型制造过程造成的。碳纤维复合材料比玻璃或芳纶更脆。当与金属一起使用时,碳纤维会导致电偶腐蚀。
  • 芳纶纤维(聚芳纶):最常见的合成纤维是芳纶。芳纶纤维是一种芳香族聚酰亚胺,是一种用于复合增强的人造有机纤维。芳纶纤维以低密度提供良好的机械性能,并具有韧性或抗损伤/抗冲击性的额外优势。与玻璃和碳相比,它们的特点是具有相当高的拉伸强度、中等模量和非常低的密度。芳纶纤维是电和热的绝缘体,可提高复合材料的抗冲击性。它们耐有机溶剂、燃料和润滑剂。芳纶复合材料的抗压强度不如玻璃或碳复合材料。干芳纶纤维坚韧,已被用作电缆或绳索,并经常用于弹道应用。Kevlar® 也许是芳纶纤维最著名的例子。
  • 新纤维:聚酯和尼龙热塑性纤维最近被引入作为主要增强材料,并与玻璃纤维混合排列。吸引人的特点包括低密度、合理的成本以及良好的抗冲击和抗疲劳性。尽管聚酯纤维具有相当高的强度,但它们的刚度远低于玻璃。用于高强度和高温用途的更专业的增强材料包括金属和金属氧化物,例如用于飞机或航空航天应用的那些。

加固表格

无论材料如何,增强材料的形式都可以满足各种工艺和最终产品的要求。作为增强材料提供的材料包括粗纱、研磨纤维、短切原丝、连续、短切或热成型垫。增强材料可以设计成独特的纤维结构,并根据产品要求和制造工艺进行预成型(成型)。

  • 多头和单头粗纱:粗纱主要用于热固性化合物,但也可用于热塑性塑料。多头粗纱由许多单独的股线或长丝束组成,然后将其短切并随机沉积到树脂基体中。片状模塑料 (SMC)、预成型件和喷涂等工艺使用多头粗纱。多头粗纱也可用于一些长丝缠绕和拉挤成型应用。单端粗纱由许多单独的细丝缠绕成单股组成。该产品通常用于利用单向增强材料的工艺,例如长丝缠绕或拉挤成型。
  • 垫子和面纱:增强垫和无纺布面纱通常用每单位面积的重量来描述。例如,一个 2 盎司的短切毡每平方码重 2 盎司。用于将垫子或面纱固定在一起的增强材料类型、纤维分散度和粘合剂的量决定了垫子产品之间的差异。在某些工艺中,例如手糊,粘合剂需要溶解。在其他工艺中,特别是在压缩成型和拉挤成型中,粘合剂必须承受成型过程中的液压和基质树脂的溶解作用。因此,从粘合剂的角度来看,生产了两大类垫子或面纱,称为可溶性和不溶性粘合剂。
  • 机织、缝合、编织和 3-D 面料:有许多类型的织物可用于增强复合材料中的树脂。多向增强材料是通过将连续纤维从加捻和合股纱线编织、针织、缝合或编织成织物来生产的。几乎可以使用任何增强纤维制造织物。最常见的织物由玻璃纤维、碳或芳纶制成。织物提供在高性能应用中常见的定向强度和高增强负载。织物允许精确放置加固物。这不能用磨碎的纤维或短切纤维来完成,只有使用相对昂贵的纤维铺放设备的连续纤维才能实现。由于大多数织物中纤维的连续性,强度重量比远高于切割或短切纤维版本。缝合织物允许在织物结构内定制纤维方向。在设计剪切或扭转稳定性时,这可能具有很大的优势。
  • 单向:单向增强材料包括带、丝束、单向丝束片和粗纱(它们是纤维或股线的集合)。这种形式的纤维都在一个方向上平行排列并且未卷曲,提供最高的机械性能。使用单向带或片材的复合材料在纤维方向上具有高强度。单向板很薄,大多数结构应用都需要多层。单向增强材料的典型应用包括高负载设计的复合材料,例如飞机部件或赛艇。
  • 预浸料:预浸料是由增强形式和聚合物基体制成的现成材料。将增强纤维或织物等形式通过树脂浴用于制造预浸料。树脂饱和(浸渍)到纤维中,然后加热以将固化反应推进到不同的固化阶段。可以使用热固性或热塑性预浸料,并且可以根据组成材料储存在冰箱中或室温下。预浸料可以根据设计要求在各个方向手动或机械应用。
  • 研磨:研磨纤维是具有非常短纤维长度(通常小于 1/8 英寸)的短切纤维。这些产品通常用于热固性油灰、铸件或复合泡沫塑料中,以防止固化组合物因树脂收缩而开裂。

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