现在应用的增强剂绝大多数是高强度纤维状的惰性物质。如玻璃纤维、石棉、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、晶须及有机纤维等。
1.玻璃纤维(GF)
玻璃纤维是增强塑料中最有代表性的增强材料,是熔融的玻璃经快速拉伸并冷却所形成的纤维状物质。直径为5~13μm,密度为2.54g/cm3。玻璃纤维增强塑料的主要特点是比强度大、电绝缘性好,耐热、耐腐蚀、化学稳定性高。缺点是脆性大,耐磨性和柔性差,表面光滑度不好等。作为增强材料使用的玻璃纤维,按化学成分可分为以下几种:
(1)无碱玻璃纤维(E型)含碱量低于0.7%,电绝缘性、强度和化学稳定性优良,是玻璃钢最重要的增强材料。
(2)低碱玻璃纤维 含碱量小于2%,电性能、强度和化学稳定性略逊于无碱玻璃纤维。
(3)中碱玻璃纤维 含碱量12%左右,因含碱量高,电绝缘性差,但化学稳定性和强度尚好,可作为对电性能和强度要求不高的玻璃钢增强材料。
(4)高碱玻璃纤维 含碱量超过15%,只用作低级玻璃钢增强材料。
(5)特种成分玻璃纤维 由于在配方中添加了特种氧化物,因而赋予玻璃纤维各种特殊性能。如高强度玻璃(S玻璃)纤维、高弹性模量玻璃(M玻璃)纤维、耐高温玻璃纤维、低介电常数玻璃纤维、抗红外线玻璃纤维、光学玻璃纤维、导电玻璃纤维等。
为了适应不同性能和不同用途玻璃钢制品的要求,玻璃纤维增强材料的形式多种多样,广泛使用的有无捻粗纱及其织物、玻璃布、连续玻璃纤维纱、短切纤维、切碎纤维、增强毡片、三向织物等。
玻璃纤维能够添加在多种树脂中,如PP、PA和PET/PBT等,添加量一般为10%~40%。
2.碳纤维(CF)
碳纤维是由碳元素构成的一类纤维材料,最常用的制造方法是有机纤维高温炭化法。碳纤维增强塑料的主要特点是质量轻,强度高,韧性高,模量高,刚性高,耐蠕变,耐摩擦,耐疲劳,导电性和导热性好,热膨胀性小,尺寸精度和稳定性高,X射线透过率高,抗静电,耐蚀性和耐热性好。缺点是价格高,冲击强度不及玻璃纤维增强塑料,层间剪切强度差,有电腐蚀性。
碳纤维可作为热塑性树脂和热固性树脂的增强材料,如用于EP、PF、UP、PA、PC、ABS、PS、PE、PP等。用量一般为10%~40%。
3.硼纤维(BF)
硼纤维是最先出现的质轻高强增强材料之一。目前,生产硼纤维的最好方法是化学沉积法。它具有密度小、强度和比刚度高,对于发展质轻高强的复合塑料具有重要价值。硼纤维的主要问题是直径较大,伸长率较小,而且价格昂贵,因此应用尚不普遍,主要用于特殊场合。如用于增强环氧树脂,其比刚度和比强度是钢的3倍,它是宇航和飞机部件的良好材料。
4.石棉纤维
石棉纤维是一种天然的白色或灰色纤维,适宜作热塑性增强材料的是一种温石棉,它是一种水和氧化镁硅酸盐类化合物。以石棉纤维增强的塑料在高温下表现出良好的刚性、尺寸稳定性能。与玻璃纤维增强塑料相比,石棉增强塑料制品阻燃性增加,对成型机磨损减小,并且价格低廉;但制品电气性能、着色性变差。
5.晶须(www.xing528.com)
晶须极细又近乎完全结晶,力学强度极高,既有玻璃纤维的伸长率,又具有像硼纤维那样高的弹性模量,可作为热固性和热塑性塑料的增强材料,制造轻质高强的复合塑料,用于航空、航天、机械、汽车、电子、建材等工业结构件。
6.碳纳米管(CNT)
在增强塑料中,碳纳米管材料的应用逐渐多了起来。碳纳米管是一种导电石墨中空管,其尺寸比碳纤维小数千倍,能够使材料在较低的添加量下获得较高的增强性能。经碳纳米管增强的复合材料可在低温条件下进行薄壁成型,从而减轻制品的质量。
7.有机纤维
(1)天然有机纤维 天然有机纤维,如棉、羊毛等也可用作塑料的增强材料,多以编织物的形态使用,但近年来大部分逐渐被合成有机纤维所取代。
(2)合成有机纤维 合成有机纤维可以改善制品的抗冲击强度,但耐水性及电气性能较差。重要的合成有机纤维主要有以下三种:
1)聚酯纤维。即涤纶纤维,常与玻璃纤维并用,以改善制品的抗冲击强度、硬度和耐磨性能。
2)维尼纶。经甲醛处理过的聚乙烯醇纤维,不溶于水,虽然其强度远低于玻璃纤维,但由于具有吸附力强、抗冲击强度高、密度小、柔韧性好、不会磨损加工设备等优点,适宜于强度要求不高的制品中。
3)芳酰胺纤维。简称芳纶,是美国杜邦公司推出的一类增强用纤维,商品名为“Kevlar”。它最大的特点是密度低、强度高。此外,还具有良好的热稳定性,适用于环氧树脂等热固性塑料和工程塑料,可制得质量轻、强度高、耐磨损的增强塑料,主要应用于汽车、电子电气、火箭、飞机、赛艇等领域。
8.金属纤维
金属纤维又称金属细丝,也可作为塑料的增强材料,主要用于需要导电或抗静电的增强塑料中。
9.陶瓷纤维
是一种以三氧化二铝和二氧化硅为主要成分的无机纤维。最突出的优点是耐高温和耐蚀性好,导热性和热膨胀性小,弹性模量高等。与玻璃纤维和其他纤维相比,陶瓷纤维增强复合材料的物理性能更好一些,尤其是高温下的压缩强度和性能稳定性。氧化铝纤维和石棉纤维很相似,可以添加在航空所用的氟聚合物和热固性树脂中,也可以用于制造化工设备中的部件,还可用于制造制动部件的衬里。
10.复合增强材料
复合增强材料是指增强剂或填充剂的复合物质,如玻璃纤维与云母并用,总用量20%~40%增强PET,PBT;10%玻璃纤维与30%碳酸钙并用,增强PP;10%聚酯纤维与30%云母并用,增强PP,PS,HDPE,ABS等。
除以上介绍的各种纤维外,增强塑料还可采用木材、纸张和纸板、麻纤维织物以及滑石粉、玻璃珠、氧化铝、碳化硅等作为增强材料。
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