麻纤维增强复合材料性能
作者：轻化081 王龙
摘要麻纤维具有价廉质轻、自然降解、比强度和比模量高等特性，广泛应用于纤维增强复合材料的制备．本文评述了这类复合材料的研究现状，系统地介绍黄麻纤维增强复合材料的制备，分析评论了麻纤维的结构特点、纤维表面改性以及复合材料的各种力学性能．
关键词：复合材料，评述，黄麻纤维，聚丙烯纤维，热塑性树脂，复合材料，工艺参数，力学性能
前言：近年来，用自然界中资源最丰富的天然植物纤维替代现在广泛使用的玻璃纤维等合成增强纤维，开发具有优良性能和价格低的复合材料的研究，已引起人们的高度重视．植物纤维价廉质轻、比强度和比刚度高以及可生物降解等优良特性，是其他的增强材料无法比拟的．在天然植物纤维中，麻类纤维不仅具有很高的强度和模量，同时具有纤维素质硬、耐摩擦、耐腐蚀的特点．我国的麻类资源极其丰富，是世界上麻分布最广、产量最多的国家之一．目前用麻纤维制备植物纤维增强复合材料的研究已经在欧美、日本和我国广泛展开，有的科研成果也已进入实用推广阶段，显示出良好的应用前景．国内已有研究者对剑麻、黄麻纤维增强复合材料的研究进展分别做了相关的综述和评价【1-3】，但是还没有对所有麻类纤维增强复合材料进行全面地、系统地评述．本文在介绍各类麻纤维的概况和特性的基础上，全面地综述国内外黄麻纤维增强复合材料的研究进展，归纳总结了国内外研究的特点，以期促进相关的基础研究和应用开发。
1麻纤维的概况和力学性能
按照从其植物本体抽取部位的不同来定义区分，各类麻纤维包括一年生或多年生草本双叶子植物皮层的韧皮纤维和单子叶植物的叶纤维．韧皮纤维主要有苎麻(Ramie)、亚麻(Flax)、黄麻(Jute)、大麻(Hemp)和洋麻(Kenaf)等；叶纤维则包括剑麻(Sisa1)和蕉麻(Abaca)等．其中黄麻和洋麻等韧皮纤维胞壁木质化，纤维短，多用于纺制绳索和包装用麻袋等；亚麻等胞壁不木质化，纤维的粗细长短同棉纤维相近，广泛用于纺织原料等；叶纤维则比韧皮纤维粗硬，主要用于麻绳、麻袋和手工艺品等。麻纤维具有独特的微观结构，表现出典型的复合材料特征．不同种类的麻纤维其细胞长度和宽度分布在5—50mm和20—50 m；其横截面为有中
空腔的腰圆形或多角形，纵向有横节和竖纹．各类麻纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素、果胶等组成，其化学成分组成和结构参数列于(表1)[4]．麻纤维因其组成和结构特点以及连续长度较长等原因，具有良好的力学性能和可加工性(表2)[4]，但是其力学性能则因其生长条件、抽取部位和种植时间不同而不同．
2黄麻纤维增强复合材料
增强体：黄麻学名CorchorusCapsularisL．，又名络麻、绿麻，一年生草本植物．黄麻纤维的硬度很高，具有较高的比强度和比模量的特点，但是与玻璃纤维相比，仍有弯曲强度低、吸湿性大、染色性差等缺点．因此，在黄麻纤维增强复合材料的制备过程中，需要解决复合材料的耐水性差以及界面强度低下等问题．
基体：聚丙烯一种用途广泛的高分子材料，等规聚丙烯因其低温脆性和收缩率大等缺陷，导致制品易变形且耐冲击性差，在一定程度上限制了它应用范围，聚丙烯的长处与麻纤维相结合，制定复合材料，取长补短。PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0C以上时非常脆因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯
含量的钳段式共聚物。聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150C。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。均聚物型和共聚物型的PP 材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
改性剂和预处理纤维：硅烷偶联剂和马来酸酐
改性机理研究现状：MAPP分子中有大量的羧基或酸酐基，这些基团能够与纤维中的羟基发生酯化反应，减少了引起纤维极性和吸湿性的羟基的数目，同时该共聚物长链又能与聚丙烯作用，如发生相互缠结或产生共结晶现象。这样提高了天然纤维与聚丙烯的界面亲和性。MAPP在基体中起一个桥梁作用，一方面，它可以与纤维发生酯化作用，由于天然纤维结晶度较高，反应过程只能中体积相对较大的MAPP分子很难渗入到天然纤维的内部，因此，MAPP和天然纤维的反应大部分集中在天然纤维的表面。另一方面，在MAPP分子链的末端是很长的聚丙烯链段，它可以和聚丙烯基体发生相互缠结，接枝链段聚丙烯与基体聚丙烯的晶型相同，而晶型相同的两种聚合物混合时，可以产生共结晶现象，彼此进入对方的晶格。这样无疑提高了体系的相容性，这是MAPP增容的优势所在，是别的相容性所无法比拟的。在黄麻纤维增强复合材料的制备过程中，需要解决复合材料的耐水性差以及界面强度低下等问题．郑融等[5]研究了黄麻线状单向纤维和随机分布短纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能，并与竹纤维增强环氧树脂复合材料进行了对比．实验中加入固化剂对纤维表面进行处理，提高了纤维和树脂界面的粘接性能，取得了较好的效果．曾竞成等[5]研究了黄麻捻合纤维束和黄麻布增强环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂复合材料的力学性能，发现黄麻纤维与热固性树脂基体之间有较好的浸润性；黄麻纤维单向复合材料的性能比黄麻布复合材料高，接近玻璃纤维布增强复合材料的性能，表明黄麻纤维能够代替玻璃纤维制备成结构材料的可能性．张安定等[6]用
注射成型制备黄麻纤维增强聚丙烯复合材料时发现，随着纤维质量分数或长度的增加，材料的拉伸、弯曲的强度和模量是递增的，而冲击强度是递减的；黄麻纤
维的添加改善了聚丙烯的力学性能，大幅度提高了材料的拉伸和弯曲模量，但是冲击强度和伸长率有所降低。日本Shima等[7]用注射成型方法制备黄麻纤维增强聚丙烯复合材料，分析了吸湿性对纤维和复合材力学性能的影响，同时用去油、脱脂和硅烷偶联剂预处理纤维，研究了复合材料的界面变化．结果表明，黄麻纤维的强度和刚性不随吸湿性的变化而改变，复合材料的破坏形态在吸湿实验前后也没有显著变化，但是复合材料内部的纤维由于吸湿出现浸润膨胀，材料的刚性有所下降但是拉伸强度保持不变．用电镜观察由硅烷偶联剂预处理纤维增强复合材料的断面，表明纤维和树脂问良好的粘结界面，是几种处理方法中效果最好的．Dieu等[8}在开发黄麻纤维／聚丙烯复合材料过程中发现，纤维经过室温20℃、低浓度0．4％的碱液处理后，其与树脂之间的界面粘接性能得到显著提高；当共混物中添加了马来酐改性聚丙烯后，材料的界面也能得到改善，而且拉伸强度和弯曲强度分别增加55％和190％，但是冲击强度没有提高．与黄麻纤维增强复合材料相比，黄麻纤维／玻璃纤维膜／聚丙烯混杂复合材料显示出极好的力学性能，材料的冲击强度从13．2kJ／m增加到38．9kJ／m．此外，Takemura等[91利用日本传统增强麻质渔网和渔线的Kakishibu方法处理黄麻织布，分析了黄麻纤维／聚丙烯复合材料的拉伸蠕变性能．结果表明，处理后的纤维增强复合材料在蠕变初期的弹性应变出现减少；纤维在小负荷胀紧状态下处理时，材料的杨
氏模量增加；但是在大负荷的状态下处理，效果反而变坏．
1原材料
(1)黄麻纤维:工艺纤维的线密度为3.33～1.67 tex，长度3.5～290mm，含短绒(<25 cm)，麻屑、并丝、麻粒及其他杂质约21.1%。(2)聚丙烯(PP)纤维:线密度1.5 dtex，长度40 mm，熔点168℃，密度0.89 g/cm3，单纤维强度485 mN/tex，断裂伸长28%。
2仪器与设备
TT500型电子天平、FZK500型开松机、FZSCD-Z850型高产梳理机、FZP1000型铺网机、FZZ-Ⅰ1000型预针刺机、FZZ-Ⅱ1000型主针刺机、101AB-1电热恒温鼓风干燥箱等。
模压成型关键工艺参数与产品力学性能的关系为研究模压成型关键工艺参数与
产品力学性能的关系，以T字型复合材料预制件为例，选择纤维配比、铺网层数、铺向角、热压温度和成型时间
5个关键因素来研究，每个因素分3组(如表1所示)，暂不考虑各因素间的交互作用，确定了试验方案，测试每一组的每一因素值成品相应的拉伸、撕破、顶破性能[6]，每一力学性能指标值均为某一因素值在不同组别下所测得值的平均数。
T字PP/型黄麻复合材料试样的尺寸为15 cm×15 cm，厚度为0.5 cm，铺网总层数为13、17和21层，拉伸、顶破、撕破性能测试的结果如图3～图6所示。在所有影响PP/黄麻复合材料力学性能的因素中，影响最大的是热压温度，当热压温度过高时，
制备过程中PP融化之后溢出在黄麻表面，造成PP与黄麻纤维之间结合不理想，界面性能较差，当复合材料受力时，易发生脆性断裂。另外，PP与黄麻纤维的配比对材料的拉伸强度也有显著影响，在本文选择的配比范围内，随着黄麻纤维与PP质量比从50∶50变为60∶40，材料的拉伸强度增加，这是因为热压成型过程中过高的PP含量会造成部分PP纤维的熔融和溢出，起不到对麻纤维的黏结增强作用;黄麻纤维的力学性能优于PP纤维，过低的黄麻纤维比例降低了其在材料整体中的增强作用。当铺向角为45°，铺层数为21层时，其对应的复合材料试样拉伸、撕破、顶破性能最好;较好的成型时间是4 min。
6结论
热压温度为190℃，黄麻与PP纤维的质量比为70∶30时，PP/黄麻纤维复合材料的强力达到最大值;随着热压时间延长，强力呈上升的趋势，在热压4 min时拉伸、撕破和顶破的强力最好;当纤维总层数为21层，铺向角为45°时，复合材料的力学性能达最优。
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纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小，一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性材料，容易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度和模量要低得多，但可经受较大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。 纤维增强复合材料，由纤维的长短可分为短纤维增强复合材料、长纤维复合材料和杂乱短纤维增强复合材料。纤维增强复合材料由于纤维和基体的不同，品种很多，如碳纤维增强环氧、硼纤维增强环氧、Kevlar纤维增强环氧、Kevlar 纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、硼纤维增强铝、石墨纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷、碳纤维增强碳和玻璃纤维增强水泥等。（1新型纺织材料及应用宗亚宁主编中国纺织出版社） 纤维增强复合材料的性能体现在以下方面： 比强度高比刚度大，成型工艺好，材料性能可以设计，抗疲劳性能好。破损安全性能好。多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小、叠层复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低、影响复合材料性能的因素很多，会引起复合材料性能的较大变化、用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基复合材料，虽然某些性能很好，但价格昂贵、纤维增强复合材料与传统的金属材料相比，具有较高的强度和模量，较低的密度、纤维增强复合材料还具有独特的高阻尼性能，因而能较好地吸收振动能量，同时减少对相邻结构件的影响。 从本世纪40年代起，复合材料的发展已经历了整整半个世纪。随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭与办公用品等等各部门。复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 纤维增强复合材料由增强材料和基体材料构成，每部分都有各自的作用，影响复合材料的性能。 作为增强材料的纤维是组成复合材料的主要成分。在纤维增强复合材料中占有相当的体积分数，同时是结构复合材料承受载荷的主要部分。增强纤维的类型、数量和取向对纤维增强复合材料的性能十分重要，它主要影响以下的方面：（1）密度；
目前较常用的热塑性树脂基体有聚丙烯( PP) 、聚乙烯( PE) 、聚苯乙烯( PS) 、聚氯乙烯( PVC) 、聚酰胺( PA) 、聚甲醛( POM) 、聚醚醚酮( PEEK)等。 在进行复合材料的生产时，成型方法的选择必须同时满足材料性能、产品质量和经济效益等基本要求。如:产品外形结构及尺寸大小、工艺设备条件、产品批量、经济效益等。作为天然纤维，麻纤维热塑性复合材料的加工方法有:模压成型、层压成型、注射和挤出成型、树脂传递模塑成型等几种工艺。除此之外，还可以用麻纤维、麻纱线、麻机织布作为增强体，以接触成型法、缠绕法、挤压法等生产出不同性能的树脂基复合材料。 由于热塑性树脂具有价格低廉、成型工艺简单，可回收利用的优点，近年来，麻纤维增强热塑性树脂吸引了人们更多的关注。 广州艾利信电子科技有限公司的麻塑复合材料 广州艾利信电子科技有限公司的麻塑复合材料是利用农业废弃物苎麻杆天然纤维与高分子材料采用特殊的加工工艺复合而成的新型绿色环保材料。它采用苎麻杆天然纤维与PE、PP、PVC、ABS等材料复合,材料的各项性能得到了加强和优化。它在性能和价格方面与硬木相当,并且原料采用农业废弃物苎麻杆,及部分回收塑料,即合理利用自然资源,又能保护环境,可100%回收,是真正的绿色节能环保型复合材料。 麻塑复合材料板材由两层麻纤维改性塑料层、麻纤维布增强塑料层构成，在两层麻纤维改性塑料层之间模压有麻纤维布增强塑料层；麻纤维改性塑料层由改性塑料粒子、麻纤维、界面增容剂混合压延而成；麻纤维布增强塑料层由塑料粒子与若干层硅烷偶联剂处理过的麻纤维布模压而成。该材料的特点:1. 各机械性能与硬木相当,具有和木材的加工方法可锯、可钻、可刨、可漆等特点 2. 大量原料使用废旧材料,价格便宜,可与木材竞争。3. 产品具有防腐、防潮、防虫蛀、尺寸稳定性高、不开裂、不翘曲,产品无甲醛、氨、苯等装饰污染问题的优点。4. 可采用挤出、注塑、模压等多种加工方法。5. 可制成各种尺寸规格的建筑、装饰、工业、包装运输材料等。如托盘、地板、室内外装饰材料、包装箱等。麻塑复合材料板材及其制备方法涉及的是一种复合材料、环境友好材料及其制备方法，适用于制作交通领域如汽车、飞机等交通工具的货架板、门内板等，建筑领域的装饰板、栅栏、栏杆等，包装领域的托盘、货架等。 PLA／SF纤维复合材料 华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心的冯彦洪，张叶青，瞿金平，何和智等利用聚乙二醇(PEG)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)对聚乳酸(PLA)／剑麻纤维(SF)复合材料进行增韧改性，PLA／SF复合体系与增韧剂PEG、PBS密炼共混后，经模压制备PLA／SF纤维复合材料。通过正交实验．考察PEG含量、PBS含量、硬脂酸含量以及密炼温度对复合材料力学性能的影响。结果表明：PEG的含量对复合材料韧性的影响最显著。PBS的含量和硬脂酸的含量对复合材料冲击性能的影响比较显著，但对其断裂伸长率和拉伸强度的影响不显著。温度对复合材料的冲击性能和拉伸强度几乎没影响。但对其断裂伸长率的影响比较显著。 许瑞等对亚麻／LLDPE复合材料的力学性能进行了研究，讨论了碱液及硅烷偶联剂浓度、亚麻预处理时间对证麻／LLDPE复合材料力学性能的影响。结果表明：砸麻经碱液及偶联剂预处理后，吸湿率降低，热稳定性提高，结晶度和晶面间距下降，亚麻／LLDPE复合材料的力学性能有明显提高。此复合材料容易生物降解、回收处理，可应用于承载构件、外部连接构件等。
天然纤维增强复合材料吸声性能研究 A coustical Studies of N atural Fiber Reinforced Com posites 罗业,李岩 (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) LU O Ye,LI Yan (School of Aerospace Eng ineer ing and Applied M echanics, T ongji U niv ersity,Shang hai200092,China) 摘要:采用热压成型法制备天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构,利用双传声器阻抗管进行吸声性能测试,并与合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行对比。结果表明:与合成纤维增强复合材料层合板相比,天然纤维增强复合材料层合板虽然具有更优异的吸声性能,但是仍不能满足吸声材料的要求,需通过材料设计进一步提高这种材料的吸声性能。而天然纤维增强蜂窝夹芯结构具有优异的吸声性能,吸声系数峰值高达014,可以被用作吸声材料。 关键词:天然纤维;吸声系数;表面阻抗;阻抗匹配 中图分类号:T B332文献标识码:A文章编号:1001-4381(2010)04-0051-04 Abstract:T he natur al fiber reinforced co mposite lam inates and ho neycomb sandw ich str uctures w ere prepared by hot press.Acoustic properties w er e tested w ith the aid of tw o-micropho ne impedance tube and co mpared w ith synthetic fiber reinforced co mposite counterparts.T he results show ed that natural fiber reinforced composites laminates had better acoustic pr operties than their synthetic counterparts, but still failed to reach the requir em ents as acoustic mater ials.Proper materials desig n is needed to further improve the aco ustic pro perties of natur al fiber r einfor ced composite laminates.While,natural fiber based honeycomb sandw ich str uctures had go od acoustical pro perties,w ith its peak sound absorp-tion coefficient appr oaching0.4,and thus co uld be used as acoustic materials. Key words:natur al fiber;sound absor ption coefficient;surface impedance;impedance matching 噪声污染已成为当代世界性的问题,同水污染和大气污染一起被列为全球三大污染[1]。随着工业、农业、交通运输业的发展,噪声污染日趋严重,已经成为越来越严重的社会问题。而噪声对人们的休息、学习和工作的影响以及对身心健康的危害,日益为人们所认识和关注。为此,各行各业在住宅、学校、工厂、交通工具以及城市环境等方面都建立起噪声的限制标准,而噪声控制技术也随之得到了飞速的发展。 噪声的控制分为三种途径[2]:在声源处降低噪声幅值;在声波传播途径中阻隔、吸收声能;在声音接收点采取保护措施,减少噪声影响。而实际应用中,最有效的噪声控制就是通过吸声材料来达到降噪的效果。 天然纤维由于比强度高、比模量高、价格低廉、可回收、可降解、可再生、绿色环保等特性而作为增强体在复合材料中得到广泛应用[3]。其织物、非织造布作为吸声材料也备受科学家和研究者的青睐[4-8],M ul-l er和Krobjlow ski通过Alpha-cabin和双传声器阻抗管研究了棉制绒头织物的吸声性能,发现了其优良的吸声性能[4];Parikh等[5]发现天然纤维针织毡能够有效降低汽车内噪音;张辉等[8]选用大麻、涤纶和棉纱线织造了不同规格的织物,分析了织物紧度、组织和化学试剂对大麻织物吸声系数的影响。而对于天然纤维增强复合材料的吸声性能却报道较少。 本工作着眼于绿色环保吸声材料的研制,以天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构为对象,研究了其吸声性能,并和传统的合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行比较,分析了其在吸声降噪领域的应用前景。 1实验 1.1实验材料 选用江西井竹麻业有限公司生产的平纹编织苎麻布,浙江宏成纺织整理有限公司生产的平纹编织黄麻布,常州天马集团公司生产的平纹编织玻璃纤维布以及上海怡昌碳纤维材料有限公司生产的平纹编织炭纤
麻纤维知识总汇 亚麻植物及其纤维 亚麻（linen）纤维来源于亚麻（flax）这种植物，亚麻植物是最宝贵的生态资源之一，它是一种可再生的资源，处处都是宝，并且亚麻在种植过程中无须使用除草剂和杀虫剂，可以说是一种绿色环保纤维。 亚麻植物的种子可用来生产麻子油-——油漆、清漆、肥皂、化妆品、油布和合成树脂的原料。短纤维用来造纸和生产缆绳，即使是亚麻植物的表皮也有广泛的用途，可用来制作马鞍、刨花板等，纺织纤维丛亚麻的茎部提取。 亚麻纤维是世界上最古老的纺织纤维，亚麻纤维制成的织物的用途很广泛，可以用作服装面料、装饰织物、桌布、床上用品和汽车用品等产业用品。随着新品种、新技术、新纺纱方法、新织造方法及新的整理工艺的出现，亚麻制品产业的发展势头越来越好。亚麻制品的主要生产地目前主要是法国、比利时、荷兰，中国亚麻的种植面积虽然较高，但亚麻纤维的产量仅排在第六位。
一般来说，亚麻在三月播种，七月收获，最近，法国的亚麻种植者组成的合作组织Terre de Lin开发出了与当年六月种植，来年六月收获的新品种--冬季亚麻阿Adelie，该品种能生长在温度为-10℃的环境中。收割亚麻时，须将整个植物连根拔起，以便获得完整的纤维长度，这样还能防止纤维变色。 亚麻纤维的制取 获取亚麻纤维的第一个工序是除籽，接着就是沤麻，即将其他物质同纤维分离。沤麻的方法主要由两种--露水沤麻和水池沤麻，露水沤麻方法就是将亚麻散铺在地面上，通过露水、雨水、阳光以及一些细菌的作用，将亚麻外部的表皮腐蚀和溶解；水池沤麻的方法是将亚麻浸泡到水中，经过 6~20天，通过细菌的作用使亚麻表皮溶解，但这个过程与露水沤麻比起来成本较高。亚麻纤维的这两个加工阶段实际上也是我们常说的脱胶过程，由于亚麻纤维是一种多细胞的韧皮纤维，亚麻纤维的细胞在基于韧皮与木质部之间的果胶层是以束状态的方式生长，把细胞交接在一起而形成分散的纤维，亚麻单纤维kao果胶质轴向搭接或侧向转接形成纤维束，纤维之间，韧皮与木质部之间都kao果胶质相联。亚麻脱胶的目的主要是破坏纤维束与周围组织的粘结程度，使得韧皮
碳纤维材料的性能及应用 摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民 用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。 关键词：碳纤维性能应用 0引言 碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料 碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、
苎麻纤维增强复合材料的研究 本文综述了国内外苎麻纤维复合材料的发展历史和研究现状。包括苎麻纤维复合材料的成份和加工工艺、力学行为的表征和特点、各种影响苎麻纤维复合材料力学性能的因素，讨论了提高苎麻纤维复合材料性能的途径和方法。 引言 纤维增强聚合物复合材料是从20世纪初开始发展起来的，因其比强度和比模量较大，发展非常迅速，现在广泛用于军事和民用的各个领域。由于多数复合材料中所用的纤维和树脂具有不可生物降解性，当它们被使用后废弃时将对环境带来危害。近年来，人们对生态和资源保护愈来愈重视，环境友好型和完全可生物降解型绿色复合材料的研制成为研究的热点之一。植物纤维来源丰富，价格低廉、易降解、无污染，是很有前景的复合材料原料，尤其是麻纤维以其独特的性能特点引起了人们的关注[1,2,3]。苎麻纤维的纤维素含量高、强度大、纤长度长，在麻类纤维中性能最为突出，属于高性能的天然植物纤维[4]。我国是苎麻的主要产地，产量占世界的90%以上。利用苎麻作为复合材料增强体，开发天然可降解的复合材料，不仅为麻纤维开辟除纺织以外新的应用空间，为苎麻开发利用找到新的增值途径，而且可以探索苎麻纤维增强复合材料新体系，意义十分重大[5]。 然而，苎麻纤维复合材料的开发和应用也面临着许多问题。比如，极性的、亲水性的苎麻纤维与非极性的、疏水性的树脂基体之间缺乏良好的相容性，从而界面粘结性能比较差。再者，由于基体的熔体流动性不好往往导致填充物的分散不均匀，从而导致复合材料的总体性能下降。尽管如此，由于其自身的优点和优势，近两年国内外掀起了研究各种麻纤维复合材料的热潮，有些国家已经进入产业化阶段，而我国麻纤维复合材料的开发尚处在研究探索阶段，但仍具有广阔的市场前景。本文总结了相关文献并结合自己的实验结果，较为详细地介绍苎麻纤维复合材料的成份和加工工艺，分析其力学性能，提出了提高苎麻纤维复合材料性能的几项措施。 1 苎麻纤维复合材料的成份和加工工艺 1.1 基体 用于纤维增强复合材料的树脂基体可分为两类：热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂主要有环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(UP)和酚醛树脂，热塑性树脂主要有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等，其中聚乙烯的应用最为广泛。基体树脂的功能，就是把各种天然纤维增强材料有机地黏合在一起，起着传递载荷和均衡载荷的作用，并赋予优良的性能，使它成为有使用价值的产品。 1.2 增强体 选用苎麻作为复合材料的增强项，主要基于以下原因。麻纤维是天然纤维中纤维长度最长，纤维的强度、结晶度、取向度、纵向弹性模量较高等优点，很适合做树脂基复合材料的增强体。同时，麻纤维是复合材料的主要承力组分，它不仅提高材料的强度和模量，而且减少收缩，提高热变形温度和冲击强度。 1.3 添加剂 为了克服加工过程中的困难，生产出具有良好性能的麻纤维复合材料，通常在加工的过程中需要加入一些添加剂或助剂。添加剂有润滑剂、分散剂(用来提高填充物在基体中的分散性)、固化剂、促进剂等。然而提高填充相与基体相之间的相容性以及填充物的分散性则是最重要的两个问题。为了解决这些问题，通常需要添加偶联剂、相容剂以及改性剂等。 偶联剂可以提高苎麻纤维与树脂基体之间的相容性，同时也可以改善纤维与聚合物之间的界面状况。硅烷偶联剂和钛酸脂偶联剂是应用最为广泛的两类偶联剂，这两种偶联剂都可以很好地改善聚合物与麻纤维之间的界面相容性，从而提高苎麻纤维复合材料的力学性能。 合适的相容剂有马来酸酐接枝聚合物、异氰酸酯、亚甲基丁二酸酐等。这些相容剂大部分有羟基或酐基，能够与麻纤维中羟基发生脂化反应，降低纤维的极性和亲水性，因而会与树脂有很好的相容性。 促进剂实质上是一种活化剂，可以促进引发剂活化，加速分解，以引起氧化还原反应使稳定的引发剂变得不稳定，以致在常温下就能迅速分解引发交联过程。 1.4 苎麻纤维复合材料的加工工艺 由于苎麻纤维复合材料的树脂基体有两种，所以不同的基体采用不同的加工工艺。热固性复合材料可以采取长丝缠绕工艺、袋压工艺、拉挤工艺和模压成型工艺等；热塑性复合材料主要采用挤出成型、热压成型和注塑成型，尤其是注塑成型工艺应用最为广泛。 2 苎麻纤维复合材料的研究工作 2.1 苎麻纤维复合材料的力学行为
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
麻纤维增强复合材料性能 作者：轻化081 王龙 摘要麻纤维具有价廉质轻、自然降解、比强度和比模量高等特性，广泛应用于纤维增强复合材料的制备．本文评述了这类复合材料的研究现状，系统地介绍黄麻纤维增强复合材料的制备，分析评论了麻纤维的结构特点、纤维表面改性以及复合材料的各种力学性能． 关键词：复合材料，评述，黄麻纤维，聚丙烯纤维，热塑性树脂，复合材料，工艺参数，力学性能 前言：近年来，用自然界中资源最丰富的天然植物纤维替代现在广泛使用的玻璃纤维等合成增强纤维，开发具有优良性能和价格低的复合材料的研究，已引起人们的高度重视．植物纤维价廉质轻、比强度和比刚度高以及可生物降解等优良特性，是其他的增强材料无法比拟的．在天然植物纤维中，麻类纤维不仅具有很高的强度和模量，同时具有纤维素质硬、耐摩擦、耐腐蚀的特点．我国的麻类资源极其丰富，是世界上麻分布最广、产量最多的国家之一．目前用麻纤维制备植物纤维增强复合材料的研究已经在欧美、日本和我国广泛展开，有的科研成果也已进入实用推广阶段，显示出良好的应用前景．国内已有研究者对剑麻、黄麻纤维增强复合材料的研究进展分别做了相关的综述和评价【1-3】，但是还没有对所有麻类纤维增强复合材料进行全面地、系统地评述．本文在介绍各类麻纤维的概况和特性的基础上，全面地综述国内外黄麻纤维增强复合材料的研究进展，归纳总结了国内外研究的特点，以期促进相关的基础研究和应用开发。 1麻纤维的概况和力学性能 按照从其植物本体抽取部位的不同来定义区分，各类麻纤维包括一年生或多年生草本双叶子植物皮层的韧皮纤维和单子叶植物的叶纤维．韧皮纤维主要有苎麻(Ramie)、亚麻(Flax)、黄麻(Jute)、大麻(Hemp)和洋麻(Kenaf)等；叶纤维则包括剑麻(Sisa1)和蕉麻(Abaca)等．其中黄麻和洋麻等韧皮纤维胞壁木质化，纤维短，多用于纺制绳索和包装用麻袋等；亚麻等胞壁不木质化，纤维的粗细长短同棉纤维相近，广泛用于纺织原料等；叶纤维则比韧皮纤维粗硬，主要用于麻绳、麻袋和手工艺品等。麻纤维具有独特的微观结构，表现出典型的复合材料特征．不同种类的麻纤维其细胞长度和宽度分布在5—50mm和20—50 m；其横截面为有中
高性能纤维及复合材料 新材料全球交易网 （新材料全球交易网提供）高性能纤维及复合材料属于高分子复合材料，它是由各种高性能纤维作为增强体置于基体材料复合而成。其中高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m3) 等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高分子复合材料与传统材料相比，具有更高的比强度、耐化学品和耐热冲击性，以及更大的设计灵活性。按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。 高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。高性能纤维及复合材料是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料，同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休闲等国民经济领域具有广泛的用途。 中国高性能纤维及复合材料自动铺带机工程化研制取得进展 人工、半自动人工铺放与自动铺放对比（资料图） 先进复合材料因比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀、可设计和工艺性好，成为飞机结构重要发展方向之一。轻质、高强、性能优异的高性能纤维及复合材料成为理想的结构用材，并逐渐从小型、简单、次承力结构向大型、复杂、主承力结构过渡。国外军机上复合材料用量普遍占结构重量的25%～50%；在民用领域，波音公司787飞机的复合材料用量达到50%，而A350XWB复合材料用量达到了创纪录的52%。 用于高性能纤维及复合材料结构制造的先进专用工艺装备在国外迅速发展，特别是基于预浸料的复合材料自动铺放设备，包括自动铺带机和铺丝机，已在国外最先进的战机和民机制造中得到广泛应用。这些先进铺放装备具有人工/半自动人
树脂性能介绍以及玻璃纤维简介 不饱和聚酯树脂 不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们和饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸和多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。 物理性质 1、相对密度在1.11～1.20左右，固化时体积收缩率较大 2、耐热性。绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在50～60℃，一些耐热性好的树脂则可达120℃ 3、力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度 耐化学腐蚀性能。不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好， 4、耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，可以有很大的差异。 5、介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。 化学性质 不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。 乙烯基树脂 乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是60年代发展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。 乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键非常活泼，固化时不受空间障碍的影响，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可和单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R基团可以屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比普通不饱和聚酯中少35%～50%左右，这样就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳定性； ④树脂链上的仲羟基和玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强 度；⑤环氧树脂主链，它可以赋和乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优异的耐酸性。 环氧树脂 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环 氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子 结构中含有活泼的环氧基团，使它们可和多种类型的固化剂发生交联反应而形成不 溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。 环氧树脂的性能和特性 1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种使用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。 3、粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4、收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的
纤维增强型水泥基复合材料 一、纤维增强型水泥基复合材料的概述 纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。 普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。 加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。 二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能 在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。 ? 2.1 抗拉强度 ?在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。 ? ? 2.2 抗裂性
在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生； 在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。 ? 2.3 抗渗性 纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。 2.4 抗冲击及抗变形性能 在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。 2.5 抗冻性 纤维可以缓解温度变化而引起的水泥基复合材料内部应力的作用，从而防止水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高材料的抗冻性；同时，水泥基复合材料抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。 ?纤维的纤维掺量对混凝土强度的影响很大 ?合成纤维可有效地控制由混凝土内应力产生的裂缝，使混凝土早期收缩裂缝减少50～90%，显著提高混凝土的抗渗性和耐久性，使混凝 土内钢筋锈蚀时间推迟2.5倍。除抗裂外，合成纤维还能提高混凝土的粘 聚性和抗碎裂性。 ?以聚丙烯合成纤维为例 ?掺入聚丙烯合成纤维后，混凝土的性能将发生变化，当纤维含量适当时，混凝土抗压强度、抗弯强度等均有不同程度的提高。纤维掺量对混凝土强 度的影响见下表。 三、几种主要增强型水泥基复合材料的应用现状
碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增
纤维增强复合材料及新型结构体系 【摘要】简单介绍土木工程材料的发展与历史、几大纤维原丝的生产工艺，介绍FRP 材料的特性与种类并分析其优缺点，深入介绍为实现FRP材料高性能化所运用的技术及FRP四大加固技术，提出问题并探讨FRP材料增强新结构。 【关键词】FRP材料结构加固增强新结构 引言 FRP 是复合材料，由于单一材料在性能方面或者其它方面无法满足具体的需求，所以有了 FRP 的存在，FRP 是将两种或者两种以上的材料组合而成的新型材料，它是一种高性能纤维复合材料和工程专用纤维复合材料。高性能纤维复合材料属于高分子复合材料，它是由各种高性能纤维作为增强体置于基体材料复合而成。其中高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。高性能纤维复合材料是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料，同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休闲等国民经济领域具有广泛的用途。 １.土木工程材料的发展与历史 1.1历史远古时期，人类于穴巢居住；石器时代，人们挖土凿石为洞（古崖居）、伐木搭竹为棚；封建时期，人们可用砖木建房；1760年欧洲工业革命，建筑材料实现了质的飞跃，其标志为钢材、水泥、混凝土的发明与应用；二十世纪开始后，复合材料及高分子材料得到快速发展。 1.2传统土木工程材料的缺点 （1）耐久性差：如钢筋，型钢，拉索等 （2）性能单一性，不可设计性：如震后可恢复性较差 （3）低强度重量比，限制结构的发展：如大跨斜拉桥，悬索桥等 （4）无法实现自监测功能：结构安全性能隐患 1.3土木工程材料的基本性质 （1）材料的力学性质 A 强度与比强度 B 材料的弹性与塑性 C 脆性和韧性 D 硬度和耐磨性;
各种复合材料井盖性能对比介绍 随着城乡建设的迅猛发展，新建小区及道路的配套设施――井盖的需求量急剧增多，而传统铸铁井盖成本高，被盗现象严重，行人受伤、车辆受损时有发生，一直是困扰各建设部门的难题。为了解决这些问题，相应部门研究出了复合材料井盖，并且其种类很多。下面威嘉环保就为大家详细介绍下各种复合材料井盖的性能对比。 复合材料井盖可以大致分为五种：钢纤维混凝土井盖、菱镁水泥井盖、再生树脂复合材料井盖（硅塑井盖）、BMC模压井盖、连续性增强复合材料井盖。以下是五种复合材料井盖的性能比较。 一、钢纤维混凝土井盖 钢纤维混凝土井盖是在钢筋混凝土井盖基础上改进发展起来的。由于材质性强，强度不够，子啊混凝土中加入长度为10-30mm的钢纤维，以提高混凝土材料的整体强度，承载能力比较普通钢筋混凝土井盖有所增加。因使用过程中崩边现象比较严重，生产企业常常在井盖外边加一金属框予以保护。 优点：A、防盗；B、便宜 缺点：A、承载能力不够，加之水泥强度的衰减，易破碎；B、太笨重，开启困难。 二、菱镁水泥井盖 菱镁水泥是用轻烧氧化镁、氯化镁、水按一定比例混合形成的一种无机材料。以菱镁水泥为基体的复合材料材质不稳定，往往在潮湿情况下强度会不断下降。即使解决了防潮问题，由于材质是带大量结晶水的晶型结构，在空气干燥时，往往会因失水而粉化，最后导致毫无承载能力。2003年哈尔滨一9岁少年仔井盖上玩耍是掉入井中被淹死，当时这井盖就是用菱镁水泥作基体材料，用竹纤维作增强材料制作而成的井盖。这种井盖刚生产出来时承载能力较高，但在使用过程中会因失去结晶水后粉化而丧失承载能力。 优点：A、防盗； B、便宜 缺点：A、承载能力不够；B、材质不稳定，使用过程中，井盖的承载能力会不断下降。 三、再生树脂复合材料井盖（硅塑井盖） 利用废旧塑料与粉煤灰在熔融状态下混炼、压制成型，这是一种热塑性复合材料。用这种材料制作井盖构思非常好：再生塑料很廉价，粉煤灰则是国家税收扶持使用的材料。因此，此项目曾在全国各地大量推广应用。由于无纤维作增强
碳纤维复合材料 编辑本段概况 在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。 编辑本段用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。
9月11日作业： 1、说明复合材料的发展历史 复合材料的历史一般可分为两个阶段，即早期复合材料和现代复合材料。早期复合材料的历史较长，很多实例散见于现存的历史遗迹中，并且多少可以从中发现现代复合材料的思想萌芽，最具有代表性的例子是中国古代发明的漆器。现代复合材料只有60多年的历史，它的主要特征是基体采用合成材料。1940年，世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制造了军用飞机雷达罩。1942年，用手糊工艺制造第一艘玻璃钢渔船。 至20世纪60～70年代，玻璃纤维增强塑料制品已经广泛运用于航空、机械、化学、体育和建筑工业中。20世纪50～60年代相继开发了硼纤维、碳纤维和芳纶纤维。20世纪70年代，开发了耐热性更高的氧化铝纤维和碳化硅纤维，还开发了各种晶须，使现代复合材料的性能向耐热、高韧性和多功能方向发展，被称为第三代现代复合材料。近年来开发了宏观—微观复合为一体的各种新型复合材料，例如20世纪80年代后期出现了功能梯度复合材料，也被称为最先进复合材料。 2、请简要介绍复合材料的应用 （1）在建筑上的应用 复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 （2）在陆上交通的运用 主要应用于汽车行业。目前尚处于汽车部件的替代阶段，包括内装饰件、外装饰件和机能结构件。 （3）在船舶和近海工程上的应用 船舶和近海工程上也主要采用玻璃纤维增强塑料，据统计每年要消耗30万吨以上，占世界复合材料总用量的10%以上。 （4）在防腐工程上的应用 玻璃纤维增强塑料良好的防腐性能使之在防腐工程上得到最广泛的应用，消费量也占到复合材料总用量的10%以上。化学工业生产中，从原材料、生产过程中的各类物资，直至最后的成品，往往都具有不同程度的，甚至很强的腐蚀性，因此防腐设备的用量最大，包括各类贮罐、塔器、管道、槽车等。除化工防腐外，油田的输油管、污水管、环保设备中大都采用玻璃纤维增强塑料。 （5）在电气/电子工业上的应用 在电气/电子工业上的应用主要是利用玻璃纤维增强塑料的良好电绝缘性能和良好的绝热性能，用于电力工业的输配电设备、各类绝缘构架和操作器械。 （6）在航空航天和国防军工上的应用 复合材料的高比刚度和比强度，使它成为航空航天中非常理想的材料，因为减重在这里将带来非常大的效益，也因此碳纤维复合材料成为主要的选择。兼要其他功能时也采用其他纤维或混杂纤维。 3、复合材料具有的优点和缺点有哪些？ 优点： （1）高比强度、高比模量 （2）良好的高温性能 （3）良好的尺寸稳定性 （4）良好的化学稳定性 （5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性 （6）良好的功能性能
碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大 4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，