复合材料的增强体有机纤维

要点回顾 1、 纤 维 2、 纤 维3、 纤 维 4 、 纤 维5 、 氧 化 铝 纤 维 6、 纤 维7 、 纤 维 8、 纤 维 4.1 概 述 4.2 硼 纤 维 的 制 造 4.3 硼 纤 维 的 组 织 结 构 4.4 硼 纤 维 的 性 能 4.5 硼 纤 维 的 应 用 4. 硼 纤 维 4.1 概 述硼 ：是 一 种 脆 性 材 料 ， 原 子 序 数 为 5， 相 对 原 子 量 10.8，熔 点 2000oC以 上 ， 电 的 半 导 体 。 硼 纤 维 ：通 过 化 学 气 相 沉 积 （ chemical vapor deposition， CVD） 的 方法 ， 在 超 细 的 异 质 芯 材 上 获 得 表 面 为 硼 的 复 合 纤 维 。芯 材 ：有 钨 丝 、 碳 丝 、 涂 钨 及 涂 碳 的 石 英 玻 璃 纤 维 。 硼 纤 维 是 高 强度 和 高 模 量 的 无 机 纤 维 ， 其 模 量 比 玻 璃 纤 维 约 高 57倍 。 硼 纤 维 研 制 历 史1956年 最 早 制 成 ， 1959年 美 国 TELLY首 先 发 表 了 用化 学 气 相 沉 积 法 制 造 高 性 能 硼 纤 维 的 论 文 ， 并 受 到 了美 国 空 军 材 料 实 验 室 的 高 度 重 视 ， 积 极 推 进 硼 纤 维 及其 复 合 材 料 的 研 制 。 1966年 应 用 于 航 天 工 业 ， 是 应航 天 领 域 对 材 料 日 益 严 苛 的 要 求 而 发 展 起 来 的 ， 是 制造 金 属 复 合 材 料 最 早 采 用 的 高 性 能 纤 维 。硼 纤 维 的 制 备 问 题 ：现 在 硼 纤 维 通 用 的 制 备 方 法 CVD法 ， 这 种 制 备 法 硼 纤维 生 产 率 低 ， 且 须 对 表 面 进 行 特 殊 处 理 （ 防 止 表 面 氧化 及 机 械 损 伤 ） 。 4.2 硼 纤 维 的 制 造制 备 工 艺 ：CVD法 制 备 硼 纤 维 ， 是 以 氢 气 为 还 原 剂 ， 从 三 卤 化 硼 中还 原 出 硼 并 沉 积 在 炙 热 的 芯 材 上 ， 所 需 温 度 约 为 1160oC。 2BX3 + 3H2 2B + 6HX 上 式 中 ， X为 卤 素 原 子 （ Cl、 Br、 I） 。硼 纤 维 的 直 径 有 100m、 140m、 200m几 种 。 4.3 硼 纤 维 的 组 织 结 构硼 纤 维 的 组 织 和 结 构 受 其 制 备 的 工 艺 参 数 影 响 很 大 ， 由此 产 生 的 一 些 结 构 缺 陷 和 组 织 不 规 则 性 都 可 降 低 纤 维 的力 学 性 能 。 因 此 ， 硼 纤 维 制 备 过 程 中 的 工 艺 参 数 很 关 键 （ 1） 硼 纤 维 的 形 貌 ：硼 纤 维 是 由 一 些 边 界 分 开 的 、 不 规 则 的 小 结 节 构 成“ 玉 米 棒 ” 结 构 ， 因 此 表 面 粗 燥 。 小 结 节 是 硼 在 沉 积 过程 中 成 核 并 逐 渐 长 大 的 ， 直 径 为 37微 米 ， 高 13微 米 ，节 间 沟 深 0.250.75微 米 。 图 3.4 硼 纤 维 的 表 面 形 貌 和 断 口 形 貌 （ 2） 硼 纤 维 的 结 构硼 纤 维 的 无 定 形 结 构 实 际 上 是 晶 粒 直 径 为 2纳 米 的 微 晶 结构 （ 主 要 是 菱 形 六 面 体 ） ， 菱 形 六 面 体 的 晶 胞 结构 的 基 本 单 元 是 一 组 由 12个 原 子 构 成 的 二 十 面 体 。在 钨 丝 表 面 形 成 沉 积 的 硼 时 往 往 在 界 面 上 有 硼 化 钨 化 合物 的 形 成 ， 这 主 要 是 硼 在 钨 丝 表 面 扩 散 形 成 的 。 （ 3） 硼 纤 维 的 残 余 应 力 ：采 用 CVD法 制 备 硼 纤 维 事 ， 存 在 着 较 大 的 残 余 应 力 。使 用 钨 芯 时 ， 钨 芯 为 压 缩 应 力 ， 硼 覆 盖 层 为 周 向 拉 伸 应 力（ 硼 化 钨 的 形 成 产 生 体 积 膨 胀 ） ；碳 丝 芯 材 时 ， 碳 与 硼 不 反 应 ， 但 热 膨 胀 不 匹 配 ， 在 碳 芯 中形 成 很 大 的 拉 伸 残 余 应 力 ， 覆 盖 层 中 外 部 为 压 缩 应 力 （ 硼纤 维 被 拉 出 后 冷 淬 形 成 的 ） 。硼 覆 盖 层 中 的 这 种 压 缩 应 力 有 利 于 阻 止 裂 纹 在 外 表 面 扩 展 （ 4） 硼 纤 维 的 结 构 缺 陷 ：包 括 表 面 缺 陷 和 芯 材 与 覆 盖 层 之 间 的 界 面 缺 陷 。 对 硼 纤 维表 面 进 行 化 学 处 理 ， 表 面 缺 陷 被 腐 蚀 掉 ， 硼 纤 维 的 性 能 将有 所 提 高 。（ 5） 硼 纤 维 的 表 面 涂 层 ：由 于 硼 的 表 面 能 高 ， 所 以 在 制 备 复 合 材 料 时 硼 纤 维 容 易 被基 体 材 料 所 浸 润 ， 但 同 时 也 容 易 与 多 数 金 属 （ 如 铝 、 镁 、钛 等 ） 强 烈 反 应 。 因 此 硼 纤 维 表 面 必 须 进 行 涂 层 制 备 ， 包 括 ： BN、 SiC、 B4C等 。 4.4 硼 纤 维 的 性 能化 学 稳 定 性 ：室 温 下 硼 纤 维 的 化 学 稳 定 性 好 ， 但 表 面 具 有 活 性 ， 不 需要 处 理 就 可 与 树 脂 复 合 ， 其 复 合 材 料 具 有 较 高 的 层 间 剪切 强 度 。 但 在 高 温 下 易 与 大 多 数 金 属 反 应 ， 需 要 在 纤 维表 面 沉 积 保 护 涂 层 ， 如 BN、 SiC和 B 4C等 。 抗 氧 化 和 高 温 性 能 ： 硼 纤 维 的 这 两 种 性 能 较 差 ， 在 400C时 可 保 持 室 温 强度 的 80%； 在 高 于 500C的 氧 化 气 氛 中 几 分 钟 其 强 度就 迅 速 下 降 ； 在 650C时 将 失 去 所 有 的 性 能 。模 量 ： 比 S玻 璃 纤 维 高 45倍 。制 造 成 本 ： 较 高 ， 下 降 的 潜 力 也 不 大 。 表 3.6 直 径 为 100微 米 钨 芯 硼 纤 维 的 性 能性 能 数 值 性 能 数 值密 度 ， g/cm3 2.6 杨 氏 模 量 ， GPa 420拉 伸 强 度 ， GPa 3.14.1 剪 切 模 量 ， GPa 165179泊 松 比 0.21 热 膨 胀 系 数 ， 10-6/C 4.685.0纤 维 直 径 ， 微 米 处 理 状 态 平 均 拉 伸 强 度 ， GPa142 未 处 理 3.8406 未 处 理 2.1 382 表 面 化 学 抛 光 4.6382 热 处 理 +化 学 抛 光 5.7表 3.7 改 进 的 特 大 直 径 钨 芯 硼 纤 维 的 性 能 4.5 硼 纤 维 的 应 用硼 纤 维 主 要 用 于 聚 合 物 基 和 铝 基 复 合 材 料 。由 于 卓 越 的 性 能 和 昂 贵 的 价 格 ， 硼 纤 维 增 强 复 合 材 料 主要 用 于 航 空 航 天 、 军 事 领 域 。应 用 实 例 ： 轰 炸 机 、 战 斗 机 的 水 平 尾 翼 。 硼 纤 维 增 强 铝 基时 一 般 带 有 碳 化 硅 涂 层 ， 以 避 免 硼 纤 维 与 铝 、 镁 等 基 体 之间 产 生 有 害 的 界 面 反 应 ； 硼 纤 维 增 强 钛 时 一 般 带 有 B4C涂 层 ， 基 体 常 用 Ti-6Al-4V合 金 。 以 为 主 要 纤 维 组 分 的 陶 瓷 纤 维 统 称为 氧 化 铝 纤 维 ( Aluminia Fibre, AF或 ( Al2O3 )f )。 通 常 情 况 下 ， 将 氧 化 铝 含 量 大 于 70 的纤 维 相 称 为 ； 将 氧 化 铝 含 量 小 于 70 ， 其 余 为 二 氧 化硅 和 少 量 杂 质 的 纤 维 称 为 。 (1) ， 在 空 气 中 加 热 到 1250 还 保持 室 温 强 度 的 90%， 碳 纤 维 通 常 在 400 以 上 就氧 化 燃 烧 。 (2) ， 可 与 金 属 很 好 地 复 合 。 (3) ， 不 需 要 进 行 表 面 处 理 ， 即 能与 树 脂 和 金 属 复 合 。 (4)具 有 极 佳 的 和 ， 尤 其在 高 温 条 件 这 些 性 能 更 为 突 出 。 (5)用 氧 化 铝 增 强 的 复 合 材 料 具 有 优 良 的， 压 缩 强 度 比 GFRP高 ， 是 GFRP的 三 倍 以 上 ，耐 疲 劳 强 度 高 ， 经 107次 重 复 交 变 加 载 后 ， 强 度不 低 于 静 强 度 的 70 。 (6) 、 。 与 玻 璃 钢 相 比 ， 它 的 介 电 常 数 和 损 耗 值小 ， 且 随 频 率 的 变 化 小 ， 电 波 透 过 性 更 好 。 氧 化 铝 纤 维 按 照 纤 维 的 长 短 可 分 为 连 续 氧 化 铝纤 维 和 氧 化 铝 短 纤 维 两 种 。 氧 化 铝 纤 维 的 制 备 方 法较 多 ， 制 备 的 晶 型 有 -Al2O3、 -Al2O3、 - Al2O3 连 续 氧 化 铝 纤 维 的 制 备 方 法 主 要 有 如 下 几 种 拉 晶 法 （ Typo） ： 采 用 制 造 单 晶 的 方 法 制 备氧 化 铝 纤 维 ， 是 单 晶 结 构 ； 溶 液 纺 丝 法 ： 日 本 住 友 公 司 使 用 的 、 通 过 先 驱体 转 化 法 制 备 的 氧 化 铝 纤 维 ， 其 结 构 为 粒 径 为 5纳米 的 超 微 粒 子 聚 集 而 成 ， 属 于 一 种 凝 聚 结 构 。 溶 胶 -凝 胶 法 （ 3M） ： 美 国 3M公 司 采 用 该 方法 制 备 了 氧 化 铝 纤 维 ， 其 结 构 为 多 晶 混 合 结 构 。 混 合 液 纺 丝 法 ： 将 金 属 氧 化 物 与 聚 合 物 溶 液 混合 成 一 定 黏 度 的 溶 液 ， 用 挤 压 纺 丝 的 方 法 从 纺 丝 孔直 接 挤 出 纤 维 ， 再 以 高 温 烧 结 形 成 ； 基 体 纤 维 浸 渍 溶 液 法 ： 用 无 机 铝 盐 溶 液 浸 渍 有机 基 体 纤 维 ， 然 后 高 温 烧 结 除 去 基 体 纤 维 而 得 到 陶瓷 纤 维 。 溶 液 多 为 水 溶 液 ， 基 体 纤 维 多 为 亲 水 性 良好 的 黏 胶 纤 维 。 采 用 此 法 可 以 得 到 强 度 较 高 的 连 续纤 维 。 与 混 合 液 法 相 比 工 艺 简 单 ， 容 易 推 广 。 氧 化 铝 短 纤 维 的 制 备 方 法 主 要 有 两 种 熔 喷 法 ： 将 氧 化 铝 和 氧 化 硅 按 照 一 定 比 例 混 合均 匀 后 ， 在 电 炉 中 高 温 熔 融 ， 以 压 缩 空 气 或 高 温 水蒸 气 将 熔 体 吹 成 细 流 ， 冷 却 后 即 成 为 氧 化 铝 短 纤 维 ； 离 心 甩 丝 法 ： 将 熔 融 的 液 流 落 在 高 速 旋 转 的 离心 辊 的 表 面 ， 由 于 离 心 力 的 拉 伸 作 用 ， 使 得 熔 体 分散 ， 经 二 次 或 三 次 离 心 而 制 得 纤 维 。 此 法 工 艺 产 量大 ， 但 设 备 比 较 复 杂 。 针 对 氧 化 铝 纤 维 特 点 ， 氧 化 铝 纤 维 适 合 于 制造 既 需 要 又 需 要 的 结 构 件 。 用 它 制 作 雷 达 天 线 罩 ， 其 刚 性 比 玻 璃 钢 高 ，透 电 波 性 能 好 ， 耐 高 温 。 若 用 氧 化 铝 纤 维 的 复 合 材 料 制 ， 则 有可 能 不 开 天 线 窗 ， 将 天 线 装 在 弹 内 。 目 前 ， 正 处 于 开 发 阶 段 ，不 久 的 将 来 将 在 航 空 、 航 天 、 卫 星 、 交 通 和 能 源 等部 门 得 到 广 泛 应 用 。 氧 化 铝 纤 维 是 ，约 为 3.20 g / cm 3， 是 纤 维 中 最 大 的 一 种 。 碳 化 硅 纤 维 （ Silicon Carbide Fibre，SF或 SiCf） 是 以 的 一 种陶 瓷 纤 维 。 SiC纤 维 是 纤 维 ， 有 良好 的 、 和 。 优 异 力 学 性 能 （ 均 匀 分 散 的 微 晶 凝 聚 力大 ） 以 在 日 本 碳 公 司 进 行 中 试 生 产 ， 产 品名 称 为 代 表 ， 其 主 要 性 能 如 下 表 所示 ： 尼 卡 纶 的 一 般 性 质 从 表 中 可 看 出 ， 的 强 度 与 韧 性 接 近 于硼 纤 维 。 纤 维 密 度（ g/cm3） 弹 性 模 量（ GPa） 拉 伸 强 度 （ MPa） 比 模 量( GPa/g/cm3) 比 强 度(MPa/g/cm3)NicalonCVD-W芯CVD-C芯Tyranno晶 须 2.63.43.02.43.2 250400400280700 2500360036002400 20000 96.2117.6133.3116.7218.8 961.51058.81200.01000.06250.0表 各 种 SiC纤 维 的 力 学 性 能 比 较 具 有 优 良 的 ， 在 1000以 下 ， 其 力 学 性 能 （ 拉 伸 强 度 和 弹 性 模 量 ） 基 本上 不 变 ， 可 长 期 使 用 。 当 温 度 超 过 1300 时 ， 由 于 SiC微 晶 长 大其 性 能 才 开 始 下 降 。 因 此 ， 相 比 于 碳 纤 维 和 硼 纤维 ， 具 有 更 好 的 ， 是 一 种较 好 的 耐 高 温 材 料 。 具 有 良 好 的 ， 在 80下 耐 强 酸 (HCl、 H2SO4、 HNO3)； 用 30 NaOH浸 蚀 20小 时 后 ， 纤 维 仅 失 重 1以 下 ， 其 力 学 性 能 仍 不 变 。与 全 属 在 1000 以 下 也 不 发 生 反应 ， 而 且 有 很 好 的 浸 润 性 ， 有 益 于 金 属 的 复 合 。 在 通 量 为 3.2 10 10中 子 /秒 的辐 照 1.5小 时 或 以 能 量 为 105中 子 伏 特 ， 200纳秒 的 强 脉 冲 射 线 照 射 下 ， 碳 化 硅 纤 维 均 无 明显 降 低 。 此 外 ， SiC纤 维 还 具 有 ，与 好 ， 常 用 于 金 属 基 和 陶 瓷基 复 合 材 料 。 A、 化 学 气 相 沉 积 法 （ CVD法 ） B、 烧 结 法 (先 驱 体 转 化 法 ) 化 学 气 相 沉 积 法 ： 将 基 体 丝 连 续 通 过 玻 璃 管 状 反应 器 ， 并 在 加 热 到 1200 1300C的 同 时 通 入 适 量的 氯 硅 烷 与 氢 气 的 混 合 反 应 气 体 ， 反 应 气 体 在 热丝 上 发 生 热 解 反 应 生 成 SiC并 沉 积 在 热 丝 上 形 成带 有 芯 （ 丝 ） 材 的 连 续 SiC纤 维 。 生 产 的 碳 化 硅纤 维 是 直 径 为 95-140 um的 单 丝 。CH3 SiCl3 + H2 SiC + HCl + 烧 结 法 ： 1975年 由 日 本 的 关 岛 教 授 首 先 研 制 成 功。 纤 维 呈 束 状 ， 每 束 500根 左 右 ， 每 根 纤 维 10 um 左 右 。 先 驱 体 转 化 法 制 备 碳 化 硅 纤 维 工 艺 流程 ： 聚 碳 硅 烷 合 成 、 聚 碳 硅 烷 纺 丝 、 不 熔 化 处 理、 烧 结 等 阶 段 。 的 主 要 生 产 国 是 美 、 日 两 国 。 美 国 Texton公 司 是 的 主 要 生 产 厂 。碳 化 硅 纤 维 的 系 列 产 品 是 SCS2， SCS6等 ， 并 研 究发 展 碳 化 硅 纤 维 增 强 铝 、 钛 基 复 合 材 料 。 日 本 碳 公 司 是 利 用 生 产 碳 化 硅 纤 维 的主 要 厂 家 ， 系 列 商 品 名 为 Nicalon纤 维 和 Tyranno纤 维 。 80年 代 末 ， 日 本 又 发 展 了 。虽 有 其 性 能 特 点 ， 但 ， 应 用尚 未 广 泛 。 研 究 表 明 碳 化 硅 纤 维 中 含 有 SiC微 晶及 少 量 石 墨 微 晶 和 石 英 微 晶 ， 这 些 微 晶 大小 约 为 5纳 米 左 右 ， 因 此 可 以 认 为 碳 化 硅 纤 维是 由 SiC微 晶 、 少 量 石 墨 微 晶 和 石 英 微晶 组 成 的 均 匀 分 散 体 。 由 于 碳 化 硅 纤 维 具 有 、 的 三 耐 性 能 ， 是 一 种 耐 热 的理 想 材 料 。 适 合 于 制 备 树 脂 、 金 属 及 陶瓷 基 复 合 材 料 。 用 编 织 成 双 向 和 三 向 ， 巳用 于 高 温 的 传 送 带 、 过 滤 材 料 ， 如 汽 车 的 废 气过 滤 器 等 。 已 应 用 于 喷 气 发 动 机 涡 轮叶 片 、 飞 机 螺 旋 桨 等 受 力 部 件 。 在 军 事 上 ， 用 于 大 口 径 军 用 步 枪金 属 基 复 合 枪 筒 套 管 ， M-1作 战 坦 克 履 带 、 火 箭推 进 剂 传 送 系 统 ， 先 进 战 术 战 斗 机 的 垂 直 安 定 面 ，导 弹 尾 部 ， 火 箭 发 动 机 外 壳 ， 鱼 雷 壳 体 等 。 是 20 世 纪 60年 代 发 展 起 来 的 无 机纤 维 ， 该 纤 维 具 有 优 良 的 、 、 以 及 独 特 的 等 ，可 用 作 金 属 基 、 陶 瓷 基 、 聚 合 物 基 复 合 材 料 的 增强 材 料 . 类 似 于 石 墨 ， 而比 石 墨 优 越 。 在 空 气 中 400 时 氧 化 性 能 开 始 降 低 ，而 在 850 的 空 气 中 才 开 始 氧 化 。 被 氧 化 时 产 生 气 体 ， 不 形 成 表 面 的保 护 层 ； 而 在 氧 化 过 程 中 具 有 增 重 现象 。 这 是 因 为 形 成 氧 化 硼 保 护 层 ， 可 以 防 止 深 度氧 化 。 在 惰 性 或 还 原 性 气 氛 中 ， 直 到2500 纤 维 的 性 能 是 稳 定 的 。 的 和 接 近 于 玻 璃 纤 维 ，但 是 它 的 使 它 具 有 较 好 的 。它 的 密 度 为 1.4 2.0 g / cm3， 用 其 制 备 的 复 合材 料 具 有 的 特 点 。 具 有 优 异 的 ， 直 到 2000纤 维 还 具 有 极 好 的 ； 氮 化 硼 纤 维 还 具 有 很 和， 是 耐 烧 蚀 天 线 窗 的 理 想 材 料 。 陶 瓷 纤 维 具 有 称 为 ，如 氧 化 锆 、 氧 化 铍 、 氧 化 镁 、 氧 化 钛 和 硼 化钛 等 纤 维 。 是 可 耐 1260 1790 的 高 温（ 在 惰 性 和 氧 化 性 气 氛 中 ） 、 好 和， 特 别 适 合 于 陶 瓷 基 复 合 材 料 。 是 。 金 属 和 钢 纤 维 金 属 和 钢 的 特 点 是 和 好 ，和 好 。 钢 纤 维 常 用 于 混 凝 土 基 复 合 材 料 。 用 作 复 合 材 料 增 强 体 的 金 属 丝 有 高 强 钢 丝 、 不 锈 钢 丝 和难 熔 金 属 丝 （ 如 钨 、 钼 等 ） 。 高 强 钢 丝 和 不 锈 钢 丝 主 要 用 来增 强 铝 基 复 合 材 料 ， 也 可 用 来 增 强 水 泥 基 复 合 材 料 。 钨 丝 增 强 镍 基 耐 热 合 金 是 比 较 成 功 的 金 属 基 复 合 材 料 。用 钨 丝 增 强 镍 基 合 金 可 以 使 高 温 持 久 强 度 提 高 一 倍 以 上 ， 高温 蠕 变 性 能 也 明 显 提 高 。 金 属 丝 直 径 ， 微米 密 度 ，g/cm3 弹 性 模 量 ，GPa 拉 伸 强 度 ，MPa 熔 点 ，KW 13 19.4 407 4020 3673Mo 25 10.2 329 2160 2895钢 丝 13 7.74 196 4120 1673不 锈 钢丝 80 7.8 196 3430 1673表 各 种 金 属 丝 的 性 能 1、 纤 维 2、 纤 维3、 纤 维 4 、 5 、 6、7 、 8、要点回顾 纤 维 纤 维 (aramid-fiber)是 指 目 前 已 工 业 化生 产 并 广 泛 应 用 的 。 由 芳 香 族 聚酰 胺 树 脂 纺 成 的 纤 维 ， 国 外 称 为 芳 酰 胺 纤 维 。 国 外 商 品 牌 号 叫 ， 我国 暂 命 名 为 。 很 短 ， 发 展 很 快 。 1968午 美 国 开 始 研 制 。 1972年 以 发 表 了 专 利 并 提 供 产 品 。 1972年 又 研 制 了 以 命 名 的 纤 维 。 1973年 正 式 登 记 的 商 品 名 称 为 纤 维 。 一 种 人 工 合 成 的 长 链 聚 酰 胺 纤 维 ， 其 中 至 少 85%的 酰 胺 键 直 接 与 两 个 苯 环 基 团 连 接 。 包 括 三 种 牌 号 的 产 品 ， 并重 改 名 称 。 改 称 为 ； 改 称 为 ； 改 称 为 。 这 三 种 牌 号 纤 维的 用 途 各 不 相 同 。 主 要 用 于 橡 胶 增 强 ， 制 造 轮 胎 、 三 角皮 带 、 同 步 带 等 ； 主 要 用 于 绳 索 、 电 缆 、 涂 漆 织 物 、带 和 带 状 物 ， 以 及 防 弹 背 心 等 。 用 于 航 空 、 宇 航 、 造 船 工 业 的 复合 材 料 制 件 。 自 1972年 作 为 商 品 出 售 以 来 ， 产 量逐 年 增 加 。 其 原 因 是 由 于 该 ， 使 之广 泛 应 用 到 和 各 个 部 门 。 芳酰胺纤维的分类 包 括 ： 全 芳 族 聚 酰 胺 纤 维 (Aramid)和 杂 环 芳 族 聚 酰 胺 纤 维 。主 要 实 用 品 种 : 聚 对 苯 二 甲 酰 对 苯 二 胺 (PPTA)， 美 国 杜 邦 ； 聚 对 苯 甲 酰 胺 (PBA)， 美 国 杜 邦 ； 对 位 芳 酰 胺 共 聚 纤 维 (Technora) ,日 本 帝 人 公 司 聚 对 芳 酰 胺 苯 并 咪 唑 (CBM)和 APMOC纤 维 ， 俄 罗 斯 。 PPTA纤 维 的 制 备 过 程 ： 对 苯 二 甲 酰 氯 (TDC)或 对 苯 二 甲 酸 原 料 对 苯 二 胺 (PPD)单 体 强 极 性 溶 剂 (如 含 有 LiCI或 CaCl2增 溶 剂 的 N-甲 基 吡 咯 烷 酮 即 NMP体 系 ) 制 备 方 法 ： 低 温 溶 液 缩 聚 法 或 直 接 缩 聚 反 应 。PPTA纤 维 制 备 PPTA的 合 成 PPTA的 原 料 为 对 苯 二 甲 酰 氯 或 对 苯 二 胺 、 强 极 性 的 酰胺 类 溶 剂 (二 甲 基 乙 酰 胺 或 六 甲 基 磷 酸 胺 )。 选 用 强 极 性 的 酰 胺 类 溶 剂 ， 是 为 了 将 开 始 生 成 的 聚 合物 留 在 溶 液 中 。 合 成 后 ， 生 成 聚 对 苯 二 甲 酰 对 苯 二 胺 PPTA。 反 应 式 图 如 下 ：PTA聚 合 物 经 过 纺 丝 和 热 处 理 ， 制 得 PPTA纤 维 。 纺丝 纺 丝 液 由 浓 硫 酸 (浓 度 为 100 )与 聚 对 苯 二 甲 酰 对 苯二 胺 (PPTA)组 成 ， 配 成 的 液 晶 溶 液 称 为 明 胶 。 配 比 为PPTA/硫 酸 =20/100， PPTA在 浓 硫 酸 中 形 成 向 列 型 液 晶 态 ，聚 合 物 呈 一 维 取 向 有 序 排 列 。 纺丝有湿纺、干喷和干喷湿纺三种方法。 湿 纺 是 将 明 胶 经 针 孔 挤 出 ， 进 入 冷 凝 液 体 中 快 速 冷 却 ，最 后 在 惰 性 气 体 中 热 处 理 ； 干 喷 是 将 明 胶 由 喷 丝 嘴 喷 出 ， 经 过 一 段 空 气 快 速 拉 伸使 分 子 取 向 ， 最 后 进 行 热 处 理 ； 干 喷 湿 纺 工 艺 是 最 常 用 的 方 法 。 纺 丝 时 ， 在 剪 切 力 作 用下 ， PPTA极 易 沿 作 用力 方 向 取 向 。 采 取 干喷 湿 纺 法 液 晶 纺 丝 工艺 ， 可 抑 制 纤 维 中 产 生卷 曲 或 折 叠 链 ， 使 分 子链 沿 纤 维 的 轴 向 进 一 步高 度 取 向 ， 形 成 几 乎 为100 的 次 晶 结 构 。干 喷 -湿 纺 工 艺 的 过 程 是 ： 041cm100 芳 纶 纤 维 是 对 苯 二 甲 酰 与 对 苯 二 胺 的 聚 合 体 ，经 溶 解 转 为 液 晶 纺 丝 而 成 。 它 的 化 学 结 构 式 如 下 ： 从 上 述 化 学 结 构 可 知 ， 材 料 的 基体 结 构 是 长 链 状 ， 即 结 构 中 含 有 ，其 中 至 少 85 的 酰 氨 直 接 键 合 在 芳 香 环 上 . 键 合 在 芳 香 环 上 刚 硬 的 直 线 状 分 子 键 在是 高 度 定 向 的 ， 各 聚 合 物 链 是 由 作 横 向 连 结 。 这 种 在 和 ，是 造 成 芳 纶 纤 维 的 原 因 ， 即 纤 维的 ， 而 。 芳 纶 纤 维 的 化 学 链 主 要 由 组 成 。 这 种 芳环 结 构 具 有 ， 并 使 聚 合 物 链 呈 状 态而 不 是 状 态 ， 形 成 结 构 ， 因 而 纤 维 具 有。 芳 纶 纤 维 分 子 链 是 ， 这 又 使 纤 维 能而 具 有 的 能 力 ， 在单 位 体 积 内 可 容 纳 很 多 聚 合 物 。 这 种 高 密 度 的 聚合 物 具 有 。 由 于 具 有 ， 因 此 ，它 具 有 、 、以 及 在 很 高 温 度 下 等 特 点 。 通 过 电 镜 对 纤 维 观 察 表 明 ， 芳 纶 是 一 种的 有 规 则 的 。 这 种 结 构 的 模 型 ， 可 以 很 好 地 解 释、 及 的 现 象 。 A 、 芳 纶 纤 维 的 ； 、 芳 纶 纤 维 的 ； 、 芳 纶 纤 维 的 。 芳 纶 纤 维 的 特 点 是 。 单 丝 强 度可 达 3773 MPa； 254mm长 的 纤 维 束 的 拉 伸 强 度为 2744 MPa， 大 约 为 铝 的 5倍 。 芳 纶 纤 维 的 ， 大 约 为 石 墨 纤 维的 6倍 ， 为 硼 纤 维 的 3倍 ， 为 玻 璃 纤 维 0.8倍 。 的 ， 可 达 1.27 1.577 MPa， 比 玻 璃 纤 维 高 一 倍 ， 为 碳 纤 维 0.8倍 。 的 在 3 左 右 ， 接 近 玻 璃纤 维 ， 高 于 其 他 纤 维 。 与 混 杂 将 能 大 大 纤 维 复合 材 料 的 。 的 ， 比 重 为 1.44 1.45， 只有 铝 的 一 半 。 因 此 ， 它 有 高 的 与 。 下 表 为 芳 纶 纤 维 的 基 本 性 能 有 ， 当 温 度 达 487 时 尚 ， 但 开 始 。 因 此 ， 在 高 温 作 用 下 ， 不 发 生 变 形 ，直 至 分 解 。 如 ， 能 长 期 在 180 下 使 用 ； 在 150 下 作 用一 周 后 、 不 会 下 降 ； 即 使 在 200 下 ，一 周 后 15 ， 4 ； 另 外 ， 在 低 温 (-60 )不 发 生 亦 不 。 和 碳 纤 维 一 样 ， 芳 纶 纤 维 的 具 有的 特 点 。 如 ， 芳 纶 纤 维 的 在 0 100时 为 -2 10 -6 / ； 在 100 200 时 为 -4 10 6 / 。 为 59 10 -6 / 具 有 良 好 的 性 能 ， 对 中性 化 学 药 品 的 一 般 是 很 强 的 ， 但 易 受各 种 ， 尤 其 是 ； 芳 纶 纤 维 的 也 不 好 ， 这 是 由 于 在 分 子结 构 中 存 在 着 ； 耐 光 性 差 ， 暴 露 于 可见 光 和 紫 外 线 时 会 产 生 光 致 降 解 ， 使 其 力 学 性 能下 降 和 颜 色 变 化 对 纤 维 的 影 响 ， 类 似 于 尼 龙 或 聚 酯 。 在(20 相 对 湿 度 )下 芳 纶 纤 维 的 吸 湿 率 为 1 ， 但 在 (85 相 对 湿 度 )下 ， 可 达 到 7 。 目 前 ， 芳 纶 纤 维 的 总 产 量 43 用 于(芳 纶 -29)， 31 用 于 ， 17.5用 于 和 ， 8.5 用 于 。 芳纶在复合材料中的应用与展望 芳 纶 可 应 用 于 先 进 复 合 材 料 、 防 弹 制 品 、 缆 绳 、 建 材 、传 送 带 、 特 种 防 护 服 装 、 体 育 运 动 器 材 和 电 子 设 备 。 在 先 进 复 合 材 料 中 ， 芳 纶 用 于 航 空 航 天 领 域 和 战 略 导 弹的 结 构 材 料 、 耐 热 隔 热 功 能 材 料 、 制 造 飞 机 部 件 。 也 可 与 其他 高 级 纤 维 一 道 制 作 混 杂 复 合 材 料 。 芳 纶 应 用 于 航 空 航 天 领 域 耐 热 隔 热 的 功 能 材 料 ， 如 芳 纶短 切 纤 维 增 强 的 三 元 乙 丙 (EPDM)橡 胶 基 复 合 材 料 的 软 片 或带 材 ， 作 为 发 动 机 的 内 绝 热 层 。 芳 纶 /环 氧 复 合 材 料 用 于 制 造 飞 机 部 件 ， 如 发 动 机 舱 、发 动 机 整 流 罩 、 机 翼 与 肌 身 整 流 罩 、 挂 架 整 流 罩 、 机 翼 前缘 、 襟 翼 、 方 向 舵 和 升 降 舵 后 缘 、 安 定 面 翼 尖 、 货 舱 衬 壁 、天 花 板 、 应 急 出 口 门 和 窗 、 发 动 机 调 节 系 统 管 道 等 。 还 用于 直 升 机 的 机 身 外 蒙 皮 、 旋 翼 、 尾 桨 叶 片 和 雷 达 天 线 等 。 芳 纶 广 泛 用 于 混 杂 复 合 材 料 ， 如 ARALL是 以 芳 纶 环 氧无 纬 布 与 薄 铝 板 交 叠 铺 层 、 再 热 压 制 成 的 聚 合 物 -金 属 复 合材 料 ， 称 为 超 混 杂 复 合 材 料 。 超 混 杂 复 合 材 料 它 是 一 种 新 型 的 结 构 材 料 ， 具 有许 多 优 异 性 能 (比 强 度 高 、 比 模 量 高 、 疲 劳 寿 命 是 铝的 100 1000倍 ， 阻 尼 和 耐 噪 声 性 能 较 铝 好 ， 加 工 性能 较 芳 纶 /环 氧 好 )； 荷 兰 和 美 国 的 多 家 飞 机 公 司 利 用ARALL制 造 机 翼 下 蒙 皮 以 及 机 舱 门 。 芳 纶 在 造 船 工 业 中 应 用 于 游 艇 、 赛 艇 、 帆 船 、 小型 渔 船 、 救 生 艇 、 充 气 船 、 巡 逻 艇 的 舶 壳 材 料 ； 战 舰及 航 空 母 舰 的 防 护 装 甲 以 及 声 纳 导 流 罩 等 。 芳 纶 在 汽 车 工 业 中 用 作 橡 胶 轮 胎 的 帘 子 线 。 芳 纶 在 体 育 运 动 器 材 方 面 用 作 弓 箭 、 弓 弦 、 羽 毛 球 拍 ；与 其 他 纤 维 混 杂 的 复 合 材 料 制 作 高 尔 夫 球 棍 、 滑 雪 板 、 雪 橇 、自 行 车 架 和 轮 毂 等 。 芳 纶 在 电 子 设 备 方 面 用 作 集 成 电 路 和 低 膨 胀 系 数 的 印 刷电 路 板 ， 扬 声 器 的 喇 叭 盆 。改善芳纶性能的途径是： 对 PPTA引 入 第 三 组 分 进 行 共 聚 、 共 混 ； 合 成 新 型 的 芳 纶 ； 研 制 PPTA纤 维 与 其 他 纤 维 混 杂 增 强 的 复 合 材 料 ； 对 PPTA纤 维 进 行 表 面 处 理 。 芳 纶 编 织 布 芳 纶 复 合 防 弹 衣芳 纶 纤 维 防 弹 头 盔 自 行 车 链 轮航 空 、 航 天 器 芳 纶 纤 维 布 芳 纶 手 套芳 纶 绳 索 、 环 形 带 （ 套 管 ） 芳 纶 纤 维 光 缆 2. 聚 乙 烯 纤 维 聚 乙 烯 纤 维 又 称 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维 (简 记 为UHMWPE纤 维 )是 指 平 均 分 子 量 在 106以 上 的 聚 乙 烯 所纺 出 的 纤 维 。 工 业 上 多 采 用 3X106左 右 分 子 量 。 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维 的 制 造 方 法 是 冻 胶 纺 丝 超倍 热 拉 伸 技 术 。 这 种 技 术 首 先 由 荷 兰 国 家 矿 业 (DSM)公 司开 发 ， 1979年 获 得 专 利 。 20世 纪 80年 代 中 期 ， 美 国 Allied公 司 通 过 技 术 改 进 ，建 立 了 世 界 上 第 一 个 生 产 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维 的 中 试 装置 投 入 商 品 化 生 产 ， 所 开 发 的 产 品 商 品 名 Spectra 900和Spectral000， 1988年 开 始 应 用 。 20世 纪 80年 代 初 ， 我 国 开 始 研 制 超 高 分 子 量 聚 乙 烯纤 维 。 94年 建 成 工 业 化 实 验 生 产 线 。超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维 的 制 备 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维 是 以 平 均 分 子 量 大 于 106的粉 状 UHMW-PE为 原 料 ， 采 用 冻 胶 纺 丝 超 倍 热 牵 伸技 术 制 造 的 。 (1)高 牵 伸 比 熔 融 纺 丝 20世 纪 70年 代 ， Baman和Keller采 用 高 相 对 分 子 质 量 (10 4 105)的 结 晶 PE进 行 高牵 伸 比 熔 融 纺 丝 ， 所 获 得 的 纤 维 杨 氏 模 量 为 70 GPa。 用 高 牵 伸 比 熔 融 纺 丝 方 法 制 备 的 PE纤 维 ， 其 分 子 链沿 纤 维 轴 定 向 ， 但 分 子 链 本 身 并 未 完 全 伸 直 。 超 倍 热 牵 伸可 使 PE的 分 子 链 完 全 伸 直 并 按 纤 维 轴 取 向 。 (2)冻 胶 纺 丝 超 倍 热 牵 伸 制 备 技 术 将 高 分 子 聚 合 物 在 冻 胶 状 态 使 大 分 子 充 分 解 缠 ， 再 纺丝 ， 脱 除 溶 剂 ， 在 高 牵 伸 比 下 将 冻 胶 丝 进 行 热 牵 伸 ， 获 得高 性 能 PE纤 维 。 此 方 法 称 为 冻 胶 纺 丝 超 倍 热 牵 伸 技术 ， 其 工 艺 流 程 见 图 。 （ 3） 聚 乙 烯 纤 维 的 性 能 纤 维 具 有 独 特 的 综 合 性 能 ， 其 相 对 密 度 低 ， 比 强 度 、 比 模量 高 。 断 裂 伸 长 率 虽 然 也 较 低 ， 但 因 强 度 高 而 使 其 断 裂 功 高 。 具 有 耐 海 水 、 耐 化 学 试 剂 、 耐 磨 损 、 耐 紫 外 线 辐 射 、 耐 腐蚀 、 吸 湿 性 低 、 抗 弯 曲 、 耐 冲 击 、 自 润 滑 、 耐 低 温 、 电 绝 缘等 特 性 。 UHMW-PE纤 维 具 有 良 好 的 柔 曲 性 ,耐 疲 劳 性 ,耐 磨 损 性 好 。 冲 击 强 度 与 尼 龙 相 当 ， 可 以 用 于 制 作 防 弹 衣 。 耐 光 性 比 芳 纶 纤 维 优 异 ； 结 晶 度 高 ， 对 水 、 酸 、 碱 介 质 均 极 稳 定 熔 点 为 150 左 右 ，在 高 温 下 (80 ， 500MPa)使 用 会 发 生 蠕 变 。 的 不 足 之 处 ： （ 约 135 ）。 因 此 仅 能 在 100 以 下 使 用 。 (4)UHMW-PE纤 维 的 应 用 与 展 望 UHMW-PE纤 维 在 现 代 化 战 争 和 宇 航 、 航 空 、 航 天 、 海 洋 工程 等 方 面 具 有 广 泛 用 途 。 通 过 物 理 交 联 或 化 学 交 联 ， 提 高 PE聚 合 物 的 耐 热 性 、耐 磨 性 、 抗 蠕 变 性 。 通 过 高 能 辐 射 ， 如 用 加 速 电 子 束 和 离 子 、 X射 线 辐 射进 行 辐 照 ， 使 纤 维 分 子 链 之 间 产 生 横 向 交 联 。 经 辐 照 的 纤维 与 碳 纤 维 、 玻 璃 纤 维 或 Kevlar纤 维 混 杂 ， 可 以 使 复 合 材料 有 较 好 的 耐 热 、 耐 磨 和 耐 蠕 变 性 。 由 于 纤 维 表 面 光 滑 ， 纤 度 较 高 ， 比 表 面 积 小 ； 又 由 于PE大 分 子 无 极 性 基 团 ， 无 化 学 活 性 ， 表 面 能 低 。 因 此 ， 纤维 与 树 脂 之 间 润 湿 性 差 ， 并 难 以 形 成 化 学 键 结 合 。 对 纤 维进 行 表 面 改 性 可 以 改 善 它 与 聚 合 物 基 体 的 粘 接 性 。为 了 改 进 UHMW-PE纤 维 的 性 能 ， 已 开 展 的 研 究 利 用 化 学 刻 蚀 或 接 枝 、 涂 层 和 氧 化 方 法 ， 在 纤 维 表 面 引 入 反应 性 基 团 ， 使 之 能 与 树 脂 基 体 分 子 的 基 团 反 应 ， 增 加 表 面能 ， 可 以 改 善 纤 维 与 基 体 之 间 的 润 湿 性 。 当 高 分 子 材 料 增 强 的 主 要 方 式 出 现 在 分 子 结 构 或 超 分子 结 构 的 尺 度 ， 并 且 增 强 相 与 基 体 的 化 学 结 构 完 全 相 同 ，则 此 种 增 强 方 式 称 为 分 子 自 增 强 ， 此 种 材 料 称 为 分 子 自 增 强材 料 。 目 前 ， 制 得 的 自 增 强 聚 乙 烯 纤 维 在 强 度 和 模 量 上 都超 过 了 某 些 液 晶 材 料 及 聚 苯 硫 醚 (PPS)、 聚 酰 亚 胺 (P1)等 工程 材 料 。 因 此 ， 分 子 自 增 强 可 以 视 作 发 展 这 种 纤 维 的 方 向 。 各 种 纤 维 在 拉 伸 断 裂 前， 如 下 图 所 示 的 纤 维 的 曲 线 。 拉 伸 应 变 ， %拉伸应力, GPa各种纤维的应力- 应变曲线 从 拉 断 后 观 察 发 现 ， 仅Kevlar-49纤 维 呈 ， 断 裂 前 纤 维 有 明 显的 ， 并 在 发 生 很 大 的 局 部 伸 长 后 才 最 终 断 裂 和 几 乎 就 是 理 想 的 ，断 裂 时 不 发 生 截 面 积 的 缩 小 。 和 是 纤 维 性 能 的 一 个 重要 指 标 。 下 图 给 出 了 各 种 纤 维 比 强 度 和 比模 量 全 图 。 比强度，MPa / ( g / cm 3 ) 纤 维 的 与 有 关 。 一 般 来 讲 ， 材 料 的 熔 点 越 高 ， 热 稳 定 性 就 越 好 。 在 没 有 空 气 和 氧 气 的 条 件 下 ， 具 有 非 常 好 的。 尽 管 块 状 玻 璃 的 软 化 温 度 为 850 ， 但 当 温度 高 于 250 时 ， E玻 璃 纤 维 的 就 开 始迅 速 下 降 。 玻 璃 纤 维 的 高 于 Kevlar49纤 维 。 在受 到 太 阳 光 照 射 时 ， Kevlar纤 维 产 生 严 重 的 光 致劣 化 ， 使 纤 维 变 色 ， 机 械 性 能 下 降 。 （ Whiskers） 是 在 人 工 控 制 条 件 下 ，以 单 晶 形 式 生 长 成 的 一 种 纤 维 。 的 直 径 一 般 为 几 微 米 ， 长 几 十 微 米 ，是 一 种 无 缺 陷 的 理 想 完 整 晶 体 。 由 于 晶 须 的 ， 所 以 不 适 合容 纳 在 大 晶 体 中 常 出 现 的 ， 因 而近 年 来 ， 晶 须 作 为 一 种 新 型 增 强 材 料倍 受 青 睐 。 自 1948年 美 国 贝 尔 电 话 公 司 的 科 学 家 首次 发 现 晶 须 以 来 ， 迄 今 为 止 ， 材 料 学 家 们 已研 究 开 发 出 了 上 百 种 晶 须 ， 有 、 、 、 以 及 等 多 种晶 须 。 但 是 ， 已 经 得 到 实 际 应 用 并 开 始 工 业 化生 产 的 晶 须 只 有 几 种 。 从 大 的 方 面 来 看 ， 分 为和 两 类 ， 用 作 增 强 材 料 的 主 要 是。 的 直 径 只 有 几 个 微 米 ， 长 度一 般 为 几 厘 米 ， 断 面 多 呈 多 角 状 。 陶 瓷 晶 须 的 基 本 性 能 如 下 表 所 示 ： 主 要 有 Ni、 Fe、 Cu、 Si、Ag、 Ti、 Cd等 ； 主 要 有 MgO、 ZnO、BeO、 Al2O3、 TiO2、 Y2O3、 Cr2O3等 。 主 要 是 SiC、 TiC、ZrC、 WC、 B4C等 。 主 要 有 TiB2、 ZrB2、 TaB2、 CrB、NbB2等 主 要 有 如 K2Ti6O13和 Al18B4O33 碳 化 硅 晶 须 具 有 实 用 价 值 的 约 为 1 10m，在 5 1000之 间 。 实 际 上 ， 晶 须 是 含 的 单 晶 短 纤维 ， 其 拉 伸 强 度 接 近 其 纯 晶 体 的 理 论 强 度 。 也 可 以 认 为 ， 是 以 单 晶 结 构 生 长 的直 径 极 小 的 ， 由 于 直 径 小 ( 3um)， 造成 晶 体 中 的 ， ， 故其 接 近 于 的 理 论 值 。 可 用 作 的 增 强 材料 ， 以 增 强 金 属 、 陶 瓷 和 聚 合 物 。 是 目 前 已 知 纤 维 中 的 一种 ， 其 几 乎 等 于。 、 它 的 直 径 非 常 小 ， 使 晶体 削 弱 的 、 和 等 缺 陷 。 、 晶 须 材 料 的 ， 使 它的 强 度 。 兼 有 和 的 优 良 性能 。 它 具 有 玻 璃 纤 维 的 延 伸 率 (3 -4 )和 硼 纤 维 的 弹 性 模 量 (4.2 7.0 106 MPa)。 例 如 ， 氧 化 铝 晶 须 在 2070 高 温 下 ，仍 能 保 持 7000 MPa的 拉 伸 强 度 。 CVD法 法（ VLS） 法法 法 没 有 显 著 的 ， 切 断 、 磨 粉或 其 它 的 施 工 操 作 ， 都 。 在 复 合 材 料 中 的 与 其 品 种 、用 量 关 系 极 大 ， 根 据 实 践 可 得 出 下 面 的 经 验 ： (1)作 为 硼 纤 维 、 碳 纤 维 及 玻 璃 纤 维 的， 加 入 1 -5 晶 须 ， 强 度有 明 显 的 提 高 。 (2)加 入 5 -50 晶 须 对 模 压 复 合 材 料和 浇 注 复 合 材 料 的 强 度 能 成 倍 增 加 。 (3)在 定 向 复 合 材 料 中 、 加 入 70 -90的 晶 须 ， 往 往 可 以 使 其 强 度 提 高 一 个 数 量级 ， 定 向 复 合 材 料 所 用 的 晶 须 制 品 为和 。 (4)在 层 压 板 复 合 材 料 中 ， 加 入 50 -70 的 晶 须 ， 能 使 其 强 度 增 长 许 多 倍 . (5)对 于 高 强 度 、 低 密 度 的 ，胶 结 剂 只 须 相 互 接 触 就 可 把 起 来 ，因 此 晶 须 含 量 可 高 达 90 -95 。 晶 须 一 般 都 是 , 主 要用 作 复 合 材 料 增 强 体 ， 而 且 生 产 成 本 很 高 ，不 易 推 广 使 用 。 因 此 ， 晶 须 复 合 材 料 由 于 其 价 格 昂 贵 ，日 前 主 要 用 在 空 间 和 尖 端 技 术 上 ， 在 民 用方 面 主 要 用 于 、 及 直 升 飞 机的 和 高 强 等 。 在 众 多 种 类 的 晶 须 中 ，（ Zinc Oxide Whisker, 简 写 为ZnOw） 以 其 而 倍 受 注 目 。 由 于 的 制 造 工 艺 、 周 期 、成 本 、 纯 度 等 存 在 较 大 的 ， 全 世界 进 入 产 业 化 生 产 程 序 的 企 业 仅 有 两 家 ，一 家 是 日 本 ， 另 一 家 则 是 成都 交 大 。 目 前 ， 新 型与 普 通 的 晶 须 完 全 不 同 , 为微 纤 维 。 如 下 图 所 示 。 新 型 不 仅 生 产 成 本 低 ， 而 且功 能 独 特 。 由 于 其 独 特 的 , 特 有 的、 、 等 特 性 ， 除 了 增 强 作 用 外 , 其 多 方 面 的 功 能 决 定 了 该 晶 须 可 以 作 为、 ， 在 国 防 、 电 子 、 化 工 、 交通 等 领 域 发 挥 巨 大 的 作 用 。 性 能 数 值化 学 式 ZnOZnO 含 量 (%) 99.99真 实 比 重 5.96表 观 比 重 0.01-0.5针 状 体 根 直 径 (m m) 0.1-10体 积 电 阻 率 (W .cm) 7.14介 电 常 数 8.55拉 伸 强 度 (GPa) 10弹 性 模 量 (GPa) 345热 膨 胀 率 (%/ ) 4 10 -6 外 观 ： 固 体 （ 在 显 微 镜下 为 纤 维 状 或 针 状 单 晶 体 ） 分 子 量 ： 136.14 直 径 ： 12um长 度 ： 30150um长 径 比 ： 20100 直 径 ： 0.11.5um长 度 ： 20120um长 径 比 ： 30200 拉 伸 强 度 ： 2.058Gpa 弹 性 率 ： 176.4Gpa 相 对 密 度 ： 2.96 莫 氏 硬 度 ： 3 (1) 添 加 在 塑 料 、 橡 胶 中 起作 用 ， 并 有 一 定 的 进 而。 另 外 ， 还 能 降 低基 体 熔 化 后 的 流 动 性 。 (2) 可 用 作 中 等 强 度 的， 细 径 纤 维 的 与 其 它高 性 能 纤 维 增 强 材 料 的 接 近 。 用 增 强 的 塑 料 制 品 ， 其 抗 拉强 度 、 弯 曲 强 度 、 弯 曲 弹 性 率 的 热 变 形 温 度均 有 提 高 。 可 以 代 替 石 棉 作 ， 保 温 、 保 冷 材 料 等 。 还 可 部 分 代替 玻 璃 纤 维 。 (3) 可 用 来 增 强 聚 丙 烯 。 可增 加 材 料 的 、 。 (4)加 入 可 提 高 环 氧 树 脂 的。 其 增 强 效 果 超 过 石 英 粉 、 氧 化铝 、 白 碳 黑 、 超 细 硅 酸 铝 等 添 加 剂 。 外 观 ： 分 子 量 ： 1056.88直 径 ： 0.5 1um 长 度 ： 5 30um相 对 密 度 ： 2.90-2.94 拉 伸 强 度 ： 8Gpa 莫 氏 硬 度 ： 7 弹 性 模 量 ： 400Mpa 热 膨 胀 系 数 ： 4.2 10 6/ (1)