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晶须及其增强塑料复合材料-宁波工程学院.PDF

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现代塑料加工应用 ·52· M。demPlastics and 第13卷第6期 PrOcessing Applications 晶须及其增强塑料复合材料 隗学礼赵宽放 (中国科学院金属研究所,沈阳,110016) 摘要:概述了晶须的特征和基本性质,探讨了晶须增强复合材料的机制和复合工艺。并介绍了几种主要的晶须及其增强复合材 料的应用情况和发展前景。 关键词: 晶须 复合材料增强塑料钛酸钾碱式硫酸镁碳化硅 高新技术的发展对材料提出了更高的要求,纤 (2)具有显微增强和填充能力 维增强复合材料成了关注对象。在众多的增强纤维 晶须的尺寸细微,不影响复合材料成型流动性, 中,晶须的强度和模量最高,它不仅能增强塑料、金 接近于无填充物的树脂。晶须可在基体中分布得很 属,还能增韧陶瓷。如B—siC晶须,其拉伸强度已均匀,使极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填 达20GPa,抗伸模量达500GPa。这些数值远远超过充,适合制作精密的增强工程塑料零部件及超薄壁 了目前大量使用的增强剂,具有达到复合材料最高 的零部件,甚至可以作成20肚m的超薄壁部件。 强度的潜力。 (3)优良的表面平滑性及高的尺寸精度 晶须之所以有这样高的性能,是因为它是在特 晶须增强的工程塑料部件膨胀系数及成型收缩 殊的条件下以单晶形式生长成的纤维,其直径极小, 率小,有极高的尺寸精度和光洁的平滑表面,远远超 是微米和百纳米级尺寸,很难容纳大晶体中的那些 过碳纤维和玻璃纤维增强材料制品。 缺陷,具有高度有序的原子排列结构,因而可接近材 (4)增强复合材料再生循环使用性能好 料的原子问价键的理论强度。 用晶须增强的塑料复合材料具有良好的重复使 用性。实验表明:材料经多次加工,力学性能变化也 晶须的特征和基本性质 不大,再生循环使用性能很好。 此外,各种晶须还具有独自的特殊性质,它们将 (1)具有优良的力学性质 在下面晶须及其复合材料的应用中作具体介绍。 ①机械强度高。晶须作为细微的单晶体,内部 结构十分完整,具有非常坚韧和不脆的性质,其拉伸 2 晶须复合材料的制作方法及特点 强度为玻璃纤维的5~10倍,比硼纤维有更好的韧 性,兼有=者最好的特性。②晶须能弹性地承受较 要充分发挥晶须的增强效果,必须了解它们的 大的应变而无永久变形。实验表明:晶须经4%的 增强机制并具体解决复合工艺的问题。 应变还在弹性范围内,不产生永久形变,而块状晶体 的弹性变形范围却小于0.1%。③晶须的高温强度 2.1 晶须增强复合材料的机制 损失很小。晶须不存在引起滑移的不完整性,温度 晶须属不连续纤维。根据增强理论[1|,纤维与 升高时,晶须强度几乎没有损失。④晶须具有相当 大的长径比。’晶须的横断面多具有六角形、斜方形、 收稿日期:2001一05—22。 三角形或薄带形,不同于玻璃纤维和硼纤维具有圆 作者简介:隗学礼,中国科学院金属研究所研究员。1962年毕 形横断面,大大增加了长径比,能满足增强塑
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