纤维复合材料

玻璃钢是人们所熟悉的一种复合材料，它是本世纪 40 年代研制出来的。以玻璃纤维为骨料，以合成树脂作基本和粘结剂，加热压制成型就得到玻璃钢，其成品强度可与钢材媲美，比重仅为钢的 1/5～1/4，耐高温、抗腐蚀、电绝缘、抗震抗裂、隔音隔热、加工方便。在航空、机械、汽车、舰船、建筑、化工等部门得到广泛的应用。

1960 年，美国人研制出了硼纤维，这是一种强度和弹性都比玻璃纤维更

好的纤维材料。其制作过程是：把直径 13 微米的钨丝放入高温沉积钨内，在三氯化硼和氢气的混合气体里加热到 1000℃以上，炉丝上连续沉积金属硼， 就形成了钨丝外面包着硼的纤维，其强度是玻璃纤维的 5 倍。它既可与树脂复合又可与金属复合。用硼一环氧系复合材料作宇宙飞行器的结构材料比用铝和铝合金重量轻、强度高。用金属铝作基体的硼铝复合材料耐 1200℃高温，用来制造飞机机体可使飞机重量减轻 23％。用硼纤维补强的钛镍复合材料在军事和空间技术上起重要作用。

碳纤维是最近十几年才发展起来的一种新材料。它可用聚合物纤维通过一定的工艺制得。把聚丙烯腈丝在 200～300℃的空气或氧气中进行热分解， 然后在 1000℃的氢气中碳化，最后在 2500℃的惰性气体中迅速加热，就可得到石墨化的纤维。这种碳纤维直径只有 5～10 微米，十分脆。人们用溴或一氯化碘来塑化纤维，经塑化的纤维可纺成纱、织成布，最后除去塑化剂，碳纤维仍保持原来形状。

碳纤维的特点是高强度、高弹性模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电传热、密度小、热膨胀系数小。但它难与其他材料复合，所以复合前要首先作表面处理。

用碳纤维增强的尼龙 66 有很好的韧性和良好的导电性，可作电荷分散体

和导电体。其耐磨强度比用玻璃纤维增强的尼龙 66 高 4 倍。碳纤维增强的聚苯硫醚具有优异的抗拉强度，导电性提高，表面电阻降低，有优异的耐腐蚀和耐水解性能。

用碳纤维增强陶瓷或玻璃，不仅能提高陶瓷或玻璃的强度，更主要的是

大大提高了其韧性。这种增强复合材料在燃气涡轮机、火箭发动机上用于制作关键设备。用碳纤维增强金属能有效地提高材料的综合性能，是一项很有发展前途的技术。用碳纤维增强铝的复合材料的技术已经发展成熟，它生产成本低，材料的比强度、比刚度高，能耐高温，抗拉强度、耐磨性好，是电和热的良导体。因此在飞机、坦克、导弹、卫星等方面得到广泛利用。

目前发展较快的还有金属纤维增强金属的复合材料。例如，用钨纤维增强铬铝钇铁合金而制得的复合材料，具有高温强度高，延展性好，抗氧化， 耐腐蚀等最佳综合性能，是生产燃气涡轮机叶片、火箭发动机喷嘴、航天飞机鼻锥等的优质材料。

混杂复合材料是把玻璃、碳等纤维按各自的特点组合起来，编制成粗纱、毡、布等，再与塑料、陶瓷等复合而成。这种办法的优点是成本低，能使各种材料的特性互补以获得较高的综合性能，并且还会获得意想不到的混杂效果，因而发展迅速。