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玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维:如何选择合适的增强材料

复合材料的物理性能以纤维为主。这意味着,当树脂和纤维结合在一起时,它们的性能与单个纤维的性能非常相似。测试数据表明,纤维增强材料是承载大部分载荷的组件。因此,在设计复合结构时,面料选择至关重要。

通过确定项目中所需的加固类型开始该过程。一般制造商可以从三种常见的增强材料中进行选择:玻璃纤维、碳纤维和Kevlar®(芳纶纤维)。玻璃纤维往往是通用选择,而碳纤维提供高刚度和 Kevlar® 高耐磨性。请记住,织物类型可以在层压板中组合形成混合叠层,具有不止一种材料的优点。

一旦确定了面料系列,请选择适合工作需求的重量和编织样式。织物的盎司重量越轻,越容易悬垂在高度轮廓的表面上。轻量级也使用较少的树脂,因此整个层压板仍然更轻。随着织物变得更重,它们变得不那么灵活。中等重量保留了足够的柔韧性以覆盖大多数轮廓,它们对部件的强度有很大贡献。它们非常经济,可生产用于汽车、船舶和工业应用的坚固轻质部件。编织粗纱是相对较重的增强材料,通常用于造船和模具制造。

织物的编织方式被认为是其图案或风格。从三种常见的编织样式中进行选择:平纹、缎纹和斜纹。平纹编织款式最便宜,相对最不柔韧,但剪裁时它们可以很好地结合在一起。线的频繁上/下交叉降低了平纹组织的强度,尽管它们仍然足以满足除最高性能应用之外的所有应用。

缎纹和斜纹织物比平纹织物更柔软、更结实。在缎纹编织中,一根纬纱漂浮在三到七根其他经线上,然后缝合在另一根经线下。在这种松散的编织类型中,线的运行时间更长,保持了纤维的理论强度。斜纹编织提供缎面和素色风格之间的折中,以及通常理想的人字形装饰效果。

技术提示:为了增加织物的柔韧性,将其从卷筒上以 45 度的倾斜角剪下。以这种方式剪裁时,即使是最粗糙的织物也能更好地悬垂在轮廓上。

玻璃纤维增强材料

玻璃纤维是复合材料行业的基础。自 1950 年代以来,它已被用于许多复合材料应用中,并且其物理特性已被很好地理解。玻璃纤维重量轻,具有中等的拉伸和压缩强度,可承受损坏和循环载荷,并且易于处理。

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玻璃纤维是所有可用复合材料中使用最广泛的。这主要是由于其相对较低的成本和适中的物理性能。玻璃纤维非常适合日常项目和不需要太高要求的纤维织物增加强度和耐用性的部件。

为了最大限度地提高玻璃纤维的强度性能,它可以与环氧树脂一起使用,并且可以使用标准层压技术进行固化。它非常适用于汽车、船舶、建筑、化工和航空行业的应用,并且常用于体育用品。

Kevlar® 增强材料

Kevlar® 是最早在纤维增强塑料 (FRP) 行业获得认可的高强度合成纤维之一。复合材料级Kevlar®重量轻,具有出色的比抗张强度,并被认为高度抗冲击和耐磨。常见的应用包括轻型船体,如皮划艇和独木舟、飞机机身面板和压力容器、防割手套、防弹衣等。Kevlar® 与环氧树脂或乙烯基酯树脂一起使用。

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碳纤维增强材料

碳纤维的含碳量高达 90%以上,在 FRP 行业中具有最高的极限拉伸强度。事实上,它还拥有业内最大的抗压强度和弯曲强度。加工后,这些纤维结合起来形成碳纤维增强材料,如织物、丝束等。碳纤维增强材料提供高比强度和比刚度,它通常比其他纤维增强材料更昂贵。

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为了最大限度地提高碳纤维的强度特性,它应与环氧树脂一起使用,并且可使用标准层压技术进行固化。它非常适用于汽车、船舶和航空航天等领域的应用,并且经常应用于体育用品。

来源:山西科达建工


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