无机纤维材料的研究进展.docx

1、 安 徽 建 筑 大 学 名 称 无机纤维材料的研究进展 年级专业 14无机非金属材料工程 班 级 学生姓名 学 号 无机纤维材料的研究进展摘要：结合了近几年新型无机材料发展成果，论述了近年来无机纤维的发展趋势。广泛应用于航空 、冶金化工等领域。我国应加强对高性能无机纤维前驱体化学 、制备和性能以及应用方面的复合研究和工程开发。关键词: 无机纤维; 制备; 应用; 发展趋势无机纤维是指由天然无机物经物理或化学方法加工制成的仍属于无机物质的纤维材料。无机纤维材料具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热容小及耐机械震动等优点。目前无机纤维材料已在冶金、机械、石油、化工、电子、船舶、交通运输及

2、轻工等工业部门得到广泛的应用，并用于宇航及原子能等尖端科学技术。世界主要工业发达国家都竞相发展陶瓷纤维工业，目前世界无机纤维年总产量已突破 40 万吨。无机纤维材料在国内已有几十年的发展，并在浙江德清、山东沂源等地形成了陶瓷纤维的生产基地，形成了规模效应。无机纤维材料有金属纤维，金属纤维是指由金属材料制成的具有细长形态及有一定可挠性的纤维材料。金属纤维可以单独制成纱线使用，也可以和其他纺织纤维混合在一起形成纱线使用，或直接混合成为非织造织物，更多的使用形式是将无机纤维或者织物直接与其他材料（如树脂、水泥）复合在一起使用。玻璃纤维的强度比较高，强度规律有两个特点：一是无碱纤维的强度比有碱纤维高，

3、且含碱量愈高，强度下降愈多，这和纤维中混入含碱氧化物后，结构受到影响有关。玻璃纤维的初始模量基本上要比常规纺织纤维大5倍以上，只要在纤维中加入BeO、MgO都会增大初始模量。碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成，是一种非金属材料，它不属于有机纤维，但从成形方法看，也又不同于一般的无机纤维。石墨碳纤维有类似于石墨的结构。导电性好并有金属的光泽，含碳量超过98%。碳纤维性能优秀，拉伸断裂强度和模量可达24Gpa和400700Gpa，质强而且很轻，并有耐高温、耐腐蚀、耐幅射的功能。竹纤维有天然竹纤维和再生竹纤维之分，其产品价值和风格不同，但都具有抗菌特性。竹子中含有天然抗菌成分“竹醌”，在自然环境中

4、保持不虫蛀、不霉烂。竹纤维具有良好的透气性，悬垂性，吸湿性，耐磨性等，但湿强较低，通常与其它纤维混和增强产品的稳定性。可用来开发夏季家用纺织品、机织针织面料和服装。近年来无机纤维材料发展迅速。无机纤维主要具有以下几个特点: ( 1) 无机纤维的应力 应变曲线中有一部分完全是直线。与大多数的有机材料不同, 无机纤维在应力作用下只有很小的变形, 也就是说它在较低的断裂伸长和较低的接结强度下显示高的弹性模量值。( 2) 无机纤维一般比其构成的致密材料要更加坚固,这是因为较大晶格缺陷在细小纤维内部或表面出现的几率比在致密材料本身出现的几率要小。( 3) 除碳纤维外, 其它的无机纤维都是不燃的。无机纤维

5、的制备与应用，早在 20世纪 60年代, 玻璃纤维在飞机上就获得了应用, 但由于当时的价格昂贵、工艺性能欠佳等原因,未能获得进一步的发展和重视。后来随着技术的改进和应用领域的扩大,玻璃纤维越来越多地用于军事方面, 特别是航天、航空工业, 约占航天航空用的增强纤维中的 67.7%。随后, 其应用范围日益扩大, 如体育器具、建筑构件、轻工制品、化工管道、汽车工业、医疗器械、舟艇船舰等都已普遍采用玻璃纤维及其复合材料。自 20世纪 80 年代以来,其年均增长率高达 10%左右。氧化铝纤维的概况：石棉曾是一种性能独特、用途极广的产业用纤维, 但由于其对人体的健康有较大的危害, 国际上尤其是发达国家已禁

6、止或限制其制品的使用, 因而世界许多国家竞相研制和开发其它纤维材料来代替石棉。其中氧化铝纤维被认为是最佳的石棉代替品之一而被广泛应用。氧化铝纤维属于陶瓷纤维的一种。它于 20世纪 40年代由美国 W B公司中央研究所首先研制成功, 20 世纪 70 年代末开始用于民用工业。它以A l2 03 为主要成分, 含有 Si O2、B2O3 等成分, 形成连续长丝。碳化硅纤维概况：碳化硅具有高温下优异的耐热性能, 引起纤维科学界的重视, 对其进行纤维化的开发和研究, 已经有工业化的产品问世。主要有日本碳素公司的 N-icalon宇部兴产公司的 T irrano, 美国有几家公司也在开发研究中。碳化硅纤

7、维比硼纤维更能抗氧化, 即使在氧化气氛中也能使用。耐热性好, 在高温时能保持强度和刚度。例如碳化硅纤维加热到 1 350 时, 其强度损失 30% 。碳化硅纤维与金属的反应性小, 浸渍性良好, 与树脂、金属的结合性好。碳化硅纤维一般作为纤维增强材料, 基体可选择树脂、金属和陶瓷等材料。碳化硅纤维、氧化铝纤维等一类陶瓷纤维具有超高耐热性以及与金属和陶瓷的相容性, 因此它们十分适合制备增强金属复合材料和增强陶瓷材料, 同时这类纤维与基体界面的热膨胀率及导热率非常接近, 所以在耐热复合材料的开发中发展很快。纤维的加入可提高陶瓷基体的韧性、增加抗冲击强度, 预计在航空航天制品上的耐热部件方面会得到很好

8、的应用。硼纤维概况：硼纤维是一种新型无机纤维, 是一种低密度、高强度、高弹性模量、耐高温纤维。由于硼纤维具有其它陶瓷纤维难以比拟的强度、模量和密度等, 因此它是制备高性能复合材料用的重要增强纤维材料。美国是世界上研究开发硼纤维最主要的国家, 该纤维在20世纪 60年代初是由美国空军材料研究室首先研究开发的, 现已投入正式生产。此外, 瑞士、英国、日本等国也开发出了硼纤维。美国 TEXTRON SYSTEM S是世界上研制生产硼纤维及其复合材料的最著名公司之一, 硼纤维是该公司的一种重要产品。由于硼纤维具有轻质、高强等优异性能, 因此它已在航空航天、体育用品、原子能工业等领域获得应用。( 1)

9、航天飞机中的机身衍架用硼 /铝复合材料管材制造,取得减重 20% 66% 的效果;用于航天飞机货仓间隔支柱, 可减重 44% ; 用于制造多种发动机的风扇、压气机叶片。发动机用硼 /铝复合材料取代钛合金制作叶片,可减重 10%。用于军用飞机机尾水平稳定器。( 2) 用于高乐夫球杆、网球拍和滑雪橇等。( 3) 硼纤维对中子具有吸收能力, 可用作核废料的运输、贮存容器等。随着科技不断进步,各种新兴产业对材料的要求越来越高, 性能优异的无机纤维具有广阔的市场需求, 开发潜力巨大。高性能无机纤维的制备涉及无机 、有机 、纤维成形等多种材料科学与工程技术 ,需要培养复合型人才 ,加大对高性能无机纤维前驱

10、体化学 、制备和成形 、结构与性能以及应用方面的研究和工程开发 。无机纤维的发展大致有以下几个趋势。( 1) 开发具有新的化学成分的无机纤维, 并与其他纤维进行性能的测试比较。( 2) 进行复合纤维的研究, 力求制备一种纤维同时具有几种纤维的优越性能, 并使一种纤维中含有几种成分。如以金属钨纤维或碳纤维为核心, 通过气相沉积法可以制备出强度极高的钨-碳化硅或碳-碳化硅复合纤维。( 3) 进行纤维表面改性, 利用化学气相沉积法或与离子镀相类似的方法, 将已制成的纤维表面再包裹一层相同或不同成分的化学物质, 可以极大地改变纤维的表面性能。无机纤维具有很多其他纤维无法比拟的优越性能,如耐高温、轻质、

11、高强、绝缘性好、化学稳定性好、使用寿命长等。因此, 无机纤维在航空航天、建筑、过滤、防护、隔热绝缘材料等多个领域具有良好的应用前景, 符合多种新兴产业对材料的高要求。我国在无机纤维产业方面与发达国家相比, 还有很大差距, 很多纤维材料都依赖于进口。因此,研究制订我国开发无机纤维材料发展战略, 力争在较短时间内赶上世界先进水平已成当务之急。参考文献：1.新型无机材料/杨华明，宋晓岚，金胜明编著，北京：化学工业出版社，2004.92.几种无机纤维的制备及应用介绍，乔欣, 崔淑玲, 夏勇，2010.63. 高性能无机纤维的性能及应用，张旺玺 ,王艳芝，20114. 杨大祥 ，宋永才 先驱体法制备连续 纤维的特性及其应用 兵器材料科学与工程