能性优良的材料
cbf是继碳纤维﹑芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的第四大高技术纤维支柱,在许多条件下可替代碳纤维﹑芳纶纤维,在某些场合甚至比上述两种纤维性能还好。玄武岩纤维及其制品的异常优越性能具体表现在以下几个方面:
(1)显著的耐高温性能和热震稳定性。cbf的使用温度范围为-260 ℃~880 ℃,这一温度远远高于芳纶纤维、无碱e玻纤、石棉、岩棉、不锈钢,接近硅纤维、硅酸铝纤维和陶瓷纤维;热震稳定性好,在500℃温度下保持不变, 在900℃时原始重量仅损失3%[5]。
(2)较低的热传导系数。cbf的热传导系数为0.031 w/m·k~0.038 w/m·k,低于芳纶纤维、硅酸铝纤维、无碱玻纤、岩棉、硅纤维、碳纤维和不锈钢。
(3)高的弹性模量和抗拉强度。cbf的弹性模量为:9100 kg/mm2~11000 kg/mm2,高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙稀纤维和硅纤维。cbf 的抗拉强度为3800~4800
mpa,比大丝束碳纤维、芳纶、pbi纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高,与s玻璃纤维相当。
(4)化学稳定性好。cbf的耐酸性和耐碱性均比铝硼硅酸盐纤维好[6~7]。其耐久性﹑耐候性﹑耐紫外线照射﹑耐水性﹑抗氧化等性能均可与天然玄武岩石头相比美。
(5)吸音系数较高。cbf的吸音系数为0.9~0.99,高于无碱玻纤和硅纤维;优良的透波性和一定的吸波性,吸音和隔音性能优异,具有良好的隐身性能, 可制做隐身材料。
(6)良好的电绝缘性和介电性能。cbf的比体积电阻较高为1×1012 ω·m,大大高于无碱玻纤和硅纤维;体积电阻率比电绝缘e玻璃纤维高一个数量级, 介电损失角正切高50 %。
(7)较低的吸湿性。cbf的吸湿性低于0.1
%,低于芳纶纤维、岩棉和石棉。
(8)天然的硅酸盐相溶性。与水泥﹑混凝土的分散性好,结合力强,热胀冷缩系数一致,耐候性好。
我司根据玄武岩(cbf)纤维的特性,研发出应用于玄武岩纤维复合材料的双组分二液型环氧树脂ld-200-1
f具有良好的技术特性:低容重,低导热率,低吸湿率和对腐蚀介质的化学稳定性,能够降低结构重量,形成新型结构材料。利用这些特性,在军品和民品领域有广泛的应用。玄武岩纤维增强树脂基复合材料是制造坦克装甲车辆的车身材料,可减轻其重量;用于制造火炮材料,尤其是用于炮管热护套材料可以大大提高火炮的命中率和射击精度。在枪弹、引信、弹匣、大口径机枪枪架、坦克装甲车辆的薄板装甲、汽车发动机罩、减振装置等等方面有大量的应用。在船舶工业中可大量用于船壳体、机仓绝热隔音和上层建筑;用cbf蜂窝板可制成火车车厢板,既减轻了车厢的重量,又是一种良好的阻燃材料。
cbf具有良好的增强效应。单纤维拔丝试验表明,cbf与环氧聚合物的粘合能力高于e玻璃纤维,而且在采用硅烷偶联剂处理后其粘合能力还会进一步提高,因此,玄武岩纤维可以代替即将禁用的石棉来作为耐高温结构复合材料、橡胶技术制品等增强材料,也可用于制作制动器、离合器等磨擦片的增强材料。表2为各种纤维增强环氧树脂复合材料的机械性能比较。
表2 各种纤维增强环氧树脂复合材料的机械性能比较[2]
复合材料
密度/ (kg/m3)
抗拉强度/mpa
拉伸模量/gpa
弯曲强度/mpa
弯曲模量/gpa
e-玻纤单向增强
1940
1380
51.7
s-玻纤单向增强
1940
2070
51.7
1520
cbf单向增强
1800~1950
1100~1400
88~100
700~800
e-玻纤层合板
1800~1900
320~520
23~26
519~650
26.1
s-玻纤层合板
1900
600
830
28.8
cbf层合板
1800
430
39
560
43
另外,cbf还是碳纤维的低价替代品,具有一系列优异性能。尤为重要的是,由于它取自天然矿石而无任何添加剂,是目前为止唯一的无环境污染的、不致癌的绿色健康玻璃质纤维产品。所以玄武岩纤维在复合材料的增强材料领域的应用,已引起广泛的重视并将快速发展。
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