材料科學(xué)綜合

玻璃纖維膨體紗保溫材料的開發(fā)及性能探討

劉元軍，趙曉明，拓曉

摘要：目的：玻璃纖維膨體紗屬于空氣變形紗的一種，具有如下特性：仿短纖紗性，即其表層具有與短纖紗相近的幾何特性，從而有效地改善了紗線的極光性和蠟狀感。膨松性，指原絲束經(jīng)空氣變形加工后體積增加50%～150%，可改善紗線及其織物的服用性能。通過對(duì)玻璃纖維膨體紗制品的研究，預(yù)期為開發(fā)一種多功能玻璃纖維新制品奠定基礎(chǔ)，既能具備良好熱防護(hù)性能，又能夠作為復(fù)合材料增強(qiáng)體。方法：玻璃纖維膨體紗是利用課題組擁有自主專利的連續(xù)功能纖維束氣流分散法制備而成；連續(xù)功能纖維束氣流分散方法是一種非接觸式物理分散方法，高速氣流通過膨化器噴嘴連續(xù)吹噴玻璃纖維長(zhǎng)絲束而制成連續(xù)纖維膨松絲，形成單絲分散狀的連續(xù)纖維膨體絲（或稱為膨體紗）。由于玻璃纖維膨體紗其自身較為蓬松，給織造過程帶來極大不便，膨體紗穿綜較為困難，且與鋼筘的磨損較為嚴(yán)重，為了改善玻璃纖維膨體紗的織造性能，將玻璃纖維膨體紗加工成玻璃纖維膨體花式紗。玻璃纖維膨體紗花式紗（玻璃纖維膨體花式紗由3根紗線組成，分別為芯紗、飾紗和固結(jié)紗）是以玻璃纖維膨體紗為飾紗，以玻璃纖維細(xì)紗為芯紗和固結(jié)紗加工織造。該織造過程采用花式捻線機(jī)，主要通過調(diào)節(jié)捻度和速比來控制成紗質(zhì)量。首先，選用玻璃纖維無捻粗紗制備了玻璃纖維膨體紗、玻璃纖維膨體花式紗、及玻璃纖維膨體紗織物。其次，研究了玻璃纖維無捻粗紗和膨體紗的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并觀察了它們的形態(tài)結(jié)構(gòu)。最后探討了膨體紗織物的透氣性、力學(xué)性能、固定樹脂能力及熱防護(hù)性能。結(jié)果：（1）5種織物透氣性由高到低分別是，織物5＞織物2＞織物1＞織物3＞織物4?？椢?與織物1、織物3克重幾乎相同，其厚度最大，但由于纖維間存在空隙較多，織物較為蓬松，透氣性最好?？椢?2為無捻粗紗和膨體紗直接紡制而成，膨體紗處于蓬松狀態(tài)，纖維間空隙較膨體花式紗更為明顯，織物2透氣性較織物1好。織物3為無捻粗紗紡制而成，紗線中纖維抱合緊密，膨體花式紗雖經(jīng)過加捻固結(jié)，但其空隙明顯大于無捻粗紗，所以織物3透氣性較織物1差。織物4紗線特?cái)?shù)較大，織物較為緊密，所以透氣性最差。由此可知，織物透氣性與織物緊密度、織物中空隙數(shù)量密切相關(guān)，膨體紗能夠有效地增加織物空隙，改善機(jī)織物的蓬松性和透氣性。（2）織物經(jīng)紗斷裂強(qiáng)力：織物3＞織物1＞織物2?？椢锞暭啍嗔褟?qiáng)力：織物3＞織物1＞織物2。織物3為玻璃纖維無捻粗紗織物，紗線中纖維單絲抱合緊密，在拉伸過程中，紗線中每根纖維都能夠發(fā)揮其力學(xué)性能，所以其斷裂強(qiáng)力稍優(yōu)于織物 1、織物 2。（3）織物 1和織物 4紗線結(jié)構(gòu)和紋路相同，但由于織物4的紗線特?cái)?shù)和紗線間的緊密度大于織物 1，導(dǎo)致樹脂不能完全滲透整個(gè)織物，其固定樹脂量略低于織物1?？椢?在相同面積織物中的克重最輕，但是由于膨體紗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得織物最為豐厚，織物中的空隙最多，能夠讓樹脂有效地滲透到紗線中，所以織物2能夠固定的樹脂量最多，是其自身重量的3.6倍。（4）織物5作為氈類織物，其TPP值最高，熱防護(hù)性能最好，但由于其厚度較大，占用空間明顯大于膨體紗布?？椢?的TPP值略高于織物1，但是其織物結(jié)構(gòu)緊密、紗線較粗，使用原料成本遠(yuǎn)高于織物1?？椢?與織物1相比，雖織物2更為蓬松，更接近氈類制品特點(diǎn)，但是由于織物厚度較薄，其TPP值略低于織物 1。結(jié)論：玻璃纖維無捻粗紗與玻璃纖維膨體紗紅外光譜圖基本一致，說明玻璃纖維經(jīng)高速氣流分散變成玻璃纖維膨體紗的過程是物理變化過程——玻璃纖維長(zhǎng)絲束從抱合狀態(tài)變?yōu)閱谓z分離狀態(tài)。五種織物透氣性由高到低分別是：織物5＞織物2＞織物1＞織物3＞織物4?？椢锝?jīng)紗斷裂強(qiáng)力：織物3＞織物1＞織物2；織物緯紗斷裂強(qiáng)力：織物3＞織物1＞織物2。織物2能夠固定的樹脂量最多，是其自身重量的3.6倍?？椢?的TPP值最高，熱防護(hù)性能最好；織物4的TPP值略高于織物1，其TPP值略高于織物2，織物3為無捻粗紗織物，熱防護(hù)性能最差。玻璃纖維膨體紗織物外觀豐厚，具備良好的蓬松性、透氣性、固定樹脂能力及熱防護(hù)性能。

來源出版物：材料導(dǎo)報(bào), 2016, 30(2): 103-107

入選年份：2016

Sm在耐熱鎂合金中的作用及研究進(jìn)展

陳君，李全安，張清，等

摘要：鎂合金作為新興的輕金屬結(jié)構(gòu)材料，具有非常獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如比強(qiáng)度和比剛度高、密度低、電磁屏蔽效果佳、尺寸穩(wěn)定性好、機(jī)加工性能優(yōu)良等，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，鎂合金的耐熱性能較差，限制了其在耐熱零部件（如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸箱、電機(jī)機(jī)架、離合器活塞以及航空航天飛機(jī)變速箱殼體等）方面的廣泛應(yīng)用。合金化是提高鎂合金耐熱性能最方便有效的途徑，鎂合金中的合金元素主要包括以下幾類：稀土元素（Sm、Y、Nd、Gd、Ce、Sc等）、堿土元素（Sr、Ca、Ba等）及其他合金元素（Al、Zn、Mn、Si、Ag、Bi、Sn、Sb、Zr等），其中稀土元素是提高鎂合金耐熱性能效果最好的合金元素。改善鎂合金的耐熱性能應(yīng)從強(qiáng)化基體和強(qiáng)化晶界兩方面入手，其中限制位錯(cuò)滑移和阻止晶界滑動(dòng)是關(guān)鍵。提高鎂合金的高溫力學(xué)性能，可以從以下3個(gè)方面考慮：（1）引入熱穩(wěn)定性能優(yōu)異的第二相；（2）降低鎂基體的擴(kuò)散速率；（3）改善晶界結(jié)構(gòu)狀態(tài)和組織形態(tài)。文章重點(diǎn)闡述了Sm改善鎂合金力學(xué)性能的強(qiáng)化機(jī)理。一般認(rèn)為，鎂合金中添加Sm的強(qiáng)化機(jī)制主要是固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。文章綜述了不同系列含Sm耐熱鎂合金的研究進(jìn)展。目前較常用的鎂合金系列有Mg-Al系、Mg-Zn系和Mg-RE系等，稀土元素Sm不但可通過合金化來改善Mg-Al系和Mg-Zn系合金的高溫力學(xué)性能，而且可與其他稀土元素聯(lián)合制備Mg-RE合金。還對(duì)含Sm耐熱鎂合金的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，認(rèn)為在控制生產(chǎn)成本的前提下，Sm合金化是耐熱鎂合金研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。為進(jìn)一步開發(fā)含 Sm耐熱鎂合金，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：（1）含Sm耐熱鎂合金強(qiáng)化機(jī)理和耐蝕機(jī)理的研究；（2）新型高性能含Sm耐熱鎂合金的研發(fā)；（3）高性價(jià)比耐熱鎂合金的開發(fā)。綜上所述，該文章期望能為稀土耐熱鎂合金的研制和開發(fā)提供思路及依據(jù)。

來源出版物：材料導(dǎo)報(bào), 2014, 28(7): 109-111

入選年份：2016