材料科学综合

玻璃纤维膨体纱保温材料的开发及性能探讨

刘元军，赵晓明，拓晓

摘要：目的：玻璃纤维膨体纱属于空气变形纱的一种，具有如下特性：仿短纤纱性，即其表层具有与短纤纱相近的几何特性，从而有效地改善了纱线的极光性和蜡状感。膨松性，指原丝束经空气变形加工后体积增加50%～150%，可改善纱线及其织物的服用性能。通过对玻璃纤维膨体纱制品的研究，预期为开发一种多功能玻璃纤维新制品奠定基础，既能具备良好热防护性能，又能够作为复合材料增强体。方法：玻璃纤维膨体纱是利用课题组拥有自主专利的连续功能纤维束气流分散法制备而成；连续功能纤维束气流分散方法是一种非接触式物理分散方法，高速气流通过膨化器喷嘴连续吹喷玻璃纤维长丝束而制成连续纤维膨松丝，形成单丝分散状的连续纤维膨体丝（或称为膨体纱）。由于玻璃纤维膨体纱其自身较为蓬松，给织造过程带来极大不便，膨体纱穿综较为困难，且与钢筘的磨损较为严重，为了改善玻璃纤维膨体纱的织造性能，将玻璃纤维膨体纱加工成玻璃纤维膨体花式纱。玻璃纤维膨体纱花式纱（玻璃纤维膨体花式纱由3根纱线组成，分别为芯纱、饰纱和固结纱）是以玻璃纤维膨体纱为饰纱，以玻璃纤维细纱为芯纱和固结纱加工织造。该织造过程采用花式捻线机，主要通过调节捻度和速比来控制成纱质量。首先，选用玻璃纤维无捻粗纱制备了玻璃纤维膨体纱、玻璃纤维膨体花式纱、及玻璃纤维膨体纱织物。其次，研究了玻璃纤维无捻粗纱和膨体纱的化学结构，并观察了它们的形态结构。最后探讨了膨体纱织物的透气性、力学性能、固定树脂能力及热防护性能。结果：（1）5种织物透气性由高到低分别是，织物5＞织物2＞织物1＞织物3＞织物4。织物5与织物1、织物3克重几乎相同，其厚度最大，但由于纤维间存在空隙较多，织物较为蓬松，透气性最好。织物 2为无捻粗纱和膨体纱直接纺制而成，膨体纱处于蓬松状态，纤维间空隙较膨体花式纱更为明显，织物2透气性较织物1好。织物3为无捻粗纱纺制而成，纱线中纤维抱合紧密，膨体花式纱虽经过加捻固结，但其空隙明显大于无捻粗纱，所以织物3透气性较织物1差。织物4纱线特数较大，织物较为紧密，所以透气性最差。由此可知，织物透气性与织物紧密度、织物中空隙数量密切相关，膨体纱能够有效地增加织物空隙，改善机织物的蓬松性和透气性。（2）织物经纱断裂强力：织物3＞织物1＞织物2。织物纬纱断裂强力：织物3＞织物1＞织物2。织物3为玻璃纤维无捻粗纱织物，纱线中纤维单丝抱合紧密，在拉伸过程中，纱线中每根纤维都能够发挥其力学性能，所以其断裂强力稍优于织物 1、织物 2。（3）织物 1和织物 4纱线结构和纹路相同，但由于织物4的纱线特数和纱线间的紧密度大于织物 1，导致树脂不能完全渗透整个织物，其固定树脂量略低于织物1。织物2在相同面积织物中的克重最轻，但是由于膨体纱的结构特点，使得织物最为丰厚，织物中的空隙最多，能够让树脂有效地渗透到纱线中，所以织物2能够固定的树脂量最多，是其自身重量的3.6倍。（4）织物5作为毡类织物，其TPP值最高，热防护性能最好，但由于其厚度较大，占用空间明显大于膨体纱布。织物4的TPP值略高于织物1，但是其织物结构紧密、纱线较粗，使用原料成本远高于织物1。织物2与织物1相比，虽织物2更为蓬松，更接近毡类制品特点，但是由于织物厚度较薄，其TPP值略低于织物 1。结论：玻璃纤维无捻粗纱与玻璃纤维膨体纱红外光谱图基本一致，说明玻璃纤维经高速气流分散变成玻璃纤维膨体纱的过程是物理变化过程——玻璃纤维长丝束从抱合状态变为单丝分离状态。五种织物透气性由高到低分别是：织物5＞织物2＞织物1＞织物3＞织物4。织物经纱断裂强力：织物3＞织物1＞织物2；织物纬纱断裂强力：织物3＞织物1＞织物2。织物2能够固定的树脂量最多，是其自身重量的3.6倍。织物5的TPP值最高，热防护性能最好；织物4的TPP值略高于织物1，其TPP值略高于织物2，织物3为无捻粗纱织物，热防护性能最差。玻璃纤维膨体纱织物外观丰厚，具备良好的蓬松性、透气性、固定树脂能力及热防护性能。

来源出版物：材料导报, 2016, 30(2): 103-107

入选年份：2016

Sm在耐热镁合金中的作用及研究进展

陈君，李全安，张清，等

摘要：镁合金作为新兴的轻金属结构材料，具有非常独特的优点，如比强度和比刚度高、密度低、电磁屏蔽效果佳、尺寸稳定性好、机加工性能优良等，具有非常广阔的应用前景。然而，镁合金的耐热性能较差，限制了其在耐热零部件（如汽车发动机、曲轴箱、电机机架、离合器活塞以及航空航天飞机变速箱壳体等）方面的广泛应用。合金化是提高镁合金耐热性能最方便有效的途径，镁合金中的合金元素主要包括以下几类：稀土元素（Sm、Y、Nd、Gd、Ce、Sc等）、碱土元素（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镁合金耐热性能效果最好的合金元素。改善镁合金的耐热性能应从强化基体和强化晶界两方面入手，其中限制位错滑移和阻止晶界滑动是关键。提高镁合金的高温力学性能，可以从以下3个方面考虑：（1）引入热稳定性能优异的第二相；（2）降低镁基体的扩散速率；（3）改善晶界结构状态和组织形态。文章重点阐述了Sm改善镁合金力学性能的强化机理。一般认为，镁合金中添加Sm的强化机制主要是固溶强化、细晶强化和析出强化。文章综述了不同系列含Sm耐热镁合金的研究进展。目前较常用的镁合金系列有Mg-Al系、Mg-Zn系和Mg-RE系等，稀土元素Sm不但可通过合金化来改善Mg-Al系和Mg-Zn系合金的高温力学性能，而且可与其他稀土元素联合制备Mg-RE合金。还对含Sm耐热镁合金的发展方向进行了展望，认为在控制生产成本的前提下，Sm合金化是耐热镁合金研究的一个重要发展方向。为进一步开发含 Sm耐热镁合金，可以从以下几个方面进行深入研究：（1）含Sm耐热镁合金强化机理和耐蚀机理的研究；（2）新型高性能含Sm耐热镁合金的研发；（3）高性价比耐热镁合金的开发。综上所述，该文章期望能为稀土耐热镁合金的研制和开发提供思路及依据。

来源出版物：材料导报, 2014, 28(7): 109-111

入选年份：2016