中文名 | 硼纖維復(fù)合材料 | 外文名 | Boron fiber composites |
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組????成 | 硼纖維和其他輔助材料 | 制????造 | 硼/環(huán)氧預(yù)浸漬帶和“干編織”帶 |
性????能 | 高強(qiáng)度、高模量、性能穩(wěn)定等 | 應(yīng)????用 | 航天航空 |
硼是一種努氏硬度值達(dá)3200kg/mm2的極堅(jiān)硬的材料,其硬度超過碳化鎢與一氮化鈦(1800~1880kg/mm2),僅次于鉆石(7000kg/mm2)。固化的硼復(fù)合材料可用鉆石工具進(jìn)行切割、鉆孔和機(jī)械加工,而其預(yù)浸料則可用常規(guī)的鋼刀切割。在實(shí)踐中,鋼刀實(shí)際不能切割堅(jiān)固的纖維;然而,通過一到兩次平緩的加壓就可以將纖維切斷。盡管可以用模板切割出復(fù)雜的外形,但已證明,激光切割是切割大量非矩形硼鋪層的最有效方法。
目前市場上供應(yīng)的硼纖維有若干種。除了兩種纖維直徑,預(yù)浸料可以配有120℃或175℃固化的環(huán)氧樹脂。除了前文已提到過的可成形性有所降低外,硼預(yù)浸料的處理與加工方式與更常用的碳預(yù)浸料相似。
首先將硼纖維進(jìn)行表面處理,再制半成品。
1.硼/環(huán)氧預(yù)浸漬帶
將涂有涂層的硼纖維平行排列,背面用很?。?.003cm厚)的104型稀松的平紋玻璃布來掌握纖維間的間隔和使預(yù)浸帶的側(cè)面完整,目前可制成50%纖維體積含量的預(yù)浸帶,寬度有0.64cm、7.6cm、15.2cm或121.9cm。其固化溫度為177℃或121℃,也可在室溫固化。預(yù)浸帶在-18℃貯存幾年,性能不變。
2.“干編織”帶
硼纖維平行排列,橫向用玻璃纖維或鋁絲編織的帶,這種干帶形式的優(yōu)點(diǎn)是,能保持硼/環(huán)氧氧預(yù)浸帶的形式,可以廢除冰凍儲存,又可簡化硼潤復(fù)合材料制造的幾個(gè)工序,所以干編織帶已引起極大的注意,特別是制備122cm寬的材料更有效果。
硼纖稚環(huán)氧樹脂復(fù)合材料于1966年開始用作飛機(jī)的平衡板和發(fā)動機(jī)的葉片,一向被美國視為航空構(gòu)件的理想材料。但是,由于生產(chǎn)規(guī)模、發(fā)展?jié)摿Φ确矫娴南拗?,硼纖稚遠(yuǎn)遠(yuǎn)不像碳纖稚那樣為世界各國所重視。
玻璃纖維復(fù)合材料的主要缺點(diǎn)之一是比彈性模量低,雖然在航空工業(yè)上早已獲得廣泛應(yīng)用,但以承做飛機(jī)的二類精構(gòu)零件為宜。因此,兼有高比彈性模量和高比強(qiáng)度的硼纖維從其發(fā)明開始,立刻受到航空工業(yè)的重視,發(fā)展相當(dāng)迅速。硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料,以硼纖-環(huán)氧樹脂和硼纖維-鋁發(fā)展較快,兩者均用在飛機(jī)制造業(yè)上。據(jù)悉,美國海軍和格拉瑪公司(Grumman)合作,對F-14戰(zhàn)斗機(jī)從設(shè)計(jì)開始就考慮采用硼纖維復(fù)合材料,其中計(jì)劃用硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂作飛機(jī)的機(jī)體,用硼纖維-鋁復(fù)合材料作發(fā)動機(jī)。鋁蜂窩夾板的外皮是由7.6厘米寬的硼纖維-環(huán)氧樹脂帶制成的,寬19.5厘米、長300厘米。
作為消融材料,硼纖維復(fù)合材料也獲得了實(shí)際應(yīng)用。據(jù)悉,有人用硼纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料試制了一種直徑45厘米、長60厘米再返大氣層用的圓筒裝置,和鋁制品相比,其優(yōu)點(diǎn)是:①內(nèi)容量大,有效負(fù)荷增加;②重量減輕;③空氣動力穩(wěn)定性提高了。
芳綸本身具有較強(qiáng)的抗切割性,所以一般的剪刀在切割時(shí)非常不方便。有專門的芳綸剪刀,和芳綸刀片來對芳綸進(jìn)行剪割。但是如果是KFRP的話,應(yīng)該是要在機(jī)器上裝上對應(yīng)的芳綸刀片來進(jìn)行加工了。
碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域1. 航空航天,飛機(jī)的外殼和內(nèi)部裝備都可以用碳纖維來完成,同等強(qiáng)度,輕于合金,省燃料。2. 風(fēng)力發(fā)電,發(fā)電機(jī)的葉片由碳纖維+玻纖制作,電力環(huán)保,未來能源的方向之一。3. 體育市場,高爾夫...
碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類笭怠蒂干酈妨墊施叮漸似人造石墨,是亂層石墨結(jié)構(gòu)。 碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它的比重...
(1)物理性能,例如纖維體積或面積質(zhì)量,不是通過試驗(yàn)確定的。復(fù)合材料密度值是按照混合定律得到的。
(2)不包括單層拉伸數(shù)據(jù),因?yàn)樵嚇赢a(chǎn)生不可接受的失效模式。
(3)層壓板拉伸測試采用領(lǐng)結(jié)形(bowtie)試樣,該試樣不是試驗(yàn)方法所推薦的。
(4)壓縮測試方法(ASTM D695)不是通常手冊材料所推薦的方法,但由于該纖維的不同特性,所以對該材料使用這種方法。
(5)-59℃(-75°F)干態(tài)條件下層壓板拉伸模量的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)、82℃(180°F)濕態(tài)條件下層壓板拉伸強(qiáng)度(和極限應(yīng)變)的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和-54℃(-65°F)單層縱向壓縮強(qiáng)度的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)被剔除。測試異??赡軐?dǎo)致應(yīng)變以及隨后的模量測量錯(cuò)誤。低的破壞應(yīng)力和應(yīng)變可能是因?yàn)槠茐陌l(fā)生在夾持處或其他異常。
(6)手冊推薦的方法不能用于纖維控制性能的正則化。對于單層壓縮數(shù)據(jù)未報(bào)告實(shí)際的厚度值,且強(qiáng)度是基于所提供的名義厚度得出的。對于層壓板拉伸。正則化的性能同樣基于名義厚度(性能 =實(shí)測值×實(shí)測厚度/名義厚度)。
硼纖維環(huán)氧復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量高,約是鋼的3倍。層壓板性能見下表。
硼纖維/環(huán)氧層壓板在-54℃時(shí)的性能與室溫的性能相似,說明其低溫性能很好。
硼復(fù)合材料與其他飛機(jī)部件的材料進(jìn)行比較,除剪切強(qiáng)度外,50%體積含硼/環(huán)氧復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,模量和壓縮強(qiáng)度都高于其他材料,所以是飛機(jī)部件的最選材料,但價(jià)格較高。
纖維制作過程表明,纖維是在一種昂貴的前體細(xì)絲上生成的單絲,而這種基本方法自20世紀(jì)60年代早期以來并無改變。這就是硼纖維要比碳纖維更加昂貴的主要原因(硼/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的價(jià)格約為等量碳/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的12倍)。硼纖維的這種高昂價(jià)格,對國防應(yīng)用的影響并不大,因?yàn)樗哂袃?yōu)異的比力學(xué)性能,所以被選作F-14和F-15的尾翼蒙皮,并用于B-1轟炸機(jī)的幾個(gè)構(gòu)件。但是,在20世紀(jì)70年代,當(dāng)碳纖維的產(chǎn)量迅速上升,碳纖維的價(jià)格大幅下降,從而,除了特殊的應(yīng)用外,在大多數(shù)一般的飛機(jī)上,碳纖維變得比硼纖維更加合算。
適于硼/環(huán)氧樹脂的一種應(yīng)用情況,是作為對有缺陷金屬結(jié)構(gòu)的修理材料。例如,當(dāng)考慮對飛機(jī)構(gòu)件進(jìn)行修理時(shí),所需要的硼/環(huán)氧樹脂總量一般不大,從而,其較高的材料價(jià)格就不是個(gè)關(guān)鍵的因素。硼/環(huán)氧樹脂的高比拉伸與比壓縮性能非常適合于修理應(yīng)用。碳/環(huán)氧樹脂也可適于這些應(yīng)用情況,但是這種材料有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。由于修理件是用高溫固化膠粘貼到結(jié)構(gòu)上的,碳/環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)低,導(dǎo)致修理后的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)較高的殘余應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力可能增大缺陷處的局部應(yīng)力。此外,碳纖維是導(dǎo)電的,這對于用渦流無損探測方法透過修理材料來核查損傷有無擴(kuò)展起到妨礙作用。硼纖維與鋁不形成電耦合,因此,不存在因硼修理而引起鋁飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕的問題。
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本發(fā)明公開了一種纖維.纖維復(fù)合材料,其包括主要纖維和次要纖維,次要纖維具有低于所述主要纖維的軟化點(diǎn),以便當(dāng)主要纖維和次要纖維的混合物濕法成網(wǎng)形成紙張狀結(jié)構(gòu)體并經(jīng)歷壓力和高于所述次要纖維軟化點(diǎn)的溫度時(shí).
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評分: 4.4
簡述了復(fù)合材料的定義、分類、發(fā)展和特點(diǎn),對碳纖維復(fù)合材料在航空航天、軍工、風(fēng)電葉片和體育器材等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。
以山東某玻璃纖維廠為例,每天使用高硼硼鈣石30噸=三氧化二硼12.3噸=四水硼酸鈣23.208噸=兩水硼酸鈣21.026噸。得出
1.指標(biāo)比較:
硼鈣石:三氧化二硼41--42% 氧化鈣26--28% 二氧化硅小于6.5% 三氧化二鋁小于0.5% 三氧化二鐵小于0.08% 三氧化硫小于0.5% 灼燒失重22--24%
高硼硼酸鈣:三氧化二硼 52.5--54.5% 氧化鈣 27--29 三氧化二鐵小于0.1% 氧化鎂小于1% 氧化二鈉小于1% 灼燒失重17--19%
2.同樣含12.3噸三氧化二硼的產(chǎn)品,高硼硼酸鈣比硼鈣石少含水2.5噸,可節(jié)省2.5噸水蒸發(fā)的燃料與時(shí)間。
3.30噸硼鈣石,4300元/噸,共計(jì)129000元。
高硼硼酸鈣23.208噸,5300元/噸,共計(jì)123000元。
按上述價(jià)格,此玻纖廠每天可節(jié)省6000--7000元。
高硼硼酸鈣比其他原料如:硼砂,硼酸,偏硼酸鋇,偏硼酸鈣,硬硼鈣石有以下優(yōu)勢:
1. 高硼硼酸鈣在硼硅酸鹽玻璃,玻璃纖維制品中作原料比硼酸與硼鎂礦揮發(fā)率減少57%,熔融溫度降低13°C-50°C,節(jié)省燃料16%-38%,增加產(chǎn)量9.2%,降低成本11%,延長窯爐壽命。
2. 高硼硼酸鈣在硼硅酸鹽玻璃,玻璃纖維制品中作原料比使用硬硼鈣石熔融溫度降低13°C-30°C,玻璃纖維的抗拉強(qiáng)度增加9.8%,產(chǎn)量提高9.2%,成本降低9.8%。
3.高硼硼酸鈣更適合拉制成3um-7um的細(xì)纖維,使玻璃纖維成品率保持在此80%-87%之間。
4.高硼硼酸鈣取代偏硼酸鋇、偏硼酸及硼酸作防銹涂料,不但可降低成本而且更符合環(huán)保要求。
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硼對作物的生殖生長起到至關(guān)重要作用,所有作物需要硼只是需要量的大小不同。
一、硼的營養(yǎng)作用
1、促進(jìn)作用。硼能促進(jìn)碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn),植物體內(nèi)含硼量適宜,能改善作物各器官的有機(jī)物供應(yīng),使作物生長正常,提高結(jié)實(shí)率和坐果率。
2、特殊作用。硼對受精過程有特殊作用。它在花粉中的量,以柱頭和子房含量最多,能刺激花粉的萌發(fā)和花粉管的伸長,使授粉能順利進(jìn)行。
3、調(diào)節(jié)作用。硼在植物體內(nèi)能調(diào)節(jié)有機(jī)酸的形成和運(yùn)轉(zhuǎn)。
二、土壤缺硼的原因
1、有效硼含量低導(dǎo)致土壤中硼缺乏,作物表現(xiàn)出缺硼癥狀,如我國南方花崗巖及其他酸性火成巖發(fā)育的土壤。
2、成土過程改變了微量元素含量與分布。例如,黃土發(fā)育的土壤全硼含量不低,但有效硼含量偏低
3、土壤酸度不適,吸附固定。
4、氣候干燥、潮濕。
5、施氮肥、鉀肥過多會加重突然缺硼,因氮肥、鉀肥對硼有拮抗作用。
土壤本身含硼量過低是缺硼的內(nèi)因,氣候條件則是外因。
三、作物缺硼的癥狀
首先是新生組織生長受阻,根尖、莖尖生長受阻或停止;嚴(yán)重缺硼時(shí),頂芽停止生長,逐步枯萎死亡,根系不發(fā)達(dá),葉色暗綠,葉形變小、肥厚、皺縮,莖褐色心腐或空心,花發(fā)育不健全,蕾全脫落,花期延長,果、穗不實(shí),塊根、漿果心腐或壞死。
下面給大家介紹幾種代表性作物缺硼時(shí)的表現(xiàn)癥狀:
1. 柑橘
柑橘缺硼會使成葉和老葉從葉脈開始黃化,最終使全葉暗淡黃化,無光澤,向后卷曲,葉肉較厚,主、側(cè)脈木栓化,嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)開裂,葉肉有暗褐色斑。缺硼嚴(yán)重時(shí),葉片大量早落,枝條枯死,有時(shí)整株干枯。
2. 葡萄
葡萄缺硼時(shí),葉、花、果實(shí)都會出現(xiàn)一定的癥狀。首先新梢頂端的幼葉出現(xiàn)淡黃色小斑點(diǎn),隨后連成一片,使葉脈間的組織變黃色,最后變褐色枯死。植株缺硼時(shí),落花后約經(jīng)一周,子房脫落多,坐果差,使果穗稀疏;有的子房不脫落,成為不受精的無核小果粒,若在果粒增大期缺硼,果肉內(nèi)部分裂組織枯死變褐;硬核期缺硼,果實(shí)周圍維管束和果皮外壁枯死變褐,成為“石葡萄”。
3. 番茄
番茄缺硼時(shí),新葉停止生長,植株呈萎縮狀態(tài)。花和果實(shí)形成受阻,嫩芽、花和幼果易脫落,坐果少,成熟不一致,果實(shí)起皺,表面有木栓狀龜裂,或木質(zhì)化斑點(diǎn),易產(chǎn)生畸形果,果皮上有褐色銹斑。害蟲(蚜蟲等)為害也可造成新葉畸型,因此一旦發(fā)生時(shí)要仔細(xì)觀察有無害蟲。缺鈣也表現(xiàn)為生長點(diǎn)附近發(fā)生萎縮,但缺硼特征是莖的內(nèi)側(cè)木栓化。
4. 玉米
玉米缺硼時(shí),植株的新葉狹長,幼葉展開困難,且葉片簇生。上部葉片葉脈間出現(xiàn)壞死斑點(diǎn),呈白色半透明的條紋狀,很易破裂。雄穗不易抽出,雄花不能形成或變小。果穗短小畸形,籽粒稀少且分布不規(guī)則,形成占整個(gè)果穗1/3。
四、常見硼肥的類型
1、硼砂
一般為白色粉末狀,含硼量在11.3%,主要用作于土壤施肥,在冷水中溶解度較低。
2、硼酸
一般為白色細(xì)結(jié)晶或者粉末,含硼量在17.5%,可以溶解于水,常用作于根部施或者葉面噴霧。
3、硼鎂磷肥
屬于一種含大、中量元素(磷、鎂)和微量元素(硼)的復(fù)合肥料,含硼0.6%左右,含鎂10%~15%,含磷6%左右。
4、有機(jī)硼
液體硼肥,含硼量一般在15%,可溶解于水。采用糖醇、有機(jī)質(zhì)酯化工藝,糖醇防止韌皮部被固定,雙渠道運(yùn)輸,補(bǔ)硼更迅速,有機(jī)質(zhì)硼吸附,防止淋失,補(bǔ)硼更持久。是目前市場農(nóng)民朋友最常見也是最好用的葉面噴施補(bǔ)硼產(chǎn)品。
五、硼肥施用誤區(qū)
誤區(qū)一、硼只對高需硼作物有明顯作用
硼對作物的生殖生長起到至關(guān)重要作用,所有作物需要硼只是需要量的大小不同。油菜、棉花、果樹。蔬菜對硼需要量大,水稻、玉米、小麥對硼需要量少,但即使對硼需要量少的作物,缺硼癥狀也能嚴(yán)重影響產(chǎn)量,各種作物都應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)硼。
誤區(qū)二、作物無缺硼癥狀,無需施用硼肥
大量實(shí)驗(yàn)以證實(shí),作物有對硼隱藏的需求。即使無缺硼癥狀,施用硼肥也能大幅度提高產(chǎn)量。
誤區(qū)三、作物每年只需施一次硼
作物需要連續(xù)不斷的供應(yīng)硼,即使短期中斷硼的供應(yīng),作物產(chǎn)量和品質(zhì)也會受到影響。
因此,施用硼肥應(yīng)與葉面肥結(jié)合,葉面噴施,少量多次。
誤區(qū)四、硼肥主要采用基施方式為主
早期在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引進(jìn)的硼肥是工業(yè)硼砂,只能基施,不能噴施(或噴施效果不好)。土壤基施與葉面噴施結(jié)合施用硼肥效果最好。
誤區(qū)五、高需硼與低需硼作物輪作時(shí)硼肥施用會影響后面作物
研究證實(shí),花椰菜與架豆輪作時(shí)即使花對椰菜施用超過推薦劑量幾倍以上,也不會對下茬架豆有影響。
誤區(qū)六、作物缺硼只對產(chǎn)量/品質(zhì)造成少量影響
作物缺硼會造成全部產(chǎn)量的損失,全部果實(shí)物市場的高端市場價(jià)值。在美國部分地區(qū),農(nóng)場主一旦發(fā)現(xiàn)作物缺硼就會將作物全部拔除。
誤區(qū)七、硼是微肥,重要性不如N/P/K肥
硼對作物開花結(jié)果有不可替代的作用,N/P/K作用不能替代硼,平衡施肥理念應(yīng)該是穩(wěn)氮、減磷、增鉀、補(bǔ)微(硼、硅、鈣等),因此硼與氮、磷、鉀同等重要。
誤區(qū)八、硼鎂肥可以替代硼肥
硼鎂肥俗稱硼泥,其主要成分為硫酸鎂,其中含不到0.2%左右的硼素,僅僅是生產(chǎn)硫酸鎂而產(chǎn)生的下腳料,無法和高含量的流體硼相比。
誤區(qū)九、多種元素葉面肥好于單一微量元素硼
硼作為作物開花結(jié)果最為重要的微量元素,絕大部分經(jīng)濟(jì)類、果樹類、蔬菜類作物對其需求量較大,多種葉面肥中所含微量硼,不能滿足作物對硼的需求。對于開花作物還是要單獨(dú)補(bǔ)噴流體硼。
誤區(qū)十、購買硼肥時(shí)不看產(chǎn)品純硼含量
很多劣質(zhì)/假冒硼肥,不按照國家要求標(biāo)明純硼含量,只含糊標(biāo)出所謂產(chǎn)品純度。即使100%純度的垃圾、廢料再純還是垃圾、廢料,購買產(chǎn)品時(shí)一定認(rèn)清產(chǎn)品,標(biāo)明有純硼含量。
六、作物補(bǔ)硼
作物補(bǔ)硼還是需要多方位進(jìn)行分析,根據(jù)具體作物的實(shí)際情況進(jìn)行硼元素的補(bǔ)充,為瓜果蔬菜的開花坐果保駕護(hù)航,真正的實(shí)現(xiàn)高經(jīng)濟(jì)價(jià)值種植。
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