硼纤维复合材料文献
复合材料及碳纤维复合材料应用现状
复合材料及碳纤维复合材料应用现状
简述了复合材料的定义、分类、发展和特点,对碳纤维复合材料在航空航天、军工、风电叶片和体育器材等领域的应用现状进行了介绍。
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硼是一种努氏硬度值达3200kg/mm2的极坚硬的材料，其硬度超过碳化钨与一氮化钛（1800～1880kg/mm2），仅次于钻石（7000kg/mm2）。固化的硼复合材料可用钻石工具进行切割、钻孔和机械加工，而其预浸料则可用常规的钢刀切割。在实践中，钢刀实际不能切割坚固的纤维；然而，通过一到两次平缓的加压就可以将纤维切断。尽管可以用模板切割出复杂的外形，但已证明，激光切割是切割大量非矩形硼铺层的最有效方法。
目前市场上供应的硼纤维有若干种。除了两种纤维直径，预浸料可以配有120℃或175℃固化的环氧树脂。除了前文已提到过的可成形性有所降低外，硼预浸料的处理与加工方式与更常用的碳预浸料相似。
首先将硼纤维进行表面处理，再制半成品。
1．硼/环氧预浸渍带
将涂有涂层的硼纤维平行排列，背面用很薄（0.003cm厚）的104型稀松的平纹玻璃布来掌握纤维间的间隔和使预浸带的侧面完整，目前可制成50%纤维体积含量的预浸带，宽度有0.64cm、7.6cm、15.2cm或121.9cm。其固化温度为177℃或121℃，也可在室温固化。预浸带在-18℃贮存几年，性能不变。
2．“干编织”带
硼纤维平行排列，横向用玻璃纤维或铝丝编织的带，这种干带形式的优点是，能保持硼/环氧氧预浸带的形式，可以废除冰冻储存，又可简化硼润复合材料制造的几个工序，所以干编织带已引起极大的注意，特别是制备122cm宽的材料更有效果。
硼纤稚环氧树脂复合材料于1966年开始用作飞机的平衡板和发动机的叶片，一向被美国视为航空构件的理想材料。但是，由于生产规模、发展潜力等方面的限制，硼纤稚远远不像碳纤稚那样为世界各国所重视。
玻璃纤维复合材料的主要缺点之一是比弹性模量低，虽然在航空工业上早已获得广泛应用，但以承做飞机的二类精构零件为宜。因此，兼有高比弹性模量和高比强度的硼纤维从其发明开始，立刻受到航空工业的重视，发展相当迅速。硼纤维增强的复合材料，以硼纤-环氧树脂和硼纤维-铝发展较快，两者均用在飞机制造业上。据悉，美国海军和格拉玛公司（Grumman）合作，对F-14战斗机从设计开始就考虑采用硼纤维复合材料，其中计划用硼纤维增强环氧树脂作飞机的机体，用硼纤维-铝复合材料作发动机。铝蜂窝夹板的外皮是由7.6厘米宽的硼纤维-环氧树脂带制成的，宽19.5厘米、长300厘米。
作为消融材料，硼纤维复合材料也获得了实际应用。据悉，有人用硼纤维-环氧树脂复合材料试制了一种直径45厘米、长60厘米再返大气层用的圆筒装置，和铝制品相比，其优点是：①内容量大，有效负荷增加；②重量减轻；③空气动力稳定性提高了。
芳纶本身具有较强的抗切割性，所以一般的剪刀在切割时非常不方便。有专门的芳纶剪刀，和芳纶刀片来对芳纶进行剪割。但是如果是KFRP的话，应该是要在机器上装上对应的芳纶刀片来进行加工了。
碳纤维应用领域1. 航空航天，飞机的外壳和内部装备都可以用碳纤维来完成，同等强度，轻于合金，省燃料。2. 风力发电，发电机的叶片由碳纤维+玻纤制作，电力环保，未来能源的方向之一。3. 体育市场，高尔夫...
碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类笭怠蒂干郦妨垫施叮渐似人造石墨，是乱层石墨结构。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重...
（1）物理性能，例如纤维体积或面积质量，不是通过试验确定的。复合材料密度值是按照混合定律得到的。
（2）不包括单层拉伸数据，因为试样产生不可接受的失效模式。
（3）层压板拉伸测试采用领结形（bowtie）试样，该试样不是试验方法所推荐的。
（4）压缩测试方法（ASTM D695）不是通常手册材料所推荐的方法，但由于该纤维的不同特性，所以对该材料使用这种方法。
（5）-59℃（-75°F）干态条件下层压板拉伸模量的两个数据点、82℃（180°F）湿态条件下层压板拉伸强度（和极限应变）的一个数据点和-54℃（-65°F）单层纵向压缩强度的一个数据点被剔除。测试异常可能导致应变以及随后的模量测量错误。低的破坏应力和应变可能是因为破坏发生在夹持处或其他异常。
（6）手册推荐的方法不能用于纤维控制性能的正则化。对于单层压缩数据未报告实际的厚度值，且强度是基于所提供的名义厚度得出的。对于层压板拉伸。正则化的性能同样基于名义厚度（性能 =实测值×实测厚度/名义厚度）。
硼纤维环氧复合材料的比强度和比模量高，约是钢的3倍。层压板性能见下表。
硼纤维/环氧层压板在-54℃时的性能与室温的性能相似，说明其低温性能很好。
硼复合材料与其他飞机部件的材料进行比较，除剪切强度外，50%体积含硼/环氧复合材料的拉伸强度，模量和压缩强度都高于其他材料，所以是飞机部件的最选材料，但价格较高。
纤维制作过程表明，纤维是在一种昂贵的前体细丝上生成的单丝，而这种基本方法自20世纪60年代早期以来并无改变。这就是硼纤维要比碳纤维更加昂贵的主要原因（硼/环氧树脂预浸料的价格约为等量碳/环氧树脂预浸料的12倍）。硼纤维的这种高昂价格，对国防应用的影响并不大，因为它具有优异的比力学性能，所以被选作F-14和F-15的尾翼蒙皮，并用于B-1轰炸机的几个构件。但是，在20世纪70年代，当碳纤维的产量迅速上升，碳纤维的价格大幅下降，从而，除了特殊的应用外，在大多数一般的飞机上，碳纤维变得比硼纤维更加合算。
适于硼/环氧树脂的一种应用情况，是作为对有缺陷金属结构的修理材料。例如，当考虑对飞机构件进行修理时，所需要的硼/环氧树脂总量一般不大，从而，其较高的材料价格就不是个关键的因素。硼/环氧树脂的高比拉伸与比压缩性能非常适合于修理应用。碳/环氧树脂也可适于这些应用情况，但是这种材料有严重的缺点。由于修理件是用高温固化胶粘贴到结构上的，碳/环氧树脂的热膨胀系数低，导致修理后的结构中出现较高的残余应力。这些残余应力可能增大缺陷处的局部应力。此外，碳纤维是导电的，这对于用涡流无损探测方法透过修理材料来核查损伤有无扩展起到妨碍作用。硼纤维与铝不形成电耦合，因此，不存在因硼修理而引起铝飞机结构腐蚀的问题。
复合材料及碳纤维复合材料应用现状
复合材料及碳纤维复合材料应用现状
简述了复合材料的定义、分类、发展和特点,对碳纤维复合材料在航空航天、军工、风电叶片和体育器材等领域的应用现状进行了介绍。
以山东某玻璃纤维厂为例，每天使用高硼硼钙石30吨=三氧化二硼12.3吨=四水硼酸钙23.208吨=两水硼酸钙21.026吨。得出
1.指标比较：
硼钙石：三氧化二硼41--42% 氧化钙26--28% 二氧化硅小于6.5% 三氧化二铝小于0.5% 三氧化二铁小于0.08% 三氧化硫小于0.5% 灼烧失重22--24%
高硼硼酸钙：三氧化二硼 52.5--54.5% 氧化钙 27--29 三氧化二铁小于0.1% 氧化镁小于1% 氧化二钠小于1% 灼烧失重17--19%
2.同样含12.3吨三氧化二硼的产品，高硼硼酸钙比硼钙石少含水2.5吨，可节省2.5吨水蒸发的燃料与时间。
3.30吨硼钙石，4300元/吨，共计129000元。
高硼硼酸钙23.208吨，5300元/吨，共计123000元。
按上述价格，此玻纤厂每天可节省6000--7000元。
高硼硼酸钙比其他原料如：硼砂，硼酸，偏硼酸钡，偏硼酸钙，硬硼钙石有以下优势：
1． 高硼硼酸钙在硼硅酸盐玻璃，玻璃纤维制品中作原料比硼酸与硼镁矿挥发率减少57%，熔融温度降低13°C-50°C，节省燃料16%-38%，增加产量9.2%，降低成本11%，延长窑炉寿命。
2． 高硼硼酸钙在硼硅酸盐玻璃，玻璃纤维制品中作原料比使用硬硼钙石熔融温度降低13°C-30°C，玻璃纤维的抗拉强度增加9.8%，产量提高9.2%，成本降低9.8%。
3．高硼硼酸钙更适合拉制成3um-7um的细纤维，使玻璃纤维成品率保持在此80%-87%之间。
4．高硼硼酸钙取代偏硼酸钡、偏硼酸及硼酸作防锈涂料，不但可降低成本而且更符合环保要求。
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硼对作物的生殖生长起到至关重要作用，所有作物需要硼只是需要量的大小不同。
一、硼的营养作用
1、促进作用。硼能促进碳水化合物的运转，植物体内含硼量适宜，能改善作物各器官的有机物供应，使作物生长正常，提高结实率和坐果率。
2、特殊作用。硼对受精过程有特殊作用。它在花粉中的量，以柱头和子房含量最多，能刺激花粉的萌发和花粉管的伸长，使授粉能顺利进行。
3、调节作用。硼在植物体内能调节有机酸的形成和运转。
二、土壤缺硼的原因
1、有效硼含量低导致土壤中硼缺乏，作物表现出缺硼症状，如我国南方花岗岩及其他酸性火成岩发育的土壤。
2、成土过程改变了微量元素含量与分布。例如，黄土发育的土壤全硼含量不低，但有效硼含量偏低
3、土壤酸度不适，吸附固定。
4、气候干燥、潮湿。
5、施氮肥、钾肥过多会加重突然缺硼，因氮肥、钾肥对硼有拮抗作用。
土壤本身含硼量过低是缺硼的内因，气候条件则是外因。
三、作物缺硼的症状
首先是新生组织生长受阻，根尖、茎尖生长受阻或停止；严重缺硼时，顶芽停止生长，逐步枯萎死亡，根系不发达，叶色暗绿，叶形变小、肥厚、皱缩，茎褐色心腐或空心，花发育不健全，蕾全脱落，花期延长，果、穗不实，块根、浆果心腐或坏死。
下面给大家介绍几种代表性作物缺硼时的表现症状：
1. 柑橘
柑橘缺硼会使成叶和老叶从叶脉开始黄化，最终使全叶暗淡黄化，无光泽，向后卷曲，叶肉较厚，主、侧脉木栓化，严重时会出现开裂，叶肉有暗褐色斑。缺硼严重时，叶片大量早落，枝条枯死，有时整株干枯。
2. 葡萄
葡萄缺硼时，叶、花、果实都会出现一定的症状。首先新梢顶端的幼叶出现淡黄色小斑点，随后连成一片，使叶脉间的组织变黄色，最后变褐色枯死。植株缺硼时，落花后约经一周，子房脱落多，坐果差，使果穗稀疏；有的子房不脱落，成为不受精的无核小果粒，若在果粒增大期缺硼，果肉内部分裂组织枯死变褐；硬核期缺硼，果实周围维管束和果皮外壁枯死变褐，成为“石葡萄”。
3. 番茄
番茄缺硼时，新叶停止生长，植株呈萎缩状态。花和果实形成受阻，嫩芽、花和幼果易脱落，坐果少，成熟不一致，果实起皱，表面有木栓状龟裂,或木质化斑点，易产生畸形果，果皮上有褐色锈斑。害虫（蚜虫等）为害也可造成新叶畸型，因此一旦发生时要仔细观察有无害虫。缺钙也表现为生长点附近发生萎缩，但缺硼特征是茎的内侧木栓化。
4. 玉米
玉米缺硼时，植株的新叶狭长，幼叶展开困难，且叶片簇生。上部叶片叶脉间出现坏死斑点，呈白色半透明的条纹状，很易破裂。雄穗不易抽出，雄花不能形成或变小。果穗短小畸形，籽粒稀少且分布不规则，形成占整个果穗1/3。
四、常见硼肥的类型
1、硼砂
一般为白色粉末状，含硼量在11.3%，主要用作于土壤施肥，在冷水中溶解度较低。
2、硼酸
一般为白色细结晶或者粉末，含硼量在17.5%，可以溶解于水，常用作于根部施或者叶面喷雾。
3、硼镁磷肥
属于一种含大、中量元素（磷、镁）和微量元素（硼）的复合肥料，含硼0.6%左右，含镁10%~15%，含磷6%左右。
4、有机硼
液体硼肥，含硼量一般在15%，可溶解于水。采用糖醇、有机质酯化工艺，糖醇防止韧皮部被固定，双渠道运输，补硼更迅速，有机质硼吸附，防止淋失，补硼更持久。是目前市场农民朋友最常见也是最好用的叶面喷施补硼产品。
五、硼肥施用误区
误区一、硼只对高需硼作物有明显作用
硼对作物的生殖生长起到至关重要作用，所有作物需要硼只是需要量的大小不同。油菜、棉花、果树。蔬菜对硼需要量大，水稻、玉米、小麦对硼需要量少，但即使对硼需要量少的作物，缺硼症状也能严重影响产量，各种作物都应该及时补硼。
误区二、作物无缺硼症状，无需施用硼肥
大量实验以证实，作物有对硼隐藏的需求。即使无缺硼症状，施用硼肥也能大幅度提高产量。
误区三、作物每年只需施一次硼
作物需要连续不断的供应硼，即使短期中断硼的供应，作物产量和品质也会受到影响。
因此，施用硼肥应与叶面肥结合，叶面喷施，少量多次。
误区四、硼肥主要采用基施方式为主
早期在农业生产中引进的硼肥是工业硼砂，只能基施，不能喷施（或喷施效果不好）。土壤基施与叶面喷施结合施用硼肥效果最好。
误区五、高需硼与低需硼作物轮作时硼肥施用会影响后面作物
研究证实，花椰菜与架豆轮作时即使花对椰菜施用超过推荐剂量几倍以上，也不会对下茬架豆有影响。
误区六、作物缺硼只对产量/品质造成少量影响
作物缺硼会造成全部产量的损失，全部果实物市场的高端市场价值。在美国部分地区，农场主一旦发现作物缺硼就会将作物全部拔除。
误区七、硼是微肥，重要性不如N/P/K肥
硼对作物开花结果有不可替代的作用，N/P/K作用不能替代硼，平衡施肥理念应该是稳氮、减磷、增钾、补微（硼、硅、钙等），因此硼与氮、磷、钾同等重要。
误区八、硼镁肥可以替代硼肥
硼镁肥俗称硼泥，其主要成分为硫酸镁，其中含不到0.2%左右的硼素，仅仅是生产硫酸镁而产生的下脚料，无法和高含量的流体硼相比。
误区九、多种元素叶面肥好于单一微量元素硼
硼作为作物开花结果最为重要的微量元素，绝大部分经济类、果树类、蔬菜类作物对其需求量较大，多种叶面肥中所含微量硼，不能满足作物对硼的需求。对于开花作物还是要单独补喷流体硼。
误区十、购买硼肥时不看产品纯硼含量
很多劣质/假冒硼肥，不按照国家要求标明纯硼含量，只含糊标出所谓产品纯度。即使100%纯度的垃圾、废料再纯还是垃圾、废料，购买产品时一定认清产品，标明有纯硼含量。
六、作物补硼
作物补硼还是需要多方位进行分析，根据具体作物的实际情况进行硼元素的补充，为瓜果蔬菜的开花坐果保驾护航，真正的实现高经济价值种植。
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来源 | 网络
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高硼硼酸钙比较