[科普中国]-硼纤维增强塑料

硼纤维常与环氧树脂、PI等树脂配制增强塑料，也常与CF纤维配制成混杂纤维增强塑料。其塑料制品有层压板、预浸渍带、缠绕制品和模压制品等，具有拉伸强度、压缩强度和剪切强度高，刚性好和耐低温性好，线胀系数小等优点，可用作飞机尾翼、襟翼和着陆装置门等。预浸渍带(环氧)可作飞机金属机体龟裂及疲劳裂纹的修补材料，以及在苛刻环境中使用的航天器结构件、高尔夫球杆、滑雪板和钓鱼竿等。

特点硼纤维增强塑料以硼纤维制品为增强体，树脂作基体的复合材料。基体常用环氧树脂。密度为2.0～2.1g/cm3，纤维体积分数为60%时，拉伸强度达380MPa，杨氏弹性模量高达106GPa，与高强度铝合金相比，比模量约提高一倍，比强度提高20%～30%，同时有较高的剪切强度，已开始应用于飞机构件，如水平安定面、方向舵、襟翼、直升机旋翼等。但由于硼纤维价格昂贵，其应用尚不及碳纤维增强塑料广泛。1

制备方法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控制纤维间的间隔和使预浸带的侧面完整，可制成50%纤维体积含量的预浸带，宽度有0.64、7.6、15.2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，环氧预浸带的形式，可以废除冰冻储存，又可简化硼/铝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。1

性能预浸渍带根据不同用途，选择不同固化温度的型号。如用于体育、娱乐用品，选择固化温度121℃；若用于飞机，则选择固化温度为177℃。预浸渍带是由TEXTRON公司提供的5521型、5505型。

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。硼增强塑料与其他飞机部件的材料进行比较，除剪切强度外，50%体积含量的硼，环氧增强塑料的拉伸强度，模量和压缩强度都高于其他材料，所以是飞机部件的最佳候选材料，但价格较高。2

应用在航空方面主要用作飞机的零部件。例如，美国空军飞机F-15和海军飞机F-14的垂直尾翼，稳定器，B-1飞机机翅纵向通材，直升机CH-54B、F-4飞机方向舵，707飞机襟翼，F-5飞机着陆装置门，T-39A飞机机翼箱等都使用硼纤维与环氧树脂增强塑料。据介绍，西科尔斯基飞机设计家所设汁的直升机以及法国制造的幻影2000飞机，也采用一些硼纤维。

作为更进一步的应用，采用硼纤维与环氧树脂带材对飞机金属机体进行修补。已经对Lock-heed公司制造的美国军用飞机C-130和C-41等机体的龟裂及金属疲劳部分进行修补，都使用了硼纤维与环氧树脂增强塑料作为补钉，已有实际业绩。特别是近年来，商用飞机、客运飞机等同样存在老化问题，也会因长期运行出现龟裂及金属疲劳，这给硼纤维的应用带来生机，有关部门正在深人技术研究。采用硼纤维增强塑料修补飞机有以下特点：①不需要分解机体就可进行修补，这样可缩短修理、停飞时间，为航空公司带来效益；②在修补时，不需要铆钉和螺栓等，可用树脂粘接修补，这样可避免因铆钉，螺栓孔穴产生龟裂与应力；③可使用超声波和涡流非破坏性试验检查，不会产生触电；④可延长疲劳寿命，减少维修成本。

在航天方面，可作航天器的结构零件，采用硼纤维与碳纤维混杂结构，具有很高的刚性，使线胀系数趋近0，适应宇宙中苛刻环境的变化需要。大多数情况都是将硼纤维与碳纤维制成混杂纤维增强环氧塑料用于体育及娱乐用品。例如，由硼纤维与碳纤维混杂纤维增强环氧塑料制成的高尔夫球棒，即像单一碳纤维球棒那样轻，又有钢质球棒那样的打球感，使高尔夫球的飞行距离及飞行方向都很优异；在网球拍及羽毛球拍方面，能改变球拍击中球中心部分；在钓鱼竿方面，采用硼纤维振动传递性强，反应灵敏，还难折断；在滑雪板方面，硼纤维因衰减性优异，减少板的“挠度”，能适应雪面的微妙变化。1

本词条内容贡献者为:

刘玉峰 - 副教授 - 辽宁大学