混合纤维材料的技术与应用

李熙

(南京玻璃纤维研究设计院，南京210012)



混合纤维材料的技术与应用

李熙

(南京玻璃纤维研究设计院，南京210012)

摘 要：混合纤维是指两种或两种以上纤维构成的材料，它结合了各组分的优点，在性能上互补，提高了产品的总体性能，通常作为复合材料的增强基材应用于众多领域。介绍了玻璃纤维和其他纤维混合构成的材料包括纤维的种类、混合的方式、生产技术工艺。

关键词：混合纤维；复合纱；混杂增强

0概述

近年来，玻璃纤维及其复合材料以其轻质高强等特性，已被广泛应用于交通运输、电子信息、航空航天、基础建设、医疗卫生、环保能源能等众多的领域，并在全球得到了人所共知的快速发展。随着全球低碳经济发展的推进，节能环保和可持续发展成为世界关注的焦点，各行业、各领域对高性能复合材料的需求愈加迫切，对复合材料的性能提出更高更复杂的要求，因此在制造工艺和装备技术在不断提升的同时，多样化的增强材料也层出不穷，混合纤维材料应运而生。

混合纤维材料通常指由两种或两种以上纤维构成的材料，本文主要研究的是玻璃纤维和其他纤维混合构成的材料，它可以与热塑性塑料纤维、金属纤维、碳纤芳纶纤维等，通过纤维直接混合，或在纺织过程中混合，或通过编织、针刺等方式制成混合纤维制品，再用于复合材料的制造，也可以不同纤维直接混杂增强复合材料。众所周知，玻璃纤维是一种具有特殊性能的材料，它耐高温、不燃、抗腐、抗拉强度高、电绝缘性好，在许多特定场合玻璃纤维发挥了重要的作用，但缺点是性脆，耐磨性差，这些因素又限制了它的应用。混合其它纤维后，可结合各组分的优点，在性能上互补，提高产品的总体性能，为进一步增强复合材料创造良好的条件。下面对市场可供的混合纤维材料及混合方式进行介绍。

1混合纤维

混合纤维是指玻璃纤维与其它纤维在纤维阶段进行混合后，再进入后道加工的复合方法。这种方法优点是纤维混合得较均匀，有利于后道加工，缺点是工艺复杂，技术难度较大。

1.1与热塑纤维混合

热塑性复合纱是将热塑性树脂与玻璃纤维(增强纤维)紧密混合。在保持玻璃纤维的强度同时，又保持足够柔性的纱线，为纺织加工提供了优异的柔软性。而且克服了热塑性树脂浸渍困难的问题，有利于与热塑性塑料复合成型，且复合材料制品的纤维含量高，力学性能显著。

1.1.1拉丝直接复合法

Twintex®是法国圣戈班集团Vetrotex公司开发的热塑性复合纱，是唯一上市的在玻璃纤维成形过程中直接与热塑性塑料纤维共挤相间复合而成的产品[1]。该工艺是：玻璃纤维(典型直径17 μm)从漏板拉出，涂以适当的浸润剂；与此同时，用挤出机挤出塑料长丝(直径20 μm)，塑料中含有偶联剂、稳定剂、颜料等添加剂，两种纤维随即并合，成为Twintex®粗纱，制造示意图见图1。无捻粗纱经进一步加工，可制成织物、预浸料等，利用不同的成型工艺成型为热塑性复合材料制品。此外，还可将Twintex®织物插入制件作局部增强[2]。

优点[3]：①Twintex®纱中热塑性纤维分布紧密而均匀，玻璃纤维能得到迅速的浸渍和浸透，使制成的热塑性复合材料制品的力学性能稳定，孔隙率为零；②织物可根据应用要求剪裁，柔性好；③复合材料制品可获得较高的玻纤含量(40%～75%)，玻纤含量越高，复合材料制品的强度和刚度就越高；④采用此技术不仅可高产量低成本地生产热塑性复合材料，且对环境友好。可以说Twintex具有超过其它材料和工艺的利益和优点。

此产品投放市场以来至今供不应求，并在不断扩产，总销量的60%应用于汽车。

1.1.2粉末浸渍法

TowFlex®是美国赫氏公司采用一种无溶剂工艺生产的复合纱：让连续的玻璃纤维丝束通过带静电的热塑性树脂粉末漂浮云层，使带电树脂粉末均匀地分布在玻璃纤维上，然后通过加热炉，将粉末粒子熔结在纤维表面上。形成的“预浸丝束”被热塑性树脂部分浸渍，保持了足够的柔曲性。这种柔性的预浸丝束可织成柔性织物或编织成管，供进一步加工。其复合材料制品可获得30%～70%的纤维含量。

1.1.3纤维包覆法

Keytex®是意大利Europlants公司采用此方法生产的复合纱：玻璃纤维在流化床中被聚合物粉末浸渍，浸渍后的每根纤维再用同种聚合物包覆，这种包覆过程是采用熔融聚合物挤涂工艺完成的。Keytex®纱可以直接出售，也可制成机织物或编织物。其最大的优点是，由于纤维完全受到外包层的保护，不会断头，所以特别利于织造。

1.1.4膨化/并合法

丹麦Comfil公司生产的一种热塑性树脂混杂纤维膨体纱，是采用纤维膨化/并合装置将两种连续纤维混纺成复合纱[1]。该工艺是将增强纤维(玻璃纤维)“开松”后掺混入基体纤维(热塑纤维)中去，工艺图见图2。其结果，在后道固化工序中，基体纤维仅仅需要流动很短的距离，就可浸渗到增强纤维中，从而缩短周期时间，获得良好的浸渍效果。

优点：①Comfil公司设计的工艺技术能够使增强纤维在工艺过程中保持连续状态，并且做到纤维不脆；②机器设计灵活，可以按照用户要求的支数和混合比例制造混合纤维膨体纱。

1.1.5包芯编带法

由于一般的单纤混纺纱在预形件加工过程中，易造成增强纤维的损伤，进而影响复合材料的性能。天津工业大学为此研制了适用于高密织物织造和三维织造的玻纤包芯编带纱。

包芯编带纱属于包芯纱的一种，在混合纱的制造过程中，玻璃纤维作为增强的芯纱不被加捻、不弯曲、不变形、不受损伤，以PP纤维为包缠纱，对芯纱包缠紧密、牢固、均匀，玻璃纤维体积比例可达50%，其纵向形态如图3，加工示意图如图4[4]。包芯编带纱由于玻璃纤维被完全包覆在纱线的芯部，从而避免了在纱线加工及后序加工(机织、针织、编织)中对玻璃纤维的损伤，因此具有较好的柔软性，优良的耐磨性，及良好的织造性能，可以满足二维或三维的高速织造和复杂成型的要求，在三维热塑性复合材料领域发挥重要作用[5]。

1.1.6其他产品示例

(1) 高性能Compofil®

国内最具代表性的热塑复合纱是巨石集团研发的Compofil®。这是以连续玻璃纤维和热塑纤维为原料，经过特殊工艺在线复合而成的高性能热塑性预浸料，见图5[6]。

Compofil®以PP、PET为基体树脂，可以纱线或织物的形式直接制备连续纤维增强热塑性复合材料，而不需要添加额外的树脂；自身浸渍优良，玻纤分散均匀；玻纤含量高，力学性能优异。适用于缠绕、模压、真空袋、拉挤等成型工艺，生产效率高。

(2) PolyPreg混纤纱织物

PolyPreg是用玻璃纤维和聚丙烯纤维复合纱织成的布，是美国BGF工业公司研制的DryPreg®综合系列热塑性复合材料产品之一。此布柔软服帖，适应于各种复杂形状，只需加热和少许加压就能直接固结成高强度的复合材料制品。制品可用于各种用途如汽车、建筑、船艇、军事和防卫、体育、娱乐、交通运输等行业。

1.2与金属纤维复合

金属纤维，作为一类新型纺织材料近年来发展迅速，可与玻璃纤维混纺的金属纤维有铜纤维、镍铬纤维、不锈钢纤维等。常用的不锈钢纤维主要是指以304，304 L，316，316 L等为原料，单纤维直径为2～100 μm的长丝或长丝束。它除了具有纤维的柔软性，又具有金属本身优良的导热、导电、耐蚀、耐高温等特性，与高科技产业关系密切。

1.2.1加捻复合法

不锈钢纤维在氧化氛围中，温度高达600 ℃条件下可连续使用，是很好的耐高温材料。将不锈钢纤维长丝与玻璃纤维纱，通过加捻设备合股成一根复合纱，可提高高温条件下纱线的强度。复合纱线可织造成不锈钢纤维增强玻璃纤维布(如图6)。该产品具有高强度、低收缩、不变形、不燃等特性，可在-70 ～500 ℃下较长时间使用，超过工作温度时，仍具有一定的强度和耐腐蚀性。

不锈钢丝增强玻璃纤维布主要应用于钢铁、电力、冶金、化工、环保、水泥等行业，用在排气、换气、通风、烟尘、废气处理等系统的管道补偿作用上。

此外玻纤与铜丝混纺织物可用于带电操作的均压服，与镍铬丝混纺织物可制作加热保温套，与铜丝和合成纤维混纺织物可作为摩擦材料基材。

1.2.2膨化复合法

由于不锈钢丝的优良热传导性能，玻璃/不锈钢纤维复合纱能耐瞬时高温，还可用作制动摩擦材料，如用于汽车离合器面片增强材料[7]。

该复合纱的生产工艺是：将玻纤无捻粗纱、有机纤维长丝或短纤混纺纱、不锈钢纤维长丝分别经过各自的张力调节装置，一起进到特制的膨化喷嘴中，从膨化喷嘴侧面的进气孔向内腔喷吹0.5～1 MPa的高压空气，高压高速空气紊流将这些纤维变形、揉合到一起，工艺流程图见图7。在膨化过程中，膨化复合纱线中不同原材料纤维被充分散开并相互纠缠在一起，这样，几种不同种类的纤维经过膨化后形成一股粗线，不易散开。该工艺流程短，效率高，产品一致性好。实践表明，在制造汽车离合器面片的过程中，复合纱线的浸胶性能比传统的加捻合股工艺生产的纱线要好，汽车离合器面片的技术参数稳定，性能更优，使用寿命更长。

1.3与特殊纤维混合

1.3.1与耐火纤维

将具有良好强度和可纺性能的耐火纤维(甩丝长纤维)与20%的有机纤维混合制成耐火纤维纺织品生产必需的纤维纱，再与玻璃纤维纱、耐热合金纤维等增强纤维合股，制成耐火纤维布、带、绳、盘根、套管等[8]。最常见的是与陶瓷纤维的混合，耐温超过1200 ℃，作高温环境下的隔热、保温、密封之用(图8)。

1.3.2与高性能纤维

(1) InnegraTMH高性能混纤纱

美国Innegra技术公司将烯烃纤维与其它高性能纤维(如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维)复合，制成Innegra H混纤纱系列产品。Innegra H是在纤维阶段混合，从而可制得更均匀的制品，显著提高抗冲击性能和损伤容限；纤维耐久性高，避免了现有轻质复合材料的阵裂效应。Innegra H可用于多种复合材料成型工艺和多种用途，如重量更轻和抗冲击的体育器械及汽车车身部件。可以说这是专为满足各行业对重量轻、抗冲击和抗损伤复合材料解决方案的需求而设计。Innegra H复合材料还获得了2013年美洲JEC复合材料展会的创新奖。

(2) 永久性阻燃面料

这是常熟耀星公司发明的一种专利产品，是以35%～45%(质量百分比)的玻璃纤维纱与65%～55%(质量百分比)的阻燃腈氯纶纤维，经涡流纺制成包芯线，再通过圆机、经编织机、织布机加工成坯布，再整理印花制成永久性阻燃窗帘面料(图9)。该产品燃烧等级符合GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能等级》的B1级以上。具有隔热、耐高温性，遇火不燃烧、不熔滴、不延烧和不卷缩等特点，能很好地隔离和阻止燃烧，从而有效地控制火灾蔓延。同时，由于纤维采用包芯工艺复合，柔软、纺织性好，对皮肤无刺痒感，可多次洗涤。该面料还可用来制作床垫内衬布、沙发弹力布等。

2混合织物

通过机织、针织、编织等工艺将连续玻璃纤维纱和其它纤维长丝混织成织物，常与碳纤维、芳纶纤维或热塑纤维等高性能纤维混织，用于高性能复合材料的增强体。通过两种不同纤维的混合，不仅可以降低材料的成本，还能发挥它们性能差异大的优点又能克服综合性能不佳的缺点；通过不同的组织结构，来满足各类复合材料成型及性能要求。

2.1机织物

用于复合材料增强的混合织物中，除芳纶和高密度聚乙烯纤维外，广泛使用玻璃纤维和碳纤维，过去多采用经纬交织的机织物(图10)。南玻院曾研制了一款玻-碳混织物，经纱采用碳纤维与高强玻璃纤维按一定比例混杂，纬纱采用高强玻璃纤维进行织造，两种纤维均采用专用处理剂处理，适合环氧型FRP制品[9]。用这种混织物能制得性能高、成本适中的FRP制品，其已经在赛艇、航海模型艇壳、蹼泳脚板及人体假肢上被成功应用。

但机织物中的纱线呈波浪形弯曲，再加上纱线自身的捻度，使其模量、拉伸强度和抗冲击强度都有一定的损失。因此不适合用于高承载的复合材料制品。

2.2缝编织物

缝编织物相对于机织物来说，突出了经纬纱无织造屈曲的特点，也因为具有更优异的物理机械性能而越来越受到青睐，尤其是轴向织物，在制造重量轻、强度高、耐久性好的纺织结构复合材料上应用广泛。

2.2.1经编轴向织物

到目前为止，轴向衬纱织物主要以经编线圈捆绑为主，玻璃纤维与碳纤维等其它纤维混合编织时，通常作为衬垫纱在经编结构中衬入，可以是其中的一层为其它纤维，也可以是在一层或多层的玻璃纤维束中，经一定根数的间隔，夹入一根或几根其他纤维[8]。经编轴向织物由于承受载荷的纱线能按照特定的方向伸直取向，故每根纤维力学理论值的利用率几乎能达100%，能处于最佳的承载状态。

随着风电产业的大力发展，经编轴向织物成为风力发电叶片的首选材料。并随着叶片长度的增加，对其模量、刚度和强度提出了更高的要求。因此既能减轻叶片重量，提高叶片刚度和强度，同时又能兼顾叶片价格的一种有效方法就是采用玻/碳混合轴向织物(图11)增强，其叶片可减重20%～30%。

另外，碳纤/玻纤格栅也是采用缝编工艺的一种混合织物。以无碱玻璃纤维为经纱、碳纤维为纬纱混编成网布，浸胶固化后具有良好的抗拉和抗腐蚀性能，与混凝土薄板界面粘结性能有所提高，是钢筋混凝土中钢筋的优良代替物。还可以12 K的碳纤维和玻璃纤维为经纱，以玻璃纤维为纬纱混编、浸胶制成土工格栅(图12)。这种材料结合了玻纤的强度和碳纤维的导电性，将它作为导电发热体铺设在路表面下，在冰雪天气对导电发热体进行通电、产生热量，通过热传递的方式使路面温度升高，实现融化积雪的功能[10]。

2.2.2纬编轴向织物

除了经编轴向织物外，还可以利用纬编绑缚系统开发纬编轴向织物。根据经/纬编结构的特性，纬编轴向织物较经编绑缚结构具有更好的可成型性。天津工业大学王文燕等对纬编双轴向三层衬纱织物增强复合材料的弯曲性能进行了研究，采用外边两层衬纬纱，中间一层衬经纱的衬纱铺层结构，即衬经纱和其中一层衬纬纱为高强聚乙烯，另外一层衬纬纱为玻璃纤维，绑缚线圈使用涤纶低弹丝。试验证明，这种玻纤/高强聚乙烯纬编双轴向层间混合织物增强的复合材料具有很好的弯曲性能。这是因为纬编双轴向多层织物中衬纱呈完全平行顺直状态，对应力的反应速度快，该类织物既充分发挥了高性能纱线高强高模量的特点，又充分利用了纱线层间的剪切变形性与针织线圈的可变形性，使织物不但具有优异的力学性能，还具有其它织物不可比拟的三维曲面可成型性[11]。

3混合非织物

3.1复合毡

玻璃纤维复合毡是将玻璃纤维和一种以上的其它纤维，通过针刺、缝制、粘合、热轧等非织造手段制成的毡品[8]。

3.1.1针刺复合毡

(1) P84/玻纤复合针刺毡

作为过滤材料用的聚酰亚胺纤维P84是一种不熔性聚酰亚胺纤维。P84纤维滤料可在260 ℃以下连续使用，耐温性好，与玻纤比抱合力好，特别适于与玻纤一起生产耐高温复合针刺毡。P84/玻纤复合针刺毡是用针刺的方法在玻璃纤维机织物的上下各复合一层P84纤维与玻纤的混合短切纤维层，生产工艺图见图13，主要包括开松、梳理、铺网、针刺4个部分[12]。该复合毡可最大限度地发挥各种纤维的优点，具有使用温度高、耐磨性好、毡层与基布结合紧密等特点。

在复合针刺毡迎尘面的混合纤维层上覆盖一层聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜，可制成复合针刺毡覆膜滤料，实现“表面过滤”。

在以上工艺中，还可将P84纤维与玄武岩纤维，或玻璃纤维与玄武岩纤维混合，制成复合针刺过滤毡，可以达到更高的使用温度，用于特殊场合。

(2) 短切针刺毡

上海杰事杰新材料公司利用混合干法工艺，将玻璃纤维短切之后与粘合树脂纤维混合，再进行复杂高强的梳理成网，形成棉絮状，针刺后制备成连续预浸渍纤维毡，最后制板或成型。该工艺能有效混合玻璃纤维与树脂纤维，提高混合均匀度，对于板材力学性能的提高有一定的推进作用。但由于梳理、针刺强度过大，玻纤损伤较严重，产品的力学性能受到纤维本身强度的限制，因此只能应用于非结构材料。

(3) 立体混合针刺毡[13]

这是一种新的制毡工艺，是将玻纤与PP纤维分别拉制成束状，经梳针开松使丝束展开成单丝状，在保持纤维最小长度(50～60 mm)的前提下，通过风机输送、混合开松、特殊的梳理气流成网等工序，完成不同比重的玻纤与化纤的均匀混合成网，最后经上下针刺加固，制成具有三维立体结构的混合针刺毡。制作流程如图14所示。

该工艺制得的针刺毡，玻璃纤维和基体树脂纤维混合均匀，接触面积大，损伤及断裂少，立体结构明显，因此基体树脂的浸渍效果好，产品的力学性能得到明显改善。可广泛应用于各种模压成型工艺，并且可一次成型出各种复杂形状的零部件。

3.1.2缝编复合毡

意大利Lavesan公司在JEC杂志上介绍了一种据称“几乎完美”的增强材料Lavecore。此产品是以聚丙烯纤维薄毡为芯材，将短切直径12 μm、短切长度50 mm的E玻璃纤维用聚酯纤维线缝合其上，形成缝编复合毡。PP芯材是一种梳理薄毡，能让树脂顺利通过，防止气泡产生；玻璃纤维具有优良的树脂浸渍性能；聚酯缝编线稍具弹性，可赋予产品良好的服帖性，有利于复杂形状制品的制造。

优点：此毡可以直接模塑成型，无需加热；具有良好的拉伸性能(两个方向都能拉伸)、良好的覆模型和整体性(不需用粘结剂保持形状)；质地柔软，便于模具内填充角落，减少气泡和开裂；还消除了模具内铺层搭接和位移的问题，在注塑时，它能在接缝处形成良好的密封。

3.1.3粘合复合毡

法国科纺勒(Chomarat)公司新推出新一代的屋面油毡增强材料：Rotaflam Neo(图15、16)。它是由玻璃纤维和聚酯基粘合网格布、聚酯非织造材料和玻纤薄毡制成，结构如图。据称这是市场上同类中唯一的增强材料，因为它集玻纤、聚酯两种材料之长，且在一层材料上结合了粘合网布(强度和尺寸稳定性)和非织造材料(抗穿刺、耐火和抗撕裂)的性能。其中非织造材料使用了喷水粘合工艺来保证粘合网布的性能。该增强材料在提高性能的同时，可降低膜材的厚度，沥青的减重可显著降低生产成本。Rotaflam Neo提高了防水膜的耐火性，用它生产的膜材通过了所有欧洲耐火测试。

3.1.4独特的复合毡

巴林Ilium公司采用一种获得专利的独特工艺技术来制造玻璃纤维增强材料，一族产品专用于闭模成型工艺(RTM、轻型RTM、压塑)，另一族产品专用于拉挤工艺。

(1) iFlex

此产品由一层随机取向的长玻璃纤维夹在两层薄毡之间形成，重量轻，强度高。根据所用玻纤材料，有3个品种：

iFlex P：长玻璃纤维的紧密毡，质量>250 g/m2。

iFlex R：紧密玻纤毡。

iFlex WP：夹有连续增强材料的两层玻纤毡。

其具有以下特点：不使用化学粘结剂，因而不存在粘结剂与树脂中苯乙烯反应的问题；不使用缝编工艺，因而制品外观更好；制品边缘整洁，无散丝；可在横向(90°)加筋，避免伸长；建议用途：灌注成型、管道修复。

(2) iMix

iMix含以下多层材料：短切玻璃纤维(纤维长度50～200 mm)、聚酯芯材、连续纤维增强材料(双轴向布或机织无捻粗纱布)。它们由合成纤维薄毡固定。

其具有以下特点：不使用化学粘结剂；未经缝编，易在模具内形成整洁的角部；制品边缘整洁，无散丝；拉伸强度较高。

(3) iSpring

iSpring由一层合成材料芯夹在两层短切玻璃纤维(纤维长度50～200 mm)之间形成，并覆一层薄毡。

其具有以下特点：不使用化学粘结剂；未经缝编，制品外观好，易在模具内形成整洁角部；制品边缘整洁，无散丝；含有少量低熔纤维。

容易制成预形体，不需附加粘结剂。独特的制造技术使得这种毡成为预成形工艺的佳选。iSpring产品很容易顺应模具的轮廓成形。

阻燃型的iSpring使用阻燃聚酯纤维，用于阻燃用途。

(4) iForm

iForm亦由一层合成材料芯夹在两层短切玻璃纤维之间形成，并覆一层薄毡。这是贴伏性更好的增强材料，除具有原有产品的所有优点外，iForm还具有更多优点：防透印性能更好；阻燃性更高；可迅速预成形；能防止搭接；伸长率最大可达24%～29%，形成了更均匀的贴伏性。

建议用途：闭模成型法。

(5) iNexus

该产品由表面毡、玻璃纤维增强材料和合成纤维薄毡组成，薄毡形成光洁的表面。

其有如下特点：不使用化学粘结剂；未经缝编，制品外观更好；制品边缘整洁，无散丝。

3.2微纤维隔板

哈尔滨工业大学的余四红等对阀控式密封铅酸蓄电池使用的AGM隔板进行了研究，在亲水性的超细玻璃纤维中添加了适当比例的憎水性纤维，如聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃或聚氯乙烯等，其中玻璃纤维的直径有1 μm以下、3～4 μm以及8～15 μm，憎水纤维的直径在8～15 μm之间，混合纤维隔板的制作流程如图22。

经研究，制成的混合隔板中，玻璃纤维和憎水纤维的接触很好，同时憎水纤维的加入对隔板的强度和吸酸性能提高有积极的作用。混合隔板组装的电池在灌酸量相同时，灌酸速度比普通的AGM隔板电池快20%，电池容量高2.5%；多灌酸时容量高约10%；电池寿命也有明显提高[14]。

4混杂增强

以上介绍的混合材料不论以哪种方式混合，最终都是以混合织物或非织物的结构形式应用于复合材料的增强，此外，还有一种增强形式是混杂纤维增强。这是指两种或两种以上纤维，通过改变组分、含量以及复合结构来增强同一基体材料。其目的在于不仅可以降低成本，还可以在保持组分材料优点的同时，获得优良的综合性能。

4.1混杂的形式

混杂材料有石墨、硼、玻纤、碳纤维、芳纶纤维等，研究较多的是玻纤/碳纤/芳纶纤维的两组分混杂体系，近年来由于对环保的重视，越来越多的天然纤维加入应用。

混杂结构主要有[15]：

均匀混杂：两种及以上纤维均匀地在树脂中直接混合；

层内混杂：两种及以上纤维在同一层内重复地定量排列；

层间混杂：两种及以上增强材料单独按大致厚度相等的薄层(通常小于1 mm)以最优的顺序叠层；

夹芯混杂：将一种纤维构成复合材料芯，外壳(最外层)是另一种纤维；

插入混杂：在GRP组分的基础上有选择的安置第二种材料的带或棒。

其中，以层间混杂最利于提高复合材料的强度和成型，夹芯混杂和插入混杂均为层间混杂的特殊形式。

4.2相关研究及应用

Czigany研究了碳纤与玻纤的混杂性能，认为在抗冲击方面玻纤的加入可使碳纤维复合材料的价格大幅下降，而碳纤维加入玻纤复合材料能使其弯曲模量显著增加[16]。赵士贵等以玻纤毡和玻纤布为夹芯材料、碳纤维为表面材料，制备了混杂纤维增强复合材料，结果表明该混杂方式显著提高了复合材料的拉伸强度和冲击强度，经济且有效[17]。

刘佩华等以芳纶/玻纤为混杂纤维，以丁腈橡胶改性酚醛为基体制备高强度摩阻材料，有效地改善了制品的摩擦性能和力学性能，同时提高了摩擦性能的稳定性，降低了磨损[18]。Friedrich&Jacob研究了玻纤、碳纤及芳纶纤维增强环氧树脂、PEEK及PA基体的混杂结构，及其摩擦性能，研究表明芳纶/碳混杂纤维复合材料具有最好的耐磨性，可应用于高性能刹车材料[19]。

肖露等对碳纤维、对位芳纶纤维和S2玻璃纤维三种高性能纤维平纹织物与增韧改性环氧乙烯基酯树脂进行优化设计后，在特定的工艺下复合成型，制成厚度方向层间梯度混杂的防弹复合材料。复合材料在弹道冲击中，迎弹面以压缩、剪切破坏为主，背面以纤维的拉伸变形和破坏、分层和鼓包为主。该层间混杂复合材料充分发挥了对位芳纶纤维高抗拉和高韧性，碳纤维与S2玻纤的抗压抗剪能力，达到防弹效果最佳，具有明显的正向混杂效应[20]。

Kalaprasad等以剑麻/玻纤作为低密度聚乙烯基体的增强材料，试验揭示采用混杂的方式除了可以降低材料成本外，其吸湿性比单一剑麻复合材料低；另外，单轴取向的混杂纤维复合材料比无规则排列材料的力学性能好，且混杂后的材料除断裂伸长外所有的力学性能均得到提高[21]。Ahmed等还研究了黄麻/玻纤混杂复合材料的弹性性能，以及带有凹槽的材料应力集中效应，研究表明，在该材料中黄麻确实能起到纤维增强的作用[22]。J.Rout等用7%的玻纤与13%的椰子壳纤维增强聚酯树脂，大大增强了弯曲强度，也使复合材料的吸湿性下降[23]。

刘晓烨等采用新的混杂复合工艺，短玻纤增强聚丙烯薄膜与麻纤维毡层叠压制成型(层内混杂)，或将麻纤维毡和连续玻纤毡以不同铺层方式混杂增强聚丙烯(层间混杂)，结果表明，不同的混杂方式对提高复合材料的力学性能都有显著的效果，且短纤层内混杂和连续纤维夹芯混杂呈现出不同的特点，可根据不同力学性能需要进行铺层设计，但夹芯混杂增强比层内混杂增强时材料的冲击强度更高[24]。

5结束语

混合纤维增强复合材料是新兴的强韧型结构材料，它具有优异的抗冲击性、抗疲劳性、耐腐蚀性等诸多优点，在航空、航天，民用飞机、军事装备，铁路、船舶、汽车工业，以及风力发电等新能源领域都有着广泛的应用和可喜的前景，对于混合纤维材料的研究也正处于蓬勃发展的阶段。但是由于我国对混合纤维材料的研究起步较晚，还存在着应用的纤维种类较少，混合的工艺技术不成熟，产品应用面不够广等不足，尤其是对多相纤维混合的研究甚少。今后，在加强混合纤维复合材料研究的基础上，还应大力拓展其应用领域范围，使产学研相结合，以进一步促进和推动我国混合纤维复合材料的发展。

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The Techniques and Applications of Hybrid Fiber Reinforcing Materials

Li Xi

(Nanjing Fiberglass Research & Design Institute， Nanjing 210012)

Abstract:Hybrid fibers consist of two or more kinds of fibers，which have good properties of the components.Their performance was improved by the complementation of properties.As a result，hybrid fibers play a role of reinforcing materials of composites，and they are used in many fields.The types，hybrid approaches，production technologies of hybrid fibers，which consist of glass fiber and other fibers，are discussed in the paper.

Key words:hybrid fiber；commingled yarn；hybrid reinforcement

中图分类号：TQ171.77+7

文献标识码：A

收稿日期：2016-03-27

作者简介：李熙，女，1981年生，工程师。主要从事玻璃纤维相关技术信息服务及玻纤织物涂层方面的研究。

修回日期：2016-03-29