結(jié)構(gòu)，當(dāng)其中的一條分子鏈?zhǔn)艿綉?yīng)力作用時(shí)，可通過(guò)交聯(lián)點(diǎn)將應(yīng)力分散到其他分子上，
如果其中一條鏈斷裂，其他鏈可起到同樣加固作用，使材料不被破壞
二、通用玻璃纖維及其織物
（一）玻璃纖維的主要品種與分類 （見(jiàn)表 3-28）
表 3-28 玻璃纖維品種與分類
類 別
分 類
按纖維的形態(tài)
和長(zhǎng)度分
連續(xù)纖維（又稱紡織纖維）—由許多根單絲集合成的一類紡織材料
定長(zhǎng)纖維—一種直徑細(xì)、長(zhǎng)度短的紡織材料，長(zhǎng)度一般為 300～500mm
玻璃棉—長(zhǎng)度一般在 150mm以下，纖維較短，像棉絮
玻璃棒—直徑為 35～500μm的棒狀材料
空心纖維—纖維呈中空狀
卷曲纖維—纖維呈卷曲狀
按纖維直徑分
初級(jí)纖維（又稱粗纖維）—單纖維直徑 20～30μm
中級(jí)纖維—單纖維直徑 10～20μm
高級(jí)纖維（又稱紡織纖維）—單纖維直徑 4～10μm
超級(jí)纖維（又稱超細(xì)纖維）—單纖維直徑小于 4μm
按堿金屬氧化
物含量① 分
無(wú)堿纖維（E玻璃纖維）—堿金屬氧化物含量很少，且具有良好電絕緣性的玻璃纖維（其
堿金屬氧化物含量一般小于 1％）
低堿纖維—堿金屬氧化物含量為 2％ ～6％的玻璃纖維
中堿纖維（C玻璃纖維）—我國(guó)生產(chǎn)的一種玻璃纖維，其堿金屬氧化物含量在 12％左右
高堿纖維（A玻璃纖維）—堿金屬氧化物含量大于 15％的玻璃纖維，即普通玻璃纖維
按纖維性能分
高強(qiáng)纖維（S玻璃纖維）—用硅-鋁-鎂系統(tǒng)的玻璃拉制的玻璃纖維，其新生態(tài)強(qiáng)度比無(wú)堿玻
璃纖維高 25％以上
高模量纖維（M玻璃纖維）—用高模量玻璃拉制成的玻璃纖維，其彈性模量一般比無(wú)堿玻
璃纖維高 25％以上
低介電纖維（D玻璃纖維）—用低介電玻璃拉制而成的玻璃纖維，其介電常數(shù)及介電損耗
角正切都小于無(wú)堿玻璃纖維
耐堿纖維（AR玻璃纖維）—用于增強(qiáng)硅酸鹽水泥的玻璃纖維，能耐水泥水化時(shí)析出的水
化物的長(zhǎng)期浸蝕
高硅氧纖維（耐高溫纖維）—用鈉硼硅酸鹽玻璃拉絲后，經(jīng)酸處理燒結(jié)而成的玻璃纖維，
其二氧化硅含量在 95％以上
半導(dǎo)體纖維—含氧化銀或氧化銅的玻璃拉制成的纖維，經(jīng)處理后，其表面電阻率達(dá)半導(dǎo)體
范圍
① 所謂堿金屬氧化物含量是指玻璃組成中含堿金屬鉀和鈉的氧化物含量。
（二）玻璃纖維的成分與性能
1.玻璃纖維的化學(xué)成分
玻璃纖維的主要化學(xué)成分是二氧化硅和三氧化二硼。它們對(duì)玻璃纖維的性質(zhì)和工藝
特點(diǎn)起決定性作用。以二氧化硅為主的稱為硅酸鹽玻璃，以三氧化二硼為主的稱為硼酸
鹽玻璃。氧化鈉、氧化鉀等堿性氧化物能降低玻璃的熔化溫度和粘度，使玻璃熔液中的
氣泡容易消除。它們又被稱作助熔氧化物。氧化鈣、三氧化二鋁等成分可改善玻璃的某
些性質(zhì)和工藝性。常用玻璃纖維的成分見(jiàn)表 3-29。
表 3-29 玻璃纖維的化學(xué)組成 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（％）
序
號(hào)
名 稱
代
號(hào)
SiO2
Al
2O3、
Fe2O3
B2O3 CaO MgONa2OK2OCaF2BaOLi
2OBeOZrO2 CeOTiO
1 無(wú)堿玻璃纖維①
E 53.5 15.3 10.0 16.3 4.5 ＜0.5
2.0
2 無(wú)堿玻璃纖維②
E 54.3 15.2 8.0 17.3 4.7 0.6
0.1
3 中堿玻璃纖維③
5＃ 67.3 7.0
9.5 4.2 12.0
4 中堿玻璃纖維④
C 64.5 4.1 4.7 13.4 3.3 7.9 1.7
0.9
5 高堿玻璃纖維⑤
A 72.0 0.6
10.0 2.5 14.2
6 高強(qiáng)度玻璃纖維⑥
S 64.3 24.8
＜0.0110.270.27
7 高彈性模量玻璃纖維⑦
M 53.7 0.5
12.9 9.0
3.0 8.0 2.0 3.08.0
8 高硅氧纖維⑧
R 98.59 1.07
0.24
① 我國(guó)無(wú)堿玻璃纖維成分。
② 美國(guó)通用無(wú)堿玻璃纖維成分。
③ 我國(guó)通用中堿玻璃纖維成分。
④ 國(guó)外通用中堿玻璃纖維成分。
⑤ 國(guó)外高堿玻璃纖維成分。
⑥ 美國(guó)高強(qiáng)度玻璃纖維 （S-994）成分。
⑦ 美國(guó)高彈性模量玻璃纖維 （YM-31-A）成分。
⑧ 鋁鎂硅酸鹽成分的纖維用酸萃取后制成的高硅氧纖維成分。
2.玻璃纖維的基本性能
玻璃纖維的直徑一般為 0.5～30μm。玻璃纖維具有不燃燒、耐腐蝕、拉伸強(qiáng)度高、
光學(xué)性能好、絕緣、價(jià)廉及原材料易得等優(yōu)點(diǎn)。
（1）拉伸強(qiáng)度高 國(guó)產(chǎn)玻璃纖維的新生態(tài) （新生態(tài)玻璃纖維指纖維拉出來(lái)后未受
任何表面損傷和水汽侵蝕） 單絲強(qiáng)度為：無(wú)堿玻璃纖維 3.12GPa，中堿 5＃
玻璃纖維
2.68GPa，高強(qiáng) 2＃
玻璃纖維 4GPa。玻璃纖維的強(qiáng)度隨所受各種因素的影響而變化，如單
絲直徑越細(xì)，拉伸強(qiáng)度越高。
（2）伸長(zhǎng)率小 玻璃纖維的伸長(zhǎng)率一般為 3％ ～4％，比其他天然和合成纖維小得
多。
（3）耐熱性好 玻璃纖維有很好的耐熱性。隨著 SiO2、ZrO2、Al
2O3、Cr
2O3等高熔
點(diǎn)組分含量增加，纖維耐熱性相應(yīng)提高，如 SiO2 為 96％ （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的高硅氧纖維，
使用溫度為 1000°C。
（4）電性能 無(wú)堿玻璃纖維絕緣電阻高、介電性能好、吸濕性小、耐高溫，在機(jī)
電工業(yè)中作為電絕緣材料，效果顯著。
（5）化學(xué)穩(wěn)定性 玻璃纖維在水和各種侵蝕介質(zhì)作用下具有良好的穩(wěn)定性，但不
同的玻璃纖維成分對(duì)不同的介質(zhì)的抵抗力是不一樣的。無(wú)堿玻璃纖維的耐水性最好，但
耐酸性很差；E玻璃纖維的耐弱堿性尚好；中堿玻璃纖維的耐水性較好，耐酸性比無(wú)堿
纖維好；高堿纖維的耐酸性較好，但耐水性能差。
（6）吸濕性 玻璃纖維的吸水性是天然和合成纖維的 1／20～1／10。吸水作用與玻
璃成分有關(guān)，無(wú)堿纖維吸水量最小，高堿纖維吸水量最大。
（7）脆性 玻璃纖維的脆性比其他纖維都高，不耐磨，容易折斷。但當(dāng)纖維直徑
小到 3.8μm以下時(shí)，纖維及其制品有很好的柔軟性。
（三）玻璃纖維及其織物的品種和應(yīng)用形式
（1）短切纖維 未經(jīng)任何形式結(jié)合的短切連續(xù)纖維原絲段。商品短切纖維長(zhǎng)度一
般為 6～50mm。
（2）無(wú)捻粗紗 平行原絲 （多股原絲無(wú)捻粗紗）或平行單絲 （直接無(wú)捻粗紗）不
加捻而合并的集束體，并股數(shù)目有 6股、12股及 60股等，它具有樹(shù)脂浸漬又快又透的
特點(diǎn)。
（3）玻璃帶 與玻璃布的結(jié)構(gòu)相似，寬度為 6～20mm。
（4）短切纖維氈 連續(xù)纖維原絲短切后，隨機(jī)無(wú)定向分布，用粘結(jié)劑粘合而制成
的氈片。此種氈片鋪復(fù)性好，無(wú)定向性，價(jià)格便宜，用途較廣。
（5）玻璃絲絨球 由長(zhǎng)度為 3.2mm的短切纖維無(wú)捻粗紗與聚酯混合制成玻璃纖維
絨球，其增強(qiáng)作用較小。
（6）玻璃布 根據(jù)織法可分為一般織法和特殊織法兩大類。按一般織法的有平紋
布、斜紋布、緞紋布、單向布、無(wú)捻布及無(wú)紡布等。按特殊織法的有高模量布等。
平紋布：它的徑向與緯向強(qiáng)度相近，強(qiáng)度較緞紋或斜紋布低。
斜紋布：它具有較高的強(qiáng)度和良好的鋪覆性。
緞紋布：其玻璃纖維卷曲小，強(qiáng)度較大，有良好的鋪覆性與斜紋布相似。
單向布：該布經(jīng)紗方向強(qiáng)度較高，對(duì)用于定向強(qiáng)度要求高的制品有利，其厚度在
2mm以上。
無(wú)紡布：用樹(shù)脂粘結(jié)而成的片狀材料。這種布在拉絲過(guò)程中直接成型，易于保持纖
維的新生態(tài)，因此具有強(qiáng)度高，剛性好，工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
無(wú)捻布：該布的特點(diǎn)是易浸漬，滲透性好，覆蓋性好，沖擊強(qiáng)度和剛性比玻璃氈
好。無(wú)捻布也有平紋、斜紋和緞紋等幾種織法。
高模量布：由粗細(xì)兩組經(jīng)緯紗組成，粗紗占玻璃布組成的 90％左右。由于承擔(dān)荷
載的粗紗不互相穿插發(fā)生卷曲，所以，此布的強(qiáng)度特別大。
（四）玻璃纖維及其織物的用途 （見(jiàn)表 3-30）
表 3-30 玻璃纖維及其織物的用途
品 種
用 途
短切纖維
適用于熱固性與熱塑性塑料的增強(qiáng)，常用于制備結(jié)構(gòu)塑料制品
切碎纖維
將連續(xù)纖維原絲切成 0.4～6mm長(zhǎng)的纖維稱為切碎纖維，其特點(diǎn)是在澆注成型時(shí)極易分
散
無(wú)堿紗
適用于制作電絕緣材料和其他玻璃鋼制品
無(wú)堿無(wú)捻紗
主要用作電絕緣用玻璃鋼和工程塑料等的增強(qiáng)材料，尤其適用于制造纏繞制品，如壓力容
器、儲(chǔ)罐、管道、火箭殼體等
中堿無(wú)捻紗
主要用作酸性介質(zhì)用玻璃鋼和工程塑料等的增強(qiáng)材料
無(wú)堿布
用作電絕緣用云母制品、漆布和玻璃鋼等的增強(qiáng)材料
無(wú)堿無(wú)捻布
主要用作電絕緣用玻璃鋼和工程塑料的增強(qiáng)材料
中堿布
適用于作乳膠、橡膠、塑料及瀝青等涂覆制品的基布，液體、氣體粉塵的過(guò)濾布，防腐保溫、
隔熱等的包扎材料
無(wú)捻布
用作玻璃鋼的增強(qiáng)材料，適用于船舶、大型容器等
無(wú)堿帶
適于制作包扎管道和管接頭，或纏繞高壓管和容器
無(wú)堿套管
用作電機(jī)、電器及儀表的絕緣材料
玻璃氈
分為短切纖維氈和連續(xù)纖維氈兩種，適用于手糊成型，也可用于模壓及各種連續(xù)預(yù)浸工藝
三向織物
是一種由玻璃纖維織成的立體結(jié)構(gòu)的、可使織物的層間區(qū)域也得到增強(qiáng)、產(chǎn)生力學(xué)上各向
同性的增強(qiáng)塑料，適用于齒輪、軸承等受力零件
三、特種玻璃纖維
（一）高強(qiáng)玻璃纖維 （S玻璃纖維）
高強(qiáng)度玻璃纖維的單絲強(qiáng)度一般比無(wú)堿玻璃纖維高 25％以上。
國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)纖維采用鋁鎂硅酸鹽玻璃原料，其單絲強(qiáng)度為 3.0～3.4GPa，紗線拉伸彈
性模量 83～85GPa，相對(duì)密度 2.54。高強(qiáng)纖維采用增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，不需后處理，可直接
使用。
高強(qiáng)玻璃纖維紗的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 3-31，高強(qiáng)玻璃纖維布的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 3-32。國(guó)產(chǎn)
高強(qiáng) 1
＃
、2＃
玻璃纖維與其他玻璃纖維性能比較見(jiàn)表 3-33。
表 3-31 高強(qiáng)玻璃纖維紗的技術(shù)指標(biāo)
代 號(hào)
單絲公稱直徑
／μm
股數(shù)
線密度
／tex
線密度的變異系數(shù)（％）
≤
斷裂強(qiáng)力／N
≥
捻向 捻度
SC8-12×1×2S55
8
2±0
24±1.8
7
14.0
S 55±5
SC8-12×20
8
20±
1
0
240±18
5
120
無(wú)捻
SC8-12×40
8
40±
1
0
480±36
5
200
無(wú)捻
注：代號(hào)中各要素的意義，例如 SC8-12×1×2S55中 S—高強(qiáng)纖維；C—連續(xù)纖維；8—公稱直徑：12×
1—線密度；2—股數(shù)；S—捻向；55—捻度。
表 3-32 高強(qiáng)玻璃纖維布技術(shù)指標(biāo)
制品代號(hào)
厚度
／mm
原紗號(hào)數(shù) ×
股數(shù)
單纖維公稱
直徑／μm
纖維排列
密度
／（根／cm）
經(jīng)紗
緯紗
經(jīng)紗
緯紗
經(jīng)紗
緯紗
玻璃布
質(zhì)量／
（g／m2）
公稱捻度／
（捻／m）
經(jīng)紗
緯紗
密度
／cm
組織結(jié)構(gòu)
SW-220-90
0.220±
0.022
12×212×2
8
8
18±114±1230±20 55
55 90±1.5
二上二下
斜紋
SW-220A-90
0.220±
0.022
12×212×2
8
8
18±114±1230±20 55
55 90±1.5
五枚二飛
緞紋
注：制品代號(hào)中各要素的意義，S—高強(qiáng)玻璃纖維；W—布；220—布的厚度，以公稱厚度 （mm）乘 1000
之值表示；A—緞紋布；90—布的寬度 （cm）。
表 3-33 高強(qiáng)玻璃纖維與中堿、無(wú)堿玻璃纖維的力學(xué)性能對(duì)比
玻璃纖維品種
高強(qiáng) 1＃纖維
高強(qiáng) 2＃纖維
中堿纖維
無(wú)堿纖維
單纖維拉伸強(qiáng)度／GPa
2.6～3.0
3.0～3.5
1.6～2.0
1.8～2.2
與無(wú)堿纖維相比提高（％）
37～44
58～66
強(qiáng)力環(huán)拉伸強(qiáng)度① ／GPa
1.85
1.31
與無(wú)堿纖維相比提高（％）
41.2
玻璃鋼性能②
7∶1單向布?jí)褐?
斜紋布?jí)褐?
斜紋布?jí)褐?
拉伸強(qiáng)度／MPa
696
310
433
彎曲強(qiáng)度／MPa
692
339
307
剪切強(qiáng)度／MPa
124.7
96.7
96.4
沖擊強(qiáng)度／（kJ／m2）
405
381
400
① 表中的強(qiáng)力環(huán)是采用 618環(huán)氧樹(shù)脂，647酸酐或 70酸酐作固化劑，處理劑均采用 KH-550。
② 采用 634環(huán)氧樹(shù)脂壓制的玻璃鋼。
高強(qiáng)玻璃纖維目前主要用于火箭、常規(guī)兵器、飛機(jī)零部件、螺旋槳葉片以及高壓容
器等。
（二）高模量玻璃纖維 （M玻璃纖維）
高模量玻璃纖維，單絲強(qiáng)度為 3.0～3.8GPa，其彈性模量達(dá) 92～126GPa，與無(wú)堿纖
維相比其彈性模量提高 26％ ～30％，單絲強(qiáng)度提高約 30％，拉伸強(qiáng)度和無(wú)堿纖維相似。
國(guó)產(chǎn)高模量玻璃纖維紗和無(wú)捻紗及其玻璃布的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 3-34和表 3-35。
國(guó)產(chǎn)高模量玻璃纖維的牌號(hào)有 X-9-30及 37-7兩種。其玻璃鋼的拉伸強(qiáng)度比無(wú)堿纖
維可提高 15％ ～25％，彈性模量可提高 20％ ～40％，比高強(qiáng)纖維的彈性模量也提高
15％ ～25％。高模量玻璃纖維的力學(xué)性能見(jiàn)表 3-36。
表 3-34 高模量玻璃纖維紗及無(wú)捻紗的技術(shù)指標(biāo)
品種
代 號(hào)
單纖維直徑
／μm
股數(shù)
公制支數(shù)
（公制號(hào)數(shù)）
支數(shù)不勻率（％）
≤
捻度
／（捻／m）
捻向
高
模
量
紗
8-80／2
8-80／4
8-80／6
8-80／8
8
8
8
8
2
4
6
8
40±4（25.0±2.5）
20±2（50.0±5.0）
13.3±1.3（75±7.5）
10±1（100±10）
7
7
7
7
55±8
S
S
S
S
高
模
量
無(wú)
捻
紗
8-80／8
8-80／10
8-80／20
8-80／30
8-80／40
原紗 8-80支
8
8
8
8
8
8
8
10
20
30
40
1
10.0±1.0（100±10）
8.0±0.8（125±12）
4.0±0.4（250±25）
2.7±0.3（375±38）
2.0±0.2（500±50）
80±8（125±13）
7
7
7
7
7
7
注：本表所列為高模量 2＃玻璃纖維紗，浸潤(rùn)劑配方為 FE-5（即偶聯(lián)劑 KH-550）。
表 3-35 高模量玻璃纖維布的技術(shù)指標(biāo)
牌 號(hào)
厚紗支數(shù)／股數(shù)
纖維排列密度
／（根／cm）
經(jīng)紗
緯紗
經(jīng)紗
緯紗
厚度
／mm
密度
／cm
組織
單纖維直徑
／μm
高模量布-100
80／2
80／2
20
20
0.100±0.010
90±1.5
平紋
8
高模量布-100
80／2
80／2
20
20
0.100±0.010
90±1.5 2／2斜紋
8
高模量布-150
80／4
80／4
16
12
0.150±0.015
90±1.5 2／2斜紋
8
高模量布-150
80／4
80／4
16
12
0.150±0.015
90±1.5
平紋
8
高模量布-160
80／4
80／4
16
16
0.160±0.015
90±1.5
斜紋
8
高模量布-200
80／6
80／6
16
12
0.200±0.020
90±1.5
平紋
8
高模量布-200
80／6
80／6
16
12
0.200±0.020
90±1.5 2／2斜紋
8
高模量布-200
80／6
80／6
16
12
0.200±0.020
90±1.5 3／8緞紋
8
高模量布-200
80／8
80／2
20
10
0.200±0.020
90±1.5
斜紋
8
高模量布-200
80／8
80／2
20
10
0.200±0.020
90±1.5
破斜紋
8
高模量布-210
80／6
80／6
18
14
0.210±0.020
90±1.5 2／2斜紋
8
高模量布-260
80／8
80／2
28
10
0.260±0.025
90±1.5 3／8緞紋
8
注：本表所列為高模量 2＃玻璃纖維，浸潤(rùn)劑為 FE-5（即偶聯(lián)劑為 KH-550）。
表 3-36 高模量玻璃纖維的力學(xué)性能
纖 維 品 種
高模量 37-7纖維
高模量 X-9-30纖維
單紗彈性模量／GPa
93～97
93～97
強(qiáng)力環(huán)①
拉伸強(qiáng)度／GPa
純纖維
2.44
2.6
玻璃鋼
1.54
1.61
拉伸模量／GPa
純纖維
115.2
121.8
玻璃鋼
73.6
76.4
① 強(qiáng)力環(huán)采用 618環(huán)氧樹(shù)脂，以 70酸酐做固化劑，偶聯(lián)劑為 KH-550。
高模量玻璃纖維可應(yīng)用在要求高模量、高強(qiáng)度的玻璃鋼制品中，如飛機(jī)的零部件
（如副油箱）、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、衛(wèi)星的太陽(yáng)殼和太陽(yáng)屏、汽車中的結(jié)構(gòu)件、體育器材
中的撐竿、跳水板、電器中的帶電作業(yè)操作桿等。
（三）耐高溫玻璃纖維
石英纖維、高硅氧玻璃纖維、鋁硅酸鹽玻璃纖維都屬耐高溫玻璃纖維 （詳見(jiàn)本節(jié)
中的氧化鋁纖維和陶瓷纖維）。
1.空心玻璃纖維
空心玻璃纖維采用鋁硼硅酸鹽玻璃原料，用特制拉絲爐拉制而成?？招牟ＡЮw維質(zhì)
量輕，電絕緣性能好，熱導(dǎo)率低，但較脆。其纖維直徑 10～17μm?？招牟ＡЮw維的性
能見(jiàn)表 3-37。
表 3-37 空心玻璃纖維的性能
性 能
指 標(biāo)
性 能
指 標(biāo)
平均外徑／μm
10.2
單根空心纖維拉伸強(qiáng)度／GPa
2.5～2.8
外徑離散系數(shù)（％）
10.0
空心纖維的體積質(zhì)量／（g／cm3）
1.7
纖維毛細(xì)系數(shù)平均值
0.57
玻璃成分
E玻璃
纖維偏心度系數(shù)平均值
0.24
2.玻璃棒
當(dāng)玻璃棒的直徑為 35～300μm時(shí)稱為彈性玻璃棒，直徑達(dá) 100～500μm時(shí)稱為粗玻
璃棒。玻璃棒不能單獨(dú)使用，一般與玻璃纖維和玻璃布配合使用，主要用在玻璃鋼船體
制造方面。它不僅能增加產(chǎn)品的剛度，而且從成型工藝方面考慮也是很合理的。
3.玻璃粉和磨細(xì)纖維
玻璃粉和磨細(xì)纖維是用玻璃、玻璃纖維原絲或廢絲粉碎成的微粒狀制品，它主要用
作增強(qiáng)塑料的填充材料和表面涂漆的增強(qiáng)材料。其種類和用途見(jiàn)表 3-38。
表 3-38 玻璃粉及磨細(xì)纖維的種類、用途
制品名稱
制品
牌號(hào)
制 品 規(guī) 格
玻璃種類
粒度（篩號(hào)）
含水量（％）
特 征
用 途
磨細(xì)玻璃纖維
EMF
EMFP
無(wú)堿
無(wú)堿 ＋有堿
22以下
22以下
0.3以下
0.3以下
一般用
玻璃粉
EVS
無(wú)堿
22以下
0.3以下
特殊處理
填充材料、表面涂層、
增強(qiáng)、制造浴盆等
這種材料的成本低，容易成型，能節(jié)省工時(shí)。在表面涂層施工中可用噴槍將玻璃粉
和樹(shù)脂混合噴涂成型。
四、碳纖維與石墨纖維
（一）聚丙烯腈基碳纖維和石墨纖維
1.結(jié)構(gòu)形態(tài)
聚丙烯腈基石墨纖維的橫截面是圓形的，纖維直徑為 25～100nm，每一根纖維由許
多約 5nm的石墨微晶所組成，微晶的基面沿著纖維中心軸作很有規(guī)則的排列。
2.性能
碳纖維是纖維狀的碳素材料，所以具有碳素材料的特性，如密度小、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、
自潤(rùn)滑性等。此外碳纖維是纖維材料中比模量最高的纖維，拉伸強(qiáng)度與玻璃纖維相近，
彈性模量是玻璃纖維的 4～5倍。碳纖維與其他纖維的力學(xué)性能見(jiàn)表 3-39。
表 3-39 碳纖維與其他纖維的力學(xué)性能
纖 維 種 類
直徑
／μm
密度
／（g／cm3）
拉伸強(qiáng)度
／GPa
拉伸彈性模量
／GPa
比強(qiáng)度
／（×106cm）
比模量
／（×108cm）
中強(qiáng)碳纖維
7.8～8.1
1.80
2.0
200～230
11.1
1.11～1.27
高強(qiáng)碳纖維
7.4～7.8
1.81
2.7
230～250
14.9
1.27～1.38
高模碳纖維
7.2～7.5
1.87
2.3
340～360
12.3
1.82～1.93
低性能碳纖維
8.4
1.70
0.8
40
4.7
0.235
E-玻璃纖維
3.8～12.7
2.54
3.4
71
13.4
0.280
S-玻璃纖維
9.6
2.49
4.5
84
18.1
0.337
D-玻璃纖維
2.16
2.4
51
11.1
0.236
304—不銹鋼纖維
12～25
8.03
2.0
180
2.49
0.224
硼—鎢芯纖維
107
2.66
2.4
400
9.02
1.50
碳化硅纖維
10～15
2.70
3.0
160～180
11.1
0.593～0.667
3.應(yīng)用
碳纖維主要用作增強(qiáng)塑料的結(jié)構(gòu)材料，如用于戰(zhàn)略武器頭部材料、軍用飛機(jī)的尾翼
和旋轉(zhuǎn)葉片等，在汽車工業(yè)中用于制造彈簧、傳動(dòng)軸、制動(dòng)摩擦片、車門嵌條等。
碳纖維其他用途是用作宇航方面的燒蝕材料，還可用作電氣、絕熱、耐磨材料等。
碳纖維可代替損壞了的人體韌帶，而且能促使新的韌帶形成和成長(zhǎng)。
（二）人造絲基碳纖維和石墨纖維
1.結(jié)構(gòu)形態(tài)
碳纖維含碳量為 90％ （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 以上，石墨纖維含碳量接近 100％ （質(zhì)量分
數(shù)）。人造絲基石墨纖維的橫截面形狀是無(wú)規(guī)則或鋸齒狀的。
2.性能
人造絲基碳纖維密度小，導(dǎo)熱性差，堿金屬含量低 ［質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般僅為（28～60）×
10－6
］，這些都有利于其作為燒蝕材料。
人造絲基碳纖維的性能是：密度 1.3～1.9g／cm3
，拉伸強(qiáng)度 0.69～3.10GPa，拉伸
彈性模量 690～760GPa。它的電導(dǎo)率與彈性模量有非常直接的關(guān)系，即隨著彈性模量的
提高，電導(dǎo)率幾乎是線性增加的。當(dāng)彈性模量為 70GPa時(shí)，電導(dǎo)率為 400S／cm；彈性模
量為 760GPa時(shí)，電導(dǎo)率約為 1900S／cm。其他性能與聚丙烯腈基纖維相似。
3.應(yīng)用
碳纖維主要用作增強(qiáng)塑料的結(jié)構(gòu)材料，還可用作燒蝕材料，部分用于電氣、耐磨和
隔熱等方面。
（三）瀝青基碳纖維和石墨纖維
1.結(jié)構(gòu)形態(tài)
瀝青基碳纖維含碳量較高，即使熱處理溫度為 1000°C，其含碳量也在 99％ （質(zhì)量
分?jǐn)?shù)）以上。它有徑向結(jié)構(gòu)、洋蔥皮結(jié)構(gòu)和無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)。一般在纖維中是混合結(jié)構(gòu)，其
中主要是徑向和無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)，洋蔥皮結(jié)構(gòu)較為稀少。
2.性能
瀝青基碳纖維的拉伸強(qiáng)度與彈性模量受熱處理溫度影響較大。如熱處理溫度為
1700°C時(shí)，拉伸強(qiáng)度是 1.38GPa，彈性模量是 210GPa；熱處理溫度為 3000°C時(shí)，拉伸
強(qiáng)度為 2.20GPa，彈性模量為 700GPa。
3.應(yīng)用
主要用于耐熱、隔熱、燒蝕、耐磨和電氣方面，如揚(yáng)聲器喇叭紙盆。日本開(kāi)發(fā)碳纖
維增強(qiáng)混凝土，即在水泥砂漿中混入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1％ ～5％的低強(qiáng)度瀝青纖維，可使混
凝土的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度提高 5～10倍，彎曲韌性提高 20～30倍，延展能力提高 50
～60倍，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生像混凝土那樣的龜裂缺點(diǎn)。
五、芳綸纖維
分子結(jié)構(gòu)主鏈上的重復(fù)鏈節(jié)只含芳香環(huán)和酰胺鍵的合成纖維稱芳香族聚酰胺纖維，
也就是說(shuō)，纖維中至少有 85％的酰胺鍵直接連于芳香環(huán)上的纖維稱為芳香族聚酰胺纖
維，亦有的稱作芳族聚酰胺纖維、芳酰胺纖維和芳綸等。
芳香族聚酰胺纖維是由美國(guó)杜邦公司在 1972年開(kāi)發(fā)的。在芳香族聚酰胺纖維中首
先開(kāi)發(fā)的是凱芙拉纖維，因它在拉伸強(qiáng)度、彈性模量和耐熱性方面優(yōu)于通常的有機(jī)纖
維，所以凱芙拉纖維的研究和應(yīng)用較快。
芳香族聚酰胺纖維是用芳族二胺類和芳族二酰鹵化合物在低溫下進(jìn)行溶液縮聚，聚
合物在強(qiáng)酸溶液中紡絲，通過(guò) 0.5～1.9cm的空氣層進(jìn)入冷水中，然后水洗、干燥所得。
其特性是高拉伸強(qiáng)度、高模量、較低的伸長(zhǎng)率、耐燃燒、耐高溫，以及耐有機(jī)溶劑、燃
燒、潤(rùn)滑劑等，缺點(diǎn)是壓縮強(qiáng)度低。
芳香族聚酰胺纖維已工業(yè)應(yīng)用的有凱芙拉、諾曼克斯 （Nomex）、比 （B）纖維等。
目前，處于開(kāi)發(fā)研究的有，芳酰肼纖維 （H202）、雜環(huán)聚酰胺纖維 （ВНИИВЛОН）、聚
芳雜環(huán)類纖維 （CBM）。國(guó)內(nèi)已研制并得到應(yīng)用的是芳綸 1414（相當(dāng)于凱芙拉 49）和
芳綸 14（相當(dāng)于 B纖維）。
（一）凱芙拉纖維
1.結(jié)構(gòu)式
?
?
C
O
C
O
?
?
NH
NH
n
2.結(jié)構(gòu)形態(tài)
纖維橫斷面為圓形。
3.性能
凱芙拉纖維最大特點(diǎn)是具有高強(qiáng)度和高模量，其比強(qiáng)度相當(dāng)于鋼絲的 3～4倍，比
模量為鋼絲和玻璃纖維的 2～3倍。它的相對(duì)密度僅是鋼絲的 1／5左右。凱芙拉纖維耐
高溫性能優(yōu)良，在其分解溫度下仍不熔融，連續(xù)使用溫度 －196～204°C。此外，在
－45°C的低溫下仍能保持其與室溫相同的強(qiáng)韌性，尺寸穩(wěn)定性良好。對(duì)氧穩(wěn)定，但耐紫
外光較差。它還具有自熄性。
4.應(yīng)用
凱芙拉纖維的用途見(jiàn)表 3-40。
表 3-40 凱芙拉纖維的用途
凱 芙 拉
凱芙拉-29
凱芙拉-49
主要用作簾子線、子午線帶材，也
用作輪胎以外的橡膠制品的增強(qiáng)材
料，有以下幾個(gè)方面：
1）氨氣用軟管。它的抗破裂強(qiáng)度
高、體膨脹系數(shù)小、耐藥品性優(yōu)良、安
全性好
2）高壓軟管。與鋼絲增強(qiáng)的耐壓
管相比，它具有柔軟、非電導(dǎo)性，較安
全
3）高性能 V帶。適于高溫下使
用，壽命長(zhǎng)
4）汽車用軟管及帶材。可大大改
善汽車排氣控制系統(tǒng)的耐熱性
主要用作特種繩索及工業(yè)用布。由
于它具有高強(qiáng)力和低密度，可代替鋼
絲。凱芙拉-29在空氣中的“自由長(zhǎng)
度”（指纜繩在一定長(zhǎng)度時(shí)因其自重
而斷裂時(shí)的長(zhǎng)度）比鋼絲長(zhǎng) 7倍，而
在海水中長(zhǎng) 26倍，即凱芙拉-29的纜
繩可應(yīng)用在鋼絲達(dá)不到的深海作業(yè)
凱芙拉-29耐蝕性好，在海水中經(jīng)
一年后，強(qiáng)度也不下降，因此可用于潛
水裝置及海底電纜，還可用于直升飛
機(jī)的吊繩，電線支撐線、拋錨繩等。此
外，可取代石棉制成墊圈，其性能優(yōu)于
石棉墊圈
主要用作增強(qiáng)劑，也可用于
輪胎及橡膠制品（傳送帶、軟管
等）的簾子線及子午線，又用作
光導(dǎo)纖維的補(bǔ)強(qiáng)材料。凱 芙
拉-49還可作為涂層織物，以它
作為建筑物或運(yùn)動(dòng)場(chǎng)看臺(tái)的頂
棚，比同強(qiáng)度的玻璃纖維織物
質(zhì)量減輕 20％，比同強(qiáng)度聚酯
織物減輕質(zhì)量 40％ ～44％，如
蒙特利爾奧林匹克運(yùn)動(dòng)場(chǎng)用凱
芙拉-49增強(qiáng)塑料作看臺(tái)頂棚
（5600m2覆蓋層）。它很輕，能
耐強(qiáng)風(fēng)和雪載荷
（二）諾曼克斯纖維 （Nomex纖維）
1.結(jié)構(gòu)式
?
?
C
O
C
O
?
?
NH
NH
n
2.結(jié)構(gòu)形態(tài)
纖維的橫斷面為犬骨狀。
3.性能
與凱芙拉纖維比較，諾曼克斯纖維具有耐熱性高，阻燃性好，發(fā)煙性低等特點(diǎn)，并
可在 260°C高溫下使用。在 400°C分解成碳化物。它能耐有機(jī)溶劑和酸類試劑，電氣絕
緣性好和耐輻射。諾曼克斯纖維的尺寸穩(wěn)定性為：260°C干燥空氣暴露 2～3s，約收縮
1％；再暴露 10s以內(nèi)，收縮 0.7％；再長(zhǎng)時(shí)間暴露，纖維長(zhǎng)度不變化。諾曼克斯的吸濕
性高，為 4％ ～5％。
4.應(yīng)用
諾曼克斯 （Nomex）纖維特點(diǎn)是耐熱壽命高，耐磨、耐曲折、耐各種化學(xué)試劑，所
以可作易燃、易爆、高溫、化工等環(huán)境的工作服、消防服、防護(hù)手套等，又可作工業(yè)中
各種襯墊材料、濾材、高溫輸送帶、電氣絕緣材料等。
在隔熱材料方面，可制成蜂窩狀作夾心結(jié)構(gòu)，外面覆蓋其他復(fù)合材料的蒙皮。
（三）HM-50芳酰胺纖維
1.結(jié)構(gòu)式
[
]
HN
O
NHOC
CO
m
[
—
]
HN
NHOC
CO
n
2.結(jié)構(gòu)形態(tài)
纖維斷面為圓形。
3.性能
HM-50纖維的性能見(jiàn)表 3-41。
HM-50纖維的密度小，約是鋼的 1／5，玻璃纖維的 1／2，碳纖維的 2／3，接近于一般
塑料的密度。其拉伸強(qiáng)度接近于碳纖維，而且比強(qiáng)度高，它的比強(qiáng)度約是鋼絲的 7倍，
玻璃纖維的 2倍。
表 3-41 HM-50芳酰胺纖維性能
性 能
數(shù)值
性 能
強(qiáng)度保持率（％）
密度／（g／cm3）
拉伸強(qiáng)度／GPa
拉伸彈性模量／GPa
伸長(zhǎng)率（％）
最大氧指數(shù)
熱分解溫度／°C
1.39
3.1
75
4.2
25
＞500
耐熱性（200°C，1000h）
耐濕熱性（140°C，100h）
耐堿性（10％NaOH，95°C，100h）
耐酸性（40％H2SO4，95°C，100h）
75
95
84
89
4.應(yīng)用
HM-50相似于凱芙拉，可用作輪胎中的簾子線和傳送帶、V帶、高壓軟管、耐熱軟
管。比玻璃纖維增強(qiáng)或鋼絲增強(qiáng)的纖維質(zhì)輕，耐久，耐沖擊。用于汽車的變速帶，可節(jié)
約燃料。由于彎曲疲勞及耐磨性好，可制繩索及纜繩。
利用 HM-50纖維的卓越性能，可在直升飛機(jī)和裝甲車輛中代替重金屬；利用其耐
切割性可制作安全手套、作業(yè)服和安全靴等；利用其耐燃性可制作防火消防服。
HM-50纖維可代替石棉用作增強(qiáng)材料、耐熱濾材或增強(qiáng)水泥等。
（四）HM-50纖維
1.性能
HM-50纖維增強(qiáng)乙烯酯樹(shù)脂擠拉成型的棒材，具有密度小、比玻璃鋼的拉伸強(qiáng)度高
等特性，見(jiàn)表 3-42。HM-50纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂時(shí)，通常用短纖維，纖維含量為 20％，
見(jiàn)表 3-42。HM-50纖維的耐沖擊性高，這是因?yàn)樵诨鞜挄r(shí)，能保持原長(zhǎng) 3mm，并可均
勻地分散在樹(shù)脂基體中之故。而碳纖維及玻璃纖維則斷裂成 0.2～0.3mm的纖維，使沖
擊強(qiáng)度降低。
表 3-42 HM-50纖維和其他纖維增強(qiáng)乙烯酯樹(shù)脂棒材的性能
纖維
直徑／mm
相對(duì)密度
拉伸強(qiáng)度／GPa
拉伸彈性模量／GPa
玻璃纖維
5.60
2.03
1.14
36
HM-50
5.51
1.28
1.52
41
碳纖維
5.61
1.52
1.83
92.6
2.應(yīng)用
用于飛機(jī)的內(nèi)部材料、艙門等，可減重 30％，也可用于防彈板及壓力容器。此外，
在運(yùn)動(dòng)器材方面可作游艇的船體、高爾夫球棒、鉤魚(yú)竿等。
（五）比纖維 （B纖維）
1.結(jié)構(gòu)式
?
?
NH
C
?
?
O
n
2.性能
B纖維質(zhì)量輕、強(qiáng)度高 （其拉伸彈性模量是玻璃纖維的 2.5倍）、熔點(diǎn)高 （約
500°C）、耐高溫性能優(yōu)良，主要缺點(diǎn)是沖擊性能差。隨工藝方法不同，纖維的性能也
不同，見(jiàn)表 3-43。
表 3-43 B纖維的性能
性 能
紡絲工藝
密度
／（g／cm3）
線密度
／（×10－6kg／m）
拉伸強(qiáng)度
／GPa
拉伸彈性模量
／GPa
伸長(zhǎng)率
（％）
（美國(guó)）
杜邦法
六甲基磷酰胺為溶劑的
縮聚—干法紡絲（兩步法）
1.45
0.19
0.98
76.6
1.2
四 甲 基 脲 為 溶 劑 的 縮
聚—濕紡法（一步法）
1.45
0.32
1.137
1.4
四 甲 基 脲 為 溶 劑 的 縮
聚—干紡法（一步法）
1.45
0.31
1.367
89
1.7
高特性粘度聚合物—濕
紡法
1.45
1.815
102.5
2.4
（前蘇聯(lián)）
ВНИИВ法
1.5粘度聚合物紡絲
1.45
1.6～1.8
75
3
3.5粘度聚合物紡絲
1.45
1.7～2.2
3
（中國(guó)）上海
合成樹(shù)脂所
芳綸 14
1.45
3.0
160
2
注：B纖維耐熱性高，可在 280°C左右長(zhǎng)期使用。
3.應(yīng)用
用芳綸 14／環(huán)氧酚醛可復(fù)合成防彈板，它與諾曼克斯纖維混織能制成高強(qiáng)度耐高溫
的防護(hù)服，也可制成張力構(gòu)件如固定電纜、光纜的托架等，以及運(yùn)動(dòng)器材如網(wǎng)球拍、滑
雪板、釣魚(yú)竿等。
（六）X-500纖維
1.結(jié)構(gòu)式
?
?
■
NH
C
O
NHNH■C
O
C
?
?
O
n
2.性能
X-500纖維共有三種型號(hào)，即 E型、T型和 G型。E型纖維拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模
量低，但伸長(zhǎng)率較高，T型纖維拉伸強(qiáng)度及拉伸彈性模量稍高，G型纖維則具有高拉伸
強(qiáng)度和高拉伸彈性模量，而伸長(zhǎng)率低，見(jiàn)表 3-44。
表 3-44 X-500纖維的力學(xué)性能
纖 維 種 類
拉伸強(qiáng)度／GPa
拉伸彈性模量／GPa
伸長(zhǎng)率（％）
X-500（E）
0.621～0.689
11.0～19.3
22～40
X-500（T）
1.034～1.172
31.7～37.9
15～20
X-500（G）
1.931～2.137
82.7～103
3～4
G型纖維的相對(duì)密度為 1.47，線密度為 0.44～0.88×10－6
kg／m。其拉伸強(qiáng)度是鋼
絲的 4倍，拉伸彈性模量是玻璃纖維的 2倍多。它的熱分解溫度為 525°C，在 400°C下
加熱 5min，纖維收縮率 ＜0.2％，在 50°C水中浸泡 6個(gè)月后，纖維強(qiáng)度保持率為 92％。
X-500纖維具有較高的耐磨性，并與樹(shù)脂母體結(jié)合力良好，對(duì)高頻電磁場(chǎng)的透過(guò)性
好。
3.應(yīng)用
X-500E型纖維由于伸長(zhǎng)率大，故可用于某些抗沖擊裝置中，如安全帶及彈道保護(hù)
裝置等。
X-500T型纖維可用作普通強(qiáng)力的簾子線。
X-500G型纖維可用作塑料的增強(qiáng)材料及高級(jí)輪胎簾子線。
六、超拉伸聚乙烯纖維
超拉伸聚乙烯 （PE）纖維是采用超倍拉伸技術(shù)制備而成的，故而取名超拉伸纖維。
又因?yàn)橹苽溥@種纖維的原料多選用超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯 （UHMNPE），又稱為 UH
MWPE纖維，或高性能纖維等。
超拉伸聚乙烯纖維 （高模量聚乙烯纖維）的國(guó)際市場(chǎng)幾乎由美國(guó)、日本、荷蘭三
國(guó)所占領(lǐng)。美國(guó)的 AilledSignal公司、荷蘭 DSM和日本三井公司等都已大規(guī)模生產(chǎn)，并
取得了豐厚的利潤(rùn)。
UHMWPE纖維具有超高強(qiáng)度和超高模量，而且其密度是高性能纖維中最低的，使
其具有極高的比強(qiáng)度和比模量，因而，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。
（一）主要品種與性能
1.新型 Dyneema纖維
新型 Dyneema纖維的性能見(jiàn)表 3-45。
表 3-45 新型 Dyneema纖維的性能
性 能
SK60
SK65
SK75
SK76
SK77
密度／（g／cm3）
0.97
0.97
0.97
0.97
0.97
纖維強(qiáng)度／（N／tex）
2.8
3.1
3.5
3.7
4.0
拉伸強(qiáng)度／GPa
2.7
3.0
3.4
3.5
4.0
彈性模量／GPa
89
95
107
116
—
斷裂伸長(zhǎng)率（％）
3.5
3.6
3.8
3.8
3.7
2.“孚泰”牌高拉伸聚乙烯纖維
北京同益中特種纖維技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司批量生產(chǎn)的 “孚泰”牌超高相對(duì)分子質(zhì)量
聚乙烯纖維，運(yùn)用特殊的紡絲方法生產(chǎn)，具有超高強(qiáng)度、超高模量、耐磨損、耐腐蝕、
抗老化、抗沖擊和耐低溫等特性，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表 3-46。
表 3-46 “孚泰”牌 UHMWPE纖維品種規(guī)格及主要性能指標(biāo)
序 號(hào)
品 種
規(guī) 格
比拉伸強(qiáng)度
／（cN／dtex）
比拉伸模量
／（cN／dtex）
斷裂伸長(zhǎng)率
（％）
1
FT-032
500～1000D／60F
20
700
≤5
2
FT-033
500～1000D／120F
20
700
≤5
3
FT-042
500～1000D／60F
22
800
≤4
4
FT-043
500～1000D／120F
22
800
≤4
5
FT-052
500～1000D／60F
25
900
≤4
6
FT-053
500～1000D／120F
25
900
≤4
7
FT-132
500～1000D／60F
22
900
≤4
8
FT-133
500～1000D／120F
22
900
≤4
9
FT-142
500～1000D／60F
25
1000
≤3
10
FT-143
500～1000D／120F
25
1000
≤3
11
FT-152
500～1000D／60F
28
1100
≤3
12
FT-153
500～1000D／120F
28
1100
≤3
3.“中太”牌高拉伸 PE纖維
“中太”牌高拉伸聚乙烯纖維強(qiáng)度是優(yōu)質(zhì)鋼的幾倍，模量?jī)H次于特種碳纖維，密度
低、斷裂伸長(zhǎng)率極高、能量吸收能力極強(qiáng)，且具有優(yōu)越的抗沖擊性能和抗切割韌性，見(jiàn)
表 3-47。
表 3-47 “中太”牌高拉伸 PE纖維基本特性與其他纖維的對(duì)比
品 種
密度／（g／cm3）
拉伸強(qiáng)度／（N／tex） 拉伸彈性模量／（N／tex） 伸長(zhǎng)率（％）
中太超高強(qiáng) PE-Ⅰ
0.97
1.80
53
≤5
中太超高強(qiáng) PE-Ⅱ
0.97
2.20
53
≤5
中太超高強(qiáng) PE-Ⅲ
0.97
2.60
70
≤3.6
中太超高強(qiáng) PE-Ⅳ
0.97
2.80
90
≤3.4
芳族聚酰胺纖維（常規(guī)）
1.44
2.05
41
3.6
芳族聚酰胺纖維（復(fù)合）
1.45
2.05
83
1.9
（二）應(yīng)用
超拉伸聚乙烯纖維的應(yīng)用主要有四個(gè)領(lǐng)域，即繩、纜、索、網(wǎng)、線等領(lǐng)域，織物領(lǐng)
域，無(wú)紡織物領(lǐng)域和增強(qiáng)塑料領(lǐng)域等，見(jiàn)表 3-48。
表 3-48 超拉伸聚乙烯纖維的應(yīng)用領(lǐng)域
制品種類
織 物
針 織 物
無(wú) 紡 織 物
繩 索
增 強(qiáng) 塑 料
防護(hù)制品
防護(hù)手套、防切割
電機(jī)罩
海上用品 船帆
離港纜、系泊纜、拖網(wǎng) 船體
運(yùn)輸工具 吊帶、氣球
升降纜、拖纜
輕量盔甲、艦船
防彈制品 掩體、防護(hù)制品
防彈背心（UD66）
頭盔、插板件、裝甲盔甲
防爆背心（插板件）
體育用品 船帆
擊劍服、滑冰服
快艇繩、釣魚(yú)線
滑雪橇、曲棍球棍、釣魚(yú)竿
七、無(wú)機(jī)纖維
（一）硼纖維
1.結(jié)構(gòu)形態(tài)
硼纖維是微晶結(jié)構(gòu)，隨沉積條件不同，其晶形不同。在 1300°C以上化學(xué)氣相沉積
生成的結(jié)晶狀態(tài)是 β-菱形結(jié)晶；溫度低于 1300°C時(shí)為 α-菱形結(jié)晶，在一定條件下也發(fā)
現(xiàn)有四方結(jié)晶，所有的多晶體結(jié)晶都以 12個(gè)原子硼形成的二十面體作為結(jié)構(gòu)單元，而
不是單原子直接構(gòu)成。
硼纖維的表面呈瘤或 “玉米穗”狀結(jié)構(gòu)，玉米穗顆粒是硼沿著鎢芯絲表面的溝槽
沉積，隨著逐漸生長(zhǎng)直到頂部。
2.性能
硼纖維的芯絲不同、纖維直徑不同，其密度和力學(xué)性能也是不同的。
（1）力學(xué)性能
B-W纖維和 B-C纖維的直徑和密度關(guān)系見(jiàn)表 3-49。
表 3-49 硼纖維的直徑和密度的關(guān)系
纖維
直徑／μm
纖維密度／（g／cm3）
支數(shù)／（×106cm／kg）
硼-鎢（B-W）
100
140
200
2.59
2.46
2.40
4.76
2.55
1.29
硼-碳（B-C）
100
107
140
2.22
2.23
2.27
5.55
5.01
2.70
硼纖維的力學(xué)性能見(jiàn)表 3-50。
表 3-50 硼纖維的力學(xué)性能
性 能
B-W纖維
B-C① 纖維
B4C-硼纖維②
SiC-硼纖維
直徑／μm
100
140
100
140
102～203
密度／（g／cm3）
2.59
2.46
2.27
2.71
拉伸強(qiáng)度／GPa
3.445
3.583
3.450
＞6.890
3.100
拉伸彈性模量／GPa
400
400
358
400
① B-C纖維的模量低于 B-W纖維的 10％，是由于碳纖維拉伸彈性模量低，且占纖維體積的 10％。
② 硼纖維為 B-W結(jié)構(gòu)。
國(guó)內(nèi)硼纖維的力學(xué)性能見(jiàn)表 3-51。
表 3-51 國(guó)產(chǎn)硼纖維的力學(xué)性能
性 能
B4C涂層的 B-W纖維
直徑／μm
100
140
密度／（g／cm3）
2.51
2.44
拉伸強(qiáng)度／GPa
3.1～3.5
拉伸彈性模量／GPa
340～400
注：本表為航空工業(yè)部 621所數(shù)據(jù)。
（2）熱性能
硼纖維在 40°C以下，性能下降緩慢。其熱性能及不同溫度下的性能變化見(jiàn)表 3-52。
表 3-52 硼纖維的熱性能
熱環(huán)境條件
數(shù)值及熱變化情況
比熱容／［kJ／（kg·K）］
1.3
熱導(dǎo)率／［W／（m·K）］
38
線脹系數(shù)／（×10－6K－1）
5.0
在空氣中低于 200°C，1000h
降至室溫，強(qiáng)度基本沒(méi)有變化
在氬氣中 315°C，1000h
降至室溫，強(qiáng)度損失將近 30％
在空氣中 315°C，1000h
降至室溫，強(qiáng)度損失將近 70％
在空氣中 500°C，1h
降至室溫，強(qiáng)度不變
在氬氣中 900°C，1h
降至室溫，強(qiáng)度不變
（3）動(dòng)態(tài)疲勞性能
用拉伸-零載的拉伸循環(huán)，每分鐘 150次的頻率，所用的載荷約相當(dāng)于平均拉伸強(qiáng)
度的一半，可以超過(guò) 100萬(wàn)次。
（4）化學(xué)性能
在室溫下，硼是比較惰性的材料，在高溫下硼容易和大多數(shù)金屬起反應(yīng)，如鐵、
鈷、鎳、鋁、鎂等。
硼纖維的表面具有活性，對(duì)極性化合物有親和力，并且對(duì)含氮化合物的親和力大于
類似的含氧化合物。
3.用途
主要用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料。
（二）碳化硅纖維
1.結(jié)構(gòu)形態(tài)
碳化硅纖維是 β形式的多晶結(jié)構(gòu)，其表面結(jié)構(gòu)非常光滑，尼卡龍纖維斷面形狀為
圓形。
2.性能
SiC纖維的彈性模量比鋼 （207GPa）和鋁 （69GPa）高。用氣相沉積法制得的 SiC
纖維，直徑不同，所得密度也不同，見(jiàn)表 3-53，不同芯絲材料的力學(xué)性能見(jiàn)表 3-54，直
接紡絲法制得尼卡龍 （SiC）纖維的性能見(jiàn)表 3-55。
表 3-53 SiC纖維密度與直徑的關(guān)系
纖 維
直徑／μm
密度／（g／cm3）
支數(shù)／（×106cm／kg）
SiC-C纖維
100
140
200
2.98
3.08
3.13
4.14
2.05
9.86
表 3-54 SiC纖維不同芯絲材料的力學(xué)性能
性 能
SiC-C
SiC-W
纖維直徑（芯絲直徑）／μm
140（33）
100（12.5）
拉伸強(qiáng)度／GPa
3.445
＞2.1
拉伸彈性模量／GPa
427
＞420
密度／（g／cm3）
3.08
3.5
制備方法
氣相沉積法
表 3-55 直接紡絲法尼卡龍纖維的性能
性 能
尼卡龍（國(guó)防科大）
尼卡龍（日本）
直徑／μm
13～15
10～15
拉伸強(qiáng)度／GPa
2.00～2.45
2.50～3.00
拉伸彈性模量／GPa
176～196
180～200
伸長(zhǎng)率（％）
1.5～2.0
密度／（g／cm3）
2.55
2.55
最高使用溫度／°C
1250
線脹系數(shù)（徑向）／K－1
3.1×10－6
體積電阻率／（Ω·cm）
（1～50）×103
尼卡龍有三種不同結(jié)構(gòu)，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其性能見(jiàn)表 3-56。
表 3-56 尼卡龍三種結(jié)構(gòu)的性能
性 能
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
直徑／μm
10
7
10
拉伸強(qiáng)度／GPa
3.0
3.5
2.0
拉伸彈性模量／GPa
200
200
150
注：本表數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)防科技大學(xué)。
碳化硅纖維的耐熱性高，可在氧化性氣氛的環(huán)境中使用；耐化學(xué)藥品性卓越，和金
屬反應(yīng)性小，金屬對(duì)其有良好的潤(rùn)濕性，兩者相容性好；在電性能方面，具有半導(dǎo)電
性，可以控制一定的導(dǎo)電性。
3.用途
碳化硅纖維可作為增強(qiáng)材料，能增強(qiáng)金屬、陶瓷、樹(shù)脂、玻璃等材料。
（三）碳化硅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料
1.性能
SiC纖維的耐熱性好，制成的復(fù)合材料具有一定耐熱性。其層壓板力學(xué)性能見(jiàn)表 3-
57，尼卡龍纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料性能見(jiàn)表 3-58，SiC纖維不同含量 （體積分?jǐn)?shù)）的性
能見(jiàn)表 3-59。
表 3-57 SiC纖維制成的環(huán)氧層壓板的力學(xué)性能
性 能
層 壓 板
室 溫
177°C
纖維直徑／μm
140
140
樹(shù)脂含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（％）
26
26
密度／（g／cm3）
2.21
2.21
彎曲強(qiáng)度／GPa
0°
2.274
1.486
90°
0.126
0.0779
彎曲彈性模量／GPa
0°
211
176
90°
21.4
8.3
剪切強(qiáng)度／MPa
0°
119
62.7
90°
75.8
拉伸彈性模量／GPa
90°
21.4
拉伸應(yīng)變（％）
90°
0.48
表 3-58 尼卡龍纖維增強(qiáng)環(huán)氧單向復(fù)合材料的性能
性 能
數(shù) 值
性 能
數(shù) 值
纖維含量（體積分?jǐn)?shù)）（％）
60
密度／（g／cm3）
2.0
拉伸強(qiáng)度／GPa
1.5
拉伸彈性模量／GPa
130
彎曲強(qiáng)度／GPa
2
彎曲彈性模量／GPa
120
壓縮強(qiáng)度／GPa
1.8
層間剪切強(qiáng)度／MPa
120
簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度／（kJ／m2）
260
線脹系數(shù)／K－1
0°
2.6×10－6
90°
20×10－6
表 3-59 SiC纖維／環(huán)氧不同纖維含量的性能
性 能
纖維含量（體積分?jǐn)?shù)）（％）
78
70
62
55
密度／（g／cm3）
2.99
2.59
拉伸強(qiáng)度／GPa
1.05
0.72
拉伸彈性模量／GPa
365
295
229
彎曲強(qiáng)度／MPa
190
200
183
彎曲彈性模量／GPa
261
249
235
SiC纖維增強(qiáng)聚酰亞胺單向復(fù)合材料的性能見(jiàn)表 3-60。
表 3-60 SiC纖維增強(qiáng)聚酰亞胺單向復(fù)合材料的性能
性 能
數(shù) 值
性 能
數(shù) 值
纖維含量（體積分?jǐn)?shù)）（％）
40
彎曲彈性模量／GPa
111
拉伸強(qiáng)度／MPa
425
壓縮強(qiáng)度／MPa
297
彎曲強(qiáng)度／MPa
648
2.用途
1）SiC復(fù)合材料用作耐熱材料，如各種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體、噴管的嘴、芯等。
2）與碳纖維混合使用，補(bǔ)償碳纖維的不足，可用于飛機(jī)的門、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、扇葉
和艦艇的齒輪箱等。
3）碳化硅纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料，可制造導(dǎo)彈頭部、火箭噴管等的耐熱部件。
（四）氧化鋁纖維和陶瓷纖維
1.結(jié)構(gòu)
氧化鋁纖維的組成是 100％ （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）α-Al
2O3。氧化鋁及陶瓷纖維的橫截面都
是圓形的、透明的。
2.性能
氧化鋁纖維主要特點(diǎn)是耐熱性好、電絕緣性好、表面活性好，可以與樹(shù)脂或金屬進(jìn)
行復(fù)合等。用不同方法制得的氧化鋁纖維，其性能見(jiàn)表 3-61。
表 3-61 各種方法制得的氧化鋁纖維的性能比較
制 法
密度
／（g／cm3）
纖維直徑
／μm
拉伸強(qiáng)度
／MPa
拉伸彈性模量
／GPa
熔點(diǎn)／°C
最高使用溫度
／°C
TYCO法
3.99
250
2400
460
2040
2000①
杜邦法
3.95
15～25
1379～2068
380
2045
1100②
3M法
2.50
11
1720
150
2040
1300
卜內(nèi)門法
3.40
3
1034
100
2040
1600③
住友化學(xué)法
3.20
9
2600
250
2040
1300
① 1200°C時(shí)，只有室溫強(qiáng)度的 1／3。
② 在 1000°C空氣中，強(qiáng)度保持率 92％。
③ 是隔熱材料使用的最高溫度。
3M陶瓷纖維是柔軟、圓形、透明的金屬氧化物纖維。它能耐化學(xué)試劑并具有卓越
的壓縮強(qiáng)度，三種陶瓷纖維的性能見(jiàn)表 3-62。
卜內(nèi)門公司的賽非爾陶瓷纖維是均勻、無(wú)雜質(zhì)、柔軟、有彈性的纖維，具有高折射
率及化學(xué)惰性。它是微晶的、具有絲狀手感的材料，共有兩種級(jí)別，即標(biāo)準(zhǔn)級(jí) （S）和
高溫級(jí) （HT），其性能見(jiàn)表 3-63。
表 3-62 3M 陶瓷纖維的性能
項(xiàng) 目
AB-312
AC-02
ZS-11
組分
氧化鋁-氧化 硼-氧
化硅
氧化鋁-氧化 鉻-氧
化硅
氧化鋯-氧化硅
纖維形式
連續(xù)紗、粗紗、短切纖
維、松散纖維、織物、編
織品預(yù)浸漬材料
連續(xù)紗、粗紗、松散
纖維、編織品
連續(xù)紗、粗紗、短切纖
維、松散纖維、織物
外觀
光滑、圓形、透明
光滑、圓形、透明
光滑、圓形
平均線密度／（×10－6kg／m）（390
根單絲）
95.6
88.3
228.9
顏色
白色
淺綠
白色
密度／（g／cm3）
2.50
2.80
3.70
平均直徑／μm
11
10
14
拉伸強(qiáng)度／GPa
1.72
1.38
1.03
拉伸彈性模量／GPa
152
159
96.5
伸長(zhǎng)率（％）
1.2
1.2
1.1
比拉伸強(qiáng)度／（×106cm）
6.85
比拉伸彈性模量／（×106cm）
6.15
長(zhǎng)期使用溫度／°C
1300
1400
1000
短期使用溫度／°C
1600
1600
熱導(dǎo)率／［W／（m·K）］
500°C
800°C
0.36
0.89
0.375
0.84
1500°C16h后拉伸強(qiáng)度／MPa
550
1500°C16h后失重（％）
0.6
用途
熱絕緣、增強(qiáng)塑料、
熱屏蔽、連續(xù)高溫傳
送帶
導(dǎo)線和電纜絕緣、
熱絕緣、增強(qiáng)塑料
熱絕緣、增強(qiáng)陶瓷和水
泥、高溫濾布、燒蝕材料
表 3-63 賽非爾陶瓷纖維的性能
性 能
賽非爾氧化
鋯纖維
賽非爾氧化
鋁纖維
性 能
賽非爾氧化
鋯纖維
賽非爾氧化
鋁纖維
纖維密度／（g／cm3）
5.6
2.8
熔點(diǎn)／°C
＞2500
2000
最高使用溫度／°C
HT級(jí)
S級(jí)
1600
1400
1400
1000
比熱容／［J／（kg·K）］
586.2
1046.7
拉伸彈性模量／GPa
100
莫氏硬度
6
平均直徑／μm
3
3.用途
氧化鋁纖維的電波穿透性優(yōu)越，可作成與雷達(dá)等電波有關(guān)的結(jié)構(gòu)件；由于該纖維高
溫性能穩(wěn)定，用于制作熱絕緣護(hù)罩、連續(xù)高溫運(yùn)輸帶、高溫過(guò)濾器等；也可作為樹(shù)脂、
金屬的增強(qiáng)材料。
（五）高硅氧纖維和石英纖維
1.結(jié)構(gòu)組成
高硅氧纖維是含 SiO2 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）95％以上的高純度玻璃纖維。石英纖維是天然
石英結(jié)晶，含 SiO2 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）99.95％。
2.性能
高硅氧纖維和石英纖維在本質(zhì)上是很相似的，所以它們有很多性能也是相似的。
（1）物理力學(xué)性能 高硅氧纖維和石英纖維都具有高的比強(qiáng)度，石英纖維的拉伸
強(qiáng)度約是高硅氧纖維的 5倍。它們的性能見(jiàn)表 3-64。
表 3-64 高硅氧纖維和石英纖維的性能
性 能
高硅氧纖維
石英纖維
性 能
高硅氧纖維
石英纖維
纖維直徑／μm
紗和織物
氈
10
1.27～10
10
1.27～15
拉伸強(qiáng)度／MPa
室溫
200°C
179
896
683
相對(duì)密度
（莫氏）硬度
拉伸彈性模量／GPa
1.74
2.2
5～6
68
高硅氧紗和石英紗是完全彈性的，它們的破壞伸長(zhǎng)率約是 1％。關(guān)于高硅氧和石英
的紗類及織物類的性能見(jiàn)表 3-65和表 3-66。
表 3-65 高硅氧紗和石英砂的物理力學(xué)性能
性 能
高 硅 氧 紗
石 英 紗
型號(hào)
100＃
300-2／2＃
300-2／4＃
300-4／4＃
標(biāo)稱直徑／mm
0.51
0.13
0.25
0.36
支數(shù)／（m／kg）
6150
15100
7560
3780
最小破壞強(qiáng)度／N
11.1
13.3
22.2
48.9
線形收縮率（％）
12
1
1
1
表 3-66 高硅氧織物和石英織物的物理力學(xué)性能
性 能
高硅氧織物
石 英 織 物
型號(hào)
82＃（輕型）
84＃（重型）
581＃（輕型）
570＃（重型）
織物質(zhì)量／（kg／m2）
0.35
0.63
0.28
0.66
厚度／mm
0.33
0.66
0.28
0.69
線數(shù)／cm
徑向
緯向
20
16
22
21
15
9
斷裂力／N
經(jīng)向
緯向
133
111
311
200
823
756
2135
1779
織紋
8H緞紋
8H緞紋
8H緞紋
8H緞紋
最大面積收縮率（％）
5
5
1
1
濕含量（％）
5
5
1
1
pH
4.0～7.0
4.0～7.0
6.0～8.0
6.0～8.0
二氧化硅含量（％）
98.0～99.2
98.0～99.2
99.9＋
99.9＋
（2）熱性能 高硅氧纖維和石英纖維的熱性能基本相似，其主要區(qū)別是：石英纖
維的熔體粘度比高硅氧纖維高，其原因是石英中含有更多的二氧化硅。高硅氧和石英在
1650°C以下不會(huì)熔融或蒸發(fā)。溫度連續(xù)超過(guò) 982°C，這兩種形式的二氧化硅開(kāi)始轉(zhuǎn)化成
方晶石的晶體形式，這種轉(zhuǎn)化使材料變硬，但不會(huì)引起物理形狀或絕緣性能的變化。
高硅氧的抗熱沖擊性能極好，其制品能加熱至 1090°C在水中急冷無(wú)任何明顯的變
化。
（3）化學(xué)性能
高硅氧纖維和石英纖維，除氫氟酸及熱磷酸外，它們不受液態(tài)或氣態(tài)鹵素或一般酸
類的影響。高硅氧制品不適用于熱堿或冷堿中，在某些應(yīng)用中，可用于弱堿溶液。高硅
氧纖維不溶于有機(jī)溶劑中。
3.用途
可與樹(shù)脂復(fù)合制成復(fù)合材料，用于制品中耐溫的部位。
八、晶須
1.鈦酸鉀晶須
性質(zhì) 白色針狀單晶纖維。相對(duì)密度 3.3，熔點(diǎn) 1300～1350°C，晶須直徑 0.2～
1.0μm，晶須長(zhǎng)度 20～80μm，熱膨脹系數(shù) 6.8×10－6
°C－1
，莫氏硬度 4，拉伸強(qiáng)度
70MPa，彈性模量 280GPa。具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱和隔熱性、電絕緣性、紅外波反
射性及耐摩擦性。
用法及其特點(diǎn) 本品用作工程塑料增強(qiáng)劑，可提高塑料的耐熱性、強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定
性，也可替代石棉制作汽車制動(dòng)、離合器等摩擦材料，還用作絕熱及導(dǎo)電材料。
2.氧化鋅晶須
性質(zhì) 一種具有三維空間結(jié)構(gòu)的立體四針狀單晶，呈白色纖維狀疏松粉末。相對(duì)密
度 5.7～5.8，表觀密度 0.01～0.5g／cm3
，針狀體晶須直徑 0.1～10μm，長(zhǎng)度 10～
300μm，長(zhǎng)徑比 （10～30）∶1，電阻率 7.14Ω·cm，拉伸強(qiáng)度 12GPa，彈性模量 35GPa，
熱膨脹系數(shù) 4×10－6
°C－1
。具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗靜電性、紫外線吸收性、吸聲性、
電磁波防護(hù)功能及廣譜抗菌防藻性能等。
用法及其特點(diǎn) 本品用作增強(qiáng)材料。用于環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑，與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性及
分散性好，具有增強(qiáng)、增韌、抗老化及抗靜電等作用。本品與銀離子復(fù)合時(shí)，可制得具
有優(yōu)異抗菌性能的無(wú)機(jī)抗菌劑，用于制備抗菌塑料及抗菌纖維。
3.硫酸鈣晶須
性質(zhì) 晶須是在特殊條件下以單晶形式生長(zhǎng)而成的纖維，原子排列結(jié)構(gòu)高度有序，
具有亞微米和納米級(jí)的尺寸。硫酸鈣晶須是指半水硫酸鈣和無(wú)水硫酸鈣纖維狀單晶體。
相對(duì)密度 2.96，熔點(diǎn) 1450°C，晶須直徑 1～4μm，晶須長(zhǎng)度 100～200μm，平均長(zhǎng)徑比
80，耐熱溫度 1000°C。具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕及電絕緣性好等特點(diǎn)。
易進(jìn)行表面處理，與合成樹(shù)脂及橡膠的相容性好。
用法及其特點(diǎn) 本品用作塑料、橡膠等中等強(qiáng)度的增強(qiáng)劑，使用時(shí)須經(jīng)硅烷表面處
理，用于聚丙烯增強(qiáng)可提高抗拉和彎曲強(qiáng)度、彈性模量及熱變形溫度。本品用于環(huán)氧樹(shù)
脂，可提高粘合劑的耐高溫及耐磨性能。本品也可替代石棉制作摩擦材料及建材。
4.硼酸鋁晶須
性質(zhì) 一種極細(xì)的單結(jié)晶，常以三種形態(tài)的化合物存在，即 9Al
2O3·2B2O3、
2Al
2O3·B2O3、Al
2O3·B2O3。工業(yè)品晶須為 9Al
2O3·2B2O3，Al
2O3 含量 86.8％。外觀
為白色針狀，相對(duì)密度 2.93，熔點(diǎn) 1440°C，晶須直徑 0.5～1.0μm，晶須長(zhǎng)度 10～
30μm，比表面積 2.0～2.5m2／g，拉伸強(qiáng)度 7840MPa，彈性模量 320GPa，莫氏硬度 7，
耐熱溫度 1200°C。具有優(yōu)良的強(qiáng)度、彈性模量、耐熱性、耐化學(xué)藥品性、電絕緣性、
中子吸收性。無(wú)毒。
用法及其特點(diǎn) 本品用作增強(qiáng)及熱絕緣材料。用于工程塑料、環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑、涂
料等制品，可提高強(qiáng)度及彈性模量；用于鎂、鋁合金復(fù)合化可提高強(qiáng)度及耐磨性。本品
也用于制造陶瓷及耐火材料等制品。
5.堿式硫酸鎂晶須
性質(zhì) 白色粉狀物。相對(duì)密度約 2.3，松堆密度 0.2～0.3g／cm3
，晶須長(zhǎng)度 0.5～
15μm，比表面積 ＜15m2／g。易溶解成液體，與有機(jī)溶劑的親和性好。使用溫度低于
250°C。分子結(jié)構(gòu)中存在結(jié)晶水，故具有優(yōu)良的阻燃性。表面平滑，與樹(shù)脂易復(fù)合。
用法及其特點(diǎn) 本品可替代石棉用作塑料的增強(qiáng)材料，與樹(shù)脂的相容性好?？蓡为?dú)
使用或與滑石粉并用，用作聚丙烯樹(shù)脂的填充劑，也可用作粘合劑及涂料等的增黏材
料。
6.碳酸鈣晶須
性質(zhì) 白色粉末，粒子呈針狀或纖維狀。碳酸鈣含量 ＞98％。相對(duì)密度 2.8～2.9，
晶須直徑 0.1～4.0μm，晶須長(zhǎng)度 20～30μm，比表面積 7m2／g，吸油值 5mL／g，pH值 9
～9.5。幾乎不溶于水及醇，溶于稀酸溶液，放出二氧化碳。在空氣中穩(wěn)定。高于820°C
分解生成氧化鈣和二氧化碳。
用法及其特點(diǎn) 本品用作聚合物增強(qiáng)材料。用于聚烯烴增強(qiáng)塑料，可提高抗沖擊強(qiáng)
度和抗彎強(qiáng)度，使制品表面有優(yōu)異的平滑性，適用于制造汽車及家用電器的零部件，也
用作粘合劑的增強(qiáng)、增韌劑。
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