1、碳纤维增强树脂基复合材料 carbon fiber reinforced resin matrix composite 以碳纤维或石墨纤维及其制品增强树脂基复合材料,是现在应用最多一个优异复合材料。碳纤维是以有机原丝为关键原料,经预氧化、碳化、石墨化得到。按力学性能分为中强中模型、高强型和高模型三种,碳纤维增强体织物有平纹布、缎纹布、无纬布及三向编织物等。常见树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂及聚苯硫醚树脂等。碳纤维树脂复合材料含有比强度高、比模量高、热膨胀系数很小、导电、自润滑性好等优良性能,但冲击强度和层间剪切强度偏低。碳纤维复合材料常采取热压成型、缠绕
2、成型、尤其是用作航空航天结构件需要热压罐成型,现在关键应用于航空航天工业中作主、次及非承力结构材料,如机翼、副翼、尾翼、喷管、火箭壳体等,少许用于一些医疗器械、体育用具及自润滑耐磨机械零件,如齿轮、轴承等。玻璃纤维增强树脂基复合材料 glass fiber reinforced resin matrix composite 俗称玻璃钢,是以玻璃纤维及其制品或短切纤维增强树脂基复合材料。现代复合材料是从玻璃纤维复合材料开始,是现在用量最多一个复合材料。玻璃纤维是由熔融玻璃快速抽拉而成细丝,直径通常为520m,纤维越细,性能越好。按原料组分可分为有碱、中碱、无碱和特种玻璃纤维。制品关键有玻璃布,按
3、编织方法不一样,有平纹、斜纹、缎纹、单向、无捻布等,其性能、价格不一样,如缎纹布拉伸、弯曲强度较平纹布好。常见树脂基体有不饱和聚酯、环氧、酚醛树脂及热塑性聚丙烯、尼龙、聚苯醚树脂等,其中不饱和聚酯工艺性能好,最为常见。玻璃纤维在复合前需进行表面处理,除去浸润剂,有利于提升和树脂粘附力和耐湿性。该种复合材料和其它复合材料一样含有性能可设计性,轻质高强;耐腐蚀性能好,可耐氢氟酸和浓碱外大多数化学试剂;绝缘性好,透波率高;绝热性好,超高温下可大量吸热,成本低。缺点是模量低,长久耐温性差。适于多个成型方法,如接触压成型、热压罐成型、缠绕成型、模压成型、树脂传输模塑成型、注射成型和拉挤成型等。广泛应用于
4、机械制造、石油化工、交替运输、航空航天及建筑等工业领域中。如制造车身、船体等大型结构件、飞行器结构件、雷达罩、印刷电路板及耐腐蚀贮罐、管道、保温结构等。芳纶增强树脂基复合材料 aramid fiber reinforced resin matrix composite 用芳纶及其制品增强树脂基复合材料,是优异复合材料一个。芳纶即芳香族聚酰胺纤维,关键是由对苯二胺和对苯二酰氯缩聚后,经液晶纺丝而成,制品有平纹、斜纹、缎纹布及其它织物。常见树脂基体为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂等。该类复合材料含有比强度高、比模量高、耐热、耐疲惫、抗蠕变、负热膨胀系数及阻燃性能优良等特点。但压缩强
5、度和剪切强度较低。适用多种成型方法,如缠绕成型、热压罐成型、接触压成型、模压成型、注射成型及拉挤成型等。关键应用于航空航天及军工生产中,如制造飞行器整流罩、方向舵、火箭发动机壳体及防弹装甲等,也可用于体育和医疗器械。混杂纤维增强树脂基复合材料 hybrid fiber reinforced resin matrix composite 由两种或两种以上纤维增强同一个树脂基复合材料。常见于混杂纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶及硼纤维。树脂基体关键是环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂及一些高性能热塑性树脂。纤维混杂方法有束内混杂、层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内、层间和夹芯综合混杂和
6、纤维组合混杂等,前三者较常见。经过混杂,可突出结构设计和材料设计统一性,满足综合性能要求,提升和改善单一复合材料一些性能,也可用以降低成本。如将玻璃纤维和碳纤维混杂可提升碳纤维复合材料冲击性能,同时降低成本,而碳纤维又提升了玻璃纤维复合材料模量、强度和耐疲惫性能;芳纶和碳纤维混杂则将前者良好韧性和后者较高压缩性能结合起来,达成互补效果。适用通常成型方法,如接触压成型、热压罐成型、模压成型等。广泛应用于航空、航天、交通运输、机械制造及建筑等工业领域中,如火箭发动机壳体、直升飞机旋翼、卫星天线和船体、建筑用工字梁等。短切纤维增强树脂基复合材料 short cut fiber reinforced
7、resin matrix composite 以短切纤维增强树脂基复合材料。应用最多是短切玻璃纤维、中等模量碳纤维、石棉纤维也有少许使用。短切纤维通常均由连续纤维切割而成,长度在350mm之间,依据成本、强度、和树脂基体匹配及工艺要求可灵活选择。常见树脂基体由热固性树脂、乙烯基树脂和热塑性尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯等两大类型。短切纤维增强机理和连续长纤维不一样,其复合材料力学性能,尤其是抗疲惫性能显著低于长纤维增强复合材料。不过利用短切纤维随机取向,可取得各向同性材料,以满足不一样受力状态要求。成型方法以模压和注射为主,也常见离心浇注和喷射。这种复合材料易实现制造过程自动化及提升产品精度,广泛应用
8、于汽车、机械、建筑及化工等领域中。颗粒填充树脂基复合材料 particle reinforced resin matrix composite 以颗粒状物料填充增强树脂基复合材料。常见颗粒(粉)状填充剂(填料)有没有机类石英粉、滑石粉、石棉粉、云母粉及一些金属氧化物和有机类木粉、石墨粉、碎棉绒等。常见树脂基体有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂及一些热塑性树脂。采取颗粒填充可提升介电性、耐热性、导热性、硬度及降低成本等,但其力学性能普遍低于短切纤维增强树脂基复合材料。成型方法关键有模压、浇注和注塑,前者适于酚醛、氨基树脂,中者适于环氧树脂,后者多适于热塑性树脂。成型前通常需将填料填充剂和树脂混合均匀
9、,制成压塑粉。强度虽不如金属,但密度小,所以比强度、比模量较高,可替换有色或黑色金属制造多种耐磨零件,电气绝缘制品等,广泛应用于机械、电子、建筑、化工及航空航天工业中。热压罐 autoclave一个为固化树脂基复合材料制品按要求可提供加热和加压环境密闭设备。热压罐属于高压容器,通常由罐体、真空泵、压气机、贮气罐、控制柜等组成。罐内温度由罐内电加热装置提供,压力由压气机经过贮气罐进行充压。通常情况使用空气,只在较高温度下使用氮气、二氧化碳等气体。热压罐成型 autoclave moulding热压罐成型是将复合材料毛胚、蜂窝夹芯结构或胶接结构用真空袋密封在模具上,置于热压罐中,在真空(或非真空)
10、状态下,经过升温加压保温降温和卸压过程,使其成为所需要求优异复合材料及其构件成型方法之一。用热压罐成型复合材料构件多应用于航空航天领域等主承力和次承力结构。该成型工艺模具简单,制件密实,尺寸公差小,空隙率低。不过该方法能耗大,辅助材料多,成本高。热塑性复合材料缠绕成型 filament winding of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是将已浸有热塑性基体树脂纤维束或带缠绕在芯模上,同时用高能束流对缠绕点现场实施快速加热熔融,伴随缠绕进程,预浸丝束边熔融边硬化。这种跟踪缠绕丝束熔融、硬化过程是连续自动,通常只适合于制作旋转体类制件。该方法需
11、要一个能产生高能束流热源,常见加热源有激光、热空气、红外线、微波等。热塑性复合材料滚压成型 roll forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用预先加热到软化温度热塑性预浸料层片连续经过滚压模具成型,过程类似于金属滚压成型,可实现自动化连续生产,生产效率高,适合大批量生产。热塑性复合材料拉挤成型 pultrusion of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法类似于热固性复合材料拉挤成型,但浸渍工艺和模具和热固性复合材料拉挤成型方法不一样。热塑性复合材料拉挤设备关键包含布纱装置、流态
12、化床、加热模具、冷却模具、牵引机、控制系统、切割系统等几部分。通常见于生产杆、棒、管等型材;用织物增强时也可生产含有复杂截面型材。产品力学性能和表面质量全部很好,适合大批量生产。热塑性复合材料成型 forming of thermoplastic composite是由热塑性预浸料制备热塑性复合材料及其制品工艺过程。和热固性复合材料成型工艺方法基础相同。常见成型方法有:拉挤成型、注射成型、模压成型、热压罐/真空成型、缠绕成型、滚压成型、隔膜成型、热膨胀模成型等。和热固性复合材料成型不一样是,热塑性复合材料成型过程基体树脂不发生化学改变,其成型过程通常可分为熔融、融合和硬化三个阶段;已成型制品经
13、重新加热熔融后,还能够二次成型。热塑性复合材料基体树脂熔点大多在300-400,靠近热分解温度,所以成型温度要严格控制:温度太低树脂不能充足熔融、融合和流动;温度太高树脂会氧化、分解。熔融后要施加足够压力,使预浸料层间充足接触,除去气泡,促进树脂流动,使树脂和纤维有良好结合。该方法关键优点是:制件冷却到玻璃化温度以下便可卸压出模,整个成型过程比热固性复合材料成型过程要短。热塑性复合材料对模热压成型 matched die press-forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用阴模和阳模在热压机上使已加热软化热塑性预浸料层片复合成
14、所需要求制件。为了取得均匀压力和热传导,对模具设计和加工要求很高,通常阴模用金属材料制成,阳模用耐热橡胶制成。该方法操作方便,生产效率较高;但成型时树脂不易流动,易造成制件分层和纤维排列畸变等缺点。热塑性复合材料橡胶垫热压成型 rubber pad press-forming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用一个橡胶垫对已加热软化热塑性预浸料层片施压,使其紧贴于阳模外表面而成型。其特点和对模热压成型大致相同;可达成足够高成型压力,但橡胶垫必需耐较高成型温度。热塑性复合材料隔膜成型 diaphragm forming of thermo
15、plastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是将热塑性预浸料层片夹在易脱模可塑性变形隔膜之间加热软化,再用气压使之紧贴模具而成型。隔膜应能在成型温度范围内被拉伸,常见有高塑性铝箔或聚酰亚胺薄膜。热塑性复合材料液压成型 hydroforming of thermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是用液压流体对已加热软化热塑性预浸料层片施压,使其紧贴模具而成型。液压流体用弹性膜密封使之不发生泄漏,并能够达成很高压力,压力分布较均匀,工艺周期短。热塑性复合材料热压罐/真空成型 autoclave/vacuum forming of th
16、ermoplastic composite是热塑性复合材料成型方法之一。该方法是将热塑性预浸料层片两面贴上柔软薄膜,置于模腔上方,加热到层片软化温度;然后腔内抽真空,外部施高压,使其贴合到模具上成型。热塑性复合材料热塑成型 thermoforming of thermoplastic composite是指热塑性复合材料在加热条件二次成型。大多数热塑性基体是结晶型或半结晶型,在结晶体熔点温度以下,结晶体熔融成流体,可进行塑性加工,冷却后重结晶成固体。依据这种原理对热塑性复合材料实现二次加工。通常是先压制成板材,然后在高温条件下把板材成型成符合要求不一样形状制件。成型方法有模压、轧制。可成型帽型
17、件、槽型件等。离心浇注成型 centrifugal casting moulding是一个利用筒状模具旋转产生离心力将纤维、树脂和填料均匀地喷射到旋转模腔内形成管状坯件,然后再成型方法。也能够先将编织套、纤维毡或织物置于筒状模具内再喷射树脂形成坯件进行成型。关键设备为能旋转并可调整转速筒状模具和树脂喷射管。该方法适合于制备筒状、管状和罐状一类制件,其特点是制件壁厚均匀、外表光洁。泡沫贮树脂成型 foam reserve resin moulding是一个复合材料泡沫夹层结构成型方法。该方法是用刮涂法使树脂浸渍软质通孔泡沫塑料,两面铺贴织物铺层,在模具内用模压或其它方法加压使贮存于泡沫塑料中树脂
18、浸渍织物铺层,同时加热固化,制成夹层结构制件。可手糊成型,也可在机器上连续制作。该方法成型压力低,适合制造大型部件,但不能成型复杂制件。真空袋成型 vacuum bag moulding是一个用抽真空方法在固化过程中对制件施加压力而成型方法。真空袋采取含有良好延展性和高强度尼龙膜或类似材料制成,用粘性密封胶条和模具粘接在一起,将制件包裹在内,抽真空对制件施加压力。真空袋内通常要放有透气毡以使真空导路通畅。该方法工艺简单,不需要专用设备,适适用于大尺寸产品成型。常见来制造室温固化制件,还可和热压罐配合使用进行高温或中温固化成型。固化现场监控 in-situ curing monitoring是一
19、个采取仪器及测试技术对热固性树脂基复合材料固化过程进行实时监测和控制技术,目标是确保合理工艺条件以取得高质量复合材料制件。工作原理是利用放置在铺层中特制传感器,监测固化过程中温度、压力等工艺参数及基体性能(如粘度、模量、官能团密度及电气性能等),并将其转换成数字信号传输到计算机,经过合理处理,输出控制信号,以此来实现监控。现在监测方法关键有热电偶法、介电法和光导纤维法。介电法现场监控 Dynamic dielectric curing monitoring是复合材料固化现场监控一个方法。该方法是利用特制电极作为传感器,放置在复合材料预成型件不一样位置,测量预成型件在程序升温加热过程中介质损耗角
20、正切值(tg)改变,以反应树脂基体在固化过程中粘流特征。依据测量结果选择合理加压时机,利于得到适宜纤维体积含量、低空隙率和密实良好复合材料制件。热电偶法现场监控 thermal couples curing monitoring是一个复合材料固化现场监控方法和技术。该方法是用一个或多个热电偶放置在复合材料预成型件不一样部位,实时测量固化过程中预成型件内部温度(热量),反应树脂基体在固化过程中固化程度和放热量。依据测量结果选择合理加压时机,利于得到适宜纤维体积含量、低空隙率和密实良好复合材料制件。光导纤维现场固化监控 optic fiber in-situ curing monitoring是一
21、个复合材料固化现场监控方法和技术。该方法是利用光导纤维作为传感器,将光导纤维去掉一小段外包覆层后,放置在复合材料预成型件不一样部位,实时测量固化过程中预成型件内部树脂固化度改变而引发折射率改变。依据测试结果选择合理加压时机,利于得到适宜纤维体积含量、低空隙率和密实良好复合材料制件。树脂粘度-温度曲线复 viscosity-temperature curve of resin是指描述热固性树脂在升温制度下粘度随时间改变关系曲线。树脂基体粘度不仅取决于它本身化学结构和组成,而且和外界温度相关。树脂基体粘度特征是反应其工艺性能好坏关键参数,通常室温下粘度小树脂基体,对纤维浸润性好,预浸料也便于铺叠。
22、利用该曲线能够正确选择成型温度、压力和加压时机等工艺参数。工程上常见粘度-温度曲线来表示一个树脂基体工艺性能。随炉件 procession control panel和制件材料和工艺相同,并在同一炉固化成形一个尺寸较小层合板。将它切成试样后,测试一些基础性能,包含固化度、纤维在基体中分布、纤维体积含量、空隙率和基础力学性能等,以判定制件质量,便于对工艺进行监控。架桥 bridging在复合材料预浸料铺叠或成型过程中,一层或多层铺层在跨越圆角或台阶等处时,和其它铺层之间未完全接触而出现架空现象。有架桥现象制件在架桥处会出现空隙或分层等缺点。为避免这种缺点,通常在预成型件拐角处铺设有弹性衬垫材料使
23、成形压力均匀传输给预成型件,从而使固化后产品不出现局部欠压。泡沫填充 foam filling是一个在复合材料胶接件(包含共固化件)及夹层构件边缘或缝隙处采取工艺赔偿方法,或在蜂窝夹层结构件连接部位采取加强方法。泡沫填充关键经过灌注含空心填充体(如空心玻璃微球)浇注料或加入泡沫胶条、颗粒(固化时发泡)实现。其目标是确保制件整体性不受损害,并有效提升制件承载能力。修边 trimming复合材料制件成型后,去除毛刺(沿模具缘溢出多出树脂)或飞边工序。切割复 cutting (composite)是一个对已成型复合材料构件进行后续加工工序。常见切割方法有机械切割、砂轮切割、高压水切割、超声切割和激光
24、切割等。机械切割复合材料时轻易产生毛边或分层现象,在操作过程中应尤其注意。高压水切割、超声切割和激光切割能确保切割精度,自动化程度高,但需要专门设计大型设备,加工成本高。修补复 repair (composite)对内部有缺点或外部损伤复合材料制件进行修复过程。内部缺点通常在制造过程中出现,而外部损伤通常在装配和使用过程中形成。按修补场地分为室内修补和外场现场修补;按修补方法分为冷修补和热修补,冷修补采取室温固化树脂体系,热修补要在较高温度下完成;按修补尺寸分为非补强修补和补强修补,非补强修补适合于表面小缺点或损伤,大损伤要用补强修补。修补前,首先用无损检测方法来确定损伤类型和尺寸,外部损伤用
25、目视检验就可确定其类型和大小,而内部损伤则要用专门无损检测方法来确定其位置和大小;然后根据制件使用要求来确定修补方法和材料。修补能够有效延长制件使用期限。机械加工复 machining (composite)是复合材料构件后加工关键方法之一,即用机械方法对已成型复合材料制件进行第二次加工,以满足装配或连接需要。常见机械加工方法有车、铣、钻、锯、抛光等。纤维复合材料机械加工会出现部分常规材料所没有问题,如纤维硬而脆(或坚韧),使刀具磨损大;树脂基体韧且不导热,加工时产生热量不易散发,使树脂易粘附刀具;层合板复合材料在加工时极易分层等。应依据这些特点采取对应方法,如选择坚硬金属合金刀具,选择合理加
26、工余量,制订专门加工规范,加工时采取对应润滑和冷却方法等。另外对韧性好高强度纤维复合材料(如PBO纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维复合材料)机械加工,需要特殊工具,以确保加工质量。机械连接复 mechanical joint (composite)是复合材料连接方法之一,即用常规连接方法如铆接、螺钉连接、螺栓连接等将复合材料制件连接在一起形成整体结构技术。复合材料机械连接接头强度取决于复合材料挤压强度和金属紧固件剪切强度。机械连接优点有连接强度高、传输载荷可靠、抗剥离性好、易于分拆和重新组合。关键缺点是在复合材料制件上钻孔时会破坏部分纤维连续性,易引发分层,造成制件强度下降。所以在钻孔或装配时
27、应按专门规范进行,机械连接关键用于受力较大部件连接。机械连接破坏形式复 failure mold of composite joint复合材料机械连接关键破坏形式有挤压破坏、拉伸断裂、剪切和劈裂等。机械连接破坏形式和材料本身性能、载荷大小、纤维取向即铺层结构等相关。热塑性复合材料焊接复 welding(fusion bonding) of thermoplastic composite是热塑性复合材料一个特有连接方法,即不需要借助胶粘剂,仅靠复合材料表面树脂熔融和融合连接在一起方法,其接头耐热性和耐化学性能和复合材料制件相同,载荷分布均匀。焊接工艺周期比胶结和机械连接短,易于自动化。按加热方法
28、可分为电阻加热焊接、涡流加热焊接、电磁波加热焊接(激光或微波)、超声波焊接、摩擦焊接和机械连接和焊接相结合固紧件加热焊接等。热塑性复合材料胶接复 adhesive bonding of thermoplastic composite是热塑性复合材料连接方法之一,即用胶粘剂把制件粘接在一起。胶接工艺分四步:胶接表面处理、涂敷胶粘剂、加热(或加压)、胶粘剂固化(或硬化)。胶接载荷分布比机械连接均匀。常见和热塑性复合材料树脂基体相同树脂制成薄膜作为热熔胶,其优点是接头和制件本身含有相同耐热性和耐化学性能,工艺时间短,薄膜可无限期贮存。不一样种热塑性树脂薄膜也可用作为热熔胶,比如用聚醚酰亚胺(PEI)
29、薄膜作为聚醚醚酮(PEEK)复合材料胶粘剂,相容性好、连接强度高,是一个很有前途方法。二次胶接复 second bonding (composite)是指已固化了两个或两个以上不一样复合材料制件,经过胶粘剂再次进行胶接固化技术。二次胶接工序包含被粘表面处理、涂敷胶粘剂(喷、刷或铺胶膜)、胶接件装配和固化等过程。胶接质量除和胶粘剂性能、基体材质相关外,还取决于固化温度、固化时间、固化压力及环境原因等。胶接优点是不需要钻孔、可保持复合材料制件结构完整性,同时可避免钻孔引发应力集中和承载面积减小;耐疲惫性好;表面光滑和密封性好;成本低。关键缺点是强度分散性大,可靠性低,接头剥离强度低。通常只适适用于
30、载荷能力较小部位,也可采取混合连接方法,如胶-铆、胶-螺连接。表面防护复 surface protection of composite为减缓复合材料老化过程,延长制件使用寿命,而在制件表面采取防护方法。表面防护内容和方法很多,通常是在制件表面施加一层含有保护功效涂层,起到防热、防湿、防雷电、防腐和耐磨等作用。如在前沿迎风部位使用耐磨涂料,可抵御破坏性很大沙蚀和雨蚀;在有防静电要求部位涂以防静电涂料等。现在大多数涂料为环氧和聚氨酯涂料。环氧附着力强,耐介质性能好,能和多个面漆配合使用。聚氨酯涂料附着力强,硬度高,表面丰满光亮,含有耐油、耐热、耐湿、耐化学腐蚀、耐大气老化等优点,常作面漆使用。热
31、固性树脂基复合材料 thermosetting resin matrix composite以热固性树脂为基体复合材料,是现在复合材料用量最多品种。热固性树脂基体通常由树脂、固化剂和其它添加剂等组成,其树脂种类很多,常见有酚醛树脂、糠醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和聚酰亚胺树脂等。热固性树脂基复合材料所用增强体有玻璃纤维、碳纤维、芳纶等,也能够是多种纤维织物、粒状填料、片状增强体。热固性树脂基复合材料成型工艺,通常有手糊成型、缠绕成型、热压罐成型、模压成型、喷射成型、树脂传输模塑成型、反应式注射及挤出成型等。热固性树脂因为加入固化剂种类不一样,其固化反应机理不一样,造成固化
32、后复合材料使用要求存在差异。固化剂决定固化温度,而固化温度决定使用温度,依据固化温度不一样通常可分为低温固化(通常指室温)、中温固化(1255)和高温固化(170以上)。对于聚酰亚胺类热固性树脂复合材料,固化温度多在200350。复合材料使用温度和固化温度相关,通常使用温度高要求固化温度也高。热固性树脂基复合材料比强度和比模量高,耐疲惫和减震性好,耐烧蚀性和阻燃性好,介电性也好。其应用广泛,如用于交通运输工业、机械制造工业、建筑业、化工和电器工业等领域。除聚酯树脂复合材料广泛用于制造日用工业品外,环氧树脂复合材料、聚酰亚胺复合材料关键用于航空航天工业。室温固化树脂基复合材料 room temp
33、erature curing resin matrix composite可在室温下固化成型树脂基复合材料。常见树脂有不饱和聚酯和环氧树脂。前者通常以苯乙烯等烯类单体为交联剂,以过氧化环己酮等为引发剂,在萘酸钛等促进剂作用下进行固化;后者通常为双酚A型环氧树脂,对应固化剂有脂肪族多元胺等。制品含有很好物理、化学和机械性能,但通常只能在室温或稍高温度下使用。室温固化复合材料工艺简单,无需加热设备,常采取接触压成型和喷射成型,适于制造大型结构件(如车身、船体等)及对耐湿性无太高要求制件。中温固化树脂基复合材料 intermediate temperature curing resin matrix
34、 composite可在中温(80120)下固化成型树脂基复合材料。常见树脂有不饱和聚酯和环氧树脂。前者采取过氧化苯甲酰叔丁酯等中温下可分解引发剂,后者关键是双酚A型环氧树脂,对应固化剂有咪唑及其衍生物等。这种复合材料含有良好力学性能和化学稳定性,可在中温或较高温度下使用,多种性能高于室温固化树脂基复合材料而工艺又比高温固化简单。常见成型方法有接触压成型、模压成型、缠绕成型、拉挤成型、喷射成型、反应性注射成型等。高温固化树脂基复合材料 high temperature curing resin matrix composite可在高温(通常指170以上)下固化成型树脂基复合材料。常见树脂有酚醛
35、和环氧树脂。前者包含两类:热塑性酚醛树脂采取六亚甲基四胺(乌洛托品)固化剂,热固性酚醛树脂固化温度约为170。酚醛树脂高温固化需要在高压下进行。环氧树脂高温固化剂有芳香胺,如DDM、DDS、MPSA,二元酸酐,如顺丁烯二酸酐、邻苯二酸酐和双氰胺等。高温固化树脂基体结构紧密,热稳定性好、强度高、耐化学腐蚀性和耐大气老化性能优良,而且预浸料含有较长适用期。不过工艺条件复杂,需要高温加热设备。成型方法有接触压成型、缠绕成型、模压成型和热压罐成型等。不饱和聚酯树脂基复合材料 unsaturated polyester resin matrix composite以不饱和聚酯树脂为基体复合材料。不饱和聚
36、酯是不饱和二元酸及饱和二元酸和二元醇缩聚物,是现在用量最大复合材料基体树脂,大多以玻璃纤维及其制品为增强体。这类复合材料综合性能优良,有较高强度和良好耐化学腐蚀、介电及透波性能,价格低廉;不过耐热性较低,制品收缩率大。其成型工艺优良,可在常温常压下采取多个方法成型,如接触压成型、模压成型、缠绕成型、拉挤成型、喷射成型及反应性注射成型等,其中接触压成型尤其适合大型部件制造。不饱和聚酯树脂复合材料作为绝缘、耐腐蚀结构材料广泛应用于机械制造、交通运输、建筑装饰、石油化工、电子电器,如风机叶片、船体、车身、贮缸、管道、电路板、雷达罩等。环氧树脂基复合材料 epoxy resin matrix comp
37、osite以环氧树脂为基体复合材料。环氧树脂分子中通常含有两个以上环氧基团,按分子结构不一样可分为缩水甘油醚、缩水甘油酸、缩水甘油酯和脂肪族、脂环族环氧树脂等类型;其固化剂种类有很多,关键有多元脂肪酸酐及芳香酸酐、叔胺类和一些低聚物等,依据要求可选择不一样固化体系。增强材料关键有玻璃纤维、碳纤维、芳纶及其制品等。这类复合材料含有较高强度和模量和良好尺寸稳定性、耐化学腐蚀性和耐霉菌性。耐热性和固化剂相关,通常介于酚醛树脂和不饱和聚酯之间。环氧树脂对各类纤维有良好浸润性和粘附性,成型工艺性好,可经过选择不一样树脂固化体系实现室温、中温、高温固化,固化时无挥发分、孔隙率低、收缩率小。通常采取接触压成
38、型、模压成型、热压罐成型、缠绕成型、RTM成型、反应式注射成型和挤出成型等。环氧树脂基复合材料多为高性能复合材料,广泛应用于航空、航天、机械、电器、化工等工业领域。多官能度环氧树脂(基)复合材料 multiifunctional epoxy resin matrix composite是环氧树脂基复合材料一个。所采取树脂基体为多官能度环氧树脂,即该类环氧树脂平均每个分子中含有最少三个环氧基团,如AGF-90为三官能团环氧树脂,AG-80为缩水甘油胺类四官能度环氧树脂,其特点是粘度低,活性大,交联密度高,对常见多种增强纤维如玻璃纤维、碳纤维及有机纤维等含有良好浸润性和粘附性。固化剂通常最好选胺类
39、和酸酐类,尤其以芳香胺如DDM、DDS适宜。这种复合材料含有较高耐热性和力学性能,并含有良好耐腐蚀性、耐候性和介电性能等。缺点是较脆,常需加入增韧剂或其它树脂混用。常见成型方法和环氧树脂基复合材料基础相同。环氧酚醛树脂基复合材料 epoxy phenolic resin composite以环氧酚醛树脂为基体复合材料。环氧酚醛树脂是低分子量线性酚醛树脂在碱性催化剂作用下和过量环氧丙烷反应制得一个多环氧化酚醛树脂。室温下通常呈高粘度或半固体状态,对常见多种增强材料如玻璃纤维、碳纤维和芳纶等全部含有良好浸润性和粘附性。其特点是环氧基含量高,固化后树脂交联密度大。可采取通常环氧树脂固化剂进行固化,如
40、叔胺、酸酐及咪唑类等。这类复合材料耐热性介于环氧树脂和酚醛树脂复合材料之间,成型工艺性较酚醛树脂好,收缩率也较低。成型方法和环氧树脂基复合材料相同。酚醛树脂基复合材料 phenolic resin composite以酚醛树脂为基体复合材料。酚醛树脂基复合材料关键以无机或有机粉状填料、短纤维、玻璃纤维及其制品为增强体,较少采取碳纤维、芳纶等。酚醛树脂是世界上用于复合材料最早使用树脂基体。通常有热塑性和热固性两种树脂类型,前者需要借助固化剂固化成型;后者可本身在高温下固化成型。酚醛树脂复合材料含有良好耐热性、耐烧蚀性、抗蠕变性、尺寸稳定性、阻燃性、耐磨性、耐腐蚀性和介电性能,缺点是制品收缩率高,
41、脆性大,需在高温、高压下成型。酚醛树脂基复合材料不仅用作航天领域烧蚀材料,而且广泛应用于机械制造、电子电器、建筑、化工等领域。低压酚醛树脂基复合材料 low presure phenolic resin composite是酚醛树脂基复合材料一个,其基体是低压酚醛树脂。低压酚醛树脂是指能够在较低压力(通常为0.33MPa)下成型酚醛树脂。这种树脂通常有两种起源,一个是苯酚、甲醛在氢氧化钡催化作用下缩合得到高邻位低压酚醛树脂,含有粘度低、挥发分少、固化速度快等特点;另一个是用聚乙烯醇缩丁醛等改性低粘度热固性酚醛树脂。低压酚醛树脂复合材料含有高压酚醛树脂复合材料很多特征,如耐热性好、可在18020
42、0下长久使用;介电性、耐磨性、抗蠕变性、尺寸稳定性优良;价格低廉等。突出优点是成型压力低,克服了高压酚醛树脂设备庞大、操作复杂、不能成型较大型制件缺点,适合真空、袋压、热压罐、接触、缠绕及层压等成型方法。广泛应用于航空航天及化工领域等。 高压酚醛树脂基复合材料 high presure phenolic resin composite是酚醛树脂基复合材料一个,其基体是高压酚醛树脂。高压酚醛树脂是指需在较高压力(通常为550MPa)下成型酚醛树脂。这类复合材料耐热性高、尺寸稳定性好,吸水性小,介电性能优异,耐烧蚀,耐腐蚀等特点。通常见模压成型。关键用于制作各类耐热、耐磨、绝缘制品,小型结构件及多
43、种层压板,用于电气仪表、机械制造及其它工业领域。改性酚醛树脂基复合材料 modified phenolic resin composite以改性酚醛树脂为基体复合材料。为满足复合材料性能及工艺要求,通常需要对一般酚醛树脂进行改性。改性路径很多。用聚乙烯醇缩丁醛、丁氰橡胶等可改性酚醛树脂脆性;用硼酸、有机硅树脂可改性其耐磨和耐然性;用环氧树脂、氨基树脂可改善其粘附性、力学性能及可装饰性;用封闭酚羟基方法可增加酚醛树脂耐碱性及吸湿性;用环氧氯丙烷和酚羟基反应可取得工艺性好环氧酚醛树脂等。改性酚醛树脂复合材料常采取真空袋、热压成型和缠绕成型;有时也采取模压、拉挤、注射等成型方法。这类复合材料作为耐高
44、温、耐烧蚀材料关键应用于航空航天及其它领域。双马来酰亚胺树脂基复合材料 bismaleimide resin composite以双马来酰亚胺为基体复合材料。双马来酰亚胺(BMI)是由马来酸酐和芳香二胺经缩合反应得到热固性树脂,分子量小,分子两端带有活泼双键,可自聚,也可和烯类单体及其齐聚物或不一样结构双马来酰亚胺齐聚物进行二元或三元共聚,还可和胺类单体进行加成反应,可得到很多改性树脂品种。常见增强纤维有碳纤维、石墨纤维及混杂纤维,玻璃纤维也有少许使用。这类复合材料耐温性好,可在180200下长久使用,耐湿热和老化性能优良,燃烧时少烟、低毒;工艺性良好,适合于接触压成型、缠绕成型、热压罐成型和
45、模压成型等。改性双马来酰亚胺树脂基复合材料 modified bismaleimide resin composite以改性双马来酰亚胺为基体复合材料。双马来酰亚胺(BMI)含有突出耐温性能,但脆性大,断裂应变低,固化温度高,作为高性能复合材料基体,必需改性后使用。有多个改性路径:烯丙基苯衍生物或丙稀基化合物可经过和BMI分子烯类链扩展反应和较高温度下进行交联反应形成交联网络,含有良好韧性;还可采取橡胶、低分子量热塑性塑料和BMI共混改性,形成半互穿网络,以达成改善韧性目标。用途和工艺方法参见“双马来酰亚胺树脂基复合材料”。脲醛树脂基复合材料 urea-aldehyde resin compo
46、site以脲醛树脂为基体复合材料。脲醛树脂是脲和醛在酸性或碱性介质中加热缩聚而成,属热固性树脂。脲醛树脂复合材料关键有两种形式。(1)压塑粉:有脲醛树脂、填料(如纸浆、木粉)和其它添加剂混合加工而成粉状填料,在130150下可模压呈多种制品,关键用于制造耐水性和介电性要求不高制品如电插头、开关、机器手柄、仪表外壳、旋钮、日用具等。(2)层合板:由浸渍了脲醛树脂纸、棉织物和玻璃纤维织物经烘干制成浸胶布,然后叠合、压制而成。层合板耐热、耐弱酸和碱、耐油和脂肪,刚度和强度很好,关键用于制造内装饰贴面板和收音机外壳等。聚氨酯树脂基复合材料 polyurethane resin matrix compo
47、site以热固性聚氨酯树脂为基体复合材料。热固性聚氨酯是多壬二酚(PAPI)和高分子量多元醇缩聚产物。常见增强纤维是短切或研磨玻璃纤维和碳纤维。因为未固化聚氨酯热固性体系在室温下是流动性很好液体,并可快速固化转变为不溶不熔状态,所以常采取增强反应注射模塑工艺。碳纤维增强聚氨酯复合材料关键优点是密度低,强度和低温冲击韧性好,热膨胀系数低,和模具钢材热膨胀系数相近,弯曲模量比未增强聚氨酯基体高1倍。聚氨酯复合材料在汽车工业中相关键应用,如制造车盖、发动机罩栅板、阻流板、仪表板、保险杠等。热固性聚酰亚胺树脂基复合材料 thermosetting polyimide resin matrix comp
48、osite以热固性聚酰亚胺树脂为基体复合材料。聚酰亚胺树脂是一类分子链上含酰亚胺基聚合物总称。品种很多,通常以四元羟酸二酐和二元伯胺缩聚而成,有热固性和热塑性之分。热固性有均苯型聚酰亚胺、酮酐型聚酰亚胺、NA基封端聚酰亚胺、乙炔基封端聚酰亚胺、聚苯并咪唑型聚酰亚胺等,它们全部是耐高温聚合物,可在250左右长久使用,短期使用温度可达300400。均苯型聚酰亚胺还有优良低温性能,最低使用温度达240。全部热固性聚酰亚胺全部含有出色力学性能和介电性能、优良耐辐照性能、耐燃性、耐磨性、耐溶剂性,是高性能复合材料关键树脂基体。其复合材料关键形式有两种:一个是由玻璃纤维、碳纤维及其织物增强用作结构复合材料,另一个是由石墨、二硫化钼填充可用作自润滑耐磨制件模塑料。三聚氰胺甲醛树脂基复合材料 melamine formaldehyde matrix composite以热固性三聚氰胺甲醛树脂为基体复合材料。三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和甲醛在酸性或碱性介质中缩聚而成。依据增强体不一样,可得到不一样形式复合材料,如纤维增强模塑料、层合结构、压塑粉。该类复合材料广泛应用于高级电工绝缘制品,如防爆电器配件、电动工具绝缘部件、耐电弧工业配件