纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺及其应用..docx

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺及其应用 一、前言 相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大战以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，全球复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻璃纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”）逾100万吨，已居世界第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。 复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成： 增强材料：在复合材料中不构成连续相，赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维就是增强材料。 基体：构成复合材料连续相的单一材料，如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。 按基体材料不同，复合材料可分为三大类： 树脂基复合材料 金属基复合材料 无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳基复合材料等。 本文讨论环氧树脂基复合材料。 1、为什么采用环氧树脂做基体？ ·固化收缩率低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%；?·粘结力强；?·有B阶段，有利于生产工艺；?·可低压固化，挥发份甚低；?·固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。 值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯树脂为佳，然耐水性、耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。2、环氧玻璃钢性能（按ASTM） 以FW（纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。?表1??? GF/EPR与钢的性能比较 ? GF/EPR（玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢 相对密度 2.08 7.86 拉伸强度 551.6Mpa 331.0MPa 拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa 伸长率 1.6% 37.0% 弯曲强度 689.5MPa 　 弯曲模量 34.48GPa 　 压缩强度 310.3MPa 331.0MPa 悬臂梁冲击强度 2385J/m 　 燃烧性（UL-94） V-O 　 比热容 535J/kg·k 233J/kg·k 膨胀系数 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1 热变形温度 204oC(1.82MPa) 　 热导率 1.85W/m·k 33.7W/m·k 介电强度 11.8×106V/m 　 吸水率 0.5%(24h) 　 表2?? 几种常用材料与复合材料的比强度和比模量 材料名称 密度g/cm3 拉伸强度×104MPa 弹性模量×106MPa 比强度×106cm 比模量×109cm 钢 7.8 10.10 20.59 0.13 0.27 铝 2.8 4.61 7.35 0.17 0.26 钛 4.5 9.41 11.18 0.21 0.25 玻璃钢 2.0 10.40 3.92 0.53 0.21 碳纤维/环氧树脂 1.45 14.71 13.73 　 0.21 碳纤维/环氧树脂 1.6 1049 23.54 　 1.5 芳纶纤维/环氧树脂 1.4 13.73 7.85 　 0.57 硼纤维/环氧树脂2.113.5320.59　1.0硼纤维/铝2.659.8119.61　0.75玻璃纤维含量%Kevlar/环氧（60）S-玻璃/环氧（60）高强度型碳/环氧（60）硼/环氧（50）高刚性型碳/环氧（60）硼/铝（50）积层钛钢铝图1? 复合材料的比强度与比刚性二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介 1、手糊成型 （hand? lay? up） 图2手糊成型示意图 （1）概要 依次在模具表面上施加 脱模剂 胶衣 一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂（须待胶衣凝结后） 一层纤维增强材料（玻纤、芳纶、碳纤维......），纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布（方格布）等几种。以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料，并驱除气泡，压实积层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。 树脂因聚合反应，常温固化。可加热加速固化。 （2）原材料 树脂?环氧树脂 纤维 玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。 芯材 任意。 （3）优点 1）适合少量生产； 2）可室温成型，设备投资少，模具折旧费低； 3）可制造大型制品和型状复杂产品； 4）树脂和增强材料可自由组合，易进行材料设计； 5）可采用加强筋局部增强，可嵌入金属件； 6）可用胶衣层获得具有自由色彩和光泽的表面（如开模成型则一面不平滑）； 7）玻纤含量较喷射成型高。 无捻粗纱布 50%左右 织物 35%-45% 短切原丝毡 30%-40%? （4）缺点 1）属于劳动密集