纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺.doc

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺一、前言相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来发展不久。尽管产量小（据法国Vetrotex公司记录，2023年全球复合材料达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%。中国大陆2023年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”）逾90万吨，已居世界第二位（美国2023年为169万吨，日本局限性70万吨）。复合材料重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重要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。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。y按基体材料不同，复合材料可分为三大类：树脂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。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？固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%；粘结力强；有B阶段，有助于生产工艺；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权势脂为佳，然耐酸性差；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1GF/EPR与钢的性能比较玻璃含量GF/EPR（玻纤含量80wt%)AISI1008冷轧钢相对密度2.087.86V拉伸强度551.6Mpa331.0MPa拉伸模量27.58GPa206.7GPa伸长率1.6%37.0%弯曲强度689.5MPa弯曲模量34.48GPa压缩强度310.3MPa331.0MPa悬臂冲击强度2385J/m燃烧性（UL-94）V-O比热容535J/kg•k233J/kg•k膨胀系数4.0×10-6k-16.7×10-6k-1热变形温度204ºC(1.82MPa)热导率1.85W/m•k33.7W/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7.810.1020.590.130.27铝2.84.617.350.170.26钛4.59.4111.180.210.25玻璃钢2.010.403.920.530.21碳纤维/环氧树脂1.4514.7113.73碳纤维/环氧树脂1.6104923.54芳纶纤维/环氧树脂1.413.737.85硼纤维/环氧树脂2.113.5320.59硼纤维/铝2.659.8119.610.75c2二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介1、手糊成型（handlayup)（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的中档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，压实基层。铺层操作反复多次，直到达成制品的设计厚度。树脂因聚合反映，常温固化。可加热加速固化。（2）原材料FgbNG^树脂不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。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）缺陷1）属于劳动密集型生产，产品质量由工人训练限度决定；;2）玻纤含量不也许太高；树脂需要粘度较低才易手工操作，溶剂/苯乙烯量高，力学与热性能受限制；3）手糊用树脂分子量低；通常也许较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。（5）典型产品舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。2、树脂传递成型（RTM）（1）概要RTM是一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料置于上下模之间；合模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打开模具，取下产品。树脂胶凝过程开始前，必须让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模个内，浸渍纤维材料。RTM是一低压系统，树脂注射压力范围0.4