【文章內(nèi)容簡介】 降； ④ 碳纖維的比電阻與纖維的類型有關，在 25℃時，高模量為 775236。217。/cm，高強度碳纖維為 1500236。217。/cm。碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負值。因此當碳纖維復合材料與鋁合金組合應用時會發(fā)生化學腐蝕。 第 9 頁 共 30 頁 （ 2）碳纖維的化學性質(zhì)如下： 碳纖維的化學性質(zhì)與碳相識，它除能被強氧化劑氧化外，對一般堿性是 惰性的。在空氣中，溫度高于 400℃時則出現(xiàn)明顯的氧化，生成 CO 與 CO2。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高于 1500℃時強度才開始下降，而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化，它還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。 表 31 不同種類碳纖維的力學性能 分類 拉伸強度 /GPa 彈性模量 /GPa 高強度碳纖維 196 高模量碳纖維 225 中模量碳纖維 372 耐火材料 392 碳質(zhì)纖維 470 石墨纖維 98 （ 3）碳（石墨）纖維的主要用途 ①宇航工業(yè) 用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構架、天線、太陽能翼片底板、衛(wèi)星 火箭結合部件；航天飛機機頭，機翼前緣和艙門等制件；哈勃太空望遠鏡的測量構架，太陽能電池板和無線電天線。 ②航空工業(yè) 用作主承力結構材料，如主翼、尾翼和機體；次承力構件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動機艙、整流罩及座板等，此外還有 C/C剎車片。 ③交通運輸 用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達罩、深海油田的升降器和管道。 ④運動器材 用作網(wǎng)球、羽毛球、和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車、賽艇、釣桿、滑雪板、雪車等。 ⑤土木建筑 幕墻、嵌板、間隔壁板、橋梁、架設跨度大的管線、海水和水輪結構的增強筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發(fā)熱嵌板、抗震救災用補強材料。 ⑥其它工業(yè) 化工用的防腐泵、閥、槽、罐；催化 劑，吸附劑和密封制品等。生體和醫(yī)療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、 X 光機的床板和膠卷盒。編織機用的 第 10 頁 共 30 頁 劍竿頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲能及防靜電等材料也已獲得廣泛應用。 輔助材料的選擇 ①稀釋劑 為調(diào)節(jié)樹脂粘度，使用時需加入一定量的稀釋劑，同時也可增加填料用量。稀釋劑分活性稀釋劑和非活性稀釋劑兩類。非活性稀釋劑不參與固化反應，盡起降低粘度作用，一般加入量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的 5%~15%，在樹脂固化時大部分逸出，從而增大了樹脂固化收縮率，降低力學性能和熱變形溫度?；钚韵♂寗﹦t參與 樹脂固化反應，對樹脂固化后性能影響較小。但活性稀釋劑一般有毒性，使用時必須謹慎。 ②填料 為了降低成本，改善樹脂基體性能（如收縮性，自熄性，耐磨性等），在樹脂中加入一些填料，主要有粘土，碳酸鈣，石墨，聚氯乙烯粉等各種性能填料。 在糊制垂直或傾斜面層時，為避免“流膠”，可在樹脂中加入少量活性 SiO2（稱觸變劑），由于其比表面積大，樹脂受到外力觸動時才流動，這樣在施工實際避免樹脂流失，又能保證制品質(zhì)量。 ③ 固化劑 又名硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類增進或控制固化反應的物質(zhì)或混合物。 樹脂固化是經(jīng)過 縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學反應，使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過程，固化是通過添加固化（交聯(lián)）劑來完成 的。 環(huán)氧樹脂固化劑分類 a、 堿性和酸性類固化劑：①堿性類固化劑 包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。②酸性類固化劑 包括有機酸、酸酐、和三氟化硼及其絡合物。 b、加成型和催化型固化劑：①加成型固化劑 這類固化劑與環(huán)氧基發(fā)生加成反應構成固化產(chǎn)物一部分鏈段，并通過逐步聚合反應使線型分子交聯(lián)成體型結構分子，這類固化劑又稱瓜型固化劑。如一級胺、多元硫醇、多元酚、低分 子聚酰胺、有機酸及酸酐和低縮合物固化劑等。②催化型固化劑 這類固化劑僅對環(huán)氧樹脂發(fā)生引發(fā)作用，打開環(huán)氧基后，催化環(huán)氧樹脂本身聚合成網(wǎng)狀結構，生成以醚鍵為主要結構的均聚物，而固化劑本身不產(chǎn)生交聯(lián)反應。如叔胺、咪唑、雙氰雙胺、三氟化硼絡合物、氯化亞錫、異辛酸亞錫及辛酸亞錫等。 ④ 脫模劑 是一種用在兩個彼此易于粘著的物體表面的一個界面涂層，它可使物體表面易于脫離、光滑及潔凈。脫模劑用于玻璃纖維增強塑料、金屬壓鑄、聚氨酯泡沫和彈性體、注塑熱塑性塑料、真空發(fā)泡片材和擠壓型材等各種模壓操 第 11 頁 共 30 頁 作中。在模壓中，有時其他塑料 填加劑如增塑劑等會滲出到界面上，這時就需要一個表面脫除劑來除掉它。 理論上，脫模劑應當具有較大的抗拉強度，以使它在與模壓樹脂經(jīng)常接觸時不容易磨光。特別是在樹脂中有磨砂礦物填料或玻璃纖維增強料時尤其如此。脫 模劑應有耐化學性，以便在與不同樹脂的化學成份（特別是苯乙烯和胺類）接觸時不被溶解。脫模劑還應具有耐熱及應力性能，不易分解或磨損；脫模劑應粘合到模具上而不轉移到被加工的制件上，以便不妨礙噴漆或其他二次加工操作。 a、脫模劑類型及用途 ① .按用法分類：內(nèi)脫模劑、外脫模劑； ② .按壽命分類：常規(guī)脫模劑、半永久 脫模劑； ③ .按形態(tài)分類：溶劑型脫模劑、水性脫模劑、無溶劑型脫模劑、粉末脫模劑、膏狀脫模劑 b、按活性物質(zhì)分類： ①硅系列 —— 主要為硅氧烷化合物、硅油、硅樹脂甲基支鏈硅油、甲基硅油、乳化甲基硅油、含氫甲基硅油、硅脂、硅樹脂、硅橡膠、硅橡膠甲苯溶液、 ②蠟系列 —— 植物、動物、合成石蠟；微晶石蠟；聚乙烯蠟等。 ③氟系列 —— 隔離性能最好，對模具污染小，但成本高聚四氟乙烯；氟樹脂粉末；氟樹脂涂料等 ④表面活性劑系列 —— 金屬皂（陰離子性）、 EO、 PO 衍生物（非離子性） ⑤無機粉末系列 —— 滑石、云母、陶土、白粘土 等 ⑥其它含掩蔽劑的含水脫模劑：用掩蔽劑固定水分子耐久型脫模劑：硅油＋硅樹脂體系， 800次以上多層復合型脫模劑：鹵代烴膜＋聚乙烯脫模劑＋聚乙烯醇脫模劑芳香族聚砜類脫模劑模具處理之脫模劑含鹵聚醚類脫模劑：降低蒸氣壓，提高分解溫度，不會引起帶電接觸羰烷基硅烷脫模劑：內(nèi)脫模，提高對水性油墨表面粘合性反應型脫模劑：涂覆后自身進行化學反應成膜，同時與模具表面粘著以上是一些有代表性的脫模劑，它們具有各自的特征，并可根據(jù)用途分別使用。 例如，用來作為纖維粘著帶等的背面處理劑、剝離紙、防粘劑（電線桿、電話箱、招牌、標志）， 防污染用（內(nèi)、外壁涂飾、車輛、路障、路欄等）防止粘合劑周圍的余粘。 c、脫模劑特點 ①脫模性（潤滑性）。形成均勻薄膜且形狀復雜的成形物時，尺寸精確無誤； ②脫模持續(xù)性好； ③成形物外觀表面光滑美觀，不因涂刷發(fā)粘的脫模劑而招致灰塵的粘著； 第 12 頁 共 30 頁 ④二次加工性優(yōu)越。當脫模劑轉移到成形物時，對電鍍、熱壓模、印刷、涂飾、粘合等加工物均無不良影響； ⑤易涂布性； ⑥耐熱性； ⑦耐污染性； ⑧成形好，生產(chǎn)效率高； ⑨穩(wěn)定性好。與配合劑及材料并用時，其物理、化學性能穩(wěn)定； ⑩不燃性，低氣味，低毒性； d、脫模劑性能 理論上， 脫模劑應當具有較大的抗拉強度，以使它在與模壓樹脂經(jīng)常接觸時不容易磨光。特別是在樹脂中有磨砂礦物填料或玻璃纖維增強料時尤其如此。脫模劑應有耐化學性，以便在與不同樹脂的化學成份（特別是苯乙烯和胺類）接觸時不被溶解。脫模劑還應具有耐熱及應力性能，不易分解或磨損；脫模劑應粘合到模具上而不轉移到被加工的制件上，以便不妨礙噴漆或其他二次加工操作。 脫模劑化學原理 ①、極性化學鍵與模具表面通過相互作用形成具有再生力的吸附型薄膜； ②、聚硅氧烷中的硅氧鍵可視為弱偶極子（ Si+O),當脫模劑在模具表面鋪展成單子取向排列 時，分子采取特有的伸展鏈構型； ③、自由表面被烷基以密集堆積方式覆蓋，脫模能力隨烷基密度而遞增；但當烷占有較大空間位阻時，伸展構型受到限制，脫模能力又會降低； ④、脫模劑分子量大小和粘度也與脫模能力相關，分子量小時，鋪展性好，但耐熱能力差。脫模劑選擇與評價脫模劑的選擇常用的脫模劑有無機物、有機物以及高聚物三類。 無機脫模劑，如滑石粉、云母粉以及陶土、白粘土等為主要組分配置的復合物，主要用作橡膠加工中膠片、半成品防粘用隔離劑。有機脫模劑包括脂肪酸皂（鉀皂、鈉皂、銨皂、鋅皂等）、脂肪酸、石蠟、甘油、凡士林等 。 第三類脫模劑是高聚物，包括硅油、聚乙二醇、低分子量聚乙烯等，它們的脫模劑效率和熱穩(wěn)定性比有機物脫模劑好得多。 脫模劑通常有粉狀、半固體和液體之分，粉狀和半固體可像蠟脂一樣用毛刷或手涂于模具表面。液體可用噴霧或毛刷等工具涂于模具表面，從而形成隔離膜。液體脫模劑以噴涂為佳。 綜上所述，脫模劑的選擇要點是： ①、脫模性優(yōu)良，對于噴霧脫模劑表面張力應在 17～ 23 N/m 之間。 ②、具有耐熱性，受熱不發(fā)生炭化分解。 第 13 頁 共 30 頁 ③、化學性能穩(wěn)定，不與成型產(chǎn)品發(fā)生化學反應。 ④、不影響塑料的二次加工性能。 ⑤、不腐 蝕模具，不污染制品，氣味和毒性小。 ⑥、外觀光滑美觀 。 ⑦、易涂布，生產(chǎn)效率高 。 e、脫模劑的復合使用 為了得到良好的脫模效果和更加理想的制品，常常同時使用幾種脫模劑，這樣可以發(fā)揮多種脫模劑的綜合性能。 本次選用外脫模劑。 模具結構 模具分單模和對模兩類。單模又分陽模和陰模兩種，本文采用陰模（凹模）結構。如圖 2 所示： 圖 2，陰模結構 陰模的優(yōu)點： ①使用陰模成型的制品外表面光滑且尺寸準確。 ②可以根據(jù)需要設計成整體式或拼裝式，以保證復雜制品脫模便利。 模具材料的選取 適用于帽型梁的模具材料有許多，以下是對幾種模具材料的介紹： （ 1）殷瓦合金鋼模具 ①熱膨脹系數(shù)小，常溫下平均膨脹系數(shù) 179。 106/℃ ，且在室溫－ 80℃ ～230℃ 時比較穩(wěn)定。 ②強度、硬度不高，抗拉強度在 590Mpa 左右，屈服強度在 410Mpa 左右，布 第 14 頁 共 30 頁 氏硬度在 141HBS 左右。 ③導熱系數(shù)低 ，為 10W/ ，僅為 45 鋼導熱系數(shù)的 1/4 左右。 ④塑性、韌性、延伸率、斷面收縮率以及沖擊韌性都很高，延伸率 δ = 30~45%，收縮率δ =50~70%。沖擊韌性α K=130310 J/cm2。 殷瓦不能熱處理強化，其特性與奧氏體不銹鋼類似，但比奧氏體不銹鋼還要難加工。切削加工中主要表現(xiàn)為切削力大、切削溫度高。在加工過程中，還具有軟、粘特性和很大的塑性，不易斷屑，加劇刀具的磨損，降低工件的加工精度，因而必須采用高性能刀具。 （ 2）鋁模具 鋁制模具重量輕 ,加工工藝性好 ,制造尺寸精度高 ,模 具成本相對較低 ,并且在復合材料構件成型時有很好的導熱性 ,模具升溫速度快。但是鋁的熱膨脹系數(shù)相對較大 ,用其成型的復合材料制件尺寸穩(wěn)定性差。再者 ,對于尺寸較大模具 ,在其鑄造過程中往往會出現(xiàn)一些如砂眼、細小裂紋等鑄造缺陷 ,導致其在使用中會產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象 ,而熱壓罐成型復合材料工藝是一個真空加壓系統(tǒng) ,要求模具必需有良好的氣密性 ,否則真空系統(tǒng)泄漏 ,會造成復合材料構件內(nèi)部質(zhì)量降低 ,嚴重時造成報廢。 （ 3）鋼模具 鋼制模具熱膨脹系數(shù)比鋁制的低一半 ,剛性大 , 制造尺寸精度高且表面光潔度好 ,氣密性好 ,使用壽命長。但是 ,由于其密度 大 ,因而模具自重大 ,使用搬運不太方便 ,同時模具型面加工難度相應較大 ,制造周期較長。 （ 4）碳纖維 /環(huán)氧 FRP 模具 碳纖維 /環(huán)氧樹脂復合材料模具其明顯的優(yōu)點是質(zhì)量輕 ,剛度大 ,熱膨脹系數(shù)與所成型的復合材料構件一致 ,所制造的構件尺寸精確度高。同時復合材料模具型面由預浸料鋪疊成型 ,可作任意的修補 , 因而具有比較好的可修復性。但復合材料模具也有它的缺點 :主要是相對金屬模具使用壽命短 ,要求有較高的模具設計和制造水平。由于復合材料模具制造時必須有母模 ,用預浸料在母模上鋪疊而成 ,這樣其制造成本相應比較大。 （ 4） 玻璃鋼高級 模具 玻璃鋼是目前應用最普遍的模具材料。玻璃鋼模具制造方便，精度較高，使用壽命長，制品可加溫加壓成型，尤其適用于表面質(zhì)量要求高，形狀復雜的玻璃鋼制品?？晒┻x用的其他模具材料有：木材、石膏 砂、石蠟、可溶性鹽、低熔點金屬、金屬等。 綜上介紹，選用玻璃鋼高級模具。 第 15 頁 共 30 頁 模具設計要則 （ 1）模具 設計要點： ①根據(jù)制品的數(shù)量、形狀尺寸、精度要求、脫模難易、成型工藝條件（固化溫度、壓力）等確定模具材料與結構形式； ②模具應有足夠的剛度和強度，能夠承受脫模時的沖擊，確保加工和使用過 程中不變形；