【正文】 樹(shù)脂基復(fù)合材料的總體發(fā)展水平很好地滿(mǎn)足了當(dāng)代最新型飛機(jī)的相應(yīng)需求。 表 1 給出樹(shù)脂基復(fù)合材料在軍用飛機(jī)上的一些典型用例。航天結(jié)構(gòu)材料也經(jīng)歷了從金屬到玻璃鋼再發(fā)展到 ACM 的階段，典型的例子是固體發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體。 汽車(chē)制造業(yè)中 ，主要使用玻纖增強(qiáng)塑料（熱固性和熱塑性塑料）用作車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)零部件、車(chē)頂和進(jìn)氣路管；碳纖維復(fù)合材料近年來(lái)也日益增多的用于汽車(chē)上，主要用作車(chē)身外板、車(chē)門(mén)、進(jìn)氣路管和活門(mén)蓋等 。多年來(lái)，未增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料一直用于建筑行業(yè)空載軸承應(yīng)用領(lǐng)域，如：輔料、廚房用具、浴室、覆蓋層等其他方面。一般來(lái)講， RPC 材料的潛在優(yōu)勢(shì)包括以下幾個(gè)方面：高強(qiáng)度、高剛度、裁剪的 耐久性、良好的疲勞性能、多方面用途裝配功能以及較低的維護(hù)成本。 在電子工業(yè)中的應(yīng)用 電子工業(yè)是近 20 年來(lái)迅速發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，電子功能材料是電子元器件和電子裝備的基礎(chǔ)和支撐，廣泛應(yīng)用在電子行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。用復(fù)合材料制作的電子功能材料種類(lèi)很多，最具代表性的 是印刷線(xiàn)路板基板材料。復(fù)合材料在電子工業(yè)中的另一大類(lèi)應(yīng)用是制作各種天饋線(xiàn)，包括反射面和天線(xiàn)罩 ，還有饋源、波導(dǎo)等高頻部件。 在防腐設(shè)備中，復(fù)合材料特別是玻璃鋼具有較高的耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性，為化工防腐提供了新材料。 復(fù)合材料還應(yīng)用于體育用品中的各種體育器材，如撐桿、弓箭、賽車(chē)、滑板、賽艇、皮艇、劃槳等。 復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和條件。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 常見(jiàn)的復(fù)合材料成型方法有： （ 1） 噴射成型工藝； 噴射成型時(shí)通過(guò)噴槍將短切纖維和霧化樹(shù)脂同時(shí)噴射到開(kāi)模表面，經(jīng)輥壓、固化制取復(fù)合材料制件的方法。 噴射成型一般將分裝在兩個(gè)罐中的混有引發(fā)劑的樹(shù)脂和促進(jìn)劑的樹(shù)脂，由液壓泵或壓縮空氣按比例輸送 從 噴槍兩側(cè) (或在噴槍內(nèi)混合 )霧化噴出，同時(shí)將玻璃纖維無(wú)捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出，與樹(shù)脂一起均勻沉積到模具上。 （ 2）樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)（ RTM 技術(shù) ） 樹(shù)脂傳遞模塑（ resin transfer moulding,RTM） 是 從濕法鋪層和注塑工藝中演變而來(lái)的一種新的復(fù)合材料成型工藝。由于不采用預(yù)浸料從而大大降低了復(fù)合材料的制造成本。采用樹(shù)脂傳遞模塑工藝時(shí)，只需要將 形成結(jié)構(gòu)件的相應(yīng)纖維按一定的取向排列成預(yù)成型體，然后向毛坯引入樹(shù)脂，隨著樹(shù)脂固化，最終制成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。它是借助成型袋與模具之間抽真空形成的負(fù)壓或袋外施加壓力，使復(fù)合材料坯料緊貼模具，從而固化成型的方法。 下圖為真空袋成型的示意圖。 手糊成型工藝的最大特色是以手工操作為主，適于多品種、小批量生產(chǎn)，且不受制品尺寸和形狀的限制。 視所選用的樹(shù)脂基體材料的不同，上述方法分別適用于熱固性和熱 塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)，有些工藝兩者都適用。材料的 性能 必須根據(jù)制品的使用要求進(jìn)行 設(shè)計(jì) ，因此在造反材料、設(shè)計(jì)配比、確定纖維鋪層和成型方法時(shí)，都必須滿(mǎn)足制品的物化性能、結(jié)構(gòu)形狀和外觀(guān) 質(zhì)量 要求等。 [4] 本文研究方向 本文著重介紹聚合物基復(fù)合材料的手糊成型工藝。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第二章 復(fù)合材料 手糊成型工藝 手糊成型工藝定義 手糊成型工藝又稱(chēng)接觸成型工藝。 手糊成型工藝方法分類(lèi) 手糊成型分濕法和干法兩種： 濕法是將增強(qiáng)材料（布、 帶、氈）用含或不含溶劑膠液直接裱糊，其浸漬和預(yù) 成型過(guò)程同時(shí)完成。目前約 50%的玻璃鋼制品是采用濕法手糊工藝制造的。 干法手糊成型的具體工藝過(guò)程是：用預(yù)浸料為原料，先將預(yù)浸料（布）按樣板裁剪成坯料，鋪層時(shí)加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上，并注意排除層間氣泡，使密實(shí)。 手糊成型工藝特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是成型不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品的生產(chǎn)。適宜我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展。易于滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要，可在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料；制品的樹(shù)脂含量高，耐腐蝕性能好。且產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。生產(chǎn)環(huán)境差、氣味大、加工時(shí)粉塵多，易對(duì)施工人員造成傷害。因 此，基體材料的性能直接影響復(fù)合材料的性能，復(fù)合材料的成型方法與工藝參數(shù)的選擇，主要由基體的工藝性決定。用作復(fù)合材料的合成樹(shù)脂首先要具有較高的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性能、和耐老化性能，并且要施工簡(jiǎn)單，有良好的工藝性能。 Ⅰ不飽和聚酯樹(shù)脂 不飽和聚酯樹(shù)脂是制造玻璃纖維復(fù)合材料的一種重要樹(shù)脂。 a. 不飽和聚酯樹(shù)脂定義 一般由不飽和二元酸和二元醇或者飽和二元酸不飽和二元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的線(xiàn)型高分子化合物。 b. 不飽和聚酯樹(shù)脂分類(lèi) 根據(jù)不飽和聚酯樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)可分為鄰苯型、間苯型、對(duì)苯型、雙酚 A 型、乙烯基酯型等；根據(jù)其性能可分為通用型、防腐型、自熄型、耐熱型、低收縮型等；根據(jù)其主要用途可分為 玻璃鋼用樹(shù)脂與非玻璃鋼用樹(shù)脂兩大類(lèi)。這是不飽和聚酯樹(shù)脂最大的優(yōu)點(diǎn)。 ② 固化后樹(shù)脂綜合性能好。耐腐蝕性、電性能和阻燃性可以通過(guò)選擇適當(dāng)牌號(hào)的樹(shù)脂來(lái)滿(mǎn)足要求，樹(shù)脂顏色淺，可以制成透明制品。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 ④ 缺點(diǎn)是固化時(shí)收縮率較大，貯存期限短，含苯乙烯，有刺激性氣體，長(zhǎng)期接觸對(duì)身體健康不利。絕大多數(shù)不飽和聚酯樹(shù)脂的熱變形溫度都在 50~60℃，一些耐熱性好的樹(shù)脂則可達(dá) 120℃。 ② 力學(xué)性能。 ③ 耐化學(xué)腐蝕性能。 ④ 介電性能。 e. 不飽和聚酯樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì) 不飽和聚酯是具有多功能團(tuán)的線(xiàn)型高分子化合物，在其骨架主鏈上具有聚酯鏈鍵和不飽和雙鍵，而在大分子鏈兩端各帶有羧基和羥基。 主鏈上的酯鍵可以發(fā)生水解反應(yīng)，酸或堿可以加速該反應(yīng)。 在酸性介質(zhì)中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚酯能耐酸性介質(zhì)的侵蝕；在堿性介質(zhì)中，由于形成了共振穩(wěn)定的羧酸根陰離子，水解成為不可逆的，所以聚酯 耐堿性差。分子鏈擴(kuò)展可使起始粘度為 ~ s 以上，直至成為不能流動(dòng)的、不粘手的類(lèi)似凝膠狀物。 Ⅱ環(huán)氧樹(shù)脂 a. 環(huán)氧樹(shù)脂定義 環(huán)氧樹(shù)脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧集團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，除個(gè)別外，它們的相對(duì)分子質(zhì)量都不高。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類(lèi)型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 物。各種樹(shù)脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用對(duì)形式提出的要求，其范圍可以從極低的黏度到高熔點(diǎn)固體。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹(shù) 脂體系幾乎可以在 0~180℃溫度范圍內(nèi)固化。環(huán)氧樹(shù)脂中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對(duì)各種物質(zhì)具有很高的黏附力。由于固化反應(yīng)沒(méi)有揮發(fā)性副產(chǎn)物放出，所以在成型時(shí)不需要高壓或除去揮發(fā)性副產(chǎn)物所耗費(fèi)的時(shí)間，這就更進(jìn)一步提高環(huán)氧樹(shù)脂體系的黏結(jié)強(qiáng)度。環(huán)氧樹(shù)脂不同于別的熱固性聚合物，它的固化過(guò)程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物，且在液態(tài)時(shí)就有高度締合，固化是通過(guò)直接加成進(jìn)行的，故收縮率小。 ⑤ 力學(xué)性能。 ⑥ 電性能。 ⑦ 化學(xué)穩(wěn)定性能。 ⑧ 尺寸穩(wěn)定性。 ⑨ 耐霉菌。 [5] 2） 輔助劑 為了改進(jìn)樹(shù)脂的工藝性能，固化后制品的性能，或者為了降低成本，需要在 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 基體配方中加入適當(dāng)?shù)妮o助劑，常用的輔助劑有以下幾種。 環(huán)氧樹(shù)脂本身是熱塑性線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，必須用固化劑使它交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子，成為不熔的固化產(chǎn)物。 Ⅱ稀釋劑。 非活性稀釋劑不參與樹(shù)脂的固化反應(yīng)，通常在浸膠后都要經(jīng)過(guò)烘干過(guò)程，將大部分稀釋劑除去。許多酚醛和環(huán)氧樹(shù)脂黏度較大，常需要加入非活性稀釋劑。 不飽和聚酯樹(shù)脂的交聯(lián)劑（如苯乙烯、乙烯衍生物等）的用量可以調(diào)整樹(shù)脂的黏度，因此，這類(lèi)樹(shù)脂的交聯(lián)劑可以起活性稀釋劑作用，一般不另加稀釋劑。 Ⅲ增韌劑、增塑劑。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸酯（如二丁酯、二辛酯）、磷酸酯等，它們不參與固化反應(yīng)，只起降低交聯(lián)密度導(dǎo)致剛性下降的作用，同時(shí)又導(dǎo)致強(qiáng)度和耐熱性下降。增韌劑在不降低樹(shù)脂的強(qiáng)度情況下提高韌性，有的還可以不降低樹(shù)脂的耐熱性。 在手糊成型工藝中，糊制大型制品時(shí)，特別是垂直面，常發(fā)生樹(shù)脂下流現(xiàn)象，影響制品的質(zhì)量。常用的觸變劑有活性二氧化硅（白炭黑），加入量一般為 1%~3%，在手糊工藝中用的膠衣樹(shù)脂中，一般都加有觸 變劑。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 樹(shù)脂中加入一定量的填料，能改變其性能、降低成本，如樹(shù)脂中加入一定量的填料能增加樹(shù)脂的黏度，改變其流動(dòng)特性，降低樹(shù)脂固化時(shí)的收縮以及增加表面硬度等。 為了制造彩色的復(fù)合材料制品，必須在樹(shù)脂中加入一定量的顏料或染料。對(duì)于所使用顏料應(yīng)滿(mǎn)足下列要求： ，有耐熱性和耐光性； ，不妨礙樹(shù)脂的固化； 的性能； ，價(jià)格低廉。 1）手糊成型的增強(qiáng)材料要求易被樹(shù)脂浸潤(rùn)，并有一定的可變性能，主要有以下幾種形式。它變形性好、易被樹(shù)脂浸透，增厚效率高，能提高玻璃鋼的抗沖擊能力，易排除氣泡。 Ⅱ加捻布。用加捻布制作的玻璃鋼，表面平整、氣密性好，但價(jià)格貴，不易浸透樹(shù)脂，增厚效果差 。用于加強(qiáng)型材和特殊部位。短切氈分無(wú)堿玻纖短切氈和中堿玻纖短切氈兩種。 Ⅴ短切纖維。 Ⅵ表面氈。表面氈是用直徑 10~20μ m 的單絲隨機(jī)交替鋪成，很薄。 玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝最后形成各類(lèi)產(chǎn)品。 ①按化學(xué)組成分：有堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、低堿玻璃纖維、微堿玻 璃纖維。 ③按產(chǎn)品特點(diǎn)分：按纖維長(zhǎng)短可分為定長(zhǎng)纖維和連續(xù)纖維；按纖維直徑大小可分為粗纖維、初級(jí)纖維、中級(jí)纖維、高級(jí)纖維；按纖維外觀(guān)可分為連續(xù)纖維（無(wú)捻粗紗、有捻粗紗）、短切纖維、空心玻璃纖維、磨細(xì)纖維和玻璃粉。玻璃纖維直到拉斷前其應(yīng)力 — 應(yīng)變關(guān)系為一條直線(xiàn)，無(wú)明顯的屈服、塑性階段，呈脆 性材料特征。直徑 10μ m 以下的玻璃纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá) 1000MPa 以上；直徑 5μ m 以下的可達(dá) 2400MPa 以上。其強(qiáng)度比塊狀玻璃的拉伸強(qiáng)度 40~100MPa 高出許多倍，是因?yàn)椴ＡЮ瞥蓸O細(xì)的纖維后缺陷減少之故