聚合物基復(fù)合材料2

1、12.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法2.2.1 聚合物基復(fù)合材料的工藝特點(diǎn)聚合物基復(fù)合材料的工藝特點(diǎn)聚合物基復(fù)合材料在性能方面有許多獨(dú)到之處，其成型工聚合物基復(fù)合材料在性能方面有許多獨(dú)到之處，其成型工藝與其它材料加工工藝相比也有其特點(diǎn)：藝與其它材料加工工藝相比也有其特點(diǎn)：（1）材料的成型與制品的成型是同時(shí)完成的，復(fù)合材料的）材料的成型與制品的成型是同時(shí)完成的，復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程也就是復(fù)合材料制品的生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程也就是復(fù)合材料制品的生產(chǎn)過(guò)程。（2）樹脂基復(fù)合材料的成型比較方便。）樹脂基復(fù)合材料的成型比較方便。2 2.2.2各種工藝方法在工藝過(guò)程中必須共同遵循的要點(diǎn)各

2、種工藝方法在工藝過(guò)程中必須共同遵循的要點(diǎn) 復(fù)合材料不論采用哪種成型方法在工藝過(guò)程中必須共同復(fù)合材料不論采用哪種成型方法在工藝過(guò)程中必須共同遵守的要點(diǎn)：遵守的要點(diǎn)：（1）要使纖維均勻地按設(shè)計(jì)要求分布在制品的各個(gè)部分）要使纖維均勻地按設(shè)計(jì)要求分布在制品的各個(gè)部分（2）要使樹脂適量地均勻地分布在制品的各個(gè)部位，并適）要使樹脂適量地均勻地分布在制品的各個(gè)部位，并適當(dāng)?shù)毓袒?。?dāng)?shù)毓袒?。?）在工藝過(guò)程中要盡最大的努力減少氣泡，降低空隙率，）在工藝過(guò)程中要盡最大的努力減少氣泡，降低空隙率，提高制品的致密性。提高制品的致密性。（4）充分掌握所用樹脂的工藝性能，制定合理的工藝規(guī)范。）充分掌握所用樹脂的工藝性能

3、，制定合理的工藝規(guī)范。32.2.3 聚合物基復(fù)合材料的制備方法聚合物基復(fù)合材料的制備方法一、預(yù)浸料及其制備方法一、預(yù)浸料及其制備方法 預(yù)浸料是將樹脂體系浸涂到纖維或纖維織物上，通過(guò)一定預(yù)浸料是將樹脂體系浸涂到纖維或纖維織物上，通過(guò)一定的處理過(guò)程后貯存?zhèn)溆玫陌氤善?，預(yù)浸料是一個(gè)總稱。的處理過(guò)程后貯存?zhèn)溆玫陌氤善?，預(yù)浸料是一個(gè)總稱。 一般預(yù)浸料在一般預(yù)浸料在-18下存儲(chǔ)以保證使用時(shí)具有合適的粘度、下存儲(chǔ)以保證使用時(shí)具有合適的粘度、鋪復(fù)性和凝膠時(shí)間等工藝性能，復(fù)合材料制品的力學(xué)及化鋪復(fù)性和凝膠時(shí)間等工藝性能，復(fù)合材料制品的力學(xué)及化學(xué)性質(zhì)在很大程度上取決于預(yù)浸料的質(zhì)量。學(xué)性質(zhì)在很大程度上取決于預(yù)浸料的

4、質(zhì)量。4 預(yù)浸料分類：預(yù)浸料分類： 按照增強(qiáng)材料的紡織形式分為按照增強(qiáng)材料的紡織形式分為：預(yù)浸帶、預(yù)浸布、無(wú)：預(yù)浸帶、預(yù)浸布、無(wú)紡布等；紡布等； 按照纖維排布方式按照纖維排布方式：?jiǎn)蜗蝾A(yù)浸料、織物預(yù)浸料等；：?jiǎn)蜗蝾A(yù)浸料、織物預(yù)浸料等； 按照纖維類型按照纖維類型：玻璃纖維預(yù)浸料；碳纖維預(yù)浸料、有：玻璃纖維預(yù)浸料；碳纖維預(yù)浸料、有機(jī)纖維預(yù)浸料等；機(jī)纖維預(yù)浸料等；5（一）熱固性預(yù)浸料的制備（一）熱固性預(yù)浸料的制備 按照浸漬設(shè)備和制造方法的不同，熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)按照浸漬設(shè)備和制造方法的不同，熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的制備分為浸料的制備分為輪鼓纏繞法輪鼓纏繞法和和陳列鋪排法陳列鋪排法。（1）輪鼓纏繞

5、法）輪鼓纏繞法適用于實(shí)驗(yàn)室的研究性工作或小批量生產(chǎn)適用于實(shí)驗(yàn)室的研究性工作或小批量生產(chǎn)6（2）陳列鋪排法）陳列鋪排法 濕法濕法：許多平行排列的纖維束或織物同時(shí)進(jìn)入膠槽，浸漬：許多平行排列的纖維束或織物同時(shí)進(jìn)入膠槽，浸漬樹脂后由劑膠器除去多余膠液，經(jīng)烘干除去溶劑后，加隔樹脂后由劑膠器除去多余膠液，經(jīng)烘干除去溶劑后，加隔離紙并經(jīng)輥壓整平，最后收卷。離紙并經(jīng)輥壓整平，最后收卷。 干法干法：熔融態(tài)樹脂從漏槽流到隔離紙上，通過(guò)刮刀后在隔：熔融態(tài)樹脂從漏槽流到隔離紙上，通過(guò)刮刀后在隔離紙上形成一層厚度均勻的薄膜，經(jīng)導(dǎo)向輥與平行排列的離紙上形成一層厚度均勻的薄膜，經(jīng)導(dǎo)向輥與平行排列的纖維或織物疊合，通過(guò)熱鼓

6、時(shí)樹脂熔融并浸漬纖維，再經(jīng)纖維或織物疊合，通過(guò)熱鼓時(shí)樹脂熔融并浸漬纖維，再經(jīng)過(guò)輥壓使樹脂充分浸漬纖維，冷去后收卷。過(guò)輥壓使樹脂充分浸漬纖維，冷去后收卷。7（二）熱塑性預(yù)浸料制造（二）熱塑性預(yù)浸料制造樹脂狀態(tài)不同樹脂狀態(tài)不同預(yù)浸漬技術(shù)預(yù)浸漬技術(shù)后浸漬技術(shù)后浸漬技術(shù)溶液預(yù)浸溶液預(yù)浸熔融預(yù)浸熔融預(yù)浸膜層疊膜層疊粉末浸漬粉末浸漬纖維混雜纖維混雜纖維混編纖維混編預(yù)浸料中纖維完預(yù)浸料中纖維完全浸漬樹脂全浸漬樹脂 預(yù)浸料中樹脂預(yù)浸料中樹脂以粉末、纖維以粉末、纖維包層等形式存包層等形式存在，對(duì)纖維的在，對(duì)纖維的完全浸漬要在完全浸漬要在復(fù)合材料成型復(fù)合材料成型過(guò)程中完成過(guò)程中完成8（1）溶液浸漬）溶液浸漬 特點(diǎn)

7、：可使纖維完全被樹脂浸漬并獲得良好的纖維分布；特點(diǎn)：可使纖維完全被樹脂浸漬并獲得良好的纖維分布；可采用傳統(tǒng)的熱固性樹脂的設(shè)備和類似浸漬工藝；成本較可采用傳統(tǒng)的熱固性樹脂的設(shè)備和類似浸漬工藝；成本較高并造成環(huán)境污染，殘留溶劑很難完全除去，影響產(chǎn)品性高并造成環(huán)境污染，殘留溶劑很難完全除去，影響產(chǎn)品性能；只適用于可溶性聚合物，對(duì)于其他類溶解性差的聚合能；只適用于可溶性聚合物，對(duì)于其他類溶解性差的聚合物應(yīng)用受到限制。物應(yīng)用受到限制。（2）熔融預(yù)浸）熔融預(yù)浸 要求：樹脂熔體黏度足夠低，且高溫長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性要好，要求：樹脂熔體黏度足夠低，且高溫長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性要好，使高粘度的熔融態(tài)樹脂在較短的時(shí)間內(nèi)完全浸漬

8、纖維使高粘度的熔融態(tài)樹脂在較短的時(shí)間內(nèi)完全浸漬纖維9（3）膜層疊）膜層疊 將增強(qiáng)劑與樹脂薄膜交替鋪層，在高溫高壓條件下使樹脂熔融將增強(qiáng)劑與樹脂薄膜交替鋪層，在高溫高壓條件下使樹脂熔融并浸漬纖維，制成平板或其它一些形狀簡(jiǎn)單的制品的方法。并浸漬纖維，制成平板或其它一些形狀簡(jiǎn)單的制品的方法。 特點(diǎn)：適用性強(qiáng)，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單特點(diǎn)：適用性強(qiáng)，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單（4）粉末浸漬）粉末浸漬 將熱塑性樹脂制成粒度與纖維直徑相當(dāng)?shù)奈⒓?xì)粉末，通過(guò)流態(tài)將熱塑性樹脂制成粒度與纖維直徑相當(dāng)?shù)奈⒓?xì)粉末，通過(guò)流態(tài)化技術(shù)使樹脂粉末直接分散到纖維中，經(jīng)熱壓熔融即可制得充化技術(shù)使樹脂粉末直接分散到纖維中，經(jīng)熱壓熔融即可制得充分浸漬的預(yù)

9、浸料分浸漬的預(yù)浸料 特點(diǎn)：預(yù)浸料具有一定的柔軟性，鋪層工藝性好，成型工藝性特點(diǎn)：預(yù)浸料具有一定的柔軟性，鋪層工藝性好，成型工藝性好，是一種被廣泛采用的纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料的制造好，是一種被廣泛采用的纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料的制造技術(shù)技術(shù)10（5）纖維混編）纖維混編 將基體先紡成纖維，再使其與增強(qiáng)纖維共同紡成混雜紗線將基體先紡成纖維，再使其與增強(qiáng)纖維共同紡成混雜紗線或編織成適當(dāng)形式的織物，在物品成型過(guò)程中，樹脂纖維或編織成適當(dāng)形式的織物，在物品成型過(guò)程中，樹脂纖維受熱熔化并浸漬增強(qiáng)纖維。受熱熔化并浸漬增強(qiáng)纖維。 特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，預(yù)浸料有柔性，易于鋪層操作，在制品特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，預(yù)浸料有柔

10、性，易于鋪層操作，在制品的成型階段，需要足夠高的溫度，壓力及足夠的時(shí)間，且的成型階段，需要足夠高的溫度，壓力及足夠的時(shí)間，且浸漬難以完全。浸漬難以完全。11二、手糊成型工藝二、手糊成型工藝手糊成型工藝也稱手糊成型工藝也稱接觸低壓成型接觸低壓成型工藝。工藝。它是在成型模具上，以它是在成型模具上，以手工手工或用或用簡(jiǎn)單的工具簡(jiǎn)單的工具輔助鋪放增強(qiáng)輔助鋪放增強(qiáng)材料、浸漬樹脂，施加接觸壓或較低壓力使其固化成型的材料、浸漬樹脂，施加接觸壓或較低壓力使其固化成型的工藝方法。工藝方法。手糊成型模具也叫手糊成型模具也叫接觸模具接觸模具12制作聚合物基復(fù)合材料的手糊成型工藝過(guò)程制作聚合物基復(fù)合材料的手糊成型工藝

11、過(guò)程 將將模具打磨拋光模具打磨拋光后后涂脫模劑涂脫模劑和和含含固化劑的樹脂混合物固化劑的樹脂混合物將將增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維編織布鋪放編織布鋪放在模具中在模具中用用刷子、壓刷子、壓輥輥或或刮刀擠壓織物，使其均勻浸膠刮刀擠壓織物，使其均勻浸膠并排除氣泡并排除氣泡法將樹脂涂覆在其上法將樹脂涂覆在其上（反復(fù)鋪放纖維和刷涂樹脂），直（反復(fù)鋪放纖維和刷涂樹脂），直至預(yù)定的厚度至預(yù)定的厚度晾置晾置常溫或加溫常溫或加溫（通過(guò)紅外輻射或連模具送入電熱（通過(guò)紅外輻射或連模具送入電熱固化爐窯）使樹脂固化爐窯）使樹脂固化固化（硬化）（硬化）脫模脫模和和修整修整制品（切割飛邊、缺陷制品（切割飛邊、缺陷修補(bǔ)）修補(bǔ)）得到得到聚

12、合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料。13手糊成型的輔助材料手糊成型的輔助材料手糊成型的輔助材料主要有手糊成型的輔助材料主要有填料填料和和色料色料?？梢宰鳛樘盍系牟牧习ǜ邘X土、云母粉、玻璃微珠、石可以作為填料的材料包括高嶺土、云母粉、玻璃微珠、石英粉、滑石粉、碳酸鈣、活性二氧化硅、石墨、鐵粉、鋁英粉、滑石粉、碳酸鈣、活性二氧化硅、石墨、鐵粉、鋁粉、氧化鐵粉、氫氧化鋁粉等。粉、氧化鐵粉、氫氧化鋁粉等。在樹脂基復(fù)合材料中在樹脂基復(fù)合材料中加入填料的目的加入填料的目的是為了降低成本和改是為了降低成本和改善性能。善性能。填料加入量一般為樹脂的填料加入量一般為樹脂的15%30%（有時(shí)會(huì)超過(guò)（有時(shí)會(huì)超過(guò)12倍

13、），填料細(xì)度為倍），填料細(xì)度為120300目。目。14手糊成型的脫模劑手糊成型的脫模劑手糊成型的脫模劑主要用手糊成型的脫模劑主要用外脫模劑外脫模劑。常用脫模劑是：。常用脫模劑是：液體脫模劑液體脫模劑，如聚乙烯醇溶液；，如聚乙烯醇溶液；薄膜型脫模劑薄膜型脫模劑，如聚酯薄膜；，如聚酯薄膜；油膏、蠟類脫模劑油膏、蠟類脫模劑，如硅脂、凡士林油、脫模蠟等。，如硅脂、凡士林油、脫模蠟等。前述幾種脫模劑可以復(fù)合使用。前述幾種脫模劑可以復(fù)合使用。15手糊成型的特點(diǎn)手糊成型的特點(diǎn)手糊成型工藝手糊成型工藝適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)，可以成型各種形狀的制品，且尺，可以成型各種形狀的制品，且尺寸不受限制，但制品的壁厚不易精確控

14、制；寸不受限制，但制品的壁厚不易精確控制；手糊工藝不宜使用較多的填料，因?yàn)闃渲刑盍线^(guò)多會(huì)降手糊工藝不宜使用較多的填料，因?yàn)闃渲刑盍线^(guò)多會(huì)降低其流動(dòng)性，難以手糊成型；低其流動(dòng)性，難以手糊成型；模具占用周期長(zhǎng)，即模具占用周期長(zhǎng)，即成型周期長(zhǎng)成型周期長(zhǎng)。操作者操作者體力勞動(dòng)強(qiáng)度體力勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件不佳，不易完善勞動(dòng)保大，勞動(dòng)條件不佳，不易完善勞動(dòng)保護(hù)。護(hù)。設(shè)備簡(jiǎn)單、適應(yīng)性廣、投資少、見效快。設(shè)備簡(jiǎn)單、適應(yīng)性廣、投資少、見效快。16三、噴射成型工藝三、噴射成型工藝噴射成型技術(shù)是手糊成型的改進(jìn)，屬于半機(jī)械化生產(chǎn)工藝。噴射成型技術(shù)是手糊成型的改進(jìn)，屬于半機(jī)械化生產(chǎn)工藝。噴射成型技術(shù)在復(fù)合材料成型工

15、藝中所占比例較大，如美噴射成型技術(shù)在復(fù)合材料成型工藝中所占比例較大，如美國(guó)占國(guó)占9.1%，西歐占，西歐占11.3%，日本占，日本占21%。20世紀(jì)世紀(jì)60年代，我國(guó)研究噴射成型，但因原材料質(zhì)量和年代，我國(guó)研究噴射成型，但因原材料質(zhì)量和環(huán)境污染問(wèn)題，未能推廣，目前用的噴射成型機(jī)主要是從環(huán)境污染問(wèn)題，未能推廣，目前用的噴射成型機(jī)主要是從美國(guó)進(jìn)口。美國(guó)進(jìn)口。17將混有引發(fā)劑和促進(jìn)劑的兩種聚酯樹脂分別從噴槍兩側(cè)將混有引發(fā)劑和促進(jìn)劑的兩種聚酯樹脂分別從噴槍兩側(cè)的的兩個(gè)噴口兩個(gè)噴口噴出，同時(shí)將切斷的纖維粗紗由噴出，同時(shí)將切斷的纖維粗紗由噴槍中心噴槍中心噴噴出，這三組噴射物相遇并均勻混合后出，這三組噴射物相

16、遇并均勻混合后沉積沉積到模具上，到模具上，當(dāng)沉積到一定厚度時(shí)，用輥輪當(dāng)沉積到一定厚度時(shí)，用輥輪壓實(shí)壓實(shí)，幫助纖維進(jìn)一步浸，幫助纖維進(jìn)一步浸透樹脂，排除氣泡，透樹脂，排除氣泡，再進(jìn)行加熱或常溫再進(jìn)行加熱或常溫固化固化，固化后固化后脫模脫模即獲得制品。即獲得制品。18噴射成型的工藝參數(shù)噴射成型的工藝參數(shù)噴射成型工藝參數(shù)主要有：噴射成型工藝參數(shù)主要有：樹脂含量樹脂含量：制品中樹脂含量應(yīng)控制在：制品中樹脂含量應(yīng)控制在60%左右；左右；噴霧壓力噴霧壓力：當(dāng)樹脂黏度為：當(dāng)樹脂黏度為0.2Pas, ,樹脂罐壓力為樹脂罐壓力為0.050.15MPa時(shí)，霧化壓力為時(shí)，霧化壓力為0.30.35MPa；噴槍夾角噴槍

17、夾角：一般選用：一般選用20，噴槍與模具的距離為，噴槍與模具的距離為350400mm; ;環(huán)境溫度環(huán)境溫度: :應(yīng)控制在應(yīng)控制在(255); ;19噴射成型應(yīng)注意事項(xiàng)噴射成型應(yīng)注意事項(xiàng)噴射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)噴射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)無(wú)水無(wú)水；模具在成型前要模具在成型前要先噴一層樹脂先噴一層樹脂，再噴樹脂纖維混合層。調(diào)，再噴樹脂纖維混合層。調(diào)整氣壓、控制樹脂和纖維含量；整氣壓、控制樹脂和纖維含量；噴槍要噴槍要均勻移動(dòng)均勻移動(dòng)，防止漏噴和保證厚度均勻；，防止漏噴和保證厚度均勻；優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：用玻璃纖維粗紗代替織物，可降低材料成本；生產(chǎn)效率比用玻璃纖維粗紗代替織物，可降低材料成本；生產(chǎn)效率比手糊的高手糊的高24倍；產(chǎn)品整體性

18、好，無(wú)接縫，層間剪切強(qiáng)度倍；產(chǎn)品整體性好，無(wú)接縫，層間剪切強(qiáng)度高；產(chǎn)品耐滲漏性好；可減少飛邊、裁布邊角料及剩余膠高；產(chǎn)品耐滲漏性好；可減少飛邊、裁布邊角料及剩余膠液的消耗；產(chǎn)品尺寸和形狀不受限制。液的消耗；產(chǎn)品尺寸和形狀不受限制。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 樹脂含量高，制品強(qiáng)度低；產(chǎn)品只能做到單面光滑；飛散樹脂含量高，制品強(qiáng)度低；產(chǎn)品只能做到單面光滑；飛散的噴射氣流污染環(huán)境，有害操作者健康。的噴射氣流污染環(huán)境，有害操作者健康。20四、袋壓成型工藝四、袋壓成型工藝 袋壓成型是最早及最廣泛應(yīng)用于預(yù)浸料成型的工藝之一。袋壓成型是最早及最廣泛應(yīng)用于預(yù)浸料成型的工藝之一。將纖維預(yù)制件鋪放在模具中，蓋上柔軟的隔離膜，在

19、熱壓將纖維預(yù)制件鋪放在模具中，蓋上柔軟的隔離膜，在熱壓下固化，經(jīng)過(guò)所需的固化周期后，材料形成具有一定結(jié)構(gòu)下固化，經(jīng)過(guò)所需的固化周期后，材料形成具有一定結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。的構(gòu)件。 袋壓成型可分為三種：真空袋壓成型、壓力袋壓成型和熱袋壓成型可分為三種：真空袋壓成型、壓力袋壓成型和熱壓罐成型壓罐成型21主要設(shè)備：烘箱或其他主要設(shè)備：烘箱或其他能夠提供熱源的加熱空能夠提供熱源的加熱空間、成型模具以及真空間、成型模具以及真空系統(tǒng)。系統(tǒng)。特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，不需特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，不需要專用設(shè)備，常用來(lái)制要專用設(shè)備，常用來(lái)制造室溫固化的制件。適造室溫固化的制件。適用于大尺寸，厚度用于大尺寸，厚度1.5mm以下的復(fù)合材以

20、下的復(fù)合材料料真空袋成型的原理示意圖真空袋成型的原理示意圖1真空袋真空袋 2模具模具 3真空泵真空泵（1）真空袋壓成型）真空袋壓成型22（2）壓力袋壓成型）壓力袋壓成型主要設(shè)備：烘箱或其他主要設(shè)備：烘箱或其他能夠提供熱源的加熱空能夠提供熱源的加熱空間、成型模具以及真空間、成型模具以及真空系統(tǒng)。系統(tǒng)。特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，投資特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，投資少，易于作業(yè)。壓力可少，易于作業(yè)。壓力可達(dá)達(dá)0.250.5MPa。由于。由于壓力較高，還需考慮熱壓力較高，還需考慮熱效率，故一般采用輕金效率，故一般采用輕金屬模具，加熱方式通常屬模具，加熱方式通常用模具內(nèi)加熱的方式。用模具內(nèi)加熱的方式。壓力袋成型的示意圖壓力袋

21、成型的示意圖1密封夾緊裝置密封夾緊裝置 2壓縮空氣壓縮空氣 3空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī) 4壓力袋壓力袋 5模具模具 6蓋板蓋板23（3）熱壓罐成型）熱壓罐成型原理：利用熱壓罐內(nèi)部原理：利用熱壓罐內(nèi)部的程控溫度的靜態(tài)氣體的程控溫度的靜態(tài)氣體壓力，使復(fù)合材料預(yù)浸壓力，使復(fù)合材料預(yù)浸料在一定溫度和壓力條料在一定溫度和壓力條件下完成固化過(guò)程件下完成固化過(guò)程特點(diǎn)：空隙率低、增強(qiáng)特點(diǎn)：空隙率低、增強(qiáng)纖維填充量大，致密性纖維填充量大，致密性好，尺寸穩(wěn)定、準(zhǔn)確，好，尺寸穩(wěn)定、準(zhǔn)確，性能優(yōu)異，適應(yīng)性強(qiáng)；性能優(yōu)異，適應(yīng)性強(qiáng)；生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，制件尺寸受熱壓罐體積制件尺寸受熱壓罐體積限制等缺點(diǎn)。限

22、制等缺點(diǎn)。24五、模壓成型工藝五、模壓成型工藝模壓成型工藝始于模壓成型工藝始于1909年，伴隨年，伴隨實(shí)用酚醛樹脂實(shí)用酚醛樹脂的出現(xiàn)，的出現(xiàn)，用木粉、石棉及石英粉為填料制備酚醛樹脂基復(fù)合材料制用木粉、石棉及石英粉為填料制備酚醛樹脂基復(fù)合材料制品。品。隨著隨著片狀模塑料片狀模塑料（SMC）和）和塊狀模塑料塊狀模塑料（BMC）以及）以及新新型樹脂型樹脂的出現(xiàn)，模壓成型工藝已在纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材的出現(xiàn)，模壓成型工藝已在纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成型工藝中占有相當(dāng)重要的地位（據(jù)料成型工藝中占有相當(dāng)重要的地位（據(jù)1990年國(guó)外統(tǒng)計(jì)，年國(guó)外統(tǒng)計(jì)，42%以上的復(fù)合材料制品是用模壓成型工藝生產(chǎn)的。以上的復(fù)合材料

23、制品是用模壓成型工藝生產(chǎn)的。因此模壓成型是一種因此模壓成型是一種既古老又新穎既古老又新穎的復(fù)合材料成型方法。的復(fù)合材料成型方法。25復(fù)合材料模壓制品所用的復(fù)合材料模壓制品所用的模壓料模壓料是樹脂基體中添加有增強(qiáng)是樹脂基體中添加有增強(qiáng)材料的材料的中間產(chǎn)品中間產(chǎn)品。將一定量的將一定量的模壓料模壓料（預(yù)混料預(yù)混料或或預(yù)浸料預(yù)浸料）置于敞開的金屬）置于敞開的金屬模模型腔內(nèi)，閉模后加熱使其熔化型腔內(nèi)，閉模后加熱使其熔化以以一定溫度一定溫度和和壓力壓力，使型腔內(nèi)的模壓料在溫度和壓力作用，使型腔內(nèi)的模壓料在溫度和壓力作用下下熔融熔融并充滿型腔，形成與模腔相同形狀的模制品并充滿型腔，形成與模腔相同形狀的模制品

24、再經(jīng)加熱使樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使再經(jīng)加熱使樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料。熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料。模壓成型工藝過(guò)程模壓成型工藝過(guò)程26模壓成型工藝流程示意圖模壓成型工藝流程示意圖模具預(yù)熱模具預(yù)熱刷涂脫模劑刷涂脫模劑裝模裝模壓制壓制脫模脫模打磨及輔助加工打磨及輔助加工檢查檢查成品成品后處理后處理原料稱重原料稱重原料預(yù)熱或預(yù)成型原料預(yù)熱或預(yù)成型27用于模壓成型的模壓料用于模壓成型的模壓料片狀模塑料片狀模塑料( (SMC) )團(tuán)狀模塑料團(tuán)狀模塑料( (BMC) )厚片狀模塑料厚片狀模塑料( (TMC) )高強(qiáng)度模塑料高強(qiáng)度模塑

25、料( (HMC) )高強(qiáng)度片狀模塑料高強(qiáng)度片狀模塑料( (XMC) )法國(guó)法國(guó)Saint-Gobain公司開發(fā)的公司開發(fā)的ZMC28模壓料的組成模壓料的組成模壓料的基體模壓料的基體主要有：主要有：不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂、酚醛酚醛樹脂樹脂、乙烯基樹脂、呋喃樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚丁二烯樹、乙烯基樹脂、呋喃樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚丁二烯樹脂、烯丙基酯、三聚氰樹脂、聚酰亞胺樹脂等。以前三種脂、烯丙基酯、三聚氰樹脂、聚酰亞胺樹脂等。以前三種使用最普遍。使用最普遍。模壓料的增強(qiáng)材料模壓料的增強(qiáng)材料主要有：玻璃纖維（短切絲、無(wú)捻粗紗、主要有：玻璃纖維（短切絲、無(wú)捻粗紗、有捻粗紗、連續(xù)纖維束

26、、布、氈）、石棉紙、石棉纖維織有捻粗紗、連續(xù)纖維束、布、氈）、石棉紙、石棉纖維織物（布）、高硅氧纖維、碳纖維、有機(jī)纖維（芳綸、尼龍物（布）、高硅氧纖維、碳纖維、有機(jī)纖維（芳綸、尼龍等）和天然纖維或兩種以上纖維混雜及它們的織物、氈等。等）和天然纖維或兩種以上纖維混雜及它們的織物、氈等。29六、拉擠成型六、拉擠成型將浸漬樹脂膠液的纖維束或帶，在牽引力的作用下，通過(guò)將浸漬樹脂膠液的纖維束或帶，在牽引力的作用下，通過(guò)一個(gè)加熱的擠壓模具一個(gè)加熱的擠壓模具成型、固化成型、固化，生產(chǎn)聚合物基復(fù)合材料，生產(chǎn)聚合物基復(fù)合材料型材的工藝稱為拉擠（型材的工藝稱為拉擠（pultrusion）成型工藝。）成型工藝。拉擠

27、成型屬于拉擠成型屬于連續(xù)成型連續(xù)成型工藝?？捎们懈顧C(jī)將拉擠的型材切工藝?？捎们懈顧C(jī)將拉擠的型材切割成要求的長(zhǎng)度。割成要求的長(zhǎng)度。拉擠成型適宜于生產(chǎn)拉擠成型適宜于生產(chǎn)各種截面形狀的型材各種截面形狀的型材，如棒、管、實(shí)，如棒、管、實(shí)體型材（如工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（如門體型材（如工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（如門窗框材）等。窗框材）等。30拉擠成型的原材料拉擠成型的原材料拉擠成型使用的原材料包括基體樹脂、增強(qiáng)體和輔助材拉擠成型使用的原材料包括基體樹脂、增強(qiáng)體和輔助材料。料?；w樹脂基體樹脂對(duì)基體樹脂的要求：對(duì)基體樹脂的要求：黏度低黏度低（低于（低于2Pas），固化過(guò)程），固化過(guò)程

28、無(wú)無(wú)揮發(fā)物揮發(fā)物（最好是無(wú)溶劑型樹脂或反應(yīng)型溶劑樹脂）；（最好是無(wú)溶劑型樹脂或反應(yīng)型溶劑樹脂）；適用適用期長(zhǎng)期長(zhǎng)（8h以上）；以上）；固化收縮小固化收縮?。ㄐ∮冢ㄐ∮?%）、與增強(qiáng)體）、與增強(qiáng)體相相容性好容性好?；w樹脂的種類基體樹脂的種類：主要用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙：主要用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂。此外，熱固性甲基丙烯酸樹脂、改性酚醛樹脂、烯基樹脂。此外，熱固性甲基丙烯酸樹脂、改性酚醛樹脂、阻燃性樹脂等也開始在拉擠工藝中應(yīng)用。同時(shí)，已經(jīng)研究阻燃性樹脂等也開始在拉擠工藝中應(yīng)用。同時(shí)，已經(jīng)研究和使用熱塑性聚丙烯、聚碳酸酯、和使用熱塑性聚丙烯、聚碳酸酯、ABS及聚醚砜等樹脂及聚

29、醚砜等樹脂31增強(qiáng)體增強(qiáng)體對(duì)增強(qiáng)體的要求是：對(duì)增強(qiáng)體的要求是：纖維本身纖維本身強(qiáng)度高強(qiáng)度高、不易產(chǎn)生靜電不易產(chǎn)生靜電、集束集束性好性好。增強(qiáng)體主要用：增強(qiáng)體主要用：玻璃纖維及其無(wú)捻粗紗、連續(xù)纖維氈、針織玻璃纖維及其無(wú)捻粗紗、連續(xù)纖維氈、針織單向纖維與短切纖維復(fù)合氈和三向針織物等。單向纖維與短切纖維復(fù)合氈和三向針織物等。對(duì)玻璃無(wú)捻粗紗要求表面進(jìn)行對(duì)玻璃無(wú)捻粗紗要求表面進(jìn)行偶聯(lián)劑處理偶聯(lián)劑處理輔助材料輔助材料內(nèi)脫模劑內(nèi)脫模劑包括：包括：硬脂酸鋅硬脂酸鋅、硬脂酸鈣硬脂酸鈣、硬脂酸鋁硬脂酸鋁和和烷基磷酸烷基磷酸酯酯等。哈爾濱玻璃鋼研究所研制用于不飽和聚酯樹脂的內(nèi)脫等。哈爾濱玻璃鋼研究所研制用于不飽和聚

30、酯樹脂的內(nèi)脫模劑型號(hào)為模劑型號(hào)為HBT-4（用量為（用量為2%）和）和HBT-5（用量為（用量為1%）；）；用于環(huán)氧樹脂的為用于環(huán)氧樹脂的為HBT-6（用量為（用量為1%3%）和）和HBT-7（用（用量為量為2%）。）。填料填料包括：輕質(zhì)填料（如發(fā)泡黏土和膨脹珍珠巖）和粉末填包括：輕質(zhì)填料（如發(fā)泡黏土和膨脹珍珠巖）和粉末填料（如高嶺土、絹云母粉、空心玻璃微珠）。料（如高嶺土、絹云母粉、空心玻璃微珠）。32拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 拉擠成型的拉擠成型的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，生產(chǎn)過(guò)程可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高；纖維纖維體積含量高體積含量高（可

31、達(dá)（可達(dá)80%），產(chǎn)品），產(chǎn)品強(qiáng)度高強(qiáng)度高；制品縱、橫向強(qiáng)度可以按照制品的力學(xué)性能要求調(diào)整；制品縱、橫向強(qiáng)度可以按照制品的力學(xué)性能要求調(diào)整；生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)邊角廢料無(wú)邊角廢料，產(chǎn)品不需后加工，因此較其他工，產(chǎn)品不需后加工，因此較其他工藝省工、省原料、省能耗；藝省工、省原料、省能耗；制品制品質(zhì)量穩(wěn)定質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，可切成任意長(zhǎng)度；，重復(fù)性好，可切成任意長(zhǎng)度； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：產(chǎn)品形狀單調(diào)，只能生產(chǎn)線形型材，而且橫向強(qiáng)度產(chǎn)品形狀單調(diào)，只能生產(chǎn)線形型材，而且橫向強(qiáng)度不高。不高。33拉擠成型工藝的發(fā)展和應(yīng)用拉擠成型工藝的發(fā)展和應(yīng)用拉擠成型技術(shù)始于拉擠成型技術(shù)始于20世紀(jì)世紀(jì)50年代，于年代，于6

32、0年代得到應(yīng)用，年代得到應(yīng)用，70年代得到發(fā)展，年代得到發(fā)展，80年代發(fā)展速度最快。年代發(fā)展速度最快。各種拉擠成型機(jī)各種拉擠成型機(jī)不斷涌現(xiàn)，如立式、臥式、彎曲型材不斷涌現(xiàn)，如立式、臥式、彎曲型材式、反應(yīng)注射式、加輕質(zhì)填料式等。式、反應(yīng)注射式、加輕質(zhì)填料式等。目前生產(chǎn)規(guī)模有直徑細(xì)到目前生產(chǎn)規(guī)模有直徑細(xì)到 1mm的線材，直徑粗到的線材，直徑粗到 70mm的棒材，大到的棒材，大到800mm280mm的空腹型材，的空腹型材，生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)時(shí)的牽引速度達(dá)牽引速度達(dá)6m/min，最大牽引力達(dá)，最大牽引力達(dá)40t。34拉擠成型工藝的應(yīng)用廣泛，如拉擠成型工藝的應(yīng)用廣泛，如電工領(lǐng)域電工領(lǐng)域（制造光纜增強(qiáng)芯桿、天線

33、、電工梯、高壓（制造光纜增強(qiáng)芯桿、天線、電工梯、高壓線路工具）線路工具）防腐工程防腐工程（制造井下壓力管道、化學(xué)器貯罐的內(nèi)外支（制造井下壓力管道、化學(xué)器貯罐的內(nèi)外支撐）撐）建筑工業(yè)建筑工業(yè)（制造房屋吊頂結(jié)構(gòu)、帳篷支架）（制造房屋吊頂結(jié)構(gòu)、帳篷支架）交通領(lǐng)域交通領(lǐng)域（制造汽車貨架、電力火車軌道護(hù)板、行李（制造汽車貨架、電力火車軌道護(hù)板、行李架）架）運(yùn)動(dòng)娛樂(lè)領(lǐng)域運(yùn)動(dòng)娛樂(lè)領(lǐng)域（制造滑雪杖、活動(dòng)游泳池底板、單杠（制造滑雪杖、活動(dòng)游泳池底板、單杠和雙杠）和雙杠）其他領(lǐng)域其他領(lǐng)域35七、纏繞成型七、纏繞成型熱固性樹脂基體復(fù)合材料的纏繞成型是將熱固性樹脂基體復(fù)合材料的纏繞成型是將浸過(guò)樹脂膠液的浸過(guò)樹脂膠液的

34、連續(xù)纖維絲束連續(xù)纖維絲束（或布帶、預(yù)浸紗）按照（或布帶、預(yù)浸紗）按照一定規(guī)律連續(xù)纏繞一定規(guī)律連續(xù)纏繞到與制件形狀一致的芯模上，然后經(jīng)到與制件形狀一致的芯模上，然后經(jīng)常溫或加溫固化、脫常溫或加溫固化、脫模模，獲得復(fù)合材料制品獲得復(fù)合材料制品。纏繞成型所用設(shè)備為纏繞成型所用設(shè)備為纏繞機(jī)纏繞機(jī)，由帶動(dòng)芯模旋轉(zhuǎn)和吐絲嘴按，由帶動(dòng)芯模旋轉(zhuǎn)和吐絲嘴按指定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、浸膠槽、紗架、絲束張力機(jī)構(gòu)指定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、浸膠槽、紗架、絲束張力機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成和控制系統(tǒng)組成36纖維纏繞成型的分類纖維纏繞成型的分類 根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)不同，分為根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)

35、不同，分為以下三種類型：以下三種類型：干法纏繞干法纏繞半干法纏繞半干法纏繞濕法纏繞濕法纏繞37濕法纏繞濕法纏繞將纖維集束（紗式帶）將纖維集束（紗式帶）浸膠后浸膠后，在，在張力下張力下直接直接纏繞到芯纏繞到芯模上的工藝稱為濕法纏繞。模上的工藝稱為濕法纏繞。濕法纏繞的濕法纏繞的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：成本比干法纏繞低：成本比干法纏繞低40%；纏繞張力能；纏繞張力能將氣泡擠出并使樹脂填滿纖維空隙，故產(chǎn)品氣密性好；將氣泡擠出并使樹脂填滿纖維空隙，故產(chǎn)品氣密性好；纖維平行排列度好；可減少纖維磨損；生產(chǎn)率高（達(dá)纖維平行排列度好；可減少纖維磨損；生產(chǎn)率高（達(dá)200m/min）。）。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：樹脂浪費(fèi)大，操作環(huán)境差；含膠量

36、及成品質(zhì)量不：樹脂浪費(fèi)大，操作環(huán)境差；含膠量及成品質(zhì)量不易控制；可供濕法纏繞的樹脂品種少易控制；可供濕法纏繞的樹脂品種少38干法纏繞干法纏繞先將先將纖維浸膠纖維浸膠制成預(yù)浸紗或帶，使預(yù)浸紗中的制成預(yù)浸紗或帶，使預(yù)浸紗中的樹脂處于樹脂處于B階段階段，經(jīng)，經(jīng)加熱加熱軟化至黏流態(tài)后軟化至黏流態(tài)后纏繞到芯模上的工藝稱為纏繞到芯模上的工藝稱為干法纏繞。干法纏繞。干法纏繞的干法纏繞的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于預(yù)浸紗或帶由專業(yè)廠家或車間生：由于預(yù)浸紗或帶由專業(yè)廠家或車間生產(chǎn)，其含膠量和質(zhì)量能通過(guò)檢驗(yàn)嚴(yán)格控制，故干法纏繞產(chǎn)，其含膠量和質(zhì)量能通過(guò)檢驗(yàn)嚴(yán)格控制，故干法纏繞能準(zhǔn)確控制產(chǎn)品質(zhì)量；生產(chǎn)效率高；纏繞機(jī)清潔，纏繞能準(zhǔn)確

37、控制產(chǎn)品質(zhì)量；生產(chǎn)效率高；纏繞機(jī)清潔，纏繞車間的勞動(dòng)衛(wèi)生條件好。車間的勞動(dòng)衛(wèi)生條件好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：需增加預(yù)浸紗制造設(shè)備，成立生產(chǎn)預(yù)浸紗的工段、：需增加預(yù)浸紗制造設(shè)備，成立生產(chǎn)預(yù)浸紗的工段、車間，甚至工廠，故較濕法纏繞的投資大；其制品的層車間，甚至工廠，故較濕法纏繞的投資大；其制品的層間剪切強(qiáng)度比濕法纏繞的低。間剪切強(qiáng)度比濕法纏繞的低。39半干法纏繞半干法纏繞纖維經(jīng)纖維經(jīng)浸膠后浸膠后到纏繞到纏繞至芯模至芯模的途中，通過(guò)的途中，通過(guò)烘干設(shè)備烘干設(shè)備中將中將浸膠紗中的浸膠紗中的溶劑除去溶劑除去，再纏繞到芯模上的方法稱為半干，再纏繞到芯模上的方法稱為半干法纏繞。法纏繞。半干法纏繞的半干法纏繞的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

38、省去了預(yù)浸膠的工序和設(shè)備；制品：省去了預(yù)浸膠的工序和設(shè)備；制品中氣泡含量較低。中氣泡含量較低。但纏繞設(shè)備較濕法纏繞復(fù)雜。兼有濕法纏繞的含膠量不但纏繞設(shè)備較濕法纏繞復(fù)雜。兼有濕法纏繞的含膠量不易控制和干法纏繞制品層間剪切強(qiáng)度較低的易控制和干法纏繞制品層間剪切強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)缺點(diǎn)40纏繞成型的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)纏繞成型的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)纏繞成型的纏繞成型的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律與層次按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律與層次，能充分發(fā)揮纖，能充分發(fā)揮纖維的強(qiáng)度，甚至可以達(dá)到等強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求；維的強(qiáng)度，甚至可以達(dá)到等強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求；制品的制品的比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高。比同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器重量可。比

39、同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器重量可大幅度減輕大幅度減輕；勞動(dòng)強(qiáng)度低勞動(dòng)強(qiáng)度低。纖維纏繞制品能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，。纖維纏繞制品能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高。纏繞速度最高可達(dá)。纏繞速度最高可達(dá)240m/min；可合理配置纖維、樹脂和內(nèi)襯，達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效可合理配置纖維、樹脂和內(nèi)襯，達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。果。41纏繞成型的纏繞成型的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不能纏繞任意結(jié)構(gòu)形式的制品，特別是表面有凹部和不能纏繞任意結(jié)構(gòu)形式的制品，特別是表面有凹部和形狀不規(guī)則的制品；形狀不規(guī)則的制品；纏繞設(shè)備成本高，只有在大批量生產(chǎn)時(shí)，才能獲得較纏繞設(shè)備成本高，只有在大批量生產(chǎn)時(shí)，

40、才能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。高的經(jīng)濟(jì)效益。42習(xí)題如何選擇復(fù)合材料成型方法？試述手糊成型過(guò)程、特點(diǎn)、應(yīng)用？試述噴射成型過(guò)程、特點(diǎn)、應(yīng)用？基體在復(fù)合材料中的作用。43第三章第三章 復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面 3.1 概述概述3.2 高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理 3.2.1 界面的形成界面的形成 3.2.2 界面的作用機(jī)理界面的作用機(jī)理3.3 填充、增強(qiáng)材料的表面處理填充、增強(qiáng)材料的表面處理 3.3.1 粉狀填料的表面處理粉狀填料的表面處理 3.3.2 玻璃纖維的表面處理玻璃纖維的表面處理 3.3.3 碳纖維的表面處理碳纖維的表面處理 3.3.4 Kevlar

41、纖維的表面處理纖維的表面處理 3.3.5 超高分子量聚乙烯纖維的表面處理超高分子量聚乙烯纖維的表面處理3.4 復(fù)合材料界面分析技術(shù)復(fù)合材料界面分析技術(shù)44 眾所周知，影響復(fù)合材料性能的因素主要有以下幾方面：眾所周知，影響復(fù)合材料性能的因素主要有以下幾方面：增強(qiáng)材料的性能；增強(qiáng)材料的性能；基體的性能；基體的性能；復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及成型技術(shù)；復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及成型技術(shù)；復(fù)合材料中纖維和基體界面的結(jié)合狀態(tài)，即界面層的性能。復(fù)合材料中纖維和基體界面的結(jié)合狀態(tài)，即界面層的性能。因此界面規(guī)律的研究是復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論之因此界面規(guī)律的研究是復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論之。453.1 概述概述3.1.1 界面定義界面定義一

42、般情況下，復(fù)合材料的界面產(chǎn)生于復(fù)合材料的一般情況下，復(fù)合材料的界面產(chǎn)生于復(fù)合材料的制造過(guò)程制造過(guò)程。即由化學(xué)成分不同的增強(qiáng)體和基體制成復(fù)合材料時(shí)，這些即由化學(xué)成分不同的增強(qiáng)體和基體制成復(fù)合材料時(shí)，這些組元通過(guò)組元通過(guò)高溫接觸高溫接觸，導(dǎo)致化學(xué)成分中的某些元素相互，導(dǎo)致化學(xué)成分中的某些元素相互擴(kuò)散、擴(kuò)散、溶解溶解及致發(fā)生及致發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)而生成新相，稱為而生成新相，稱為。界面相也可以是界面相也可以是人為添加人為添加的，例如，為了增進(jìn)液態(tài)基體對(duì)的，例如，為了增進(jìn)液態(tài)基體對(duì)增強(qiáng)體的潤(rùn)濕，或者為了緩沖它們之間的殘余應(yīng)力，在增增強(qiáng)體的潤(rùn)濕，或者為了緩沖它們之間的殘余應(yīng)力，在增強(qiáng)體表面預(yù)先設(shè)置了強(qiáng)體

43、表面預(yù)先設(shè)置了涂層涂層，在制造后涂層被保留在復(fù)合材，在制造后涂層被保留在復(fù)合材料中，成為界面相。料中，成為界面相。46由于界面相的由于界面相的化學(xué)組成化學(xué)組成和和物理性能物理性能與增強(qiáng)體和基體均不相與增強(qiáng)體和基體均不相同；同；在復(fù)合材料承受載荷時(shí)，界面相所處的在復(fù)合材料承受載荷時(shí)，界面相所處的力學(xué)力學(xué)和和熱學(xué)環(huán)境熱學(xué)環(huán)境特特殊，因此，界面相對(duì)復(fù)合材料的整體性能具有重大影響。殊，因此，界面相對(duì)復(fù)合材料的整體性能具有重大影響。研究復(fù)合材料界面的組成、結(jié)構(gòu)、控制、性能和改進(jìn)界面研究復(fù)合材料界面的組成、結(jié)構(gòu)、控制、性能和改進(jìn)界面相的工作被稱為相的工作被稱為“界面工程界面工程”。47 界面的一般定義界面

44、的一般定義復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分有顯著變復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成化的、構(gòu)成彼此結(jié)合彼此結(jié)合的、能起的、能起載荷傳遞載荷傳遞作用的作用的微小區(qū)域微小區(qū)域。界面雖小，但有尺寸，約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米，是一個(gè)區(qū)界面雖小，但有尺寸，約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米，是一個(gè)區(qū)域或一個(gè)帶、或一層，厚度。域或一個(gè)帶、或一層，厚度。包含包含基體和增強(qiáng)物的部分原始接觸面基體和增強(qiáng)物的部分原始接觸面、基體與增強(qiáng)物相互基體與增強(qiáng)物相互作用生成的反應(yīng)物作用生成的反應(yīng)物、此產(chǎn)物與基體及增強(qiáng)物的接觸面此產(chǎn)物與基體及增強(qiáng)物的接觸面、基基體和增強(qiáng)物的互擴(kuò)散層體和增強(qiáng)物的互擴(kuò)散層、增強(qiáng)

45、物上的表面涂層增強(qiáng)物上的表面涂層、基體和增基體和增強(qiáng)物上的氧化物強(qiáng)物上的氧化物及及它們的反應(yīng)產(chǎn)物它們的反應(yīng)產(chǎn)物等。等。界面在本質(zhì)上是一個(gè)界面在本質(zhì)上是一個(gè)兩維區(qū)域兩維區(qū)域。48界面并非是一個(gè)沒(méi)有厚度的理想幾何界面并非是一個(gè)沒(méi)有厚度的理想幾何面。實(shí)驗(yàn)已證明，兩相交接的區(qū)域是面。實(shí)驗(yàn)已證明，兩相交接的區(qū)域是一個(gè)具有相當(dāng)厚度的界面層，即中間一個(gè)具有相當(dāng)厚度的界面層，即中間相，兩相的接觸會(huì)引起多種界面的效相，兩相的接觸會(huì)引起多種界面的效應(yīng)，使界面層結(jié)構(gòu)和性能不同于它兩應(yīng)，使界面層結(jié)構(gòu)和性能不同于它兩側(cè)相鄰的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。側(cè)相鄰的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。許多復(fù)合材料的纖維與基體的相容性許多復(fù)合材料的纖維與基體的相容性

46、差，為了改善兩者的相容性，在兩相差，為了改善兩者的相容性，在兩相的界面上加入一些改性劑，如偶聯(lián)劑的界面上加入一些改性劑，如偶聯(lián)劑等，這樣在纖維、基體之間的界面上，等，這樣在纖維、基體之間的界面上，形成一種新的界面，該界面層的結(jié)構(gòu)形成一種新的界面，該界面層的結(jié)構(gòu)與性能已不同于原來(lái)的兩相界面。與性能已不同于原來(lái)的兩相界面。49（1）傳遞效應(yīng)傳遞效應(yīng) 界面能夠傳遞力，即將外力傳遞給增強(qiáng)物，起到界面能夠傳遞力，即將外力傳遞給增強(qiáng)物，起到基體和增強(qiáng)物之間的橋梁作用?；w和增強(qiáng)物之間的橋梁作用。（2）阻斷效應(yīng)阻斷效應(yīng) 結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶钄嗔鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶钄嗔鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、

47、減緩應(yīng)力集中的作用。減緩應(yīng)力集中的作用。（3）不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng) 在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如抗電性、耐熱性等；出現(xiàn)的現(xiàn)象，如抗電性、耐熱性等；（4）散射和吸收效應(yīng)散射和吸收效應(yīng) 光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐機(jī)械沖擊性產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐機(jī)械沖擊性及耐熱沖擊性等。及耐熱沖擊性等。（5）誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng) 一種物質(zhì)（通常是增強(qiáng)物）的表面結(jié)構(gòu)使另一種一種物質(zhì)（通常是增強(qiáng)物）的表面結(jié)構(gòu)使另一種（通常是聚合物基體）與之接觸的物

48、質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而（通常是聚合物基體）與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強(qiáng)的彈性、低的膨脹性、耐發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強(qiáng)的彈性、低的膨脹性、耐沖擊性和耐熱性。沖擊性和耐熱性。 界面的機(jī)能界面的機(jī)能503.2 高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理理3.2.1 界面層的形成界面層的形成第一階段：第一階段：基體與增強(qiáng)纖維的接觸與浸潤(rùn)過(guò)程基體與增強(qiáng)纖維的接觸與浸潤(rùn)過(guò)程 纖維優(yōu)先吸附那些能夠較多降低其表面能的物質(zhì)纖維優(yōu)先吸附那些能夠較多降低其表面能的物質(zhì)第二階段：第二階段：聚合物的固化階段聚合物的固化階段 固化劑或官能團(tuán)為中心向四周

49、輻射擴(kuò)散，中心密度大，邊固化劑或官能團(tuán)為中心向四周輻射擴(kuò)散，中心密度大，邊緣密度小的非均勻固化結(jié)構(gòu)緣密度小的非均勻固化結(jié)構(gòu)51在復(fù)合材料的制備過(guò)程中，一般都有一個(gè)要求，即要在復(fù)合材料的制備過(guò)程中，一般都有一個(gè)要求，即要求組分間能牢固地結(jié)合，并且有足夠的強(qiáng)度。一般認(rèn)求組分間能牢固地結(jié)合，并且有足夠的強(qiáng)度。一般認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須要使材料在界面上形成能量為，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須要使材料在界面上形成能量的最低結(jié)合，通常都存在一個(gè)液體對(duì)固體的相互的最低結(jié)合，通常都存在一個(gè)液體對(duì)固體的相互浸潤(rùn)浸潤(rùn)。52所謂浸潤(rùn)，即是把不同的液滴放到不同的固體表面上，所謂浸潤(rùn)，即是把不同的液滴放到不同的固體表面上，有時(shí)

50、液滴會(huì)立即鋪展開來(lái)，遮蓋固體的表面，這一現(xiàn)有時(shí)液滴會(huì)立即鋪展開來(lái)，遮蓋固體的表面，這一現(xiàn)象稱為浸潤(rùn)，有時(shí)液滴仍團(tuán)聚成球狀，這一現(xiàn)象稱為象稱為浸潤(rùn)，有時(shí)液滴仍團(tuán)聚成球狀，這一現(xiàn)象稱為“不浸潤(rùn)不浸潤(rùn)”或或“浸潤(rùn)不好浸潤(rùn)不好”。53SL SA LA 液滴LASLSAcos SA固體表面張力；固體表面張力； LA液體表面張力；液體表面張力； SL固固-液界面張力液界面張力液（L）-固（S）浸潤(rùn)復(fù)合材料界面復(fù)合材料性能液-固浸潤(rùn)狀況良好，則090改變改變 SA、 LA或或 SL可改善界面浸潤(rùn)可改善界面浸潤(rùn)狀況；狀況；通常情況下，提高通常情況下，提高 SA即對(duì)纖維表即對(duì)纖維表面進(jìn)行處理面進(jìn)行處理54影響潤(rùn)

51、濕角大小的因素影響潤(rùn)濕角大小的因素固體表面的固體表面的原始狀態(tài)原始狀態(tài)。如吸附氣體、氧化膜等均使?jié)櫋Ｈ缥綒怏w、氧化膜等均使?jié)櫇窠窃龃螅粷窠窃龃?；固體表面固體表面粗糙度粗糙度將使?jié)櫇窠菧p小；將使?jié)櫇窠菧p??；固相或液相的固相或液相的夾雜夾雜或相與相之間的或相與相之間的化學(xué)反應(yīng)所造成的化學(xué)反應(yīng)所造成的產(chǎn)物產(chǎn)物都將影響潤(rùn)濕性。因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)物改變了固相的性都將影響潤(rùn)濕性。因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)物改變了固相的性質(zhì)、夾雜和反應(yīng)產(chǎn)物改變了固相的表面粗糙度。質(zhì)、夾雜和反應(yīng)產(chǎn)物改變了固相的表面粗糙度。決定潤(rùn)濕性的最本質(zhì)的原因還是體系中決定潤(rùn)濕性的最本質(zhì)的原因還是體系中各相的屬性各相的屬性。55復(fù)合材料中的界面形貌復(fù)合材料中的

52、界面形貌復(fù)合材料中纖維與基體之間的界面是在制造過(guò)程中產(chǎn)生的；纖維與基體之間的界面是A粗糙界面（rough interface) ，而不是B理想的平面界面。 纖維 纖維 A界面界面 B界面界面 基體 基體復(fù)合材料中的界面 A粗糙界面；B理想平面界面56 在在粗糙界面粗糙界面的情況下，通常是根據(jù)潤(rùn)濕（的情況下，通常是根據(jù)潤(rùn)濕（wettability) )條件來(lái)研條件來(lái)研究纖維與基體之間的接觸狀況。即纖維究纖維與基體之間的接觸狀況。即纖維- -基體之間的接觸狀況取決于基體之間的接觸狀況取決于在復(fù)合材料制造過(guò)程中液態(tài)基體是否潤(rùn)濕纖維。在復(fù)合材料制造過(guò)程中液態(tài)基體是否潤(rùn)濕纖維。液體（基體）m固體（纖維）

53、f粗糙界面時(shí)纖維與液態(tài)基體的接觸57潤(rùn)濕性的改善途徑潤(rùn)濕性的改善途徑改善基體與纖維潤(rùn)濕性的方法：改善基體與纖維潤(rùn)濕性的方法：1 1）對(duì)纖維進(jìn)行）對(duì)纖維進(jìn)行表面處理表面處理（包括清潔處理和表面涂層）；（包括清潔處理和表面涂層）；2 2）提高）提高加工溫度加工溫度；3 3）增加液態(tài)基體）增加液態(tài)基體壓力壓力；4 4）控制加工）控制加工氣氛氣氛。 58在制造復(fù)合材料之前，在制造復(fù)合材料之前，清除纖維表面清除纖維表面的雜質(zhì)、氣的雜質(zhì)、氣泡和用化學(xué)方法去除纖維表面的氧化膜，這些操泡和用化學(xué)方法去除纖維表面的氧化膜，這些操作均能增進(jìn)液態(tài)基體對(duì)纖維的潤(rùn)濕性。作均能增進(jìn)液態(tài)基體對(duì)纖維的潤(rùn)濕性。對(duì)纖維進(jìn)行表面涂

54、層的方法包括：對(duì)纖維進(jìn)行表面涂層的方法包括：電鍍電鍍、化學(xué)鍍化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積和和熱解熱解等。等。涂層目的是增大纖維的表面能涂層目的是增大纖維的表面能 sv sv 。（1 1）纖維表面處理）纖維表面處理59玻璃玻璃纖維表面的纖維表面的硅烷硅烷涂層；涂層；碳碳纖維表面的纖維表面的鈦鈦- -硼硼(Ti-B)涂層；涂層；硼硼纖維表面的纖維表面的SiC、B4C涂層涂層 碳化硅碳化硅纖維的纖維的熱解碳熱解碳涂層等。涂層等。涂層纖維用纖維表面涂層改善潤(rùn)濕性的實(shí)例60一般，提高制造溫度可以增進(jìn)潤(rùn)濕性，但這種增進(jìn)受一般，提高制造溫度可以增進(jìn)潤(rùn)濕性，但這種增進(jìn)受到基體材料性質(zhì)的限制。到基體材料性質(zhì)

55、的限制。如碳纖維增強(qiáng)鋁（如碳纖維增強(qiáng)鋁（Cf /Al）復(fù)合材料）復(fù)合材料系，在系，在1050時(shí)時(shí)， 才小于才小于90。但是，在此高溫下，會(huì)產(chǎn)生一些不利影但是，在此高溫下，會(huì)產(chǎn)生一些不利影響，如響，如 基體嚴(yán)重過(guò)熱、基體嚴(yán)重過(guò)熱、 鋁氧化、鋁氧化、 碳碳與與鋁在高溫下鋁在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在生成發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在生成Al4C3, ,使界面使界面脆化。導(dǎo)致復(fù)合材料低應(yīng)力斷裂。脆化。導(dǎo)致復(fù)合材料低應(yīng)力斷裂。（2 2）提高加工溫度）提高加工溫度61再如鎢絲增強(qiáng)銅（再如鎢絲增強(qiáng)銅（Wf /Cu）復(fù)合材料）復(fù)合材料系，銅的熔點(diǎn)為系，銅的熔點(diǎn)為1083，直到，直到1400時(shí)銅的熔液才對(duì)鎢絲產(chǎn)生潤(rùn)濕。時(shí)銅的熔液才

56、對(duì)鎢絲產(chǎn)生潤(rùn)濕。再如鉭絲增強(qiáng)錫（再如鉭絲增強(qiáng)錫（Taf /Sn）復(fù)合材料系，錫的熔點(diǎn)僅）復(fù)合材料系，錫的熔點(diǎn)僅為為232，直到，直到1000錫熔液才對(duì)鉭絲產(chǎn)生潤(rùn)濕。錫熔液才對(duì)鉭絲產(chǎn)生潤(rùn)濕。過(guò)高的溫度還會(huì)對(duì)增強(qiáng)材料造成損傷，例如過(guò)高的溫度還會(huì)對(duì)增強(qiáng)材料造成損傷，例如發(fā)生氧化。發(fā)生氧化。因此采用提高溫度來(lái)改進(jìn)基體與增強(qiáng)體的潤(rùn)因此采用提高溫度來(lái)改進(jìn)基體與增強(qiáng)體的潤(rùn)濕時(shí)，必須綜合兼顧這些不利影響。濕時(shí)，必須綜合兼顧這些不利影響。62液體在外壓下浸潤(rùn)纖維的條件是：液體在外壓下浸潤(rùn)纖維的條件是： 所加外壓必須能夠克服纖維之間的毛細(xì)管壓所加外壓必須能夠克服纖維之間的毛細(xì)管壓力力Pc。毛細(xì)管壓力毛細(xì)管壓力由下

57、式?jīng)Q定由下式?jīng)Q定Pc=4 lv( f /df)cos 式中，式中， f 、df 分別為纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維直徑。分別為纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維直徑?？梢?，可見， f / df 越大、越大、 lv越大，則越大，則Pc的的絕對(duì)值越大絕對(duì)值越大。（3 3）增加液態(tài)基體壓力）增加液態(tài)基體壓力63 但是，但是， Pc值還要取決于值還要取決于coscos 的符號(hào)：的符號(hào)：當(dāng)當(dāng) 90時(shí)時(shí)，coscos 0，則則Pc為正值。是完全潤(rùn)濕為正值。是完全潤(rùn)濕的情況，液體基體可自動(dòng)浸滲纖維束；的情況，液體基體可自動(dòng)浸滲纖維束；當(dāng)當(dāng) 90時(shí)時(shí)，coscos 0, ,則則Pc為負(fù)值為負(fù)值，是不潤(rùn)濕的是不潤(rùn)濕的情況，此時(shí)必須施加大

58、于情況，此時(shí)必須施加大于Pc的外壓才能使液體滲的外壓才能使液體滲入纖維束。入纖維束。64通過(guò)改變制造過(guò)程中的環(huán)境氣氛，也可以控通過(guò)改變制造過(guò)程中的環(huán)境氣氛，也可以控制固體下液體之間的潤(rùn)濕狀況。制固體下液體之間的潤(rùn)濕狀況。例如，在氣氛中含例如，在氣氛中含10%的的O2時(shí)，可使時(shí)，可使銀銀的表的表面張力從面張力從1.2J/m2 降低至降低至0.4J/m2（降低至約（降低至約1/ 3），此時(shí)，銀很容易潤(rùn)濕用），此時(shí)，銀很容易潤(rùn)濕用鎳涂層鎳涂層的的Al2O3晶晶須。須。固體或液體表面吸附某種氣體后，可以改變固體或液體表面吸附某種氣體后，可以改變 sv sv 或或 lvlv（使表面張力降低）（使表面張力

59、降低）。 （4）控制加工氣氛65界面層作用機(jī)理是指界面層作用機(jī)理是指界面發(fā)揮作的微觀機(jī)理界面發(fā)揮作的微觀機(jī)理。一、物理（浸潤(rùn)）理論一、物理（浸潤(rùn)）理論 界面浸潤(rùn)理論于界面浸潤(rùn)理論于1963年由年由Zisman提出提出 主要論點(diǎn)主要論點(diǎn)：液體樹脂應(yīng)：液體樹脂應(yīng)完全潤(rùn)濕完全潤(rùn)濕增強(qiáng)材料，為此，在復(fù)合增強(qiáng)材料，為此，在復(fù)合過(guò)程中樹脂基體的表面張力必須過(guò)程中樹脂基體的表面張力必須小于小于增強(qiáng)體的臨界表面張?jiān)鰪?qiáng)體的臨界表面張力。力。 這個(gè)理論主要是考慮兩個(gè)理想清潔表面，靠物理作用來(lái)結(jié)這個(gè)理論主要是考慮兩個(gè)理想清潔表面，靠物理作用來(lái)結(jié)合，實(shí)際上就是以表面能為基礎(chǔ)的吸附理論。合，實(shí)際上就是以表面能為基礎(chǔ)的吸

60、附理論。 認(rèn)為：基體樹脂與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合主要取決于相互之認(rèn)為：基體樹脂與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合主要取決于相互之間的間的浸潤(rùn)性浸潤(rùn)性。3.2.2 界面層的作用機(jī)理界面層的作用機(jī)理66 浸潤(rùn)的好，則被粘體與黏合劑分子之間緊密接觸而發(fā)生吸浸潤(rùn)的好，則被粘體與黏合劑分子之間緊密接觸而發(fā)生吸附，則黏結(jié)界面形成很大的分子間作用力，同時(shí)排除了黏附，則黏結(jié)界面形成很大的分子間作用力，同時(shí)排除了黏結(jié)體表面吸附的氣體，減少了黏結(jié)界面的空隙率，提高了結(jié)體表面吸附的氣體，減少了黏結(jié)界面的空隙率，提高了黏結(jié)強(qiáng)度。黏結(jié)強(qiáng)度。 浸潤(rùn)理論可以解釋界面結(jié)合機(jī)制的兩種模式，即浸潤(rùn)理論可以解釋界面結(jié)合機(jī)制的兩種模式，即機(jī)械粘接機(jī)械