【圖文】玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料(精)

1、關(guān)于玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的綜述概述及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)二、主要成型工藝三、力學(xué)性能應(yīng)用概述及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的水平已是衡量一個國家或地區(qū)科技、經(jīng)濟(jì)水平的標(biāo)志之一。美、日、西歐水平較高。北美、歐洲的產(chǎn)量分別占全球產(chǎn)量的33%與32%,以中國（含臺灣省）、日本為主的亞洲占30%。中國大陸2003年玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃纖維與樹脂復(fù)合的復(fù)合材料、俗稱“玻璃鋼”）逾90萬噸，已居世界第二位（美國2003年為169萬噸，日本不足70萬噸）。作為復(fù)合材料中的一枝的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂（GFEP）具有力學(xué)強(qiáng)度高、成形收縮小、尺寸穩(wěn)定性好和良好的耐化學(xué)腐蝕性能和電氣絕緣性能等特點(diǎn)，作為典型的纖維增強(qiáng)塑

2、料（FRP）廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)零部件和印刷電路板等產(chǎn)業(yè)。截止2010年1月底全國共有61家玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)（其中包括四川省江南玻璃鋼有限公司，重慶市君豪玻璃鋼有限責(zé)任公為什么采用環(huán)氧樹脂做基體?環(huán)氧樹脂固化收縮率代低，僅1%-3%,而不飽和聚酯樹脂卻高達(dá)7%8%；粘結(jié)力強(qiáng)；有B階段，有利于生產(chǎn)工藝；可低壓固化，揮發(fā)份甚低;固化后力學(xué)性能、耐化學(xué)性佳，電絕緣性能良好。以FW（纖維纏繞）法制造的玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的產(chǎn)品為例，將其與鋼比較。玻璃含量GF/EPR（玻纖含<80wt%）AISI1008冷軋鋼相對密度2.087.86拉伸強(qiáng)度551.6Mpa331.OMPa拉伸模量27.58GPa206.

3、7GPa伸長率1.6%37.0%彎曲強(qiáng)度689.5MPa彎曲模愷34.48GPa圧縮尿底310.3MPa331.OMPa纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料成型工藝簡介目前在生產(chǎn)上經(jīng)常采用的成型方法有16種:1、手糊成型濕法鋪層成型10、壓力袋成型2、夾層結(jié)構(gòu)成型（手糊法、機(jī)械法）們、樹脂注射和樹脂傳遞RTM模塑成3、模壓成型4、層壓成型5、纏繞成型6、拉擠成型7、注射成型8、噴射成型9、真空袋壓力成型型12、卷制成型13、真空輔助注射成型14、離心澆鑄成型15、片狀smc（團(tuán)狀bmc）模塑成型16、連續(xù)板材成型目前我國還是以手糊成型為主，在樹脂基復(fù)合材料中約占80%。表1不同成型方法的玻璃鋼（歐洲地區(qū)）

4、產(chǎn)量2009年（萬噸與2008年相比（%）SMC16-23.SBMC5.6-20.0手糊123-39.1噴射7.4-2S.2RTM9.4-11.3制板5.6-1S.S拉擠3.9-15.2纏繞6.9-12.7離心澆鑄5.5-11.3GNfTLFT7.5-21.1其它14-12.5合計(jì)S1.5-23.0（一）、手糊成型（handlayup）依次在模具表面上施加脫模劑、膠衣一層粘度為（k3-04PaS的中等活性液體彗性樹脂（須待膠衣凝捻粗紗布（方格布）等幾種。以手持輻子或刷子使樹脂浸漬纖維增強(qiáng)材料，并驅(qū)除氣泡，壓實(shí)基層。鋪層操作反復(fù)多次，直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。樹脂因聚合反應(yīng)，常溫固化?？杉訜峒铀俟?/p>

5、化。2、手糊成型工藝的優(yōu)點(diǎn)：不受尺寸、形狀的限制；設(shè)備簡單、投資少；1/7345工藝簡單；可在任意部位增補(bǔ)增強(qiáng)材料，易滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求;產(chǎn)品樹脂含量高，耐腐蝕性能好。3、手糊成型工藝的缺點(diǎn)1）、生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差;2）、產(chǎn)品性能穩(wěn)定性差；有些樹脂有害健康3）、產(chǎn)品力學(xué)性能轉(zhuǎn)低C4、手糊制品為什么要在表面覆蓋聚酯薄膜？自由基與苯乙烯的反應(yīng)速度比自由基與02的反應(yīng)速度慢104倍，一般聚酯樹脂制品固化時，表面應(yīng)覆蓋聚酯薄膜。若不用薄膜覆蓋,也應(yīng)使成型表面形成與空氣隔離的物質(zhì)如蠟類，否則自由基與周圍空氣中的02、H2O反應(yīng)，耗去大部分自由基，造成表面固化不完全而發(fā)粘5、手糊成型易發(fā)生的

6、缺陷及防止措施1）、制品表面發(fā)粘原因1：空氣濕度太大，水對樹脂起阻聚作用解決辦法：（1）在樹脂中加入0.02%左右的液體石蠟；（2）在樹脂中摻加5%的異睛酸酯；（3）制品表面覆蓋薄膜隔絕空氣；原因2：引發(fā)劑、促進(jìn)劑的比例弄錯或失效，更換引發(fā)劑、促進(jìn)劑。1、控制膠含量2、注意拌合方式2).制品內(nèi)氣泡太多廉因丄：樹脂用量過多解決辦法:廉因2：樹脂粘度過大解決辦法：1、適當(dāng)增加稀釋劑原因3：增強(qiáng)材料選擇不當(dāng)2、提高環(huán)境溫度選用浸透性好的無捻玻璃布3)流膠'樹脂粘度太小，可加入2-3%的活性氧化硅。配料不均勻，充分?jǐn)嚢?。固化劑用量不足，適當(dāng)調(diào)整固化劑用量。6、典型產(chǎn)品艦艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、游樂

7、設(shè)備、冷卻塔殼體、建筑模型。（二）、SMC成型片狀模塑料成型(SheetMoldingCompound)簡稱SMC在樹脂中加入引發(fā)劑、填料、顏料、內(nèi)脫模劑、低收縮添加劑、增稠劑等，經(jīng)攪勻成為樹脂糊。樹脂糊落到SMC機(jī)組的下薄膜上（常用聚乙烯薄膜或尼龍薄膜），與此同時在下薄膜上沉降短切成2555mm的玻璃纖維原絲，再往上面覆蓋一層薄膜，成為片狀夾心卷。將卷材存放數(shù)日使料稠化，以達(dá)到可模塑的黏度。SMC以捆卷狀態(tài)供應(yīng)備用。將卷材展開、剪裁、稱量,放人加熱的鋼模鉗，加壓使之固化成型、脫模,即為成品SMC成型與噴射成型、樹脂注射成型的優(yōu)缺點(diǎn)成型方法成型SMC噴射成型樹脂注射成型模具費(fèi)高便宜中中成型周期

8、/min1860min1Fl30-200成型溫度廠C100-16015-4020-60成型壓力/Mpa512常壓<2成型作業(yè)容易要熟練要熟練成型材料材料操作填料玻璃纖維/%SMC非黏著半固體高填充20-40樹脂、GF過氧化物、其他膠衣液態(tài)樹脂、玻璃纖維無25-35樹脂、GF過氧化物、其他膠衣液態(tài)樹脂、玻璃纖維低填充臭味弱強(qiáng)2530強(qiáng)制品大小/kg<50不限<50壁厚/mm1.2-201.5-1.0212壁厚控制容易困難容易尺寸精度高中中復(fù)朵形狀容易困難困難加熱尺寸變化無有有耐候性中aM（三）.樹脂傳遞成型RTMr壓力促使樹脂快速傳遞到模具內(nèi),浸漬纖維材料。含催化刑的樹月旨珂入

9、前的舒維RTM是一種閉模低壓成型的方法。將纖維增強(qiáng)材料置于上下模之間；合旨固化后打開模具，取下產(chǎn)品。樹圖4兩瞎傳謹(jǐn)戰(zhàn)型示倉禺之二RTM是一低壓系統(tǒng)，樹脂注射壓力范圍0.405Mpa。當(dāng)制造高纖維含量（體積比超過50%）的制品，如航空航天用零部件時，壓力甚至達(dá)0.7Mpa.纖維增強(qiáng)材料有時可預(yù)先在一個模具內(nèi)預(yù)成型大致形狀（帶粘結(jié)劑），再在第二個模具內(nèi)注射成型。為了提高樹脂浸透纖維的能力，可選擇真空輔助注射。注意樹脂一經(jīng)將纖維材料浸透，樹脂注口要封閉，以便樹脂固化。注射與固化可在室溫或加熱條件下講行°模具可以匍合材料與鋼林制作°若釆用加熱工蕪，宜用鋼模。優(yōu)點(diǎn)23456789制品

10、纖維含量可較高，未被樹脂浸的部分非常少；閉模成型，生產(chǎn)環(huán)境好；勞動強(qiáng)度較低，對工人技術(shù)熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低;制品兩面光，可作有表面膠衣的制品，精度也比較高；成型周期較短；產(chǎn)品可大型化；強(qiáng)度可按設(shè)計(jì)要求具有方向性；可與芯材、嵌件一體成型相對注射設(shè)備與模具成本較低。缺點(diǎn)1）未宜制作較小產(chǎn)品2）因要承壓，故模具較手糊與噴射工藝用的模具要重和復(fù)雜，價(jià)位也高一些典型產(chǎn)品小型飛機(jī)和汽車零部件、客車座椅、儀表殼（四）、預(yù)浸料（高壓釜）成型加傳'EM乘砍1雖第"岱；Z黍件=3HC仝舉2;*1眾EJ3R1韁Um3>6冼日丄工主'CD；埶匸LLStt?夕卜3耳亍

11、63;:151、概要,將織物和（或）纖維預(yù)先用預(yù)催化樹脂預(yù)浸漬。固化劑大多能在環(huán)境溫度下，讓預(yù)浸材料貯存幾周或幾個月，仍能保質(zhì)使用。當(dāng)要延長保持期，材料須在冷凍條件下貯存。樹脂通常在環(huán)境溫度下呈臨界固態(tài)。故觸摸預(yù)浸材料時有輕微的黏附感，象膠帶似的。制作單向預(yù)浸漬材料的纖維直接由紗架下來，與樹脂結(jié)合。預(yù)浸漬材料用手或機(jī)械鋪于模具表面，通過真空袋抽真空，并通常加熱到120-18CFC。使樹脂重新流動，并最終固化。盛開附加壓力通常藉助高壓釜（實(shí)際上是一座壓力加熱罐）提供，它能對鋪層施加達(dá)5個大氣壓的壓力。2、優(yōu)點(diǎn)1）預(yù)浸材料制造人員可精確地調(diào)整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖

12、維含量。2）材料于操作人員十分安全，無礙健康，操作清潔；3）單向帶纖維成本最低，因?yàn)槲沩殞⒗w維預(yù)先轉(zhuǎn)為織物的二次加工過程；4）由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂，樹脂化學(xué)性能力學(xué)和熱性能可以是最適宜的;5）材料有效時間長（室溫下可保質(zhì)數(shù)月），這意味著可優(yōu)化結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料易鋪層；6）可能實(shí)現(xiàn)自動化和節(jié)省勞動力。J.機(jī)頭翹賈-般是由豉璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼制成。澳大利亞空葷卩-iii的這起事故展示了這種材料的特性，I缺點(diǎn)1）對于預(yù)浸織物，材料成本高:2）通常要對高壓釜固化復(fù)合材料制品耗費(fèi)大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；3）模具需能承受作業(yè)溫度；4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。（5）典型產(chǎn)品飛機(jī)結(jié)構(gòu)

13、復(fù)合材料（如機(jī)翼和尾翼）、衛(wèi)星與運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)件（太陽能電池基板、夾層結(jié)構(gòu)板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車、運(yùn)動器材（如網(wǎng)球拍、滑雪板等）。三.力學(xué)性能分析（一）、復(fù)合材料的彈性模量分析以環(huán)氧樹脂澆注體為參照，當(dāng)基體中填加不同體積分?jǐn)?shù)的玻璃纖維后,所得復(fù)合材料試樣的彈性模量變化如圖1所示。圖1不同含量玻纖/環(huán)氧復(fù)合材料彈性模量變化曲線一（二）、復(fù)合材料的強(qiáng)度分析御揪含機(jī)関2不同含戟細(xì)環(huán)制戰(zhàn)伸厳變化血線罷不同縫玻纖/環(huán)刪向壓網(wǎng)鞭變化峨由于玻璃纖維是單向排列于樹脂基體中，所以當(dāng)纖維含量達(dá)到一定值后，當(dāng)外力由基體傳遞至纖維時，由于各向異性的影響，會使力的作用方向發(fā)生變化,即主要沿纖維取向方向進(jìn)行傳遞。在一定程度上使力的作用得到分散,對復(fù)合材料的破壞作用減緩，從而使材料的強(qiáng)度得到提高。但當(dāng)纖維含量過多時，部分纖維難以被樹脂充分浸潤，從而在材料中形成許多結(jié)合較弱的界面，當(dāng)材料受丿J時，這些界面容易脫附拔出,應(yīng)力傳遞失效，使材料的性能下降當(dāng)玻璃纖維體積含量為50%時,復(fù)合材料的性能較好表1玻纖/環(huán)氧復(fù)合材料其他相關(guān)力學(xué)性能橫向拉仲橫向壓縮面內(nèi)剪切層何剪切泊松比強(qiáng)度/MPa強(qiáng)度/MPa強(qiáng)度/