熱固性復(fù)合材料與熱塑性復(fù)合材料

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1熱固性樹脂基復(fù)合材料

熱固性樹脂基復(fù)合材料是應(yīng)用十分廣泛的復(fù)合型材料，這種材料是通過復(fù)合而成，在多高科技產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用與研究，例如在大型客運(yùn)機(jī)的應(yīng)用中，其別僅減輕了分量，同時(shí)還優(yōu)化了飛機(jī)的性能，減輕了飛機(jī)在飛翔過程中的阻礙，熱固性樹脂具有很優(yōu)異的開辟潛能，其應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)在其改性后得到更大的進(jìn)展。

典型的熱固性樹脂復(fù)合材料分為以下幾種：

（1）酚醛樹脂復(fù)合材料:隨著對阻燃材料的強(qiáng)烈需求，美國西化學(xué)公司，道化學(xué)公司等一系列大型化學(xué)公司都先后研制成功了新一代的酚醛樹脂復(fù)合材料。其具有優(yōu)異的阻燃、低發(fā)煙、低毒霧性能和更加優(yōu)異的熱機(jī)械物理性能。在制備這種具有阻燃效果的材料上，研究人員重新設(shè)計(jì)思路，在加入別飽和鍵等其他基團(tuán)條件下，提高了反應(yīng)速度，減少了揮發(fā)組分。使酚醛樹脂復(fù)合材料在其應(yīng)用領(lǐng)域得到大力進(jìn)展。

(2)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料:由于環(huán)氧樹脂本身的弱點(diǎn)，研究人員對其舉行了兩面的改性研究，一面是改善濕熱性能提高其使用溫度;另一面則是提高韌性，進(jìn)而提高復(fù)合材料的損傷容限。含有環(huán)氧樹脂所制備的復(fù)

合材料己經(jīng)大力應(yīng)用到機(jī)翼、機(jī)身等大型主承力構(gòu)件上。

(3)雙馬來酞亞胺樹脂復(fù)合材料:在雙馬來酞亞胺樹脂復(fù)合材料中，由于雙馬來酞亞胺樹脂具有流淌性和可模塑性，良好的耐高溫、耐輻射、耐濕熱、吸濕率低和熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能，因此這種樹脂則會(huì)廣泛運(yùn)用在絕緣材料、航空航天結(jié)構(gòu)材料、耐磨材料等各個(gè)領(lǐng)域中。(4)聚酰亞胺復(fù)合材料:聚酰亞胺復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度，比模量以及優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性。其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用，要緊可明顯減輕發(fā)動(dòng)機(jī)分量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比。因此在航天航空領(lǐng)域得到了大力的進(jìn)展和運(yùn)用。

2熱塑性樹脂基復(fù)合材料

熱塑性樹脂基復(fù)合材料:其自身中的基體是熱塑性樹脂，該類復(fù)合材料是由熱塑性樹脂基體、增強(qiáng)相以及一些助劑組成。在熱塑性復(fù)合材料中最典型和最常見的熱塑性樹脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯樹脂、聚碳酸樹脂、聚甲醛樹脂、聚醚酮類、熱塑性聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚颯等。

而熱塑性樹脂復(fù)合材料具有非常多的特點(diǎn)，以下概述了一些熱塑性樹脂復(fù)合材料的特點(diǎn)。

1)比強(qiáng)度高熱塑性聚合物基復(fù)合材料的密度為1.1-1.9g/cm3，僅為鋼材的1/7-1/4,鋁合金的2/5-2/3,欽合金的1/4-2/5左右。另外，熱塑性樹脂復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度普通低于以上的材料，然而由于其密度較低，因而熱塑性樹脂復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度，可以用較小的單位質(zhì)量承受更高的外加應(yīng)力。

2)性能可設(shè)計(jì)性自由度大熱塑性樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能都能夠經(jīng)過合理挑選原材料種類、配比以及適當(dāng)?shù)募庸しㄅe行設(shè)計(jì)。由于熱塑性樹脂復(fù)合材料的基體材料種類比熱固性復(fù)合材料多得多，所以其選材設(shè)計(jì)自由度也要大非常多。

3)熱學(xué)性能優(yōu)異由于引入了無機(jī)填料，熱塑性樹脂復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱學(xué)性能。普通熱塑性塑料的使用溫度在50-100℃，用玻璃纖維增強(qiáng)后，可提高到100℃以上。熱塑性聚合物復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)比未增強(qiáng)的塑料低1/4-1/2，從而可以落低制品成型過程中的收縮率，提高制品尺寸精度。

4)耐化學(xué)腐蝕性熱塑性樹脂基的種類非常多，普通都有耐化學(xué)腐蝕性的特點(diǎn)，熱塑性聚合物基復(fù)合材料和他們的基體普通都會(huì)具有化學(xué)腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。

5)電性能普通熱塑性聚合物復(fù)合材料都具有良好的介電性能，別反

射無線電電波，透過微波性能良好。

6)優(yōu)異的抗疲勞性能熱塑性聚合物基復(fù)合材料部存在大量的界面，使用過程中即使過載而造成少量纖維斷裂。一面，熱塑性樹脂基體普通具有一定的阻礙裂紋擴(kuò)展的能力，從而在短期不可能使整個(gè)構(gòu)件喪失承載能力，具有優(yōu)異的破損安全性。

7)廢料回收利用由于熱塑性塑料具有遇熱可熔融的特點(diǎn)，因此這種復(fù)合材料能夠重復(fù)加工成型，廢品、邊角料以及舊品都能夠回收利用，舉行再加工，如此關(guān)于環(huán)境起到了非常好的愛護(hù)作用。在以上優(yōu)異性能和特點(diǎn)上，科研人員看準(zhǔn)了熱塑性樹脂復(fù)合材料的性能能夠與熱固性樹脂復(fù)合材料相媲美。并且，熱塑性基體的良好韌性是它重要的技術(shù)優(yōu)勢，更吸引人的一面算是其具有落低制備成本的潛力。

3、熱固性樹脂基復(fù)合材料與熱塑性樹脂復(fù)合材料的比較

在加工過程中，熱固性樹脂材料是通過化學(xué)反應(yīng)和鄰近的支鏈經(jīng)過共價(jià)鍵結(jié)合在一起，因此在此受熱時(shí)是不可能熔融變軟的;而熱塑性樹脂材料則具有較高的分子質(zhì)量和較大的熔體茹滯度，因此在制備相應(yīng)的復(fù)合材料的時(shí)候，制備溫度非常大程度上要高于其自身的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在比較了熱固性樹脂與熱塑性樹脂的別同后，表1.2闡述了熱

固性樹脂復(fù)合材料與熱塑性復(fù)合材料的別同點(diǎn)。

4、熱固性樹脂預(yù)浸料的制備法

在制備熱固性樹脂預(yù)浸料的過程中，通常采納兩種工藝法，分不為溶液浸漬法和熱熔法。

（1）溶液浸漬法:溶液浸漬法則是要把樹脂基體中的各個(gè)組份按規(guī)定的比例溶解到較低沸點(diǎn)的溶劑中，從而使溶液達(dá)到一定的溶度，接下來將纖維束或織物按設(shè)定的浸漬速度經(jīng)過樹脂基體溶液，使碳纖維布上浸漬上一定量的樹脂基體。而溶液浸漬法又能夠分為滾筒纏繞法和多數(shù)纖維延續(xù)浸漬法。①滾筒纏繞法是要把纖維束經(jīng)過樹脂基體的溶液槽中，通過幾組導(dǎo)向輥以除去多余的樹脂，隨后平行纏繞在滾筒上，并沿著輥筒縱向切開，才能夠得到單向的預(yù)浸料。②多絲束延續(xù)浸漬法的工藝過程是要將紗架引出纖維束，用以調(diào)節(jié)絲束纖維力基本相等，通過整徑、分散、展平、進(jìn)入浸膠槽等工序，經(jīng)過擠膠除去多余的樹脂，最終再放進(jìn)烘干爐中，使溶劑充分揮發(fā)。溶液浸漬法的優(yōu)點(diǎn)則是能夠非常大程度上增強(qiáng)樹脂基體浸透到材料中，能夠制備薄型的預(yù)浸料，也能夠制備厚型的預(yù)浸料;在設(shè)備上其造價(jià)相對較低，能夠非常好的節(jié)約成本。

表2熱固性與熱塑性復(fù)合材料的比較

圖2延續(xù)浸漬法制備預(yù)浸料工藝

2)熱熔法:熱熔法能夠分為直截了當(dāng)熱熔法和膜膠壓延法。①直截了當(dāng)熱熔法是把樹脂基體放于膠槽中，在加熱到一定的溫度下從而使樹脂熔融，然后再將纖維束依次經(jīng)過展開機(jī)構(gòu)、膠槽、幾組擠膠輥、重排機(jī)構(gòu)上。這種制備工藝要求所用的樹脂基體具有良好的流淌性，在別高的溫度下就能夠呈現(xiàn)出非常好的流淌態(tài)有利于纖維束的浸漬。②膜膠壓延法包含有制膜和預(yù)浸兩個(gè)步驟。算是要把樹脂基體放在混合器中充分混合，等到加熱到最佳涂膜溫度后，用電機(jī)樞機(jī)的計(jì)量泵將樹脂基體輸送到

涂膠輥上，調(diào)節(jié)涂膠輥的間距同時(shí)使離型紙的運(yùn)動(dòng)呈線速度，制備得到別同膜厚的膜。再取出纖維，調(diào)節(jié)力后，經(jīng)過蓖子集束、展平到規(guī)定的寬度，從上、下膠膜輥引出預(yù)先制備出的膠模，并和纖維形成夾心結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過幾組熱壓輥，使樹脂基體達(dá)到熔融溫度，使樹脂基體充分浸漬到纖維中。這種熱熔法制備預(yù)浸料其具有線速度大、效率較高、樹脂的含量更容易操縱掌握;沒有溶劑，預(yù)浸料揮發(fā)含量則較低，工藝操作步驟也非常安全，關(guān)于環(huán)境的污染較小，是目前采納比較多的熱固性預(yù)浸料制備法。

圖3直截了當(dāng)熱熔法工藝示意圖

圖4膜膠壓延法預(yù)浸示意圖

5、熱塑性樹脂預(yù)浸料的制備法

經(jīng)過研究得知一系列的熱塑性樹脂都具有熔點(diǎn)較高，熔融粘度都較大普通大于100Pas，同時(shí)粘度都會(huì)隨溫度的變化非常小，這就給熱塑性樹脂基復(fù)合材料的制備產(chǎn)生了非常大的困難，因此熱塑性樹脂預(yù)浸料就成了制備熱塑性樹脂基復(fù)合材料很重要的研究向和研究目標(biāo)。

1)溶液浸漬法

這種法能夠運(yùn)用熱固性樹脂溶液法預(yù)浸料設(shè)備及其工藝，然而需要增加熔融爐，使樹脂熔融同時(shí)能夠粘附在增強(qiáng)材料上。

2)泥漿法

此種法是要把樹脂粉末懸浮在具有規(guī)定特性的液體介質(zhì)中，樹脂粉末應(yīng)盡可能的細(xì)，能夠非常好的分布均勻從而使纖維浸透。而工藝的制備過程和上述的溶液浸漬法相類似。這種法能夠充分使樹脂浸漬然而假如增稠劑處理添加別適當(dāng)，會(huì)妨礙所得到的復(fù)合材料的性質(zhì)。

3)熱壓工藝

熱壓工藝的設(shè)備則是熱壓機(jī)，是要將定量的樹脂粉末均勻涂覆在熱壓

板上，并用增強(qiáng)纖維織物蓋在樹脂上，接下來放上第二塊熱壓板，加熱到樹脂的加熱溫度，使其熔融，隨后緩慢施加壓力，使樹脂充分的浸漬到纖維布的織物中。此種法更多的應(yīng)用在纖維織物所制備的預(yù)浸料中。然而制備單向預(yù)浸料過程中，由于施加的壓力會(huì)使纖維在樹脂的帶動(dòng)下產(chǎn)生移位，非常難保證預(yù)浸料的質(zhì)量咨詢題。

圖5熱壓法制備預(yù)浸料示意圖

4)熱熔法

熱塑性樹脂的熱熔法與熱固性樹脂的熱熔法很相似，算是要把增強(qiáng)纖維經(jīng)過樹脂熔融浴中，再利用刮刀或計(jì)量輥筒操縱樹脂的含甲纖維混雜法纖維混雜法首先把熱塑性樹脂紡成纖維或膜帶，然后依照含膠量的多少中的具體事情再將增強(qiáng)纖維和樹脂纖維按規(guī)定的配比密切的合成混合紗。接下來把纖維制備成所需要的形狀，最終則是經(jīng)過高溫的事情下將樹脂熔融在纖維中。這種法是能夠非常好的掌握樹脂所需要

的含量同時(shí)能夠使樹脂充分均勻的浸漬在纖維束中。

5)粉末法

粉末法算是制備熱塑性預(yù)浸料比較常用的法。而粉末法依照設(shè)備和條件別同能夠分為多種法，其中包括粉末浸漬法、流態(tài)化床工藝、FIT，預(yù)浸法、靜電流化床預(yù)浸工藝。概括粉末法要緊是把帶有靜電的樹脂粉末沉積在被吹散的纖維上，然后經(jīng)過高溫的作用把樹脂熔融在纖維中。這種法最大的優(yōu)點(diǎn)則是別需要采納溶劑，材料形式簡單易得，制備工藝簡單，纖維不可能受損，成本較低。針對熱固性樹脂預(yù)浸料來講，在加工過程中，運(yùn)送過程中，儲(chǔ)存過程中都會(huì)使樹脂產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)變化，因此在這幾面對照熱固性樹脂預(yù)浸料的妨礙非常大。而熱塑性樹脂預(yù)浸料由于其自身是高聚合物因此別容易在上述事情下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和變化，然而熱塑性高聚合的分子質(zhì)量，分子質(zhì)量的分布，純度等等各種因素也會(huì)對制備成的熱塑性樹脂預(yù)浸料產(chǎn)生非常大的妨礙。經(jīng)過熱塑性樹脂和熱固性樹脂預(yù)浸料的制備中，都會(huì)有非常多因素關(guān)于制備過程和制備成型的預(yù)浸料產(chǎn)生妨礙，進(jìn)而對所要制備成型的復(fù)合材料舉行妨礙，所以，我們要對熱固性樹脂和熱塑性樹脂所制備的預(yù)浸料舉行格的把控，如此才干保證預(yù)浸料的質(zhì)量，制備成性能優(yōu)異的復(fù)合材料。

6延續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備工藝

近來復(fù)合材料的工業(yè)化得到了快速的進(jìn)展，然而在工業(yè)化過程中復(fù)合材料也存在多的咨詢題。在復(fù)合材料的制備成型上存在了非常多有待解決的咨詢題，這些咨詢題會(huì)直截了當(dāng)妨礙到復(fù)合材料制備成型后產(chǎn)品的質(zhì)量。而在挑選復(fù)合材料制備成型的工藝條件時(shí)應(yīng)該滿腳以下幾點(diǎn).①在技術(shù)層面上，我們要做到在符合市場要求的基礎(chǔ)上，提升產(chǎn)品本身的質(zhì)量;②在制備過程中，要做到操作簡單，成本要適當(dāng)落低，安全效率提高;③在生產(chǎn)過程中要盡可能減小對環(huán)境的污染。而要滿腳上述的復(fù)合材料要求，就要了解復(fù)合材料的制備工藝和進(jìn)展歷程。近年來復(fù)合材料的制備工藝