环氧树脂复合材料
日期: 2006-10-09
高性能复合材料在国外称为先进复合材料(Advanced Composites)，也称为现代复合材料。它是适应航空、航天、军工等高科技领域的需要而发展起来的一种高性能复合材料。用作受力结构件。它解决了单一材料无法解决的技术难关，已成为制造飞机、导弹、火箭、卫星及航天飞机的关键性材料。可以说，没有高性能复合材料就没有现代的高性能飞机、导弹、火箭、卫星和航天飞机。
一、高性能复合材料的特点
据中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍，主要有以下几个方面。
1、充分利用和发挥了复合材料各向异性的特点，实现了在更高层次上的材料可设计性。按受力状态铺层从而合理地、有效地使用了原材料的性能，减轻了制品的重量。得到非常高的比强度和比模量。见表9-2及图9-26。
2、通过精心设计和细心制作，高度实现了材料的复合效应，从而充分发挥了各组成材料的潜在能力，获得了原材料所没有的优异性能和新用途。例如耦合效应是复合材料的独特性能。合理地利用其可耦合的弯曲扭转变形，能克服飞机在高速度飞行时产生的气动弹性问题，从而使前掠翼布局得以实现。
3、耐疲劳性和减振性优异，即使在已有损伤的情况下，也很难观察到损伤在疲劳下的扩展。这是高性能复合材料在航空、航天领域广泛应用的又一重要原因。
4、材料设计和结构设计，材料成型和构件成型是同时一次完成的，不可分开的。制得的产品既是复合材料，也是复合材料结构件。
5、由于上述特点，所以高性能复合材料的设计和制造必须从结构设计、材料、工艺和模具等方面综合考虑，并由这几方面的技术人员协调配合才能完成。
6、为了获得高性能复合材料，不仅应对复合材料的力学性能进行宏观力学和宏观断裂力学的分析，而且还应进行细观力学和细观断裂力学的分析。宏观分析为结构设计提供了数据和依据，但是它不能从理论上说明材料具有这些力学性能的原因，不能确切地判断在材料设计和制备时影响材料性能的因素，不能了解复合材料断裂过程中各组分材料的性能对裂纹的引发、扩展和失稳扩展的影响和抑制作用，不能提供设计材料和开发新材料的理论基础，不能实现设计材料的目的。
为了通过材料设计使之达到预定的宏观性能，必须从细观上了解各组分材料的结构和性能在复合材料的平均力学性能中起什么作用。中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家表示，要掌握组分材料的形态、性能、含量、配置等对复合材料中裂纹的引发、扩展及失稳扩展的影响及规律，为结构设计和破损安
全特性提供可靠的判据，也为材料的设计、制造、加工及新材料的研制提供理论依据。也就是要进行细观力学和细观断裂力学分析。
7、为了确保高性能复合材料的质量，在每道工序和环节中都有严格的质量监控和保障措施。高性能环氧复合材料采用的增强材料主要是碳纤维(CF)以及CF 和芳纶纤维(K-49)或高强玻璃纤维(S-GF)的混杂纤维，所用基体材料环氧树脂约占高性能复合材料树脂用量的90%左右。高性能复合材料成型工艺多采用单向预浸料干法铺层，热压罐固化成型。高性能环氧复合材料已广泛应用在各种飞机上。以美国为例，20世纪60年代就开始应用硼/环氧复合材料作飞机蒙皮、操作面等。由于硼纤维造价太贵，70年代转向碳/环氧复合材料，并得到快速发展。中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍说，大致可分为三个阶段。第一阶段应用于受力不大的构件，如各类操纵面、舵面、扰流片、副翼、口盖、阻力板、起落架舱门、发动机罩等次结构上。第二阶段应用于承力大的结构件上，如安定面、全动平尾和主受力结构机翼等。第三阶段应用于复杂受力结构，如机身、中央翼盒等。一般可减重20％～30％。目前军机上复合材料用量已达结构重量的25％左右，占到机体表面积的80％。我国于1978年首次将碳-玻/环氧复合材料用于强-5型飞机的进气道侧壁。20世纪80年代在多种军机上成功地将C/EP用作垂直安定面、舵面、全动平尾和机翼受力盒段壁板等主结构件。
宇航工业中除烧蚀复合材料外，高性能复合材料应用也很广泛。如三叉戟导弹仪器舱锥体采用C/EP后减重25%～30%，省工50%左右。还用作仪器支架及三叉戟导弹上的陀螺支架、弹射筒支承环，弹射滚柱支架、惯性装置内支架和电池支架等55个辅助结构件。由于减重，使射程增加342km。德尔塔火箭的保护罩和级间段亦由C/EP制造。美国卫星和飞行器上的天线、天线支架、太阳能电池框架和微波滤波器等均采用C/EP定型生产。国际通讯卫星V上采用C/EP 制作天线支撑结构和大型空间结构。宇航器“空中旅行者”的高增益天线次反射器和蜂窝夹层结构的内外蒙皮采用了K-49/EP。航天飞机用Nomex蜂窝C/EP 复合材料制成大舱门，C/EP尾舱结构壁板等。
近年来高性能环氧复合材料在高级体育用品中得到很快的发展。如用C/EP 或C-G/EP或C-K49/EP制造高尔夫球杆、羽毛球拍、网球拍、自行车架、滑雪杖、滑雪板、标枪、撑杆、弓箭、钓鱼杆、雪橇、冰球棍、赛车、滑翔机、赛艇、冲浪板、跳水板等。
二、组成材料及其功能
前曾概括地介绍了环氧复合材料的组成材料及其功能等内容。据中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家将从力学复合效应的角度作进一步地分析，并提出对高性能环氧复合材料组成材料性能的要求。现以单向纤维复合材料为例用细观力学和细观断裂力学的方法定性地分析各种受力情况下各组成材料在
复合材料中所起的作用和机理。
1、纵向拉伸
环氧树脂浇注体及纤维的力学性能。单向复合材料纵向受力示意图可知，纵向拉伸载荷PcL由纤维和基体共同承担。
2、横向拉伸
横向拉伸的情况比较复杂。虽然已提出十几种理论和公式，但终因力学模型与实际情况不完全符合而使理论值与实测值有差距。我们只从定性的方面结合实际情况作一些分析。复合材料的横向拉伸不仅与基体、界面及纤维的性能有关，而且受纤维排列的平直及规整程度、界面粘结强度，孔隙率等工艺因素的影响很大。概括地讲，高模量的纤维起着限制基体变形的作用。这导致复合材料横向拉伸模量高于基体的模量，提高的幅度与纤维体积含量Vf及纤维模量Ef有关。复合材料的横向拉伸强度则与其破坏模式有密切关系。破坏模式可能是：基体拉伸破坏、界面脱粘及纤维撕裂。实际上纤维被撕裂的情形很少有，大多为基体和界面混合破坏。从玻纤/EP复合材料实测值可以看到，复合材料的横向拉伸强度之比可高达2.3。实线是横向拉伸强度等于30MPa的复合材料的理论曲线，二者是相当吻合的。大的基体往往是脆性基体，应力集中增大，结果使低于基体强度。
而延性大的基体虽然应力集中小，可是其本身强度较低，虽然使复合材料的横向拉伸强度高，但实际值并不高。试验研究表明采用基体增韧的方法，即在基体的强度和模量基本不降低或降低不大的前提下，提高基体的断裂延伸率，可以显著地提高复合材料的横向拉伸强度。基体韧性的增加还提高了抵抗裂纹失稳扩展的能力，这对提高强度是有利的。中国环氧树脂行业协会
(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家表示，此外，选用横向模量小的纤维(如CF)能降低基体的应变增大因子，从而能提高复合材料的横向拉伸强度。
3、纵向压缩
基体的性能对复合材料的纵向压缩性能有较大的影响。复合材料纵向压缩破坏形式很多，如纤维失稳、基体屈服、界面脱粘、基体开裂、纤维压断、45°剪切破坏等现象，并能互相引发、扩展，最后导致破坏。不少学者依据这些现象提出了各自的纵向压缩破坏模式和理论公式。但理论值与实测值都有一定差距。纵向压缩破坏机理不很清楚。大体上讲实际的宏观破坏形式主要有3种，即复合材料形成弯折带而破坏、沿纵向劈裂(分层)破坏和与载荷成45°角方向剪切破坏。弯折带的形成是由于纤维受压失稳、基体受压失稳或屈服、或基体太软，模量太小，不能给纤维足够的支持所致。
分层破坏的原因主要是基体强度太低，界面粘结力小，孔隙率含量大，或在复合材料制备时就形成纤维弯曲(如纤维本身的弯曲和编织造成的弯曲，铺层时的偏差等)受纵向压缩时会在基体中产生横向拉应力，易造成基体沿纵向开裂及界面脱胶。45°剪切破坏是典型的脆性破坏模式，发生在基体、纤维及界面的强度都很大，而延伸率较小的情况下。中国环氧树脂行业协会
(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家强调，复合材料纵向压缩破坏的模式随组成材料的性
能、形态和相互组合的不同而异，没有统一的破坏模式。它们之间的定量关系还需深入研究。
4、横向压缩
横向受压时复合材料的破坏通常是由于基体的剪切破坏，同时可能伴随着界面脱粘和纤维破碎。破坏面与载荷方向成一夹角ф=30～40°。气泡、裂纹等缺陷对应力集中的敏感性要比受拉时小得多。中国环氧树脂行业协会
(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家表示，所以复合材料的横向压缩强度大于基体的压缩强度；但小于纵向压缩强度，这是因为主要是基体被剪坏和界面脱粘，而纤维被剪坏的比例很小。复合材料横向压缩强度随Vf的增加而增大。模量比EfT/Em 减小，则应力集中小，横向压缩强度大。
5、层间剪切
主要取决于基体和界面的性能。复合材料层间剪切破坏是由于基体剪切破坏和界面脱粘引起的。所以复合材料层间剪切强度不会超过基体的剪切强度，并随基体脆性和孔隙率的增加而降低。通过以上粗略的细观分析可以大致定性地了解各组成材料对复合材料力学性能的影响，即影响复合材料力学性能的材料因素。而其定量的关系还不很清楚，有待于深入研究。据中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍，复合材料对组成材料的性能要求归纳如下：(1)纵向拉伸性能
1)纤维的强度和模量要大(主要因素)。
2)基体的延伸率和韧性要大。
3)界面强度高，但不应过高。
4)纤维体积含量Vf高，但不应超过70%。
5)孔隙等缺陷少。
(2)横向拉伸性能
1)基体的强度、模量、延伸率及韧性高(主要因素)。
2)界面强度高。
3)纤维排列的平直度及规整程度好。
4)孔隙及缺陷少。
(3)纵向压缩性能
1)基体的强度和模量大(主要因素)。
2)界面强度高，但不应太高。
3)纤维弯曲少。
(4)横向压缩性能
1)基体强度、模量及断裂韧性大(主要因素)。
2)界面强度高。
(5)层剪性能
1)基体强度、模量、延伸率及韧性大，孔隙率小(主要因素)。
2)界面强度高。
三、原材料
根据组成材料在复合材料中的功能的细观分析，中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家表示，对高性能复合材料的原材料应提出以下要求。1、纤维的模量高，强度大，与树脂胶液的浸润性好，形成的界面强度高，表面应活化处理，采用增强型浸润剂，及偶联剂。
2、树脂体系要有较好的工艺性，能符合预浸料及成型工艺的要求。黏度小，使用期长，凝胶速度不宜太快，固化温度不要太高，固化压力不要太大。
3、树脂体系与纤维应有较好的润湿能力和粘结力，能形成高质量的界面，必要时可添加偶联剂。
4、树脂体系应有较高的内聚强度，具有高的强度、模量，延伸率(应大于纤维的延伸率)和韧性。具有所要求的耐热性和耐湿热性。
5、树脂体系的固化收缩率小，并满足其他使用性能的要求，如介电性、阻燃性等。
在选用原材料及材料设计时，也应考虑以上要求。中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家说，通常高性能环氧复合材料选用高强型碳纤维(如
T-300、AS等)以及芳纶纤维(如Kevlar 49等)和高强玻璃纤维(S玻纤)。环氧树脂可选用多官能团环氧树脂(如4，4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂，酚醛环氧树脂等)以及双酚A型环氧树脂，缩水甘油酯型及脂环族环氧树脂等。固化剂多采用芳香胺(如DDS)、酸酐(如六氢苯酐等)、BR·MEA等以及相应的促进剂。增韧剂多用羧基丁腈橡胶及热塑性耐热树脂(如PEK，PES等)。常用的树脂体系如：双酚A型EP/DDS/BF3·MEA；双酚A型EP/DDS；多官能EP/DDS/BF3·MEA；酚醛EP/ BF3·MEA等。
四、预浸料的制备
高性能环氧复合材料主要采用单向预浸料，即纤维主要是经向排列，纬向纤维只有0～10%，也可用织物预浸料。据中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍，预浸料在国外有商品供应，通常在-18℃下存放。
1、基本要求
预浸料的质量直接关系到复合材料构件的质量，因此对其质量有严格要求。(1)预浸料的性能必须符合成型工艺的要求，如预聚程度、凝胶时间、铺覆性、固化性能等。
(2)存放过程中树脂的流出量、黏性、可修复性等应满足工艺操作要求。
(3)树脂含量偏差为±2%，挥发物含量<2%。
2、制备方法
环氧单向预浸料的制备方法主要分为间歇法(辊筒缠绕排铺法)和连续法(阵列
式连续排铺法)两类。又可分为湿法(溶液浸渍法)和干法(胶膜法)两种。辊筒缠绕排铺法采用湿法工艺；阵列式连续排铺法逐渐由湿法向干法发展。
辊筒缠绕排铺法比较简单。纤维从纱团引出，通过胶槽浸胶，经过挤胶辊挤去多余胶液，在一定的张力下由送纱器把浸胶纤维依次整齐地排列在贴有隔离薄膜的辊筒上，最后沿辊筒母线切断展开，即成单向纤维预浸料。据中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍，此法设备较简单，操作方便，但预浸料长度有限制(为辊筒周长)，生产效率低，适用于小批量生产及试验室研制用。湿法阵列式连续排铺法的工艺流程有专门示意图。一定数量的纤维从纱架引出，经过整经平行整齐排铺后，同时连续进入胶槽浸胶，再经挤胶、烘干、垫铺隔离纸(或膜)和压实后，即可收卷。应严格控制环境温度、胶液粘度、辊间缝隙及纤维前进速度、烘干温度及时间，以保证预浸料的质量。一定数量的纤维从纱架引出，经整经平行整齐排铺后，夹于干胶膜之间，通过热辊挤压使纤维浸嵌于树脂膜中，加铺隔离纸(有时原胶膜附有隔离纸)压实，即可收卷。此法可生产含胶量低的预浸料。产品中树脂分布均匀，孔隙率低，制品质量好。含胶量与胶膜厚度、压辊间隙和温度有关。此法对树脂体系的工艺要求较高。应有优良的成膜性，胶膜应有适度的柔性和黏性、较长的储存寿命。
3、预浸料的质量指标
预浸料的质量指标有：外观、物理性能和成型工艺性能指标。
(1)外观纤维应相互平行，依次密排，不允许有明显的交叉和松散；树脂分布均匀并完全润湿纤维；没有外来杂物和已固化树脂颗粒及丝头、丝团等物。(2)物理性能主要是预浸料单位面积质量ρAP，纤维单位面积质量ρAf和含胶量R 三者之间有以下关系：
ρAP=ρAf/(1-R)
δP=(ρAf /ρf)+R/[(1-R)ρm]
式中ρf、ρm——分别为纤维和基体的密度(g/cm3)；
δP——预浸料的厚度(cm)。
由上可知，预浸料的单位面积质量和厚度可以通过选择和控制纤维单位面积质量ρAf和含胶量R来调节。如纤维均匀且制备预浸料的工艺过程稳定，控制严格，则纤维单位面积质量ρAf的偏差能控制在±3％，含胶量的偏差也可控制在±3％范围。
(3)成型工艺性
1)预浸料的黏度和铺覆性黏度直接影响后续的铺层操作。黏度太大则棍难铺层；太小，则层间不能自然粘贴，不能保证铺层的稳定性(可适当吹热风或红外灯烘烤以提高黏度，加以补救)。铺覆性与黏度密切相关，要求能铺制各种复杂形状且不损伤纤维。否则在制件弯曲部分纤维可能产生回跳现象，贴不实甚至将纤维折断。因此要求黏度合适，铺覆性好。黏度取决于胶液的特性、含胶量、贮存过程中固化度的增加及环境温度等因素。
2)预浸料的凝胶时间是确定固化加压时机的依据，对制品质量影响很大。测定方法是将预浸料夹在玻璃片之间。置于规定温度(通常是成型温度)的电热板上，用探针给玻璃片施加压力，胶液将从玻璃片间流出。中国环氧树脂行业协会
(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍说，开始计时用探针拨动胶液，直到胶液不能拉丝的时间即凝胶时间。它与温度及预浸料的存放期有关。
3)预浸料树脂的流出量在成型固化过程中有部分多余的树脂从复合材料中流出。它能带出层间的气泡，降低孔隙率。流出量的多少表征了成型时树脂的流动性。它与黏度有关。若流动陛太大，则易严重流胶，造成贫胶，纤维易被冲乱；流动性过小，会使树脂分布不均，层间结合薄弱，直接影响制品的含胶量和孔隙率。因此是确定工艺参数的依据之一。流出量的测定方法有两种，一种是将预浸料试样正交铺层，在规定的温度和压力下经一定时间后，以挤出树脂的质量百分比作为树脂的流出量指标；另一种是将预浸料试样按0°/90°正交铺层为1mm厚，放在规定的温度和压力下2min，以固化后试样对角线方向的长度增加量(mm)作为流出量的指标。流出量受温度、压力、热压时间、升温速度、预浸料的含胶量及层数等因素的影响。这些影响因素均应有具体规定。
4)预浸料的挥发分含量少量挥发分有助于成型时树脂的流动，但挥发分过多会增加制品中的孔隙率，中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家特别表示，还会降低制品性能，尤其是层间剪切性能。
五、高性能环氧复合材料的成型固化
1、预浸料的裁切和铺层
根据结构的铺层设计，用计算机将以单层厚度划分的每一层面展开成平面。以平面样板对预浸料按预定取向裁切，作为组成零件的基本单元。按设计顺序将这些单元铺叠成一个毛坯。每铺上一层预浸料后，撕去隔离膜。用刮板或压辊沿纤维方向依次赶走气泡。并与下层预浸料贴实。除去面上的丝头、丝团及树脂凝块，并对不平直及排列疏密不匀处的纤维进行修整。要特别注意铺层顺序和方向不可弄乱出错。预浸料的裁切方法及优缺点列于表9-17。
2、固化
高性能环氧复合材料采用热压罐固化。封装布置见图9-37。阶梯升温，抽真空及通压缩空气加压。主要工艺参数与一般复合材料相同，即固化温度(包括升降温速度、恒温温度及固化温度)、成型压力(包括加压时机、压力大小)及保温保压时间。据中国环氧树脂行业协会专家介绍，由于高性能环氧复合材料对质量要求高，因此对工艺过程的质量控制很严。多采用动态监控固化工艺法。
六、高性能环氧复合材料示例
碳纤维/环氧复合材料
1、原材料及胶液配方
碳纤维：T-300碳纤维胶液配方(质量份)：酚醛环氧树脂F-46 100
BF3?MEA 2
丙酮适量
胶液相对密度：0.90～0.93
2、单向预浸料(无纬布)性能
含胶量(%) 39±3
挥发份含量(%) <2
树脂流出量(%) 10～25
凝胶时间(150℃)/s 40～120
黏度(室温) 30min 通过
纤维单位面积质量(面密度)/g?cm-2 132±5
储存期(室温) 3个月
3、热压罐固化成型工艺参数
4、单向层板性能
C/EP 单向层板性能(Vf=60%～64%，孔隙率<2%)
七、飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料
1、T-300/4211体系
它是北京航空材料研究所和北京航空工艺研究所1984年研制成功的。4211环氧基体由648酚醛环氧树脂和BF3·MEA 组成。交联密度大，弹性模量较高，耐热性好。中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍说，其突出优点是有良好的工艺性，预浸料可在室温下存放。缺点是脆性大，对湿热敏感。
T-300/4211复合材料可在120℃以下使用。已用于几种型号飞机的垂直安定面，飞机进气道外侧壁板等。
2、T-300/5208体系
它是美国Narmco 公司1972年研制成功的。5208基体由4，4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺环氧树脂(TGDDM)和4，4’-二氨基二苯砜(DDS)组成。该体系的性能好，能在177(下使用，因而美国绝大多数飞机复合材料结构件都采用碳纤维和5208或5208同系树脂体系制成。5208被称为第一代树脂基体。类似的体系还有美国Fiberite 公司的934，美国Hercules 公司的3501，(此二体系中加有BF3·MEA)，我国北京航空材料研究所的5222，Hexcel 公司的F263，日本东丽公司的3601，三菱公司的A401，东邦公司的1101等。所用的TGDDM 树脂有：Ciba 公司的MY-720，Reichhold 公司的37-106，日本的Epiclon 430，Glyamine 120，YH-343，ELM-434及我国上海合成树脂研究所的AG-80等。这些牌号的TGDDM 树脂的平均相对分子质量和极性不完全相同，因此在性能上也有些差异。T300/5208复合材料耐热性及力学性能好，尤其是层剪性能优异。可在-55～177℃使用。预浸料的铺覆性好，使用期长。其缺点是吸水性大，在湿热条件下Tg 、模量及压缩强度下降严重；韧性差，复合材料90。方向的延伸率小，层间剥离强度低，耐冲击性能差，尤其是冲击后压缩强度CAI(Compression after 高基体材料的韧性从而达到主受力结构复合材料的要求，据中国环氧树impact)低，对缺口敏感性大，不能满足飞机主受力结构件的要求。T-300/934复合材料是波音公司广泛用于民机上的环氧结构复合材料。
为了提
引入脂
所和黑龙江石化所1989年研制成功的。LWR-1基体由车飞机和海豚直升机等广泛使用的高性能环氧复合材料。
脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)，主要从以下几方面进行改进。通过增加交联点间的距离来增加固化物的延伸性，开发出了一些新型高韧性环氧树脂和固化剂。但韧性的增加往往伴随着耐热性的降低。另一种方法是用橡胶增韧环氧树脂。能显著提高基体的韧性和CAI 。但其耐热性、耐湿热性往往会下降。第三种方法是用热塑性耐热树脂来增韧环氧树脂。不仅能提高基体的韧性、复合材料层间性能和CAI ，同时其耐热性不降低，甚至还有所增加。为了提高环氧树脂与热塑性树脂的界面性能，可选用末端为氨基的聚醚砜和聚醚酮以及末端为环氧基的聚醚砜等。被称为第二代树脂体系。如BASF/Narmco 公司的Rigidite X5255-3的CAI 高达345MPa ；Toray-Hexcel 公司的3900-2/T800H 的CAI 为
368MPa ；ICI-Fiberite 公司的977-1/IMT 的CAI 为348MPa ；我国北京航空材料研究院研制的热塑性树脂增韧环氧树脂复合材料T-300/5228和T800/5228的CAl 分别为190MPa 和250MPa ，在湿热条件下的使用温度为130℃。
改进基体耐湿热性的途径是尽量减少基体中的极性基团(如羟基等)以及环和杂环结构。
3、T-300/LWR-1体系它是北京航空工艺研究E-54，DDS 及促进剂组成。可中温(120～130℃)固化。具有良好的耐湿热性能。可在80C 以下使用。已用于前机身。
4、T-300/914C 体系
它是目前欧洲空中客914C 是一种改性环氧树脂。T-300/914C 预浸料由Ciba 公司生产。据中国环氧树脂行业协会(https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,)专家介绍，T-300/914C 复合材料的性能与T-300/5208复合材料相当，可在-50～180℃使用。
石墨片环氧树脂复合材料的力学性能和热性能 酸酐固化的双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）与2.5—5%重量的石墨微片增强已被制造出来。对这些复合材料的结构，力学性能，粘弹性进行了研究和比较，XRD研究表明，对复合材料的处理并没有改变原来的纯石墨d-间距。复合材料的拉伸性能测量表明弹性模量与拉伸强度随着石墨微片的浓度增加而增加，储能模量和玻璃化转变温度（Tg）也随着石墨微片浓度上升而上升，但是线性热膨胀系数却降低了。热稳定性通过热重分析测定。与纯环氧树脂相比，这种复合材料表现出较高的热稳定性和炭浓度。通过扫描电子显微镜对这些复合材料的损伤机理加固效果进行了研究。 关键词: 石墨微片环氧树脂复合材料 一．介绍 对更高性能的复合材料的需求不断在增加，以满足更高的要求或取代现有的材料，高性能的连续纤维（如碳纤维，玻璃纤维）增强聚合物基复合材料是众所周知的。然而,这些复合材料在基体性能方面具有一些不足之处，往往限制他们的广泛应用和创造发展的需要新型的复合材料。在塑胶行业,填料的加入对聚合物材料是一种常见的操作。这不仅提高刚度，韧性,硬度,热变形温度,以及模具收缩率,也显著降低了加工成本。事实上,超过50%的聚合物生产都用无机填料以某种填充方式达到所希望的性能。最常用的粒子有碳酸钙、粘土、云母、氢氧化铝、玻璃珠,和金属磷酸盐。填料的选择往往是基于最终产品所需要的性能。改善复合材料的机械和其他性能在很大程度上依赖于填料粒子的含量、颗粒形状和大小,表面特征和分散性。因此,对其增韧的这些复合材料的机理很多来自于如裂纹尖端应力场,应力表面的衔接,剥离∕微裂纹和裂纹偏转等。 据报道,微米级填料填充的复合材料的性能不如那些充满了纳米粒子级相同的填料。此外,改进后的物理性质，化学性质，如表面平整度和阻隔性能，使用传统微米大小的粒子均不能达到。因此，近年来纳米基础的复合材料已引起相当的重视。这些都是一些很有前景的聚合物/粘土纳米复合材料，聚合物/石墨纳米微片材料，聚合物/碳纳米管复合材料。这些纳米复合材料含有非常低量的填料（10％），相比之下，传统的颗粒复合材料常用的填料含量在40-60％的范围内。此外，这些纳米复合材料是准各向同性，由传统方式相比，可以处理连续纤维增强复合材料。 值得一提的是硅酸盐粘土（蒙脱石）和石墨颗粒显示分层的自然结构并具有很高的长宽比（＞1000）。一次插层或剥离的化学过程[7,21]。虽然粘土纳米复合材料显示出较高的强度，弹性模量，热变形温度和阻隔性能，但是石墨烯纳米复合材料显示出优良的导电性能和热导性。碳纳米管也显示出优异的机械性能(模量=1 TPa，强度=10倍的钢)、热、电性能。在此基础上考虑,可以发展这些纳米级粒子提供材料的可修整性。另据报道, 碳纳米管的价格是石墨烯500倍左右,可以用常规方法剥离和复合,而碳纳米管复合材料需要处理技术的发展对于分散，纳米管的波纹和排列。因此，考虑到成本和所需的属性，石墨微片是碳纳米管方面的一个潜在的替代品。然而，在纳米尺度的基本认识强化机制仍是重要和必要的。 众所周知石墨具有高强度和高导热性，它提供了决定真正的多功能复合材料的功能性，并具有成本效益的方式。这种颗粒增强聚合物有许多潜在的应用，例如：阴极射线管和燃料电池，百代唱片，屏蔽电子罩，雷达吸波涂料，热机械增强材料。我们现在的目标是研究制造以环氧树脂为基体，石墨烯微片增强的复合材料，并探讨其力学，热学和粘弹性能以及失效机制作为石墨烯浓度的功能。 2 实验 2.1 原材料 基体材料是三组分环氧系统是由双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）通过酸酐固化剂，甲基
纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺 一、前言 相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年全球复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的 产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称玻璃钢”）逾90 万吨，已居世界第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。 复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成： 增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP （碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。 基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP ）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。y 按基体材料不同，复合材料可分为三大类： 树脂复合材料 金属基复合材料 无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。 本文讨论环氧树脂基复合材料。 1、为什么采用环氧树脂做基体？ 固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8% ； 粘结力强； 有B阶段，有利于生产工艺； 可低压固化，挥发份甚低； 固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。 值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。 2、环氧玻璃钢性能（按ASTM） 以FW （纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。 表1 GF/EPR与钢的性能比较 玻璃含量GF/EPR （玻纤含量80wt%） AISI1008 冷轧钢 相对密度 2.08 7.86 V 拉伸强度551.6Mpa 331.0MPa 拉伸模量27.58GPa 206.7GPa 伸长率1.6% 37.0% 弯曲强度689.5MPa 弯曲模量34.48GPa 压缩强度310.3MPa 331.0MPa 悬臂冲击强度2385J/m 燃烧性（UL-94）V-O
环氧树脂复合材料 复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料。它充分发挥了各组分材料的特点和潜在能力，通过各组分的合理匹配和协同作用，呈现出原来单一材料(均质材料、单相材料)所不具有的优异的新性能，从而达到对材料某些性能的综合要求。复合材料的出现在材料发展史上具有划时代的意义。受到国内外的极大重视。其发展之迅猛在历史上是空前的。已在工业、农业、交通、军事、科学技术和人民生活等各个领域广为应用。尤其是在航空、航天等尖端技领域中已成为不可缺少的重要的结构材料。无怪乎有人认为21世纪将进入“复合材料时代”。 热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷
环氧树脂/粘土纳米复合材料的制备与表征 王立新张福强王新蹇锡高 摘要首先用已二胺对粘土(Na-基膨润土)通过离子交换反应进行改性，然后将改性后的粘土与双酚A 型环氧树脂在DMF中搅拌混合，脱除溶剂后热模浇铸，制备出环氧树脂/粘土纳米复合材料，利用元素分析、红外光谱、X光衍射、透射电镜等手段表征了材料的结构和性能. 关键词环氧树脂，粘土，离子交换，纳米复合材料 中图法分类号O633.13 O631 Preparation and Characterization of Epoxy/Clay Nanocomposite Wang Lixin Zhang Fuqiang Wang Xin Jian Xigao Abstract Na-montmorillonite was modified by ion-exchanged using hexamethylene-diamine,and the modified clay and epoxy was stirred in DMF,after the solvent was evaporated,the epoxy/clay nanocomposites were prepared by casting in heating.Also the strcture and properties of composites were characterized by elemental microanalysis,infrared spectro scopy,XRD,TEM and so on. Keywords Epoxy, Clay,Ion-exchanged,Nanocomposite 0 引言 粘土与有机化合物的反应早在30年代就有研究［1］，人们利用粘土的阳离子交换性质，使粘土与长链季铵盐发生反应，使亲水性的粘土转变为具有亲油性使之可以稳定的分散于油相中，因而可以作为油墨、油漆的流变剂.另外，在高分子领域，它还可以作为一种优良的改性剂，即进行了离子交换的粘土，改善了其与有机物的相容性又由于它的可分散性(即可达到纳米级的微粒)，使之能与高聚物复合较充分，从而提高高聚物的多种性能. 纳米材料概念确立于八十年代中期.其中研究较广的是纳米陶瓷材料和纳米金属材料，而对无机/有机体系纳米复合材料的研究较少，最典型的例子是尼龙6/粘土混合体系［2］.利用粘土增强环氧树脂性能的文章目前国内刊物上还未见报道.在国际上，也只有最近几年的一些文献上见到［3～4］.T.J.Pinnavaia等人从90年开始，已经做了卓有成效的工作［5～6］. 本文选用国产的E-51环氧树脂与河南产的膨润粘土进行复合，提高材料的耐热性和机械强度. 1 实验部分 1.1 主要原料 低分子量双酚A型环氧树脂(E-51)，岳阳化工厂产品；膨润粘土，河南信阳产品；已二胺，沈阳市试剂三厂产品；N，N-二甲基甲酰胺(DMF).天津市化学试剂研究所产品；低分子量聚酰胺树脂(203)，天津市中河化学有限公司产品. 1.2 主要设备
双酚 A 型环氧树脂的合成及复合材料制备 姓名:贾训祥 学号:0840605115 专业:高分子材料与工程一、实验目的: 1. 了解逐步聚合预聚体的合成方法和环氧树脂的实验室制法。 2. 了解环氧树脂复合材料的制备方法。 3. 掌握复合材料样条的制备与其力学性能的测试过程。 二、实验原理: 环氧树脂是指那些分子中至少含有两个反应性的环氧基团的树脂化合物。环氧树脂经固化后有许多突出的优异性能, 如对各种材料特别是对金属的粘着力很强, 有卓越的耐化学腐蚀性,力学强度很高,电绝缘性好,耐腐蚀,等等。此外,环氧树脂可以在相当宽的温度范围内固化, 而且固化时体积收缩很小。环氧树脂的上述优异特性使它有着许多非常重要的用途。广泛用于粘合剂(万能胶 ,涂料、复合材料等方面。 合成环氧树脂的方法大致可分两类。一类是用含有环氧基团的化合物(如环氧氯丙烷或经化学处理后能生成环氧基的化合物(如 1.3-二氯丙醇和二元以上的酚(醇聚合而得。另一类是使含有双键的聚合物(如聚丁二烯或小分子(如二环戊二烯环氧化而得。双酚 A 型环氧树脂是环氧树脂中产量最大,使用最广的一个品种,它是由双酚 A 和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的:
原料配比不同,反应条件不同(如反应介质,温度和加料顺序 ,可制得不同软化点, 不同分子量的环氧树脂。式中 n 一般在 0到 25之间。根据相对分子质量大小,环氧树脂可以分成各种型号。一般低相对分子质量环氧树脂的 n 平均值小于 2、软化点低于 50℃, 也称为软环氧树脂; 中等相对分子质量环氧树脂的 n 值在 2~5之间、软化点在 50℃~95℃之间; 而 n 大于 5的树脂(软化点在 100℃以上称为高分子量树脂。相对分子质量对软化点的影响见图 1。 图 1 在环氧树脂的结构中有羟基(>CH-OH 、醚基(-O -和极为活泼的环氧基存在。羟基、醚基有高度的极性, 使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力, 而环氧基团则与介质表面, 特别是金属表面上的游离键起反应, 形成化学键。因而, 环
环氧树脂的应用配方大全 一、粘合剂 配方一： 6101#环氧树脂100 691#甘油酯20-60铝粉15-20 160℃/2h＋180℃/4h τ＞36.6MPa 配方二：酚醛-环氧胶 酚醛树脂100 聚乙烯醇缩甲乙醛806101#环氧树脂302E4MZ 5 80℃/1h＋130℃/4h 压力0.05MPa τ=23.3-27.8MPa τ50℃=7.2-7.6MPa 配方三：H703胶 618# 100环氧化聚丁二烯树脂20650#聚酰胺20600#双缩水甘油脂10 咪唑（100目）8β-羟基乙二胺8 压力0.07MPa，60℃/4h τ=30MPa τ100℃=19MPa 二、浇铸 在电子电气中，街 髦值缙 考 ⒋笮途 瞪璞福 美疵芊狻⒎莱钡取Ｓ没费跏髦 街 保 胗猛涯＜粒 缂谆 柘鸾骸⒐栌秃蚉VC薄膜等，浇铸过程中要消除气泡，①加热驱赶气泡；②轻口倾注浇铸料；③最佳方法是浇铸好树脂后进行减压脱气泡。 配方一： 6101#环氧树脂100 聚壬二酸酐20纳迪克酸酐50 石英粉（＞270目）200苄基二甲胺0.25 100℃/1h＋120℃/1h ＋150℃/2h＋180℃/4h＋200℃/6h δ抗弯=113.8MPa，δ抗压=194MPa tgδ=8.5×10-3，ε=3.9Ω体积=9.4×1015Ω.cm 配方二： 634#环氧树脂100 铝粉（100-200目）170均苯四甲酸二酐21 顺丁烯二酸酐19 130℃/4h＋160℃/12h＋180℃/12h δ抗冲0.53MPa δ抗压=300MPa 三、玻璃钢 常用于环氧玻璃钢的环氧树脂，有普通双酚A型如681#、6101#、634#，酚醛型环氧树脂644#，脂环族环氧6207#和HY-201聚丁二烯环氧树脂。辅助材料中固化剂常用DTA、间苯二胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、内次甲基四氢邻苯二甲酸酐等，促进剂为三乙醇胺。 配方一： 6109#环氧树脂100苯乙烯5三乙醇胺6三乙烯四胺 4 室温10天，加上130℃6h τ=13MPa δ=298.5MPa δ抗压=300MPa 配方二： 644#酚醛环氧化100 NA酸酐68 二甲基苄胺1.8丙酮100 室温——120℃(40min)——200℃(40分) ——降温——卸模处理150℃/2h＋260℃/1天 配方三： 634#环氧树脂323193＃聚酯28邻苯二甲酸酐8BPO 2苯乙烯30 100。C/2h + 180。C/8h 弯曲强度和反弹能力佳。 四、涂料： 环氧涂料是环氧树脂应用最早的品种，其耐腐蚀性能超过醇酸树脂。目前，其最广泛应用的是环氧粉末涂料和水系涂料。 配方四：环氧呋喃防腐涂料 6101#环氧树脂100 呋喃树脂（2503#）15DBP 20 间苯二胺15 丙酮30-40 长石粉20
热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是，无论使用的是材料的哪一种功能性，都必须具有必要的力学性能，否则再好的功能材料也没有实用性。已有些功能材料同时还要有很高的强度，如高压绝缘子芯棒，要求绝缘性和强度都很高，是一种绝缘性结构复合材料。 (2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力5—30MPa)，如环氧工程塑料及环氧层压塑料；低压成型材料(成型压力＜2．5MPa)，如环氧玻璃钢和高性能环氧复合材料。玻璃钢和高性能复合材料由于制件尺寸较大(可达几个㎡)、型面通常不是平面，所以不宜用高压成型。否则模具造价太高，压机吨位太大，因而成本太贵。 (3)按环氧复合材料阶性能、成型方法、产品及应用领域的特点，并照顾到习惯上的名称综合考虑可分为：环氧树脂工程塑料、环氧树脂层压塑料、环氧树脂玻璃钢(通用型环氧树脂复合材料)及环氧树脂结构复合材料。 3、环氧树脂复合材料的特性 (1)密度小，比强度和比模量高。高模量碳纤维环氧复合材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍，钻合金的3．2倍。其比模量是钢、铝合金、钦合金的5．5—6倍。因此，在强度和刚度相同的情况下碳纤维环氧复合材料构件的重量可以大大减轻。这在节省能源、提高构件的使用性能方面，是现有任何金属材料所不能相比的。 (2)疲劳强度高，破损安全特性好。环氧复合材料在静载荷或疲劳载荷作用下，首先在最薄弱处出现损伤，如横向裂纹、界面脱胶、分层、纤维断裂等。然而众多的纤维和界面会阻
2018年8月电工技术学报Vol.33 No. 16 第33卷第16期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2018 DOI: 10.19595/https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,ki.1000-6753.tces.170992 环氧树脂纳米复合材料界面及其对 电性能影响分析 吴子剑1,2王晨2张明艳1,2裴鑫2姜鹏2 （1. 工程电介质及其应用教育部重点实验室（哈尔滨理工大学）哈尔滨 150040 2. 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院哈尔滨 150040） 摘要实验分别采用混酸、环氧大分子、硅烷偶联剂（KH560）对多壁碳纳米管（MWCNTs）表面进行改性制得酸化碳纳米管（C-MWCNTs）、环氧功能化碳纳米管（E-MWCNTs）、硅烷偶联 化碳纳米管（Si-MWCNTs），将改性后的MWCNTs和有机化蒙脱土（O-MMT）通过溶液共混的 方式与环氧树脂（EP）制备成环氧树脂纳米复合材料。通过分析试样的冲击实验数据、断面形貌 以及MWCNTs的红外光谱来确定不同功能化方式处理的MWCNTs对纳米复合材料中界面区域的 影响。借鉴界面势垒模型分析界面区域对纳米复合材料电性能的影响。分析结果表明， Si-MWCNTs、E-MWCNTs与环氧树脂的界面结合强度大于C-MWCNTs。当纳米掺杂组分质量分 数相同时，Si-MWCNTs/EP中界面区域大于E-MWCNTs/EP中界面区域。当Si-MWCNTs在基体 中分散均匀时，随Si-MWCNTs的质量分数的增加，Si-MWCNTs/EP中自由体积增加，键合区域 对偶极极化限制性增强，二者共同促进Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的介电常数和介质损耗的降 低，过渡区域陷阱密度增大，Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的击穿强度得到提高。O-MMT的加 入减弱了MWCNTs在基体中的团聚，使MWCNTs/O-MMT/EP的电导率降低。 关键词：环氧树脂碳纳米管蒙脱土界面区域电性能 中图分类号：TQ323.5 Interface of Epoxy Resin Composites, and Its Influence on Electrical Performance Wu Zijian1,2 Wang Chen2 Zhang Mingyan1,2 Pei Xin2 Jiang Peng2（1. Key Laboratory of Engineering Dielectric and Its Application Technology of Ministry of Education Harbin University of Science and Technology Harbin 150040 China 2. Department of Material Science and Technology Harbin University of Science and Technology Harbin 150040 China） Abstract Carbon nanotubes (MWCNTs) were individually treated with mixed acids, epoxy macromolecules, and silane coupling agents, and the products were marked as C-MWCNTs, E-MWCNTs, Si-MWCNTs. The epoxy resin composites were made by blending MWCNTs, organic montmorillonite (O-MMT) and epoxy resin (EP). The influence of C-MWCNTs, E-MWCNTs, Si-MWCNTs on the interface of composites was investigated by analyzing the impact test data of 黑龙江省博士后面上项目一等资助（LBH-Z16089），中国博士后面上项目一等资助（2017M610212），工程电介质及其应用教育部重点实验室前沿项目预研基金（2018EDAQY05），哈尔滨市科技创新人才项目（2017RAQXJ105）和黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才培养计划资助。 收稿日期 2017-07-10 改稿日期 2017-12-29 万方数据
石墨片环氧树脂复合材料的力学性能和热性能
石墨片环氧树脂复合材料的力学性能和热性能 酸酐固化的双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）与2.5—5%重量的石墨微片增强已被制造出来。对这些复合材料的结构，力学性能，粘弹性进行了研究和比较，XRD研究表明，对复合材料的处理并没有改变原来的纯石墨d-间距。复合材料的拉伸性能测量表明弹性模量与拉伸强度随着石墨微片的浓度增加而增加，储能模量和玻璃化转变温度（Tg）也随着石墨微片浓度上升而上升，但是线性热膨胀系数却降低了。热稳定性通过热重分析测定。与纯环氧树脂相比，这种复合材料表现出较高的热稳定性和炭浓度。通过扫描电子显微镜对这些复合材料的损伤机理加固效果进行了研究。 关键词: 石墨微片环氧树脂复合材料一．介绍 对更高性能的复合材料的需求不断在增加， 以满足更高的要求或取代现有的材料，高 性 能的连续纤维（如碳纤维，玻璃纤维）增强聚合物基复合材料是众所周知的。然而,这些复合材料在基体性能方面具有一些不足之处，往往限制
他们的广泛应用和创造发展的需要新型的复合材料。在塑胶行业,填料的加入对聚合物材料是一种常见的操作。这不仅提高刚度，韧性,硬度,热变形温度,以及模具收缩率,也显著降低了加工成本。事实上,超过50%的聚合物生产都用无机填料以某种填充方式达到所希望的性能。最常用的粒子有碳酸钙、粘土、云母、氢氧化铝、玻璃珠,和金属磷酸盐。填料的选择往往是基于最终产品所需要的性能。改善复合材料的机械和其他性能在很大程度上依赖于填料粒子的含量、颗粒形状和大小,表面特征和分散性。因此,对其增韧的这些复合材料的机理很多来自于如裂纹尖端应力场,应力表面的衔接,剥离∕微裂纹和裂纹偏转等。 据报道,微米级填料填充的复合材料的性能不如那些充满了纳米粒子级相同的填料。此外,改进后的物理性质，化学性质，如表面平整度和阻隔性能，使用传统微米大小的粒子均不能达到。因此，近年来纳米基础的复合材料已引起相当的重视。这些都是一些很有前景的 聚合物/粘土纳米复合材料，聚合物/石墨纳米微片材料，聚合物/碳纳米管复合材料。这些
编辑本段类型 1、活性氢化物与环氧氯丙烷反应； 2、以过氧化氢或过酸（例如过醋酸）将双键进行液相氧化； 3、双键化合物的空气氧化； 4、由于它的性能并不是十分完美的，同时应用环氧树脂的对象也不是千 遍一律的，根据使用的对象不同，对环氧树脂的性能也有所要求，例如有的要求低温快干，有的要求绝缘性能优良。因而要有的放矢对环氧树脂加以改性。 编辑本段应用特性 1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对 形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～ 180℃温度范围内固化。 3、粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使 其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4、收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应 或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。 5、力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。 6、电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面 漏电、耐电弧的优良绝缘材料。 7、化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、 耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。 8、尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出 的尺寸稳定性和耐久性。 9、耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带 条件下使用。
环氧树脂的主要应用领域 环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料，在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。 ①涂料 环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例，它能制成各具特色、用途各异的品种。其共性： (1)耐化学品性优良，尤其是耐碱性。 (2)漆膜附着力强，特别是对金属。 (3)具有较好的耐热性和电绝缘性。 (4)漆膜保色性较好。 但是双酚A型环氧树脂涂料的耐候性差，漆膜在户外易粉化失光又欠丰满，不宜作户外用涂料及高装饰性涂料之用。因此环氧树脂涂料主要用作防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆，但杂环及脂环族环氧树脂制成的涂料可以用于户外。 ②胶粘剂 环氧树脂除了对聚烯烃等非极性塑料粘结性不好之外，对于各种金属材料如铝、钢、铁、铜；非金属材料如玻璃、木材、混凝土等；以及热固性塑料如酚醛、氨基、不饱和聚酯等都有优良的粘接性能，因此有万能胶之称。环氧胶粘剂是结构胶粘剂的重要品种。 环氧树脂胶粘剂的主要用途见表l-1、表l-2及表l-3。 表1-1环氧树脂胶粘剂的主要用途
陶瓷黄 ③电子电器材料 由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点，已在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用，发展很快。主要用于： (1)电器、电机绝缘封装件的浇注。如电磁铁、接触器线圈、互感器、干式变压器等高低压电器的整体全密封绝缘封装件的制造。在电器工业中得到了快速发展。从常压浇注、真空浇注已发展到自动压力凝胶成型。 表1-2环氧胶粘剂在土木建筑上的主要用途 表1-3环氧胶粘剂在汽车上的主要用途
https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/Journal of Reinforced Plastics and Composites https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/content/30/19/1621The online version of this article can be found at: DOI: 10.1177/0731684411426810 2011 30: 1621 originally published online 7 November 2011 Journal of Reinforced Plastics and Composites N. Venkateshwaran, A. ElayaPerumal and M. S. Jagatheeshwaran Effect of fiber length and fiber content on mechanical properties of banana fiber/epoxy composite Published by: https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html, can be found at: Journal of Reinforced Plastics and Composites Additional services and information for https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/cgi/alerts Email Alerts: https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/subscriptions Subscriptions: https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/journalsReprints.nav Reprints: https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/journalsPermissions.nav Permissions: https://www.doczj.com/doc/fb15516937.html,/content/30/19/1621.refs.html Citations: What is This? - Nov 7, 2011 OnlineFirst Version of Record - Dec 16, 2011 Version of Record >>
玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究 齐齐哈尔大学 摘要：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差，并不适于作为结构用材，但若抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，配合树脂赋予其形状以后可以成为优良之结构用材。本文将对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的的研究现状及研究方向进行分析，为新的研究方向探索道路。 关键词：玻璃纤维环氧树脂复合材料研究现状研究方向 1、前言 玻璃纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强，疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，在各个领域都有着广泛的应用，用玻璃纤维和环氧树脂可以制造层合制品，是一类性能优良的绝缘材料，广泛用于电力、电器、电子等领域，玻璃纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、比模量，而且耐疲劳、耐腐蚀。最早用于飞机、火箭等，近年来在民用方面发展也很迅猛，在舰船、建筑和体育器械等领域得到应用，并且用量不断增加。其中，环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系，它适用于多种成型工艺，可配制成不同配方，调节粘度范围大，以便适应不同的生产工艺。它的贮存寿命长，固化时不释放挥发物，同化收缩率低，固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性，因此，环氧树脂“统治”着高性能复合材料的市场 目前，复合材料输电杆塔已在欧美和日本得到应用，其中以美国的研究开发和应用最为成熟。我国在20世纪50年代对复合材料电杆进行过研究，鉴于当时材料性能和制造工艺的限制，复合材料电杆未能得到推广使用。近年来，随着复合材料技术的飞速发展和传统输电杆塔的缺陷逐步显露，电力行业开始重视复合材料杆塔的应用研究。 随着电网建设的快速发展，出现了全国联网、西电东送、南北互供的建设格局，输电线路工程口益增多，对钢材的需求越来越大，消耗了大量的矿产资源和能源，在一定程度上加剧了生态环境破坏。并且，线路杆塔采用全钢制结构，存在质量大、施工运输和运行维护困难等问题。因此，采用新型环保材料取代钢材建造输电杆塔得到了输电行业的关注。玻璃纤维增强树脂基复合材料，具有高强轻质、耐腐蚀、耐久性能和电绝缘性好、易维护、温度适应性强、性能可设计、环境友好等特点，成为输电杆塔结构理想的材料。日益受到围内外电力行业的关注。目前，纤维增强复合材料输电杆塔由于其优良的综合性能已在日本和欧美地区得到应用，其中美国的研究开发和应用较为成熟，已制定了相关的产业标准，美国土木工程师学会已制定了输电杆塔中FRP产品的应用标准。 在输电杆塔中推广应用复合材料不仅能减少对矿产资源的破坏、保护环境，而且易于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平；同时减小塔头尺寸，降低线路的维护成本。 2、低温性能研究 2、1单向复合材料板的制作 首先，取一定数量加热的环氧树脂，然后，加入增韧剂和稀释剂，在65℃
环氧树脂/二氧化钛纳米复合材料的制备及性能 作者：董元彩， 孟卫， 魏欣， 杨绪杰， 陆路德， 汪信 作者单位：南京理工大学材料化学教研室，210094 刊名： 塑料工业 英文刊名：CHINA PLASTICS INDUSTRY 年，卷(期)：1999,27(6) 被引用次数：74次 参考文献(11条) 1.Shang SW;WilliamsJ W查看详情[外文期刊] 1994(29) 2.ShangSW;WilliamsJW查看详情 1995(30) 3.黄锐;徐伟平查看详情 1997(03) 4.熊传溪;闻荻江;皮正杰查看详情 1994(04) 5.欧玉春;漆宗能查看详情 1997(02) 6.Henglein A查看详情 1989(89) 7.严东生查看详情 1995(01) 8.Rustum Roy查看详情 1987(18) 9.林鸿益查看详情 1994(06) 10.张宝龙;黄吉甫查看详情 1998(05) 11.邹盛欧查看详情 1996(09) 引证文献(74条) 1.吴宗汉.罗曼环氧树脂及涂料的增韧改性[期刊论文]-涂料工业 2009(12) 2.熊磊.王汝敏.梁红波.管静超支化聚合物接枝纳米TiO2/环氧树脂复合材料的制备与表征[期刊论文]-中国胶粘剂 2009(4) 3.齐鑫.邸明伟纳米技术在弹性体增韧环氧树脂中的应用[期刊论文]-粘接 2009(1) 4.颜正义.游长江.李瑶环氧树脂增韧改性的研究进展[期刊论文]-广州化学 2009(1) 5.吴捷.杨楠.吴大青聚合物基纳米复合材料的制备方法及其性能评述[期刊论文]-森林工程 2009(6) 6.欧宝立.李笃信表面修饰纳米SiO2增强增韧聚氯乙烯[期刊论文]-复合材料学报 2009(1) 7.江曙.廖立兵环氧树脂/金云母纳米复合材料的制备与表征[期刊论文]-矿物学报 2008(4) 8.狄宁宇.沈鉴烽.曹万荣.刘攀登.郑芳环氧灌封料中无机填料的研究[期刊论文]-绝缘材料 2008(5) 9.谢宇.曹黎华纳米粒子改性环氧树脂的研究进展[期刊论文]-应用化工 2008(3) 10.王合情.曹诺.肖卫东.胡高平纳米有机蒙脱土改性环氧树脂的研究[期刊论文]-现代塑料加工应用 2007(6) 11.王慧敏.柳婵.李清环氧丙烯酸酯/蒙脱土插层材料的研究[期刊论文]-烟台大学学报（自然科学与工程版）2007(3) 12.曹端庆.熊联明.覃毅.李璐.曾林辉.郭亮环氧树脂改性方法研究进展[期刊论文]-塑料科技 2007(11) 13.曹树祥.黎苇.余任亮纳米材料的特性及其在建筑涂料中的应用[期刊论文]-九江职业技术学院学报 2007(3) 14.陈士昆.吴杰颖.徐国财微米碳酸钙复合树脂制备及表征[期刊论文]-淮南师范学院学报 2007(3) 15.曹诺.肖圣洁.肖卫东三溴苯酚/环氧树脂活性阻燃体系的增韧研究[期刊论文]-塑料科技 2007(3) 16.魏建军.毕兴.姚建武纳米材料的特性及其在建筑涂料中的应用[期刊论文]-江西化工 2007(2)
环氧树脂添加剂 一、稀释剂 稀释剂主要作用是降低环氧树脂配方体系的粘度，改善工艺性能。但稀释剂的加入对环氧树脂固化物的HDT、机械性能等有很明显的影响。 1．非活性稀释剂 在此物理混入过程中，不能参与固化反应，仅起到稀释粘度作用，其用量约5—20%为宜。 非活性稀释剂大部分是高沸点溶剂如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等。其中邻苯二甲酸二丁酯作为良好的增韧剂和稀释剂使用，加17份二丁酯，双酚A，环氧树脂粘度从15.0降至4.0 Pa.s，二乙烯三胺固化后HDT下降20℃左右。 环氧树脂常用的溶剂和稀释剂如表 2．活性稀释剂 主要是含有环氧基团的低分子环氧化合物，能与环氧树脂固化反应。其加入对固化物性能影响不大，可分为单环氧基和双环氧基活性稀释剂。 2．1单环氧活性剂 A．苯基缩水甘油醚：690#，粘度为7厘泊，上海树脂厂生产 B．丙烯基缩水甘油醚：500#，粘度为2厘泊，上海树脂厂生产 C．丁基缩水甘油醚：501#（稀释剂），粘度为2厘泊，粘度低，毒性小，其用量为树脂量10—15%，上海树脂厂生产 D．对甲苯酚缩水甘油醚 E．乙烯基环己烯甘油醚 F．甲基丙烯酸缩水甘油酯 某些单环氧稀释剂如690#，500#和501#对胺类固化剂反应活性较大；而烯烃或脂环族单环氧稀释剂对酸酐固化剂反应活性较大。 2．2 双环氧稀释剂 A．双缩水甘油醚：600#，粘度为4—6厘泊，无锡树脂厂生产 B．乙二醇双缩水甘油醚：512#，粘度为100厘泊，上海树脂厂生产 C．甘油环氧：662#，粘度为300厘泊，上海树脂厂生产 D．间苯二酚双缩水甘油醚：680#，粘度为200—600厘泊，上海新华树脂厂生产E．丁二烯环氧 F．异氰酸三缩水甘油酯 二、增韧剂：
环氧树脂基本知识 增韧剂与稀释剂是什么？ 增韧剂 增韧剂是具有降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。可分为活性增韧剂与非活性增韧剂两类，活性增韧剂是指其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，它能形成网络结构，增加一部分柔性链，从而提高复合材料的抗冲击性能。非活性增韧剂则是一类与基体树脂很好相溶、但不参与化学反应的增韧剂。 增韧剂可分为橡胶类增韧剂和热塑性弹性体类增韧剂： （1）橡胶类增韧剂该类增韧剂的品种主要有液体聚硫橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶等。 （2）热塑性弹性体热塑性弹性体是一类在常温下显示橡胶弹性、在高温下又能塑化成型的合成材料。因此，这类聚合物兼有橡胶和热塑性塑料的特点，它既可以作为复合材料的增韧剂，又可以作为复合材料的基体材料。这类材料主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类、间规1，2-聚丁二烯类和聚酰胺类等产品，目前作为复合材料的增韧剂用得较多的是苯乙烯类和聚烯烃类。 （3）其它增韧剂适用于复合材料的其它增韧剂还有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韧剂，如苯二甲酸酯类。对于非活性的增韧剂也可称为增塑剂，它不参与树脂的固化反应。 稀释剂 稀释剂是一类使液体树脂粘度变稀薄时的液体物质。这不能溶解树脂，但能部分代替溶剂。稀释剂的作用是降低树脂粘度，使树脂具有流动性，改善树脂对增强材料、填料等的浸润性；控制固化时的反应热；延长树脂固化体系的适用期；填料用量增加，降低成本。按不同的树脂需要，所用的稀释剂也不同。 （1）不饱和聚酯树脂用的稀释剂主要是交联剂单体，并能使树脂粘度变稀薄。不饱和聚酯用的稀释剂主要是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸单体等。 （2）酚醛树脂用稀释剂主要是酒精、丙酮等溶剂。 （3）环氧树脂用稀释剂有活性稀释剂和非活性稀释剂：①非活性稀释剂这种稀释剂只共混于树脂中，不参与树脂的固化反应，仅仅是降低树脂粘度，如添加邻苯二甲酸二丁酯的双酚A环氧树脂。②活性稀释剂这类稀释剂主要指含有环氧基团的低分子化合物，能与固化剂反应，并参与环氧树脂的固化反应，成为交联树脂结构的一部分。活性稀释剂可分为单环氧基和双环氧基两类。还有不含环氧基的亚磷酸三苯酯、γ-内丁酯两种化合物。 稀释剂的总类 660A 丁基缩水甘油醚无色透明液体 2mPAS 0.65 0.01 0.005 145 10-15 660B 无色透明液体 5mPAS 0.6 0.01 0.005 120 10-15 660C 浅黄色透明液体 7mPAS 0.4 0.01 0.005 >190 10-15 690 苯缩水甘油醚浅黄色透明液体 7mPAS 0.6 0.01 0.005 >130 10-15 691 甲苯基缩水甘油醚浅黄色透明液体 6-7 mPAS 0.50-0.57 0.01 0.005 >130 20-25 692 苄基缩水甘油醚浅黄色透明液体 50s 0.4 0.01 0.005 >130 15-20 680 烯丙基缩水甘油醚浅黄色透明液体 1-2 mPAS 0.78 0.01 0.005 >130 10-15 669 乙二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 25s 0.65 0.01 0.005 >130 10-30 678 新戊二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 15s 0.64-0.7 0.01 0.005 >150 15-35 622 丁二醇二缩水甘油醚浅黄色透明液体 15-20mPAS 0.7 0.01 0.005 >150 15-35 662 丙三醇缩水甘油醚无色透明液体 100mPAS 0.55-0.7 0.01 0.005 >150 15-35
环氧树脂/碳纤维复合材料的成型工艺 环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来，随着人们对EP/CF复合材料认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升。20世纪70年代以前，EP/CF复合材料被视为昂贵的材料，价格约为玻璃纤维(GF)增强复合材料的10倍，只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以后，CF工业和EP工业迅速发展，EP/CF复合技术不断进步，加入到EP中的CF比例不断上升，目前CF的体积分数已可达60%以上，使EP/CF复合材料的质量提高而价格下降，拓宽了其应用领域，进一步促进了EP/CF复合材料的发展。 1 CF及其EP复合材料的基本特点 1.1 CF的特点和基本成分 CF主要是由碳元素组成，其含碳量一般在90%以上。CP具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，与一般碳素材料不同的是，其各向异性显著，柔软，可加工成各种织物，沿纤维轴向表现出很高的强度。制备CF的主要原材料有人造丝(粘胶纤维)、聚丙烯腈(PAN)纤维和沥青等。通常制备高强度、高模量CF多选用PAN为原料。制备CF需经过拉丝、牵伸、稳定、炭化、石墨化5个阶段。 1.2 EP基体的作用 EP具有优良的加工性能和力学性能，其固化收缩率低，粘结性能优异。复合材料中EP的主要作用是把CF粘在一起，分配CF间的载荷，保护CF不受环境影响。 1.3 EP/CF复合材料的特性 EP/CF复合材料的特性主要取决于CF、EP及EP与CF之间的粘结特性。EP/CF复合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8-7.2倍，比模量为钢的3.1-4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，工作温度达400℃时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。 2 EP/CF复合材料的成型工艺 2.1 手糊成型 手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP(胶衣凝胶后涂覆)和CF，手持辊子或刷子使EP浸渍CP，并驱除气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。该工艺的主要优点是可室温成型，设备投资少，模具折旧费低；可制造大型制品。主要缺点是属于劳动密集型生产，制品质量由工人技术熟练程度决定；手糊用树脂分子量低，通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。