树脂基复合材料的发展史
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树脂基复合材料成型工艺的发展树脂基复合材料是一种由树脂基体和增强材料组成的高性能材料。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
而树脂基复合材料的成型工艺则是影响其性能和质量的关键因素之一。
随着科技的不断进步和工艺的不断创新,树脂基复合材料的成型工艺也在不断发展。
下面将从几个方面介绍树脂基复合材料成型工艺的发展。
一、手工层叠法手工层叠法是最早的树脂基复合材料成型工艺之一。
它的原理是将预先切好的增强材料层叠在一起,再用树脂浸润,最后压缩成型。
虽然这种工艺简单易行,但由于操作工艺的不稳定性,导致成品质量不稳定,且生产效率低下。
二、手工涂覆法手工涂覆法是将树脂涂覆在增强材料上,再将其压缩成型。
这种工艺虽然比手工层叠法效率高,但由于树脂涂布不均匀,导致成品质量不稳定。
三、自动化层叠法自动化层叠法是将预先切好的增强材料通过机器自动层叠,再用树脂浸润,最后压缩成型。
这种工艺具有生产效率高、成品质量稳定等优点,但由于机器设备的成本较高,导致生产成本较高。
四、自动化涂覆法自动化涂覆法是将树脂通过机器自动涂覆在增强材料上,再将其压缩成型。
这种工艺具有生产效率高、成品质量稳定等优点,但由于机器设备的成本较高,导致生产成本较高。
五、注塑成型法注塑成型法是将树脂和增强材料混合后,通过注塑机器将其注入模具中,最后压缩成型。
这种工艺具有生产效率高、成品质量稳定等优点,但由于模具成本较高,导致生产成本较高。
综上所述,树脂基复合材料成型工艺的发展经历了从手工到自动化的演变过程。
随着科技的不断进步和工艺的不断创新,树脂基复合材料的成型工艺将会更加智能化、高效化和环保化。
中国树脂基复合材料发展树脂基复合材料是由树脂或塑料基体和增强材料(如玻璃纤维、碳纤维等)组成的一种新型材料。
在过去的几十年里,中国的树脂基复合材料行业取得了显著的发展。
在本文中,我将探讨中国树脂基复合材料的发展情况,并对未来的发展趋势进行展望。
首先,中国的树脂基复合材料行业在过去的几十年里取得了巨大的进展。
从20世纪80年代开始,中国政府开始支持和促进树脂基复合材料行业的发展。
政府制定了一系列的政策和措施,鼓励企业加大研发投入,提高产品质量,并扩大市场规模。
这些政策和措施为中国树脂基复合材料行业的发展提供了强大的支持。
其次,中国的树脂基复合材料行业在技术方面取得了显著进展。
随着科研力量的不断增强,企业在树脂基复合材料的研发和生产方面取得了一系列的创新成果。
特别是在高性能树脂基复合材料领域,中国的企业已经取得了一些重要的突破。
例如,部分企业已经成功研发并应用了具有高温耐久性、耐腐蚀性和抗疲劳性能的树脂基复合材料,这些材料在航空航天、汽车和电子等领域具有广阔的应用前景。
此外,中国的树脂基复合材料行业在市场方面也取得了显著的进展。
随着中国经济的快速发展,对于高性能材料的需求不断增加。
树脂基复合材料作为高性能材料的一种,其市场需求也在不断扩大。
树脂基复合材料行业的市场规模在过去的几十年里得到了显著的扩大,为企业提供了更广阔的发展空间。
虽然中国的树脂基复合材料行业取得了很大的进展,但我们也需要看到一些问题和挑战。
首先,目前中国树脂基复合材料行业发展还不完善。
相较于一些发达国家,中国在高性能树脂基复合材料领域的技术和产业化水平还有一定的差距。
此外,树脂基复合材料行业面临着环保和可持续发展的压力。
树脂基复合材料的生产所需的化学品和原材料对环境造成一定的污染,这对企业提出了更高的要求。
展望未来,中国的树脂基复合材料行业有着广阔的发展前景。
首先,随着科技的不断进步,中国树脂基复合材料的研发和生产水平将得到显著的提高。
树脂的发展历史树脂是一种重要的化学物质,具有广泛的应用领域,如塑料、涂料、粘合剂等。
树脂的发展历史可以追溯到几千年前的古代文明时代,随着人类对材料的需求不断增长,树脂的应用也在不断演进和创新。
古代文明时代,人们已经开始使用树脂来制作胶合剂和涂料。
据考古学家的研究,早在公元前4000年左右,古埃及人就开始使用树脂来制作胶合剂,用于修复木材和建筑物。
同时,古希腊和古罗马人也使用树脂来制作涂料,使建筑物更加美观和耐久。
然而,直到19世纪才出现了现代树脂的雏形。
在这个时期,化学家开始从天然材料中提取树脂,并对其进行研究和改良。
其中,最重要的突破之一是法国化学家莫利塔尔于1839年发现了天然橡胶中的树脂成分,他将其命名为橡胶树脂,并成功地将其应用于胶黏剂和涂料领域。
20世纪初,随着化学工业的发展,人们开始大规模合成树脂。
最早被合成的树脂之一是酚醛树脂,它具有较高的强度和耐热性,被广泛用于电器和机械领域。
此后,聚合物科学的快速发展推动了树脂的进一步创新。
例如,合成树脂的热塑性和热固性特性得到了改善,使得树脂在塑料制品和复合材料行业得到广泛应用。
随着社会的进步和科技的不断发展,树脂的种类和应用领域也不断扩展。
例如,环氧树脂在建筑、航空航天和电子领域具有重要作用,聚氨酯树脂被广泛应用于涂料、胶粘剂和弹性体材料。
此外,随着环境保护意识的增强,生物可降解树脂也逐渐成为研究热点,用于替代传统的塑料材料。
近年来,随着新材料技术的不断发展,树脂的功能也得到了进一步拓展。
例如,功能性树脂可以通过添加特定的功能性基团,赋予材料特殊的性能,如导电性、阻燃性等。
此外,纳米树脂的研究也取得了重要进展,通过控制纳米颗粒的形状和分布,可以调控树脂的力学、光学和热学性能。
总的来说,树脂作为一种重要的化学物质,在人类文明的发展过程中起到了至关重要的作用。
从古代文明时代到现代科技时代,树脂的应用不断演变和创新,为人类提供了更多的材料选择。
随着科学技术的不断进步,相信树脂的发展前景将更加广阔,为人类创造更多的奇迹。
先进树脂基复合材料的发展和应用一、概述先进树脂基复合材料是近年来在材料科学领域取得重要突破的一种新型材料。
它以树脂为基体,并掺入一定量的增强材料,通过复合工艺制备而成。
先进树脂基复合材料具有轻质、高强度、高刚度、耐热、耐腐蚀等优良性能,在航空航天、汽车工业、建筑工程等领域得到了广泛的应用。
二、发展历程2.1 早期研究早在20世纪60年代,学者们开始研究树脂基复合材料的制备方法和性能优化。
最早的树脂基复合材料是通过手工层叠或浸渍法制备的,虽然具有一定的强度和刚度,但工艺复杂、生产效率低,限制了该材料的进一步应用。
2.2 工艺改进随着技术的不断进步,研究者们开发了更高效、更稳定的制备工艺,如压缩成型、注射成型和浸渍成型等。
这些新的制备方法大大提高了树脂基复合材料的生产效率和质量稳定性,为其广泛应用奠定了基础。
三、树脂基复合材料的优势3.1 轻质高强树脂基复合材料由轻质增强材料与高性能树脂基体组成,具有较低的密度和优异的机械性能。
相比传统金属材料,树脂基复合材料的比强度和比刚度更高,能够大幅减少结构的自重。
3.2 耐热耐腐蚀树脂基复合材料具有优异的耐高温性能,能够在高温环境下稳定工作。
同时,树脂基复合材料也具有良好的耐腐蚀性能,能够抵抗酸、碱等腐蚀物质的侵蚀,提高材料的使用寿命。
3.3 界面改性树脂基复合材料的界面结构经过改性处理后,能够提升材料的性能。
界面改性可以增加增强材料与基体之间的黏合力,减少界面的剥离和裂纹扩展,提高材料的整体性能。
3.4 结构多样性树脂基复合材料可以根据实际需求设计不同的结构形式,满足复杂工程结构的要求。
通过改变增强材料的形状、层数和取向等参数,可以实现对材料性能的精确调控。
四、应用领域4.1 航空航天由于树脂基复合材料具有轻质高强的特点,被广泛应用于航空航天领域。
在飞机制造中,树脂基复合材料可以减轻飞机自重,提高燃油经济性和运载能力。
同时,它还可以用于导弹、卫星等宇航器件的制造,提高整体性能。
先进树脂基复合材料技术发展及应用现状一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展,先进树脂基复合材料作为一种高性能、轻质、高强度的材料,已经在航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在对先进树脂基复合材料技术的发展历程进行深入剖析,并探讨其在各个领域的应用现状。
通过对国内外相关研究的综述,本文将总结先进树脂基复合材料技术的发展趋势,以及面临的挑战和机遇,以期为推动该领域的技术进步和产业发展提供参考。
在文章的结构上,本文首先将对先进树脂基复合材料的定义、分类及特点进行阐述,为后续的研究奠定理论基础。
接着,文章将回顾先进树脂基复合材料技术的发展历程,分析其在不同历史阶段的主要特点和成就。
在此基础上,文章将重点探讨先进树脂基复合材料在各个领域的应用现状,包括航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等。
文章还将关注先进树脂基复合材料技术在实际应用中面临的挑战,如成本、性能优化、环保等问题,并提出相应的解决方案。
文章将展望先进树脂基复合材料技术的发展前景,探讨其在未来可能的发展趋势和创新点。
通过对先进树脂基复合材料技术的深入研究和分析,本文旨在为相关领域的科研人员、工程师和管理者提供有益的参考和启示,推动先进树脂基复合材料技术的持续发展和创新。
二、先进树脂基复合材料技术的发展先进树脂基复合材料技术的发展经历了从简单的层压复合材料到高性能、多功能复合材料的演变。
近年来,随着科技的不断进步,该领域取得了显著的突破和进展。
树脂体系的创新:树脂作为复合材料的基体,其性能直接影响着复合材料的整体性能。
传统的树脂体系如环氧树脂、酚醛树脂等,虽然在很多领域有广泛应用,但随着性能要求的提升,新型树脂体系如聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等逐渐崭露头角。
这些新型树脂具有更高的热稳定性、更低的介电常数和介电损耗,以及更好的机械性能,为先进树脂基复合材料的发展提供了强大的支撑。
增强材料的多样化:增强材料是复合材料中的关键组成部分,其种类和性能直接影响着复合材料的力学性能和功能特性。
复合材料的发展和应用全球复合材料发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。
由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,在近几年更是得到了飞速发展。
随着科技的发展,树脂与玻璃纤维在技术上不断进步,生产厂家的制造能力普遍提高,使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受,但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。
因此,碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世,使高分子复合材料家族更加完备,已经成为众多产业的必备材料。
目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨,年产值达1300亿美元以上,若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入,其产值将更为惊人。
从全球范围看,世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。
近几年欧美复合材料产需均持续增长,而亚洲的日本则因经济不景气,发展较为缓慢,但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。
据世界主要复合材料生产商PPG公司统计,2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%,年产量约200万吨。
与此同时,美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍,达到4%~6%。
2000年,美国复合材料的年产量达170万吨左右。
特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。
亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关,各国的占有率变化很大。
总体而言,亚洲的复合材料仍将继续增长,2000年的总产量约为145万吨,预计2005年总产量将达180万吨。
从应用上看,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。
2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨,欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。
而在日本,复合材料主要用于住宅建设,如卫浴设备等,此类产品在2000年的用量达7.5万吨,汽车等领域的用量仅为2.4万吨。
189119091930202015 1933193619392020401019371939194319472050195519561959196019651955196519571965196420196319651960707080在19世纪末和20世纪初两个重大的发现揭开了环氧树脂发明的帷幕。
远在1891年年德国的Lindann就用对苯二酚和环氧氯丙烷反应生成了树脂状产物。
1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物。
这两种化学反应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。
1934年Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧基团的化合物聚合制得了高分子聚合物,并作为德国的专利发表。
1938年之后的几年间,瑞士的Pierre castan 及美国的S.O.Greenlee所发表的多项专利都揭示了双酚A和环氧氯丙烷经缩聚反应能制得环氧树脂;用有机多元胺类或邻苯二甲酸酐均可使树脂固化,并具有优良的粘接性。
这些研究成果促使了美国DeVe-Raynolds公司在1947年进行了第一次具有工业生产价值的环氧树脂的制造。
不久,瑞士的CIBA公司、及美国的Shell公司以及Dow Chemical公司都开始了环氧树脂的工业化生产及应用开发工作。
进入20世纪50年代,,在普通双酚A环氧树脂生产应用的同时,一些新型的环氧树脂相继问世。
如1956年美国联合碳化物公司开始出售脂环族环氧树脂,1959年Dow化学公司生产酚醛环氧树脂。
由于环氧树脂品种的增加和应用技术的开发,环氧树脂在电气绝缘、防腐涂料、金属结构的粘接等领域的应用有了突破,于是环氧树脂作为一个行业蓬勃地发展起来。
目前它的品种及应用开发仍很活跃,正可谓方兴未艾。
中国研制环氧树脂始于1956年,在沈阳、上海两地首先获得了成功。
1958年上海开始了工业化生产,60年代中期开始研究一些新型的环氧树脂和脂环族环氧树脂、酚醛环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂等。
碳纤维目前能够工业化生产的国家主要为日本和美国。
其中日本就有东丽,东邦2大公司,而美国主要是ZOLTEK公司,日本东丽主要是生产小丝束碳纤维,而东邦和ZOLTEK 公司主要生产大丝束碳纤维。
东丽公司目前是老大地位,其产品规格最齐全,适合不同的顾客需求。
并且他都可以生产到T1000这样高性能的纤维了,这对航空业刺激很大。
这么好的性能,美国波音公司不会看不见的,所以仅美国的航空大飞机制造业这个订单就使得东丽公司吃不消,不断扩能仍旧满足不了顾客的需求,最终导致碳纤维的国际市场价格居高不下。
中国目前只有台湾台塑公司比较上规模,而大陆这边可能更多地停留在小批量生产或实验室阶段。
碳纤维的工业化生产是一个较为技术高端的综合过程,其实它的复杂性并不在于工艺技术不成熟,而在于我们的设备(特别是高精尖设备)跟不上,这就使得我们工业化生产的碳纤维性能离散性较大,用作结构设计材料时导致强度不稳定。
碳纤维生产是一个高耗能产业,碳原子的结晶取向是最为关键的技术,这都必须要我们的设备来保证,而目前我国的工业炉是较为落后的。
还有PAN基碳纤维生产时涉及到精细化工产业,它需要化学试剂才能够使得碳最终转变成碳纤维并且保证碳纤维强度性能的稳定性。
因此,碳纤维的工业化是结合一个国家装备业,材料科学,化工为交叉学科的一个工业产物,毋容置疑它的附加值就很高了。
玻璃纤维的成型工艺和设备要求显得就比较简单些,从最早的坩埚工艺到现在的瓷窑拉丝工艺(都为漏板拉丝成型),根据玻璃非晶体特性进行拉丝成型收卷,我们的国家也是做得相当不错的,对于高强度高模量的特种玻璃纤维,我们国家做得并不比美国,俄罗斯和日本等国家差。
碳纤维复合材料用途之广是显而易见的。
碳纤维优越的热力学性能(如C-C复合材料)使得它广泛用于飞机,船舶,军工装备,特种高压设备,高级赛车及汽车零部件,体育用品等,它所刮起的“黑色旋风”(因碳纤维为黑色)上至隐形飞机,下至钓鱼竿,无处不在。
我之浅见是目前我们的碳纤维还是依赖于进口,这无形中把大部分的利润交给了原材料供应商,我们倒成了“孙子”。
树脂基复合材料的研究现状及发展趋势周洁; 秦琴; 王彩【期刊名称】《《黑龙江科技信息》》【年(卷),期】2017(000)013【总页数】2页(P50-51)【关键词】树脂基复合材料; 增强机理; 发展趋势; 面临挑战【作者】周洁; 秦琴; 王彩【作者单位】四川大学锦城学院机械工程学院四川成都611731【正文语种】中文树脂基复合材料优良的耐疲劳性、超高的比强度、超高的比模量、良好的抗腐蚀性能、良好的减震性能和过载安全性为它提供了很大的发展空间,并且具有多功能、成型简单、材料的结构和性能有可设计的特点。
树脂基复合材料良好的性能使得复合材料在航空航天、汽车行业、机械电子行业、建筑行业、生活中比如体育器材等领域有非常广泛的应用,在近几年更是得到了飞速发展。
本文主要介绍树脂基复合材料的中增强材料的增强机理、研究现状和它广泛的应用以及发展现状和面临的挑战。
玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维是树脂基复合材料采用的增强材料中最主要的增强材料。
下面就介绍一下增强纤维的增强机理和研究现状。
1.1 玻璃纤维的增强机理玻璃纤维是一种无机非金属材料,绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,主要由二氧化硅、氧化铝、氧化钙等构成。
玻璃纤维沿着机体内部生长,当受到的外力扩散到整个机体材料时,材料的抗拉强度、抗冲击强度及弯曲性能提高。
张磊[1]等采用E玻璃纤维和环氧树脂制成的树脂基复合材料,并进行加载实验。
实验得出,玻璃纤维做增强材料,树脂基复合材料有很好的抗拉性能,并且重量轻,有很好的绝缘性,也有效的降低了成本。
郭云竹[2]等通过实验分析用E玻璃纤维做增强材料的树脂基复合材料的热性能得出,玻璃纤维的强化作用会增加树脂基复合材料的储存模量和热稳定性。
尹志娟[3]等通过对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的低温性能研究得出,在低温的环境中,玻璃纤维的横向收缩比树脂基体小,因此树脂基复合材料的拉伸强度和压缩强度提高。
张硕[4]等通过对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的研究,得出玻璃纤维具有显著的各向异性,并且玻璃纤维可以改善复合材料力学性能。
复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
橡塑复合材料复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢),从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。
[编辑本段]分类复合材料是一种混合物。
复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。
按其结构特点又分为:①纤维复合材料。
将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。
如纤维增强塑料、纤维增强金属等。
②夹层复合材料。
由性质不同的表面材料和芯材组合而成。
通常面材强度高、薄;芯材质轻、强度低,但具有一定刚度和厚度。
分为实心夹层和蜂窝夹层两种。
③细粒复合材料。
将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷等。
④混杂复合材料。
由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。
与普通单增强相复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀性能。
分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。
60年代,为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要,先后研制和生产了以高性能纤维(如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等)为增强材料的复合材料,其比强度大于4×106厘米(cm),比模量大于4×108cm。
芳纶树脂基复合材料的应用与发展作者:赵浩来源:《新材料产业》2019年第01期1 概述芳纶树脂基复合材料是以合成树脂为基体,以芳纶为增强材料经复合而制成的一种新型工程材料。
芳纶具有低密度、高比强度、高比模量、耐冲击、耐腐蚀、阻燃等优异性能,是理想的有机纤维增强材料。
芳纶主要分为3类:对位芳纶、间位芳纶和芳纶Ⅲ。
对位芳纶是对位芳香族聚酰胺纤维的简称,即聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维,国内称其为芳纶1414;间位芳纶为聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维的简称,国内称其为芳纶1313;芳纶Ⅲ,也称杂环芳纶,指杂环芳香族聚酰胺纤维。
芳纶由美国杜邦公司率先研制开发成功,并将对位芳纶商品命名为Kevlar,间位芳纶的商品名命名为Nomex。
芳纶纤维的形态有:无捻粗纱及有捻纱、织物、带、毡及短切原丝等。
芳纶纸大多以芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维(简称“芳纶浆粕”)按一定比例制成[1]。
芳纶纸蜂窝芯材是由芳纶纸经过涂胶条、叠合、蜂窝叠块的压制固化、切割、拉伸与浸胶等一系列复杂工艺制作而成[2]。
芳纶蜂窝夹层结构复合材料一般是由上、下薄面板(蒙皮)与中间芳纶纸蜂窝芯胶粘后构成。
芳纶树脂基复合材料常用的基体树脂有酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚乙烯等。
采用玻璃钢的制备工艺(如缠绕、手糊、真空袋压、热压罐、模压及RTM等)可将芳纶与树脂基体复合为构件。
芳纶树脂基复合材料(AFRP)具有低密度、耐冲击、高比强度、高比模量、电绝缘以及优异的热稳定性,广泛应用于航空航天、电力、电子、防护、交通、体育器材等领域中。
目前国内外用于防护领域的芳纶树脂基复合材料已产业化,其主要生产企业有:美国杜邦公司、日本帝人株式会社、山东非金属材料研究所、河北普凡新材料有限公司、中蓝晨光化工研究设计院有限公司等;用于其他领域的芳纶树脂基复合材料,美国、日本、法国等发达国家已达实用化水平,而我国仍处于技术开发阶段,国内外从事其研制生产的主要企业有:美国杜邦公司、北京卫星制造厂、中国航天科技集团公司第四研究院、中航复合材料有限责任公司、平高集团有限公司等。
189119091930202015 1933193619392020401019371939194319472050195519561959196019651955196519571965196420196319651960707080在19世纪末和20世纪初两个重大的发现揭开了环氧树脂发明的帷幕。
远在1891年年德国的Lindann就用对苯二酚和环氧氯丙烷反应生成了树脂状产物。
1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物。
这两种化学反应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。
1934年Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧基团的化合物聚合制得了高分子聚合物,并作为德国的专利发表。
1938年之后的几年间,瑞士的Pierre castan 及美国的S.O.Greenlee所发表的多项专利都揭示了双酚A和环氧氯丙烷经缩聚反应能制得环氧树脂;用有机多元胺类或邻苯二甲酸酐均可使树脂固化,并具有优良的粘接性。
这些研究成果促使了美国DeVe-Raynolds公司在1947年进行了第一次具有工业生产价值的环氧树脂的制造。
不久,瑞士的CIBA公司、及美国的Shell公司以及Dow Chemical公司都开始了环氧树脂的工业化生产及应用开发工作。
进入20世纪50年代,,在普通双酚A环氧树脂生产应用的同时,一些新型的环氧树脂相继问世。
如1956年美国联合碳化物公司开始出售脂环族环氧树脂,1959年Dow化学公司生产酚醛环氧树脂。
由于环氧树脂品种的增加和应用技术的开发,环氧树脂在电气绝缘、防腐涂料、金属结构的粘接等领域的应用有了突破,于是环氧树脂作为一个行业蓬勃地发展起来。
目前它的品种及应用开发仍很活跃,正可谓方兴未艾。
中国研制环氧树脂始于1956年,在沈阳、上海两地首先获得了成功。
1958年上海开始了工业化生产,60年代中期开始研究一些新型的环氧树脂和脂环族环氧树脂、酚醛环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂等。
树脂基复合材料的发展史
树脂基复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics),是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。
这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体,经复合而成。
以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业,在我国俗称玻璃钢。
树脂基复合材料于1932年在美国出现,1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩,其后不久,美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机,并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。
从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。
第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用,风靡一时,发展很快。
1946年纤维缠绕成型技术在美国出现,为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。
1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁,尺寸、形状准确的复合材料模压件。
1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功,并制成直升飞机的螺旋桨。
60年代在美国利用纤维缠绕技术,制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体,为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。
在此期间,玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用,使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。
1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世,利用这种技术可制出大幅面表面光洁,尺寸、形状稳定的制品,如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件,从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。
1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线,使复合材料制品形成了规模化生产。
拉挤成型工艺的研究始于50年代,60年代中期实现了连续化生产,在70年代拉挤技术又有了重大的突破,近年来发展更快。
除圆棒状制品外,还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材,并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。
目前拉挤工艺生产的制品断面可达76cm×20cm。
在70年代树脂反应注射成型(Reaction Injection Molding, 简称RIM)和增强树脂反应注射成型(Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM)两种
技术研究成功,进一步改善了手糊工艺,使产品两面光洁,现已大量用于卫生洁具和汽车的零件生产。
1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术,1975年投入生产。
这种复合材料最大特点是改变了热固性基体复合材料生产周期长、废料不能回收问题,并能充分利用塑料加工的技术和设备,因而发展得很快。
制造管状构件的工艺除缠绕成型外,80年代又发展了离心浇铸成型法,英国曾使用这种工艺生产10m长的复合材料电线杆、大口径受外压的管道等。
从上述可知,新生产工艺的不断出现推动着聚合物复合材料工业的发展。
进入20世纪70年代,对复合材料的研究发迹了仅仅采用玻璃纤维增强树脂的局面,人们一方面不断开辟玻纤-树脂复合材料的新用途,同时也发现,这类复合材料的比刚度要求很高的尖端技术的要求,因而开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料,并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体,制成先进复合材料(Advanced Composite Materials, 简称ACM)。
这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能,是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。
自从先进复合材料投入应用以来,有三件值得一提的成果。
第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳2100号,并试飞成功,这架飞机仅重567kg,它以结构小巧重量轻而称奇于世。
第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机,这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制成18.2m、宽4.6m的主货舱门,用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器,用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁,用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬,发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成,被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。
在这架代表近代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。
第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构,这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件,不仅使收音机结构重量减轻,还提高了飞机的各种飞行性能。
复合材料在这几个飞行器上的成功应用,表明了复合材料的良好性能和技术的成熟,这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。