纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺
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环氧树脂基复合材料环氧树脂基复合材料是一种由环氧树脂作为基体,通过填充材料和增强材料的复合而成的材料。
环氧树脂基复合材料具有优异的性能,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子、军工等领域。
本文将介绍环氧树脂基复合材料的特点、制备工艺和应用领域。
首先,环氧树脂基复合材料具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
由于环氧树脂本身具有较高的强度和硬度,加入填充材料和增强材料后,复合材料的力学性能得到进一步提升。
同时,环氧树脂基复合材料具有优良的耐腐蚀性能,能够在恶劣环境下长期稳定使用。
其次,环氧树脂基复合材料的制备工艺多样,适应性强。
制备环氧树脂基复合材料的工艺包括预浸料成型、热固成型、注塑成型等多种方法,可以根据不同的需求选择合适的工艺。
同时,环氧树脂基复合材料的成型方式灵活多样,可以制备成板材、型材、管材等各种形状,满足不同领域的需求。
环氧树脂基复合材料在航空航天、汽车、建筑、电子、军工等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域,环氧树脂基复合材料被用于制造飞机结构件、航天器外壳等部件,具有重量轻、强度高的优势。
在汽车领域,环氧树脂基复合材料被用于制造车身结构、发动机零部件等,能够减轻车辆重量,提高燃油经济性。
在建筑领域,环氧树脂基复合材料被用于制造装饰板材、管道等,具有防腐蚀、耐磨损的特点。
在电子领域,环氧树脂基复合材料被用于制造电路板、封装材料等,具有优异的绝缘性能。
在军工领域,环氧树脂基复合材料被用于制造军用装备、防护材料等,具有轻质高强的特点。
总的来说,环氧树脂基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景,是一种具有发展潜力的新型材料。
随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展,相信环氧树脂基复合材料将会在更多领域得到应用,并取得更大的发展。
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展摘要:随着低碳经济、碳中和等环保理念的呼声不断高涨,低能耗、可回收的高性能复合材料的需求量不断增加。
高性能复合材料可作为关键的轻型承重材料,应用于风力涡轮机叶片根部加强件、高压绝缘子芯棒和建筑应用中的梁等。
不同于热固性拉挤成型复合材料,热塑性复合材料不需要化学固化,生产效率高、污染小、原材料利用率高,且制件具有可回收、可焊接、使用寿命长的特点,因此国内外都在积极开展高效率、低成本的热塑性复合材料生产工艺的研究。
基于此,本文章对纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展进行探讨,以供相关从业人员参考。
关键词:纤维增强热塑性复合材料;拉挤成型工艺;研究进展引言纤维增强热塑性复合材料比热固性树脂复合材料具有更高的比强度和冲击强度,不需要特殊的储存和运输条件,易于维修和可回收再加工。
因此热塑性复合材料在加工性、效率、全寿命周期内的环保性和成本都明显优于热固性复合材料。
碳纤维增强热塑性聚合物复合材料是树脂基复合材料的发展方向,具有广阔的应用前景。
一、拉挤成型工艺拉挤成型工艺由于其生产效率高、拉挤制品纤维含量高、原材料成本低等优点被广泛应用于各种复合材料的生产制造中。
将拉挤成型工艺与热塑性复合材料相结合可充分发挥复合材料的优势,实现各种断面和空腔型材的高效生产。
热塑性树脂普遍存在黏度大的问题,导致了纤维浸渍困难,因此纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的改进方向主要集中在纤维浸渍方式上。
根据浸渍方式不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺两大类。
从目前生产应用的角度来看,非反应型拉挤成型过程部分浸渍工艺与热固性复合材料拉挤成型工艺相似,技术更加成熟,设备投资也相对降低,因此应用更加广泛,而反应型拉挤成型工艺对生产设备要求高,技术难度较大,因此应用范围相对较小。
二、纤维增强热塑性复合材料特点复合材料基本上是一种新型材料,在对两种性质不同的材料进行物理或化学处理后进行加工,其性质相对较高。
[复合材料模压工艺]复合材料模压成型工艺复合材料模压工艺复合材料由于其众所周知的优异性能及各种工艺的日益成熟、原材料来源丰富、成本下降、可靠性提高,使其受到用户与生产者双方的青睐,越来越多地取代传统金属材料,我们的时代已进入了复合材料时代。
据美国塑料工业协会复合材料所(SocietyofthePlasticsIndustry"sInstitute)1997年元月27日发表的年度统计报告表明:1996年美国复合材料的销售量为161万吨,比1995年的158.5万吨增长约1.6%,是复合材料的销售量连续第五年增长。
据预测,1997年以及以后五年内复合材料销售量仍会连续增长。
聚合物基复合材料模压成形工艺在各种成形工艺方法中占有重要地位,主要用于异型制品的成形,因而所用的成形压力高于其它工艺方法。
由于模压成形工艺所需设备简单,又能对纤维料、碎布、毡料、层压制品、缠绕制品、编织物进行模压成形,因而被各种规模的复合材料生产企业所普遍采用,复合材料模压工艺也几乎为各生产单位家喻户晓。
因此,本文并不打算对模压复合材料制品工艺进行系统介绍,仅就影响复合材料制品质量的一些重要环节谈谈体会,因为就复合材料复杂结构异型件而言,保证质量、提高合格率比一般制件更为重要,难度也更大。
一、对复合材料模压制品质量产生影响的因素模压成形工艺的基本过程是将一定量的经过一定预处理的模压料放入预热的压模内,施加较高的压力使模压料充满模腔。
在预定的温度条件下,模压料在模腔内逐渐固化,然后将制品从压模内取出,再进行必要的辅助加工即得到最终制品。
从上述过程看,完成最终制品涉及的因素有模压料本身、压模模具、加压加温的热压机等;最重要的当是压制工艺,本文将单列一节予以重点讲述;还有工作环境和辅助加工等。
1.模压料任何形式的模压料(碎布料、毡料、长、短纤维),在装模前均应使其按预定比例与树脂均匀浸渍。
对经溶剂稀释的树脂溶液,在浸渍纤维后应充分晾置使溶剂挥发。
纤维增强环氧树脂复合材料(玻璃钢)成型工艺及应用一、前言相比传统材料,复合材料具有一系列不可替代的特性,自二次大战以来发展很快。
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。
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。
环氧树脂基复合材料的优点:1、为什么采用环氧树脂做基体?1)固化收缩率代低,仅1%-3%,而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%;2)粘结力强;3)有B阶段,有利于生产工艺;4)可低压固化,挥发份甚低;5)固化后力学性能、耐化学性佳,电绝缘性能良好。
6)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树脂为佳,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 (准确性值得商榷,请参看相关资料)表2 几种常用材料与复合材料的比强度和比模量(准确性值得商榷,请参看相关资料),)等几并驱除气泡,压实基层。
铺层操作反复多次,直到达到制品的设计厚度。
树脂因聚合反应,常温固化。
模具用高强度高模量环氧树脂复合材料技术条件模具用高强度、高模量环氧树脂复合材料是一种广泛应用于模具制造的先进材料。
它具有高强度、高模量、耐磨损、耐高温等优异的性能,能够满足模具制造中对材料的高要求。
下面将详细介绍模具用高强度、高模量环氧树脂复合材料的技术条件。
首先,高强度是模具用环氧树脂复合材料的一个重要指标。
一般要求其拉伸强度大于100MPa,屈服强度大于70MPa。
为了达到这些要求,需要选择合适的环氧树脂和增强材料,并进行适当的配方设计。
其中,环氧树脂是复合材料的基体,其性能直接影响材料的强度。
常用的环氧树脂有常温固化型和高温固化型两种,根据模具制造温度选择合适的环氧树脂。
增强材料主要包括玻璃纤维、碳纤维等,其加入可以显著提高复合材料的强度。
其次,高模量是模具用环氧树脂复合材料的另一个重要指标。
模具用环氧树脂复合材料的弹性模量要求大于3000MPa,以保证模具在使用过程中不产生变形和破坏。
为了提高复合材料的模量,可以采用增强材料的定向排列和增加填料的方法。
增加填料可以加强复合材料的内聚力,提高模量和强度。
常用的填料有硅灰石、氧化镁等。
另外,模具用高强度、高模量环氧树脂复合材料还需要具有耐磨损和耐高温的特性。
在模具制造过程中,由于摩擦和冲击会导致模具表面磨损和热应力,因此需要选择具有良好耐磨性和耐高温性的环氧树脂复合材料。
耐磨性可以通过选择硬度较高的环氧树脂以及添加耐磨填料等方式进行提高。
耐高温性可以通过选择高温固化型环氧树脂和耐高温增强材料等手段进行提高。
最后,模具用高强度、高模量环氧树脂复合材料还需要具有良好的加工性能和成型工艺。
加工性能包括流动性、硬化时间和粘度等指标,需要根据具体的成型工艺要求进行调整。
常用的成型工艺有手工层叠法、真空吸塑法、挤出法等。
在具体的制造过程中,需要根据不同模具的要求选择合适的成型工艺。
综上所述,模具用高强度、高模量环氧树脂复合材料的技术条件主要包括高强度、高模量、耐磨损和耐高温等性能指标,以及良好的加工性能和成型工艺。
复合材料的成型工艺图1:热固性复合材料最基本的制备方法是手糊,通常包括将干层或半固化片层用手铺设到模具上,形成一个积层。
图中展示的是自由宇航公司的技术员(佛罗里达州墨尔本)正在通过手糊工艺加工一个碳/环氧预浸料,将用于制造通用航空飞机部件。
资料来源:自由宇航公司在复合材料的加工成型过程中会使用一系列模具,用来给未成形的树脂及其纤维增强材料提供一个成型的平台。
手糊(hand layup)成型是热固性复合材料最基本的制备方法,即通过人工将干层或半固化片层铺设到模具上,形成一个积层。
铺层方式分为两种:一种称为干法铺层,是先铺层后将树脂浸润(例如,通过树脂渗透方式)到干铺层上的方式,另一种方式是湿法铺层,即先浸润树脂后铺层的顺序。
现在普遍使用的固化方式可以分为以下几种:最基本的是室温固化。
不过,如果提高固化温度的话,固化进程也会相应加快。
比如通过烤箱固化,或使用真空袋(vacuum ba g)通过高压釜固化。
如果采用高压釜固化的话,真空袋内通常会包含透气膜,被放置在经手糊的半成型制品上,再连接到高压釜上,等最终固化完成后再将真空袋撤去。
在固化过程中,真空袋的作用是将产品密封在模具和真空袋之间,通过抽真空对产品均匀加压,将产品中汇总的气体排出,从而使产品更加密实、力学性能更好。
图2:热压釜独有的高温和高压条件使其成为完成热固性树脂零部件的固化的重要工具。
控制软件的改进则能够帮助经营者提高35-40%的生产量。
同时,一些新的树脂配方正在开发当中,将通过低压固化处理。
图中是Helicomb国际公司(俄克拉荷马州塔尔萨)的一名操作人员正在使用高压釜进行固化处理。
来源:Helicomb国际公司许多高性能热固性零件都需要在高热高压的条件下完成固化。
但是高压釜(Autocl aves)的设备成本和操作成本都较昂贵。
采购高压釜设备的制造商通常会一次性固化一定数量的部件。
对于高压釜的温度,压力,真空和惰性气体(inert atmosphere)等一系列参数,计算机系统能帮助实现远程甚至无人监控和检测,并最大限度地提高该技术的利用效率。
碳纤维增强复合材料
首先,碳纤维增强复合材料由碳纤维和树脂基体组成。
碳纤维
是一种高强度、高模量的纤维材料,具有优异的力学性能。
而树脂
基体则起到了粘合和保护碳纤维的作用。
常见的树脂基体包括环氧
树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。
碳纤维和树脂基体经过复合工艺,可以形成具有优异性能的碳纤维增强复合材料。
其次,制备碳纤维增强复合材料的工艺包括预浸料成型、手工
层叠成型和自动化成型等。
其中,预浸料成型是一种常用的工艺方法,其过程是将碳纤维与树脂预浸料预先混合,然后通过模具成型、固化等工艺步骤,最终得到碳纤维增强复合材料制品。
另外,自动
化成型技术的发展也为碳纤维增强复合材料的大规模生产提供了可能。
碳纤维增强复合材料具有高强度、高刚度和低密度等优异性能。
其拉伸强度和弹性模量分别是钢的2-5倍和5-10倍,而密度却只有
钢的1/4。
因此,碳纤维增强复合材料在航空航天、汽车、船舶等
领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域,碳纤维增强复合材料被
用于制造飞机机身、机翼、尾翼等部件,可以减轻飞机重量,提高
燃油效率。
在汽车领域,碳纤维增强复合材料被用于制造车身、底
盘等部件,可以提高汽车的安全性能和燃油经济性。
在船舶领域,碳纤维增强复合材料被用于制造船体、桅杆等部件,可以提高船舶的航行速度和耐久性。
综上所述,碳纤维增强复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着材料科学技术的不断发展,碳纤维增强复合材料将在更多领域得到应用,并为人类社会的发展做出更大的贡献。
轻质纤维增强复合材料的研究在现代材料科学领域中,轻质纤维增强复合材料正以其卓越的性能和广泛的应用前景引起了众多研究者的关注。
这种材料不仅在重量上具有明显优势,还在强度、刚度、耐腐蚀性等方面展现出了出色的表现,从而在航空航天、汽车、建筑、体育用品等多个行业中发挥着日益重要的作用。
一、轻质纤维增强复合材料的组成与分类轻质纤维增强复合材料通常由纤维增强体和基体材料两部分组成。
纤维增强体可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,它们具有高强度和高模量的特点,为复合材料提供了主要的承载能力。
基体材料则多为树脂,如环氧树脂、聚酯树脂等,其作用是将纤维增强体粘结在一起,并传递载荷。
根据纤维的种类和排列方式,轻质纤维增强复合材料可以分为多种类型。
例如,玻璃纤维增强复合材料成本相对较低,具有较好的耐腐蚀性能,常用于一般工业领域;碳纤维增强复合材料具有极高的强度和刚度,但价格较高,主要应用于对性能要求苛刻的航空航天领域;芳纶纤维增强复合材料则具有良好的抗冲击性能,在防弹领域有广泛的应用。
二、轻质纤维增强复合材料的性能优势轻质纤维增强复合材料最显著的特点就是其轻质高强的特性。
与传统的金属材料相比,相同强度下,其重量可以减轻很多。
这使得在需要减轻重量的应用中,如飞机结构中,能够大大降低燃油消耗,提高飞行效率。
此外,这种材料还具有良好的耐腐蚀性。
在恶劣的环境条件下,如潮湿、酸碱等环境中,其性能能够保持相对稳定,减少了维护和更换的成本。
同时,它还具有较好的抗疲劳性能,能够在长期循环载荷作用下保持良好的性能。
三、轻质纤维增强复合材料的制备工艺制备轻质纤维增强复合材料的方法有多种,常见的包括手糊成型、喷射成型、模压成型、缠绕成型等。
手糊成型是一种较为简单的方法,适用于小批量、形状复杂的制品。
但其劳动强度大,制品质量不易控制。
喷射成型则可以提高生产效率,但材料的浪费相对较多。
模压成型适合于大批量生产,制品尺寸精度高,但模具成本较高。
缠绕成型则常用于制造管状或筒状制品,能够充分发挥纤维的强度优势。
浅析树脂基复合材料成型工艺摘要:随着社会经济的发展,在工业领域中,复合材料也得到了广泛应用,无论是国家的科研技术,还是经济实力,都是衡量国家发展的标志。
先进复合材料不仅强度高,而且耐热性能和抗疲劳性能优良,在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。
树脂基复合材料即以有机聚合物为基体的纤维增强材料,其纤维增强体通常选择玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等,现阶段在航空、汽车、海洋工业中得到较广泛的应用。
关键词:树脂基;复合材料;成型工艺复合材料是由有机高分子、无机非金属材料或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料,至少包括两种以上的独立化学相,按性能要求人为设计和制造,它既能保留原组分材料的主要特色,又通过复合效应获得各单一组元所没有的综合优良性能,可以通过材料设计使各组分的性能相互补充,并彼此关联,从而获得新的优越性能,与一般材料的简单混合有本质区别。
按基体的性质,复合材料分为金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料。
因此复合材料在航天航空、交通运输和运动器材等多个领域广泛应用,复合材料制品种类繁多,复合材料工业得到迅速发镇,成型工艺和方法也不断完善。
一、复合材料树脂基现状树脂基纤维增强复合材料是根据树脂基化学特性,添加玻璃纤维、碳纤维等纤维增强相,经过一系列加工成形的一种现代工程材料,可分为热固性树脂基复合材料与热塑性树脂基复合材料。
复合材料阀门具有耐疲劳、成型密实、尺寸可控等优异的性能,可满足现代工业对阀门的各种要求,因此广泛应用于化工、航空、军工等行业。
热固性树脂基复合材料与热塑性树脂基复合材料相比,具有制品尺寸精准、强度高、机械性能强、工艺简单等优点,同时,热固性树脂基复合材料的材料成本更低。
热固性复合材料树脂基通常采用环氧、酚醛、不饱和聚酯等树脂。
1、不饱和聚酯树脂。
不饱和聚酯树脂 UPR通常由饱和二元酸与不饱多元醇,或不饱和二元酸与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的高分子聚合物。
纤维增强聚合物复合材料性能与制造概述复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料,按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料,到目前为止,主要的发展方向是结构复合材料,但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。
通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料(constituent materials),它们可以是金属、陶瓷或高聚物材料。
对结构复合材料而言,组分材料包括基体和增强体,基体是复合材料中的连续相,其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷;增强体是复合材料中承载的主体,包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体,其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维,按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维,而目前用得最多的和最重要的是碳纤维。
范围在6~8μm内,是近几十年发展起来的一种新型材料。
目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类:聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维,分别用聚丙烯腈原丝(称之为前驱体)、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。
通过碳化工艺,使纤维中的氢、氧等元素得以排出,成为一种接近纯碳的材料,含碳量一般都在90%以上,而本身质量却大为减轻;由于碳化过程中对纤维进行了沿轴向的预拉伸处理,使得分子沿轴向进行取向排列,因而碳纤维轴向拉伸强度大大提高,成为一种轻质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维材料。
用碳纤维和高性能的树脂基体复合而成的先进树脂基复合材料是目前用得最多,也是最重要的一种结构复合材料。
此外,用天然纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维作增强体的树脂基复合材料也在快速发展。
1、纤维增强聚合物基复合材料的特性1)比强度、比模量大碳纤维、硼纤维等有机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度比钛合金高3-5倍,比模量比金属高4倍。
这种性能因增强的纤维排列不同会在一定的范围内浮动。
2)耐疲劳性能好金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏,而聚合物基复合才来哦中纤维与基体的界面能阻止材料的受力所致裂纹的扩展。
碳纤维增强可降解环氧树脂基复合材料应用研究摘要:本文旨在研究碳纤维增强可降解环氧树脂基复合材料的制备、性能及应用。
通过对比实验和性能分析,探讨了碳纤维含量对复合材料力学性能和降解性能的影响。
实验结果表明,该复合材料在保持较高力学性能的同时,具有良好的可降解性,为环保型材料的应用提供了新的思路。
关键词:碳纤维;可降解;环氧树脂;复合材料;应用研究引言随着科技的进步和环保意识的提高,可降解材料的研究与应用日益受到关注。
环氧树脂作为一种常见的工程材料,其性能稳定、加工性好,但在环保方面存在降解困难的问题。
碳纤维作为一种高性能增强材料,其加入能够显著提高复合材料的力学性能。
因此,研究碳纤维增强可降解环氧树脂基复合材料具有重要的现实意义和应用价值。
1.材料制备与实验方法1.1材料准备通过挑选高质量的环氧树脂作为基体材料,它具有优异的物理机械性能和化学稳定性,是制备高性能复合材料的理想选择,同时,我们选用了高强度、高模量的碳纤维作为增强材料,旨在通过碳纤维的加入,显著提升复合材料的力学性能。
在材料准备阶段,我们首先对碳纤维进行了预处理,包括清洗、干燥和切割,以确保其表面清洁、无杂质,并使其长度和直径符合实验要求。
随后,我们按照预定的配比,将碳纤维与环氧树脂混合均匀,这一过程中,我们严格控制了混合的时间和温度,以确保碳纤维在环氧树脂中均匀分散,避免出现团聚或分布不均的现象。
接下来,我们采用了先进的成型工艺,将混合好的碳纤维和环氧树脂置于模具中,通过施加一定的压力和温度,使其固化成型,这一过程中,我们密切监控了成型的温度和压力变化,以确保复合材料具有致密的结构和良好的性能。
1.2制备工艺通过模压成型工艺作为主要的制备手段,该工艺具有操作简单、生产效率高、产品性能稳定等优点,非常适用于碳纤维增强复合材料的制备,在模压成型前,我们首先对碳纤维进行了预处理,通过表面清洁和干燥处理,去除碳纤维表面的杂质和水分,提高其与环氧树脂的结合能力,同时,我们根据实验需求,将碳纤维切割成合适的长度,以便于其在环氧树脂基体中的均匀分布。
环氧预浸料生产工艺流程在现代复合材料的制造领域,环氧预浸料以其卓越的粘接性能、优异的机械强度和良好的化学稳定性而受到广泛关注。
它是制备高性能复合材料的关键原材料,广泛应用于航空航天、高端体育器材以及汽车制造等行业。
接下来,就让我们一起详细了解下环氧预浸料的生产工艺流程。
首先,我们需要了解什么是环氧预浸料。
简单来说,它是由环氧树脂和增强纤维通过特定工艺浸渍而成,能够在固化后形成一种高强度的复合材料。
其生产过程涉及多个精细的步骤,每个步骤都对最终产品的性能有着重要影响。
1.原材料准备在生产线上,首先进行的是原材料的准备。
高质量的环氧树脂是制作环氧预浸料的基础,而合适的增强纤维如玻璃纤维或碳纤维则是提供机械强度的关键。
这些原料需经过检验与筛选,确保无杂质并符合生产标准。
2.树脂调配与涂覆接下来是树脂的调配工作,这需要按照严格的配方比例进行。
调配完成后,将液态环氧树脂均匀涂覆在增强纤维上。
这一过程通常采用涂布机或者滚涂机完成,要求树脂涂覆均匀,无气泡,并且达到预定的树脂含量。
3.预浸料的初步固化经过树脂涂覆的增强纤维随后进入烘箱,在这里进行初步的固化。
温度和时间的控制非常关键,它们直接影响到树脂的流动性和最终的固化度。
此阶段的目的是使树脂部分固化,形成一个初步的结合但仍然保持一定的粘性以便于后续的加工。
4.冷却与卷取初步固化后的预浸料需要经过冷却处理,以便于降低其温度并防止过度固化。
之后,这些材料会被整齐地卷取起来,方便后续的运输和存储。
5.质量检测在整个生产过程中,质量检测是一个不断循环的环节。
从原材料入厂到成品出厂,每一批次的预浸料都要经过层层检验,包括树脂含量测试、粘连性检查以及外观质量评估等。
任何一项指标不符合标准的产品都将被剔除。
6.包装与储存最后一步则是将合格的预浸料进行包装和妥善储存。
为了防止材料受潮或是污染,通常会采用密封包装,并在恒温恒湿的环境下存放。
此外,还会标注明确的生产日期和有效期,确保用户能够使用到最佳状态的预浸料。
1.什么是复合材料?简述复合材料的特点与应用。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的机械工程材料。
各种组成材料在性能上能互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料,从而满足各种不同的要求。
复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分。
复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。
其特点是比重小、比强度和比模量大。
例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。
石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。
纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。
以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量.碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片.碳化硅纤维与陶瓷复合,使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)高得多。
碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨,构成耐烧蚀材料,已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。
非金属基复合材料由于密度小,用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。
用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。
复合材料的成型方法按基体材料不同各异.树脂基复合材料的成型方法较多,有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、RTM成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压成型等。
金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。
前者是在低于基体熔点温度下,通过施加压力实现成型,包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。
后者是将基体熔化后,充填到增强体材料中,包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。
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 比热容 535J/kg?k 233J/kg?k 膨胀系数 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1 热变形温度 204oC(1.82MPa) 热导率 1.85W/m?k 33.7W/m?k 介电强度 11.8×106V/m 吸水率 0.5%(24h) 表2 几种常用材料与复合材料的比强度和比模量 材料名称 密度g/cm3 拉伸强度×104MPa 弹性模量×106MPa 比强度×106cm 比模量×109cm 钢 7.8 10.10 20.59 0.13 0.27 铝 2.8 4.61 7.35 0.17 0.26 钛 4.5 9.41 11.18 0.21 0.25 玻璃钢 2.0 10.40 3.92 0.53 0.21 碳纤维/环氧树脂 1.45 14.71 13.73 碳纤维/环氧树脂 1.6 1049 23.54 芳纶纤维/环氧树脂 1.4 13.73 7.85 硼纤维/环氧树脂 2.1 13.53 20.59 硼纤维/铝 2.65 9.81 19.61 0.75 c2
二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介 1、手糊成型 (hand lay up) (1)概要 依次在模具表面上施加 脱模剂 胶衣 一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂(须待胶衣凝结后) 一层纤维增强材料(玻纤、芳纶、碳纤维......),纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布(方格布)等几种。以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料,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。 树脂因聚合反应,常温固化。可加热加速固化。 (2)原材料 F gb NG ^ 树脂 不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。 纤维 玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透,亦可用。 芯材 任意。 (3)优点 1)适合少量生产; 2)可室温成型,设备投资少,模具折旧费低; 3)可制造大型制品和型状复杂产品; 4)树脂和增强材料可自由组合,易进行材料设计; 5)可采用加强筋局部增强,可嵌入金属件; 6)可用胶衣层获得具有自由色彩和光泽的表面(如开模成型则一面不平滑); 7)玻纤含量较喷射成型高。 无捻粗纱布 50%左右 织物 35%-45% 短切原丝毡 30%-40% (4)缺点 1)属于劳动密集型生产,产品质量由工人训练程度决定; ; 2)玻纤含量不可能太高;树脂需要粘度较低才易手工操作,溶剂/苯乙烯量高,力学与热性能受限制; 3)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。 (5)典型产品 舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。 2、树脂传递成型(RTM) (1)概要 RTM是一种闭模低压成型的方法。 将纤维增强材料置于上下模之间;合模并将模具夹紧;在压力下注射树脂;树脂固化后打开模具,取下产品。 树脂胶凝过程开始前,必须让树脂充满模腔,压力促使树脂快速传递到模个内,浸渍纤维材料。 RTM是一低压系统,树脂注射压力范围0.4-0.5MPa,当制造高纤维含量(体积比超过50%)的制品,如航空航天用零部件时,压力甚至达0.7MPa。 纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状(带粘结剂),再在第二个模具内注射成型。 为了提高树脂浸透纤维能力,可选择真空辅助注射(VARI-vacuum saaistedrsin injection)。 注意树脂一经将纤维材料浸透,树脂注口要封闭,以便树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以复合材料与钢材料 制作。若采用加热工艺。宜用钢模。 (2)原材料 树脂:一般多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛;当加温时,高温树脂台双马列来酰亚胺树脂亦可用。 法国 Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。 纤维:任意。常用玻纤连续毡、缝编材料(其纤维间的缝隙得于树脂传递)、无捻粗纱布;玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材(法国Vetrotex商品名TWINTEX)。 芯材:不用蜂窝,因蜂窝空格全被树脂填满,压力会导致其破坏。可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CL、VC等。 (3)优点 1)制品纤维含量可较高,未被树脂浸得部分非常少; 2)闭模成型,生产环境好; 3)劳动强度低,对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低; 4)制品两面光,可作有表面胶衣的制品,精度也比较高; 5)成型周期较短; 6)产品可大型化; 7)强度可按设计要求具有方向性; 8)可与芯村、嵌件一体成型; 9)相对注射设备与模具成本较低。 (4)缺点 1)不易制作较小产品; 2)因要承压,故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂,价位也高一些; 3)能有未被浸渍的材料,导致边角料浪费。 (5)典型产品 小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳 3、纤维缠绕(FW) (1)概要 通常采用直接无捻粗纱作为增强材料。粗纱排列在纱架上。粗纱自纱架上退绕,通过张力系统、树脂槽、绕丝嘴,由小车带动其往复移动并缠绕在回转的芯轴(模)上。纤维缠绕角度与纤维排列密度根据强度设计,并由芯轴(模)转速与小车往复速度之比,精确地控制。固化后将缠绕的复合材料制品脱模。 对某些两端密闭的产品不用脱模,芯模即包在复合材料产品内,作为内衬。 (2)原材料 树脂:任意。环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。 纤维:任意。无捻粗纱、缝编和无纺织物。生产管罐时,常用表面毡、短切原丝作为内衬材料。 芯材:可用。虽然复合材料制品通常是单一壳体,一般不用。 (3)优点 1)因为纤维迳直以合理的线形铺设,承担负荷,故复合材料制品的结构特性可非常高; 2)由于同内衬层组合,可制得耐腐蚀、耐压、耐热的制品; 3)可制造两端封闭的制品; 4)铺放材料快、经济、用无捻粗纱,材料费用低; 5)可采用树脂计量,然浸胶后的纤维通过挤胶或口模,控制树脂含量; 6)可大理生产和自动化; 7)机械成型,复合材料材质及方向性均匀,质量稳定。 (4)缺点 1)制品形状限于圆柱形或其它回转体; 2)纤维不易沿制品长度方向精确排列; 3)对于大型制品,芯模成本高; 4)成品外表不是“模制”的,不尽人意; 5)对于承受压力的制品,如选择树脂不合适或无内衬,就易发生渗漏。 (5)典型产品 ' 管道、贮罐、气瓶(消防呼吸气瓶、压缩天然气瓶等)、固体火箭发动机壳体。 4、RIM(Reaction Injection Molding一反应注射成型) (1)概要 将两种或两种以上的组分在混合区低压(0.5MPa)混合后,即在低压(0.5-1.5MPa)下注射到闭模中反应成型,此即为工艺过程。若组分一为多元醇,一为异氰酸酯,则反应生成聚氨酯 。为增加强度,可直接在一种组分内行加入磨碎玻纤原丝和(或)填料。弈可采用长纤维(如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等)增强,在注射前,将长纤维增强材料预先置模具内。用此法可得到高力学性能的制品。这种工艺称为SRIM(Structural Reaction Injection Molding-结构反应注射成型)。 (2)原材料 树脂:常用聚氨酯体系或聚氨酯/脲混合体系;亦可采用环氧、尼龙、聚酯等基本; 纤维:常用长0.2-0.4mm的磨碎玻璃纤维; 芯材:不用。 (3)优点 1)制造成本比热塑性塑料注射工艺低; 2)可制造大尺寸、开头复杂的产品; 3)固化快,适于快速生产。 (4)缺点 采用磨碎玻璃纤维增强原料费用高,荐用矿物复合材料取代之。 (5)主要产品 汽车仪表盘、保险杠、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件。 5、拉挤成型 (Pultrusion) (1)概要 主要采用玻璃纤维无捻粗纱(使用前预先放置在纱架上),它提供纵向(沿生产线方向)增强。 其它类型的增强有连续原丝毡、织物等,它们补充横向增强,表面毡则用于提高成品表面质量。树脂中可加入填料,改进型材料性能(如阻燃),并降低成本。 拉挤成型的程序是 1)使玻璃纤维增强材料浸渍树脂;