树脂基复合材料

上海耀华大中新材料有限公司营销人员专业知识培训定义什么是复合材料?顾名思义，所谓“复合”即含有多元多相的组合之义，简单地说，复合材料就是用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。从复合材料的组成及结构分析，其中一相是连续的称基体相，另一相是分散的，被基体包容的称为增强相。增强相与基体相之间有个交界面称为复合材料界面。树脂基复合材料（ResinMatrixComposite）也称纤维增强塑料（FiberReinforcedPlastics），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。复合材料的特点可设计性材料与结构的同一性发挥复合效应的优热性材料性能对复合工艺的依赖性各向异性复合材料的优点与传统材料相比复合材料具有下列优点比强度比刚度大耐疲劳性能好阻尼减震性好破损安全性好树脂基复合材料原材料树脂基复合材料的原材料，包括基体材料和增强材料及添加剂基体材料:热固性树脂：不饱和聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂乙烯基树脂热塑性树脂：聚丙稀(PP)聚酰胺树脂(PA)聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS树脂）树脂基复合材料原材料增强材料玻璃纤维碳纤维芳纶纤维树脂基复合材料原材料添加剂偶联剂不饱和聚酯树脂的引发剂和促进剂阻聚剂与缓聚剂增韧剂与稀释剂环氧树脂固化剂抗氧剂光稳定剂热稳定剂填料脱模剂着色剂与触变剂阻燃剂其他不饱和聚酯树脂不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的苯乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。玻璃纤维的成分及性能生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：1、E-玻璃亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。2、C-玻璃亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。3、高强玻璃纤维其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广。玻璃纤维的成分及性能4、AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥而研制的。5、A玻璃亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。6、E-CR玻璃是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无碱玻纤改善7～8倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。7、D玻璃亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。玻璃纤维制品品种与用途1、无捻粗纱无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。无捻粗纱按玻璃成分可划分为：无碱玻璃无捻粗纱和中碱玻璃无捻粗纱。生产玻璃粗纱所用玻纤直径从12～23μm。无捻粗纱的号数从150号到9600号（tex）。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中，如缠绕、拉挤工艺，因其张力均匀，也可织成无捻粗纱织物，在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。以公制计量原丝或纱线细度的名称，简称公支。表示1克纱线的长度。例如：l克纱线的长度为45米，称45支。表示原丝或纱线细度的名称，是长度为1000米原丝或纱线的克数。例如：1000米纱线的质量为68克，则称68特克斯。玻璃纤维制品品种与用途2、玻璃纤维织物（1）玻璃布(平纹、斜纹、缎纹)（2）玻璃带（3）单向织物（4）立体织物（5）异形织物玻璃纤维制品品种与用途3、玻璃纤维毡片（1）短切原丝毡将玻璃原丝（有时也用无捻粗纱）切割成50mm长，将其随机但均匀地铺陈在网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末结剂经加热固化后粘结成短切原丝毡。短切毡主要用于手糊、连续制板和对模模压和SMC工艺中。对短切原丝毡的质量要求如下：①沿宽度方向面积质量均匀；②短切原丝在毡面中分布均匀，无大孔眼形成，粘结剂分布均匀；③具有适中的干毡强度；④优良的树脂浸润及浸透性。（2）连续原丝毡将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤原丝毡中纤维是连续的，故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料（GMT）等工艺中。（3）表面毡玻璃钢制品通常需要形成富有树脂层，这一般是用中碱玻璃表面毡来实现。这类毡由于采用中碱玻璃（C）制成，故赋予玻璃钢耐化学性特别是耐酸性，同时因为毡薄、玻纤直径较细之故，还可吸收较多树脂形成富树脂层，遮住了玻璃纤维增强材料（如方格布）的纹路，起到表面修饰作用。玻璃纤维制品品种与用途3、玻璃纤维毡片（4）针刺毡针刺毡或分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成50mm，随机铺放在预先放置在传送带上的底材上，然后用带倒钩的针进行针刺，针将短切纤维刺进底材中，而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。所用底材可以是玻璃纤维或其它纤维的稀织物，这种针刺毡有绒毛感。其主要用途包括用作隔热隔声材料、衬热材料、过滤材料，也可用在玻璃钢生产中，但所制玻璃钢强度较低，使用范围有限。另一类连续原丝针刺毡，是将连续玻璃原丝用抛丝装置随机抛在连续网带上，经针板针刺，形成纤维相互勾连的三维结构的毡。这种毡主要用于玻璃纤维增强热塑料可冲压片材的生产。（5）缝合毡短切玻璃纤维从50mm乃至60cm长均可用缝编机将其缝合成短切纤维或长纤维毡，前者可在若干用途方面代替传统的粘结剂粘结的短切毡，后者则在一定程度上代替连续原丝毡。它们的共同优点是不含粘结剂，避免了生产过程的污染，同时浸透性能好，价格较低。添加剂添加剂是复合材料产品在生产或加工过程中需要添加的辅助化学品通称为添加剂或“助剂”。添加剂在复合材料中的作用有以下几方面：（1）稳定化作用（2）改善力学性能（3）改善加工性能（4）阻燃作用（5）改善外观质量添加剂偶联剂不饱和聚酯树脂的引发剂和促进剂阻聚剂与缓聚剂增韧剂与稀释剂环氧树脂固化剂抗氧剂光稳定剂热稳定剂填料脱模剂着色剂与触变剂阻燃剂模具模具构造：单模:阳模、阴模对模拼装模模具材料：木模、钢模、玻璃钢模、水泥模、石膏模等成型工艺复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产，如：（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）模压成型工艺；（8）层合板生产技术；（9）卷制管成型技术；（10）纤维缠绕制品成型技术；（11）连续制板生产工艺；（12）浇铸成型技术；（13）拉挤成型工艺；（14）注射成型工艺；（15）其它成型技术。02468101205001,0001,50030,00040,00050,0006,00070,000ProductionvolumeUnitCostIndexSMCSRIMRTMHandLayupHandLayupRTM&SRIMSMC各种成型工艺的经济性分析树脂基复合材料力学性能材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。强度指标是设计中决定许用应力的重要依据。（2）塑性塑性是指材料在断裂前发生塑性变形的能力。（3）韧性韧性是指材料抵抗冲击负荷的能力。（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。热学性质电学、磁学性质光学性质摩擦性质其它性质热膨胀率热传导率比热容热变形温度玻璃化温度熔点隔热性热辐射耐热冲击性导电性绝缘性压电性热电性介电性半导体性磁性电磁波吸收性电磁波反射性透光性散光性吸光性折射率光反射性光敏性紫外线吸收性红外线吸收性耐光性摩擦系数磨损率减振性隔音性吸湿性吸气性透气性吸油性放射线吸收性树脂基复合材料的物理性能典型SMC材料性能项目性能数据项目性能数据拉伸强度/MPa84-140洛氏硬度H50-H112拉伸模量/GPa6.3-14吸湿性(24h)/%0.1-1.0弯曲强度/MPa175-280耐化学性良-优弯曲模量/GPa8.8-70弱酸压缩强度/MPa105-210强酸一般冲击强度(缺口)/（kg/m）43-108弱碱一般相对密度1.7-2.0强碱差热变形温度/℃177-232有机溶剂(氯烯烃除外)良-优连续耐热性/℃149-177燃烧速率慢-自熄正常玻纤含量/%20-35巴氏硬度40-80典型RTM制品性能如下：项目一般产品高强型产品透光透明产品密度g/cm31.651.65～1.801.5拉伸强度MPa85190Mpa75拉伸模量GPa7.39．29弯曲强度MPa156220Mpa100弯曲模量GPa6.18．97冲击强度KJ/m2719550表面粗糙度Ra＜0.5μm＜0.3μm线收缩率＜2‰巴氏硬度455540螺母拔出力≥400kg疲劳试验满足行驶15万公里漆前热处理100℃×3h，无裂纹、变形、分层等缺陷漫透射比————0.7569透光率————95%树脂基复合材料在建筑工业中的应用1、树脂基复合材料的建筑性能（1）材料性能的可设计性树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。（2）力学性能好树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。（3）装饰性好树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。（4）透光性透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。树脂基复合材料在建筑工业中的应用1、树脂基复合材料的建筑性能（5）隔热性建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.5～2.1W(m·K)，红砖的导热系数为0.81W(m·K)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08W(m·K)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。（6）隔音性隔音效果好坏是评价建筑物质