熱壓罐
autoclave一種為固化樹脂基復合材料制品按要求可提供加熱和加壓環境的密閉設備。熱壓罐屬于高壓容器,通常由罐體、真空泵、壓氣機、貯氣罐、控制柜等組成。罐內的溫度由罐內的電加熱裝置提供,壓力由壓氣機通過貯氣罐進行充壓。通常情況使用空氣,只在較高溫度下使用氮氣、二氧化碳等氣體。
熱壓罐成型
autoclave moulding熱壓罐成型是將復合材料毛胚、蜂窩夾芯結構或膠接結構用真空袋密封在模具上,置于熱壓罐中,在真空(或非真空)狀態下,經過升溫→加壓→保溫→降溫和卸壓過程,使其成為所需要求的先進復合材料及其構件的成型方法之一。用熱壓罐成型的復合材料構件多應用于航空航天領域等的主承力和次承力結構。該成型工藝模具簡單,制件密實,尺寸公差小,空隙率低。但是該方法能耗大,輔助材料多,成本高。
熱塑性復合材料纏繞成型
filament winding of thermoplastic composite是熱塑性復合材料的成型方法之一。該方法是將已浸有熱塑性基體樹脂的纖維束或帶纏繞在芯模上,同時用高能束流對纏繞點現場實施快速加熱熔融,隨著纏繞進程,預浸絲束邊熔融邊硬化。這種跟蹤纏繞絲束熔融、硬化的過程是連續自動的,一般只適合于制作旋轉體類的制件。該方法需要一個能產生高能束流的熱源,常用的加熱源有激光、熱空氣、紅外線、微波等。
熱塑性復合材料滾壓成型
roll forming of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法是用預先加熱到軟化溫度的熱塑性預浸料層片連續通過滾壓模具成型,過程類似于金屬的滾壓成型,可實現自動化連續生產,生產效率高,適合大批量生產。
熱塑性復合材料拉擠成型
pultrusion of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法類似于熱固性復合材料的拉擠成型,但浸漬工藝和模具與熱固性復合材料拉擠成型方法不同。熱塑性復合材料拉擠設備主要包括布紗裝置、流態化床、加熱模具、冷卻模具、牽引機、控制系統、切割系統等幾部分。一般用于生產桿、棒、管等型材;用織物增強時也可生產具有復雜截面的型材。產品的力學性能和表面質量都較好,適合大批量生產。
熱塑性復合材料成型
forming of thermoplastic composite是由熱塑性預浸料制備熱塑性復合材料及其制品的工藝過程。與熱固性復合材料成型工藝方法基本相同。常用的成型方法有:拉擠成型、注射成型、模壓成型、熱壓罐/真空成型、纏繞成型、滾壓成型、隔膜成型、熱膨脹模成型等。與熱固性復合材料成型不同的是,熱塑性復合材料成型過程基體樹脂不發生化學變化,其成型過程一般可分為熔融、融合和硬化三個階段;已成型的制品經重新加熱熔融后,還可以二次成型。熱塑性復合材料基體樹脂的熔點大多在300-400℃,接近熱分解溫度,所以成型溫度要嚴格控制:溫度太低樹脂不能充分熔融、融合和流動;溫度太高樹脂會氧化、分解。熔融后要施加足夠的壓力,使預浸料層間充分接觸,除去氣泡,促使樹脂流動,使樹脂與纖維有良好的結合。該方法主要優點是:制件冷卻到玻璃化溫度以下便可卸壓出模,整個成型過程比熱固性復合材料成型過程要短。
熱塑性復合材料對模熱壓成型
matched die press-forming of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法是用陰模和陽模在熱壓機上使已加熱軟化的熱塑性預浸料層片復合成所需要求的制件。為了獲得均勻的壓力和熱傳導,對模具的設計和加工要求很高,通常陰模用金屬材料制成,陽模用耐熱橡膠制成。該方法操作方便,生產效率較高;但成型時樹脂不易流動,易造成制件分層和纖維排列畸變等缺陷。
熱塑性復合材料橡膠墊熱壓成型
rubber pad press-forming of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法是用一個橡膠墊對已加熱軟化的熱塑性預浸料層片施壓,使其緊貼于陽模外表面而成型。其特點與對模熱壓成型大致相同;可達到足夠高的成型壓力,但橡膠墊必須耐較高的成型溫度。
熱塑性復合材料隔膜成型
diaphragm forming of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法是將熱塑性預浸料層片夾在易脫模的可塑性變形的隔膜之間加熱軟化,再用氣壓使之緊貼模具而成型。隔膜應能在成型溫度范圍內被拉伸,常用的有高塑性鋁箔或聚酰亞胺薄膜。
熱塑性復合材料液壓成型
hydroforming of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法是用液壓流體對已加熱軟化的熱塑性預浸料層片施壓,使其緊貼模具而成型。液壓流體用彈性膜密封使之不發生泄漏,并可以達到很高的壓力,壓力分布較均勻,工藝周期短
熱塑性復合材料熱壓罐/真空成型
autoclave/vacuum forming of thermoplastic composite是熱塑性復合材料成型方法之一。該方法是將熱塑性預浸料層片兩面貼上柔軟的薄膜,置于模腔上方,加熱到層片軟化溫度;然后腔內抽真空,外部施高壓,使其貼合到模具上成型。
熱塑性復合材料熱塑成型
thermoforming of thermoplastic composite是指熱塑性復合材料在加熱條件的二次成型。大多數熱塑性基體是結晶型或半結晶型的,在結晶體熔點溫度以下,結晶體熔融成流體,可進行塑性加工,冷卻后重結晶成固體。根據這種原理對熱塑性復合材料實現二次加工。一般是先壓制成板材,然后在高溫條件下把板材成型成符合要求的不同形狀的制件。成型方法有模壓、軋制??沙尚兔毙图?、槽型件等。
離心澆注成型
centrifugal casting moulding是一種利用筒狀模具旋轉產生的離心力將纖維、樹脂和填料均勻地噴射到旋轉的模腔內形成管狀坯件,然后再成型的方法。也可以先將編織套、纖維氈或織物置于筒狀模具內再噴射樹脂形成坯件進行成型。主要設備為能旋轉并可調節轉速的筒狀模具和樹脂噴射管。該方法適合于制備筒狀、管狀和罐狀的一類制件,其特點是制件壁厚均勻、外表光潔。
泡沫貯樹脂成型
foam reserve resin moulding是一種復合材料泡沫夾層結構的成型方法。該方法是用刮涂法使樹脂浸漬軟質通孔泡沫塑料,兩面鋪貼織物鋪層,在模具內用模壓或其他方法加壓使貯存于泡沫塑料中的樹脂浸漬織物鋪層,同時加熱固化,制成夾層結構制件??墒趾尚停部稍跈C器上連續制作。該方法成型壓力低,適合制造大型部件,但不能成型復雜制件。
機械加工[復]machining (composite)
是復合材料構件后加工的主要方法之一,即用機械方法對已成型的復合材料制件進行的第二次加工,以滿足裝配或連接的需要。常用機械加工方法有車、銑、鉆、鋸、拋光等。纖維復合材料的機械加工會出現一些常規材料所沒有的問題,如纖維硬而脆(或堅韌),使刀具磨損大;樹脂基體韌且不導熱,加工時產生的熱量不易散發,使樹脂易粘附刀具;層合板復合材料在加工時極易分層等。應根據這些特點采取相應措施,如選擇堅硬的金屬合金刀具,選擇合理的加工余量,制定專門的加工規范,加工時采取相應的潤滑和冷卻措施等。另外對韌性好的高強度纖維復合材料(如PBO纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維復合材料)的機械加工,需要特殊的工具,以保證加工質量。
機械連接[復]mechanical joint (composite)
是復合材料連接方法之一,即用常規連接方式如鉚接、螺釘連接、螺栓連接等將復合材料制件連接在一起形成整體結構的技術。復合材料機械連接接頭的強度取決于復合材料的擠壓強度和金屬緊固件的剪切強度。機械連接的優點有連接強度高、傳遞載荷可靠、抗剝離性好、易于分拆和重新組合。主要缺點是在復合材料制件上鉆孔時會破壞部分纖維的連續性,易引起分層,導致制件強度下降。因此在鉆孔或裝配時應按專門規范進行,機械連接主要用于受力較大的部件的連接。
機械連接破壞形式[復]failure mold of composite joint
復合材料機械連接的主要破壞形式有擠壓破壞、拉伸斷裂、剪切和劈裂等。機械連接的破壞形式與材料本身性能、載荷大小、纖維取向即鋪層結構等有關。
熱塑性復合材料的焊接[復]welding(fusion bonding) of thermoplastic composite
是熱塑性復合材料一種特有的連接方法,即不需要借助膠粘劑,僅靠復合材料表面的樹脂熔融和融合連接在一起的方法,其接頭的耐熱性和耐化學性能與復合材料制件相同,載荷分布均勻。焊接的工藝周期比膠結和機械連接短,易于自動化。按加熱方式可分為電阻加熱焊接、渦流加熱焊接、電磁波加熱焊接(激光或微波)、超聲波焊接、摩擦焊接以及機械連接與焊接相結合的固緊件加熱焊接等。
熱塑性復合材料的膠接[復]adhesive bonding of thermoplastic composite
是熱塑性復合材料連接方法之一,即用膠粘劑把制件粘接在一起。膠接工藝分四步:膠接表面處理、涂敷膠粘劑、加熱(或加壓)、膠粘劑固化(或硬化)。膠接的載荷分布比機械連接均勻。常用與熱塑性復合材料樹脂基體相同的樹脂制成的薄膜作為熱熔膠,其優點是接頭與制件本身具有相同的耐熱性和耐化學性能,工藝時間短,薄膜可無限期貯存。不同種的熱塑性樹脂薄膜也可用作為熱熔膠,例如用聚醚酰亞胺(PEI)薄膜作為聚醚醚酮(PEEK)復合材料的膠粘劑,相容性好、連接強度高,是一種很有前途的方法。
二次膠接[復]second bonding (composite)
是指已固化了的兩個或兩個以上的不同復合材料制件,通過膠粘劑再次進行膠接固化的技術。二次膠接工序包括被粘表面處理、涂敷膠粘劑(噴、刷或鋪膠膜)、膠接件裝配和固化等過程。膠接質量除與膠粘劑性能、基體材質有關外,還取決于固化溫度、固化時間、固化壓力及環境因素等。膠接優點是不需要鉆孔、可保持復合材料制件的結構完整性,同時可避免鉆孔引起應力集中和承載面積減??;耐疲勞性好;表面光滑和密封性好;成本低。主要缺點是強度分散性大,可靠性低,接頭剝離強度低。一般只適用于載荷能力較小的部位,也可采用混合連接方式,如膠-鉚、膠-螺連接。
表面防護[復]surface protection of composite
為減緩復合材料的老化過程,延長制件的使用壽命,而在制件表面采取的防護措施。表面防護的內容和方式很多,通常是在制件表面施加一層具有保護功能的涂層,起到防熱、防濕、防雷電、防腐和耐磨等作用。如在前沿迎風部位使用耐磨涂料,可抵御破壞性很大的沙蝕和雨蝕;在有防靜電要求的部位涂以防靜電涂料等。目前大多數涂料為環氧和聚氨酯涂料。環氧附著力強,耐介質性能好,能與多種面漆配合使用。聚氨酯涂料附著力強,硬度高,表面豐滿光亮,具有耐油、耐熱、耐濕、耐化學腐蝕、耐大氣老化等優點,常作面漆使用。
熱固性樹脂基復合材料thermosetting resin matrix composite
以熱固性樹脂為基體的復合材料,是目前復合材料用量最多的品種。熱固性樹脂基體一般由樹脂、固化劑與其他添加劑等構成,其樹脂種類很多,常用的有酚醛樹脂、糠醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂和聚酰亞胺樹脂等。熱固性樹脂基復合材料所用的增強體有玻璃纖維、碳纖維、芳綸等,也可以是各種纖維織物、粒狀填料、片狀增強體。熱固性樹脂基復合材料的成型工藝,一般有手糊成型、纏繞成型、熱壓罐成型、模壓成型、噴射成型、樹脂傳遞模塑成型、反應式注射及擠出成型等。熱固性樹脂由于加入的固化劑種類不同,其固化反應機理不同,導致固化后復合材料使用要求存在差異。固化劑決定固化溫度,而固化溫度決定使用溫度,根據固化溫度的不同通??煞譃榈蜏毓袒ㄒ话阒甘覝兀?、中溫固化(125±5℃)和高溫固化(170℃以上)。對于聚酰亞胺類的熱固性樹脂復合材料,固化溫度多在200~350℃。復合材料的使用溫度與固化溫度有關,一般使用溫度高要求固化溫度也高。熱固性樹脂基復合材料比強度和比模量高,耐疲勞與減震性好,耐燒蝕性與阻燃性好,介電性也好。其應用廣泛,如用于交通運輸工業、機械制造工業、建筑業、化工與電器工業等領域。除聚酯樹脂復合材料廣泛用于制造日用工業品外,環氧樹脂復合材料、聚酰亞胺復合材料主要用于航空航天工業。
室溫固化樹脂基復合材料 room temperature curing resin matrix composite
可在室溫下固化成型的樹脂基復合材料。常用樹脂有不飽和聚酯和環氧樹脂。前者一般以苯乙烯等烯類單體為交聯劑,以過氧化環己酮等為引發劑,在萘酸鈦等促進劑作用下進行固化;后者一般為雙酚A型環氧樹脂,相應的固化劑有脂肪族多元胺等。制品具有較好的物理、化學和機械性能,但一般只能在室溫或稍高溫度下使用。室溫固化復合材料工藝簡單,無需加熱設備,常采用接觸壓成型和噴射成型,適于制造大型結構件(如車身、船體等)及對耐濕性無太高要求的制件。
中溫固化樹脂基復合材料intermediate temperature curing resin matrix composite
可在中溫(80~120℃)下固化成型的樹脂基復合材料。常用樹脂有不飽和聚酯和環氧樹脂。前者采用過氧化苯甲酰叔丁酯等中溫下可分解的引發劑,后者主要是雙酚A型環氧樹脂,相應的固化劑有咪唑及其衍生物等。這種復合材料具有良好的力學性能和化學穩定性,可在中溫或較高溫度下使用,各種性能高于室溫固化樹脂基復合材料而工藝又比高溫固化簡單。常用成型方法有接觸壓成型、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型、噴射成型、反應性注射成型等
高溫固化樹脂基復合材料high temperature curing resin matrix composite
可在高溫(一般指170℃以上)下固化成型的樹脂基復合材料。常用樹脂有酚醛和環氧樹脂。前者包括兩類:熱塑性酚醛樹脂采用六亞甲基四胺(烏洛托品)固化劑,熱固性酚醛樹脂固化溫度約為170℃。酚醛樹脂的高溫固化需要在高壓下進行。環氧樹脂高溫固化劑有芳香胺,如DDM、DDS、MPSA,二元酸酐,如順丁烯二酸酐、鄰苯二酸酐和雙氰胺等。高溫固化樹脂基體結構緊密,熱穩定性好、強度高、耐化學腐蝕性和耐大氣老化性能優良,并且預浸料具有較長的適用期。但是工藝條件復雜,需要高溫加熱設備。成型方法有接觸壓成型、纏繞成型、模壓成型和熱壓罐成型等。
不飽和聚酯樹脂基復合材料unsaturated polyester resin matrix composite
以不飽和聚酯樹脂為基體的復合材料。不飽和聚酯是不飽和二元酸及飽和二元酸與二元醇的縮聚物,是目前用量最大的復合材料基體樹脂,大多以玻璃纖維及其制品為增強體。這類復合材料綜合性能優良,有較高的強度和良好的耐化學腐蝕、介電及透波性能,價格低廉;但是耐熱性較低,制品收縮率大。其成型工藝優良,可在常溫常壓下采用多種方法成型,如接觸壓成型、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型、噴射成型及反應性注射成型等,其中接觸壓成型特別適合大型部件的制造。不飽和聚酯樹脂復合材料作為絕緣、耐腐蝕的結構材料廣泛應用于機械制造、交通運輸、建筑裝飾、石油化工、電子電器,如風機葉片、船體、車身、貯缸、管道、電路板、雷達罩等。
環氧樹脂基復合材料epoxy resin matrix composite
以環氧樹脂為基體的復合材料。環氧樹脂分子中一般含有兩個以上環氧基團,按分子結構不同可分為縮水甘油醚、縮水甘油酸、縮水甘油酯以及脂肪族、脂環族環氧樹脂等類型;其固化劑種類有很多,主要有多元脂肪酸酐及芳香酸酐、叔胺類以及某些低聚物等,根據要求可選擇不同固化體系。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸及其制品等。這類復合材料具有較高的強度與模量和良好的尺寸穩定性、耐化學腐蝕性和耐霉菌性。耐熱性與固化劑有關,一般介于酚醛樹脂和不飽和聚酯之間。環氧樹脂對各類纖維有良好的浸潤性和粘附性,成型工藝性好,可通過選擇不同的樹脂固化體系實現室溫、中溫、高溫固化,固化時無揮發分、孔隙率低、收縮率小。通常采用接觸壓成型、模壓成型、熱壓罐成型、纏繞成型、RTM成型、反應式注射成型和擠出成型等。環氧樹脂基復合材料多為高性能復合材料,廣泛應用于航空、航天、機械、電器、化工等工業領域。
多官能度環氧樹脂(基)復合材料multiifunctional epoxy resin matrix composite
是環氧樹脂基復合材料的一種。所采用的樹脂基體為多官能度環氧樹脂,即該類環氧樹脂平均每個分子中含有至少三個環氧基團,如AGF-90為三官能團環氧樹脂,AG-80為縮水甘油胺類四官能度環氧樹脂,其特點是粘度低,活性大,交聯密度高,對常見的各種增強纖維如玻璃纖維、碳纖維及有機纖維等具有良好的浸潤性與粘附性。固化劑通常最好選胺類和酸酐類,尤其以芳香胺如DDM、DDS合適。這種復合材料具有較高的耐熱性和力學性能,并具有良好的耐腐蝕性、耐候性和介電性能等。缺點是較脆,常需加入增韌劑或其他樹脂混用。常用的成型方法與環氧樹脂基復合材料基本相同。
環氧酚醛樹脂基復合材料epoxy phenolic resin composite
以環氧酚醛樹脂為基體的復合材料。環氧酚醛樹脂是低分子量線性酚醛樹脂在堿性催化劑作用下與過量的環氧丙烷反應制得的一種多環氧化酚醛樹脂。室溫下一般呈高粘度或半固體狀態,對常見的各種增強材料如玻璃纖維、碳纖維和芳綸等都具有良好的浸潤性和粘附性。其特點是環氧基含量高,固化后樹脂交聯密度大。可采用一般環氧樹脂固化劑進行固化,如叔胺、酸酐及咪唑類等。這類復合材料的耐熱性介于環氧樹脂和酚醛樹脂復合材料之間,成型工藝性較酚醛樹脂好,收縮率也較低。成型方法與環氧樹脂基復合材料相同。
酚醛樹脂基復合材料phenolic resin composite
以酚醛樹脂為基體的復合材料。酚醛樹脂基復合材料主要以無機或有機粉狀填料、短纖維、玻璃纖維及其制品為增強體,較少采用碳纖維、芳綸等。酚醛樹脂是世界上用于復合材料的最早使用的樹脂基體。通常有熱塑性與熱固性兩種樹脂類型,前者需要借助固化劑固化成型;后者可自身在高溫下固化成型。酚醛樹脂復合材料具有良好的耐熱性、耐燒蝕性、抗蠕變性、尺寸穩定性、阻燃性、耐磨性、耐腐蝕性以及介電性能,缺點是制品收縮率高,脆性大,需在高溫、高壓下成型。酚醛樹脂基復合材料不僅用作航天領域的燒蝕材料,而且廣泛應用于機械制造、電子電器、建筑、化工等領域。
低壓酚醛樹脂基復合材料low presure phenolic resin composite
是酚醛樹脂基復合材料的一種,其基體是低壓酚醛樹脂。低壓酚醛樹脂是指可以在較低壓力(一般為0.3~3MPa)下成型的酚醛樹脂。這種樹脂通常有兩種來源,一種是苯酚、甲醛在氫氧化鋇催化作用下縮合得到的高鄰位低壓酚醛樹脂,具有粘度低、揮發分少、固化速度快等特點;另一種是用聚乙烯醇縮丁醛等改性的低粘度熱固性酚醛樹脂。低壓酚醛樹脂復合材料具有高壓酚醛樹脂復合材料的許多特性,如耐熱性好、可在180~200℃下長期使用;介電性、耐磨性、抗蠕變性、尺寸穩定性優良;價格低廉等。突出優點是成型壓力低,克服了高壓酚醛樹脂設備龐大、操作復雜、不能成型較大型制件的缺點,適合真空、袋壓、熱壓罐、接觸、纏繞及層壓等成型方法。廣泛應用于航空航天及化工領域等。
高壓酚醛樹脂基復合材料high presure phenolic resin composite
是酚醛樹脂基復合材料的一種,其基體是高壓酚醛樹脂。高壓酚醛樹脂是指需在較高壓力(一般為5~50MPa)下成型的酚醛樹脂。這類復合材料耐熱性高、尺寸穩定性好,吸水性小,介電性能優異,耐燒蝕,耐腐蝕等特點。通常用模壓成型。主要用于制作各類耐熱、耐磨、絕緣制品,小型結構件及各種層壓板,用于電氣儀表、機械制造及其他工業領域。
改性酚醛樹脂基復合材料 modified phenolic resin composite
以改性酚醛樹脂為基體的復合材料。為滿足復合材料性能及工藝要求,一般需要對普通酚醛樹脂進行改性。改性途徑很多。用聚乙烯醇縮丁醛、丁氰橡膠等可改性酚醛樹脂脆性;用硼酸、有機硅樹脂可改性其耐磨和耐然性;用環氧樹脂、氨基樹脂可改善其粘附性、力學性能及可裝飾性;用封閉酚羥基方法可增加酚醛樹脂的耐堿性及吸濕性;用環氧氯丙烷與酚羥基反應可獲得工藝性好的環氧酚醛樹脂等。改性酚醛樹脂復合材料常采用真空袋、熱壓成型和纏繞成型;有時也采用模壓、拉擠、注射等成型方法。這類復合材料作為耐高溫、耐燒蝕材料主要應用于航空航天及其他領域。
雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料bismaleimide resin composite
以雙馬來酰亞胺為基體的復合材料。雙馬來酰亞胺(BMI)是由馬來酸酐和芳香二胺經縮合反應得到的熱固性樹脂,分子量小,分子兩端帶有活潑雙鍵,可自聚,也可與烯類單體及其齊聚物或不同結構的雙馬來酰亞胺的齊聚物進行二元或三元共聚,還可與胺類單體進行加成反應,可得到許多改性樹脂品種。常用的增強纖維有碳纖維、石墨纖維及混雜纖維,玻璃纖維也有少量使用。這類復合材料耐溫性好,可在180~200℃下長期使用,耐濕熱和老化性能優良,燃燒時少煙、低毒;工藝性良好,適合于接觸壓成型、纏繞成型、熱壓罐成型和模壓成型等。
改性雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料modified bismaleimide resin composite
以改性雙馬來酰亞胺為基體的復合材料。雙馬來酰亞胺(BMI)具有突出的耐溫性能,但脆性大,斷裂應變低,固化溫度高,作為高性能復合材料基體,必須改性后使用。有多種改性途徑:烯丙基苯衍生物或丙稀基化合物可通過與BMI分子的烯類鏈擴展反應和較高溫度下進行的交聯反應形成交聯網絡,具有良好的韌性;還可采用橡膠、低分子量熱塑性塑料與BMI共混改性,形成半互穿網絡,以達到改善韌性的目的。用途和工藝方法參見“雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料”。
脲醛樹脂基復合材料urea-aldehyde resin composite
以脲醛樹脂為基體的復合材料。脲醛樹脂是脲與醛在酸性或堿性介質中加熱縮聚而成,屬熱固性樹脂。脲醛樹脂復合材料主要有兩種形式。(1)壓塑粉:有脲醛樹脂、填料(如紙漿、木粉)和其他添加劑混合加工而成的粉狀填料,在130~150℃下可模壓呈各種制品,主要用于制造耐水性和介電性要求不高的制品如電插頭、開關、機器手柄、儀表外殼、旋鈕、日用品等。(2)層合板:由浸漬了脲醛樹脂的紙、棉織物與玻璃纖維織物經烘干制成浸膠布,然后疊合、壓制而成。層合板耐熱、耐弱酸與堿、耐油與脂肪,剛度與強度較好,主要用于制造內裝飾貼面板和收音機外殼等。
聚氨酯樹脂基復合材料polyurethane resin matrix composite
以熱固性聚氨酯樹脂為基體的復合材料。熱固性聚氨酯是多壬二酚(PAPI)與高分子量多元醇的縮聚產物。常用的增強纖維是短切或研磨的玻璃纖維與碳纖維。由于未固化聚氨酯熱固性體系在室溫下是流動性很好的液體,并可迅速固化轉變為不溶不熔的狀態,因此常采用增強反應注射模塑工藝。碳纖維增強聚氨酯復合材料的主要優點是密度低,強度與低溫沖擊韌性好,熱膨脹系數低,與模具鋼材的熱膨脹系數相近,彎曲模量比未增強聚氨酯基體高1倍。聚氨酯復合材料在汽車工業中有重要的應用,如制造車蓋、發動機罩柵板、阻流板、儀表板、保險杠等。
熱固性聚酰亞胺樹脂基復合材料thermosetting polyimide resin matrix composite
以熱固性聚酰亞胺樹脂為基體的復合材料。聚酰亞胺樹脂是一類分子鏈上含酰亞胺基的聚合物的總稱。品種很多,一般以四元羥酸二酐與二元伯胺縮聚而成,有熱固性與熱塑性之分。熱固性的有均苯型聚酰亞胺、酮酐型聚酰亞胺、NA基封端聚酰亞胺、乙炔基封端聚酰亞胺、聚苯并咪唑型聚酰亞胺等,它們都是耐高溫聚合物,可在250℃左右長期使用,短期使用溫度可達300~400℃。均苯型聚酰亞胺還有優良的低溫性能,最低使用溫度達-240℃。所有的熱固性聚酰亞胺都具有出色的力學性能與介電性能、優良的耐輻照性能、耐燃性、耐磨性、耐溶劑性,是高性能復合材料的重要樹脂基體。其復合材料的主要形式有兩種:一種是由玻璃纖維、碳纖維及其織物增強的用作結構的復合材料,另一種是由石墨、二硫化鉬填充的可用作自潤滑耐磨制件的模塑料。
三聚氰胺甲醛樹脂基復合材料melamine formaldehyde matrix composite
以熱固性三聚氰胺甲醛樹脂為基體的復合材料。三聚氰胺甲醛樹脂是由三聚氰胺與甲醛在酸性或堿性介質中縮聚而成的。根據增強體的不同,可得到不同形式的復合材料,如纖維增強模塑料、層合結構、壓塑粉。該類復合材料廣泛應用于高級電工絕緣制品,如防爆電器配件、電動工具絕緣部件、耐電弧的工業配件。壓塑粉還常用于制造日用品、餐具等。
有機硅樹脂基復合材料silicone matrix composite
以有機硅樹脂為基體的復合材料。有機硅樹脂通常由有機氯硅烷經水解縮合而成,分子上有活性基團,可進一步固化,屬熱固性樹脂。有機硅樹脂最大的特點是兼具優良的耐熱性、電絕緣性與耐電弧性、且受濕度的影響極小,但力學性能較差。其復合材料主要有四種形式,如有機硅玻璃漆布、有機硅層壓塑料、有機硅云母制品、有機硅模壓塑料。
互穿網絡樹脂基復合材料interpenetrating matrix network composite
以具有互穿網絡結構的樹脂為基體的復合材料。制備互穿網絡樹脂基復合材料時,通常是將兩種或兩種以上的預聚體樹脂體系混合物與填料或增強纖維混合,制成模塑料,或用混合預聚體樹脂的溶液浸漬增強纖維(或其織物)制成預浸料,然后以各種方式把它們壓制成復合材料制品。用具有互穿網絡結構的樹脂作復合材料的基體,目的是為了克服單一熱固性樹脂基體的弱點。如環氧樹脂基復合材料比較脆,而聚氨酯-環氧互穿網絡樹脂復合材料的韌性就比較高。又如聚酯復合材料的撕裂強度與耐磨性不足,而聚氨酯-聚酯互穿網絡復合材料即使在高溫下其撕裂強度與耐磨性也很出色,可用于履帶車輛。
半互穿網絡樹脂基復合材料semi-interpenetrating matrix network composite
以具有半互穿網絡結構的樹脂為基體的復合材料。具有半互穿網絡結構的樹脂是一種交聯高聚物與一種線性高聚物互相貫穿的共混物,具有良好的綜合性能。如將熱固性樹脂與熱塑性樹脂制成半互穿網絡結構樹脂,可獲得兼具良好加工性與韌性的高性能復合材料樹脂基體。半互穿網絡結構的樹脂其性能取決于四個因素:組元高聚物的性能,組元高聚物之間的配比,制備工藝參數,控制相形態與相穩定性有關的熱力學與動力學參數。一般熱塑性樹脂的含量以20~40%為宜。
熱塑性樹脂基復合材料thermoplastic resin matrix composite
以熱塑性樹脂為基體的復合材料。常用的熱塑性樹脂基復合材料的基體有聚丙烯(等規)、聚酰胺、飽和聚酯、聚苯硫醚、聚醚酮、熱塑性聚酰亞胺、聚苯醚、聚砜和聚四氟乙烯等。該類復合材料常用的增強纖維有玻璃纖維、碳纖維、芳綸等。與熱固性樹脂基復合材料相比,熱塑性樹脂復合材料具有韌性高、成型工藝簡單、吸濕性小、容易修補、可作二次成型、預浸料在室溫下可無限貯存等優點。其成型工藝方法參見“熱塑性復合材料成型”。
聚苯硫醚基復合材料polyphenylene sulfide matrix composite
以聚苯硫醚(PPS)樹脂為基體的復合材料。聚苯硫醚樹脂是以二氯苯和硫化鈉為原料,通過自縮聚制得。其玻璃化轉變溫度為85℃,熔融溫度為285℃,具有極高的熱穩定性,在400℃空氣中保持穩定。聚苯硫醚樹脂有優良的耐燃性、耐化學性,但沖擊韌性較低。用纖維增強后,沖擊強度大幅度提高,耐熱性與其他力學性能也得到全面改善。常用的增強纖維有玻璃纖維、碳纖維與芳綸。復合形式有模塑料、可沖壓片材、預浸布、氈或預浸帶。其成型方法參見“熱塑性復合材料成型”。
聚醚醚酮基復合材料polyether ether ketone matrix composite
以聚醚醚酮(PEEK)樹脂為基體的復合材料。聚醚醚酮樹脂是用4,4’-二氟苯酮、對苯二酚和碳酸鈉或碳酸鉀為原料,以苯酚為溶劑縮聚而成。其熔融溫度為334℃,玻璃化轉變溫度為143℃。纖維增強后可在310℃連續使用。具有優良的韌性與耐疲勞性、高溫耐磨性、阻燃性,尤其耐熱水與蒸汽。聚醚醚酮復合材料是高性能先進復合材料之一。可用熱壓罐或模壓工藝成型,也可以纏繞成型。與碳纖維增強環氧復合材料相比,它的層間斷裂韌性高1個數量級,強度高25%,疲勞壽命高1倍。這種復合材料對沖擊損傷不敏感,在結構設計中損傷容限較大。在航空等工業領域中有重要的應用前景。
聚醚酮酮基復合材料polyether ketone ketone matrix composite
以聚醚酮酮(PEKK)樹脂為基體的復合材料。聚醚酮酮的玻璃化轉變溫度為156℃,熔融溫度為338~384℃,取決于合成路線。它與聚醚醚酮、聚醚酮都屬于聚芳醚酮類,具有優良的電性能、耐燃性、耐輻照性、耐溶劑性等。與聚醚醚酮相比,聚醚酮酮的耐熱性較高,而力學性能略低;聚醚酮酮制品較脆,但加工中流動性好。聚醚酮酮復合材料中常用的增強纖維是玻璃纖維和碳纖維。其成型工藝方法與聚醚醚酮基復合材料基本相同。
聚醚酮基復合材料polyether ketone matrix composite
以聚醚酮(PEK)樹脂為基體的復合材料。聚醚酮的玻璃化轉變溫度為162℃,熔融溫度為371℃。聚醚酮與聚醚醚酮樹脂、聚醚酮酮都屬于聚芳醚酮類,具有優良的電性能、耐燃性、耐輻照性、耐溶劑性等。與聚醚醚酮相比,聚醚酮的耐熱性更高,能在260℃下長期使用,強度與模量也更高,但韌性相對差一些。聚醚酮復合材料中常用的增強纖維是玻璃纖維與碳纖維。聚醚酮復合材料的力學性能與耐熱性均高于聚醚醚酮復合材料。在機械工業與航空航天工業中,可代替鋁合金構件。
聚醚砜基復合材料polyetherfone matrix composite
以聚醚砜(PES)樹脂為基體的復合材料。聚醚砜又叫聚苯醚砜、聚苯砜醚和聚芳醚砜,是聚砜類中的一種。有較高的耐熱性,能在180℃下長期使用。有良好的耐溶劑性,用苯、甲苯等清潔劑清洗不開裂。與金屬如銅、銀、鋁等粘結良好。帶金屬嵌件的注塑制品無應力開裂現象,還能焊接。有出色的電性能,并在20~200℃范圍內不隨溫度變化。制品主要采用注塑成型,主要用于電子電氣部件,如印刷電路板、接線柱、密封頭、線圈架等。在汽車工業中可用于制造傳動裝置等。
聚砜基復合材料polysulfone matrix composite
以聚砜樹脂為基體的復合材料。聚砜是有砜基(—SO2—)和芳環的線性高聚物,有雙酚A-聚砜、聚芳砜與聚醚砜三種。通常把雙酚A-聚砜稱為聚砜,屬無定形。其制品耐熱性好,能在150℃下長期使用,有高度的化學穩定性和自熄性,出色的電絕緣性和力學性能,吸水性小,尺寸穩定性高,是一種優質工程塑料。聚砜基復合材料制品主要采用注塑成型、擠塑成型與模壓成型,可用于無線電工業、儀表工業、紡織工業與汽車工業等。
熱塑性聚酰亞胺基復合材料thermoplastic polyimide resin matrix composite
以熱塑性聚酰亞胺樹脂為基體的復合材料。熱塑性聚酰亞胺有單醚酐型聚酰亞胺、雙醚酐型聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、氟酐型聚酰亞胺與順酐型聚酰亞胺。其中除氟酐型聚酰亞胺能在250℃以上長期使用,屬耐高溫暖聚合物外,其他樹脂的耐熱溫度均低于250℃。但是都有出色的力學性能與介電性能,優良的耐輻照性、耐燃性、耐腐蝕性和耐有機溶劑性。成型方法有熱壓成型、模壓成型、注射成型和擠出成型等。可用作先進復合材料構件,如宇航結構件、飛機零件、噴氣發動機零件、雷達天線罩等。
聚甲醛樹脂基復合材料polyformaldehyde matrix composite
以聚甲醛樹脂為基體的復合材料。聚甲醛是甲醛的均聚物與共聚物的總稱。聚甲醛是線形結晶高聚物,其力學性能優良,剛度高、耐沖擊、耐蠕變,尤其是耐疲勞性極好,同時還有良好的自潤滑性、耐磨性與耐化學性,是一種性能優良的熱塑性樹脂基體。聚甲醛復合材料制件主要采用注塑、擠塑、吹塑等工藝成型??捎糜谥圃炱?、機械、精密儀器、通訊設備中的結構零件,特別是用來制造耐磨損并承受高負荷的零件,如齒輪、軸承等,也常用于制作自來水、煤氣工業中的管材與閥門之類的零部件
聚全芳香酯樹脂基復合材料wholly aromatic polyester matrix composite
以聚全芳香酯樹脂為基體的復合材料。聚全芳香酯樹脂是一類分子主鏈全由苯環與酯基組成的高聚物。典型的代表是聚苯酯-聚羥基苯甲酰(也叫羥基苯甲酰聚酯),高度結晶,在400℃下幾乎不流動,450℃結晶也不能完全破壞。熱穩定性非常好,可在316℃下長期使用,在317-427℃下短期使用。與其他熱塑性樹脂相比,它的熱導率位居之首。其復合材料制品采用注射、增強注射與模壓工藝成型。主要用于尺寸精度高的制品如集成電路、半導體、真空管用接線柱與插座零部件,高溫下耐疲勞、剛性好的耐熱線圈骨架,高溫下耐摩擦磨耗的軸承,高負荷下的軸承以及其他耐高溫自潤滑密封制品。主要用于汽車、電器電子工業等。
聚丙烯基復合材料polypropylene matrix composite
以有規立構聚丙烯樹脂為基體,用纖維(或其織物)增強或無機填料填充制得的復合材料。有規立構聚丙烯是一種結晶塑料,玻璃化轉變溫度為-10℃,熔點176℃,與未增強聚丙烯塑料相比,玻璃纖維增強聚丙烯的力學性能大幅度提高。玻璃纖維含量為20%的增強聚丙烯的拉伸強度為75MPa、彎曲彈性模量為48Gpa,低溫沖擊強度提高約1倍。此外制品收縮率低、抗蠕變性與耐熱性也有提高。常采用擠出成型工藝,可用于汽車、建筑、電子、化工等領域。加入填料還可以作屏蔽材料。
聚碳酸酯基復合材料polycarbonate matrix composite
以芳香族聚碳酸酯樹脂為基體的復合材料。芳香族聚碳酸酯在一般工藝條件下為無定形。具有透明度高、剛性好、耐蠕變、尺寸穩定性好、韌性(尤其是低溫韌性)好等優良的綜合性能,但耐環境應力開裂能力較差。聚碳酸酯基復合材料主要用短切玻璃纖維增強。纖維含量為10~40%時,其復合材料的拉伸強度可提高1-1.5倍,開裂能力提高5-7倍,耐熱溫度提高約15℃,線膨脹系數降低至1/4-1/2。通常采用注射擠出和擠出吹塑工藝成型,用于汽車工業與儀表工業等。
聚四氟乙烯基復合材料polytetrafluoroethylene matrix composite
以聚四氟乙烯樹脂為基體的復合材料。聚四氟乙烯是四氟乙烯的均聚物,屬非極性結晶高聚物。熔融溫度為327℃,可在-250~+260℃范圍內長期使用。具有特別優良的耐酸堿腐蝕性,有“塑料王”之稱。電絕緣性優良,且不受環境溫度與濕度的影響。有出色的自潤滑性,有突出的表面不粘性。缺點是強度較低;熔體粘度極高,難以用普通熱塑性塑料的加工方法成型,必須用燒結工藝成型制品。聚四氟乙烯經纖維增強與填料填充后,強度、剛度、抗蠕變性等都有大幅度提高。主要用作覆銅板基材、電氣插接件、自潤滑軸承、密封墊等。氟化鋰填充聚四氟乙烯還可制成熱釋光材料。
聚苯并咪唑基復合材料polybenzimidazole matrix composite
以聚苯并咪唑樹脂為基體的復合材料。聚苯并咪唑屬雜環聚合物,玻璃化轉變溫度為480℃,能在270℃長期使用,400℃短期使用,是目前耐高溫性能最好的樹脂,低溫性能也優良,即使在-190℃也不發脆。有自潤滑性,常用其模壓制品作耐熱自潤滑軸承。用纖維或無機填料進行填充或增強后,可作航空、航天用高級復合材料。如用二氧化硅纖維增強聚苯并咪唑得到的復合材料可作雷達天線罩的結構材料。
玻璃纖維增強樹脂基復合材料 glass fiber reinforced resin matrix composite
俗稱玻璃鋼,是以玻璃纖維及其制品或短切纖維增強的樹脂基復合材料?,F代復合材料是從玻璃纖維復合材料開始的,是目前用量最多的一種復合材料。玻璃纖維是由熔融玻璃快速抽拉而成的細絲,直徑一般為5~20μm,纖維越細,性能越好。按原料組分可分為有堿、中堿、無堿和特種玻璃纖維。制品主要有玻璃布,按編織方法不同,有平紋、斜紋、緞紋、單向、無捻布等,其性能、價格不同,如緞紋布拉伸、彎曲強度較平紋布好。常用的樹脂基體有不飽和聚酯、環氧、酚醛樹脂及熱塑性的聚丙烯、尼龍、聚苯醚樹脂等,其中不飽和聚酯工藝性能好,最為常用。玻璃纖維在復合前需進行表面處理,除去浸潤劑,有利于提高與樹脂的粘附力和耐濕性。該種復合材料與其他復合材料一樣具有性能的可設計性,輕質高強;耐腐蝕性能好,可耐氫氟酸和濃堿外的大多數化學試劑;絕緣性好,透波率高;絕熱性好,超高溫下可大量吸熱,成本低。缺點是模量低,長期耐溫性差。適于多種成型方法,如接觸壓成型、熱壓罐成型、纏繞成型、模壓成型、樹脂傳遞模塑成型、注射成型和拉擠成型等。廣泛應用于機械制造、石油化工、交替運輸、航空航天及建筑等工業領域中。如制造車身、船體等大型結構件、飛行器結構件、雷達罩、印刷電路板及耐腐蝕貯罐、管道、保溫結構等。
碳纖維增強樹脂基復合材料 carbon fiber reinforced resin matrix composite
以碳纖維或石墨纖維及其制品增強的樹脂基復合材料,是目前應用最多的一種先進復合材料。碳纖維是以有機原絲為主要原料,經預氧化、碳化、石墨化得到。按力學性能分為中強中模型、高強型和高模型三種,碳纖維增強體織物有平紋布、緞紋布、無緯布及三向編織物等。常用的樹脂為環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚醚醚酮樹脂及聚苯硫醚樹脂等。碳纖維樹脂復合材料具有比強度高、比模量高、熱膨脹系數很小、導電、自潤滑性好等優良性能,但沖擊強度與層間剪切強度偏低。碳纖維復合材料常采用熱壓成型、纏繞成型、特別是用作航空航天結構件需要熱壓罐成型,目前主要應用于航空航天工業中作主、次及非承力結構材料,如機翼、副翼、尾翼、噴管、火箭殼體等,少量用于某些醫療器械、體育用品及自潤滑耐磨機械零件,如齒輪、軸承等。
芳綸增強樹脂基復合材料 aramid fiber reinforced resin matrix composite
用芳綸及其制品增強的樹脂基復合材料,是先進復合材料的一種。芳綸即芳香族聚酰胺纖維,主要是由對苯二胺與對苯二酰氯縮聚后,經液晶紡絲而成,制品有平紋、斜紋、緞紋布及其他織物。常用的樹脂基體為環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚苯硫醚樹脂等。該類復合材料具有比強度高、比模量高、耐熱、耐疲勞、抗蠕變、負的熱膨脹系數及阻燃性能優良等特點。但壓縮強度和剪切強度較低。適用各種成型方法,如纏繞成型、熱壓罐成型、接觸壓成型、模壓成型、注射成型及拉擠成型等。主要應用于航空航天及軍工生產中,如制造飛行器整流罩、方向舵、火箭發動機殼體及防彈裝甲等,也可用于體育和醫療器械。
混雜纖維增強樹脂基復合材料 hybrid fiber reinforced resin matrix composite
由兩種或兩種以上的纖維增強同一種樹脂基的復合材料。常用于混雜的纖維有碳纖維、玻璃纖維、芳綸及硼纖維。樹脂基體主要是環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂及某些高性能熱塑性樹脂。纖維混雜方式有束內混雜、層內混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內、層間與夾芯綜合混雜以及纖維組合混雜等,前三者較常用。通過混雜,可突出結構設計與材料設計的統一性,滿足綜合性能要求,提高和改善單一復合材料的某些性能,也可用以降低成本。如將玻璃纖維與碳纖維混雜可提高碳纖維復合材料的沖擊性能,同時降低成本,而碳纖維又提高了玻璃纖維復合材料的模量、強度和耐疲勞性能;芳綸與碳纖維的混雜則將前者良好的韌性和后者較高的壓縮性能結合起來,達到互補效果。適用一般成型方法,如接觸壓成型、熱壓罐成型、模壓成型等。廣泛應用于航空、航天、交通運輸、機械制造及建筑等工業領域中,如火箭發動機殼體、直升飛機旋翼、衛星天線以及船體、建筑用工字梁等。
短切纖維增強樹脂基復合材料 short cut fiber reinforced resin matrix composite
以短切纖維增強的樹脂基復合材料。應用最多的是短切玻璃纖維、中等模量的碳纖維、石棉纖維也有少量使用。短切纖維一般均由連續纖維切割而成,長度在3~50mm之間,根據成本、強度、與樹脂基體的匹配及工藝要求可靈活選用。常用的樹脂基體由熱固性樹脂、乙烯基樹脂和熱塑性的尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯等兩大類型。短切纖維的增強機理與連續長纖維不同,其復合材料力學性能,尤其是抗疲勞性能明顯低于長纖維增強復合材料。但是利用短切纖維的隨機取向,可獲得各向同性材料,以滿足不同受力狀態要求。成型方法以模壓和注射為主,也常用離心澆注與噴射。這種復合材料易實現制造過程的自動化及提高產品精度,廣泛應用于汽車、機械、建筑及化工等領域中。
顆粒填充樹脂基復合材料 particle reinforced resin matrix composite
以顆粒狀物料填充增強的樹脂基復合材料。常用的顆粒(粉)狀填充劑(填料)有無機類的石英粉、滑石粉、石棉粉、云母粉及某些金屬氧化物和有機類的木粉、石墨粉、碎棉絨等。常用的樹脂基體有酚醛樹脂、氨基樹脂、環氧樹脂及某些熱塑性樹脂。采用顆粒填充可提高介電性、耐熱性、導熱性、硬度及降低成本等,但其力學性能普遍低于短切纖維增強樹脂基復合材料。成型方法主要有模壓、澆注和注塑,前者適于酚醛、氨基樹脂,中者適于環氧樹脂,后者多適于熱塑性樹脂。成型前通常需將填料填充劑與樹脂混合均勻,制成壓塑粉。強度雖不如金屬,但密度小,因而比強度、比模量較高,可代替有色或黑色金屬制造的各種耐磨零件,電氣絕緣制品等,廣泛應用于機械、電子、建筑、化工及航空航天工業中。
樹脂基復合材料層壓板resin matrix composite laminate
以樹脂為基體與片狀增強體通過模壓或LCM工藝等復合而成的復合材料層合板。該層合板可分為樹脂基纖維層壓板、樹脂基紙層壓板、樹脂基布層壓板和樹脂基木質層壓板。分別參見“樹脂基纖維層壓板”、“樹脂基紙層壓板”、“樹脂基布層壓板”和“樹脂基木質層壓板”條目。
樹脂基纖維層壓板resin matrix fiber laminate
以樹脂為基體的片狀預浸料或預成型體經模壓或LCM工藝復合而成的復合材料層合板。具體內容見“熱固性樹脂基復合材料”和“熱塑性樹脂基復合材料”條目。
樹脂基紙層壓板resin matrix paper laminate
由樹脂浸漬的紙張疊合壓制而成的層合板。常用的紙張有硫酸鹽、亞硫酸鹽或它們的混合物與棉纖維或木漿混合制成的紙張等。樹脂浸漬紙張的方法有兩種:用樹脂溶液(濕法)或熔融樹脂將紙張浸透,稱浸漬法;在造紙過程中將樹脂與紙漿直接混合,得到浸有樹脂的紙張,稱打漿法。層合板壓制在多層油壓機上和較高溫度及壓力下進行,壓制時間由板厚度決定,紙張吸水性大,制造過程需要很好的干燥條件。這種層壓板主要用于電氣、建筑、裝飾及一般工業中。
樹脂基布層壓板resin matrix cloth laminate
由樹脂浸漬的布疊合壓制而成的層合板。布有多種,有機類的有棉布、麻布、合成纖維布和碳布等,無機類的有玻璃布和石棉布等。布的材料與品種很大程度上決定了布層壓板的性能。樹脂浸潤布通常在浸膠-干燥機上進行,方法有溶液(清漆)法,乳液法和直接用熔融樹脂浸潤法等,壓制通常在多層油壓機上進行,溫度和壓力較高,時間取決于板厚。布層壓板除介電性能好外,還具有低的缺口效應、低摩擦系數和低磨損率,可作絕緣器件、齒輪、軸承、輪子和槳葉等,可廣泛應用于電子、電氣、機械制造及建筑工業領域。
樹脂基木質層壓板resin matrix wood laminate
由浸潤過樹脂的木片疊合壓制而成的層合板。木片的厚度一般為0.24~6mm。木質層壓板的物理性能主要取決于木片種類與厚度及樹脂品種與含量,其拉伸、彎曲和沖擊強度均超過紙、布層壓板。樹脂浸漬木片通常采用溶液法或乳液法,在室溫下進行,因木片不耐高溫,烘干應在較低溫度下減壓進行。壓制溫度和壓力較高,時間依板厚而定。這種層壓板可代替金屬材料或布層壓板制造軸承、齒輪、滑輪、螺旋槳及大型結構部件,可廣泛應用于機械、建筑、電器、船舶、汽車領域。
纖維增強金屬層壓板fiber reinforced metallaminate
利用膠粘劑把兩層或多層金屬薄板和夾在薄板之間的增強纖維膠接在一起復合成的層合板,亦稱纖維金屬膠接層合板。所用的金屬薄板多為鋁合金、鋁鋰合金、鋁銅合金、鋁鋅合金,也可用鈦合金、鋼及其它結構金屬。金屬薄板的厚度一般為0.1~0.3mm。增強纖維多用芳綸、玻璃纖維或碳纖維。增強纖維形式為單向排列的無緯布或編織物或短切纖維。所用膠粘劑,可以是熱固性的也可以是熱塑性的。纖維增強金屬層壓板是一種新型的結構材料,具有抗疲勞和抗損傷性能,耐環境和耐雷擊性能優異,阻尼性及成型加工性好等特點,用于飛機、航天器、磁懸浮列車、輕型防彈裝甲、汽車、艦船、管道等領域。
混雜纖維增強鋁層壓板hybrid reinforced aluminum laminate
由薄的經表面處理并涂底膠的鋁合金板和混雜纖維預浸料交替鋪層,經加溫加壓固化而成的層合板,是纖維增強金屬層壓板的一種。由于該層壓板中含有兩種纖維,其性能比單一纖維增強時要優異,但制作工藝要復雜一些,其特點與應用參見“纖維增強金屬層壓板”條目。
碳纖維增強鋁層壓板carbon fiber reinforced aluminum laminate
由薄的經表面處理并涂底膠的鋁合金板和碳纖維預浸料交替鋪層,經加溫加壓固化而成的層合板,是纖維增強金屬層壓板的一種,有關特點與用途參見“纖維增強金屬層壓板”條目。
玻璃纖維增強鋁層壓板glass fiber reinforced aluminum laminate
由薄的經表面處理并涂底膠的鋁合金板和玻璃纖維預浸料交替鋪層,經加溫加壓固化而成的層合板,是纖維增強金屬層壓板的一種。除了具有纖維增強金屬層壓板的一般性能特點外,其突出的優點是極好的疲勞性能,很高的強度,優異的斷裂韌性。其他與芳綸增強鋁層壓板基本相似,參見“芳綸增強鋁層壓板”條目。
芳綸增強鋁層壓板aramid fiber reinforced aluminum laminate
由薄的經表面處理并涂底膠的鋁合金板和芳綸纖維預浸料交替鋪層,經加溫加壓固化而成的層合板。一般鋁合金板的厚度約為0.3mm,芳綸預浸料厚度約為0.2mm。芳綸增強鋁層壓板是纖維增強金屬層壓板中研究最多的類別。其主要特點有:在纖維方向的極限強度遠大于相應的鋁合金,但斷裂延伸率比鋁合金低;止裂作用明顯,抗損傷容限好,即使有幾個毫米的疲勞裂紋仍可安全工作,具有抗Ⅱ區雷擊的能力;在1-1000Hz內,聲阻尼性能比整體鋁板高2.3倍;具有類似鋁合金的成型加工特性。其剝離強度較低。常作為結構材料用于航空航天領域和通用領域。
泡沫夾層結構foam core sandwich structure
由面板(蒙皮)與輕質泡沫芯材組成的層狀復合結構。面板多為碳纖維、玻璃纖維、芳綸復合材料層合板和鋁板。泡沫芯材主要是泡沫塑料。泡沫夾層結構突出優點是彎曲剛度大,重量輕,材料強度可充分利用。泡沫夾層結構的性能取決于面板材料和泡沫芯材料,一般硬質泡沫夾層結構的力學性能較優異。泡沫夾層結構的制造方法主要有兩種:一是先制得泡沫芯而后在其上成型面板(蒙皮);另一種是先制成面板(蒙皮),而后在其所圍的空間中發泡。熱固性泡沫塑料是原材料配好后直接攪拌發泡,而熱塑性泡沫塑料則是先發泡成坯,而后將坯再次升溫發泡。泡沫夾層結構可用作飛機的舵面、艙門、直升機的旋翼等。還可以用作其他民用方面,如用作隔音、隔熱、減震構件。體育器具中有不少也采用泡沫夾層結構。硬質泡沫夾層結構多為承載作用;軟質泡沫夾層結構受力變形大,適用于減震。
泡沫芯[復] foam plastic core
泡沫芯是泡沫夾層結構的芯材,多為泡沫塑料,是一種由氣體填充的多孔輕質高分子材料。泡沫塑料按照不同的分類方法可分為通孔泡沫塑料、閉孔泡沫塑料、硬質泡沫塑料、軟質泡沫塑料、熱固性泡沫塑料、熱塑性泡沫塑料。夾層結構常用的為聚氨酯泡沫塑料,聚苯乙烯泡沫塑料及酚醛泡沫塑料。承力夾層結構制件最常用的為硬質聚氨酯泡沫塑料。泡沫塑料具有許多良好性能:容重小,導熱系數低,耐油,耐低溫,防震和隔音。還有一種稱為組合泡沫塑料的泡沫芯,它是利用已成型的直徑為20~250μm的中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠或中空塑料微珠,加入配料后攪拌均勻,而后借助固化劑的作用固化而成的泡沫結構。這種泡沫芯與復合材料面板有很好的匹配。
夾層結構蒙皮sandwich skin
又稱夾層結構面板,是夾層結構的重要部分,通常是指置于夾層結構表面的薄的強度較高的層狀材料,如薄的碳纖維、玻璃纖維、芳綸復合材料層合板及鋁合金板等。是夾層結構中主要的承載者,主要承受側向載荷和平面彎矩。蒙皮與芯材的組合通常采用膠粘劑粘結,可以采用薄膜膠接法。鋁合金板作蒙皮時,在粘結前一定要進行表面處理,如磷酸陽極化處理,而粘接各向異性的纖維復合材料時應考慮使用條件與纖維的鋪置方向,可以根據構件的使用情況來設計蒙皮鋪層,也可采用混雜纖維復合材料作蒙皮,以得到更優性能。
夾層結構面板sandwich skin
又稱夾層結構蒙皮,參見“夾層結構蒙皮”。
蜂窩夾層結構honeycomb core sandwich structure
由面板(蒙皮)與蜂窩芯材通過膠粘劑粘結成的層狀復合結構。夾層結構面板可以是鋁板或者碳纖維、玻璃纖維、芳綸復合材料層合板。常用的蜂窩芯材為鋁箔、芳綸紙、玻璃紙和牛皮紙等。蜂窩夾層結構的突出優點是:質輕,彎曲剛度大。蜂窩夾層結構可以一次成型,二次成型,也可以三次成型。鋁板作面板時需要在膠接之前進行表面處理,以提高膠接強度。夾層結構在飛機上應用比較廣泛,如翼面、艙面、舵面、壁板、地板、雷達罩等。還可以用作火車、地鐵、汽車上的各種隔板,用玻璃纖維復合材料或芳綸復合材料為蒙皮,以鋁蜂窩芯、芳綸紙蜂窩芯制造的賽艇、游船,性能優異,另外在滑水板、沖浪板、滑雪板等體育用品方面也得到應用。厚型的粗蜂窩格夾層結構可用作建筑墻板,隔音隔熱效果好。
混雜纖維混雜界面數hybrid interface number
不同種類纖維鋪層相接觸面的數目,通常稱混雜界面數。反映混雜復合材料異種纖維間的相對分散程度,是描述混雜復合材料的重要參數之一。夾芯混雜復合材料的混雜界面數為二,是恒定的;層間混雜復合材料的混雜界面數不恒定,隨鋪疊形式而改變,異種纖維的單層交替鋪疊時混雜界面最多?;祀s復合材料的許多性能與混雜界面數有關,一般而言,拉伸強度隨混雜界面數的增多而提高,而拉伸模量則與混雜界面數關系不大。
混雜纖維混雜比hybrid ratio
組成混雜纖維復合材料的各種纖維體積含量之比,簡稱為混雜比。一種纖維的相對體積含量為70%,另一種纖維的相對體積含量為30%,則混雜比為7:3或3:7?;祀s比是描述混雜復合材料的一個很重要的參數。混雜復合材料的性能幾乎都與混雜比有關。各性能與混雜比的變化規律不盡相同。例如混雜復合材料的拉伸模量與混雜比呈線性關系,而拉伸強度則與混雜比呈非線性關系。根據混雜比,利用混合定律可大致估算出混雜復合材料的某些性能。
層內混雜復合材料 in-plane hybrid composite
由含有兩種或兩種以上纖維的混雜層鋪疊而成的復合材料,是混雜復合材料的一種。這種混雜形式又稱為A型混雜。混雜層可以是異種纖維編織的織物或排置的無緯布,也可以是由混雜纖維束編織的織物或排置的無緯布。由于混雜纖維束制備工藝復雜,很少采用。
層間混雜復合材料interply hybrid composite
由兩種或兩種以上的單種纖維層相間復合而成的混雜復合材料。所謂相間混合,可以是異種纖維層交替鋪疊,也可以是不等厚度的異種纖維層組間隔鋪層。這種混雜形式又稱為B型混雜。鋪疊形式的不同,可以得到混雜界面數不同的混雜復合材料。一般多為對稱鋪疊。層間混雜復合材料是混雜復合材料種應用最多的一種。層間混雜復合材料的拉伸強度隨混雜界面數的增多而提高,而拉伸模量則幾乎不變。
夾芯混雜復合材料sandwich hybrid composite
以一種纖維鋪層或鋪層組為面層,另一種纖維鋪層或鋪層組為芯層所構成的混雜復合材料。它是層間混雜復合材料的一種特例,混雜界面數恒定為2。這種混雜形式又稱為C型混雜。通常以高模量纖維為面層,低模量纖維為芯層,這樣可使彎曲模量增大。
聚喹噁啉(基)復合材料??polyquinoxaline matrix composite
以聚喹噁啉樹脂為基體的復合材料。聚喹噁啉樹脂隨分子鏈結構的不同,其玻璃化轉變溫度為133~370℃,有出色的熱穩定性,空氣中熱失重溫度高達400℃,氮氣中高達600℃;對金屬有很強的粘結性,是很好的高溫結構膠粘劑。與纖維復合一般是采用反應性單體聚合的方法,即用反應性單體的溶液浸漬纖維,在高溫下加熱,再在高壓下固化制成復合材料。該復合材料具有優異的耐高溫性能,可用作宇宙飛船和新型飛機的結構件等。
纖維針織預成型件knitting preform
采用針織的方法,預先將纖維針織成所需復合材料形狀的增強體,其特點參見纖維編織預成型件。
片狀模塑料sheet moulding compound; SMC
由加入增稠劑、填料、引發劑、交聯劑等組分的樹脂混合物(也稱為樹脂糊)浸漬纖維或氈片,兩面覆蓋塑料薄膜(如聚乙烯薄膜)而制成的一種薄片狀混合料。用它可壓制具有良好機械性能、電絕緣性、耐濕性、耐腐蝕性及耐電弧性等的制品。生產工藝簡單方便、無斷纖,對溫度和壓力要求不高,適于自動化機械生產。
半結晶熱塑性復合材料semicrystalline thermoplastic composite
以半結晶熱塑性樹脂為基體的復合材料。所用基體有聚醚醚酮類、聚苯硫醚類及其他半結晶聚合物,樹脂結晶熔融溫度遠高于玻璃化轉變溫度(Tg)。與熱固性復合材料相比,這類材料具有成型周期短,沖擊性能好,預浸料可無限期存放,可二次成型等獨特優點,是一類重點研究開發的熱塑性復合材料,特別在航空航天領域內將得到廣泛應用。已進入使用階段的有聚醚醚酮(PEEK)復合材料和聚苯硫醚(PPS)復合材料。
真空袋密封膠條vacuum bag sealant tape
復合材料固化成型過程中所用的工藝輔助材料之一,由填料與橡膠組成的不干性膩子制成,主要用于真空袋薄膜和模具之間的密封,具有良好的粘結密封性且卸模時易剝離。膠條尺寸為寬度12.5mm,厚度3.5mm;使用溫度有170℃和200℃兩種類型。
不干性膩子:可以室溫固化的膏狀物,不會流淌,主要用于較大空隙的密封;因未加入固化劑,所以保持粘性狀態。
透氣材料breather
復合材料毛坯成型固化時,在工作溫度和壓力下能保持真空通路的一種工藝輔助材料,置于均壓板與真空袋薄膜之間及邊緣需透氣的位置。其作用是疏導氣體,使之排入真空管路。透氣材料一般為玻璃纖維織物或合成纖維織物制成的纖維氈狀材料。要求使用溫度高于復合材料構件的固化溫度,承受壓力不小于0.70MPa,并有拉伸變形的能力。
吸膠材料bleeding materials;bleeder
復合材料成型固化過程中的一種工藝輔助材料,置于透氣隔離層之上,吸收預壓實和固化過程中排出的氣體與多余樹脂的氈狀材料。吸膠材料大多用具有一定拉伸強度和較大伸長率的合成纖維氈、玻璃布氈、濾紙等。
脫模布release cloth
復合材料成型固化過程中的一種工藝輔助材料,置于模具與毛坯零件之間以防止樹脂與模具粘連。脫模布是在玻璃布的一面涂聚四氟乙烯,另一面涂壓敏膠制成的,一般可多次使用;其主要作用主要是方便脫模,保證構件型面光滑。
膠衣樹脂gel coat resin
復合在制品表面的一層樹脂含量較高的膠層樹脂,也稱膠衣層。膠衣層具有耐候、耐水和耐化學溶劑性能,其作用是保護制品免受大自然諸因素或其他環境因素的不良影響。膠衣層可以是純樹脂,也可以是薄織物增強的樹脂,其厚度一般為0.25-0.40mm;膠衣層樹脂與復合材料基體樹脂應有良好的相容性,目前多用在玻璃纖維/聚酯復合材料表面。
可剝保護層peel ply
復合材料構件固化成型時,置于復合材料構件毛坯與透氣隔離薄膜之間。成型固化后進行下道工序前可從構件毛坯表面剝去的材料,又稱表面層材料。比較常見的表面層材料是經過電暈處理的合成纖維布,其使用溫度在176℃以下,不粘且無污染;另一種表面層材料是涂有聚氯乙烯的有孔玻璃布,使用溫度在257℃以下??蓜儽Wo層有兩方面作用,一是使固化后的復合材料制件具有良好的脫模表面,易于脫模;二是保護復合材料制件表面在下道工序之前不受污染。
假真空[復]false vacuum
復合材料構件成型過程中由于管路堵塞或真空袋內導氣不良,而使真空袋內沒有形成真空狀態,或其狀態與真空表指示數值有差別的非正常現象。假真空會嚴重影響產品質量,使制件產生高空隙率、厚度超差及外觀缺陷。通常在真空袋內鋪設具有良好導氣性能的纖維氈或織物導氣材料以防止形成假真空。
手糊成型hand laying-up
以手工作業為主成型復合材料構件的方法。此法是在涂好脫模劑的模具上,一邊手工鋪設增強材料一邊涂刷樹脂,反復進行,直到所需厚度為止,然后經過固化、脫模制得制品。該方法的特點是工藝簡單,操作方便,無需專業設備;但勞動條件差,產品精度低,承載能力不高。一般適于成型尺寸大而使用要求不高的產品如漁船、游艇、汽車殼體等;也可用于熱壓罐、模壓等成型方法的坯件制備。
增強反應注射成型reinforced reaction injection moulding
制造熱固性復合材料制件的一種成型方法。工作原理和操作方法與反應注射成型相同,只是在物料中加入纖維增強材料。反應注射成型是以熱固性或彈性體的液態樹脂為原料,在一定的工藝條件下注入模具內,使其迅速固化,再進行后處理而制得產品的一種成型工藝方法。該方法使聚合反應與成型加工一步化,可直接由液態原料得到固態制品。
噴射成型spray-up moulding
利用噴槍將短切纖維增強材料與樹脂體系同時噴射在模具表面,然后壓實固化成熱固性復合材料制品的一種成型工藝。本法特點是生產效率高,勞動強度低,節省原材料,制件的形狀尺寸不受限制,產品整體性好;但是場地污染大,制件承載能力低。適合于制造船體、浴盆、汽車車身及板材等大型部件。
纖維纏繞成型filament winding
連續纖維復合材料旋轉體制件的一種成型方法,浸漬樹脂的纖維絲束或纖維帶以一定方式連續纏繞到芯模上,制成坯件,然后在熱壓罐、烘箱或專用固化爐內固化。本法特點是纖維能保持連續完整,制件線型可設計,機械化程度高,產品不需機械加工;但是設備復雜,技術難度高,工藝質量不易控制。適合成型大型的旋轉體制件,如高壓容器、大型管道、錐形雷達罩、火箭殼體等,還可成型異形截面型材和變截面制件如飛機方向舵等。
壓機模壓成型press moulding
用壓機施加壓力和溫度來實現模具內制件固化成型的方法,將復合材料坯件放入模具內,在壓機上閉模后,加溫加壓進行固化成型。坯件大小、用量需預先計算,并與模腔體積匹配,以保證制件尺寸要求;應嚴格控制固化溫度、壓力和時間以保證制品質量。該方法生產效率高,產品外觀好、精度高,適合制備大批量的復合材料制件;但是對模具要求高,制件尺寸和形狀受到限制。高噸位大臺面壓機可用于成型大尺寸平板制件和層壓板材。
拉擠成型pultrusion process
一種自動化連續生產纖維復合材料型材的工藝方法。預浸料或連續纖維浸漬樹脂后,經牽引通過成型模具,被擠壓和加溫固化形成型材,然后用切割機將型材按長度要求切割得到制品。增強體可以有多種形式如單向纖維、編織套或整體的三維編織物;模腔的口型可按型材截面形狀設計成多種多樣,如工字形、槽形、T型或螺旋型;牽引裝置可做平動或旋轉運動。本法要求樹脂粘度低,浸潤性好,適用期長,固化快;樹脂中可加入外滲型脫模劑,成型時自動轉移到制件表面減少牽引阻力。本法生產過程連續,效率高,制件纖維含量高,不需要再加工;適合于批量大的管材、異型材和棒材的連續生產。
搓制成型 rolling process
管狀纖維復合材料型材的一種成型方法,通過兩個平面的相對運動產生的搓卷作用,使纖維或織物預浸料包纏到芯模上形成管狀制件的坯料,然后再固化成型。用電熨斗使剪裁好的預浸料一邊與芯模(涂一層脫模劑)粘附,置于卷管機的下平面上,將上平面放在芯模上,施加一定壓力,上平面向前移動將預浸料搓卷到芯模上,再經過纏膜、固化、脫模、研磨、切割兩端余料制成管件。包纏膜時對制件施加一定壓力可以防止制件固化時樹脂流動。固化時可以將多個芯模同時吊掛在爐中集中固化。本法可進行流水作業,適合大批量生產;但工藝環節多,產品尺寸受到限制;主要用于成型有輕微錐度的管件,如可伸縮的釣魚竿等。
壓力袋成型pressure bag moulding
是復合材料成型方法之一,通過在柔韌袋中產生均勻真空,以熱壓罐內充入的氣壓或壓機壓力使置于剛硬模具上(或模具內)的材料壓實成型。壓力袋由彈性好強度高的橡膠制成,使用溫度應在固化溫度以上;本法特點是工藝簡單,不需要復雜和專用設備,常用來制造使用要求不高、外形簡單、成型壓力不高、可以室溫固化的制件,可與手糊成型配合使用。
預壓時間dwelling time
熱固性復合材料制件的固化成型過程中,在施加最終固化溫度和壓力之前,在某個溫度和壓力狀態下所保持的時間。預壓便于將制件內的空氣和揮發物完全排盡,又不致于將過多的樹脂從制件中壓出。最后可得到壓制密實、樹脂體積含量合理,纖維分布均勻的制件。
預吸膠debulking
熱固性復合材料熱壓罐成型過程中的一個階段,施加最終固化溫度和壓力之前,在某個溫度和壓力狀態下(或抽真空)所保持一段較長時間,使制件中的空氣或低分子揮發物排盡,以盡量減少空隙率,又不致于將過多樹脂壓出制件,造成貧膠。預吸膠階段,樹脂體系一般能形成一定程度的交聯,使各鋪層制件的壓力得到均勻分布,制件能很好的貼伏在模板上,最后壓制成的制件不致于出現皺折、纖維錯位等缺陷。預吸膠過程對厚制件的成型非常重要,有助于將厚層板壓制密實,并能得到合理的纖維體積含量和最低的空隙率。
固化curing
通過熱、光、輻照或化學添加劑等的作用使熱固性樹脂或塑料交聯的過程。固化實質是樹脂基體由具有一定流動性的線性分子結構轉變成不溶不熔的網狀立體分子結構,并將增強體緊密膠結在一起,形成一種新的性能獨特的復合材料。為得到高質量制件,要嚴格準確控制一些固化工藝參數,如固化時間、加壓時機、壓力和溫度等。
固化周期[復]curing cycle
固化過程中,完成一次成型所需要的全部操作及該過程所需要的時間。通常指制件坯件放入固化成型設備至卸模后取出制件這段時間,包括升溫、保溫和降溫幾個階段。固化周期因樹脂基體的不同而變化。
固化度[復]curing degree
表征熱固性樹脂固化的程度,可用已固化樹脂的質量與樹脂總質量的百分比表示。固化度是檢驗復合材料制件質量的一個重要的性能指標。在給定固化周期下,如固化不完全,制件的強度和剛度可能達不到設計要求;另外在使用過程中樹脂基體可能會進一步固化使制件變形,影響制件穩定性。一般用差示掃描量熱儀(DSC)對隨爐件作固化度的分析,以檢驗制件的固化程度。
固化收縮[復]curing shrinkage
固化成型期間或固化成型后制件的尺寸減小。固化收縮通常是由于基體狀態改變(如熱固性樹脂發生交聯,溶劑或小分子的揮發等原因)而使制件產生收縮,因此與所用樹脂體系的結構和性能有關。固化收縮不僅影響到制件尺寸,還可能產生固化殘余應力,帶來其他副作用,是復合材料設計選材時應考慮的因素。
固化溫度[復]curing temperature
復合材料固化成型的一個工藝參數,即制件能進行固化成型的溫度。固化溫度通常要用差示掃描量熱儀(DSC)對材料的樣品進行試驗后確定,也可用工藝條件摸索試驗來確定。
固化時間[復]curing time
復合材料固化成型的一個工藝參數,即制件在固化溫度下所保持的時間,通常指達到固化溫度至固化完全(或開始降溫)的時間。固化時間因樹脂基體的不同而變化,某種復合材料的固化時間通常由工藝摸索試驗或固化模型的分析數據確定。最好在最短的時間內使制件固化完全,以降低成本,提高效率。
加壓時機pressure applying opportunity
指復合材料成型過程中最適宜的加壓時間。樹脂基體在固化過程中的粘度會隨溫度而變化,加壓過早,樹脂流出過多,使制件的樹脂含量變小;過遲樹脂粘度太大而使制件難以壓實,同樣影響制件質量,因此,過早或過遲加壓都對制件的質量不利。適宜與否,主要視其樹脂含量和/或空隙含量能否滿足指標的要求。一般認為在樹脂基體的凝膠階段是施加壓力的最佳時機。加壓時機是壓機模壓成型、壓力袋成型、熱壓罐成型等工藝的一個重要參數。
共固化co-curing
指不同的復合材料制件在一次固化過程中同時完成自身固化和互相膠接固化的工藝方法。共固化技術可減少零件數量和裝配程序,降低成本,提高生產效率,改善和提高結構的整體性能,是能充分體現復合材料的性能和工藝可設計性的一種先進成型技術。主要用熱壓罐配合彈性膨脹模和金屬模塊,形成對制件的側向壓力,成型后可脫模。常用在成型尺寸較大而零件又多的飛機、衛星、火箭和汽車等的部件。
預固化[復]precuring
將復合材料坯件在規定溫度和壓力下預先固化到一定程度的過程。常采用真空袋成型的方法來完成。預固化得到的是半成品,與制件尺寸基本一致,在室溫下能保持形態,主要用來進行復雜形狀制件的共固化成型,如有工字梁型的加筋板。也可用于固化周期長的制件,制件固化到一定程度后脫模,然后集中在自由狀態下固化,可降低成本,提高效率。
后固化[復]post curing
指基本定型的復合材料及其制品,為了提高某種性能和固化度而進行的熱處理工序。后固化的溫度高于固化溫度,通常在卸模后的自由狀態下進行,固化時間視不同要求而定。后固化主要用于固化周期較長的制件的成型,可將數個制件集中后固化以降低成本。
固化殘余應力[復]curing residual stress
復合材料制件內部由于固化后的降溫和吸濕等引起的應力。它主要是因樹脂基體和纖維增強體的物理性能相互不匹配造成的,快速冷卻或樹脂的固化收縮也會產生殘余應力。固化殘余應力將,會對基體與纖維的界面結合力產生影響,使制件變形或出現裂紋,導致其性能降低。冷卻過程中產生的應力可以通過在較高溫度下后處理得到消除。層壓板設計通常采用對稱的鋪層結構,使固化后的殘余應力平衡以防止彎曲;同樣可以利用這一特點設計非對稱鋪層結構可得到有曲面的層壓板。
固化壓力[復]curing pressure
復合材料固化成型的一個工藝參數,即在固化成型過程中施加到制件上的靜態壓力。加壓的作用是使制件壓制密實,排除制件內部的空氣、揮發物及多余的樹脂,減少空隙率;同時使制件緊貼模具以保證外形尺寸。固化壓力是關系到制件質量的一個重要參數:壓力太小,制件壓不實,排不盡空氣和揮發物,形成空隙;壓力太大則會壓出過多樹脂,導致樹脂含量偏小,同樣影響制件質量。
固化模型[復]curing model
用數學分析的方法來研究復合材料固化反應過程和固化反應特性的方法。首先對固化反應機理做出物理和化學上的解釋;然后推導出初始模型的數學表達式(數學模型)。實際給出固化特性(如固化度)與固化工藝參數(溫度、時間和壓力)的相互關系。最后將數學模型轉換成能用計算機進行演算的計算機模型,這樣就可以將復合材料實際固化過程演變成計算機的數字分析過程。通常一個固化模型應包含有固化度、樹脂流出量、空隙率和殘余應力等固化反應特性。固化模型的有效性要通過實驗驗證,如用DSC驗證固化度;如模型的計算結果與實驗數據相差太大,則要對模型進行修正,再用實驗驗證,直至兩者相符為止。固化模型對選擇合理的固化工藝參數很有幫助,可以省去大量的實驗工作。
樹脂流動模型[復]resin flow model
樹脂基復合材料固化模型的一種,在對固化過程中樹脂流動機理進行分析的基礎上,推導出來的能描述樹脂流出量與固化溫度、時間和壓力之間關系的數學表達式。用它可以估算各種固化溫度、時間和固化壓力條件下的樹脂流出量,為實際選擇固化溫度、時間和固化壓力提供參考數據。
熱化學模型[復]thermo-chemical model
樹脂基復合材料固化模型的一種,是在對固化反應的熱化學機理進行分析的基礎上,推導出來的能正確描述固化反應過程的動力學反應方程式,給出的是固化反應進程與溫度和時間的互相關系。用它可進行固化進程與溫度和時間的相互關系的數字運算。運算結果可作為選擇實際固化工藝參數的參考依據。
空隙率模型[復]void model
樹脂基復合材料固化模型的一種,是在對固化過程中制件內部空隙的形成機理進行物理解釋的基礎上,推導出來的能描述空隙含量與固化溫度和壓力之間的關系的數字表達式。用它可以估算各種固化溫度、固化壓力條件下空隙形成的情況,為實際選擇固化溫度和固化壓力提供參考數據。
殘余應力模型[復]residual stress model
樹脂基復合材料固化模型的一種,是在對固化過程中殘余應力的形成機理進行物理解釋的基礎上,推導出來的能描述殘余應力與固化溫度、時間和壓力之間關系的數學表達式??捎迷撃P凸浪愀鞣N固化溫度、時間、固化壓力條件下殘余應力的形成、大小和分布特征,為實際選擇固化溫度、時間和壓力提供參考數據。
預浸料prepreg
用于制造復合材料的浸漬樹脂基體的纖維或織物經烘干或預聚的一種中間材料。預浸料品種規格很多,按纖維排布形式可分為單向預浸料、織物及纖維型預浸料;按基體特性可分為熱固性樹脂預浸料和熱塑性樹脂預浸料;按樹脂含量可分為吸膠型預浸料和零吸膠預浸料;按制備方法可分為熱熔法預浸料、溶液法預浸料和粉末法預浸料等。通常在預浸料表面覆蓋一層隔離紙,以防止預浸料被污染和單向預浸料橫向開裂,并為下料時剪裁劃線提供方便。預浸料的技術指標主要有:厚度、樹脂含量、揮發物含量、樹脂流動性及使用期等。
熱固性預浸料thermosetting prepreg
用熱固性樹脂基體浸漬的纖維或織物經烘干或預聚的一種中間材料,主要分為單向預浸料和織物預浸料。其制備方法主要有兩種:一種是濕法,先將熱固性樹脂用溶劑配成一定濃度的溶液,將纖維從中浸漬樹脂,而后收卷于輥筒;一種是干法,即將樹脂制成糊狀或薄膜,再與纖維均勻合成一體。熱固性樹脂預浸料的主要性能指標包括預浸料的樹脂含量、樹脂流動性、揮發物含量、預浸料凝膠時間和粘性。熱固性預浸料通常需放置在-18℃下貯存。
熱塑性預浸料thermoplastic prepreg
用熱塑性樹脂基體浸漬的纖維或織物經烘干或預聚的一種中間材料,主要分為單向預浸料、織物預浸料及纖維型預浸料。熱塑性預浸料雖然也可以采用濕法或干法制備,但工藝要比熱固性預浸料復雜。因為熱塑性樹脂耐溶劑性好,熱熔融溫度高,所以通常采用熱熔法、懸浮法及粉末靜電吸附法制備。主要特性技術指標有預浸料樹脂含量及分布、揮發物含量及單位面積纖維質量。
預浸絲束preimpregnated tow
已浸漬樹脂基體并經烘干處理的纖維束,可用于纖維纏繞成型制造工藝。眾多預浸絲束單向緊密排列即為無緯布預浸料,是層壓復合材料的中間產品。
預浸紗preimpregnated yarn
已浸漬樹脂基體的玻璃纖維無捻粗紗。多根預浸紗單向排列可得預浸無緯帶,主要用于纏繞高壓容器、火箭發動機殼體及電氣化工業領域。
預浸單向帶prepreg tape
由單向帶浸漬樹脂后制成的一種帶狀預浸料。預浸單向帶以由經向纖維為主,含有低于10%的緯向纖維;主要用于纏繞成型和某些需要單向補強構件的層壓成型。
預浸織物preimprepregnated fabric
已浸漬樹脂的纖維編織物,是制造層合復合材料構件的中間材料,也稱為織物預浸料。預浸織物有良好的鋪覆性,有利于復雜型面構件的成型和機械連接接頭的擠壓強度提高。
熱熔法預浸料melting prepared prepreg
將樹脂基體加熱成為流動狀態,使纖維得到浸漬而制得的預浸料,也稱為熔融法預浸料??赏ㄟ^兩種方法來完成浸漬:(1)用“十”字頭擠出機將融化的樹脂擠到纖維所經過的模具中,從而得到纖維型預浸料;(2)將纖維(或織物)通過流動狀態的樹脂槽,再繞到排布機上(或收卷裝置上)冷卻,直接得到預浸料。該方法無論對無定形還是結晶性熱塑性樹脂都適用,也適用于某些熱固性樹脂基體。熱熔法制造預浸料無溶劑、無污染,利于生產低空隙率的復合材料;但是需要特定的設備,并需要高溫。
溶液法預浸料solution prepared prepreg
預先將樹脂基體用合適的溶劑配成一定比例的膠液,纖維(或織物)從膠液中通過以浸上樹脂,而后收卷成筒而得,也稱為濕法預浸料。本法既適用于熱固性樹脂基體,也適用于熱塑性樹脂基體,關鍵在于選擇能溶解樹脂基體的合適溶劑。溶液法制備預浸料操作簡便,但纖維浸漬樹脂的量與溶液濃度、纖維在溶液中停留時間、纖維所受張力、溶液的浸潤能力及纖維是否加捻等因素有關,因此預浸料含膠量難以精確控制。
粉末法預浸料powder prepared prepreg
將細微的樹脂基體粉末均勻分散在纖維(或織物)上,而后加熱使粉末樹脂熔化并浸漬在纖維或樹脂上,冷卻后得到粉末預浸料。本法主要用于制備熱塑性樹脂預浸料。粉末法又可分為靜電法和懸浮法。靜電法是在連續纖維表面沉積已帶電的樹脂基體粉末,用輻射加熱等方法使其永久粘附在纖維上,此法不會引起纖維樹脂界面應力,也不會因樹脂基體在高溫下持續時間過長而導致性能退化。懸浮法又可分為水相懸浮和氣相懸浮兩種,前者是在水中懸浮的樹脂基體顆粒粘附到連續運動著的纖維上,后者是極細的樹脂基體粉末在流動床懸浮,粘附在連續纖維上后套上護管,使粉末不再脫離纖維表面。粉末懸浮法也適用于熱固性樹脂預浸料的制備。
熱塑性樹脂纖維型預浸料thermoplastic fiber type prepreg
可分為兩種形式,一種包覆式,即通過特定的機械設備,用熱塑性樹脂基體將連續纖維束包覆起來,類似導線,用這種預浸料再經纏繞或排置,可制作纏繞型件和模壓件;另一種是纖維混雜式,是將熱塑性樹脂基體首先制成基體纖維,而后將基體纖維與增強纖維一起編織或同時在排布機上排置,得到基體纖維與增強纖維混雜的預浸料,可用于成型各種層壓復合材料制件。
離型紙release paper
又稱為隔離紙,由涂有防粘物質的紙制成,可防止預浸料粘連,又能保護預浸料不受污染。濕法生產預浸料時,在預浸料上下均放置離型紙,并隨預浸料的收卷存附其中。離型紙可為預浸料表面劃線提供方便,還可以防止單向預浸料的橫向開裂;離型紙應能粘住預浸料但又能使兩者易于分離;離型紙的長寬應不隨環境溫濕度變化而變化;應具有足夠致密性,能防止水分滲入預浸料中;受牽引后伸長率應與纖維保持一致,以防止變形或扭曲。
脫模劑mold release agent
為使復合材料制件易與模具分離而涂于模具表面或加入樹脂基體中的物質。理想的脫模劑應該使用簡便,安全,脫模效果好,易于清除且不會給制品帶來不良影響,價格便宜等。脫模劑一般有內脫模劑和外脫模劑之分。內脫模劑直接加入樹脂配方中;外脫模劑涂覆或鋪放于模具表面,外脫模劑可分為溶液態(如聚乙烯醇溶液、聚苯乙烯溶液等)、糊膏狀(如硅酯、油膏、石蠟等)和薄膜狀(如玻璃紙、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜等)。對于模具涂抹脫模劑前應先進行清洗。
預浸料鋪疊prepreg laying-up
把預浸料層片逐層貼合成復合材料制件毛坯的一道制造工序。即按設定的次序和方向依次鋪疊裁剪好的預浸料片,每鋪一層可用橡皮輥等工具壓實,排除空氣使層與層之間密接。預浸料在對接縫處的鋪疊,要盡量做到搭接而不起壟,各層間搭接相互錯開。制件拐角處的鋪層,要注意平展壓實。手工鋪疊勞動強度很大,并高度依賴于操作者的技術;隨著先進復合材料應用技術的發展,自動化與集成化的鋪疊技術和設備也發展起來,使層合板的預浸料鋪疊工序機械化。
預浸料下料prepreg cutting
根據復合材料零件的尺寸和外形要求,將預浸料剪裁切割成所需各個鋪層的坯料片的工序。通常預浸料用離型紙隔離成卷存放,下料即是將其切割成所要求形狀的坯料片。預浸料下料有手工剪裁法和機械剪裁法。機械剪裁法可采用激光、往復刀片、超聲和高壓水射流等方法。超聲切割有效率高、無污染、低成本的特點;激光法切割速度快,高壓水射流切割效率也很高,但是由于飛濺的水對預浸料是否有影響尚無定論,故此法未能推廣。
預浸料貯存期shelf life of prepreg
在規定環境條件下,預浸料仍能滿足有關制件質量要求而不失效所能存放的最長時間。預浸料的貯存期對復合材料制件的工藝性及質量有重要影響。預浸料在貯存過程中將發生低分子的揮發、化學和物理的變化,影響預浸料的粘性、流動度和鋪覆性等工藝性能。如果預浸料存取的時間過長或存取條件不當,鋪制的復合材料制件彎曲部分可能發生回跳現象,嚴重者可能有纖維損傷、樹脂開裂現象發生。預浸料都要根據樹脂的組分結構性質確定在規定環境條件下的貯存時間。
預浸料使用期operating life of prepreg
在正常施工條件下,預浸料仍能滿足工藝性能要求以及保證復合材料制件質量的最長操作時間。預浸料在低溫(一般為-18℃)下貯存時,組分間化學變化緩慢,當放置到凈化間操作時,預浸料化學反應較快。將預浸料由低溫貯存條件下取出,放置在凈化間進行預浸料下料、鋪疊、封裝等操作時間內仍須保持預浸料所應有的粘性,滿足工藝性的要求,特別是對大型復雜厚壁制件,操作可能會持續很長時間,更要求預浸料有較長使用期。
預浸料樹脂流動度resin flow of prepreg
在指定溫度和壓力條件下,預浸料產生樹脂流動大小的量度。通常用正交鋪層的預浸料在一定溫度和壓力下放置一定時間后的樹脂擠出百分數來表征。樹脂流動性過大將造成工藝不便,產生嚴重流膠,造成復合材料貧膠,還可能引起纖維排列不整齊;流動性過小則會產生纖維層與層之間粘結不良、樹脂分布不均等缺陷。樹脂流動性適當將降低空隙率,使樹脂分布均勻,提高復合材料質量。預浸料樹脂流動度還可以用來檢驗預浸料的貯存期與使用期。
預浸料單位面積纖維質量fiber specific weight of prepreg
單位面積預浸料所含纖維的質量,是預浸料的一個性能參數,常以g/m2表示。它決定了不同纖維體積含量制件的厚度,是結構設計和工藝質量控制的依據之一。預浸料單位面積纖維質量不同導致層壓板厚度和纖維體積含量不同。通常要求該項指標有較高的精度和嚴格的容差范圍。
預浸料粘性viscosity of prepreg
預浸料表面的粘著性能,即預浸料疊層后彼此剝離的難易程度,為鋪疊性及鋪層間粘合性的表征。粘性差的預浸料鋪疊性差,層間粘合力低。預浸料的粘性取決于樹脂的特性、樹脂含量、揮發分含量、貯存過程中的固化程度及環境溫度等。預浸料粘性的標準試驗方法:先將金屬試樣模板洗凈、烘干、冷卻,切取5片以上的75mm×25mm預浸料試樣。將第一片試樣粘貼在金屬模板上,用橡皮輥輥壓;接著將第二片預浸料試樣粘貼到第一片試樣上;然后將試樣豎直放在試驗臺上,試驗環境溫度控制在20-25℃,相對濕度控制在30-70%。30分鐘無開裂或脫落時為合格。
預浸料凝膠時間gel time of prepreg
預浸料的重要工藝指標之一,將一定尺寸的試樣置于已預熱到規定溫度的兩金屬片或玻璃片中,通過金屬片或玻璃片對試樣加壓,用探針觀察流到金屬片或玻璃片邊緣的樹脂狀態變化,從試驗開始到樹脂不能再拉絲的時間,即為預浸料凝膠時間。由于增強纖維的存在,它不同于樹脂凝膠時間。預浸料凝膠時間可以從一個側面反映預浸料粘度和預固化程度,因此是制定復合材料成型工藝的一個重要指標。
預浸料揮發分含量volatile content of prepreg
預浸料的重要技術參數之一,指預浸料中易揮發物質(如水、溶劑、低分子化合物等)的質量占預浸料總質量的百分比。預浸料揮發分含量不能太高,尤其在高溫成型時,揮發物含量過高,往往容易產生氣泡,從而嚴重影響產品的機械性能。另外揮發物過多殘留在最終產品中,對電性能也有顯著影響。揮發物含量也不能太低,否則不利于鋪疊工藝,而且需要較長干燥時間,會延長生產周期。
預浸料樹脂含量resin content of prepreg
預浸料的重要技術參數之一,指預浸料中樹脂基體占預浸料的質量百分比,是作為選擇工藝參數和決定吸膠材料用量的依據。測定預浸料樹脂含量的方法有溶劑洗滌法、單位面積纖維重量計算法、空氣灼燒法及強酸氧化法等,普遍采用的是溶劑洗滌法。
隔離膜release film
防止預浸料毛坯成型固化時粘于其他材料上的物質,一般為含鹵元素的樹脂薄膜,如聚四氟乙烯玻璃布、能在成型溫度下使用的防粘塑料膜等。隔離薄膜分有孔和無孔兩種,無孔隔離膜置于模壓板與吸膠材料之間,其作用是防止吸膠材料中的樹脂粘于模壓板上;有孔隔離膜置于復合材料毛坯表面與吸膠材料之間,其作用是讓氣體通過而限制一定量的樹脂通過,并且防止毛坯和吸膠材料粘接。
工裝材料[復]tooling materials
復合材料制件固化成型過程中所需的工藝裝備材料。包括在固化成型過程中作為外形依據的模具材料和為保證制件質量與工藝順利進行所必須的工藝輔助材料。制造復合材料制件的模具材料有木材、塑料、復合材料、橡膠、石膏、石蠟、水泥、低熔點金屬等。工藝輔助材料有脫模劑、真空袋薄膜、透氣材料、隔離薄膜、吸膠材料、表面層材料、高溫壓敏膠帶、真空密封膠條、剝離紙、離型紙等。
熱膨脹軟模材料thermal expanding moulding materials
熱膨脹模成型中由于加熱引起膨脹而提供壓力的一種模具材料。熱膨脹模成型模具主要由鋼性外模(常為金屬)和彈性芯模(即為熱膨脹軟模材料)構成。熱膨脹軟模材料受熱膨脹,受外模的限制而對產生構件毛坯的壓力。熱膨脹模成型特別適合于結構復雜的復合材料構件的整體成型。軟模材料應能澆注成各種復雜形狀,熱穩定性好,可重復使用,尺寸穩定,不與所用樹脂作用,熱膨脹系數范圍較寬,體積模量和導熱率高。硅橡膠是一種較好的彈性熱膨脹軟模材料。
樹脂基體澆注料resin matrix casting body
指未加增強材料的樹脂基體固化物,通常作測試樹脂基體性能的試件,用來測試樹脂基體的物理、力學性能。樹脂基復合材料的性能與樹脂基體性能密切相關,如耐熱性、耐濕熱性能、耐化學性能等;通過測試樹脂基體的這些性能,就可了解復合材料的相關性能。試樣分兩種方法制作,一是按試樣要求形狀制造模具,然后進行澆注,二是將樹脂基體先澆注成平板,再切割成試樣進行測試。
均壓板caul plate
表面平滑金屬板,與復合材料制件毛坯鋪疊層具有相同尺寸和形狀,固化前置于層壓板上,以便在固化過程中使溫度、壓力均勻傳遞,并使固化后的層壓板表面光滑。用熱壓罐法制造復合材料層壓板制件時,在真空封裝系統中,毛坯的上下置有多種層狀工藝輔助材料。當抽真空與加壓時,壓力將通過均壓板把各層材料壓緊于毛坯零件上,并將壓力傳遞給毛坯,使其壓實,排出氣泡、低分子及多余樹脂,制造出符合要求的平滑表面制件。


