玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料

1、關于玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂基復石新料的綜述i=_、概述及復合材料結(jié)構二、主要成型工藝三、力學性能四、應用一.概述及復合材料結(jié)構復合材料的水平已是衡量一個國家或地區(qū)科技、經(jīng)濟水 平的標志之一。美、日、西歐水平較高。北美、歐洲的產(chǎn)量分別占全球產(chǎn)量的33%與32%,以中國（含臺灣?。⑷毡緸橹鞯膩喼拚?0%。中國大陸2003年玻璃纖維增強塑料（玻璃纖維 與樹脂復合的復合材料.俗稱“玻璃鋼”）逾90萬噸，已居世界第二位（美國2003年為169萬噸，日本不足70萬噸）。作 為復合材料中的一枝的玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂（GFEP）具有 力學強度高、成形收縮小、尺寸穩(wěn)定性好和良好的耐化學腐 蝕性能和電氣絕緣性能等

2、特點，作為典型的纖維增強塑料（FRP）廣泛應用于制造工業(yè)零部件和印刷電路板等產(chǎn)業(yè)。 截止2010年1月底全國共有61家玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)（其中包括 四川省江南玻璃鋼有限公司，重慶市君豪玻璃鋼有限責任公 ）為什么采用環(huán)氧樹脂做基體?環(huán)氧樹脂固化收縮率代低，僅1%3%,而不飽和聚酯樹脂卻高達7% 8%；粘結(jié)力強；有B階段，有利于生產(chǎn)工藝；可低壓固化，揮發(fā)份甚低; 固化后力學性能、耐化學性佳，電絕緣性能良好。以FW（纖維纏繞）法制造的玻纖增強環(huán)氧樹脂的產(chǎn)品為例，將其與鋼比較。玻璃含量GF/EPR （玻纖含量 80wt%）AISI1008冷軋鋼相對密度2. 087. 86拉伸強度551. 6Mpa331.

3、 OMPa拉伸模量27. 58GPa206. 7GPa伸長率1. 6%37. 0%彎曲強度689. 5MPa彎曲模量34. 48GPa壓縮強度310. 3MPa331. OMPa纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料成型工藝簡介目前在生產(chǎn)上經(jīng)常釆用的成型方法有16種:壓力袋成型樹脂注射和樹脂傳遞RTM模塑成3、模壓成型型4、層壓成型12、5、纏繞成型13、6、拉擠成型14、7、注射成型15、8、噴射成型16、9、真空袋壓力成型手糊成型一 法鋪層成型 10. 夾層結(jié)構成型（手糊法、機械法）們、1、2、卷制成型真空輔助注射成型 離心澆鑄成型片狀smc （團狀bmc）模塑成型 連續(xù)板材成型目前我國還是以手糊成型為

4、主， 在樹脂基復合材料中約占80%。表1不同成型方法的玻璃鋼（歐洲地區(qū)）產(chǎn)量2009年（萬噸）與2008年相比（%）SMC16-23.8BMC5.6-20.0手糊12.3-39.1噴射7.4RTM9.41L3制板5.6-1S.S拉擠3.9-15.2纏繞6.9-12.7離心澆鑄5-1L3GMT.LFT7.5-2L1其它1.4-12.5合計S1.5-23.0(一).手糊成型(hand lay up)模具依次在模具表面上施加脫模劑、膠衣一層粘度為0. 304PaS的雄活性液體熱固性樹脂（須待膠衣凝瑁強材料有表面氈.無捻粗紗布（方格布）等幾種。以手持輻子或刷子使樹脂 浸漬纖維增強材料，并驅(qū)除氣泡，壓實

5、基層。鋪層操 作反復多次，直到達到制品的設計厚度。樹脂因聚合 反應，常溫固化。可加熱加速固化。2、手糊成型工藝的優(yōu)點:1）不受尺寸、形狀的限制;2）、設備簡單、投資少；3）、工藝簡單；4）、可在任意部位增補增強材料，易滿足產(chǎn)品設計要求;5）、產(chǎn)品樹脂含量高，耐腐蝕性能好。3、手糊成型工藝的缺點1) 生產(chǎn)效率低，勞動強度大，衛(wèi)生條件差;2) 、產(chǎn)品性能穩(wěn)定性差；有些樹脂有害健康立出勿井臺匕疑/口：4. 手糊制品為什么要在表面覆蓋聚酯薄膜？Is! Mno自由基與苯乙烯的反應速度比自由基與02的反應速度慢104倍, 一般聚酯樹脂制品固化時，表面應覆蓋聚酯薄膜。若不用薄膜覆蓋, 也應使成型表面形成與空

6、氣隔離的物質(zhì)如蠟類，否則自由基與周圍 空氣中的02、H20反應，耗去大部分自由基，造成表面固化不完 全而發(fā)粘5、手糊成型易發(fā)生的缺陷及防止措施1)、制品表面發(fā)粘原因1：空氣濕度太大，水對樹脂起阻聚作用解決辦法:(1) 在樹脂中加入0.02%左右的液體石蠟;(2) 在樹脂中摻加5%的異睛酸酯；(3) 制品表面覆蓋薄膜隔絕空氣；2）、制品內(nèi)氣泡太多1、控制膠含量原因1：樹脂用量過多解決辦法:2、注意拌合方式原因2：樹脂粘度過大解決辦法:1、適當增加稀釋劑原因3：增強材料選擇不當2、提高環(huán)境溫度3）、流膠選用浸透性好的無捻玻璃布樹脂粘度太小，可加入2 3 %的活性氧化硅。配料不均勻，充分攪拌o化劑用

7、量不足，適當調(diào)整固化劑用量。原因2:引發(fā)劑、促進劑的比例弄錯或失效，更換引 發(fā)劑、促進劑。6、典型產(chǎn)品艦艇、風力發(fā)電機葉片、游樂設備、冷卻塔殼體、建筑模型。二）、SMC成型片狀模塑料成型（Sheet Molding Compound）簡稱SMCIII在樹脂中加入引發(fā)劑、填料、顏料、內(nèi)脫 模劑、低收縮添加劑、增稠劑等，經(jīng)攪勻成為 樹脂糊。樹脂糊落到SMC機組的下薄膜上（常用 聚乙烯薄膜或尼龍薄膜），與此同時在下薄膜上 沉降短切成2555mm的玻璃纖維原絲，再往上 面覆蓋一層薄膜，成為片狀夾心卷。將卷材存 放數(shù)日使料稠化，以達到可模塑的黏度。SMC以 捆卷狀態(tài)供應備用。將卷材展開、剪裁、稱量,放人

8、加熱的鋼模鉗，加壓使之固化成型、脫模, 即為成品SMC成型與噴射成型、樹脂注射成型的優(yōu)缺點成型方法SMC噴射成型樹脂注射成型成型屮模具費高便宜中成型周期/min1860min1 Fl30-200成型溫度/°c100-16015 4020 60成型壓力/Mpa5-12常壓<2成型作業(yè)容易要熟練要熟練成型材料材料操作填料玻璃纖維/%SMC非黏著半固體 高填充20 40樹脂、GF過氧化物、其他膠衣 液態(tài)樹脂、玻璃纖維 無25 35樹脂、GF過氧化物、其他 膠衣液態(tài)樹脂、玻 璃纖維 低填充臭味弱強25 30強制品大小/kg<50不限<50壁厚/mm1.2-201.5-1.0

9、2-12壁厚控制容易困難容易尺寸精度高中中復雜形狀容易困難困難加熱尺寸變化無有有©a（三）、樹脂傳遞成型RTM曰浸漬纖維材料。百允RTM是一種閉模低壓成型的方法。將纖維增強材料置于上下模之間；合 脂固化后打開模具，取下產(chǎn)品。樹 壓力促使樹脂快速傳遞到模具內(nèi),圖R樹脂傳遞成型示童圖之優(yōu)點1)2)3)4)5)6)7)8)9)制品纖維含量可較高，未被樹脂浸的部分非常少;閉模成型，生產(chǎn)環(huán)境好；勞動強度較低，對工人技術熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低;制品兩面光，可作有表面膠衣的制品，精度也比較高;成型周期較短;產(chǎn)品可大型化；強度可按設計要求具有方向性； 可與芯材、嵌件一體成型相對注射設備與

10、模具成本較低O缺點1）未宜制作較小產(chǎn)品2）因要承壓，故模具較手糊與噴射工藝用的模具要重和復雜，價位也高一些典型產(chǎn)品小型飛機和汽車零部件.客車座椅、儀表殼（四）、預浸料（高壓釜）成型",51匡鰥宜體；s琴忤二3比空荻； 礙一敖尸叵魏龍? O松扳5 e査日狂空e ri齊 2一卩1丄剳齊 3一埶沁: an1、概要i=預催化樹脂預浸漬。固化劑大多能在環(huán)境溫度下，讓預浸材料貯存幾周 或幾個月，仍能保質(zhì)使用。當要延長保持期，材料須在冷凍條件下貯存。 樹脂通常在環(huán)境溫度下呈臨界固態(tài)。故觸摸預浸材料時有輕微的黏附感， 象膠帶似的。制作單向預浸漬材料的纖維直接由紗架下來，與樹脂結(jié)合。 預浸漬材料用手或

11、機械鋪于模具表面，通過真空袋抽真空，并通常加熱 到12O-18OCo使樹脂重新流動，并最終固化。盛開附加壓力通常藉助 高壓釜（實際上是一座壓力加熱罐）提供，它能對鋪層施加達5個大氣壓的壓力。2、優(yōu)點1）預浸材料制造人員可精確地調(diào)整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量； 可以可靠地得到高纖維含量。2）材料于操作人員十分安全，無礙健康，操作清潔；3）單向帶纖維成本最低，因為毋須將纖維預先轉(zhuǎn)為織物的二次加工過程；4）由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂，樹脂化學性能力學和熱性能可以是最適宜的;5）材料有效時間長（室溫下可保質(zhì)數(shù)月），這意味著可優(yōu)化結(jié)構、復合材料易鋪層；6）可缺點2）通常要對高壓釜固化復

12、合材料制品, 耗費大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；3）模具需能承受作業(yè)溫度；4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。（5）典型產(chǎn)品飛機結(jié)構復合材料（如機翼和尾翼）、 衛(wèi)星與運載火箭結(jié)構件（太陽能電池基 板、夾層結(jié)構板、衛(wèi)星接口支架、火 箭整流罩等）、賽車、運動器材（如網(wǎng) 球拍、滑雪板等）。機頭雷達星一般是由技璃纖 維增強塑料（俗稱技璃鋼材料 制成。澳大利亞空軍F-IHW這起 事故展示了這種材料的特性三、力學性能分析(_)、復合材料的彈性模量分析以環(huán)氧樹脂澆注體為參照，當基體中填加不同體積分數(shù)的玻璃纖維后， 所得復合材料試樣的彈性模量變化如圖1所示。班踽纖堆體積含st/%圖1不同含量玻纖/壞氧復合材料彈性模

13、量變化曲線.（二）、復合材料的強度分析OOXJOOOO5 W -3Im 6040200圖2不同含量破細壞砌向拉伸厳變化峨細不同含錢細壞刪向壓縮勉變化峨由于玻璃纖維是單向排列于樹脂基體中，所以當纖維含量達到一定值后， 當外力由基體傳遞至纖維時，由于各向異性的影響，會使力的作用方向發(fā)生 變化,即主要沿纖維取向方向進行傳遞。在一定程度上使力的作用得到分 散,對復合材料的破壞作用減緩，從而使材料的強度得到提高。但當纖維含 量過多時，部分纖維難以被樹脂充分浸潤，從而在材料中形成許多結(jié)合較弱 的界面，當材料受丿J時，這些界面容易脫附拔出，應力傳遞失效，使材料的性能下肝當玻璃纖維體積含量為50%時，復合材料的性能較好表1 玻纖/環(huán)氧復合材料其他相關力學性能橫向拉伸橫向壓縮面內(nèi)剪切層間剪切泊松比強度/ M Pa強度/ M Pa強度/ M Pa強度/ M Pa22. 871 Kh 6518.