樹脂基復(fù)合材料

1、樹脂基復(fù)合材料的研究進(jìn)展摘要：樹脂基復(fù)合材料具有良好的成型工藝性、高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的密度、抗疲勞 性、減震性、耐腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種武器裝備， 在軍事工業(yè)中，對(duì)促進(jìn)武器裝備的輕量化、小型化和高性能化起到了至關(guān)重要的作用。由于 與許多材料相比具有獨(dú)特的性能，樹脂基復(fù)合材料在航空航天、汽車、電子、電器、醫(yī)藥、 建材等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。目前，隨著復(fù)合材料工業(yè)的迅速發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料正憑借 它本身固有的輕質(zhì)高強(qiáng)、成型方便、不易腐蝕、質(zhì)感美觀等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。 關(guān)鍵字：樹脂基復(fù)合材料，材料性能，應(yīng)用領(lǐng)域一、前言復(fù)合材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有極

2、其重要的地位，以至于人們把一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的復(fù)合 材料工業(yè)水平看成衡量其科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志之一 1。樹脂基復(fù)合材料是以纖維為增強(qiáng) 劑、以樹脂為基體的復(fù)合材料，所用的纖維有碳纖維、芳綸纖維、超高模量聚乙烯纖維等， 所采用的基體主要有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等有機(jī)材料。其中熱固性樹脂是以 不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等為主；熱塑性樹脂是指具有線型或分枝型結(jié)構(gòu)的有機(jī)高 分子化合物。樹脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)：各向異性（短切纖維復(fù)合材料等顯各向同性）；不均質(zhì)或結(jié)構(gòu) 組織質(zhì)地的不連續(xù)性；呈粘彈性；纖維體積含量不同，材料的物理性能差異；影響質(zhì)量因素 多，材料性能多呈分散性。樹脂基復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)如下：（

3、1）密度小，約為鋼的1/5,鋁合 金的1/2，且比強(qiáng)度和比模量高。這類材料既可制作結(jié)構(gòu)件，又可用于功能件及結(jié)構(gòu)功能 件。（2）抗疲勞性好：一般情況下，金屬材料的疲勞極限是其拉伸強(qiáng)度的2050%，CF增強(qiáng) 樹脂基復(fù)合材料的疲勞極限是其拉伸強(qiáng)度的7080%； （3）減震性好；（4）過載安全性好； （5）具有多種功能，如：耐燒蝕性好、有良好的耐摩擦性能、高度的電絕緣性能、優(yōu)良的 耐腐蝕性能、有特殊的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性能等；（6）成型工藝簡(jiǎn)單；（7）材料結(jié)構(gòu)、性能 具有可設(shè)計(jì)性。以樹脂基復(fù)合材料為代表的現(xiàn)代復(fù)合材料隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng) 域。眾所周知，樹脂基復(fù)合材料首先應(yīng)用于航空航天等

4、國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域2-3，而后向民用飛機(jī) 發(fā)展。隨著社會(huì)的發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料在人類物質(zhì)生活中的需求量越來(lái)越大，并逐漸成為 主要應(yīng)用領(lǐng)域，且研究投入越來(lái)越大。樹脂基復(fù)合材料除在航空航天、國(guó)防科技領(lǐng)域應(yīng)用外， 其他行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。二、綜述樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用目前常用的樹脂基復(fù)合材料有：熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混 基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時(shí)軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后又 變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型，在加工過程中發(fā)生固化，形成不熔和不溶解的網(wǎng)狀 交聯(lián)型高分子化合物，因此不能再生。隨著復(fù)合材料工業(yè)的迅速發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料以其 優(yōu)越的性能和特點(diǎn)將

5、應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。以下將簡(jiǎn)介樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用。2.1熱固性樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的樹脂基體，目前以熱固性樹脂為主。早在40年代，在戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)上就 開始采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料作雷達(dá)罩。60年代美國(guó)在F-4、F-11等軍用飛機(jī)上采用了硼纖維 增強(qiáng)環(huán)氧樹脂作方向舵、水平安定面、機(jī)翼后緣、舵門等。在導(dǎo)彈制造方面，50年代后期 美國(guó)中程潛地導(dǎo)彈“北極星A-2”第二級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上就采用了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧 樹脂的纏繞制件，較鋼質(zhì)殼體輕27%；后來(lái)采用高性能的玻璃纖維代替普通玻璃纖維造“北 極星A-3”，使殼體重量較鋼制殼體輕50%，從而使“北極星A-3”導(dǎo)彈的射程由2700千米 增加到45

6、00千米。70年代后采用芳香聚酰胺纖維代替玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂，強(qiáng)度又大幅 度提高，而重量減輕4-6。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等結(jié)構(gòu)上得到 越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如樹脂基復(fù)合材料在彈體上的應(yīng)用刀。彈體是用于構(gòu)成導(dǎo)彈外形連接和安裝彈上各 部分系統(tǒng)且能承受各種載荷的整體結(jié)構(gòu)。采用樹脂基復(fù)合材料做彈體的主要目的是為了最大 限度的減輕導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、降低成本。進(jìn)一步提高導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)性能更重要的 是，采用樹脂基復(fù)合材料技術(shù)有利于整體成形有復(fù)雜形狀、光滑表面和氣動(dòng)外形流暢的彈體， 可以形成金屬殼體難飛航導(dǎo)彈，以達(dá)到的隱身性能。目前，國(guó)外巡航導(dǎo)彈在設(shè)計(jì)研制時(shí)，都 特別重視大量采用

7、樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。2.2熱塑性樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用近年來(lái)，由于熱塑性樹脂基復(fù)合材料具有韌性好，疲勞強(qiáng)度高，耐濕熱性好，預(yù)浸料可以長(zhǎng) 期存放，可以重復(fù)成形，環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，使其在航空航天、汽車、電器、電子、建材、 醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。隨著PPO、PEEK、PPS、PSF等高性能熱塑性樹脂的開發(fā)得 到快速發(fā)展，使得熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用更加廣泛，其中在汽車行業(yè)中的應(yīng)用最為突出罔。 當(dāng)前，世界汽車材料技術(shù)發(fā)展的主要方向是輕量化和環(huán)?；p輕汽車自重是降低汽車排放， 提高燃燒效率的最有效措施之一，汽車的自重每減少10%，燃油消耗可降低6%8%。為此， 增加熱塑性復(fù)合材料在汽車中的使用量，便成為

8、降低整車成本及其自重，增加汽車有效載荷 的關(guān)鍵。由于熱塑性樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高，斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度、耐熱、耐腐 蝕等性能好，以及可重復(fù)成型等優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)上也得到一定應(yīng)用9-10。在航空工業(yè)中，樹脂 基復(fù)合材料用于制造飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、鴨翼、平尾和發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道；在航天領(lǐng)域，樹脂基復(fù) 合材料不僅是方向舵、雷達(dá)、進(jìn)氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的絕 熱殼體，也可用作發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的燒蝕防熱材料。近年來(lái)研制的新型氰酸樹脂復(fù)合材料具有耐 濕性強(qiáng)、微波介電性能佳、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制作宇航結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)的主次承 力結(jié)構(gòu)件和雷達(dá)天線罩。美國(guó)F-22飛機(jī)熱塑性復(fù)合材料使用量大

9、于1%，其它民用飛機(jī)上熱 塑性復(fù)合材料的使用量則更多。由于熱塑性復(fù)合材料具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使其在軍事領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用。主要有槍用 材料、彈用材料、以及地面車輛、火炮、艦船等部分零部件用材料。另外，熱塑性復(fù)合材料 在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。在建筑行業(yè)，產(chǎn)品有管件閥門、管道、百葉窗等部件；在機(jī) 械工業(yè)方面，產(chǎn)品有水泵葉輪、軸承、滾輪、電機(jī)風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇空氣濾清器、音響 零件等；在油田領(lǐng)域，近年來(lái)，熱塑性復(fù)合材料在油田中應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，其中用于扶正 器的玻纖增強(qiáng)PA材料年消耗量近萬(wàn)噸11-13。另外，樹脂基復(fù)合材料在電子、能源、生物醫(yī) 學(xué)、體育運(yùn)動(dòng)器材、船舶制造等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。三、

10、展望樹脂基復(fù)合材料良好的發(fā)展和應(yīng)用前景決定了人們將繼續(xù)重視發(fā)展樹脂基復(fù)合材料的 研究與開發(fā)。樹脂基體的發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)提高耐熱和耐濕熱性，以滿足戰(zhàn)機(jī)導(dǎo)彈超聲速巡航 及未來(lái)用材需求，目標(biāo)是在可成型大型復(fù)雜構(gòu)件的前提下，基體的濕態(tài)耐熱進(jìn)一步提高。在 開發(fā)高性能增強(qiáng)纖維，如納米材料的同時(shí)，主要通過基體增韌，繼續(xù)提高復(fù)合材料的抗沖擊 韌性。樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用向著高性能化方向發(fā)展，旨在追求高的減重效率。重視制造技 術(shù)研究、生產(chǎn)改造和綜合配套。開發(fā)材料設(shè)計(jì)及制備過程的計(jì)算機(jī)模擬軟件，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和 成型工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的先進(jìn)性、可靠性，并最大限度的降低成本14。制約復(fù)合材 料擴(kuò)大應(yīng)用，特別是在民用領(lǐng)域

11、應(yīng)用的主要障礙仍是成本太高，因此降低成本是當(dāng)務(wù)之急。 復(fù)合材料的發(fā)展應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，加大創(chuàng)新力度，加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究和應(yīng)用性研究，努力降低 原材料成本，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域；要通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，立足自主開發(fā)，同時(shí)積極引進(jìn)技術(shù)和 資金，在科技攻關(guān)、項(xiàng)目建設(shè)、裝置規(guī)模上要力求與國(guó)際接軌，以推動(dòng)我國(guó)復(fù)合材料工業(yè)全 面、快速、健康地發(fā)展。隨著飛行器向高空高速無(wú)人化智能化低成本化方向發(fā)展樹脂基復(fù)合材料的地位會(huì)越來(lái) 越重要。國(guó)外預(yù)計(jì)在下一代飛機(jī)上復(fù)合材料將扮演主角15樹脂基復(fù)合材料對(duì)于導(dǎo)彈、戰(zhàn) 機(jī)屏蔽或衰減雷達(dá)波或紅外特征，提高自身生存和空防能力，具有至關(guān)重要的作用；在實(shí)現(xiàn) 戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈輕量化、快速反應(yīng)能力、精確打擊

12、等方面起著巨大作用，其用量已成為戰(zhàn)機(jī)導(dǎo) 彈先進(jìn)性的一個(gè)重要標(biāo)志。樹脂基復(fù)合材料技術(shù)不斷發(fā)展更新其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展并在能源 電子汽車建筑橋梁環(huán)境和船舶等領(lǐng)域扮演著越發(fā)重要的角色。高性能樹脂基體及其改性是我 門樹脂行業(yè)的責(zé)任和義務(wù)，應(yīng)該努力做好這方面的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。隨著樹脂基復(fù)合材料的性能進(jìn)一步提高，使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步積累，低成本技術(shù)的發(fā)展，高 效新結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及應(yīng)用效能的提高，未來(lái)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊酶訌V泛。四、參考文獻(xiàn)1蘇航，鄭水蓉,孫曼靈，陳曉明等.纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的研究進(jìn)展J.熱固性樹 脂,2011,04:54-57.2吳良義，羅蘭，溫曉蒙等.熱固性樹脂基體復(fù)合材料的應(yīng)用

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