層壓塑料和增強(qiáng)塑料

層壓塑料和增強(qiáng)塑料12.1概述12.2增強(qiáng)塑料的組成12.3膠接作用和表面處理12.4增強(qiáng)塑料的成型Outline12.1概述12.2增強(qiáng)塑料的組成12.3膠接作用和表面處理12.4增強(qiáng)塑料的成型Outline12.1概述

層壓塑料是將紙張、棉布、玻璃布、石棉紙等片狀底材經(jīng)浸或涂樹脂后(稱附膠片材)，再經(jīng)層疊、加熱、加壓而制成堅(jiān)實(shí)的板、管、棒等形狀制品。增強(qiáng)塑料是指聚合物與增強(qiáng)材料相結(jié)合而提高力學(xué)強(qiáng)度的有機(jī)復(fù)合材料。層壓塑料也是增強(qiáng)塑料的一部分，構(gòu)成兩者的主體材料都是樹脂和增強(qiáng)物，不同的是層壓塑料強(qiáng)調(diào)了片狀底材的層疊。增強(qiáng)塑料的性能特點(diǎn)：比強(qiáng)度高。ρ<2×103kg/m3熱性能良好。增強(qiáng)塑料的熱變形溫度高，收縮率小，導(dǎo)熱系數(shù)低。耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。如尼龍耐堿，聚苯醚耐高溫水蒸氣，聚甲醛耐水、耐有機(jī)溶劑等。電絕緣性能優(yōu)良。復(fù)合材料的集散分布情況①分散(摻和)強(qiáng)化型材料②層狀復(fù)合材料(或稱接合型復(fù)合材料)③梯度材料(梯度功能材料)①顆粒(粒子)彌散強(qiáng)化復(fù)合材料②晶須強(qiáng)化復(fù)合材料纖維強(qiáng)化復(fù)合材料織物/非織物強(qiáng)化復(fù)合材料強(qiáng)化相材料的形態(tài)12.1概述12.2增強(qiáng)塑料的組成12.3膠接作用和表面處理12.4增強(qiáng)塑料的成型Outline12.2增強(qiáng)塑料的組成

一、樹脂熱固性樹脂熱固性樹脂

（1）聚酯樹脂常用不飽和聚酯及其單體配成稠厚性液體。成型時(shí)加入適量引發(fā)劑(如有機(jī)過氧化物)使其發(fā)生固化反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)越電絕緣性能、較強(qiáng)的抗水和抗酸性、較好透明性以及抗御大多數(shù)有機(jī)溶劑的侵蝕。缺點(diǎn)：是耐熱性較差和固化時(shí)收縮率大。（2）環(huán)氧樹脂通常使用的是稠厚液體，固化時(shí)常用酐類或胺類化合物為硬化劑。由于固化反應(yīng)無氣體副產(chǎn)物放出，可選用低壓成型方法。優(yōu)點(diǎn)：環(huán)氧樹脂對各種增強(qiáng)物的膠接作用都很好。缺點(diǎn)：脫模會(huì)發(fā)生困難，固化時(shí)收縮率較小。（3）酚醛樹脂酚醛樹脂成為增強(qiáng)塑料，分預(yù)浸和層壓兩步。首先將樹脂的水溶液或醇溶液涂浸在增強(qiáng)物上并使其固化反應(yīng)進(jìn)行至乙階段，借以逐出溶劑和部分固化反應(yīng)的副產(chǎn)物；然后對預(yù)浸物采用高壓成型，反應(yīng)至丙階段。工業(yè)上習(xí)慣將熱固性樹脂交聯(lián)過程分為三個(gè)階段：①甲階（P<Pc）此階段樹脂具有良好的可溶、可熔性。②乙階（P≈Pc）分子間產(chǎn)生部分交聯(lián)鍵和形成交聯(lián)。此時(shí)樹脂的可溶、可熔性下降，但仍然可塑。③丙階(P>Pc)此階段分子具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，樹脂達(dá)到不溶不熔的深度交聯(lián)。（4）有機(jī)硅樹脂有機(jī)性溶液，固化時(shí)象酚醛樹脂一樣有揮發(fā)性物質(zhì)出來，成型時(shí)也需預(yù)浸和高壓，且固化時(shí)間較長。這類樹脂常用于制品電絕緣性能、強(qiáng)度和耐熱性要求高的場合，成本也較高。（5）三聚氰胺甲醛樹脂成型時(shí)要放出揮發(fā)性物質(zhì)，必須經(jīng)過預(yù)浸。這類樹脂具有優(yōu)越的抗電弧性，上色范圍廣、硬度高、耐磨性好、耐熱性高等優(yōu)點(diǎn)。但是成本較高。除上述幾種熱固性樹脂外，近年來新發(fā)展的有三聚氰氨三丙烯酯、聚磷苯二甲酸二丙烯酯和聚間苯二甲酸二丙烯酯、聚酰亞胺等二十多種熱固性樹脂。12.2增強(qiáng)塑料的組成

一、樹脂熱固性樹脂

熱塑性樹脂聚酰胺樹脂；聚烯烴樹脂；PS樹脂；聚甲醛樹脂；聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂；聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂；PC樹脂；改性聚苯醚樹脂；聚苯硫醚樹脂。熱塑性樹脂

二、增強(qiáng)材料1、玻璃纖維；按化學(xué)成分可分為無堿、中堿、高堿、高彈、高強(qiáng)等幾種。2、碳纖維；3、硼纖維；4、碳化硼纖維；5、晶須（單晶類纖維，Al2O3、SiC、SiO2）；6、石棉纖維。12.3膠接作用和表面處理

復(fù)合材料的組成增強(qiáng)體Reinforcement基體Matrix界面Interface

界面結(jié)構(gòu)示意圖增強(qiáng)材料樹脂基體基體表面區(qū)相互滲透區(qū)增強(qiáng)材料表面區(qū)一、膠接作用

加入“雙親分子”的表面處理劑，這種物質(zhì)的分子一端具有親極性增強(qiáng)材料的極性基團(tuán)，另一端是親非極性樹脂的非極性基團(tuán)，則可在增強(qiáng)材料與樹脂之間起一種膠接作用。樹脂增強(qiáng)材料化學(xué)鍵理論偶聯(lián)劑與玻璃纖維的界面反應(yīng)以玻璃纖維用乙烯基三氯硅烷處理后，用于增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂為例復(fù)合材料的界面理論界面浸潤理論化學(xué)鍵理論擴(kuò)散理論靜電理論機(jī)械粘結(jié)理論化學(xué)鍵理論界面反應(yīng)偶聯(lián)劑處理后的玻璃纖維，在引發(fā)劑作用下與不飽和聚酯發(fā)生如下反應(yīng)，形成化學(xué)鍵結(jié)合。

處理劑（1）有機(jī)絡(luò)合物類。常用的是甲基丙烯酸二氯化鉻絡(luò)合物（沃蘭）（2）有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑（3）鈦酸酯類偶聯(lián)劑4）鋁酸酯類偶聯(lián)劑是一類具有兩不同性質(zhì)官能團(tuán)的物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是分子中含有化學(xué)性質(zhì)不同的兩個(gè)基團(tuán)，一個(gè)是親無機(jī)物的基團(tuán)，易與無機(jī)物表面起化學(xué)反應(yīng)；另一個(gè)是親有機(jī)物的基團(tuán)，能與合成樹脂或其它聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生成氫鍵溶于其中。偶聯(lián)劑被稱作“分子橋”，用以改善無機(jī)物與有機(jī)物之間的界面作用，從而大大提高復(fù)合材料的性能，如物理性能、電性能、熱性能、光性能等。偶聯(lián)劑式中n=0～3；Y代表氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團(tuán)，這些基團(tuán)和不同的基體樹脂均具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力；X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等），這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅醇（Si(OH)3）,而與無機(jī)物質(zhì)結(jié)合,形成硅氧烷。硅烷偶聯(lián)劑在國內(nèi)有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171這幾種型號(hào)。硅烷偶聯(lián)劑表面預(yù)處理法：將硅烷偶聯(lián)劑配成0.5～1%濃度的稀溶液，使用時(shí)只需在清潔的被粘表面涂上薄薄的一層，干燥后即可上膠。所用溶劑多為水、醇、或水醇混合物，并以不含氟離子的水及價(jià)廉無毒的乙醇、異丙醇為宜。遷移法：將硅烷偶聯(lián)劑直接加入到膠粘劑組分中，一般加入量為基體樹脂量的1～5%。涂膠后依靠分子的擴(kuò)散作用，偶聯(lián)劑分子遷移到粘接界面處產(chǎn)生偶聯(lián)作用。對于需要固化的膠粘劑，涂膠后需放置一段時(shí)間再進(jìn)行固化，以使偶聯(lián)劑完成遷移過程，方能獲得較好的效果。底面法：5%-20%的硅烷偶聯(lián)劑的溶液同上面所述，通過涂、刷、噴，浸漬處理基材表面，取出室溫晾干24小時(shí)，最好在120℃下烘烤15分鐘。直接加入法：硅烷亦可直接加入填料/樹脂的混合物中，在樹脂及填料混合時(shí)，硅烷可直接噴灑在混料中。偶聯(lián)劑的用量一般為填料用量的0.1%-2%，（根據(jù)填料直徑尺寸決定）。然后將加過硅烷的樹脂/填料進(jìn)行模塑（擠出、壓塑、涂覆等）。

在硅烷偶聯(lián)劑的兩類性能互異的基團(tuán)中，以Y基團(tuán)最重要，它直接決定硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用效果。只有當(dāng)Y基團(tuán)能和對應(yīng)的基體樹脂起反應(yīng)時(shí)，才能提高有機(jī)膠粘劑的粘接強(qiáng)度。一般要求Y基團(tuán)能與樹脂相溶并能起偶聯(lián)反應(yīng)，所以對于不同的樹脂，必須選擇含適當(dāng)Y基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑。當(dāng)Y為無反應(yīng)性的烷基或芳基時(shí)，對極性樹脂是不起作用的，但可用于非極性樹脂，如硅橡膠、聚苯乙烯等的膠接中。當(dāng)Y含反應(yīng)性官能基，要注意它與所用樹脂的反應(yīng)性及相容性。當(dāng)Y含氨基時(shí)，屬于催化性的，能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化劑，也可作為環(huán)氧和聚氨酯樹脂的固化劑，這時(shí)偶聯(lián)劑完全參與反應(yīng)，形成新鍵。氨基硅烷類的偶聯(lián)劑是屬于通用型的，幾乎能與各種樹脂起偶聯(lián)作用，但聚酯樹脂例外。X基團(tuán)的種類對偶聯(lián)效果沒有影響。因此，根據(jù)Y基團(tuán)中反應(yīng)基的種類，硅烷偶聯(lián)劑也分別稱為乙烯基硅烷、氨基硅烷、環(huán)氧基硅烷、巰基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等，這幾種有機(jī)官能團(tuán)硅烷是最常用的硅烷偶聯(lián)劑。通式為ROO(4-n)Ti(OX-R’Y)n(n=2,3)表示；其中RO-是可水解的短鏈烷氧基，能與無機(jī)物表面羥基起反應(yīng)，從而達(dá)到化學(xué)偶聯(lián)的目的；OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，這些基團(tuán)很重要，決定鈦酸酯所具有的特殊功能，如磺酸基賦予有機(jī)物一定的觸變性；焦磷酰氧基有阻燃，防銹，和增強(qiáng)粘接的性能。鈦酸酯偶聯(lián)劑（RO)m-起無機(jī)物與鈦偶聯(lián)。鈦酸酯偶聯(lián)劑通過它的烷氧基直接和填料或顏料表面所吸附的微量羧基或羥基進(jìn)行化學(xué)作用而偶聯(lián)。-（--O……）--具有酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)功能。該區(qū)可與帶羧基的聚合物發(fā)生酯交換反應(yīng)，或與環(huán)氧樹脂中的羧基進(jìn)行酯化反應(yīng)，使填充劑、鈦酸酯和聚合物三者交聯(lián)。OX--連接鈦中心的基團(tuán)。這一部位的OX基團(tuán)隨結(jié)構(gòu)不同，對鈦酸酯的性能有不同影響，如羧基可增加與半極性材料的相溶性，磺酸基具有觸變性，砜基可增加酯交換活性，磷酸酯基可提高阻燃性，聚氯乙烯的軟化性；焦磷酸酯基可吸收水份，改進(jìn)硬質(zhì)聚氯乙烯的沖擊強(qiáng)度，亞磷酸酯基可提高抗氧性，降低聚酯或環(huán)氧樹酯中的粘度等。R---熱塑性聚合物的長鏈糾纏基團(tuán)，鈦酸酯分子中的有機(jī)骨架。由于存在大量長鏈的碳原子數(shù)提高了和高分子體系的相容性，引起無機(jī)物界面上表面能的變化，具有柔韌性及應(yīng)力轉(zhuǎn)移的功能，產(chǎn)生自潤滑作用，導(dǎo)致粘度大幅度下降，改善加工工藝，增加制品的延伸率和撕裂強(qiáng)度，提高沖擊性能。如果R為芳香基，可提高鈦酸酯與芳烴聚物的相容性。Y---熱固性聚合物的反應(yīng)基團(tuán)。當(dāng)它們連接在鈦的有機(jī)骨架上，就能使偶聯(lián)劑和有機(jī)材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而連接起來。例如雙鍵能和不飽和材料進(jìn)行交聯(lián)固化，氨基能和環(huán)氧樹脂交聯(lián)等。)n它代表鈦酸酯的官能度，n可以為1-3，因而能根據(jù)需要調(diào)節(jié)，使它對有機(jī)物產(chǎn)生多種不同的效果，在這一點(diǎn)上靈活性要比象硅烷那樣的三烷氧基單官能偶聯(lián)劑大。二、表面處理方法熱-化學(xué)處理法（后處理）化學(xué)處理法（前處理）遷移法

熱-化學(xué)處理法主要用于有捻紡織制品。在纖維拉制過程中，加入的是紡織型浸潤劑，多屬油脂類和親水性物質(zhì)，必須首先去除。其方法有洗滌法、烘燒法和高溫?zé)崽幚淼?。趁熱將熱處理過的纖維織物浸入特定配方的表面處理劑中充分進(jìn)行化學(xué)浸漬，再經(jīng)烘干(150-180℃)，(溫度低于水的沸點(diǎn)時(shí)易吸收水分)10-20min。熱處理時(shí)間愈長、溫度愈高，則浸潤劑的殘留量愈低，但纖維強(qiáng)度的損失也愈大。對電性能要求高的增強(qiáng)塑料制品，應(yīng)盡可能降低浸潤劑的殘留量。二、表面處理方法熱-化學(xué)處理法（后處理）化學(xué)處理法（前處理）遷移法

化學(xué)處理法（前處理）在玻璃拉絲操作時(shí)就已將表面處理劑加入到玻璃纖維浸潤劑配方中，故稱為前處理法。表面處理劑用于無捻粗紗玻璃纖維制品，含油質(zhì)成分少，屬于強(qiáng)化型表面處理劑，故省去熱處理工序，故稱為化學(xué)處理法。二、表面處理方法熱-化學(xué)處理法（后處理）化學(xué)處理法（前處理）遷移法

遷移法是將表面處理劑按一定比例加入樹脂中，當(dāng)玻璃纖維進(jìn)行浸膠和涂覆時(shí)，與玻璃纖維及其織物發(fā)生作用。11.4增強(qiáng)塑料的成型

一、熱塑性增強(qiáng)塑料的成型（自學(xué)）目前比較成熟的是注射成型。但由于含有例如玻璃纖維等而具有特定特征。

二、熱固性塑料的成型1、高壓成型2、低壓成型3、接觸成型4、其它成型

高壓成型1、層壓成型將增強(qiáng)用的片狀基材經(jīng)浸漬、噴射、涂拭等方法上膠后，再經(jīng)多層疊合送入熱壓機(jī)于一定溫度和壓力下壓制形成制品的方法，稱為層壓成型。只能生產(chǎn)板材。層壓成型

浸漬、疊料、進(jìn)模、熱壓、脫模、切邊、熱處理等多層層壓機(jī)2、卷繞輥壓成型將附膠片材一層層卷繞在管芯上（不是平鋪），再以支撐輥和大壓輥壓實(shí)。生產(chǎn)管材和棒材。3、模壓成型附膠片材可用于模壓，由于它在模壓中很難流動(dòng)，需先用剪裁、縫制或制坯等方法將其制成型坯安放在陰模中，再進(jìn)行壓制模塑。這種模壓制品只能是扁平或形樣簡單的，但其力學(xué)強(qiáng)度卻比一般模壓制品高得多，常用于齒輪、滑輪、軸瓦、軸襯、閥件等的制造。二、熱固性塑料的成型1、高壓成型2、低壓成型3、接觸成型4、其它成型

低壓成型用橡皮袋等彈性施壓物與剛性模配合作用的成型方法，因其加工壓力較低，故稱為低壓成型。這種成型制品在外觀和強(qiáng)度上稍差，但對設(shè)備要求不高，