環(huán)氧樹脂復(fù)合材料

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. a! U$ T- f. w' U3 I2 R# {    復(fù)合材料是由基體材料和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的多相體系固體材料,。它充分發(fā)揮了各組分材料的特點(diǎn)和潛在能力,，通過各組分的合理匹配和協(xié)同作用,，呈現(xiàn)出原來單一材料(均質(zhì)材料、單相材料)所不具有的優(yōu)異的新性能,，從而達(dá)到對(duì)材料某些性能的綜合要求,。復(fù)合材料的出現(xiàn)在材料發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義。受到國內(nèi)外的極大重視,。其發(fā)展之迅猛在歷史上是空前的,。已在工業(yè)、農(nóng)業(yè),、交通,、軍事、科學(xué)技術(shù)和人民生活等各個(gè)領(lǐng)域廣為應(yīng)用,。尤其是在航空,、航天等尖端技領(lǐng)域中已成為不可缺少的重要的結(jié)構(gòu)材料。無怪乎有人認(rèn)為21世紀(jì)將進(jìn)入“復(fù)合材料時(shí)代”,�,！　�熱固性樹脂基��(fù)合材料是目前研究得最多、應(yīng)用得最廣的一種復(fù)合材料,。它具有質(zhì)量輕,、強(qiáng)度高、模量大,、耐腐蝕性好,、電性能優(yōu)異、原料來源廣泛,，加工成型簡便,、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，并具有材料可設(shè)計(jì)性以及其他一些特殊性能,，如減振,、消音、透電磁波,、隱身,、耐燒蝕等特性，已成為國民經(jīng)濟(jì),、國防建設(shè)和科技發(fā)展中無法取代的重要材料。在熱固性樹脂基復(fù)合材料中使用最多的樹脂仍然是酚醛樹脂,、不飽和聚酪樹脂和環(huán)氧樹脂這三大熱固性樹脂,。這三種樹脂階性能各有特點(diǎn)：酚醛樹脂的耐熱性較高、耐酸性好,、固化速度快,，但較脆、需高壓成型；不飽和聚酪樹脂的工藝性好,、價(jià)格最低,，但性能較差；環(huán)氧樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度和內(nèi)聚強(qiáng)度高,，耐腐蝕性及介電性能優(yōu)異,，綜合性能最好，但價(jià)格較貴,。因此,，在實(shí)際工程中環(huán)氧樹脂復(fù)合材料多用于對(duì)使用性能要求高的場合，如用作結(jié)構(gòu)材料,、耐腐蝕材料,、電絕緣材料及透波材料等。
　
, R$ W+ {" d+ b( Y8 u! v    1,、環(huán)氯樹脂復(fù)合材料的分類

　　環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(簡稱環(huán)氧復(fù)合材料,，也有人稱為環(huán)氧增強(qiáng)塑料)的品種很多，其名稱,、含義和分類方法也沒有完全統(tǒng)一,，但大體上講可按以下方法分類。
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　　(1)按用途可分為環(huán)氧結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,、環(huán)氧功能復(fù)合材料和環(huán)氧功能型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是通過組成材料力學(xué)性能的復(fù)合，使之能用作受力結(jié)構(gòu)材料,，并能按受力情況設(shè)計(jì)和制造材料,，以達(dá)到材料性能冊(cè)格比的最佳狀態(tài)。功能復(fù)合材料是通過組成材料其他性能(如光,、電,、熱、耐腐蝕等)的復(fù)合,，以得到具有某種理想功能的材料,。例如環(huán)氧樹脂覆銅板、環(huán)氧樹脂電子塑封料,、雷達(dá)罩等,。需要指出的是，無論使用的是材料的哪一種功能性,，都必須具有必要的力學(xué)性能,，否則再好的功能材料也沒有實(shí)用性。已有些功能材料同時(shí)還要有很高的強(qiáng)度,，如高壓絕緣子芯棒,，要求絕緣性和強(qiáng)度都很高,，是一種絕緣性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
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$ c  |, F9 `7 E/ v( l4 y　　(2)按成型壓力可分為高壓成型材料(成型壓力5—30MPa),，如環(huán)氧工程塑料及環(huán)氧層壓塑料,；低壓成型材料(成型壓力＜2．5MPa)，如環(huán)氧玻璃鋼和高性能環(huán)氧復(fù)合材料,。玻璃鋼和高性能復(fù)合材料由于制件尺寸較大(可達(dá)幾個(gè)㎡),、型面通常不是平面，所以不宜用高壓成型,。否則模具造價(jià)太高,，壓機(jī)噸位太大，因而成本太貴,。
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7 t; L- c/ s* N2 N- ]1 @" E　　(3)按環(huán)氧復(fù)合材料階性能,、成型方法、產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn),，并照顧到習(xí)慣上的名稱綜合考慮可分為：環(huán)氧樹脂工程塑料,、環(huán)氧樹脂層壓塑料、環(huán)氧樹脂玻璃鋼(通用型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料)及環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,。


4 d% D' [. V: v8 c7 G    2,、環(huán)氧樹脂復(fù)臺(tái)材料的組成
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: w' w; F2 u3 ?& f) }% [  f; U　　環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是由環(huán)氧樹脂基體、增強(qiáng)材料及二者的界面層所組成,。

　　(1)環(huán)氧樹脂基體 它是環(huán)氧樹脂膠液的固化物,。環(huán)氧樹脂膠液是由環(huán)氧樹脂、固化劑以及促進(jìn)劑,、改性劑,、稀釋劑、偶聯(lián)劑和其他助劑組成,。根據(jù)不同的使用及工藝要求進(jìn)行選配,。

7 S. U# u; M6 V2 n; U1 @　　(2)增強(qiáng)材料多采用纖維及其織物，以及微粒狀(粉狀)材料,。增強(qiáng)效果一般隨增強(qiáng)材料長徑比的增大而增大,。微粒材料的增強(qiáng)效果較低，多用于功能性的復(fù)合,，如Si02粉用于絕緣料,，膠體石墨用于塑料軸承等。但是,，隨著當(dāng)前納米級(jí)材料的迅速開發(fā)與應(yīng)用,，預(yù)計(jì)其增強(qiáng)效果和功能性復(fù)合效果將會(huì)有大幅度提高。大量采用的纖維材料是玻璃纖維及其織物,。早期曾用過棉織物,，因來源的限制，現(xiàn)在除特殊需要外已很少應(yīng)用,。也可采用化學(xué)纖維如聚酯纖維等,。在環(huán)氧工程塑料中多采用短玻璃纖維，也可使用石棉纖維,、棉纖維等,。在高性能環(huán)氧復(fù)合材料中主要采用碳纖維，以及它與芳綸纖維,、高強(qiáng)玻璃纖維的混雜纖維,。在雷達(dá)罩中除了采用E一玻璃纖維和D—玻璃纖維外，還可采用介電性能更好的石英纖維,。
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　　(3)環(huán)氧樹脂基體與增強(qiáng)材料的界面層 在環(huán)氧樹脂與增強(qiáng)材料復(fù)合的過程中,，在它們之間形成了界面層。界面層的結(jié)構(gòu)及性能與環(huán)氧樹脂基體及增強(qiáng)材料都不相同,。高質(zhì)量的界面層性能保證了基體和纖維潛在能力的高度發(fā)揮和復(fù)合效應(yīng)的充分實(shí)現(xiàn),。
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    3、環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的特性

　　(1)密度小,，比強(qiáng)度和比模量高,。高模量碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料的比強(qiáng)度為鋼的5倍、鋁合金的4倍,，鉆合金的3．2倍,。其比模量是鋼、鋁合金,、欽合金的5．5 —6倍,。因此，在強(qiáng)度和剛度相同的情況下碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料構(gòu)件的重量可以大大減輕,。這在節(jié)省能源,、提高構(gòu)件的使用性能方面，是現(xiàn)有任何金屬材料所不能相比的,。
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　　(2)疲勞強(qiáng)度高,，破損安全特性好。環(huán)氧復(fù)合材料在靜載荷或疲勞載荷作用下,，首先在最薄弱處出現(xiàn)損傷,，如橫向裂紋、界面脫膠,、分層,、纖維斷裂等。然而眾多的纖維和界面會(huì)阻止或延緩裂紋的擴(kuò)展,，基體會(huì)迅速把載荷重新分配并通過界面?zhèn)鬟f到末斷纖維上,，使整個(gè)構(gòu)件能繼續(xù)承載,，不會(huì)立即整體斷裂。在疲勞過程中裂紋擴(kuò)展很慢,，直到疲勞壽命的90％左右才迅速斷裂,。整體斷裂前有明顯預(yù)兆，所以破損安全特性好,。而金屬材料在疲勞載荷下常常是沒有明顯預(yù)兆的突發(fā)性破壞,。

　　(3)減振性能好。結(jié)構(gòu)的白振頻率除了與結(jié)構(gòu)本身形狀有關(guān)外,，還與材料的比模量的平方根成正比,。環(huán)氧復(fù)合材料具有高的比模量，因此也具有高的自振頻率,。高的自振頻率不易引起工作時(shí)的共振,，這就可以避免因共振而產(chǎn)生的早期破損。同時(shí),，復(fù)合材料中纖維與基體間的界面具有吸振能力,，因此它的振動(dòng)阻尼很高。對(duì)形狀和尺寸相同的輕金屬合金梁及碳纖維復(fù)合材料梁進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)表況輕合金梁需9s才能停止振動(dòng),，而復(fù)合材料梁只需2．5s就靜止了,。
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　　(4)耐腐蝕性能、介電性能,、透電磁波性能及綜合性能好,。耐熱性亦較好。
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　　(5)可用模具一次成型整體構(gòu)件,，從而減少了零部件,、緊固件和接頭數(shù)目，改善了受力狀態(tài),，節(jié)省了原材料,，減輕了構(gòu)件的重量。所用工裝簡單,，生產(chǎn)周期短,，成本可大大降低。

, a9 z4 M$ t# {9 r1 x　　(6)各向異性及材料性能的可設(shè)計(jì)性,。這是復(fù)合材料,，尤其是高性能復(fù)合材料的突出特點(diǎn)�,？筛鶕�(jù)工程結(jié)構(gòu)的載荷分布及使用條件進(jìn)行復(fù)合材料的配方設(shè)計(jì)和鋪層設(shè)計(jì),。合理地、有效地發(fā)揮各組成材料的作用和潛在性能，滿足材料性能的預(yù)定要求,，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì),，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理,。

　　(7)環(huán)氧復(fù)合材料的主要缺點(diǎn)是：材料性能的分散性較大,，耐老化性較差，耐濕熱性不很高,，橫向性能和層間剪切強(qiáng)度不夠好。

! G8 w4 \/ E* d6 g　　4,、環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用

　　環(huán)氧樹脂工程塑料主要用于要求強(qiáng)度高,、沖擊韌性好、具有一定耐熱性等綜合性能的工程塑料零部件,。如火箭尾翼片,、穿甲彈彈托、聲納鰭板等,。還用作功能性塑料,，如電子元件的塑封材料、水潤滑塑料軸承等,。
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　　環(huán)氧樹脂層壓塑料主要用作電機(jī),、電器的絕緣結(jié)構(gòu)件。其中環(huán)氧覆銅板的用量極大,。 環(huán)氧樹脂玻璃鋼主要用作耐腐蝕容器,，如貯罐、槽車,、電解槽,、酸洗塔等，也用作雷達(dá)罩,。

0 _$ m5 B# v# P' T. `3 m　　高性能環(huán)氧復(fù)合材料主要用作飛機(jī),、衛(wèi)星、航天器等的結(jié)構(gòu)件,，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,，以及高級(jí)體育用品如球拍、球捧,、釣魚桿,、賽艇等。
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淡然

復(fù)合材料也和復(fù)合人才一樣搶手,，但如果太貴,，一般產(chǎn)品用不起,。