第一篇：先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的現(xiàn)狀及應(yīng)用

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的現(xiàn)狀及應(yīng)用

摘要：先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料以其比強(qiáng)度比模量高、良好的耐疲勞性能、良好的 抗腐蝕性能、成型工藝的多選擇性等獨特優(yōu)點獲得廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。本文簡要介紹了先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的特性，并結(jié)合其特性從應(yīng)用的角度總結(jié)了先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用和前景。

關(guān)鍵字：樹脂基復(fù)合材料現(xiàn)狀應(yīng)用前言

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料是以有機(jī)高分子材料為基體、高性能連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料、通過復(fù)合工藝制備而成,具有明顯優(yōu)于原組分性能的一類新型材料[ 1 ]。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料優(yōu)越得多的力學(xué)性能，可設(shè)計性優(yōu)良，還兼有耐化學(xué)腐蝕和耐候性優(yōu)良、熱性能良好、振動阻尼和吸收電磁波等功能。目前，隨著復(fù)合材料工業(yè)的迅速發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料正憑借其本身固有的輕質(zhì)高強(qiáng)、成型方便、不易腐蝕、質(zhì)感美觀等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，全世界樹脂基復(fù)合材料制品共有4萬多種，全球僅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)量目前達(dá)到750多萬t，從業(yè)約45萬人，年產(chǎn)值415億歐元，其生產(chǎn)能力與市場分布情況為：北美32%、亞太地區(qū)35%、歐洲30%、其他地區(qū)3%[ 2 ]。目前，全世界高性能樹脂基復(fù)合材料的產(chǎn)量超過300萬t，高性能熱塑性復(fù)合材料的產(chǎn)量為120多萬t，其應(yīng)用領(lǐng)域主要為：汽車行業(yè)占23%、建筑業(yè)21%、航空業(yè)17%、體育運動領(lǐng)域11%[ 3 ]。從全球發(fā)展趨勢來看，近幾年歐美復(fù)合材料生產(chǎn)均持續(xù)增長，亞洲的日本發(fā)展緩慢，而中國特別是中國內(nèi)地的市場發(fā)展迅速。我國樹脂基復(fù)合材料研究，經(jīng)過多年的發(fā)展，在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品種類、生產(chǎn)規(guī)模等方面邁過了由小到大的臺階，產(chǎn)量已經(jīng)僅次于美國，居世界第2位，其市場分布為：建筑 40%、管罐24%、工業(yè)器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。我國高性能樹脂基復(fù)合材料發(fā)展水平不高，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。3 先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用

3.1航空、3.1航空、航天工業(yè)航空樹脂基復(fù)合材料以其典型的輕量特性、卓越的比強(qiáng)度、比模量、獨特的耐燒蝕和隱蔽性、材料性能的可設(shè)計性、制備的靈活性和易加工性等,在實現(xiàn)武器系統(tǒng)輕量化、快速反應(yīng)能力、高威力、大射程、精確打擊等方面起著巨大作用,使它成為航空航天工業(yè)中非常理想的材料。在航空工業(yè)中，先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在應(yīng)用過程中不斷積累應(yīng)用經(jīng)驗,提高技術(shù)水平, 完善配套技術(shù), 從非承力構(gòu)件整流蒙皮逐漸發(fā)展到承力構(gòu)件尾翼、機(jī)翼, 從簡單結(jié)構(gòu)層合壁板, 逐漸發(fā)展到整體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)尾翼和機(jī)翼。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用可以實現(xiàn)15% ～30%減重, 可有效降低飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量, 提高飛機(jī)的機(jī)動性能和有效載荷等。飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料化已經(jīng)成為趨勢, 先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)成為不可缺少的關(guān)鍵航空結(jié)構(gòu)材料。從上世紀(jì)90 年代開始, 先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)大量使用先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料, 如F35 復(fù)合材料用量達(dá)到35% ,主要應(yīng)用包括機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等主要承力構(gòu)件。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在民用飛機(jī)的應(yīng)用從2003 年用量得到了跨越發(fā)展, 空客公司的A380寬體客機(jī)復(fù)合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787 飛機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到約50% , 空客公司在研究的A350XWB復(fù)合材料用量將達(dá)到 52%。隨著國內(nèi)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料性能的提高, 制造技術(shù)的不斷成熟, 配套無損檢測和裝配等技術(shù)的完善, 國內(nèi)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在直升機(jī)、殲擊機(jī)和大型飛機(jī)得到相當(dāng)?shù)膽?yīng)用。殲擊機(jī)復(fù)合材料的用量已經(jīng)達(dá)到6% ～9% , 主要包括機(jī)翼、平尾、垂尾、前機(jī)身、鴨翼、襟副翼、腹鰭等;直升機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到25% ～ 33% ,主要包括旋翼系統(tǒng)和機(jī)身結(jié)構(gòu)。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料機(jī)翼、平尾、垂尾、鴨翼、直升機(jī)機(jī)身、尾段等復(fù)合材料構(gòu)件已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)[ 7 ]。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)動機(jī)燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動機(jī)噴管的燒蝕防熱材料。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料對于導(dǎo)彈屏蔽或衰減雷達(dá)波或紅外特征,提高自身生 [8] 存和突防能力,具有著至關(guān)重要的作用。近年來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，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。

3.2能源工業(yè)

3.2能源工業(yè)在現(xiàn)今國際社會上能源短缺，各種新型能源不斷涌現(xiàn)，風(fēng)能是現(xiàn)在很有前景的清潔、可再生能源，風(fēng)力發(fā)電正快速發(fā)展，將逐步成為電力結(jié)構(gòu)的主要組成部分。風(fēng)力機(jī)組葉片是大型樹脂基復(fù)合材料，已經(jīng)成功的在風(fēng)力機(jī)組上得到應(yīng)用。樹脂基復(fù)合材料具有耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐油等優(yōu)異的耐腐蝕性能，因此在煤礦生產(chǎn)及石油的開采、運輸、儲備中得到非常廣泛的應(yīng)用。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、性能分析，如纖維增強(qiáng)塑料（F R P）／塑料復(fù)合管和玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料管道十分適于天然氣、煤氣的輸送和儲存，且有利于環(huán)保，其綜合經(jīng)濟(jì)效益好、社會效益顯著。3.3建筑業(yè)[ 9 ]

建筑行業(yè)發(fā)展和使用樹脂基復(fù)合材料，對減輕建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑設(shè)計、加速施工進(jìn)度、降低造價以及提高經(jīng)濟(jì)效益等都十分有利，是實現(xiàn)建筑現(xiàn)代化的必要條件。實踐表明，樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用在現(xiàn)代建筑中比傳統(tǒng)建筑材料性能更加優(yōu)良，綜合效益更好。下面詳細(xì)介紹下樹脂基復(fù)合材料在建筑業(yè)的應(yīng)用。由于樹脂基復(fù)合材料的可設(shè)計性和良好的力學(xué)性能,其可用于建筑物的承載結(jié)構(gòu)以及建筑物加固。用作承載結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基礎(chǔ)、承重折板、屋面板、樓板等。樹脂基復(fù)合材料圍護(hù)結(jié)構(gòu)制品有各種玻璃鋼波紋板、夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和裝配式折板結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)。用作殼體結(jié)構(gòu)的板材,它既是維護(hù)結(jié)構(gòu),又是承重結(jié)構(gòu)。在門窗材料上玻璃鋼門窗是很好的材料。玻璃鋼門窗是采用中堿玻璃纖維及其織物作為增強(qiáng)材料,采用不飽和樹脂作為基體材料,并添加其他礦物填料制成。玻璃鋼門窗既有鋼窗、鋁窗的堅固性,又有塑鋼窗的防水、耐腐蝕、保溫、節(jié)能性能,更具有自身獨特的隔音、抗老化、尺寸穩(wěn)定等性能。此外，玻璃鋼的壽命是50年,基本與建筑物的壽命相同,因此,采用玻璃鋼門窗是今后房屋建筑門窗節(jié)能保溫的發(fā)展方向。樹脂基復(fù)合材料在建筑中的其他用途也很多,如工業(yè)廠房、農(nóng)業(yè)溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂采光,可以采用樹脂基復(fù)合材料透明板、半透明夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和組裝式采光罩等。高層建筑的樓頂旋轉(zhuǎn)餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告物和樓房加高等,也多采用樹脂基復(fù)合材料制造。大跨度飛機(jī)庫、各種尺寸的冷庫、防腐車間、活動房屋、崗?fù)ぁ⒎鹿沤ㄖ⒁苿觿≡骸⑼肝⒉ㄋ恰⑵帘畏康?也都屬于樹脂基復(fù)合材料建筑物。另外,樹脂基復(fù)合材料還可用于制作各種家具、馬路上的陰井蓋、公園和運動場座椅、海濱浴場活動更衣室、公園仿古涼亭等。應(yīng)用于各類衛(wèi)生潔具方面的產(chǎn)品有浴盆、洗面盆、坐便盆,各種整體式、組裝式衛(wèi)生間等。

3.4汽車工業(yè)[ 10 ]

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料用于汽車工業(yè)近年來發(fā)展迅速，歐美國家在汽車工業(yè)上的應(yīng)用占復(fù)合材料總量的23%，高于建筑和航空工業(yè)。汽車上應(yīng)用樹脂基復(fù)合材料可以減輕自重、降低油耗，從而提高運載能力，用于車輛內(nèi)部裝飾具有舒適隔聲、隔熱、降低震動等優(yōu)點。樹脂基復(fù)合材料汽車部件制品主要有車身殼體、汽車頂蓬、引擎蓋、保險扛、儀器盤、油箱、座椅、剎車片和安全氣袋等，國內(nèi)用樹脂基復(fù)合材料制造汽車制動缸正處于研究的起步階段。3.4.1 玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）在汽車上的應(yīng)用

在歐洲、美國及日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，已普遍采用玻璃鋼材料制造汽車零部件。其應(yīng)用范圍包括內(nèi)裝飾件（儀表板、車門內(nèi)板、座椅、發(fā)動機(jī)罩等）；外裝飾件（保險杠、擋泥板、導(dǎo)流罩等）；功能與結(jié)構(gòu)件（天然氣氣瓶、油箱、風(fēng)扇葉片、油氣踏板等）。與國外相比，我國生產(chǎn)的汽車用玻璃鋼部件較少，產(chǎn)品主要包括保險杠、車頂蓋、阻流板、太陽罩、電瓶托架等。隨著原材料的發(fā)展與工藝上的改進(jìn)，在汽車中大量應(yīng)用玻璃鋼/復(fù)合材料將是今后我國汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

3.4.2 碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用

CFRP是汽車輕量化最理想的材料。用CFRP取代鋼材制造車身和底盤構(gòu)件，可減輕質(zhì)量68%,油耗下降40%。但由于成本高現(xiàn)在還未批量生產(chǎn)，若解決成本問題將有大量CFRP用于汽車工業(yè)中，應(yīng)用部件將包括發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪；傳動系統(tǒng)中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等；底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等；車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。

3.4.3 芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用

芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于比強(qiáng)度、比模量較高，由于價格高，目前在汽車上應(yīng)用很少。主要用于汽車上的輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等。芳綸纖維作為高性能防護(hù)材料還可用作汽車防彈裝甲，例如汽車門及汽車外殼的防彈內(nèi)襯。

3.5船舶工業(yè)[ 11 ] 先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料除具有優(yōu)越的力學(xué)性能外, 往往還兼有耐腐蝕、振動阻尼和吸收電磁波等功能, 但其價格昂貴, 只能用在艦船上關(guān)鍵性的部位, 如大型核潛艇的聲納導(dǎo)流罩、大深度魚雷的殼體、深海潛水器殼體以及高性能艇的艇體結(jié)構(gòu)、水面艦艇的重要甲板構(gòu)件等處。例如美國“洛杉磯”級核潛艇的聲納導(dǎo)流罩長7.6m、最大直徑8.1m，是目前世界上最大的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料制品；美國“佩里”號驅(qū)逐艦首次用芳綸纖維增強(qiáng)塑料制作了裝甲；美國海軍用石墨纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料成功地制造出自動無人深潛探海艇AUSSMOD2的耐壓殼體；德國 A I R加工技術(shù)公司開發(fā)出一種碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料螺旋槳，這種螺旋槳的槳葉由碳纖維和環(huán)氧樹脂模制而成，據(jù)稱槳葉具有很高的強(qiáng)度，可在惡劣的海況下工作；新型槳的另一項優(yōu)點是槳葉材料的阻尼性能好，可使噪聲等級相對于金屬槳下降5d B，甚至在槳葉損壞的情況下振動等級仍在可接受的范圍之內(nèi)。

3.6其他

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在化肥、造紙、生物工程、環(huán)境工程及金屬電鍍等工業(yè)中發(fā)揮了重要作用。它在機(jī)械、電子、體育、娛樂、醫(yī)療等方面也得到較好的應(yīng)用和發(fā)展,如機(jī)械制造中的軸承、齒輪、葉輪等零部件,體育上的各種水上賽艇、帆板、沖浪板、雪橇、高爾夫球桿、各種球拍等體育器材。實踐證明,很多體育用品改用樹脂基復(fù)合材料制造,大大改善了其使用性能,有利于運動員創(chuàng)造更佳成績。樹脂基復(fù)合材料釣魚竿是娛樂器材中的大宗產(chǎn)品,目前的玻璃鋼釣魚竿和碳纖維復(fù)合材料釣魚竿比模量大,具有足夠的強(qiáng)度和剛度,且重量輕、可收縮、造型美觀、攜帶方便。用樹脂基復(fù)合材料制造的揚聲器、小提琴和電吉它等,其音響效果良好,很有發(fā)展前景。目前在娛樂設(shè)施中, 大多公園及各類游樂場所的設(shè)施,均已采用不同類型的樹脂基復(fù)合材料取代傳統(tǒng)的材料。在生物復(fù)合材料中,樹脂基復(fù)合材料的擔(dān)架、呼吸器,碳纖維/環(huán)氧結(jié)構(gòu)的假肢,人造假牙和人造腦殼等早已經(jīng)出現(xiàn),國外也有以聚丙稀腈為原料的碳纖維材料來修補(bǔ)韌帶[ 12-13 ]。用碳纖維復(fù)合材料制成的心臟瓣膜成功植入人體已有幾十年的歷史,以尼龍為增強(qiáng)材料的人造器官也已投入使用。實驗研究表明,這些材料做成的人體器官無排異反應(yīng),與人體有很好相容性,因此有著廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)束語

樹脂基復(fù)合材料具有良好的成形工藝性、高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學(xué)腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導(dǎo)率等特點，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，已經(jīng)成為許多領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵材料之一。因此，樹脂基復(fù)合材料具有在未來持續(xù)發(fā)展的潛力。參考文獻(xiàn)

[ 1 ] 益小蘇，杜善義，張立同.中國材料工程大典，第10卷：復(fù)合材料工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.[ 2 ] 計國慶.玻璃鋼復(fù)合材料應(yīng)用于道路護(hù)擋的可行性研究[J ].城市道路與防洪, 2006(4): 49-51.[ 3 ] 楊瑞成,丁旭,陳奎.材料科學(xué)與材料世界[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.[ 4 ] 薛忠民,陳淳.復(fù)合材料的應(yīng)用與回顧[J ].硅酸鹽通報,2005(5):84-88.[ 5 ] 潘文琴.玻璃鋼復(fù)合材料基體樹脂的發(fā)展現(xiàn)狀[J ].纖維復(fù)合材料, 2006(4): 55-58.[ 6 ] 張先知.合成樹脂和塑料手冊[M].3 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.[ 7 ] 劉代軍,陳亞莉.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用[J],材料工程，[鍵入文字] 2008(Supp l.1)：194-198.[ 8 ] 翟青霞，黃英，苗璐，陳穎.樹脂基復(fù)合吸波材料在航空、航天中的應(yīng)用 [J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2009（6）：72-76.[ 9 ]李瑞英，陳伯平，閆松.樹脂基復(fù)合材料在建筑業(yè)的應(yīng)用[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2010（2）：10-12.[ 10 ] 馬翠英，黃暉，王福生.樹脂基復(fù)合材料及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2005（11）:37-39.[ 11 ] 高孝信.艦船用高技術(shù)新材料的發(fā)展[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，（14-1）1999 ： 24-30 [ 12 ] L ESL IE N PHILL IPS.復(fù)合材料的設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].理有親,譯.北京: 航空工業(yè)出版社,1992.[ 13 ] 傅明源, 孫酣經(jīng).聚氨酯彈性體及其應(yīng)用[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.[鍵入文字]

第二篇：樹脂基復(fù)合材料

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，廣泛應(yīng)用于各種武器裝備，在軍事工業(yè)中，對促進(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，越來越受到人們的青睞。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)合材料在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有極其重要的地位，以至于人們把一個國家和地區(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：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)點如下：(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20～50％，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70～80％；（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）成型工藝簡單；（7）材料結(jié)構(gòu)、性能具有可設(shè)計性。

以樹脂基復(fù)合材料為代表的現(xiàn)代復(fù)合材料隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。眾所周知，樹脂基復(fù)合材料首先應(yīng)用于航空航天等國防工業(yè)領(lǐng)域[2-3]，而后向民用飛機(jī)發(fā)展。隨著社會的發(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越大，并逐漸成為主要應(yīng)用領(lǐng)域，且研究投入越來越大。樹脂基復(fù)合材料除在航空航天、國防科技領(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)越的性能和特點將應(yīng)用于各個領(lǐng)域。以下將簡介樹脂基復(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年代后期美國中程潛地導(dǎo)彈“北極星A-2”第二級固體火箭發(fā)動機(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4500千米。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[7]。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，國外巡航導(dǎo)彈在設(shè)計研制時，都特別重視大量采用樹脂基復(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，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)浸料可以長期存放，可以重復(fù)成形，環(huán)境污染少等優(yōu)點，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[8]。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)保化。減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，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)動機(jī)燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動機(jī)噴管的燒蝕防熱材料。近年來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，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F-22飛機(jī)熱塑性復(fù)合材料使用量大于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)合材料具有獨特的優(yōu)點，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，熱塑性復(fù)合材料在油田中應(yīng)用也越來越廣泛，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)、體育運動器材、船舶制造等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

三、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，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)計及制備過程的計算機(jī)模擬軟件，對產(chǎn)品設(shè)計和成型工藝進(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)，同時積極引進(jìn)技術(shù)和資金，在科技攻關(guān)、項目建設(shè)、裝置規(guī)模上要力求與國際接軌，以推動我國復(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)合材料的地位會越來越重要。國外預(yù)計在下一代飛機(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;在實現(xiàn)戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈輕量化、快速反應(yīng)能力、精確打擊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)用及其工業(yè)進(jìn)展[J].熱固性樹脂,2008,23(z1):22-31.3沈軍,謝懷勤.先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工藝,2008,16(5):737-740.4肖德凱,張曉云,孫安垣.熱塑性復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].山東化工,2007,02:15-21 5陶永亮,徐翔青.樹脂基復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用分析[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2012,04:36-40.6陳平,于祺,孫明,陸春.高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].纖維復(fù)合材料,2005,02:52-57.7黃曉艷,劉波.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在巡航導(dǎo)彈與戰(zhàn)機(jī)上的應(yīng)用[J].飛航導(dǎo)彈,2011,08:87-92.8馬翠英,黃暉,王福生.樹脂基復(fù)合材料及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2005,11:40-42.9陳祥寶,張寶艷,邢麗英.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國材料進(jìn)展,2009,06:2-12.10陳祥寶.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用[J].航空材料學(xué)報,2003,S1:198-204.11張文毓.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].新材料產(chǎn)業(yè),2010,01:50-53.12陳祥寶,張寶艷,邢麗英.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國材料進(jìn)展,2009,06:2-12.13 Brouwer W D，van Herpt ECFC，Labordus A． Vacuum injection moulding for large structural ap-plications． Composites Part A-Ap-plied Science and Manufacturing，2003，34(6): 551-558 14李明明,王曉潔,劉新東.樹脂基復(fù)合材料耐海水性能研究進(jìn)展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2011,02:60-64.15吳良義.先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用擴(kuò)展:航空、航天和民用航空先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)和市場預(yù)測[J].化工新型材料,2012,01:4-9+91.16王興剛,于洋,李樹茂,王明寅.先進(jìn)熱塑性樹脂基復(fù)合材料在航天航空上的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料,2011,02:44-47.17寇哲君 龍國榮 萬建平姚學(xué)鋒 方岱寧.熱固性樹脂基復(fù)合材料固化變形研究進(jìn)展[J].宇航材料工藝，2006(z1)：7-11.

第三篇：樹脂基碳纖維復(fù)合材料成型工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向

樹脂基碳纖維復(fù)合材料成型工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向

與金屬材料相比，高性能纖維復(fù)合材料成本高，所以必須在纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制造過程中廣泛實現(xiàn)自動化和數(shù)字化相結(jié)合的現(xiàn)代復(fù)合材料制造技術(shù)，以達(dá)到降低飛機(jī)全壽命周期內(nèi)成本的目的。

國外飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)現(xiàn)狀 復(fù)合材料用量大幅提高

目前，國外新一代軍機(jī)和民用運輸機(jī)已普遍采用高性能樹脂基碳纖維復(fù)合材料，第四代戰(zhàn)機(jī)復(fù)合材料用量占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20％～50％，干線客機(jī)約為10%～50％。

以波音777為例，在其機(jī)體結(jié)構(gòu)中，鋁合金占70%、鋼11%、鈦7%，復(fù)合材料僅占到11%，而且復(fù)合材料主要用于飛機(jī)輔件。但到波音787時，復(fù)合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其用量已占到結(jié)構(gòu)重量的50%，不僅數(shù)量激增，而且已用于飛機(jī)的主承力構(gòu)件。構(gòu)件集成化、整體化、大型化

復(fù)合材料是大型整體化結(jié)構(gòu)的理想材料，與常規(guī)材料相比可使飛機(jī)減重15%～30%，結(jié)構(gòu)設(shè)計成本降低15％～30％，制造成本大幅降低。復(fù)合材料還克服了金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點，增加了飛機(jī)的耐用性，改善了飛機(jī)的維修性，同時也帶來了飛機(jī)客艙的舒適性。

美國CAI計劃將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體成型技術(shù)列為其最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一，并于2001年開始用于F-35(JSF)的驗證上。

在波音787之前，飛機(jī)的機(jī)身段由約2500個配件、3萬個螺釘組裝起來，現(xiàn)在通過采用集成化的整體機(jī)身結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)方式更簡單、更可靠，且顯著減少了零件數(shù)目，減重約達(dá)20%。制造設(shè)備大型化

在復(fù)合材料制造設(shè)備上，國外民機(jī)廣泛采用了高效的雙頭鋪帶機(jī)、自動鋪放設(shè)備、大型熱壓罐及超聲檢測設(shè)備等，為高速生產(chǎn)機(jī)體結(jié)構(gòu)提供了保障。

ASC工藝系統(tǒng)公司已制造出用于波音787復(fù)合材料機(jī)身段固化的、世界上最大的熱壓罐。該熱壓罐最大壓力1.02MPa，最高溫度232℃，作業(yè)區(qū)面積9m×23m，容積2214m3,重量500t以上。

Flow International公司制造了超大型噴水切割機(jī)，用于長達(dá)30m的波音787全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機(jī)翼蒙皮層合板的切割，床身為36m×6.5m。該磨粒噴水切割機(jī)可快速、高效切割厚的層合扳，且不產(chǎn)生過熱問題。復(fù)合材料下料、鋪放、切割實現(xiàn)自動化和數(shù)字化

由Dassault Aviation公司同BAE體系公司聯(lián)合設(shè)計的商用噴氣式飛機(jī)機(jī)身采用浸漬樹脂的碳纖維窄帶和蜂窩芯材制造。該機(jī)身每節(jié)段尺寸為4.5m×2m，機(jī)身全部采用圓桶式復(fù)合材料（FUBACOMP）方案。

B787飛機(jī)加工中生產(chǎn)出的第一個全尺寸復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)機(jī)身段的尺寸為7m×6m。這一包括桁條在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)是在一副用殷伐鋼制成的大型芯軸中制作的，芯軸上安裝有加強(qiáng)筋的W形模腔，加強(qiáng)筋在纖維鋪放前被安放在模腔中，應(yīng)用計算機(jī)控制的復(fù)合材料鋪帶機(jī)完成纖維鋪放。模具被安裝在一個旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，隨著鋪帶過程的進(jìn)行，該機(jī)構(gòu)帶動筒型件旋轉(zhuǎn)，然后該構(gòu)件被包裹并放入熱壓罐中進(jìn)行共固化，形成帶加強(qiáng)筋的殼體結(jié)構(gòu)。低成本制造技術(shù)廣泛應(yīng)用

由于復(fù)合材料的成本較高，特別是制造成本，這是制約它進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的主要障礙之一。以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家紛紛制訂低成本復(fù)合材料發(fā)展研究計劃，不斷完善復(fù)合材料層壓板真空袋-熱壓罐制造工藝，開發(fā)高性能、低成本的復(fù)合材料制造技術(shù)，并已取得較大進(jìn)展。如自動化的鋪帶機(jī)（ATL）、纖維鋪放機(jī)、樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型（RTM）、真空輔助模塑成型（VARTM）、樹脂膜熔滲（RFI）、電子束固化及膜片成型等先進(jìn)技術(shù)。

RTM技術(shù)不使用預(yù)浸料和熱壓罐，可以有效地降低成本，配套使用三維編織機(jī)和三維縫紉機(jī)，可以制造較為復(fù)雜的零件。RTM技術(shù)在美國的F-22和F-35上得到了廣泛應(yīng)用。波音787機(jī)身的大部分地板采用RFI制造。波音787機(jī)翼后緣由德哈維蘭公司采用VARTM工藝制造，與傳統(tǒng)的熱壓罐技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)更堅固，易于修理，不易損傷。

國內(nèi)飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)現(xiàn)狀

我國復(fù)合材料制造技術(shù)經(jīng)過30多年的研究和發(fā)展，已形成了一定的規(guī)模，達(dá)到了一定的水平。各主機(jī)生產(chǎn)廠均已建設(shè)了生產(chǎn)手段，完成了相應(yīng)的設(shè)備改造和技術(shù)改造。各研究院所及重點高校培養(yǎng)了大量人才。國內(nèi)從設(shè)計、材料到工藝有了一支配套的研發(fā)隊伍。但與國外相比，還存在應(yīng)用規(guī)模和水平、材料基礎(chǔ)、制造工藝、設(shè)計方法與手段嚴(yán)重落后等問題，且差距有進(jìn)一步拉開的趨勢。

復(fù)合材料用量不高

當(dāng)波音、空客等新機(jī)型大規(guī)模采用復(fù)合材料后，我國目前僅掌握金屬飛機(jī)的研制能力，復(fù)合材料只能少量地用在飛機(jī)輔件上，在主結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

國內(nèi)1985年制成的殲

8、強(qiáng)5機(jī)垂直尾翼壁板及垂直尾翼使用過樹脂基碳纖維復(fù)合材料。國產(chǎn)客機(jī)、運輸機(jī)主、次承力構(gòu)件沒有使用復(fù)合材料的相關(guān)報道。國內(nèi)直升機(jī)領(lǐng)域復(fù)合材料使用比例較大，直九復(fù)合材料使用率達(dá)到了23%左右。國內(nèi)無人機(jī)因尺寸較小，復(fù)合材料用量較大，一般在50%～80%之間，如愛生系列無人機(jī)。

碳纖維依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化程度低

我國自20世紀(jì)60年代開始碳纖維研究開發(fā)，至今已有近40年的歷史，但進(jìn)展緩慢，無論軍用、民用碳纖維均不能自給，同時由于發(fā)達(dá)國家對我國幾十年的技術(shù)封鎖，至今沒能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，僅有的生產(chǎn)廠家還面臨國際的競爭和擠壓，舉步維艱。尤其是像T800這樣被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造的復(fù)合材料，我國還不能生產(chǎn)。國產(chǎn)化的T300復(fù)合材料還在研制之中。工業(yè)及民用領(lǐng)域的需求長期依賴進(jìn)口，嚴(yán)重影響了我國高端技術(shù)的發(fā)展，尤其制約了航空航天及國防軍工事業(yè)的發(fā)展，與我國的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展進(jìn)程極不相稱。

制造設(shè)備尺寸小且多數(shù)依賴進(jìn)口

國內(nèi)用于復(fù)合材料生產(chǎn)的主要關(guān)鍵設(shè)備與我國要開展的大飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸相比，設(shè)備尺寸小，且大多數(shù)依賴進(jìn)口。

如西飛用于飛機(jī)復(fù)合材料制造的主要設(shè)備熱壓罐是從德國Scotch公司引進(jìn)的φ3.5m×10m熱壓罐，有效長度為10m，直徑為3.5m，與歐美等國家相比，差距仍然較大。

哈飛用于先進(jìn)復(fù)合材料生產(chǎn)的主要設(shè)備，如固化爐、大型熱壓罐、復(fù)合材料數(shù)控下料銑、激光鋪層定位系統(tǒng)、自動鋪帶機(jī)、RTM成型設(shè)備、縫合設(shè)備以及先進(jìn)的無損檢測設(shè)備等基本上是從國外進(jìn)口的。

工藝落后，自動化和數(shù)字化水平低

以樹脂基碳纖維復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件為例。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝采用預(yù)浸料鋪層干法成型工藝，在熱壓罐或烘箱中加熱、加壓固化成型機(jī)體復(fù)合材料構(gòu)件。固化、脫模、修整后的構(gòu)件經(jīng)無損檢測驗證合格后進(jìn)入下道裝配工序。

傳統(tǒng)復(fù)合材料成型工藝的缺點是手工下料、手工鋪放，能耗高，生產(chǎn)成本高，質(zhì)量不易控制，不環(huán)保。在整個工藝過程中產(chǎn)生的廢料包括：預(yù)浸料、膠膜、蜂窩下料過程中形成的邊角料；固化過程產(chǎn)生的廢氣；復(fù)合材料零件修整過程中打磨和切割裁邊時產(chǎn)生的固體粉塵，固體邊角料；膠接過程產(chǎn)生的廢氣等，這些因素都增加了產(chǎn)品的制造成本，并對環(huán)境造成了破壞。

自動鋪帶機(jī)、自動絲束鋪放機(jī)、柔性數(shù)控氣動卡具的出現(xiàn)部分解決了手工鋪放質(zhì)量不易控制的缺點。不過，到目前為止，仍不能完全采用自動化設(shè)備來替代手工鋪放。同時，熱壓罐法成型生產(chǎn)周期長，設(shè)備費用高，能源消耗大，成本高，由于復(fù)合材料零件的整體尺寸越來越大，所需的熱壓罐尺寸跟著加大，成本問題也隨之突出。

綜上所述，我國樹脂基碳纖維復(fù)合材料制造存在著原材料和制品的成本昂貴、制品成型工藝陳舊、復(fù)合材料回收再利用困難等問題亟待研究解決。

結(jié)論與建議

建立適合國情的復(fù)合材料研發(fā)模式

與歐美國家相比，我國復(fù)合材料制造技術(shù)各方面都存在較大差距，主要原因是我國科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的水平較低。與歐美航空工業(yè)相比，我國航空企業(yè)還沒有成為真正的科技轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力的主體，科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力體制、機(jī)制的最佳模式還沒有形成。為此，需建立復(fù)合材料發(fā)展戰(zhàn)略，有組織、有規(guī)劃地進(jìn)行研究和創(chuàng)新，同時應(yīng)加大對相關(guān)企業(yè)的投入，完善科研機(jī)制，實行設(shè)計制造一體化，提高飛機(jī)研制的頻度，建立科技轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力體制、機(jī)制的航空工業(yè)最佳模式。

實現(xiàn)高性能、高質(zhì)量碳纖維國產(chǎn)化

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，碳纖維的需求與日俱增，雖然國際上一些公司的T300級原絲和碳纖維產(chǎn)品開始對我國解凍，但碳纖維及其復(fù)合材料的生產(chǎn)是關(guān)系到國防建設(shè)的高科技，必須立足國內(nèi)。所以，需要加大國家投入和攻關(guān)，或通過技術(shù)引進(jìn)，盡快掌握核心技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，研制生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的碳纖維，以滿足軍工和民用產(chǎn)品的需求，扭轉(zhuǎn)大量進(jìn)口的局面，這是我國碳纖維工業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

大力發(fā)展低成本制造技術(shù)

低成本復(fù)合材料制造技術(shù)是當(dāng)今世界上復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的核心問題之一，包括低成本的材料技術(shù)、低成本的設(shè)計技術(shù)和低成本的制造技術(shù)，如大型整體成型結(jié)構(gòu)、共固化/共膠接結(jié)構(gòu)、設(shè)計制造一體化技術(shù)等，其中，重點應(yīng)是以共固化/共膠接為核心的大面積整體成型技術(shù)。我們應(yīng)當(dāng)向國際上倡導(dǎo)的的“無緊固件”技術(shù)靠攏，減少后加工量和裝配工作量。

國內(nèi)亟需在這幾方面制訂好規(guī)劃,有組織地統(tǒng)一制訂相應(yīng)規(guī)范，使試驗和分析更好地結(jié)合起來，形成設(shè)計和鑒定的統(tǒng)一指南，編制全行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)最終產(chǎn)品的一致性，降低成本，減小風(fēng)險，以滿足飛機(jī)研制的需要。

發(fā)展研究創(chuàng)新的制造工藝技術(shù)

國外復(fù)合材料在飛機(jī)上的廣泛應(yīng)用得益于制造設(shè)備和工藝技術(shù)的發(fā)展和成熟。因此，國內(nèi)要注意規(guī)劃發(fā)展機(jī)械化、自動化制造技術(shù)（如自動鋪帶技術(shù)、自動纖維鋪放技術(shù)等），并提高生產(chǎn)設(shè)備的柔性，以提高復(fù)合材料構(gòu)件的生產(chǎn)率。注意借鑒其他領(lǐng)域的經(jīng)驗，在飛機(jī)零件制造中適當(dāng)采用纏繞、拉擠等低成本的自動化制造技術(shù)，填補(bǔ)這一空白。

采用高效、環(huán)保的切割、成型技術(shù)

由于復(fù)合材料的大規(guī)模應(yīng)用，提高其切割和成型技術(shù)就顯得越來越迫切。用傳統(tǒng)工藝方法切割復(fù)合材料時粉塵大、污染高，而且易燒傷端面，成型的余量需要重新去除，因此，應(yīng)推廣采用自動數(shù)控高壓水切割技術(shù)，切割、成型一次完成，生產(chǎn)效率和質(zhì)量顯著提高。

開展無損檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用

為保證產(chǎn)品的安全性、可靠性及交付后的可維修性，需使用無損檢測技術(shù)（超聲、射線、激光超聲等技術(shù)）對構(gòu)件進(jìn)行檢測，以發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層、脫粘、氣孔、裂縫、沖擊損傷等缺陷，并給出缺陷的定性、定量判定，為工藝分析提供依據(jù)。

因此，對制造過程及維修中使用的各種無損檢測技術(shù)及設(shè)備的使用提出了更高要求，國外在這方面進(jìn)行了大量研究，并開發(fā)了相關(guān)的產(chǎn)品，國內(nèi)亦應(yīng)在這方面加大研究力度。

第四篇：樹脂基復(fù)合材料有關(guān)

高性能復(fù)合材料的樹脂基體的研究進(jìn)展

班級：材碩114 學(xué)號：030110604 姓名：周堅

摘要：本文簡要回顧了高性能復(fù)合材料的發(fā)展歷史。其中簡要的介紹了復(fù)合材料的一個發(fā)展的歷史，從古代開始一直介紹到近代。隨后重點介紹了聚合物基復(fù)合材料。重點是對高性能樹脂基的復(fù)合材料的基體進(jìn)行了介紹，主要是環(huán)氧樹脂基體、聚酰亞胺基體和雙馬來酰胺基體的復(fù)合材料進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞:高性能復(fù)合材料、環(huán)氧樹脂基體、聚酰亞胺基體、雙馬來酰胺基體

1、前言

材料、能源、信息是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種性能優(yōu)良的新材料不斷地的出現(xiàn)，并廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。然而，科學(xué)急速的進(jìn)步是對材料的性能也提出了更高的要求，如減輕重量、提高強(qiáng)度、降低成本等。這些都是需要在原有傳統(tǒng)材料上進(jìn)行改進(jìn)。復(fù)合材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展涌現(xiàn)出的具有極大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不用的材料組合而成，通過各種工藝手段組合而成。復(fù)合材料的各個組成材料在性能上期協(xié)同作用，得到單一材料所沒有的優(yōu)越的綜合性能，它已成當(dāng)代一種新型的工程材料[1]。

復(fù)合材料并不是人類發(fā)明的一種新材料，在自然界中，有許多天然復(fù)合材料，如竹、木、椰殼、甲殼、皮膚等。以竹為例，它是具有許多直徑不同的管狀纖維分散于基體中多形成的材料，纖維的直徑與排列密度由表皮到內(nèi)層是不同的，表皮纖維的直徑小而排列緊密，以利于增加它的彎能力，但內(nèi)層的纖維粗而排列疏可以改善它的韌性，所以這種復(fù)合結(jié)構(gòu)很合理，打掃最優(yōu)的強(qiáng)韌組合。

人類在6000萬年前就知道用稻草和泥巴混合壘墻，這是早期人工制備的復(fù)

合材料，這種泥土混麥秸、稻草制土坯砌墻蓋房子的方法目前在有些貧窮的農(nóng)村仍然沿用著，但這種復(fù)合材料畢竟是最原始的和古老的，是傳統(tǒng)的復(fù)合材料。現(xiàn)在建筑行業(yè)已發(fā)展到用鋼絲或鋼筋強(qiáng)化混凝土復(fù)合材料蓋高樓大廈，用玻璃纖維增強(qiáng)水泥制造外墻體。新開發(fā)的聚合物混凝土材料克服了水泥混凝土所存在的脆性大、易開裂及耐腐蝕性差的缺點。5000年前，中東地區(qū)出現(xiàn)過用蘆葦增強(qiáng)瀝青造船。1942年玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的出現(xiàn)，使造船業(yè)前進(jìn)了一大步，現(xiàn)在造船業(yè)采用玻璃鋼制造船體，尤其賽艇等變速艇等，不僅減輕了船艇的質(zhì)量，而且可防止微生物的吸附。越王勾踐是古老金屬基復(fù)合材料的代表，它是金屬包層復(fù)合材料制品，不僅光亮鋒利，且韌性和耐腐蝕性優(yōu)異。埋藏在潮濕環(huán)境中幾千年，出土?xí)r依然寒光奪目、鋒利無比。

隨著新型增強(qiáng)體的不斷出現(xiàn)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了新進(jìn)復(fù)合材料，先

進(jìn)復(fù)合材料是比原有通用復(fù)合材料具有更高性能的復(fù)合材料，包括各種高性能增

強(qiáng)劑和耐高溫性好的熱固性和熱塑性樹脂基體所構(gòu)成的高性能復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料。先進(jìn)復(fù)合材料的比強(qiáng)度高、比模量大、熱膨脹系數(shù)小,而且它還有耐化學(xué)腐蝕、耐熱沖擊和耐燒蝕等特點,用它作為結(jié)構(gòu)材料可以提高宇宙飛船、人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈等的有效載荷、增加航程或射程乃至改善這些裝備本身的固有技術(shù)性能。21世紀(jì)我們面臨的是復(fù)合材料迅猛發(fā)展和更廣泛應(yīng)用的時代。

2、聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展歷史

聚合物基復(fù)合材料是目前結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中發(fā)展最早、研究最多、應(yīng)用最廣、規(guī)模最大的一類。現(xiàn)代復(fù)合材料以1942年玻璃鋼的出現(xiàn)為標(biāo)志[2]，1946年出現(xiàn)玻璃纖維增強(qiáng)尼龍，以后相繼出現(xiàn)其他的玻璃鋼品種。然而，玻璃纖維的模量低，無法滿足航空、宇航等領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊螅蚨藗儝昱ふ倚碌哪Ａ坷w維。1964年，硼纖維研制成功，其模量達(dá)400GPa，強(qiáng)度達(dá)3.45GPa。硼纖維增強(qiáng)塑料（BFRP）立即被用于軍用飛機(jī)的次承力構(gòu)件，如F-14的水平穩(wěn)定舵。垂尾等。但由于硼纖維價格價格昂貴、工藝性差，其應(yīng)用規(guī)模受到限制，隨著碳纖維的出現(xiàn)和發(fā)展，硼纖維的成產(chǎn)和使用逐漸減少，1965年，碳纖維在美國一誕生，就顯示出強(qiáng)大的生命力。1966年，碳纖維的拉伸強(qiáng)度和模量還分別只有1100MPa和140GPa,其比強(qiáng)度和比模量還不如硼纖維和鈹纖維。而到1970年，碳纖維的拉伸強(qiáng)度和模量就分別達(dá)到2.76GPa和345GPa。從而碳纖維增強(qiáng)纖維得到迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。碳纖維及其復(fù)合材料性能不斷提高。

1972年，美國杜邦公司又研制了高強(qiáng)、高模的有機(jī)纖維-聚芳酰胺纖維 [3]（Kevlar），其強(qiáng)度和模量分別達(dá)到3.4GPa和130GPa,使PMC的發(fā)展和應(yīng)用更為迅速。美國空軍材料研究室（AFML）和國家航空航天局(NASA)的定義，以碳纖維、硼纖維、Kevlar纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維等增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料為先進(jìn)復(fù)合材料，比模量大于40GPa/(g/cm3),因而，從60年代中期到80年代初，是先進(jìn)復(fù)合材料的日益成熟和發(fā)展階段。作為結(jié)構(gòu)材料，ACM在許多領(lǐng)域或得應(yīng)用。同時，金屬基復(fù)合材料也在這一時期發(fā)展起來，如硼纖維、碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基、鎂基復(fù)合材料。80年代后，聚合物基復(fù)合材料的工藝、理論逐漸完善。ACM在航空航天、船舶、汽車、建筑、文體用品等各個領(lǐng)域都得到全面應(yīng)用。同時，先進(jìn)熱塑性復(fù)合材料（ACTP）以1982年英國ICI公司推出的APC-2為標(biāo)志 [4]，向傳統(tǒng)的熱固性樹脂基復(fù)合材料提出強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)。同時，金屬基、陶瓷基復(fù) 合材料的研究和應(yīng)用也有較大發(fā)展。

3、高性能復(fù)合材料用的樹脂基體

基體樹脂的主要功能是傳遞增強(qiáng)材料所承受的負(fù)荷，使之分布均勻并保護(hù)增強(qiáng)材料免受損傷和環(huán)境中濕氣、氧氣和化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。而復(fù)合材的耐熱性、剪切和壓縮強(qiáng)度、橫向拉伸強(qiáng)度、蠕變性和流動性等也取決于基體樹脂。因此，通常希望選用耐溫性、強(qiáng)度和模量高、韌性和耐濕性好、與增強(qiáng)材料有良好的粘附性或浸潤性而又易于加工的樹脂。由于熱固性樹脂的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使它具有優(yōu)異的耐溫性和機(jī)械強(qiáng)度，而且當(dāng)它作復(fù)合材料基體時，開始時以未交聯(lián)固化的低分子量和低粘度的狀態(tài)出現(xiàn)，便于成型加工，因此多年來用它做高性能復(fù)合材料的基體樹脂一直占絕對優(yōu)勢，代表的品種有耐熱的環(huán)氧樹脂，聚酰亞胺及雙馬來酰亞胺樹脂。3.1環(huán)氧樹脂基高性能復(fù)合材料

3.1.1、環(huán)氧樹脂的性能和基體樹脂的作用

作為高性能復(fù)合材料基體樹脂可以是熱固性的，也可以是熱塑性的，迄今為止，用量最多，應(yīng)用面最廣的要算是環(huán)氧樹脂，這是因為它具備以下幾個特點：(1)在化學(xué)結(jié)構(gòu)方面，除有活性環(huán)氧外，還有羥基和醚基，致使粘結(jié)力強(qiáng)。(2)在固化方面面，其固化收縮率小（<2%）,無揮發(fā)物逸放，孔隙率低；固化后生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不溶不熔，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐蝕性強(qiáng)

(3)在力學(xué)性能方面，環(huán)氧樹脂有較高的強(qiáng)度和模量，并有較長的伸長。這些優(yōu)異性能是制取高性能復(fù)合材料的前提之一。

(4)在物性方面，它那熱耐冷，可用在-50—180℃之間；熱膨脹率系數(shù)在Tg以下是為39×10-6/℃，以上時為100×10-6/℃；熱導(dǎo)率約為500×10-6Kal/cm·s·℃；在室溫下的防潮防滲性好，絕緣性高。

(5)工藝性好，適應(yīng)性強(qiáng)。環(huán)氧樹脂不僅本身品種多，可以按比例相互摻混以調(diào)節(jié)其粘度和性能，而且可以在數(shù)十種固化劑中選擇組合，以滿足不同操作工序和不同用途的要求。同時，還可以選配稀釋劑、改性劑和增韌劑等。此外，其貯存時間長，穩(wěn)定性高，適應(yīng)性強(qiáng)。

基體樹脂的作用：

（1）賦予高性能復(fù)合材料的成型性和整體性

（2）提供連續(xù)的基體相，以使增強(qiáng)纖維均勻分布期中。換言之，基體必須把增

強(qiáng)纖維均勻地分開成為分散相，以使其在受到反抗性或彎曲等外來作用是，不會失去增強(qiáng)作用。

（3）當(dāng)復(fù)合材料承受抗拉負(fù)荷時，基體能使其均勻地分布，并通過界面剪切有 效地載荷傳遞給增強(qiáng)纖維，充分發(fā)揮高強(qiáng)度和高模量的特性。3.1.2、環(huán)氧樹脂的種類

（1）標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂 雙酚A型環(huán)氧樹脂亦稱標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂，屬于DGEBA，它

是通用的樹脂[5]。國外的牌號很多。其特點是分子量低，粘度低。主要缺點是耐性差。（2）環(huán)氧酚醛樹脂 其特點是活性環(huán)氧基在兩個以上，交聯(lián)密度大，耐熱性比

較高，例如Dow公司的DEN-438，汽巴的EPN1138和ECN1299；國內(nèi)主要有F-46。后者是目前用于FRP的主要基體樹脂，主要缺點是由一定的脆性。

（3）酯環(huán)環(huán)氧樹脂 美國UCC公司開發(fā)了多種牌號的這類樹脂，它具有很好的 綜合和平衡的力學(xué)性能，并且有優(yōu)良的加工型、耐候性。

（4）多官能度環(huán)氧樹脂 這種類型樹脂的環(huán)氧基在3個以上，環(huán)氧當(dāng)量高，交 聯(lián)密度大，耐熱性得到顯著提高，主要缺點是具有一定的脆性，仍需要改性研究。3.1.3、高性能復(fù)合材料用環(huán)氧樹脂基體的發(fā)展。

FRP的成型方法很多，主要有疊層加壓、拉擠和纏繞等。為適應(yīng)各種成型方 法工藝條件的要求，相應(yīng)地開發(fā)各種專用型環(huán)氧樹脂，有使用價值

（1）拉擠成型法 用于拉擠成型的基體樹脂不僅要求粘度低，而且希望固

化快。一般環(huán)氧樹脂，需膠化、玻璃化和最后固化為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，需發(fā)展快速固化環(huán)氧樹脂。殼牌公司發(fā)展了兩種適用于拉擠成型的環(huán)氧樹脂體系，Epon9102/Epon固化劑CA9150和9302/CA9350。9102和9302都屬于雙酚A/環(huán)氧氯丙烷系環(huán)氧樹脂，而固化劑CA9350為液態(tài)雜環(huán)胺。這兩種新型環(huán)氧環(huán)氧樹脂體系既保留了環(huán)氧樹脂的耐熱性和化學(xué)性，又具有類似聚酯的快速膠化速，滿足課拉擠工藝條件的要求。（2）纏繞成型 纏繞成型對所用樹脂體系有三點要求：①粘度低；②成型

時固化溫度低；③貯存時間長，特別是對纏繞大型構(gòu)件。一般環(huán)氧樹脂的粘度較高，需加入反應(yīng)性的稀釋劑來調(diào)節(jié)，固化劑也需加入低粘度的酸酐，但是，加入稀釋劑會導(dǎo)致耐熱性下降，加入酸酐又會增加吸濕性，致使性能下降。

（3）無維布 無維布市重要的中間產(chǎn)品，各大碳纖維生產(chǎn)廠都有產(chǎn)品銷售。為了制取高性能無維布，各公司發(fā)展了許多專用環(huán)氧樹脂。由于商業(yè)保密，詳情較少透露只有商品牌號和零散資料報道。

3.2、聚酰亞胺基高性能復(fù)合材料 3.2.1、聚酰亞胺的發(fā)展歷史 六十年代以來,杜邦公司在開發(fā)PI方面對了大量工作[6]。1962年開發(fā)了成型材料Vespel；1965年有耐熱薄膜Kapton；1968年湯普森拉英伍爾德里奇公司采用加成法制成聚酰亞胺P13N；1972年開發(fā)了NB-150；1973年法國的

Rhone-Ponlene公司開發(fā)了雙馬來酐亞胺系的PI；1975年第二代NB-150B2問世，迄今為止，Kapton薄膜在耐熱薄膜方面仍多占鰲頭，而NB-150和NB-150B2則是高性能復(fù)合材料的基體材料。對于聚酰亞胺，在開發(fā)的過程中主要圍繞其成型上做了大量工作。影響成型主要的三個因素：①極為有害的縮合水；②使用高沸點溶劑；③預(yù)聚物的熔點高。加成固化A型的開發(fā)，克服了確定①；現(xiàn)場聚合型PMR的研制成功，克服了缺點②；熱熔型LARC-160的問世，克服了缺點③。這就是使PI出具實用化的條件。3.2.2、用作高性能復(fù)合材料基體的聚酰亞胺

1976年，在NASA制定的“高性能空間運輸系統(tǒng)復(fù)合材料”的研究大綱里，要開發(fā)耐熱316℃的高性能復(fù)合材料。經(jīng)過蘭利和合同單位的共同努力，從14種PI中評選出4中作為高性能復(fù)合材料的基體，即NB-150B2、PMR-

15、LARC-160和Thermid6000；從5中PI粘結(jié)劑中篩選出3種，即FM-

34、LARC-

13、和RTV560-SQX；從5中碳纖維中篩選出2種，即Celion和AS4(HTS)[7]。（1）NB-150B2 NB-150B2杜邦生產(chǎn)的熱塑性PI。NB-150B2用的是苯胺混合

物，其剛性比NB-150A2所有的二胺基二苯醚強(qiáng)，因此NB-150B2的Tg(350-371℃)比NB-150A2（280-300℃）高。如果采用其他胺類，Tg可調(diào)節(jié)在229-365℃之間。因為苯環(huán)之間引入—O—、—S—、—CH2—等，使主鏈的柔性增加，剛性下降，致使Tg降低。換言之，在PI的主鏈中，六元苯環(huán)和五元亞胺雜環(huán)都是熱穩(wěn)定性高的剛性環(huán)，Tg主要受芳族二胺結(jié)構(gòu)的影響。這是分子設(shè)計的依據(jù)。

（2）PMR-15 劉易斯研究中心研制出得PMR-15都屬于現(xiàn)場聚合的A型PI。

所謂現(xiàn)場聚合成型是指三元體系的脂肪醇溶液，在室溫下不反應(yīng)，在加熱條件下才形成低聚物，最后在高溫高壓條件下加成固化為交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

（3）LARC-160 LARC-160是蘭利研究中心開發(fā)的熱熔型PI。它是PMR-15 的改進(jìn)型，主要區(qū)別采用了多價液狀胺的低聚物。其特點是在室溫下為單體溶液，浸漬性好，成型性能得到顯著改善。它的強(qiáng)度為10Kg/mm2,模量為3.5×102Kg/mm2,比重約為1.40g/cm2。

（4）Thermid6000 Thermid6000的端基是具有三鍵的乙炔基，在加成固化中

進(jìn)行三聚環(huán)化，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的耐熱性。它的分子量小于2000。當(dāng)加熱到220℃時，因固化而放熱，最終熱處理溫度是371℃，使用溫度為350℃。在固化成型過程中沒有揮發(fā)物釋放，制品空隙率低，質(zhì)量高。主要缺點是成型性欠佳和價高。3.2.3、聚酰亞胺及其復(fù)合材料的應(yīng)用 各種航天航空飛行器和導(dǎo)彈武器，由于飛行條件的不同。飛行時間有很大的差異。GrF/PI準(zhǔn)備用于軌道飛行器的垂直尾翼，升降副翼和后機(jī)身襟翼等。這主要時利用它的耐熱性和減重效果。例如，大型試驗件后機(jī)身襟翼的尺寸為6.4×2.1cm，其總重量比鋁合金件輕160Kg，減重27%[8]。此外，它還用于：

①高性能軍用飛機(jī)YF-12，飛行速度在3馬赫以上。NASA的蘭利研究中心用HTSI/ PMR-15制成了該飛機(jī)的翼板，比鈦合金件減重51%。凱芙拉纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的耐高溫性能也比較好，可用來制造DC-9型運輸機(jī)的整流罩，可降低機(jī)身阻力和節(jié)省燃油。

②航空導(dǎo)彈的彈頭也采用了GrF/PI復(fù)合材料。

③GrF/PI可用來制造衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)件，減重17-30%。如制造耐激光和耐高溫的結(jié)構(gòu)件。3.3雙馬來酰亞胺基復(fù)合材料 3.3.1雙馬來酰胺基復(fù)合材料的發(fā)展

高性能復(fù)合材料廣泛的使用環(huán)氧樹脂作為基體，主要是因為其成型工藝好。環(huán)氧樹脂存在的主要缺點是耐濕熱性差，如廣泛使用的5208環(huán)氧體系在干態(tài)下可耐到177℃。而濕態(tài)只能耐到121℃；其次是用作主受力結(jié)構(gòu)件還略顯脆性，5208環(huán)氧基體的斷裂延伸率為1.7%，但目前一出現(xiàn)斷裂延伸率大于2%的碳纖維，人們對于雙馬來酰胺的興趣在于[9]，經(jīng)過改性的雙馬來酰胺基體的耐濕熱性與韌性均優(yōu)于5208體系，同時具有類似環(huán)氧樹脂的良好加工性能，能滿足熱壓罐成型。

馬來均聚物本身脆性大，用來制備復(fù)合材料的工藝性差。需使用高沸點的極性溶劑，制備的預(yù)浸料僵硬，無結(jié)性，鋪覆性不好，成型溫度高。因此，今年來圍繞著提高韌性以及工藝性能對雙馬樹脂進(jìn)行改性研究。

人們早就在40年代就合成出雙馬樹脂基體，到了70年代，為了解決環(huán)氧樹脂的耐濕熱性差的問題，才開始將雙馬樹脂用作高性能復(fù)合材料基體，目前已商品化的雙馬樹脂預(yù)浸料牌號有10余鐘，作為高性能復(fù)合材料的基體，國內(nèi)一些單位也有研究，為了進(jìn)一步推動雙馬樹脂的發(fā)展與應(yīng)用，特別對高性能復(fù)合材料用雙馬基體進(jìn)行總結(jié)[10]。3.3.2雙馬來酰胺樹脂的改性 內(nèi)擴(kuò)鏈法增韌

雙馬來酰胺樹脂未改性的BMI因2端的馬來酰亞胺(MI)間鏈節(jié)短,導(dǎo)致分子鏈剛性大,固化物交聯(lián)密度高。為使固化物具有柔韌性,人們設(shè)法將MI間的2R2鏈延長,并增大鏈的自旋性和柔韌性, 減少單位體積中反應(yīng)基團(tuán)的數(shù)目,降低交聯(lián)密度, 從而達(dá)到改性目的。朱玉瓏等研究發(fā)現(xiàn),醚鍵的引入有望改善下一步所制備耐高溫絕緣材料的沖擊韌性。Jiang Bi biao等[11]研制了較普通BMI固化溫度低的含氨酯基團(tuán)的新型雙馬來酰亞胺低聚體,用其增韌后的BMI樹脂溶解性和貯存穩(wěn)定性良好, 玻璃布復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。Haoyu Tang[12]等制備了含1,3,42氧二氮唑的耐高溫BMI, 樹脂的玻璃化溫度高(Tg>350e),熱穩(wěn)定性良好, 在空氣中初始分解溫度大于460e,其玻璃布復(fù)合材料在高溫(400e)下仍具有較高的彎曲模量(>1.6GPa)。橡膠共混增韌改性

在BMI樹脂中添加少量帶活性端基的橡膠有利于大大提高體系的抗沖擊性能。目前普遍接受的增韌機(jī)理是銀紋剪切帶理論。即橡膠顆粒充作應(yīng)力集中中心從而誘發(fā)了大量的銀紋和剪切帶,這一過程要消耗大量能量,因而能顯著提高材料的沖擊強(qiáng)度,達(dá)到增韌目的。用液體橡膠增韌BMI樹脂可以使BMI韌性大幅度提高,目前應(yīng)用較多的是端羧基丁腈橡膠。此方法同時也會降低耐熱性,因此這類橡膠增韌的BMI樹脂多用作韌性塑料和膠粘劑基體,用作先進(jìn)復(fù)合材料基體的則很少, 且其價格較貴, 應(yīng)盡可能地降低成本以利推廣。胺類擴(kuò)鏈增韌改性

BMI分子結(jié)構(gòu)的C=C雙鍵由于受到2個鄰位羰基的吸電子作用而成為貧電子鍵,即一個親電子的共軛體系,易與氨基等親核基團(tuán)發(fā)生Michael加成反應(yīng),芳香族二胺改性的BMI體系具有良好的耐熱性和力學(xué)性能,但仍然存在工藝性欠佳、韌性不足、粘接性差等問題。為此在體系中引入環(huán)氧樹脂,使其與芳香族二胺改性的BMI體系反應(yīng),形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),環(huán)氧樹脂還能克服由仲胺基(-NH-)引起的熱穩(wěn)定性降低的缺點。王洪波等[13]通過BMI與二元胺、環(huán)氧樹脂反應(yīng)制備了改性BMI。研究表明,二元胺增韌后的BMI和環(huán)氧樹脂能交聯(lián)固化, 并且固化溫度越高, 固化程度越完全,交聯(lián)密度越大；改性BMI的熱分解溫度降低,柔韌性增加,有利于BMI在電器絕緣材料和膠粘劑等領(lǐng)域的應(yīng)用。高性能熱塑性樹脂增韌改性

利用某些高性能熱塑性樹脂耐熱性較好的特點, 可在一定程度上克服用橡膠增韌BMI后耐熱性降低較多的缺點,因此通過與熱塑性樹脂共混增韌BMI的研究受到了重視。其改性途徑主要有兩種形式。

一種是熱塑性樹脂作為第二相增韌。該樹脂的剛性與基體樹脂接近,有較強(qiáng)的韌性和較高的斷裂伸長率,當(dāng)?shù)诙嗟捏w積分?jǐn)?shù)適當(dāng),就可以發(fā)生裂紋釘錨增韌作用,即在材料受力的情況下,第二相可誘發(fā)基體樹脂產(chǎn)生銀紋,同時由于本身的熱塑性形變能有效地抑制裂紋擴(kuò)展, 吸收較多能量, 起到增韌作用。另一種是用熱塑性樹脂連續(xù)貫穿于BMI樹脂網(wǎng)絡(luò),形成半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物(S-IPN),進(jìn)行增韌改性。體系中的熱塑性樹脂與BMI相互貫穿,兩相之間分散性良好,相界面大,能夠很好地發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。因此樹脂兼?zhèn)銪MI的工藝性和熱塑性樹脂的韌性 3.3.3雙馬來酰胺基體的發(fā)展趨勢 BMI增韌改性朝著保持熱性能不變而使韌性提高的方向發(fā)展，這些增韌改性方法并非孤立，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)目的和用途同時應(yīng)用幾種方法增韌改性。我國在這方面的研究與國外相比差距還是比較大。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，開拓新的改性方法[14]。今后我國對BMI的開發(fā)，應(yīng)從一下幾個方面進(jìn)行：①采用先進(jìn)的增韌技術(shù)，對BMI進(jìn)行改性，如原位增韌技術(shù)，通過化學(xué)反應(yīng)過程控制分子交聯(lián)狀態(tài)下的不均勻性，以形成有利于塑性變形的非均勻性，從而得到增韌BMI；②加強(qiáng)新型增韌劑研究，尤其是開發(fā)耐熱強(qiáng)韌型熱塑性樹脂；③進(jìn)一步深入研究BMI的改性化學(xué)，改善其工藝性。開發(fā)適用于RTM的粘度低、固化時間短的BMI極其無溶劑熱熔型BMI，以實現(xiàn)復(fù)合材料制品的工業(yè)化生產(chǎn)；④加強(qiáng)實用性BMI單體研究，有選擇地合成和生產(chǎn)多種BMI。保持較大規(guī)模的高新技術(shù)用新材料產(chǎn)業(yè)。

4、結(jié)語

先進(jìn)復(fù)合材料由于具有一系列優(yōu)異的性能特點,已成為當(dāng)今高性能結(jié)構(gòu)材料的一個重要發(fā)展趨勢,隨著高技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)復(fù)合材料正發(fā)揮著日益重要的作用。其中由環(huán)氧樹脂為基體的高性能復(fù)合材料由于其成型性好，所以應(yīng)用的很廣泛，但是由于其的耐濕熱性上面的缺陷，所以受到一定的限制，同時聚亞酰胺為基體的復(fù)合材料具有非常優(yōu)異的耐高溫性，從而在航空航天領(lǐng)域具有及其廣泛的應(yīng)用。雙馬來酰胺由于其的脆性，可以通過改性來改善這一問題。21世紀(jì)是復(fù)合材料的世紀(jì)，在不久的將來，復(fù)合材料肯定會應(yīng)用到我們生活的各個方面。同時，在我們生活中發(fā)揮出來的的作用也會越來越大。

第五篇：樹脂基復(fù)合材料成型工藝

樹脂基復(fù)合材料成型工藝

復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，復(fù)合材料工業(yè)得到迅速發(fā)鎮(zhèn)，其老的成型工藝日臻完善，新的成型方法不斷涌現(xiàn)，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多種，并成功地用于工業(yè)生產(chǎn)，如：（1）手糊成型工藝--濕法鋪層成型法；（2）噴射成型工藝；

（3）樹脂傳遞模塑成型技術(shù)（RTM技術(shù)）；（4）袋壓法（壓力袋法）成型；（5）真空袋壓成型；（6）熱壓罐成型技術(shù)；（7）液壓釜法成型技術(shù)；（8）熱膨脹模塑法成型技術(shù)；（9）夾層結(jié)構(gòu)成型技術(shù)；（10）模壓料生產(chǎn)工藝；（11）ZMC模壓料注射技術(shù)；（12）模壓成型工藝；（13）層合板生產(chǎn)技術(shù)；（14）卷制管成型技術(shù)；（15）纖維纏繞制品成型技術(shù)；（16）連續(xù)制板生產(chǎn)工藝；（17）澆鑄成型技術(shù)；（18）拉擠成型工藝；（19）連續(xù)纏繞制管工藝；（20）編織復(fù)合材料制造技術(shù)；

（21）熱塑性片狀模塑料制造技術(shù)及冷模沖壓成型工藝；（22）注射成型工藝；（23）擠出成型工藝；（24）離心澆鑄制管成型工藝；（25）其它成型技術(shù)。視所選用的樹脂基體材料的不同，上述方法分別適用于熱固性和熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)，有些工藝兩者都適用。

復(fù)合材料制品成型工藝特點：與其它材料加工工藝相比，復(fù)合材料成型工藝具有如下特點：

（1）材料制造與制品成型同時完成 一般情況下，復(fù)合材料的生產(chǎn)過程，也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據(jù)制品的使用要求進(jìn)行設(shè)計，因此在造反材料、設(shè)計配比、確定纖維鋪層和成型方法時，都必須滿足制品的物化性能、結(jié)構(gòu)形狀和外觀質(zhì)量要求等。

（2）制品成型比較簡便 一般熱固性復(fù)合材料的樹脂基體，成型前是流動液體，增強(qiáng)材料是柔軟纖維或織物，因此，用這些材料生產(chǎn)復(fù)合材料制品，所需工序及設(shè)備要比其它 材料簡單的多，對于某些制品僅需一套模具便能生產(chǎn)。◇ 成型工藝

層壓及卷管成型工藝

1、層壓成型工藝

層壓成型是將預(yù)浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進(jìn)行剪裁、疊加后，放入兩個拋光的金屬模具之間，加溫加壓成型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復(fù)合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材。現(xiàn)在，印刷電路板材已廣泛應(yīng)用于各類收音機(jī)、電視機(jī)、電話機(jī)和移動電話機(jī)、電腦產(chǎn)品、各類控制電路等所有需要平面集成電路的產(chǎn)品中。

層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合材料板材，具有機(jī)械化、自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點，但一次性投資較大，適用于批量生產(chǎn)，并且只能生產(chǎn)板材，且規(guī)格受到設(shè)備的限制。

層壓工藝過程大致包括：預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序

2、卷管成型工藝

卷管成型工是用預(yù)浸膠布在卷管機(jī)上熱卷成型的一種復(fù)合材料制品成型方法，其原理是借助卷管機(jī)上的熱輥，將膠布軟化，使膠布上的樹脂熔融。在一定的張力作用下，輥筒在運轉(zhuǎn)過程中，借助輥筒與芯模之間的摩擦力，將膠布連續(xù)卷到芯管上，直到要求的厚度，然后經(jīng)冷輥冷卻定型，從卷管機(jī)上取下，送入固化爐中固化。管材固化后，脫去芯模，即得復(fù)合材料卷管。

卷管成型按其上布方法的不同而可分為手工上布法和連續(xù)機(jī)械法兩種。其基本過程是：首先清理各輥筒，然后將熱輥加熱到設(shè)定溫度，調(diào)整好膠布張力。在壓輥不施加壓力的情況下，將引頭布先在涂有脫模劑的管芯模上纏上約1圈，然后放下壓輥，將引頭布貼在熱輥上，同時將膠布拉上，蓋貼在引頭布的加熱部分，與引頭布相搭接。引頭布的長度約為800～1200mm，視管徑而定，引頭布與膠布的搭接長度，一般為150～250mm。在卷制厚壁管材時，可在卷制正常運行后，將芯模的旋轉(zhuǎn)速度適當(dāng)加快，在接近設(shè)計壁厚時再減慢轉(zhuǎn)速，至達(dá)到設(shè)計厚度時，切斷膠布。然后在保持壓輥壓力的情況下，繼續(xù)使芯模旋轉(zhuǎn)1～2圈。最后提升壓輥，測量管坯外徑，合格后，從卷管機(jī)上取出，送入固化爐中固化成型。

3、預(yù)浸膠布制備工藝

預(yù)浸膠布是生產(chǎn)復(fù)合材料層壓板材、卷管和布帶纏繞制品的半成品。

（1）原材料 預(yù)浸膠布生產(chǎn)所需的主要原材料有增強(qiáng)材料（如玻璃布、石棉布、合成纖維布、玻璃纖維氈、石棉氈、碳纖維、芳綸纖維、石棉紙、牛皮等）和合成樹脂（如酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂等）。

（2）預(yù)浸膠布的制備工藝 預(yù)浸膠布的制備是使用經(jīng)熱處理或化學(xué)處理的玻璃布，經(jīng)浸膠槽浸漬樹脂膠液，通過刮膠裝置和牽引裝置控制膠布的樹脂含量，在一定的溫度下，經(jīng)過一定時間的洪烤，使樹脂由A階轉(zhuǎn)至B階，從而得到所需的預(yù)浸膠布。通常將此過程稱之為玻璃的浸膠。樹脂傳遞模塑成型 樹脂傳遞模塑成型簡稱RTM（Resin Transfer Molding）。RTM起始于50年代，是手糊成型工藝改進(jìn)的一種閉模成型技術(shù)，可以生產(chǎn)出兩面光的制品。在國外屬于這一工藝范疇的還有樹脂注射工藝（Resin Injection）和壓力注射工藝(Pressure Infection)。RTM的基本原理是將玻璃纖維增強(qiáng)材料鋪放到閉模的模腔內(nèi)，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強(qiáng)材料，然后固化，脫模成型制品。

從上前的研究水平來看，RTM技術(shù)的研究發(fā)展方向?qū)ㄎC(jī)控制注射機(jī)組，增強(qiáng)材料預(yù)成型技術(shù)，低成本模具，快速樹脂固化體系，工藝穩(wěn)定性和適應(yīng)性等。

RTM成型技術(shù)的特點：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)（20000件/年以內(nèi)）；③RTM為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強(qiáng)材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。

RTM技術(shù)適用范圍很廣，目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。已開發(fā)的產(chǎn)品有：汽車殼體及部件、娛樂車構(gòu)件、螺旋漿、8.5m長的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、天線罩、機(jī)器罩、浴盆、沐浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。

（1）RTM工藝及設(shè)備 成型工藝 RTM全部生產(chǎn)過程分11道工序，各工序的操作人員及工具、設(shè)備位置固定，模具由小車運送，依次經(jīng)過每一道工序，實現(xiàn)流水作業(yè)。模具在流水線上的循環(huán)時間，基本上反映了制品的生產(chǎn)周期，小型制品一般只需十幾分鐘，大型制品的生產(chǎn)周期可以控制在1h以內(nèi)完成。

成型設(shè)備 RTM成型設(shè)備主要是樹脂壓注機(jī)和模具。①樹脂村注機(jī) 樹脂壓注機(jī)由樹脂泵、注射槍組成。樹脂泵是一組活塞式往復(fù)泵，最上端是一個空氣動力泵。當(dāng)壓縮空氣驅(qū)動空氣泵活塞上下運動時，樹脂泵將桶中樹脂經(jīng)過流量控制器、過濾器定量地抽入樹脂貯存器，側(cè)向杠桿使催化劑泵運動，將催化劑定量地抽至貯存器。壓縮空氣充入兩個貯存器，產(chǎn)生與泵壓力相反的緩沖力，保證樹脂和催化劑能穩(wěn)定的流向注射槍頭。注射槍口后有一個靜態(tài)紊流混合器，可使樹脂和催化劑在無氣狀態(tài)下混合均勻，然后經(jīng)槍口注入模具，混合器后面設(shè)計有清洗劑入口，它與一個有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯(lián)，當(dāng)機(jī)器使用完后，打開開關(guān)，溶劑自動噴出，將注射槍清洗干凈。②模具 RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造，價格較低，聚酯玻璃鋼模具可使用2000次，環(huán)氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用，一般來講，RTM的模具費僅為SMC的2%～16%。

（2）RTM原材料 RTM用的原材料有樹脂體系、增強(qiáng)材料和填料。

樹脂體系 RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。

增強(qiáng)材料 一般RTM的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維，其含量為25%～45%（重量比）；常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維連續(xù)氈、復(fù)合氈及方格布。

填料 填料對RTM工藝很重要，它不僅能降低成本，改善性能，而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。其用量為20%～40%。◇ 成型工藝

袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法成型

袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法統(tǒng)稱為低壓成型工藝。其成型過程是用手工鋪疊方式，將增強(qiáng)材料和樹脂（含預(yù)浸材料）按設(shè)計方向和順序逐層鋪放到模具上，達(dá)到規(guī)定厚度后，經(jīng)加壓、加熱、固化、脫模、修整而獲得制品。四種方法與手糊成型工藝的區(qū)別僅在于加壓固化這道工序。因此，它們只是手糊成型工藝的改進(jìn)，是為了提高制品的密實度和層間粘接強(qiáng)度。

以高強(qiáng)度玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維和環(huán)氧樹脂為原材料，用低壓成型方法制造的高性能復(fù)合材料制品，已廣泛用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星和航天飛機(jī)。如飛機(jī)艙門、整流罩、機(jī)載雷達(dá)罩，支架、機(jī)翼、尾翼、隔板、壁板及隱形飛機(jī)等。（1）袋壓法

袋壓成型是將手糊成型的未固化制品，通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力，使制品在壓力下密實，固化。

袋壓成型法的優(yōu)點是：①產(chǎn)品兩面光滑；②能適應(yīng)聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂；③產(chǎn)品重量比手糊高。

袋壓成型分壓力袋法和真空袋法2種：①壓力袋法 壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋，固定好蓋板，然后通入壓縮空氣或蒸汽（0.25～0.5MPa），使制品在熱壓條件下固化。②真空袋法 此法是將手糊成型未固化的制品，加蓋一層橡膠膜，制品處于橡膠膜和模具之間，密封周邊，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除。真空袋成型法由于真空壓力較小，故此法僅用于聚酯和環(huán)氧復(fù)合材料制品的濕法成型。（2）熱壓釜和液壓釜法

熱壓釜和液壓釜法都是在金屬容器內(nèi)，通過壓縮氣體或液體對未固化的手糊制品加熱、加壓，使其固化成型的一種工藝。

熱壓釜法 熱壓釜是一個臥式金屬壓力容器，未固化的手糊制品，加上密封膠袋，抽真空，然后連同模具用小車推進(jìn)熱壓釜內(nèi)，通入蒸汽（壓力為1.5～2.5MPa），并抽真空，對制品加壓、加熱，排出氣泡，使其在熱壓條件下固化。它綜合了壓力袋法和真空袋法的優(yōu)點，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量高。熱壓釜法能夠生產(chǎn)尺寸較大、形狀復(fù)雜的高質(zhì)量、高性能復(fù)合材料制品。產(chǎn)品尺寸受熱壓釜限制，目前國內(nèi)最大的熱壓釜直徑為2.5m，長18m，已開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品有機(jī)翼、尾翼、衛(wèi)星天線反射器，導(dǎo)彈再入體、機(jī)載夾層結(jié)構(gòu)雷達(dá)罩等。此法的最大缺點是設(shè)備投資大，重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費用高等。

液壓釜法 液壓釜是一個密閉的壓力容器，體積比熱壓釜小，直立放置，生產(chǎn)時通入壓力熱水，對未固化的手糊制品加熱、加壓，使其固化。液壓釜的壓力可達(dá)到2MPa或更高，溫度為80～100℃。用油載體、熱度可達(dá)200℃。此法生產(chǎn)的產(chǎn)品密實，周期短，液壓釜法的缺點是設(shè)備投資較大。

（3）熱膨脹模塑法

熱膨脹模塑法是用于生產(chǎn)空腹、薄壁高性能復(fù)合材料制品的一種工藝。其工作原理是采用不同膨脹系數(shù)的模具材料，利用其受熱體積膨脹不同產(chǎn)生的擠壓力，對制品施工壓力。熱膨脹模塑法的陽模是膨脹系數(shù)大的硅橡膠，陰模是膨脹系數(shù)小的金屬材料，手糊未固化的制品放在陽模和陰模之間。加熱時由于陽、陰模的膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生巨大的變形差異，使制品在熱壓下固化。◇ 成型工藝

噴射成型技術(shù)

噴射成型技術(shù)是手糊成型的改進(jìn)，半機(jī)械化程度。噴射成型技術(shù)在復(fù)合材料成型工藝中所占比例較大，如美國占9.1%，西歐占11.3%，日本占21%。目前國內(nèi)用的噴射成型機(jī)主要是從美國進(jìn)口。

(1)噴射成型工藝原理及優(yōu)缺點

噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進(jìn)劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側(cè)噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當(dāng)沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。

噴射成型的優(yōu)點：①用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；②生產(chǎn)效率比手糊的高2～4倍；③產(chǎn)品整體性好，無接縫，層間剪切強(qiáng)度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；④可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；⑤產(chǎn)品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：①樹脂含量高，制品強(qiáng)度低；②產(chǎn)品只能做到單面光滑；③污染環(huán)境，有害工人健康。

噴射成型效率達(dá)15kg/min，故適合于大型船體制造。已廣泛用于加工浴盆、機(jī)器外罩、整體衛(wèi)生間，汽車車身構(gòu)件及大型浮雕制品等。

（2）生產(chǎn)準(zhǔn)備

場地 噴射成型場地除滿足手糊工藝要求外，要特別注意環(huán)境排風(fēng)。根據(jù)產(chǎn)品尺寸大小，操作間可建成密閉式，以節(jié)省能源。材料準(zhǔn)備 原材料主要是樹脂（主要用不飽和聚酯樹脂）和無捻玻纖粗紗。

模具準(zhǔn)備 準(zhǔn)備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。

噴射成型設(shè)備 噴射成型機(jī)分壓力罐式和泵供式兩種：①泵式供膠噴射成型機(jī)，是將樹脂引發(fā)劑和促進(jìn)劑分別由泵輸送到靜態(tài)混合器中，充分混合后再由噴槍噴出，稱為槍內(nèi)混合型。其組成部分為氣動控制系統(tǒng)、樹脂泵、助劑泵、混合器、噴槍、纖維切割噴射器等。樹脂泵和助劑泵由搖臂剛性連接，調(diào)節(jié)助劑泵在搖臂上的位置，可保證配料比例。在空壓機(jī)作用下，樹脂和助劑在混合器內(nèi)均勻混合，經(jīng)噴槍形成霧滴，與切斷的纖維連續(xù)地噴射到模具表面。這種噴射機(jī)只有一個膠液噴槍，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，引發(fā)劑浪費少，但因系內(nèi)混合，使完后要立即清洗，以防止噴射堵塞。②壓力罐式供膠噴射機(jī)是將樹脂膠液分別裝在壓力罐中，靠進(jìn)入罐中的氣體壓力，使膠液進(jìn)入噴槍連續(xù)噴出。安是由兩個樹脂罐、管道、閥門、噴槍、纖維切割噴射器、小車及支架組成。工作時，接通壓縮空氣氣源，使壓縮空氣經(jīng)過氣水分離器進(jìn)入樹脂罐、玻纖切割器和噴槍，使樹脂和玻璃纖維連續(xù)不斷的由噴槍噴出，樹脂霧化，玻纖分散，混合均勻后沉落到模具上。這種噴射機(jī)是樹脂在噴槍外混合，故不易堵塞噴槍嘴。（3）噴射成型工藝控制

噴射工藝參數(shù)選擇：①樹脂含量 噴射成型的制品中，樹脂含量控制在60%左右。②噴霧壓力 當(dāng)樹脂粘度為0.2Pa2s，樹脂罐壓力為0.05～0.15MPa時，霧化壓力為0.3～0.55MPa，方能保證組分混合均勻。③噴槍夾角 不同夾角噴出來的樹脂混合交距不同，一般選用20°夾角，噴槍與模具的距離為350～400mm。改變距離，要高速噴槍夾角，保證各組分在靠近模具表面處交集混合，防止膠液飛失。

噴射成型應(yīng)注意事項：①環(huán)境溫度應(yīng)控制在（25±5）℃，過高，易引起噴槍堵塞；過低，混合不均勻，固化慢；②噴射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)不允許有水分存在，否則會影響產(chǎn)品質(zhì)量；③成型前，模具上先噴一層樹脂，然后再噴樹脂纖維混合層；④噴射成型前，先調(diào)整氣壓，控制樹脂和玻纖含量；⑤噴槍要均勻移動，防止漏噴，不能走弧線，兩行之間的重疊富庶小于1/3，要保證覆蓋均勻和厚度均勻；⑥噴完一層后，立即用輥輪壓實，要注意棱角和凹凸表面，保證每層壓平，排出氣泡，防止帶起纖維造成毛刺；⑦每層噴完后，要進(jìn)行檢查，合格后再噴下一層；⑧最后一層要噴薄些，使表面光滑；⑨噴射機(jī)用完后要立即清洗，防止樹脂固化，損壞設(shè)備。◇ 成型工藝

泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

（1）原材料 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)用的原材料分為面板（蒙皮）材料、夾芯材料和粘接劑。①面板材料 主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板，與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板用的材料相同。②粘接劑 面板和夾芯材料的粘接劑，主要取決于泡沫塑料種類，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不飽和聚酯樹脂粘接。③泡沫夾芯材料 泡沫塑料的種類很多，其分類方法有兩種：一種是按樹脂基體分，可分為：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。另一種是近硬度分，可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。用泡沫塑料芯材生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是防寒、絕熱，隔音性能好，質(zhì)量輕，與蒙面粘接面大，能均勻傳遞荷載，抗沖擊性能好等。

（2）泡沫塑料制造技術(shù) 生產(chǎn)泡沫塑料的發(fā)泡方法較多，有機(jī)械發(fā)泡法、惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法、低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法、發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應(yīng)放氣發(fā)泡法等。①機(jī)械發(fā)泡法 利用強(qiáng)烈機(jī)械攪拌，將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中，形成泡沫體，然后經(jīng)固化而獲得泡沫塑料。②惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法 利用惰性氣體（如氮氣、二氧化碳等）無色、無臭、難與其它化學(xué)元素化合的原理，在高壓下壓入聚合物中，經(jīng)升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。③低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法 將低沸點液體壓入聚合物中，然后加熱聚合物，當(dāng)聚合物軟化、液體達(dá)到沸點時，借助液體氣化產(chǎn)生的蒸氣壓力，使聚合物發(fā)泡成泡沫體。④化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法 借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產(chǎn)生的氣體，使聚合物體積膨脹，形成泡沫塑料。⑤原料化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡法 此法是利用能發(fā)泡的原料組分，相互反應(yīng)放出二氧化碳或氮氣等使聚合物膨脹發(fā)泡成泡沫體。

（3）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的制造方法有：預(yù)制粘接法、現(xiàn)場澆注成型法和連續(xù)機(jī)械成型法三種。①預(yù)制粘接法 將蒙皮和泡沫塑料芯材分別制造，然后再將它們粘接成整體。預(yù)制成型法的優(yōu)點是能適用各種泡沫塑料，工藝簡單，不需要復(fù)雜機(jī)械設(shè)備等。其缺點是生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不易保證。②整體澆注成型法 先預(yù)制好夾層結(jié)構(gòu)的外殼，然后將混合均勻的泡沫料漿澆入殼體內(nèi)，經(jīng)過發(fā)泡成型和固化處理，使泡沫漲滿腔體，并和殼體粘接成一個整體結(jié)構(gòu)。③連續(xù)成型法 適用于生產(chǎn)泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)板材。其它成型工藝

聚合物基復(fù)合材料的其它成型工藝，主要指離心成型工藝、澆鑄成型工藝、彈性體貯存樹脂成型工藝（ERM）、增強(qiáng)反應(yīng)注射成型工藝（RRIM）等。

1、離心成型工藝

離心成型工藝在復(fù)合材料制品生產(chǎn)中，主要是用于制造管材（地埋管），它是將樹脂、玻璃纖維和填料按一定比例和方法加入到旋轉(zhuǎn)的模腔內(nèi)，依靠高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使物料擠壓密實，固化成型。

離心玻璃鋼管分為壓力管非壓力管兩類，其使用壓力為0～18MPa。這種管的管徑一般為φ400～φ2500mm，最大管徑或達(dá)5m，以φ1200mm以上管徑經(jīng)濟(jì)效果最佳，離心管的長度2～12m，一般為6 m。

離心玻璃鋼管的優(yōu)點很多，與普通玻璃鋼管和混凝土管相比，它強(qiáng)度高、重量輕，防腐、耐磨（是石棉水泥管的5～10倍）、節(jié)能、耐久（50年以上）及綜合工程造價低，特別是大口徑管等；與纏繞加砂玻璃鋼管相比，其最大特點是剛度大，成本低，管壁可以按其功能設(shè)計成多層結(jié)構(gòu)。離心法制管質(zhì)量穩(wěn)定，原材料損耗少，其綜合成本低于鋼管。離心玻璃鋼管可埋深15m，能隨真空及外壓。其缺點是內(nèi)表面不夠光滑，水力學(xué)特性比較差。

離心玻璃鋼管的應(yīng)用前景十分廣闊，其主要應(yīng)用范圍包括：給水及排水工程干管，油田注水管、污水管、化工防腐管等。

（1）原材料

生產(chǎn)離心管的原材料有樹脂、玻璃纖維及填料（粉狀和粒狀填料）等。

樹脂 應(yīng)用最廣的是不飽和聚酯樹脂，可根據(jù)使用條件和工藝要求選擇樹脂牌號和固化劑。

增強(qiáng)材料 主工是玻璃纖維及其制品。玻纖制品有連續(xù)纖維氈、網(wǎng)格布及單向布等，制造異形斷面制品時，可先將玻纖制成預(yù)制品，然后放入模內(nèi)。

填料 填料的作是用增加制品的剛度、厚度、降低成本，填料的種類要根據(jù)使用要求選擇，一般為石英砂、石英粉、輝綠巖粉等。（2）工藝流程

離心制管的加料方法與纏繞成型工藝不同，加料系統(tǒng)是把樹脂、纖維和填料的供料裝置，統(tǒng)一安裝在可往復(fù)運動的小車上。

（3）模具 離心法生產(chǎn)玻璃鋼管的模具，主要是鋼模，模具分整體式和拼裝式兩種：小于φ800mm管的模具，用整體式，大于φ800mm管的模具，可以用拼裝式。

模具設(shè)計要保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，防止旋轉(zhuǎn)、震動過程中變形。模具由管身、封頭、托輪箍組成。管身由鋼板卷焊而成，小直徑管身可用無縫鋼管。封頭的作用是增加管模端頭的強(qiáng)度和防止物料外流。托輪箍的作用是支撐模具，傳遞旋轉(zhuǎn)力，使模具在離心機(jī)上高速度旋轉(zhuǎn)，模具的管身內(nèi)表面必須平整，光滑，一般都要精加工和拋光，保證順利脫模。

2、澆注成型工藝

澆注成型主要用于生產(chǎn)無纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料制品，如人造大理石，鈕扣、包埋動、植物標(biāo)本、工藝品、錨桿固定劑、裝飾板等。

澆注成型比較簡單，但要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，則需要熟練的操作技術(shù)。

（1）鈕扣生產(chǎn)工藝

用聚酯樹脂澆注的鈕扣，具有硬度高，光澤好，耐磨、耐燙、耐干洗、花色品種多及價格低等優(yōu)點，目前在國內(nèi)外已基本取代了有機(jī)玻璃鈕扣，占鈕扣市場80%以上。生產(chǎn)鈕扣的原料主要是不飽和聚酯樹脂、固化劑（引發(fā)劑采用過氧化甲乙酮）和輔助材料（包括色漿、珠光粉、觸變劑等）。

聚酯鈕扣采用離心澆注式棒材澆注法生產(chǎn)，先制成板材或棒材，然后經(jīng)切板、切棒制成鈕扣，再經(jīng)熱處理、刮面、刮底、銑槽、打眼、拋光等工序制成鈕扣。

（2）人造石材生產(chǎn)工藝

人造石材是用不飽和聚酯樹脂和填料制成的。由于所選用的填料不同，制成的人造石材分為人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗石和聚酯混凝土等。

生產(chǎn)人造石材的原材料是不飽和聚酯樹脂，填料和顏料：①樹脂 生產(chǎn)人造石材的樹脂分面層和結(jié)構(gòu)層兩各，表面裝飾層樹脂要求收縮性小，有韌性、硬度好，耐熱、耐磨、耐水等，同時要求易調(diào)色。辛戌二醇鄰苯型樹脂用于人造石材，辛戌二醇間苯型樹脂用于生產(chǎn)衛(wèi)生潔具。固化體系，常用過氧化甲乙酮、萘酸鈷溶液。②填料 生產(chǎn)人造石材的填料有很多，生產(chǎn)人造大理石的填料是大理石粉，石英粉、白云石粉、碳酸鈣粉等，生產(chǎn)人造花崗石的填料是用粒料級配，不同品種花崗石用不同色彩的粒料，生產(chǎn)人瑪瑙的填料要有一定透明性，一般選用氫氧化鋁或三氧化二鋁等。③顏料 生產(chǎn)人造石材需要各色顏料，如制人造大理石或人造瑪瑙浴盆，應(yīng)選擇耐熱、耐水的色漿，制造裝飾板及工藝品時，要選用耐光、耐水及耐久的顏料。生產(chǎn)人造大理石、花崗石板材用的模具材料有玻璃鋼、不銹鋼、塑料、玻璃等。生產(chǎn)人造石板材的模板，要求表面平整，光澤、有足夠的強(qiáng)度和剛度，能經(jīng)受生產(chǎn)過程中的熱應(yīng)力、搬運荷載及碰撞等。

3、彈性體貯樹脂模塑成型技術(shù)

彈性體貯樹脂模塑成型（Elastic Reservir Molding, ERM）是80年代在歐美出現(xiàn)的新工藝，它是用柔性材料（開孔聚氨酯泡沫塑料）作為芯材并滲入樹脂糊。這種滲有樹脂糊的泡沫體留在成型好的ERM材料中間，泡沫體使ERM制成的產(chǎn)品密度降低，沖擊強(qiáng)度和剛度提高，故可稱為壓制成型的夾層結(jié)構(gòu)制品。

ERM與SMC一樣，同屬于模壓成型的片狀模塑料，只是由于ERM具有夾層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，給它帶來優(yōu)于SMC的特點：（1）重量輕：ERM比用氈和SMC制成的制品輕30%以上；（2）ERM制品的比剛度優(yōu)于SMC、鋁和鋼制成的制品；（3）搞沖擊強(qiáng)度高：在增強(qiáng)材料含量相同的條件下，ERM比SMC的抗沖擊強(qiáng)度高很多；（4）物理力學(xué)性能高：在增強(qiáng)材料含量相同的條件下，ERM制品的物理力學(xué)性能優(yōu)于SMC制品；（5）投資費用低：ERM成型機(jī)組比SMC機(jī)組簡單，ERM制品成型壓力比SMC制品低10倍左右，故生產(chǎn)ERM制品時可以采用低噸位壓機(jī)和低強(qiáng)度材料模具，從而減少建投資。

ERM制品生產(chǎn)工藝分為ERM制造和ERM制品成型兩個過程：（1）ERM生產(chǎn)工藝 ERM生產(chǎn)原材料為開孔聚氨酯泡沫塑料，各種纖維制品（如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維制成的短切氈、連續(xù)纖維氈、針織氈等）和各種熱固性樹脂。其生產(chǎn)過程如下：先在ERM機(jī)組上將調(diào)好的樹脂糊浸漬開孔聚氨酯泡沫塑料，通過涂刮器將樹脂糊涂到泡沫上，用壓輥將樹脂糊壓擠到泡沫體的孔內(nèi)，然后將兩層泡沫復(fù)合到一起，最后在上下兩個面鋪放玻纖維氈或其它纖維制品，制成ERM夾層材料，切割成適宜的尺寸，用于壓制成型或貯存。

（2）ERM制品生產(chǎn)工藝 ERM制品生產(chǎn)過程與其它熱固性模壓料（玻纖布或氈預(yù)浸料、SMC等）相比，需要在熱壓條件下固化成型，但成型壓力比SMC小很多，大約是SMC成型壓力的1/10，為0.5～0.7MPa。

ERM技術(shù)目前主要用于汽車工業(yè)材料和輕質(zhì)建筑復(fù)合材料工業(yè)。由于ERM具有夾層結(jié)構(gòu)材料的特點，是適用于生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)的組合部件，各種輕質(zhì)板材，活動房屋、雷達(dá)罩，房門等。在汽車工業(yè)中的制品有行李車拖斗、蓋板、儀表盤、保險杠、車門、底板等。

4、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑技術(shù)

增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑工藝（Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM）是利用高壓沖擊來混合兩種單體物料及短纖維增強(qiáng)材料，并將其注射到模腔內(nèi)，經(jīng)快速固化反應(yīng)形成制品的一種成型方法。如果不用增強(qiáng)材料，則稱為反應(yīng)注射模塑（Reaction Injection Moling, RIM）。采用連續(xù)纖維增強(qiáng)時，稱為結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑（Structure Reaction Injection Molding, SRIM）。RRIM的原材料分樹脂體系和增強(qiáng)材料兩類

（1）樹脂體系 生產(chǎn)RRIM的樹脂應(yīng)滯如下要求：①必須由兩種以上的單體組成；②單體在室溫條件下能保持穩(wěn)定；③粘度適當(dāng)，容易用泵輸送；④單體混合后，能快速固化；⑤固化反應(yīng)不產(chǎn)生副產(chǎn)物。應(yīng)用最多的是聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。

（2）增強(qiáng)材料 常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維粉、玻璃纖維和玻璃微珠。為了增加增強(qiáng)材料與樹脂的粘接強(qiáng)度，上述增強(qiáng)材料都采用增強(qiáng)偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。

RRIM的工藝特點：①產(chǎn)品設(shè)計自由度大，可以生產(chǎn)大尺寸部件；②成型壓力低（0.35～0.7MPa），反應(yīng)成型時，無模壓應(yīng)力，產(chǎn)品在模內(nèi)發(fā)熱量小；③制品收縮率低，尺寸穩(wěn)定性好，因加有大量填料和增強(qiáng)材料，減少了樹脂固化收縮；④制品鑲嵌件工藝簡便；⑤制品表面質(zhì)量好，玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐熱性；⑥生產(chǎn)設(shè)備簡單，模具費用低，成型周期短，制品生產(chǎn)成本低。

RRIM制品的最大用戶是汽車工為，可做汽車保險杠、儀表盤，高強(qiáng)度RRIM制品可以做汽車的結(jié)構(gòu)材料、承載材料。由于其成型周期短，性能可設(shè)計，在電絕緣工程、防腐工程、機(jī)械儀表工業(yè)中代替工程塑料及高分子合金應(yīng)用。