热固性复合材料与热塑性复合材料

热固性复合材料与热塑性复合材料

1热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在许多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。

典型的热固性树脂复合材料分为以下几种：

（1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西方化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。

(2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两方面的改性研究，一方面是改善湿热性能提高其使用温度;另一方面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。含有环氧树脂所制备的复合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。

(3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。

(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。

2热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合

材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。

而热塑性树脂复合材料具有很多的特点，以下概述了一些热塑性树脂复合材料的特点。

1)比强度高热塑性聚合物基复合材料的密度为1.1-1.9g/cm3，仅为钢材的1/7-1/4,铝合金的2/5-2/3,钦合金的1/4-2/5左右。另外，热塑性树脂复合材料的力学强度一般低于以上的材料，但是由于其密度较低，因而热塑性树脂复合材料具有较高的比强度，能够用较小的单位质量承受更高的外加应力。

2)性能可设计性自由度大热塑性树脂复合材料力学性能、物理性能和化学性能都可以通过合理选择原材料种类、配比以及适当的加工方法进行设计。由于热塑性树脂复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多得多，因此其选材设计自由度也要大很多。

3)热学性能优异由于引入了无机填料，热塑性树脂复合材料具有优异的热学性能。一般热塑性塑料的使用温度在50-100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。热塑性聚合物复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4-1/2，从而能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。

4)耐化学腐蚀性热塑性树脂基的种类很多，一般都有耐化学腐蚀性的特点，热塑性聚合物基复合材料和他们的基体一般都会具有化学腐蚀性的优点。

5)电性能一般热塑性聚合物复合材料都具有良好的介电性能，不反射无线电电波，透过微波性能良好。

6)优异的抗疲劳性能热塑性聚合物基复合材料内部存在大量的界面，使用过程中即使过载而造成少量纤维断裂。一方面，热塑性树脂基体一般具有一定的阻碍裂纹扩展的能力，从而在短期内不会使整个构件丧失承载能力，具有优异的破损安全性。

7)废料回收利用由于热塑性塑料具有遇热可熔融的特点，所以这种复合材料可以重复加工成型，废品、边角料以及旧品都可以回收利用，进行再加工，这样对于环境起到了很好的保护作用。在以上优异性能和特点上，科研人员看准了热塑性树脂复合材料的性能可以与热固性树脂复合材料相媲美。同时，热塑性基体的良好韧性是它重要的技术优势，更吸引人的一方面就是其具有降低制备成本的潜力。

3、热固性树脂基复合材料与热塑性树脂复合材料的比较

在加工过程中，热固性树脂材料是经过化学反应和邻近的支链通过共价键结合在一起，所以在此受热时是不会熔融变软的;而热塑性树脂材料则具有较高的分子质量和较大的熔体茹滞度，所以在制备相应的复合材料的时候，制备温度很大程度上要高于其自身的玻璃化转变温度。在比较了热固性树脂与热塑性树脂的不同后，表1.2阐述了热固性树脂复合材料与热塑性复合材料的不同点。

4、热固性树脂预浸料的制备方法

在制备热固性树脂预浸料的过程中，通常采用两种工艺方法，分别为溶液浸渍法和热熔法。

（1）溶液浸渍法:溶液浸渍法则是要把树脂基体中的各个组份按规定的比例溶解到较低沸点的溶剂中，从而使溶液达到一定的溶度，接下来将纤维束或织物按设定的浸渍速度通过树脂基体溶液，使碳纤维布上浸渍上一定量的树脂基体。而溶液浸渍法又可以分为滚筒缠绕法和多数纤维连续浸渍法。①滚筒缠绕法是要把纤维束通过树脂基体的溶液槽中，经过几组导向辊以除去多余的树脂，随后平行缠绕在滚筒上，并沿着辊筒纵向切开，才可以得到单向的预浸料。②多丝束连续浸渍法的工艺过程是要将纱架引出纤维束，用以调节丝束纤维张力基本相等，经过整径、分散、展平、进入浸胶槽等工序，通过挤胶除去多余的树脂，最后再放进烘干炉中，使溶剂充分挥发。溶液浸渍法的优点则是可以很大程度上增强树脂基体浸透到材料中，可以制备薄型的预浸料，也可以制备厚型的预浸料;在设备上其造价相对较低，可以很好的节省成本。

表2 热固性与热塑性复合材料的比较

图2 连续浸渍法制备预浸料工艺

2)热熔法:热熔法可以分为直接热熔法和膜胶压延法。①直接热熔法是把树脂基体放于胶槽中，在加热到一定的温度下从而使树脂熔融，然后再将纤维束依次通过展开机构、胶槽、几组挤胶辊、重排机构上。这种制备工艺要求所用的树脂基体具有良好的流动性，在不高的温度下就可以呈现出很好的流动态有利于纤维束的浸渍。②膜胶压延法包含有制膜和预浸两个步骤。就是要把树脂基体放在混合器中充分混合，等到加热到最佳涂膜温度后，用电机枢机的计量泵将树脂基体输送到涂胶辊上，调节涂胶辊的间距并且使离型纸的运动呈线速度，制备得到不同膜厚的膜。再取出纤维，调节张力后，通过蓖子集束、展平到规定的宽度，从上、下胶膜辊引出预先制备出的胶模，并和纤维形成夹心结构，再通过几组热压辊，使树脂基体达到熔融温度，使树脂基体充分浸渍到纤维中。这种热熔法制备预浸料其具有线速度大、效率较高、树脂的含量更容易控制掌握;没有溶剂，预浸料挥发含量则较低，工艺操作步骤也很安全，对于环境的污染较小，是目前采用比较多的热固性预浸料制备方法。