高分子复合材料的制备与加工工艺探讨
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的多相复合体6 就是以有机聚合物为基体 ! 连续纤维为 增强材料组合而成的7$8" 纤维的高强度 #高模量的特性使 它成为理想的载体 " 基体材料的黏结性能良好 ! 能把 纤维牢牢地黏结起来 " 同时 ! 基体能使载荷均匀分布 ! 并传递到纤维上去 ! 且允许纤维承受压缩和剪切载荷 " 纤维和基体之间良好的复合显示了各自的优点 ! 并能 实现最佳结构设计 ! 因此 ! 高分子复合材料是复合材 料中发展最迅速 # 应用最广泛的一类复合材料 "
!
前言
高 分 子 复 合 材 料 % &’()*+, -./,01 2’*3’40/+4!
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在制造高分子复合材料
的同时 ! 也就获得了制件6 亦即可一次成型 ! 即使结构 形状复杂的大型制件也可一次成型 " 这对于一般工程 塑料是难以实现的 "
&-25 是指由高聚物和各种填充材料或增强材料所组成
青海科技
!""# 年第 $ 期
研究与开发
高分子复合材料的制备与加工工艺探讨
王 英
C青海大学机械系 ! 青海 西宁 @$<<$D E
摘 要 $ 高分子复合材料的迅猛发展成为当前材料科学发展的一个热点 " 本文对高分子复合材料的制备及其加工工
艺进行了探讨 ! 以期对高分子复合材料的应用和研究起到一定的参考作用 " 关键词 $ 高分子 & 复合材料 & 制备 & 加工
"#" 高分子复合材料的结构
作为高分子复合材料的基体通常为聚合物 ! 经常 应用的有不饱和聚酯树脂 # 环氧树脂 # 酚醛树脂以及 各种热塑性聚合物 798" 一般来说 ! 基体很少是单一的聚 合物 ! 往往除了主要组分 % 聚合物以外 ! 还包含其他 辅助材料 " 在基体材料 中 ! 其他的组 分还有固 化剂 # 增韧剂 # 稀释剂 # 催化剂等 ! 这些辅助材料是高分子 复合材料基体不可缺少的组分" 由于这些组分的加 入 ! 使复合材料具有各种各样的使用性能 ! 改进了工 艺性 ! 降低了成本 ! 扩大了应用范围7:6;8" 研究聚合物结构的根本目的在于了解聚合物的结 构与性质 的关系 ! 以 便正确选择 和使用聚合 物材料 ! 更好 掌握聚合物 及其复合 材料的成型 加工工艺条 件 " 通过各种途径改变聚合物结构 ! 进而改变其性能 ! 达 到设计与合成具有指定性能的聚合物的目的 " 对于高分子复合材料 ! 其结构性能应包括 $! 结构 所能承受的各种载荷 ! 确保在使用寿命内的安全 &" 提 供装置各种配件 # 仪器等附件的空间 &# 隔绝外界的环
"
高分子复合材料的特性和结构
玻璃纤维复合材料有较高
"#! 高分子复合材料的特性 796:8 "#!#!
的比强度 # 比模量 ! 而碳纤维 # 硼纤维 # 有机纤维增 强的聚合物基复合材料的比强度相当于钛合金的 : ## 倍 ! 比模量相当于金属的 ; 倍之多 ! 这种性能可由纤 维排列的不同而在一定范围内变动 "
"#!#’
复合材料中有大量增强纤维 !
当材料过载而有少数纤维断裂时 ! 载荷会迅速重新分 配到未破坏的纤维上 ! 使整个构件在短期内不至于失 去承载能力 "
"#!#(
高分子复ห้องสมุดไป่ตู้材料具有很好的加工性能 ! 具
有良好的耐烧 性能 # 摩擦 性能 ! 高度的 电绝缘性能 # 耐 腐蚀性能及特殊的光学 # 电学 # 磁学性能 " 但高分子复 合材料也存在一些缺点和问题 ! 如材料工艺的稳定性 差 ! 材料性 能的分散性 大 ! 长期耐高 温不好 ! 抗 冲击性 能低 !横向强度和层间剪切强度都不够好等 "
复合材料及其制件的成型方法 # 是根据产品的外 形 " 结构与使用要求 # 结 合材料的工 艺性来确定 的 ! 成型加工工艺 " 工艺条件及其控制 " 成型加工设备都 将对高分子材料的混合程度 " 取向程度 " 流变性能 " 结晶性能等产生影响 # 进而影响高分子复合材料的使 用性能 ! 因此 # 成型加工工艺和成型加工设备的选择 很重要 ! 从 /* 世纪 0* 年代对聚合物基复合材料及其 制件成型方法的研究与应用开始 # 随着聚合物基复合 材料工业迅速发展和日趋完善 # 新的高效生产方法不 断出现 ! 目前在生产中采用的成型方法有%,&&
"#!#"
高分子复 合材料 中 纤 维 和 基 体
的界面能阻止裂纹的扩散 " 大多数金属材料的疲劳强 度极限是其拉伸极限的 :<= ##<= ! 而碳 纤维> 聚脂复 合材料的疲劳强度极限可为其拉伸强度的 ?<=#@<= "
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受 力结构的自 振频率 除 与 结 构 本 身
形状有关外 ! 还 与结构材 料比模量的 平方根成正 比 ! 即复合材料比模量高 ! 自振频率亦高 " 同时 ! 复合材 料界面具有吸振能力 ! 能使材料获得阻尼振动 " 由试 验 得知 $ 轻 合 金 梁 需 A4 才 能 停 止 振 动 ! 而 碳 纤 维 复 合材料梁只需 9B#4 就会停止同样大小的振动7:8"
"#!#%
高分子复合材料还有
一个特点是 各向异性 ! 与之相关的 是性能可设 计性 " 因此 ! 可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不 同 ! 选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求 "
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研究与开发
!""! 年第 " 期
青海科技
境状态而保护内部物体 !
"#$ 高分子复合材料及其制件的成型方法
!
高分子复合材料的制备
高分子复合材料的制备主要是指对其的配方设
计 ! 配方设计不是各种原料之间简单的 " 经验性的组 合 # 而是在对高分子材料结构与性能关系充分研究基 础上综合的结果%!&! 而且 #一个好的制品 #绝不仅仅局限 于配方设计 # 它还涉及成型加工工艺设计及成型设备 的选型 # 制品的外观设计及结 构设计 " 模具 设计等 ! 因此 # 从严格意义上讲 # 应是制品设计 ! 而配方设计 是其核心部分 # 只有好的配方设计 # 再加上其他要素 的配合 # 才能获得好的制品 ! 制品设计是在对制品形状 " 结构和使用性能科学 预测和判断的前提下 # 通过充分把握并正确选用高分 子材料 # 制定出一套完整的制品制造过程的实施方案 和程序 ! 制品设计必须贯彻 $ 实用 " 高效 " 经济 % 的 原则 %!&# 即制品的实用性要强 " 成型加工工艺要好 " 生 产效率要高 " 成本要低 # 以满足人们的需求 ! 制品设 计还要考虑到可选择的高分子 化合物品种 的多样性 " 可采用的成型加工工艺和成型设备的可变性以及制品 的应用领域的特殊性等因素 ! 配方设计方法一般有两种 %!&&
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高 分 子 复 合 材 料 % &’()*+, -./,01 2’*3’40/+4!
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在制造高分子复合材料
的同时 ! 也就获得了制件6 亦即可一次成型 ! 即使结构 形状复杂的大型制件也可一次成型 " 这对于一般工程 塑料是难以实现的 "
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青海科技
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研究与开发
高分子复合材料的制备与加工工艺探讨
王 英
C青海大学机械系 ! 青海 西宁 @$<<$D E
摘 要 $ 高分子复合材料的迅猛发展成为当前材料科学发展的一个热点 " 本文对高分子复合材料的制备及其加工工
艺进行了探讨 ! 以期对高分子复合材料的应用和研究起到一定的参考作用 " 关键词 $ 高分子 & 复合材料 & 制备 & 加工
"#" 高分子复合材料的结构
作为高分子复合材料的基体通常为聚合物 ! 经常 应用的有不饱和聚酯树脂 # 环氧树脂 # 酚醛树脂以及 各种热塑性聚合物 798" 一般来说 ! 基体很少是单一的聚 合物 ! 往往除了主要组分 % 聚合物以外 ! 还包含其他 辅助材料 " 在基体材料 中 ! 其他的组 分还有固 化剂 # 增韧剂 # 稀释剂 # 催化剂等 ! 这些辅助材料是高分子 复合材料基体不可缺少的组分" 由于这些组分的加 入 ! 使复合材料具有各种各样的使用性能 ! 改进了工 艺性 ! 降低了成本 ! 扩大了应用范围7:6;8" 研究聚合物结构的根本目的在于了解聚合物的结 构与性质 的关系 ! 以 便正确选择 和使用聚合 物材料 ! 更好 掌握聚合物 及其复合 材料的成型 加工工艺条 件 " 通过各种途径改变聚合物结构 ! 进而改变其性能 ! 达 到设计与合成具有指定性能的聚合物的目的 " 对于高分子复合材料 ! 其结构性能应包括 $! 结构 所能承受的各种载荷 ! 确保在使用寿命内的安全 &" 提 供装置各种配件 # 仪器等附件的空间 &# 隔绝外界的环
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高分子复合材料的特性和结构
玻璃纤维复合材料有较高
"#! 高分子复合材料的特性 796:8 "#!#!
的比强度 # 比模量 ! 而碳纤维 # 硼纤维 # 有机纤维增 强的聚合物基复合材料的比强度相当于钛合金的 : ## 倍 ! 比模量相当于金属的 ; 倍之多 ! 这种性能可由纤 维排列的不同而在一定范围内变动 "
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复合材料中有大量增强纤维 !
当材料过载而有少数纤维断裂时 ! 载荷会迅速重新分 配到未破坏的纤维上 ! 使整个构件在短期内不至于失 去承载能力 "
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高分子复ห้องสมุดไป่ตู้材料具有很好的加工性能 ! 具
有良好的耐烧 性能 # 摩擦 性能 ! 高度的 电绝缘性能 # 耐 腐蚀性能及特殊的光学 # 电学 # 磁学性能 " 但高分子复 合材料也存在一些缺点和问题 ! 如材料工艺的稳定性 差 ! 材料性 能的分散性 大 ! 长期耐高 温不好 ! 抗 冲击性 能低 !横向强度和层间剪切强度都不够好等 "
复合材料及其制件的成型方法 # 是根据产品的外 形 " 结构与使用要求 # 结 合材料的工 艺性来确定 的 ! 成型加工工艺 " 工艺条件及其控制 " 成型加工设备都 将对高分子材料的混合程度 " 取向程度 " 流变性能 " 结晶性能等产生影响 # 进而影响高分子复合材料的使 用性能 ! 因此 # 成型加工工艺和成型加工设备的选择 很重要 ! 从 /* 世纪 0* 年代对聚合物基复合材料及其 制件成型方法的研究与应用开始 # 随着聚合物基复合 材料工业迅速发展和日趋完善 # 新的高效生产方法不 断出现 ! 目前在生产中采用的成型方法有%,&&
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高分子复 合材料 中 纤 维 和 基 体
的界面能阻止裂纹的扩散 " 大多数金属材料的疲劳强 度极限是其拉伸极限的 :<= ##<= ! 而碳 纤维> 聚脂复 合材料的疲劳强度极限可为其拉伸强度的 ?<=#@<= "
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受 力结构的自 振频率 除 与 结 构 本 身
形状有关外 ! 还 与结构材 料比模量的 平方根成正 比 ! 即复合材料比模量高 ! 自振频率亦高 " 同时 ! 复合材 料界面具有吸振能力 ! 能使材料获得阻尼振动 " 由试 验 得知 $ 轻 合 金 梁 需 A4 才 能 停 止 振 动 ! 而 碳 纤 维 复 合材料梁只需 9B#4 就会停止同样大小的振动7:8"
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高分子复合材料还有
一个特点是 各向异性 ! 与之相关的 是性能可设 计性 " 因此 ! 可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不 同 ! 选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求 "
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境状态而保护内部物体 !
"#$ 高分子复合材料及其制件的成型方法
!
高分子复合材料的制备
高分子复合材料的制备主要是指对其的配方设
计 ! 配方设计不是各种原料之间简单的 " 经验性的组 合 # 而是在对高分子材料结构与性能关系充分研究基 础上综合的结果%!&! 而且 #一个好的制品 #绝不仅仅局限 于配方设计 # 它还涉及成型加工工艺设计及成型设备 的选型 # 制品的外观设计及结 构设计 " 模具 设计等 ! 因此 # 从严格意义上讲 # 应是制品设计 ! 而配方设计 是其核心部分 # 只有好的配方设计 # 再加上其他要素 的配合 # 才能获得好的制品 ! 制品设计是在对制品形状 " 结构和使用性能科学 预测和判断的前提下 # 通过充分把握并正确选用高分 子材料 # 制定出一套完整的制品制造过程的实施方案 和程序 ! 制品设计必须贯彻 $ 实用 " 高效 " 经济 % 的 原则 %!&# 即制品的实用性要强 " 成型加工工艺要好 " 生 产效率要高 " 成本要低 # 以满足人们的需求 ! 制品设 计还要考虑到可选择的高分子 化合物品种 的多样性 " 可采用的成型加工工艺和成型设备的可变性以及制品 的应用领域的特殊性等因素 ! 配方设计方法一般有两种 %!&&