玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料.
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关于玻璃纤维 增强环氧树脂基复合材料的综述
一、概述及复合材料结构 二、主要成型工艺 三、力学性能 四、应用
一、概述及复合材料结构
复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水 平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量 分别占全球产量的33%与32%，以中国(含台湾省)、日本为主 的亚洲占30%。中国大陆2003年玻璃纤维增强塑料(玻璃纤维 与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”)逾90万吨，已居 世界第二位(美国2003年为169万吨，日本不足70万吨)。作 为复合材料中的一枝的玻璃纤维增强环氧树脂（GFEP）具有 力学强度高、成形收缩小、尺寸稳定性好和良好的耐化学腐 蚀性能和电气绝缘性能等特点，作为典型的纤维增强塑料 （FRP）广泛应用于制造工业零部件和印刷电路板等产业 。 截止2010年1月底全国共有61家玻璃钢生产企业（其中包括 四川省江南玻璃钢有限公司,重庆市君豪玻璃钢有限责任公 司)
相对密度
拉伸强度 拉伸模量 伸长率 弯曲强度
2.08
551.6Mpa 27.58GPa 1.6% 689.5MPa
7.86
331.0MPa 206.7GPa 37.0%
弯曲模量 压缩强度
34.48GPa 310.3MPa 331.0MPa
纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介
目前在生产上经常采用的成型方法有16种：
成型 设备费 模具费 成型周期/min 成型温度/℃ 成型压力/Mpa 成型作业
成型材料 材料 操作 填料 玻璃纤维/% 臭味 制品 大小/㎏ 壁厚/mm 壁厚控制 尺寸精度 复杂形状 加热尺寸变化 耐候性
SMC 非黏着半固体 高填充 20~40 弱
树脂、GF过氧化物、其他胶衣 液态树脂、玻璃纤维 无 25~35 强
10、压力袋成型 1、手糊成型——湿法铺层成型 11、树脂注射和树脂传递RTM模塑成 2、夹层结构成型（手糊法、机械法） 型 3、模压成型 12、卷制成型 4、层压成型 13、真空辅助注射成型 5、缠绕成型 14、离心浇铸成型 6、拉挤成型 15、片状smc（团状bmc）模塑成型 7、注射成型 16、连续板材成型 8、喷射成型 目前我国还是以手糊成型为主， 9、真空袋压力成型 在树脂基复合材料中约占80%。
为什么采用环氧树脂做基体？
环氧树脂固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%8%；粘结力强；有B阶段，有利于生产工艺； 可低压固化，挥发份甚低； 固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。
以FW(纤维缠绕)法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。
玻璃含量 GF/EPR(玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢
＜50 1.2~20 容易 高 容易 无 中
不限 1.5~1.0 困难 中 困难 有 高
（三）、树脂传递成型RTM
RTM是一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料置于上下模之间；合 模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打开模具，取下产品。树 脂胶凝过程开始前，必须让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模具内， 浸渍纤维材料。
SMC成型与喷射成型、树脂注射成型的优缺点
成型方法 SMC 高 高 1~8 100~160 5~12 容易 喷射成型 便宜 便宜 60min~1日 15~40 常压 要熟练 树脂注射成型 中 中 30~200 20~60 ＜2 要熟练 树脂、GF过氧化物、其他 胶衣液态树脂、玻 璃纤维 低填充 25~30 强 ＜50 2~12 容易 中 困难 有 高
1、控制胶含量 原因1： 树脂用量过多 解决办法： 2、注意拌合方式
原因2： 树脂粘度过大 解决办法： 1、适当增加稀释剂 2、提高环境温度 原因3： 增强材料选择不当
3）、流胶
选用浸透性好的无捻玻璃布
树脂粘度太小，可加入2～3％的活性氧化硅。
配料不均匀， 充分搅拌 。 固化剂用量不足， 适当调整固化剂用量。
5、手糊成型易发生的缺陷及防止措施
1）、制品表面发粘
原因1：空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用 解决办法： （1）在树脂中加入0.02％左右的液体石蜡； （2）在树脂中掺加5％的异腈酸酯 ； Biblioteka Baidu3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；
原因2： 引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引 发剂、促进剂。
2）、制品内气泡太多
6、典型产品
舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。
（二）、SMC成型
片状模塑料成型(Sheet Molding Compound) 简称SMC
在树脂中加入引发剂、填料、颜料、内脱 模剂、低收缩添加剂、增稠剂等，经搅匀成为 树脂糊。树脂糊落到SMC机组的下薄膜上(常用 聚乙烯薄膜或尼龙薄膜)，与此同时在下薄膜上 沉降短切成25～55mm的玻璃纤维原丝，再往上 面覆盖一层薄膜，成为片状夹心卷。将卷材存 放数日使料稠化，以达到可模塑的黏度。SMC以 捆卷状态供应备用。将卷材展开、剪裁、称量， 放人加热的钢模铂，加压使之固化成型、脱模， 即为成品
3、手糊成型工艺的缺点
1）、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差； 2）、产品性能稳定性差；有些树脂有害健康 3）、产品力学性能较低。
4、手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄膜？
自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍， 一般聚酯树脂制品固化时，表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖， 也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则自由基与周围 空气中的O2 、H2O反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完 全而发粘
表1 不同成型方法的玻璃钢(欧洲地区）产量
（一）、手糊成型(hand lay up)
1、概要
依次在模具表面上施加 脱模剂 、胶衣一层粘度 为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂(须待胶衣凝 结后)一层纤维增强材料，纤维增强材料有表面毡、无 捻粗纱布(方格布)等几种。以手持辊子或刷子使树脂 浸渍纤维增强材料，并驱除气泡，压实基层。铺层操 作反复多次，直到达到制品的设计厚度。 树脂因聚合 反应，常温固化。可加热加速固化。 2、手糊成型工艺的优点： 1)、不受尺寸、形状的限制； 2)、设备简单、投资少； 3)、工艺简单； 4)、可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求； 5)、产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。
一、概述及复合材料结构 二、主要成型工艺 三、力学性能 四、应用
一、概述及复合材料结构
复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水 平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量 分别占全球产量的33%与32%，以中国(含台湾省)、日本为主 的亚洲占30%。中国大陆2003年玻璃纤维增强塑料(玻璃纤维 与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”)逾90万吨，已居 世界第二位(美国2003年为169万吨，日本不足70万吨)。作 为复合材料中的一枝的玻璃纤维增强环氧树脂（GFEP）具有 力学强度高、成形收缩小、尺寸稳定性好和良好的耐化学腐 蚀性能和电气绝缘性能等特点，作为典型的纤维增强塑料 （FRP）广泛应用于制造工业零部件和印刷电路板等产业 。 截止2010年1月底全国共有61家玻璃钢生产企业（其中包括 四川省江南玻璃钢有限公司,重庆市君豪玻璃钢有限责任公 司)
相对密度
拉伸强度 拉伸模量 伸长率 弯曲强度
2.08
551.6Mpa 27.58GPa 1.6% 689.5MPa
7.86
331.0MPa 206.7GPa 37.0%
弯曲模量 压缩强度
34.48GPa 310.3MPa 331.0MPa
纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介
目前在生产上经常采用的成型方法有16种：
成型 设备费 模具费 成型周期/min 成型温度/℃ 成型压力/Mpa 成型作业
成型材料 材料 操作 填料 玻璃纤维/% 臭味 制品 大小/㎏ 壁厚/mm 壁厚控制 尺寸精度 复杂形状 加热尺寸变化 耐候性
SMC 非黏着半固体 高填充 20~40 弱
树脂、GF过氧化物、其他胶衣 液态树脂、玻璃纤维 无 25~35 强
10、压力袋成型 1、手糊成型——湿法铺层成型 11、树脂注射和树脂传递RTM模塑成 2、夹层结构成型（手糊法、机械法） 型 3、模压成型 12、卷制成型 4、层压成型 13、真空辅助注射成型 5、缠绕成型 14、离心浇铸成型 6、拉挤成型 15、片状smc（团状bmc）模塑成型 7、注射成型 16、连续板材成型 8、喷射成型 目前我国还是以手糊成型为主， 9、真空袋压力成型 在树脂基复合材料中约占80%。
为什么采用环氧树脂做基体？
环氧树脂固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%8%；粘结力强；有B阶段，有利于生产工艺； 可低压固化，挥发份甚低； 固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。
以FW(纤维缠绕)法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。
玻璃含量 GF/EPR(玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢
＜50 1.2~20 容易 高 容易 无 中
不限 1.5~1.0 困难 中 困难 有 高
（三）、树脂传递成型RTM
RTM是一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料置于上下模之间；合 模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打开模具，取下产品。树 脂胶凝过程开始前，必须让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模具内， 浸渍纤维材料。
SMC成型与喷射成型、树脂注射成型的优缺点
成型方法 SMC 高 高 1~8 100~160 5~12 容易 喷射成型 便宜 便宜 60min~1日 15~40 常压 要熟练 树脂注射成型 中 中 30~200 20~60 ＜2 要熟练 树脂、GF过氧化物、其他 胶衣液态树脂、玻 璃纤维 低填充 25~30 强 ＜50 2~12 容易 中 困难 有 高
1、控制胶含量 原因1： 树脂用量过多 解决办法： 2、注意拌合方式
原因2： 树脂粘度过大 解决办法： 1、适当增加稀释剂 2、提高环境温度 原因3： 增强材料选择不当
3）、流胶
选用浸透性好的无捻玻璃布
树脂粘度太小，可加入2～3％的活性氧化硅。
配料不均匀， 充分搅拌 。 固化剂用量不足， 适当调整固化剂用量。
5、手糊成型易发生的缺陷及防止措施
1）、制品表面发粘
原因1：空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用 解决办法： （1）在树脂中加入0.02％左右的液体石蜡； （2）在树脂中掺加5％的异腈酸酯 ； Biblioteka Baidu3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；
原因2： 引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引 发剂、促进剂。
2）、制品内气泡太多
6、典型产品
舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。
（二）、SMC成型
片状模塑料成型(Sheet Molding Compound) 简称SMC
在树脂中加入引发剂、填料、颜料、内脱 模剂、低收缩添加剂、增稠剂等，经搅匀成为 树脂糊。树脂糊落到SMC机组的下薄膜上(常用 聚乙烯薄膜或尼龙薄膜)，与此同时在下薄膜上 沉降短切成25～55mm的玻璃纤维原丝，再往上 面覆盖一层薄膜，成为片状夹心卷。将卷材存 放数日使料稠化，以达到可模塑的黏度。SMC以 捆卷状态供应备用。将卷材展开、剪裁、称量， 放人加热的钢模铂，加压使之固化成型、脱模， 即为成品
3、手糊成型工艺的缺点
1）、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差； 2）、产品性能稳定性差；有些树脂有害健康 3）、产品力学性能较低。
4、手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄膜？
自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍， 一般聚酯树脂制品固化时，表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖， 也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则自由基与周围 空气中的O2 、H2O反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完 全而发粘
表1 不同成型方法的玻璃钢(欧洲地区）产量
（一）、手糊成型(hand lay up)
1、概要
依次在模具表面上施加 脱模剂 、胶衣一层粘度 为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂(须待胶衣凝 结后)一层纤维增强材料，纤维增强材料有表面毡、无 捻粗纱布(方格布)等几种。以手持辊子或刷子使树脂 浸渍纤维增强材料，并驱除气泡，压实基层。铺层操 作反复多次，直到达到制品的设计厚度。 树脂因聚合 反应，常温固化。可加热加速固化。 2、手糊成型工艺的优点： 1)、不受尺寸、形状的限制； 2)、设备简单、投资少； 3)、工艺简单； 4)、可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求； 5)、产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。