树脂基复合材料和应用

4）聚酯链末端上的羧基可以和碱土金属氧化物或氢 氧化物[例如MgO，CaO，Ca(OH)2等]反应，使 不饱和聚酯分子链扩展，最终有可能形成络合物。 分子链扩展可使起始粘度为0.1～1.0Pa·s粘性液体 状树脂，在短时间内粘度剧增至103Pa·s以上，直 至成为不能流动的、不粘手的类似凝胶状物。树脂 处于这一状态时并未交联，在合适的溶剂中仍可溶 解，加热时有良好的流动性
树脂基复合材料
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树脂基复合材料的概述
历史简介 性能特点
一、树脂基复合材料的发展历史
1932年在美国出现；
1940年：手糊成型(玻璃纤维增强聚酯的 军 用飞机的雷达罩)。
1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功一架 以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机。
1946年纤维缠绕成型技术在美国出现。
1949年：模压成型技术研究成功。
1950年：真空袋和压力袋成型工艺研究成功， 并制成直升飞机的螺旋桨。
60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北 极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，在 此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得 到了应用，
1961年片状模塑料（Sheet Molding Compound, 简称SMC）在法国问世
不饱和聚酯的树脂体系 ：
交联剂 ：烯类单体，包括苯乙烯、乙烯基甲 苯、二乙烯基苯等。 引发剂：打开交联剂分子和不饱和聚酯分子 链上的双键，开形成自由基，发生自由共聚 反应，达到交联固化的目的。引发剂一般为 过氧化物。 增稠剂 ：调节其粘度（碱金属的氧化物、氢 氧化物，如MgO, CaO, Mg(OH)）
不饱合聚酯树脂的性质
1、物理性质 ：密度在1.11～1.20左右，固化时体积收缩率较大。
⑴耐热性。多数热变形温度都在50～60℃，耐热性好的树脂 则可达120℃。热膨胀系数α为（130～150）×10-6℃。
⑵力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等 强度。
⑶耐化学腐蚀性能。
⑷介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。
进入20世纪70年代，出现了先进复合材料 （Advanced Composite Materials, 简称 ACM）。这种先进复合材料具有比玻璃纤 维复合材料更好的性能，是用于飞机、火箭 、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料
。
在70年代树脂反应注射成型（Reaction Injection Molding, 简称RIM）和增强树脂反 应注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM）两种技术研 究成功， 1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模型 料成型技术，1975年投入生产。
❖ 6）成型工艺简单； ❖ 7）材料的结构、性能具有可设计性
树脂基复合材料的特点
1）各向异性（短切纤维复合材料等显各向同性）； 2）不均质（或结构组织质地的不连续性） 3）呈粘弹性； 4）纤维（或树脂）体积含量不同，材料的物理性能
差异；
5）影响质量因素多，材料性能多呈分散性。
第二节 树脂基复合材料的原料
2、化学性质
1）主链上的双键可以和乙烯基单体发生共聚交联反应， 转变成不溶、不熔状态。
2）主链上的酯键可以发生水解反应，酸或碱可以加速该 反应。若与苯乙烯共聚交联后，则可以大大地降低水 解反应的发生。
3）在酸性介质中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚 酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，由于形成了 共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的，所以 聚酯耐碱性较差。
1981年：1.5万吨 1986年：6.5万吨 1987年：受原材料影响，发展曾一度停滞 1995年：16.5万吨，产品近2000种，拥有缠绕生产 线120条、SMC生产线31条、BMC生产线5条、拉挤 工艺生产线100条，喷射机260台、RTM70台、连续 制板机组3条，机械化年生产能力达25万吨。
1963年前后在美、法、日等国先后开发了高 产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料 板材生产线.
拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期 实现了连续化生产，70年代拉挤技术又有了重 大的突破，近年来发展更快。除圆棒状制品外，
。
还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面 的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧 向强度
增强体
基体树脂 助剂
一、树脂
热固性树脂
热塑性树脂
ห้องสมุดไป่ตู้ 1、热固性树脂
热固性树脂是以不饱和聚脂、环氧树脂、酚 醛树脂等为主
不饱和聚酯
含有不饱和双键的聚酯的总称， 由不饱和二元酸、饱和二元酸与多元醇经缩聚而得到， 基本结构如下：
OO
O
O
H [OGOCRC]m [OGOCC HC HC ]n O H
G：多元醇，R：二元酸，n、m聚合度。
80年代又发展了离心浇铸成型法，英国曾使用 这种工艺生产10m长的复合材料电线杆、大口径 受外压的管道等。
自从先进复合材料投入应用以来，有 三件值得一提的成果。
里尔芳2100号:美国全部用碳纤维复合材料制成一架 八座商用飞机仅重567kg.
哥伦比亚号航天飞机: 主货舱门（碳纤维/环氧树脂 制作长18.2m、宽4.6m）、压力容器、主机身隔框和翼 梁、发动机的喷管和喉衬、发动机组的传力架、整个 机身上的防热瓦片。
二、树脂基复合材料的优点
❖ 1）比模量、比强度高： ❖ 2) 抗疲劳性好：一般情况下，金属材料的疲劳极限
是其拉伸强度的20～50％，CF增强树脂基复合材 料的疲劳极限是其拉伸强度的70～80％ ❖ 3）减震性好； ❖ 4）过载安全性好；
❖ 5）具有多种功能（耐烧蚀性好、有良好的耐 摩擦性能、高度的电绝缘性能、优良的耐腐 蚀性能、有特殊的光学、电学、磁学性能）；
波音-767大型客机：机翼前缘、压力容器、引 擎罩等构件。
树脂基复合材料在中国的发展
1958年：手糊工艺、层压和卷制工艺； 1961年：研制玻璃纤维-酚醛树脂烧蚀防热复合材料 1962年：引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂窝夹层结 构成型技术；同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧 气瓶等压力容器。 1970年:用玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直径44m的雷 达罩。
其增稠机理如下：