树脂基复合材料PPT幻灯片课件.ppt

上海耀华大中新材料有限公司营销人员专业知识培训,1,定义,什么是复合材料?,顾名思义，所谓“复合”即含有多元多相的组合之义，简单地说，复合材料就是用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。从复合材料的组成及结构分析，其中一相是连续的称基体相，另一相是分散的，被基体包容的称为增强相。增强相与基体相之间有个交界面称为复合材料界面。,树脂基复合材料（ResinMatrixComposite）也称纤维增强塑料（FiberReinforcedPlastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。,2,复合材料的特点,可设计性材料与结构的同一性发挥复合效应的优热性材料性能对复合工艺的依赖性各向异性,3,复合材料的优点,与传统材料相比复合材料具有下列优点比强度比刚度大耐疲劳性能好阻尼减震性好破损安全性好,4,树脂基复合材料原材料,树脂基复合材料的原材料，包括基体材料和增强材料及添加剂基体材料:热固性树脂：不饱和聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂乙烯基树脂热塑性树脂：聚丙稀(PP)聚酰胺树脂(PA)聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS树脂）,5,树脂基复合材料原材料,增强材料玻璃纤维碳纤维芳纶纤维,6,树脂基复合材料原材料,添加剂偶联剂不饱和聚酯树脂的引发剂和促进剂阻聚剂与缓聚剂增韧剂与稀释剂环氧树脂固化剂抗氧剂光稳定剂热稳定剂填料脱模剂着色剂与触变剂阻燃剂其他,7,不饱和聚酯树脂,不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在190220进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的苯乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。,8,玻璃纤维的成分及性能,生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前国际上已经商品化的纤维用的玻璃成分如下：1、E-玻璃亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。2、C-玻璃亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%20%，在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。3、高强玻璃纤维其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广。,9,玻璃纤维的成分及性能,4、AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥而研制的。5、A玻璃亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。6、E-CR玻璃是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无碱玻纤改善78倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。7、D玻璃亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。,10,玻璃纤维制品品种与用途,1、无捻粗纱无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。无捻粗纱按玻璃成分可划分为：无碱玻璃无捻粗纱和中碱玻璃无捻粗纱。生产玻璃粗纱所用玻纤直径从1223m。无捻粗纱的号数从150号到9600号（tex）。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中，如缠绕、拉挤工艺，因其张力均匀，也可织成无捻粗纱织物，在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。以公制计量原丝或纱线细度的名称，简称公支。表示1克纱线的长度。例如：l克纱线的长度为45米，称45支。表示原丝或纱线细度的名称，是长度为1000米原丝或纱线的克数。例如：1000米纱线的质量为68克，则称68特克斯。,11,玻璃纤维制品品种与用途,2、玻璃纤维织物（1）玻璃布(平纹、斜纹、缎纹)（2）玻璃带（3）单向织物（4）立体织物（5）异形织物,12,玻璃纤维制品品种与用途,3、玻璃纤维毡片（1）短切原丝毡将玻璃原丝（有时也用无捻粗纱）切割成50mm长，将其随机但均匀地铺陈在网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末结剂经加热固化后粘结成短切原丝毡。短切毡主要用于手糊、连续制板和对模模压和SMC工艺中。对短切原丝毡的质量要求如下：沿宽度方向面积质量均匀；短切原丝在毡面中分布均匀，无大孔眼形成，粘结剂分布均匀；具有适中的干毡强度；优良的树脂浸润及浸透性。（2）连续原丝毡将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤原丝毡中纤维是连续的，故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料（GMT）等工艺中。（3）表面毡玻璃钢制品通常需要形成富有树脂层，这一般是用中碱玻璃表面毡来实现。这类毡由于采用中碱玻璃（C）制成，故赋予玻璃钢耐化学性特别是耐酸性，同时因为毡薄、玻纤直径较细之故，还可吸收较多树脂形成富树脂层，遮住了玻璃纤维增强材料（如方格布）的纹路，起到表面修饰作用。,13,玻璃纤维制品品种与用途,3、玻璃纤维毡片（4）针刺毡针刺毡或分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成50mm，随机铺放在预先放置在传送带上的底材上，然后用带倒钩的针进行针刺，针将短切纤维刺进底材中，而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。所用底材可以是玻璃纤维或其它纤维的稀织物，这种针刺毡有绒毛感。其主要用途包括用作隔热隔声材料、衬热材料、过滤材料，也可用在玻璃钢生产中，但所制玻璃钢强度较低，使用范围有限。另一类连续原丝针刺毡，是将连续玻璃原丝用抛丝装置随机抛在连续网带上，经针板针刺，形成纤维相互勾连的三维结构的毡。这种毡主要用于玻璃纤维增强热塑料可冲压片材的生产。（5）缝合毡短切玻璃纤维从50mm乃至60cm长均可用缝编机将其缝合成短切纤维或长纤维毡，前者可在若干用途方面代替传统的粘结剂粘结的短切毡，后者则在一定程度上代替连续原丝毡。它们的共同优点是不含粘结剂，避免了生产过程的污染，同时浸透性能好，价格较低。,14,添加剂,添加剂是复合材料产品在生产或加工过程中需要添加的辅助化学品通称为添加剂或“助剂”。添加剂在复合材料中的作用有以下几方面：（1）稳定化作用（2）改善力学性能（3）改善加工性能（4）阻燃作用（5）改善外观质量,15,添加剂,偶联剂不饱和聚酯树脂的引发剂和促进剂阻聚剂与缓聚剂增韧剂与稀释剂环氧树脂固化剂抗氧剂光稳定剂热稳定剂填料脱模剂着色剂与触变剂阻燃剂,16,模具,模具构造：单模:阳模、阴模对模拼装模模具材料：木模、钢模、玻璃钢模、水泥模、石膏模等,17,成型工艺,复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产，如：（1）手糊成型工艺-湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）模压成型工艺；（8）层合板生产技术；（9）卷制管成型技术；（10）纤维缠绕制品成型技术；（11）连续制板生产工艺；（12）浇铸成型技术；（13）拉挤成型工艺；（14）注射成型工艺；（15）其它成型技术。,18,0,2,4,6,8,10,12,0,500,1,000,1,500,30,000,40,000,50,000,6,000,70,000,Productionvolume,UnitCostIndex,HandLayup,RTM&SRIM,SMC,各种成型工艺的经济性分析,19,树脂基复合材料力学性能,材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。强度指标是设计中决定许用应力的重要依据。（2）塑性塑性是指材料在断裂前发生塑性变形的能力。（3）韧性韧性是指材料抵抗冲击负荷的能力。（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。,20,树脂基复合材料的物理性能,21,典型SMC材料性能,22,典型RTM制品性能如下：,23,树脂基复合材料在建筑工业中的应用,1、树脂基复合材料的建筑性能（1）材料性能的可设计性树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。（2）力学性能好树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小45倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。（3）装饰性好树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。（4）透光性透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。,24,树脂基复合材料在建筑工业中的应用,1、树脂基复合材料的建筑性能（5）隔热性建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.52.1W(mK)，红砖的导热系数为0.81W(mK)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.050.08W(mK)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。（6）隔音性隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度较大，隔热性差，运输和安装困难。树脂基复合材料的隔音性能虽然不很理想，但它有消逝振动音波及传播音波的作用，经过专门设计的夹层结构，可达到既隔音又隔热的双层效果。（7）电性能玻璃钢具有良好的绝缘性能，它不受电磁波作用，不反射无线电波。通过设计，可使其在很宽的频段内都具有良好的透微波性能，对电通讯系统的建筑物有特殊用途，如可用于制造雷达天线罩和各种机房。（8）耐化学腐蚀玻璃钢有很好的抗微生物作用和耐酸、碱、有机溶剂及海水腐蚀作用的能力。特别适用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。（9）透水和吸水性玻璃钢吸湿性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、给水及排水等工程。,25,树脂基复合材料在建筑工业中的应用,2、建筑用树脂基复合材料的应用情况随着建筑工业的迅速发展，复合材料越来越多地被用于建筑工程：（1）承载结构用作承载结构的复合材料建筑制品有：柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等，这些复合材料构件，主要用于化学腐蚀厂房的承重结构、高层建筑及全玻璃钢-复合材料楼房大板结构。（2）围护结构复合材料围护结构制品有各种波纹板、夹层结构板，各种不同材料复合板，整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材，它既是围护结构，又是承重结构。这些构件可用作工业及民用建筑的外墙板、隔墙板、防腐楼板、屋顶结构、遮阳板、天花板、薄壳结构和折板结构的组装构件。（3）采光制品透光建筑制品有透明波形板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等，主要用于工业厂房、民用建筑、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶及围扩墙面采光等。（4）门窗装饰材料属于此类材料制品有门窗断面复合材料拉挤型材、平板、浮雕板、复合板等，一般窗框型材用树脂玻璃钢。复合材料门窗防水、隔热、耐化学腐蚀。用于工业及民用建筑，装饰板用作墙裙、吊顶、大型浮雕等,26,树脂基复合材料在建筑工业中的应用,2、建筑用树脂基复合材料的应用情况（5）给排水工程材料市政建设中给水、排水及污水处理工程中已大量使用复合材料制品，如各种规格的给水玻璃钢管、高位水箱、化粪池、防腐排污管等。（6）卫生洁具材料属于此类产品的有浴盆、洗面盆、坐便盆，各种整体式、组装式卫生间等，广泛用于各类建筑的卫生工程和各种卫生间。（7）采暖通风材料属此类复合材料制品有冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片及整体成型的采暖通风制品。工程上应用的中央空调系统中的通风厨、送风管、排气管、防腐风机罩等。（8）高层楼房屋顶建筑如旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告牌和广告物等。（9）特殊建筑大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、防腐车间、水工建筑、防浪堤、太阳能房、充气建筑等。（10）其它复合材料在建筑中的其它用途还很多，如各种家具、马路上的阴井盖、公园和运动场座椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。,27,树脂基复合材料在化学工业中的应用,以树脂为基体的复合材料作为化学工业的耐腐蚀材料已有50余年历史，由于树脂基复合材料比强度高、无电化学腐蚀现象与导热系数低、良好的保温性能及电绝缘性能、制品内壁光滑、流体阻力小、维修方便、重量轻、吊装运输方便等优点，已广泛用于石油、化肥、制盐、制药、造纸、海水淡化、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中。1、在环境保护领域中的应用随着工业的发展，环境污染问题已成为当今世界令人关心的问题之一，许多国家投入巨大人力、物力，致力于环境保护工业这一新兴工业部门。玻璃钢在给排水管道工程中已得到了广泛的应用，最近几年，越来越多的废水处理系统的管道用玻璃钢制造，一个基本原因就是废水的耐蚀介质的种类和腐蚀性能都在不断增加，这就要求使用耐蚀性能更好的材料，而而腐蚀玻璃钢是满足这种需求的最好材料。2、在高纯水和食品领域中的应用这是树脂基复合材料应用的一个新领域。树脂基复合材料优良的耐蚀性能意味着这种材料具有活泼、不污染的特性，理所当然地成为高度清洁物品如贮存高纯水、药品、酒、牛奶之类的可选用材料。3、在氯碱工业中的应用氯碱工业是玻璃钢作耐腐材料的最早应用领域之一，目前玻璃钢已成为氯碱工业主要材料。玻璃钢已用于各种管道系统、气体鼓风机、热交换器外壳、盐水箱以至于泵、池、地坪、墙板、格栅、把手、栏杆等建筑结构上。同时，玻璃钢也开始进入化工行业的各个领域。,28,树脂基复合材料在化学工业中的应用,4、在造纸工业中的应用造纸工业以木材为原料，制纸过程中需要酸、盐、漂白剂等，对金属有极强的腐蚀作用，唯有玻璃钢材料能抵抗这类恶劣环境，玻璃钢材料已在一些国家的纸浆生产中显现其优异的耐蚀性。5、在金属表面处理工业中的应用金属表面处理厂所使用的酸，大多为盐酸，基本上用玻璃钢是没有问题的。6、火力发电火力发电以燃烧及燃油为主，发电厂中一般管道或废水处理设施均可用玻璃钢制品，而排烟脱硫装置则为防蚀之重点。7、海水淡化海水淡化分为传统蒸馏及反渗透膜法，由于海水十分容易侵蚀铁质材料，故淡化厂内大部分的管道及容器均使用玻璃钢制品。8、温泉上的应用温泉的用途有发电及洗浴，从温泉的抽取到输送，均已大量使用玻璃钢管。9、在医药工业上应用药品种类繁多，每种原料有所不同，但玻璃钢用于医药工业受到青睐。10、运输用途玻璃钢在槽车上的使用，已证实比橡胶内衬实用，例如在盐酸的运输上，橡胶内衬已证实会因沉淀物而穿孔，而沉淀物确为盐酸的基本问题，除非为100的纯盐酸。从众多实例中，已证实乙烯基树脂来制槽体或作内衬为一正确的选择。此乃因乙烯基树脂除具备优良耐化学特性外，更提供良好的机械特性及耐疲劳性，以适应道路运输受力构件力学性能的要求。,29,树脂基复合材料在交通运输工业中的应用,树脂基复合材料在交通运输工业方面的应用包括：1、基础设施中的公路安全设施、道路、桥梁及站场等；2、汽车制造工业中的各种汽车配件，如车身外壳、传动轴、制动件及车内座椅、地板等；3、摩托车和自行车制造工业中的车身构件、车轮等；4、铁路工业中的牵引机车，各种车辆（客车、货车、冷藏车、贮罐车等）；5、铁路通讯设施；6、桥梁及道路建设及修