复合材料作业玻璃纤维增强环氧树脂

1、LOGO 玻璃纤维增强环氧树脂玻璃纤维增强环氧树脂 复合材料研究进展复合材料研究进展 班级：班级： 学生：学生： 学号：学号： n 概述概述 n 性能性能 n 主要成型工艺主要成型工艺 n 应用应用 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展 聚合物基复合材料的分类：聚合物基复合材料的分类： 通常聚合物基复合材料是指以有机聚合物为基体、纤维类增通常聚合物基复合材料是指以有机聚合物为基体、纤维类增 强材料为增强剂的复合材料。强材料为增强剂的复合材料。 按聚合物特性分类：塑料基复合材料和橡胶基复

2、合材料按聚合物特性分类：塑料基复合材料和橡胶基复合材料 按增强剂分类：玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料按增强剂分类：玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展 u概述概述 复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平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 分别占全球产量的分别占全球产量的33%33%与与32%32%，以中国，以中国( (含台湾省含台湾省) )、日本为、日本为 主的亚洲占主的亚洲占30%30%。中国

3、大陆。中国大陆20032003年玻璃纤维增强塑料年玻璃纤维增强塑料( (玻璃玻璃 纤维与树脂复合的复合材料、俗称纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢玻璃钢”) )逾逾9090万吨，万吨， 已居世界第二位已居世界第二位( (美国美国20032003年为年为169169万吨，日本不足万吨，日本不足7070万吨万吨) ) 。作为复合材料中的一枝的玻璃纤维增强环氧树脂（。作为复合材料中的一枝的玻璃纤维增强环氧树脂（GFEPGFEP ）具有力学强度高、成形收缩小、尺寸稳定性好和良好的）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，作为典型的纤维耐化学腐蚀性能和电

4、气绝缘性能等特点，作为典型的纤维 增强塑料（增强塑料（FRPFRP）广泛应用于制造工业零部件和印刷电路板）广泛应用于制造工业零部件和印刷电路板 等产业等产业 。截止。截止20102010年年1 1月底全国共有月底全国共有6161家玻璃钢生产企业家玻璃钢生产企业 （其中包括四川省江南玻璃钢有限公司（其中包括四川省江南玻璃钢有限公司, ,重庆市君豪玻璃钢重庆市君豪玻璃钢 有限责任公司有限责任公司) ) 为什么采用环氧树脂做基体为什么采用环氧树脂做基体 环氧树脂固化收缩率很低，仅环氧树脂固化收缩率很低，仅1%-3%1%-3%，而不饱和，而不饱和 聚酯树脂却高达聚酯树脂却高达7%-8%7%-8%，粘结

5、力强，有利于生产工，粘结力强，有利于生产工 艺，艺， 可低压固化，挥发份甚低，可低压固化，挥发份甚低， 固化后力学性固化后力学性 能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。 以以FW(纤维缠绕纤维缠绕)法制造的玻纤增强环氧树脂的法制造的玻纤增强环氧树脂的 产品为例，将其与钢比较：产品为例，将其与钢比较： 为什么采用环氧树脂做基体为什么采用环氧树脂做基体 GF/EPRGF/EPR（玻纤含量（玻纤含量 80wt%)80wt%) AISI1008 AISI1008 冷轧钢冷轧钢 相对密度相对密度2.082.087.867.86 拉伸强度拉伸强度551.6Mpa551.6Mpa3

6、31.0MPa331.0MPa 拉伸模量拉伸模量27.58GPa27.58GPa206.7GPa206.7GPa 伸长率伸长率1.6%1.6%37.0%37.0% 弯曲强度弯曲强度689.5MPa689.5MPa 弯曲模量弯曲模量34.48GPa34.48GPa 压缩强度压缩强度310.3MPa310.3MPa331.0MPa331.0MPa 纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介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目前在生产上经常采用的成型方法有1616种：种： 1、手糊成型、手糊成型 9、真空袋压力成型、真空袋压力成型 2、夹层结构成型、夹层结构成型 10、

7、压力袋成型、压力袋成型 3、模压成型、模压成型 11、树脂注射和树脂传递、树脂注射和树脂传递RTM模塑成型模塑成型 4、层压成型、层压成型 12、卷制成型、卷制成型 5、缠绕成型、缠绕成型 13、真空辅助注射成型、真空辅助注射成型 6、拉挤成型、拉挤成型 14、离心浇铸成型、离心浇铸成型 7、注射成型、注射成型 15、片状、片状smc（团状（团状bmc）模塑成型）模塑成型 8、喷射成型、喷射成型 16、连续板材成型、连续板材成型 目前我国还是以手糊成型为主，在树脂基复合材料中目前我国还是以手糊成型为主，在树脂基复合材料中 约占约占80%80%。 手糊成型手糊成型 手糊成型手糊成型 1 1、概要

8、：、概要： 依次在模具表面上施加脱模剂依次在模具表面上施加脱模剂 、胶衣、一层粘度为、胶衣、一层粘度为0.3-0.3- 0.4PaS0.4PaS的中等活性液体热固性树脂的中等活性液体热固性树脂( (须待胶衣凝结后须待胶衣凝结后) )、一层纤维、一层纤维 增强材料，纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布增强材料，纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布( (方格布方格布) )等几种等几种 。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。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。实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。 树脂因树

9、脂因 聚合反应，常温固化，可加热加速固化。聚合反应，常温固化，可加热加速固化。 2 2、手糊成型工艺的优点、手糊成型工艺的优点 a)不受尺寸，形状的限制；不受尺寸，形状的限制； b)设备简单，投资少；设备简单，投资少； c)工艺简单；工艺简单； d)可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求；可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求； e)产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。 手糊成型手糊成型 3、手糊成型的缺点、手糊成型的缺点: a)属于劳动密集型生产，产品质量由工人训练程度决定；属于劳动密集型生产，产品质量由工人训练程度决定； b)玻纤含量不可能太高，树脂需要

10、粘度较低才易手工操作，玻纤含量不可能太高，树脂需要粘度较低才易手工操作， 溶剂量高，力学与热性能受限制；溶剂量高，力学与热性能受限制； c)手糊用树脂分子量低，通常可能较分子量高的树脂有害于人手糊用树脂分子量低，通常可能较分子量高的树脂有害于人 的健康和安全。的健康和安全。 4、主要产品：、主要产品： 舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。 手糊成型图片手糊成型图片 树脂传递成型树脂传递成型RTM RTMRTM是一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料置于上下模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

11、模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打开模之间；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。促使树脂快速传递到模具内，浸渍纤维材料。 树脂传递成型树脂传递成型 RTMRTM是一低压系统，树脂注射压力范围是一低压系统，树脂注射压力范围0.4-0.5Mpa0.4-0.5Mpa。当制造高纤维含。当制造高纤维含 量（体积比超过量（体积比超过5050）的制品，如航空航天用零部件时，压力甚至达）的制品，如航空航天用零部件时，压力甚至达 0

12、.7Mpa.0.7Mpa.纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状（带粘结剂纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状（带粘结剂 ），再在第二个模具内注射成型。为了提高树脂浸透纤维的能力，可选择），再在第二个模具内注射成型。为了提高树脂浸透纤维的能力，可选择 真空辅助注射。注意树脂一经将纤维材料浸透，树脂注口要封闭，以便树真空辅助注射。注意树脂一经将纤维材料浸透，树脂注口要封闭，以便树 脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以复合材料与钢脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以复合材料与钢 材制作。若采用加热工艺，宜用钢模。材制作。若采用加热工艺，宜用钢模

13、。 树脂传递成型树脂传递成型 优点：优点： a)a)制品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分非常少制品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分非常少 b)b)闭模成型，生产环境好；闭模成型，生产环境好； c)c)劳动强度低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低；劳动强度低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低； d)d)制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高；制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； e)e)成型周期较短；成型周期较短； f)f)产品可大型化；产品可大型化； g)g)强度可按设计要求具有方向性；强度可按设计要求具有方向性； h)h)可与芯材、嵌件一体成型；可

14、与芯材、嵌件一体成型； i)i)相对注射设备与模具成本较低相对注射设备与模具成本较低。 树脂传递成型树脂传递成型 缺点：缺点： a)a)不易制作较小产品；不易制作较小产品； b)b)因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价 位也高一些；位也高一些； c)c)能有未被浸渍的材料，导致边角料浪费。能有未被浸渍的材料，导致边角料浪费。 主要产品：主要产品： 小型飞机和汽车零部件、客车座椅、仪表壳小型飞机和汽车零部件、客车座椅、仪表壳 力学性能分析力学性能分析 1、复合材料的弹性模量分析复合材料的弹性模量分析 以环氧树脂浇注体为参照以环氧

15、树脂浇注体为参照,当基体中填加不同体积分数的玻当基体中填加不同体积分数的玻 璃纤维后璃纤维后,所得复合材料试样的弹性模量变化如图所得复合材料试样的弹性模量变化如图1所示。所示。 力学性能分析力学性能分析 2、复合材料的强度分析、复合材料的强度分析 由于玻璃纤维是单向排列于树脂基体中由于玻璃纤维是单向排列于树脂基体中, ,所以当纤维含量达到一定值后所以当纤维含量达到一定值后, ,当外当外 力由基体传递至纤维时力由基体传递至纤维时, ,由于各向异性的影响由于各向异性的影响, ,会使力的作用方向发生变化会使力的作用方向发生变化, ,即主即主 要沿纤维取向方向进行传递。在一定程度上使力的作用得到分散要

16、沿纤维取向方向进行传递。在一定程度上使力的作用得到分散, ,对复合材料的对复合材料的 破坏作用减缓破坏作用减缓, ,从而使材料的强度得到提高。但当纤维含量过多时从而使材料的强度得到提高。但当纤维含量过多时, ,部分纤维难以部分纤维难以 被树脂充分浸润被树脂充分浸润, ,从而在材料中形成许多结合较弱的界面从而在材料中形成许多结合较弱的界面, ,当材料受力时当材料受力时, ,这些界这些界 面容易脱附拔出面容易脱附拔出, ,应力传递失效应力传递失效, ,使材料的性能下降使材料的性能下降 。 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展玻璃纤维增强环氧树脂复合材料研究进展 当玻璃纤维体积含量为当玻璃纤维体积含

17、量为50%50%时时, ,复合材料的性能较好。复合材料的性能较好。 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的应用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的应用 1、在航空、航天工业中的应用、在航空、航天工业中的应用 我国高性能复合材料应用于航空业已有我国高性能复合材料应用于航空业已有20多年历史，因玻璃纤维多年历史，因玻璃纤维 增强环氧树脂材料耐腐蚀、耐高温、耐辐射而且密度小、刚性好、强增强环氧树脂材料耐腐蚀、耐高温、耐辐射而且密度小、刚性好、强 度高，所以广泛用于导弹弹头和卫星整流罩，宇宙飞船的防热材料，度高，所以广泛用于导弹弹头和卫星整流罩，宇宙飞船的防热材料， 飞行器的舰船的壳体、翼片和螺旋桨等。飞行器的舰船的壳体、翼片和螺旋桨等。 2、在民用工业中的应用、在民用工业中的应用 玻璃纤维增强环氧树脂在民用工业中主要用于以下几个方面：玻璃纤维增强环氧树脂在民用工业中主要用于以下几个方面： 玻璃钢的压力容器和管道玻