玻璃钢根基常识

母婴用户    2019-10-10 11:30     浏览 33333 

  

玻璃钢根基常识

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  玻璃钢基础知识 什么是玻璃钢 以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称为玻璃纤维增强塑料,俗称玻璃钢。 是一种复合材料。由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢(用玻纤增强的不饱和 聚酯树脂材料)、环氧玻璃钢(用玻纤增强的环氧树脂材料)、酚醛玻璃钢之称。 由于玻璃纤维的增强作用, 从而使玻璃钢材料, 具有基体树脂所无法比拟的优异性能, 例如材料的整体性,可降低材料的重量、高机械性能、耐冲击性能、耐腐蚀性能、良好的 介电性能和尺寸稳定性能以及材料的耐久性等等,从而使玻璃钢材料在各个领域,获得了 广泛的应用。 什么是复合材料 复合材料:由两个或两个以上的独立物理相,包含基体材料和增强材料所组成的一种固 体产物。复合材料分三类:天然复合材料,如木材、骨骼、肌肉等;细观复合材料,如合金、 增强塑料等; 宏观复合材料, 如钢筋混凝土等。 适合于工程结构的复合材料有下列三个特点: (1) 含两种或两种以上物理性质不同并可用机械方法分离的材料; (2) 可人为控制将一种材料分布到其它材料中,以达最佳性能; (3) 性能优于单独组分材料,并具独特性能。 工程上生产与应用的复合材料内含两类材料:增强材料与基体材料。如复合材料玻璃钢, 其所用的树脂为基体材料,是分散介质;增强材料为玻璃纤维,是分散相;另外在增强材料 与基体树脂之间还有第三相,即它们的界面。这三个单元的有机组合,使所制成的玻璃钢复 合材料具有单独组分所不可能具备的优异性能。 这也是复合材料得到飞速发展的主要原因之 一。 增强材料:提供强度与刚度。 形态:多为纤维状。 材质:玻璃纤维、碳纤维、 芳伦(Kevlar)纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。 基体材料:将增强材料粘接成固态整体,保护增强材料,传递荷载,阻止裂纹扩展。 材质:合成树脂(分为热固性树脂与热塑性树脂);金属;陶瓷;水泥等。 根据基体的不同复合材料又可细分为: 聚合物基复合材料,又称纤维增强塑料。分为纤维增强热固性塑料 FRP 与纤维增强热 塑性塑料 FRTP。应用最广的为玻璃纤维增强塑料 GRP(Glass Reforced Plastics); 金属基复合材料:如连续或非连续硼纤维、碳纤维增强铝镁、钛、镍等金属基体; 陶瓷基复合材料:如碳纤维、碳化硅(SiC)晶须增强陶瓷,极大提高了陶瓷的韧性(提 高断裂韧性最高可达 9 倍以上); 水泥基复合材料:如碳纤维、玻璃纤维、植物纤维增强水泥等;碳纤维增强碳基体称为 C/C 复合材料。 上述各种复合材料,目前全世界产量最大应用最广的是聚合物基复合材料。 什么叫树脂,树脂的种类如何划分? 人类最早发现的树脂是从树上分泌物中提炼出来的脂状物,如松香等,这是“脂”前有“树” 的原因。直到 1906 年第一次用人工合成了酚醛树脂,才开辟了人工合成树脂的新纪元。1942 年美国 橡胶公司首先投产不饱和聚酯树脂,后来把未经加工的任何高聚物都称作树脂。但是早就与“树” 无关了。 树脂是指具有不同的、高的相对分子量的,固态、半固态或假固态,有时也可以是液态 的有机物质。从广义上讲,凡未经加工的任何高聚物都可叫树脂。若加固化剂并受热后,形 成不溶不熔的固化物,不可再次受热成型的树脂,称为热固性树脂;如不饱和聚酯、环氧树 脂、酚醛树脂等树脂。对于加热熔化冷却变固,并可以反复进行的可熔的树脂叫做热塑性树 脂,俗称塑料;如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。 玻璃钢用基体树脂 玻璃钢制作时所用的原材料中的树脂,叫基体树脂。主要品种有∶热固性树脂(不饱和 聚酯树脂(UP)、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃类树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、 聚氨酯树脂、有机硅树脂等)。以及热塑性树脂类(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、 丙烯腈树脂、ABS 树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、改性聚酰亚胺、聚砜、聚 砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚、芳香族聚酯等)。 其中使用最多的是不饱和聚酯树脂, 其原因是由于不饱和聚酯树脂的原材料来源较为广 泛,价格较为便宜,并且成型工艺简单,成型温度较低,生产成本低等。 2 不饱和聚酯树脂是以多元醇、不饱和二元羧酸酐、饱和二元羧酸酐为主要原料 ,在引 发剂和催化剂的作用下,生成的聚酯,再加入苯乙烯所制得的液体为不饱和聚酯树脂。 以 玻璃纤维为增强材料,制成的不饱和聚酯树脂制品称为玻璃钢,又称玻璃纤维增强塑料。 不饱和聚酯树脂基础知识 1.不饱和聚酯树脂的定义 “聚酯”是相对于“酚醛”“环氧”等树脂而区分的含有酯键的一类高分子化合物。这种高分 子化合物是由二元酸和二元醇经缩聚反应而生成的,而这种高分子化合物中含有不饱和双键时,就 称为不饱和聚酯,这种不饱和聚酯溶解于有聚合能力的单体中(一般为苯乙烯)而成为一种粘稠液 体时,称为不饱和聚酯树脂(英文名 Unsaturated Polyester Resin 简称 UPR)。 因此,不饱和聚酯树脂可以定义为由饱和的或不饱和的二元酸与饱和的或不饱和的二元醇缩聚 而成的线型高分子化合物溶解于单体(通常用苯乙烯)中而成的粘稠的液体。 2.不饱和聚酯树脂的特性 不饱和聚酯树脂是一种热固性树脂,当其在热或引发剂的作用下,可固化成为一种不溶不融的 高分子网状聚合物。但这种聚合物机械强度很低,不能满足大部分使用的要求,当用玻璃纤维增强 时可成为一种复合材料,俗称“玻璃钢”,简称 FRP。“玻璃钢”的机械强度等各方面性能与树脂浇 铸体相比有了很大的提高。 以不饱和树脂为基材的玻璃钢(UPR-FRP)具有以下特性: 轻质高强:FRP 的密度为 1.4-2.2g/cm3,比钢轻 4-5 倍,而其强度却不小,其比强度超过型钢、 硬铝和杉木。 耐腐蚀性能良好:UPR-FRP 是一种良好的耐腐蚀性材料,能耐一般浓度的酸、碱、盐类,大部 分有机溶剂、海水、大气、油类,对微生物的抵抗力也很强,正广泛应用于石油、化工、农药、医 药、染料、电镀、电解、冶炼、轻工等国民经济诸领域,发挥着其他材料无法替代的作用。 电性能优异:UPR-FRP 绝缘性能极好,在高频作用下仍能保持良好的介电性能。它不反射无线 电波,不受电磁的作用,微波透过性良好,是制造雷达罩的理想材料。用它制造仪表、电机、电器 产品中的绝缘部件能提高电器的使用寿命和可靠性。 独特的热性能:UPR-FRP 的导热系数为 0.3-0.4Kcal/mh℃,只有金属的 1/100-1/1000,是一种优 良的绝热材料,用其制成的门窗是第五代新型节能建材。另外,FRP 线胀系数也很小,与一般金属 材料接近,所以 FRP 和金属连接不致受热膨胀产生应力,有利于其与金属基材或混凝土结构粘接。 3 加工工艺性能优异:UPR 的加工工艺性能优异,工艺简单,可一次成型,既可常温常压成型, 又可以加温加压固化,而且在固化过程中无低分子副产物生成,可制造出比较均一的产品。由于其 工艺性能优异,近年来已被广泛用于制作工艺品、仿大理石制品、聚酯漆等非玻璃纤维增强型材料。 材料的可设计性好:以玻璃纤维为增强骨材的复合材料,二者经过一次性加工成型为最终形状 的制品。所以 FRP 不仅仅是一种材料,同时也是一种结构。所谓可设计性包含两方面内容:(1)功 能设计;通过选择合适的 UPR 和玻璃纤维可以制成具有各种特殊功能的 FRP 制品,如:可以制成耐 腐蚀的产品;可以制成耐瞬时高温的产品;可制成透光板材;可制成耐火阻燃制品;可制成耐紫外 线)结构设计:可以根据需要,灵活地设计出各种产品结构,如玻璃钢门窗、玻璃钢格 栅、玻璃钢管、玻璃钢槽、玻璃钢罐等。 任何一种材料都不是万能的,FRP 也不例外。首先 FRP 与金属相比有许多本质上差别,例如金 属是各向同性材料,而 FRP 是各向异性材料,金属在应力作用下,一般分为弹性变形与塑性变形两 个阶段,而 FRP 在应力作用下一般没有显著的塑性变形阶段,没有屈服点,在受力过程中有分层现 象,在超负荷时容易突然断裂。其次 FRP 的模量较低,比钢材差 10 倍,因此凡对刚性要求高的产 品必须进行精心设计。第三,FRP 的耐热比金属材料相差甚远,到目前为止 FRP 的长期使用温度还 只限于 200℃以下。 3、不饱和聚酯树脂的分类 根据其不同的分子结构,或者根据其性能及用途,或者根据所用的工艺方法,均可对 其树脂品种进行分类。 1).按其分子结构来划分,可分为邻苯型、对苯型、间苯型、双酚 A 型、乙烯基型等树 脂品种; 2) .按其所用的工艺方法来划分, 可分为手糊、 喷射、 缠绕、 浇铸、 拉挤、 RTM、 SMC/BMC 等树脂品种。 3).按产品性能及用途来分类,可分为如下的类别: △通用型不饱和聚酯树脂:这种树脂是应用得最多的树脂品种,如 191、196 树脂等。 △柔韧型不饱和聚酯树脂:这种树脂制成玻璃钢制品后,其制品具有较好的柔韧性。其 牌号为 TM182、304、T541 等。 △弹性不饱和聚酯树脂:这种树脂具有较高的弯曲强度,更坚韧而无脆性,适宜制作 家具高档涂料,以及机器外壳等。 △耐化学药品型的不饱和聚酯树脂:这类树脂具有较好的耐腐蚀性能,由于腐蚀介质种 4 类很多, 因此针对不同的介质可以使用不同的耐腐蚀树脂。 其牌号有 197、 3301、 323、 MFE-2 等。 △阻燃型不饱和聚酯树脂: 这类树脂可分为合成型和添加型两种, 均可达到阻燃的效果。 其牌号为:7901、S-906、TM302、317 等。 △耐热型不饱和聚酯树脂:这类树脂可以制成在较高温度下使用的玻璃钢制品,其热变 形温度至少不低于 110℃。其牌号为∶TM197、TM199、S685 等。 △光稳定型和耐气候型不饱和聚酯树脂:这类树脂具有较好的耐大气的老化性能,暴露 在日光条件下可以长期使用,仍保存一定的使用性能。其牌号为:TM195、S692、F45、515 等。 △空气干燥型不饱和聚酯树脂:这类树脂具有空干性,即暴露在空气中进行固化,其表 面不会发粘,以便改善其工艺性能及产品的使用性能,但其固化条件仍与通用型不饱和树脂 的相同,在低温或室温下进行固化。牌号为:SGA20、桐酸型不饱和聚酯树脂等。 △铸塑型不饱和聚酯树脂:这类树脂是一类低收缩、低放热的树脂,其主要的特性是铸 塑时不会产生裂纹及破裂,可避免产生应力集中现象,并且颜色浅,透明性好。其牌号为: SB39、S793 等。 △胶衣不饱和聚酯树脂(通常称为胶衣树脂)∶这类树脂在手工制作玻璃钢制品时十分 重要。它不但可以起到玻璃钢表面的保护层作用,而且可以起到表面的装饰效果,起着十分 重要的作用。由于玻璃钢制品的使用环境及要求各不相同,因此必须根据实际情况,选用不 同品种的胶衣树脂。目前的牌号为∶TM-33、TM-35、S-739、胶衣 33 等。 △SMC/BMC 专用不饱和聚酯树脂:这类树脂的主要特点是粘度低、增稠快、活性高, 能快速固化(简称 SMC/BMC 专用树脂),耐水性和耐热性能好,稳定性好等。目前的牌号 为:S-816、S-817 等。 4、不饱和聚酯树脂的发展历史 与现有的商业化化工建材类产品如醇酸树脂、酚醛塑料、钢材等产品比较,不饱和聚酯 树脂(UPR)的发展历史相对要短些。 1933 年,首次在商业上出现了顺丁烯二酸酐(顺酐)产品,这种顺酐产品是通过用五氧 化二钒作为催化剂催化苯的氧化物得到的。在这以前,不饱和聚酯树脂实质上还是未知的。 顺酐是制造不饱和聚酯树脂的基础原料,顺酐的双键赋予了不饱和聚酯树脂不饱和性。1930 年以后发明家 Johnson 报导了不饱和聚酯(未加苯乙烯)固化后是一种不溶、难熔的物质, 5 与此同时 Carlton Ellis 发现如果在聚酯中加入单体(如苯乙烯)聚酯在固化程度上会有显著 的改变。直到 1941 年,不饱和聚酯树脂才被应用到商业上,实际上那时不饱和聚酯树脂还 是比较昂贵的。1942 年,用玻璃纤维增强橡胶的技术得到了成功应用,才发展到用玻璃纤维 增强不饱和聚酯树脂。同一年,美国橡胶公司首先投产不饱和聚酯树脂,这种技术首次被应 用于军事上制造雷达天线罩,其重量轻、强度高、透波性好、制造方便等特点立即发挥了其 优势。 1945 年以后, 不饱和树脂被推广到民用, 1946 年开始首次用玻璃纤维增强树脂制造船体 外壳。但直到 1948 年或 1949 年早期玻璃钢船和玻璃纤维增强材料才真正被用于商业制造, 较高的造价是阻碍不饱和聚酯玻璃钢材料发展的重要因素。 1950 年以后, 不饱和聚酯树脂在 涂料和浇铸等方面的应用有了新的突破, 不饱和聚酯树脂的制造技术和成型加工方法也有了 重大改进,使聚酯树脂产品得以实现高效率、低成本的大批量生产。1942 年世界不饱和聚酯 树脂的产量还少于 1000 吨。 十年后的 1952 年, 世界不饱和聚酯树脂产量已经达到 8600; 1962 年达到 10 万吨;1972 年达到 32 万吨;1977 年达到 45 万吨;1984 年达 120 万吨;到 2002 年全世界总产量已超过 250 万吨,这样的数据表明,不饱和聚酯树脂在世界范围内发展是很 迅速的。 随着科学技术的快速发展,不饱和聚酯树脂的品种也正不断的增加。 增强材料概述 当加入树脂中,能使树脂制品的力学性能得以显著提高的,那些纤维状或其织物的 填料,称为增强材料。常用的增强材料,有玻璃纤维或其织物,碳纤维或其织物,有机纤 维或其织物,金属纤维或其织物等。 增强材料的主要功能是赋予复合材料以高强度和高模量等力学性能。 尤其是纤维状增强 材料,其抗拉强度和拉伸弹性模量,比同材料块材的要大得多。例如,E 玻璃纤维和硼纤维 的抗拉强度,均约为 3450 兆帕,氧化铝纤维的抗拉强度约为 689 兆帕,其数值都远高于相 应块状材料的抗拉强度。由此可见,使用这些高强度纤维所制得的复合材料,其强度将远比 块状材料复合所得的要高得多。 常用于制作玻璃钢的玻璃纤维如下: 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 6 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%,通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三 氧化二硼,而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外,中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐 蚀的玻璃纤维产品,如用于生产玻璃纤维表面毡等,也用于增强沥青屋面材料,但在我国中 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,因为其人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,全世界产量也就几千吨左右。 4) 、AR 玻璃纤维 5) 、A 玻璃 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 亦称耐碱玻璃纤维,主要是为了增强水泥而研制的。 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 耐水性比无碱玻纤改善 7~8 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。 其中 E 玻璃纤维及其制品的用量最多。除了以上的玻璃纤维以外,近年来还出现一种新 的双玻璃成分的玻璃纤维,已用在生产玻璃棉中,据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。 此外还有无氟玻璃纤维,是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。 增强用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 12~23μm。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。 (1)喷射用无捻粗纱 适合于玻璃钢喷射成型使用的无捻粗纱要具备如下性能:①良好的切割性, 在连续高速切割时产生的静电少;②无捻粗纱切割后分散成原丝的效率要高,也即分束率高,通常要求 90%以上;③短切后的原丝具有优良的覆模性,可覆盖在模具的各个角落;④树脂浸透快,易于被辊子 7 辊平并易于驱赶气泡;⑤原丝筒退解性能好,粗纱线密度均匀,适合于各种喷枪及纤维输送系统。喷射 用无捻粗纱都是由多股原丝络制而成,每股原丝含 200 根玻纤单丝。 (2)SMC 用无捻粗纱 SMC 即片状模塑料,主要用于压制汽车部件、浴缸、水箱板、净化槽、各种 座椅等。SMC 用无捻粗纱在制造 SMC 片材时要切成 lin(25mm)的长度,分散在树脂糊中,因此对 SMC 用 无捻粗纱的要求是短切性好,毛丝少,抗静电性优良,在切割时短切丝不会粘附在刀辊上。对着色的 SMC 而言,无捻粗纱要在高颜料含量的树脂糊中被树脂浸透。通常 SMC 无捻粗纱一般为 2400tex,少数情况 下也有用 4800tex 的。 (3) 缠绕用无捻粗纱 缠绕法用于制造各种口径的玻璃钢管、 贮罐等。 缠绕用无捻粗纱的号数从 1200 号到 9600 号,缠绕大型管道及贮罐多倾向于直接无捻粗纱,如 4800tex 的直接无捻粗纱。对缠绕用无捻 粗纱的要求如下:①成带性好,呈扁带状;②无捻粗纱退解性好,在从纱筒退解时不脱圈,不形成鸟巢 状乱丝;③张力均匀,无悬垂现象;④线密度均匀,一般须小于± 7%;⑤无捻粗纱浸透性好,从树脂槽 通过时易为树脂润湿及浸透。 (4)拉挤用无捻粗纱 拉挤用于制造断面一致的各种型材,其特点是玻纤含量高,单向强度大。拉 挤用无捻粗纱可以是多股原丝并合的也可以是直接的无捻粗纱,其线 号。各 种性能要求与缠绕无捻粗纱大体相同。 (5)织造用无捻粗纱 无捻粗纱的一个重要用途是织造各种厚度的方格布或单向无捻粗纱织物,它 们大多用于手糊玻璃钢成型工艺中。对强造用无捻粗纱有如下要求:①良好的耐磨性;②良好的成带性; ③织造用无捻粗纱在织造前需经强制烘干;④无捻粗纱张力均匀,悬垂度应符合一定标准;⑤无捻粗纱 退解性好;⑥无捻粗纱浸透性好。 (6)预型体用无捻粗纱 在预型体工艺中,无捻粗纱被短切并喷附在预定形状的网上,同时喷少量 树脂使纤维网固定成形,然后将成形的纤维网片移入金属模具中,注入树脂热压成形,即得制品。对于 这种工艺的无捻粗纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。 2、无捻粗纱织物(方格布) 方格布是无捻粗纱平纹织物,是手糊玻璃钢重要基材。方格布的强度主要在织物的经纬方向上,对 于要求经向或纬向强度高的场合,也可以织成单向方格布,它可以在经向或纬向布置较多的无捻粗纱。 对方格布的质量要求如下:①织物均匀,布边平直,布面平整呈席状,无污渍、起毛、折痕、皱纹 等;②经、纬密,面积重量,布幅及卷长均符合标准;③卷绕在牢固的纸芯上,卷绕整齐;④迅速、良 好的树脂透性;⑤织物制成的层合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。 用方格布铺敷成型的复合材料其特点是层间剪切强度低,耐压和疲劳强度差。 3、玻璃纤维毡片 8 (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:①沿宽度方向面积质量均匀;②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;③具有适中的干毡强度;④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 是纤维随机分布的薄毡。用以增强玻璃钢制品表面的富树脂层,改善表面状态。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。 (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。 4、短切原丝和磨碎纤维 (1)短切原丝 短切原丝分干法短切原丝及湿法短切原丝。前者用在增强塑料生产中,而后者则 用于造纸。用于玻璃钢的短切原丝又分为增强热固性树脂(BMC)用短切原丝和增强热塑性树脂用短切 原丝两大类。对增强热塑性塑料用短切原丝的要求是用无碱玻璃纤维,强度高及电绝缘性好,短切原丝 集束性好、流动性好、白度较高。增强热固性塑料短切原丝要求集束性好,易为树脂很快浸透,具有很 好的机械强度及电气性能。 (2)磨碎纤维 磨碎纤维系由锤磨机或球磨机将短切纤维磨碎而成。磨碎纤维主要在增强反应注 射工艺(RRIM)中用作增强材料,在制造浇铸制品、模具等制品时用作树脂的填料用以改善表面裂纹现 9 象,降低模塑收缩率,也可用作增强材料。 5、玻璃纤维织物 以玻璃纤维纱线织造的各种玻璃纤维织物。 (1)玻璃布 我国生产的玻璃布,分为无碱和中碱两类,国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用 于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等。中碱玻璃布主要用于生 产涂塑包装布,以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经 纬密度又由纱结构和织纹决定。经纬密加上纱结构,就决定了织物的物理性质,如重量、厚度和断裂强 度等。有五种基本的织纹:平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。 (2)玻璃带 玻璃带分为有织边带和无织边带(毛边带)主要织防腐是平纹。玻璃带常用于制造高 强度、介电性能好的电气设备零部件。 (3)单向织物 单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经 纱主向上具有高强度。 (4)立体织物 立体织物是相对平面织物而言,其结构特征从一维二维发展到了三维,从而使以此 为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性,大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。 它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的,目前其应用已拓展至汽车、体育运动 器材、医疗器械等部门。主要有五类:机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、 三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形 截面等。 (5)异形织物 异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似,必须在专用的织机上织造。 对称形状的异形织物有:圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等,还可以制成箱、船壳等不对称形状。 (6)槽芯织物 槽芯织物是由两层平行的织物,用纵向的竖条连接起来所组成的织物,其横截面形 状可以是三角形或矩形。 (7)玻璃纤维缝编织物 亦称为针织毡或编织毡,它既不同于普通的织物,也不同于通常意义的毡。 最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起,通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝 编织物的优点如下:①它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度,张力下的抗脱层强度以及抗弯强度; ②减轻玻璃钢制品的重量;③表面平整使玻璃钢表面光滑;④简化手糊操作,提高劳动生产率。这种增 强材料可以在拉挤法玻璃钢及 RTM 中代替连续原丝毡,还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。 6、组合玻璃纤维增强材料 70 年代以来,出现了把短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱织物和无捻粗纱等,按一定的顺序组合 起来的增强材料,大体有以下几种: 10 (1)短切原丝毡+无捻粗纱织物 (2)短切原丝毡+无捻粗纱布+短切原丝毡 (3)短切原丝毡+连续原丝毡+短切原丝毡 (4)短切原比毡+随机无捻粗纱 (5)短切原丝毡或布+单向碳纤维 (6)短切原丝+表面毡 (7)玻璃布+单向无捻粗纱或玻璃细棒+玻璃布 玻璃纤维增强材料的正确使用 目前,作为玻璃钢主要组成成分的玻纤增强材料,品种已有很多。要正确使用玻纤增强 材料,才能充分发挥玻璃钢的优势。 对单向强度玻璃钢制品,通常采用连续无捻粗纱和单向无纺无捻粗纱等,作为单向强度 要求的玻璃钢的增强材料。所采用的成型工艺方法,有手糊、拉挤、纤维缠绕、模压、高压 压制成型等工艺方法。 对双向强度玻璃钢制品,通常采用玻纤无捻粗纱布(方格布)、玻纤布、双向无纺无捻 粗纱等,作为双向强度要求的玻璃钢制品的增强材料。所采用的成型工艺方法,有手糊、纤 维缠绕、拉挤、层压等工艺方法。 对多向强度玻璃钢制品,通常采用短切原丝、增强毡、多向无纺无捻粗纱、预成型材料、 磨碎纤维等作为多向强度要求的玻璃钢制品的增强材料。所采用的成型工艺方法,有手糊、 喷射、模压、注射、树脂传递模塑、层压、反应注射模塑、铸塑等工艺方法。 玻璃钢成型工艺方法 树脂基复合材料的成型工艺灵活,其结构和性能具有很强的可设计性。树脂基复合材 料可用模具一次成型法来制造各种构件,从而减少了零部件的数量及接头等紧固件,并可节 省原材料和工时;更为突出的是树脂基复合材料可以通过纤维种类和不同排布的设计,把潜 在的性能集中到必要的方向上,使增强材料更为有效地发挥作用。通过调节复合材料各组分 的成分、 结构及排列方式, 既可使构件在不同方向承受不同的作用力, 还可以制成兼有刚性、 韧性和塑性等矛盾性能的树脂基复合材料和多功能制品,这些是传统材料所不具备的优点。 11 树脂基复合材料在工艺方面也存在缺点,比如,相对而言,大部分树脂基复合材料制造工序 较多,生产能力较低,有些工艺(如制造大中型制品的手糊工艺和喷射工艺)还存在劳动强 度大、产品性能不稳定等缺点。 树脂基复合材料的工艺直接关系到材料的质量,是复合效应、复合思想能否体现出来 的关键。原材料质量的控制、增强物质的表面处理和铺设的均匀性、成型的温度和压力、后 处理及模具设计的合理性都影响最终产品的性能。在成型过程中,存在着一系列物理、化学 和力学的问题,需要综合考虑。固化时在基体内部和界面上都可能产生空隙、裂纹、缺胶区 和富胶区;热应力可使基体产生或多或少的微裂纹,在许多工艺环节中也都可造成纤维和纤 维束的弯曲、扭曲和折断;有些体系若工艺条件选择不当可使基体与增强材料之间发生不良 的化学反应;在固化后的加工过程中,还可进一步引起新的纤维断裂、界面脱粘和基体开裂 等损伤。如何防止和减少缺陷和损伤,保证纤维、基体和界面发挥正常的功能是一个非常重 要的问题。 树脂基复合材料的成型有许多不同工艺方法, 连续纤维增强树脂基复合材料的材料成型 一般与制品的成型同时完成,再辅以少量的切削加工和连接即成成品;随机分布短纤维和颗 粒增强塑料可先制成各种形式的预混料,然后进行挤压、模塑成型。随着复合材料应用领域 的拓宽,复合材料工业得到迅速发展,老的成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目 前聚合物基复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)线)热压罐成型技术; (7)液压釜法成型技术; (8)热膨胀模塑法成型技术; (9)夹层结构成型技术; (10)模压料生产工艺; (11)ZMC 模压料注射技术; (12)模压成型工艺; 12 (13)层合板生产技术; (14)卷制管成型技术; (15)纤维缠绕制品成型技术; (16)连续制板生产工艺; (17)浇铸成型技术; (18)拉挤成型工艺; (19)连续缠绕制管工艺; (20)编织复合材料制造技术; (21)热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺; (22)注射成型工艺; (23)挤出成型工艺; (24)离心浇铸制管成型工艺; (25)其它成型技术。 视所选用的树脂基体材料的不同,上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生 产,有些工艺两者都适用。 复合材料制品成型工艺特点: 与其它材料加工工艺相比,复合材料成型工艺具有如下特点: (1)材料制造与制品成型同时完成。一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品 的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在选择材料、设计配比、 确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。 (2)制品成型比较简便 。一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强 材料是柔软纤维或织物, 因此, 用这些材料生产复合材料制品, 所需工序及设备要比其它 材 料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。 手糊成型工艺 手糊成型的工艺流程如下: 1、生产准备 场地 手糊成型工作场地的大小,要根据产品大小和日产量决定,场地要求清洁、干燥、 13 通风良好,空气温度应保持在 15~35℃之间,后加工整修段,要设有抽风除尘和喷水装置。 模具准备: 准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 树脂胶液配制: 配制时,要注意两个问题:①防止胶液中混入气泡;②配胶量不能过 多,每次配量要保证在树脂凝胶前用完。 增强材料准备: 增强材料的种类和规格按设计要求选择。 2、模具及脱模剂 (1)模具:模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏,直接影响产品的质量 和成本,必须精心设计制造。 模具构造 接触成型模具分为:阴模、阳模和对模三种,不论是哪种模具,都可以根据 尺寸大小,成型要求,设计成整体或拼装模。 能用作手糊成型模具的材料有:木材,金属, 石膏,水泥,低熔点金属,硬质泡沫塑料及玻璃钢等。 (2)脱模剂:接触成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱 模剂。对脱模剂基本要求:①不腐蚀模具,不影响树脂固化,对树脂粘接力小于 0.01MPa; ②成膜时间短,厚度均匀,表面光滑;③使用安全,无毒害作用;④耐热、能以受加热固化 的温度作用;⑤操作方便,价格便宜。 3、糊制与固化 铺层糊制 手工铺层糊制分湿法和干法两种:①干法铺层: 用预浸布为原料,先将预浸 好料(布)按样板裁剪成坯料,铺层时加热软化,然后再一层一层地紧贴在模具上,并注意 排除层间气泡,使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层: 直接在模具上将增 强材料浸胶,一层一层地紧贴在模具上,扣除气泡,使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。 湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。 手糊工具: 手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、 电钻、打磨抛光机等。 固化:制品固化分硬化和熟化两个阶段: 从凝胶到硬化一般要 24h, 此时固化度达 50%~ 70%,可以脱模,脱后在自然环境条件下固化 1~2 周才能使制品具有力学强度,称熟化, 其固化度达 85%以上。加热可促进熟化过程,对聚酯玻璃钢,80℃加热 3h,对环氧玻璃钢, 后固化温度可控制在 150℃以内。加热固化方法很多,中小型制品可在固化炉内加热固化, 大型制品可采用模内加热或红外线 脱模:脱模要保证制品不受损伤。接触成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱 模剂和油膏、蜡类脱模剂。脱模方法有如下几种:①顶出脱模 在模具上预埋顶出装置,脱 模时转动螺杆,将制品顶出。②压力脱模 模具上留有压缩空气或水入口,脱模时将压缩空 气或水(0.2MPa)压入模具和制品之间,同时用木锤和橡胶锤敲打,使制品和模具分离。③ 大型制品(如船)脱模 可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模 方法 先在模具上糊制二三层玻璃钢,待其固化后从模具上剥离,然后再放在模具上继续糊 制到设计厚度,固化后很容易从模具上脱下来。 修整: 修整分两种:一种是尺寸修整,另一种缺陷修补。①尺寸修整 成型后的制品, 按设计尺寸切去超出多余部分;②缺陷修补 包括穿孔修补,气泡、裂缝修补,破孔补强等。 不饱和聚酯树脂玻璃钢生产中的一些术语概念 1.不饱和聚酯树脂的交联剂(架桥剂) 、阻聚剂和缓聚剂 交联剂 不饱和聚酯树脂分子链中具有一定量的不饱和双键,加入一定量的交联剂, 可增加聚酯分子间的交联,改善树脂固化后的性能,还具有活性稀释剂的作用,以降低树脂 的粘度。交联剂(或称架桥剂)是一类烯烃类不饱和化合物,与聚酯树脂中双键发生共聚产 生交联结构。常用的交联剂有为苯乙烯,其它还有甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲 酸二丙烯脂、三聚氰酸三丙烯酯等。苯乙烯的反应能力大,在室温下能与不饱和聚酯反应。 固化后制品强度较高、电性能较好。苯乙烯一般用量为 20—50%。用量过多,虽然可以降低 树脂粘度,但固化后树脂的耐热性、耐蚀性均会下降。 阻聚剂与缓聚剂 酚或苯醌) 。 由于不饱和聚酯树脂含有双键,与交联剂混合后不能长期贮存, 在常温、氧、光的作用下树脂粘度会逐渐增加,为防止它的聚合,需加入阻聚剂(如对苯二 阻聚剂指能迅速与游离基作用,减慢或抑制不希望有的化学反应物质,用于延长某些单 体和树脂的贮存期。也称聚合终止剂,它包括阻聚剂和缓聚剂。阻聚剂仅能降低聚合反应速 度,但不能完全消除聚合作用,且会消耗部分引发剂而降低引发剂的作用。 阻聚剂可以防止聚合作用的进行,在聚合过程中产生诱导期(即聚合速度为零的一段时 间) ,诱导期的长短与阻聚剂含量成正比,阻聚剂消耗完后,诱导期结束,即按无阻聚剂存 在时的正常速度进行。 缓聚剂是调节树脂的放热性能,以满足工艺要求的添加剂,它不产生诱导期,只降低聚 15 合速度,缓聚剂除不少品种与阻聚剂相同外,最有效的是 α-甲基苯乙烯。 实际上,阻聚剂、缓聚剂及稳定剂都是树脂交联固化反应的抑制剂,其作用原理都是吸 收、消灭可以引发树脂交联固化的游离基,是游离基的抑制剂,在某一种树脂中,消灭游离 基能力强,即为阻聚作用;在另一种树脂中,只起减弱游离基活性者,即为缓聚作用。 2、不饱和聚酯树脂的引发剂(催化剂) 不饱和聚酯树脂用的固化剂,是在促进剂或其它外界条件作用下而引发树脂交联的一种 过氧化物,又称为引发剂或催化剂。固化可采用引发剂并加热的办法,也可在室温下使用引 发剂和促进剂(加速剂)予以固化。 用作引发剂的通常是过氧化二苯甲酰、过氧化环已酮、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰叔 丁酯等。这些过氧化物属易燃、易爆危险品,并对人体的呼吸道、皮肤、眼睛等有刺激作用, 为了使用安全,一般与增塑剂如邻苯二甲酸或磷酸三甲苯酯等混合成糊状。因此引发剂在生 产、贮存及使用过程中应严格遵守安全规则。 3、不饱和聚酯树脂的促进剂(加速剂) 促进剂是指聚酯树脂在固化过程中,能降低引发剂引发温度,促使有机过氧化物在室温 下产生游离基的物质。 不饱和聚酯树脂用的有机过氧化物(引发剂)临界温度都在 60℃以上,不能满足室温固 化要求,促进剂的作用在于降低有机过氧化物开始分解成游离基的温度,从而保证树脂能在 室温下交联固化。常用的促进剂是环烷酸钴、萘酸钴、二甲基苯胺和二乙基苯胺等。它们的 用量一般为树脂量的 0.05—0.5%。 树脂的交联固化对促进剂的用量甚为敏感, 使用时必须严 格掌握和控制。 由引发剂与促进剂组成的体系常称为引发系统。手糊、喷射、注射、浇注及纤维缠绕成 型工艺一般采用常温固化系统。在常温条件下稳定的有机过氧化物和促进剂组成的氧化 -还 原系统,如过氧化甲乙酮-环烷酸钴及过氧苯甲酰-叔胺类。 市售的常用促进剂 1)、环烷酸钴,一般为 1%的苯乙烯溶液,称为 1#促进剂。常与 1#固化剂过氧化环己酮配合使 用。几十年来,人们一直认为钴盐保进剂固化性能好,在不饱和聚酯树脂室温固化中广泛采用。由 于受钴盐色泽的影响,近年来人们普遍认识到:其凝胶固化效果和颜色已不能满足需要。 2)、N,N-二甲基苯胺,通常为 10%的苯乙烯溶液,称为 2#促进剂。常与 2#固化剂(过氧化二 苯甲酰)配合使用。在树脂中含有大量游离酚或聚酯分子链中含有大分子支链的分子结构的场合, 16 是很有效的固化系统。(如对于乙烯基酯树脂固化、双酚 A 类聚酯树脂的固化、氯桥酸酐类聚酯树 脂等。) 3)、异辛酸钴,常用在预促进型树脂中,尤其是用较浓的异辛酸钴预促进,能得到较好的催干 效果。通常情况下异辛酸估的促进效果要比环烷酸钴好,这是因为环烷酸是一个分子量不固定(分 子量范围 180-350)的环烷烃的羧基衍生物,所以其钴含量难于做得十分精确,并且由于它是石油精 制时的副产物,通常颜色较深,所以目前市场上异辛酸钴有取代环烷酸钴的趋势。 4)、钴——钾——钙——过渡金属复配的复合促进剂,(常被称为 5#促进剂)用碱金属盐、碱 土金属盐以及能变价的过渡金属盐类与钴盐配合使用,能达到单独使用钴盐做促进剂达不到的效果。 需要说明的是,目前市售的促进剂多为复合促进剂,与传统的单一钴盐类型的促进剂相比,具 有低成本、低色号、固化迅速的特点。也就是说,目前,国产的促进剂质量已有大幅度的提高,在 固化速度、固化后对制品的色泽影响等很多方面都优于进口材料。另外,2#促进剂(N,N-二甲基苯 胺)对钴盐也有很强的协效作用,常用于冬季低温施工。 4、稀释剂 稀释剂是一类使液体树脂粘度变稀薄时的液体物质。它不能溶解树脂,但能部分代替溶 剂。稀释剂的作用是降低树脂粘度,使树脂具有流动性,改善树脂对增强材料、填料等的浸 润性;控制固化时的反应热;延长树脂固化体系的适用期。按不同的树脂需要,所用的稀释 剂也不同。 (1)不饱和聚酯树脂用的稀释剂 主要是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸单体等。 (2)酚醛树脂用稀释剂 主要是酒精、丙酮等溶剂。 (3)环氧树脂用稀释剂 有活性稀释剂和非活性稀释剂:①非活性稀释剂 这种稀释剂 只共混于树脂中,不参与树脂的固化反应,仅仅是降低树脂粘度,如添加邻苯二甲酸二丁酯 的双酚 A 环氧树脂。②活性稀释剂 这类稀释剂主要指含有环氧基团的低分子化合物,能与 固化剂反应,并参与环氧树脂的固化反应,成为交联树脂结构的一部分。活性稀释剂可分为 单环氧基和双环氧基两类。还有不含环氧基的亚磷酸三苯酯、γ-内丁酯两种化合物。 5、填料 填料是用以改善复合材料性能(如硬度、刚度及冲击强度等) ,并能降低成本的固体添加 剂,它与增强材料不同,填料呈颗粒状。而呈纤维状的增强材料不作为填料。 填料的作用机理: 填料作为添加剂, 主要是通过它占据体积发挥作用, 由于填料的存在, 基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间,使得相连的链段在某种程度上被固定化, 17 并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性,在填充的聚合物中,聚合物界面区 域内的分子链运动受到限制,而使玻璃化温度上升,热变形温度提高,收缩率降低,弹性模 量、硬度、刚度、冲击强度提高。 填料的作用:①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性 以及平光性或无光性等;②有效调节树脂的粘度;③可满足不同性能要求,提高耐磨性、改 善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度; ④可提高颜料的着色效果; ⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性; ⑥有增容作用, 可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力。 填料的种类: (1)无机填料和有机填料 ①无机类填料: 无机类填料主要以天然矿物为 原料经过开采、加工制成的颗粒状填料,少数填料是经过处理制成的。a.氧化硅及硅酸盐。 b.碳酸盐及碳化物。c.硫酸盐及硫化物。d.钛酸盐。e.氧化物及氢氧化物。f.金属类。②有机 类填料 有机类填料是由天然的动植物及人工合成的有机材料(如再生纤维素、合成树脂等) 制成的。 (2)惰性填料及活性填料①惰性填料: 是将天然矿石用湿磨研磨后烘干或干磨成 粉直接使用。②活性填料 采用偶联剂表面处理使填料表面有被覆层或天然矿物经过煅烧亦 或兼有两种方法。 (3)微球形(实心或空心)填料: 微球形填料其主要特征是在任意方向 上长度大致相等。a.玻璃微珠 有实心微珠(沉珠)和空心微珠(漂珠)两种。b.聚合物微珠 是有机化合物制成的高分子聚合物微珠。 (4)片状、纤维状、针状填料:①鳞片状填料 是 在两个方向上长度比第三个方向长得多的粒子,具有鳞片形状。②晶须 是碳化硅、氮化硼、 氧化铝、石墨或铍的金属氧化物制成的微小纤维状单晶体。 (5)玻璃粉与磨碎玻璃纤维填料 是由碎玻璃或玻璃纤维研磨而成,是热固性和热塑性基体的填料,能赋予制品耐热性和低收 缩性,并可改善机械性能。 (6)复合型填料 利用不同填料的特性,通过特殊处理方法将两 种或两种以上的填料组合、改性后制成。 6、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 树脂基复合材料在制备、贮存、加工和使用过程中容易老化变质,性 能明显降低,为了防止或延缓复合材料的老化,在复合材料制备、加工过程中就需添加一类 稳定剂,也称为防老剂。稳定化添加剂主要是抑制由氧、光和热等引起的复合材料在制备、 18 加工和应用时产生的老化过程。 (2)改善力学性能 对于树脂基复合材料,为了改善它们的某些力学性能,如拉伸强度、 硬度、刚性、抗冲击强度等,可在复合材料制备加工时,添加一些可以改善力学性能的添加 剂。如以环氧树脂为基体的复合材料在交联固化之后,硬度较大、强度较高,但韧性较差, 抗冲击性能不理想,为了改善它的抗冲击性能,可添加能提高韧性的添加剂。 (3)改善加工性能 复合材料在制备和加工过程中经常添加一些稀释剂,以改善复合材 料的加工性能,如提高流动性及脱模性。稀释剂的加入可以降低树脂的粘度,改善胶液对增 强材料的浸润性,还便于把树脂固化过程中放出的能量传递出来,并可适当延长胶液的使用 期。润滑剂的加入可以提高聚合物分子之间以及聚合物与增强材料之间的润滑性,从而改善 复合材料的加工性。 (4)阻燃作用 随着复合材料在航空、汽车、建筑及电器等方面应用的迅速扩大,对其 阻燃性能的要求也越来越高,树脂基复合材料基体多数是由碳氢化合物构成的有机聚合物, 具有可燃性,因此在复合材料的加工过程中,需要添加一类使复合材料达到一定阻燃要求的 添加剂,这类添加剂通称为阻燃剂。 (5)改进表面性能 为了防止复合材料加工和使用时产生静电的危害,在复合材料制备 时常常加入一类具有表面活性的添加剂物质,以改善复合材料的表面性能,这类添加剂包括 抗静电剂和防雾剂等。 (6)改善外观质量 在复合材料及其制品加工或制备时,为了改善复合材料及其制品的 外观质量,常加入一类能赋予复合材料外观光洁或使制品具有各种色彩的添加剂,这类添加 剂有着色剂和润滑剂。 着色剂:着色剂是能使制品着色的有机与无机的、天然与合成的色 料的总称。着色剂有染料和颜料两类:①染料 染料是施加于基材使之具有颜色的强力着色 剂。染料借吸附、溶解、机械粘合、离子键化学结合或共价键结合保留于基料中。但染料易 在塑料中发生部分溶解,出现着色剂迁移现象,耐光性差。②颜料 颜料是粒度较大,而且 通常不溶于普通溶剂的有机物或无机物。有机颜料产生半透明或近乎透明的颜色,比染料具 有较好的抗色移性和稍高的抗热性。无机颜料除少数外,均为不透明并具有坚牢的耐磨性、 耐热性和抗色移性及遮盖力好,色泽鲜艳。 触变剂: 触变剂是一种使液体树脂基体(或胶 衣树脂)变为流动性较好的添加剂,而撤除外力时,如搅拌或剪切间断时又可以恢复原来不 易流动的状态。触变剂的作用是防止树脂在施工的斜面或垂直面上流淌,避免树脂含量在上 下层不均匀现象,从而保证制品的质量。常用的触变剂有气相二氧化硅、沉淀二氧化硅。其 19 它的触变剂有石棉、高岭土、凹凸棒土、乳液法氯乙烯化合物等。 7、脱模剂 脱模剂是为防止成型的复合材料制品在模具上粘着,而在制品与模具之间施加一类隔离 膜,以便制品很容易从模具中脱出,同时保证制品表面质量和模具完好无损。常用的脱模剂 主要有以下几类: (1)按脱模剂的使用方式不同有外脱模剂及内脱模剂之分。外脱模剂是直接将脱模剂 涂敷在模具上;内脱模剂是一些熔点比普通模制温度稍低的化合物,在加热成型工艺中将其 加入树脂中,它与液态树脂相容,但与固化树脂不相容,在一定加工温度条件下,从树脂基 体渗出,在模具和制品之间形成一层隔离膜。 (2)按脱模剂的状态不同有薄膜型(主要有聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯、玻璃纸、氟塑 料薄膜) 、溶液型(主要有烃类、醇类、羧酸及羧酸酯、羧酸的金属盐、酮、酰胺和卤代烃) 、 膏状及蜡状(包括硅酯、HK-50 耐热油膏、汽缸油、汽油与沥青的溶液及蜡型)脱模剂。其 中蜡型脱模剂是应用最广泛的一类脱模剂,价格便宜、使用方便、无毒、脱模效果好,缺点 是会使制品表面沾油污,影响表面上漆,漏涂时会使脱模困难。对于成型形状复杂的大型制 品常与溶液型脱模剂复合使用。 (3)按脱模剂的组合情况有单一型和复合型脱模剂(包括组分复合和使用方式上的复 合) 。 (4)按脱模剂的使用温度有常温型和高温型脱模剂,如常温蜡、高温蜡及硬脂酸盐类。 (5)按其化学组成有无机脱模剂(如滑石粉、高岭土等)和有机脱模剂。 (6)按其复用次数有一次性脱模剂和多次性脱模剂。 8、不饱和聚酯树脂固化过程的表观特征变化 树脂中加入固化剂后,引发交联聚合反应,使树脂开始由液态向固态转变。不饱和聚 酯树脂的这一固化过程可分为三个阶段,分别是: 凝胶阶段(A 阶段):从加入固化剂、促进剂以后算起,直到树脂凝结成胶冻状而失去 流动性的阶段。该阶段中,树脂能熔融,并可溶于某些溶剂(如乙醇、丙酮等)中。这一阶 段大约需要几分钟至几十分钟。 20 硬化阶段(B 阶段):从树脂凝胶以后算起,直到变成具有足够硬度,达到基本不粘手 状态的阶段。该阶段中,树脂与某些溶剂(如乙醇、丙酮等)接触时能溶胀但不能溶解,加 热时可以软化但不能完全熔化。这一阶段大约需要几十分钟至几小时。 熟化阶段(C 阶段):在室温下放置,从硬化以后算起,达到制品要求硬度,具有稳定 的物理与化学性能可供使用的阶段。该阶段中,树脂既不溶解也不熔融。我们通常所指的后 期固化就是指这个阶段。这个结段通常是一个很漫长的过程。通常需要几天或几星期甚至更 长的时间。 9、固化剂、促进剂加入量对树脂固化的影响 为了提高施工进度,以及其后制品性能的稳定性,我们总是希望我们总是希望树脂能尽 快固化完全。对于一定反应活性的树脂来说,固化剂、促进剂的加入量对树脂的的固化速度 及其后的固化程度有很大的影响。通过理论和实践,人们总结出固化规律如下: 1、要有足够的固化剂的加入量,以保证足够的放热峰温度,从而达到较高的固化程度。 (固化剂的量过少有可能造成永久的欠固化) 2、 环境温度较高条件下可适当减少促进剂的加入量, 以得到足够长的凝胶时间和较完 全的固化程度。 3、一般促进剂与固化剂(过氧化物)的摩尔比必须小于 1,(这种情况只有在选择钴盐 作为促进剂的情况下才能计算出),否则促进剂与初级游离基的逆反速度会大于初级游离基 引发单体的速度,结果使转化率下降。因此过多地使用促进剂并不能达到加速固化的效果, 反而会使产品性能下降。 4、对于低反应活性的不饱和聚酯树脂的固化宜选用低活性的固化系统。 5、低温或高湿度的不利的固化条件下,可采用复合固化系统: 过氧化甲乙酮 1% N,N-二甲基苯胺 0.5% 过氧化苯甲酰 2% 总结固化的原则为:足够的固化剂的加入量和适当的促进剂的加入量。 10、施工环境对树脂固化的影响 施工环境对树脂的固化影响很大,施工时环境温度越高,胶凝和固化时间越短。有时施 工温度升高 10℃,可使凝胶时间缩短将近 1/2。如果施工环境温度过低,易造成永久的欠固 化。因为树脂在低温下虽然能够胶凝,但胶凝后形成的大分子却不能移动,由于没有足够的 放热峰温度引发固化剂不断释放自由基,使得连锁交联反应不易进行,最终导致永久的欠固 化。 一般要求施工温度不低于 16℃,相对湿度不大于 80%。 一般为了使树脂充分固化,固化成型后最好进行高温后固化处理。 21 后固化处理方法:可于 40℃下 2 小时,60℃下 2 小时,80℃下 4 小时进行处理,(如果 有条件可于 100-120℃处理 2 小时效果更佳)然后常温养护 24 小时后再投入使用。如施工单 位无热处理条件,可在施工后常温养护 1 个月(环境温度低时还要适当延长养护时间),使 其充分固化,再投入使用。这一点对于耐腐蚀用途的树脂固化尤为重要。 22

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