纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料成型工藝及其應(yīng)用 中國(guó)玻璃鋼工業(yè)協(xié)會(huì) 陳博

促進(jìn)劑

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玻璃纖維含量%</P>Kevlar/環(huán)氧（60）</P>S-玻璃/環(huán)氧（60）</P>高強(qiáng)度型碳/環(huán)氧（60）</P>硼/環(huán)氧（50）</P>高剛性型碳/環(huán)氧（60）</P>硼/鋁（50）</P>積層</P>鈦</P>鋼</P>鋁</P> </P>
圖1  復(fù)合材料的比強(qiáng)度與比剛性</P>
二、纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料成型工藝簡(jiǎn)介
    1、手糊成型  （hand  lay  up）</P>


        圖2   手糊成型示意圖</P>
    （1）概要    依次在模具表面上施加
    脫模劑
    膠衣
    一層粘度為0.3-0.4PaS的中等活性液體熱固性樹(shù)脂（須待膠衣凝結(jié)后）
    一層纖維增強(qiáng)材料（玻纖、芳綸、碳纖維......），纖維增強(qiáng)材料有表面氈、無(wú)捻粗紗布（方格布）等幾種。以手持輥?zhàn)踊蛩⒆邮箻?shù)脂浸漬纖維增強(qiáng)材料，并驅(qū)除氣泡，壓實(shí)積層。鋪層操作反復(fù)多次，直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。
    樹(shù)脂因聚合反應(yīng)，常溫固化?？杉訜峒铀俟袒?。
    （2）原材料
    樹(shù)脂  環(huán)氧樹(shù)脂
    纖維   玻纖、碳纖、芳綸等。雖然厚的芳綸織物難于手工將樹(shù)脂浸透，亦可用。
    芯材   任意。
    （3）優(yōu)點(diǎn)

促進(jìn)劑

1）適合少量生產(chǎn)；
    2）可室溫成型，設(shè)備投資少，模具折舊費(fèi)低；
    3）可制造大型制品和型狀復(fù)雜產(chǎn)品；
    4）樹(shù)脂和增強(qiáng)材料可自由組合，易進(jìn)行材料設(shè)計(jì)；
    5）可采用加強(qiáng)筋局部增強(qiáng)，可嵌入金屬件；
    6）可用膠衣層獲得具有自由色彩和光澤的表面（如開(kāi)模成型則一面不平滑）；
    7）玻纖含量較噴射成型高。
    無(wú)捻粗紗布                    50%左右
    織物                          35%-45%
    短切原絲氈                    30%-40%
    （4）缺點(diǎn)
    1）屬于勞動(dòng)密集型生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量由工人訓(xùn)練程度決定；
    2）玻纖含量不可能太高；樹(shù)脂需要粘度較低才易手工操作，溶劑量高，力學(xué)與熱性能受限制；
    3）手糊用樹(shù)脂分子量低；通?？赡茌^分子量高的樹(shù)脂有害于人的健康和安全。
    （5）典型產(chǎn)品
    艦艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、游樂(lè)設(shè)備、冷卻塔殼體、建筑模型。
    2、樹(shù)脂傳遞成型（RTM）</P>
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圖3   樹(shù)脂傳遞成型示意圖</P>
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（1）       概要</P>RTM是一種閉模低壓成型的方法。
    將纖維增強(qiáng)材料置于上下模之間；合模并將模具夾緊；在壓力下注射樹(shù)脂；樹(shù)脂固化后打開(kāi)模具，取下產(chǎn)品。
    樹(shù)脂膠凝過(guò)程開(kāi)始前，必須讓樹(shù)脂充滿模腔，壓力促使樹(shù)脂快速傳遞到模個(gè)內(nèi)，浸漬纖維材料。
    RTM是一低壓系統(tǒng)，樹(shù)脂注射壓力范圍0.4-0.5MPa,當(dāng)制造高纖維含量（體積比超過(guò)50%）的制品，如航空航天用零部件時(shí)，壓力甚至達(dá)0.7MPa。
    纖維增強(qiáng)材料有時(shí)可預(yù)先在一個(gè)模具內(nèi)預(yù)成型大致形狀（帶粘結(jié)劑），再在第二個(gè)模具內(nèi)注射成型。
    為了提高樹(shù)脂浸透纖維能力，可選擇真空輔助樹(shù)脂傳遞成型（VARTM-vacuum  assisted

促進(jìn)劑

resin transfer molding ）。
    注意樹(shù)脂一經(jīng)將纖維材料浸透，樹(shù)脂注口要封閉，以便樹(shù)脂固化。注射與固化可在室溫或加熱條件下進(jìn)行。模具可以復(fù)合材料與鋼材料 制作。若采用加熱工藝,宜用鋼模。
    （2）原材料
    樹(shù)脂：一般多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛；當(dāng)加溫時(shí)，高溫樹(shù)脂如雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂亦可用。
    法國(guó)  Vetrotex公司開(kāi)發(fā)了熱塑性樹(shù)脂RTM。
    纖維：任意。常用玻纖連續(xù)氈、縫編材料（其纖維間的縫隙利于樹(shù)脂傳遞）、無(wú)捻粗紗布；玻纖與熱塑性塑料的復(fù)合紗及其織物與片材（法國(guó)Vetrotex商品名TWINTEX）。
    芯材：不用蜂窩，因蜂窩空格全被樹(shù)脂填滿，壓力會(huì)導(dǎo)致其破壞?？捎媚腿軇┌l(fā)泡材料PU、PP、CLVC等。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）制品纖維含量可較高，未被樹(shù)脂浸得部分非常少；
    2）閉模成型，生產(chǎn)環(huán)境好；</P>
3）勞動(dòng)強(qiáng)度低，對(duì)工人技術(shù)熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低；
    4）制品兩面光，可作有表面膠衣的制品，精度也比較高；
    5）成型周期較短；
    6）產(chǎn)品可大型化；
    7）強(qiáng)度可按設(shè)計(jì)要求具有方向性；
    8）可與芯材、嵌件一體成型；
    9）相對(duì)注射設(shè)備與模具成本較低。
    （4）缺點(diǎn)
    1）不易制作較小產(chǎn)品；
    2）因要承壓，故模具較手糊與噴射工藝用模具要重和復(fù)雜，價(jià)位也高一些；
    3）能有未被浸漬的材料，導(dǎo)致邊角料浪費(fèi)。
    （5）典型產(chǎn)品
    小型飛機(jī)與汽車(chē)零部件、客車(chē)座椅、儀表殼
    3、纖維纏繞（FW）</P>

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圖4    纖維纏繞示意圖</P>

    （1）概要
    通常采用直接無(wú)捻粗紗作為增強(qiáng)材料。粗紗排列在紗架上。粗紗自紗架上退繞，通過(guò)張力系統(tǒng)、樹(shù)脂槽、繞絲嘴，由小車(chē)帶動(dòng)其往復(fù)移動(dòng)并纏繞在回轉(zhuǎn)的芯軸（模）上。纖維纏繞角度與纖維排列密度根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并由芯軸（模）轉(zhuǎn)速與小車(chē)往復(fù)速度之比，精確地控制。固化后將纏繞的復(fù)合材料制品脫模。
    對(duì)某些兩端密閉的產(chǎn)品不用脫模，芯模即包在復(fù)合材料產(chǎn)品內(nèi)，作為內(nèi)襯。
    （2）原材料
    樹(shù)脂：任意。多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛樹(shù)脂。
    纖維：任意。無(wú)捻粗紗、縫編和無(wú)紡織物。生產(chǎn)管罐時(shí)，常用表面氈、短切原絲作為內(nèi)襯材料。</P>
芯材：可用。雖然復(fù)合材料制品通常是單一殼體，一般不用。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）因?yàn)槔w維逕直以合理的線型鋪設(shè)，承擔(dān)負(fù)荷，故復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)特性可非常高；
    2）由于同內(nèi)襯層組合，可制得耐腐蝕、耐壓、耐熱的制品；
    3）可制造兩端封閉的制品；
    4）鋪放材料快、經(jīng)濟(jì)、用無(wú)捻粗紗，材料費(fèi)用低；
    5）可采用樹(shù)脂計(jì)量，然浸膠后的纖維通過(guò)擠膠或口模，控制樹(shù)脂含量；
    6）可大量生產(chǎn)和自動(dòng)化；
    7）機(jī)械成型，復(fù)合材料材質(zhì)及方向性均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。
    （4）缺點(diǎn)
    1）制品形狀限于圓柱形或其它回轉(zhuǎn)體；
    2）纖維不易沿制品長(zhǎng)度方向精確排列；
    3）對(duì)于大型制品，芯模成本高；
    4）成品外表不是“模制”的，不盡如人意；
    5）對(duì)于承受壓力的制品，如選擇樹(shù)脂不合適或無(wú)內(nèi)襯，就易發(fā)生滲漏。
    （5）典型產(chǎn)品
    管道、貯罐、氣瓶（消防呼吸氣瓶、壓縮天然氣瓶等）、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。
    4、RIM(Reaction  Injection Molding一反應(yīng)注射成型)</P>
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圖5    RIM示意圖</P>

    （1）概要
    將兩種或兩種以上的組分在混合區(qū)低壓（0.5MPa）混合后，即在低壓（0.5-1.5MPa）下注射到閉模中反應(yīng)成型，此即為工藝過(guò)程。若組分一為多元醇，一為異氰酸酯，則反應(yīng)生成聚氨酯 。為增加強(qiáng)度，可直接在一種組分內(nèi)行加入磨碎玻纖原絲和（或）填料。弈可采用長(zhǎng)纖維（如連續(xù)纖維氈、織物、復(fù)合氈、短切原絲等的預(yù)成型物等）增強(qiáng)，在注射前，將長(zhǎng)纖維增強(qiáng)材料預(yù)先置模具內(nèi)。用此法可得到高力學(xué)性能的制品。這種工藝稱為SRIM（Structural  Reaction  Injection  Molding-結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型）。
    （2）原材料
    樹(shù)脂：常用聚氨酯體系或聚氨酯/脲混合體系；亦可采用環(huán)氧、尼龍、聚酯等基本；
    纖維：常用長(zhǎng)0.2-0.4mm的磨碎玻璃纖維；
    芯材：不用。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1)制造成本比熱塑性塑料注射工藝低；
    2)可制造大尺寸、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品；
    3）固化快，適于快速生產(chǎn)。
    （4）缺點(diǎn)
    采用磨碎玻璃纖維增強(qiáng)原料費(fèi)用高，薦用礦物復(fù)合填料取代之。
    （5）主要產(chǎn)品
    汽車(chē)儀表盤(pán)、保險(xiǎn)杠、建筑門(mén)、窗、桌、沙發(fā)、電絕緣件。
    5、拉擠成型 （Pultrusion）
    (1)概要
    主要采用玻璃纖維無(wú)捻粗紗（使用前預(yù)先放置在紗架上），它提供縱向（沿生產(chǎn)線方向）增強(qiáng)。
    其它類(lèi)型的增強(qiáng)材料有連續(xù)原絲氈、織物等。它們補(bǔ)充橫向增強(qiáng)，表面氈則用于提高成品表面質(zhì)量。樹(shù)脂中可加入填料，改進(jìn)型材性能（如阻燃），并可降低成本。
    拉擠成型的程序是
    1）使玻璃纖維增強(qiáng)材料浸漬樹(shù)脂；
    2）玻璃纖維預(yù)成型后進(jìn)入加熱模具內(nèi)，進(jìn)一步浸漬（擠膠）、基體樹(shù)脂固化、復(fù)合材料定型；</P>
3）將型材按要求長(zhǎng)度切斷。
    現(xiàn)在已有變截面的、長(zhǎng)度方向呈弧型的拉擠制品成型技術(shù)。
    拉擠成型將增強(qiáng)材料浸漬樹(shù)脂有兩種方式：
    膠槽浸漬法（圖6）：通常采用此法，即將增強(qiáng)材料通過(guò)樹(shù)脂槽浸膠，然后進(jìn)入模具。此法設(shè)備便宜作業(yè)性好，適于不飽和聚酯樹(shù)脂，乙烯基酯樹(shù)脂。
    注入浸漬法（圖7）：玻纖增強(qiáng)材料進(jìn)入模具后，被注入模具內(nèi)的樹(shù)脂所浸漬。此法適于凝膠時(shí)間短、粘度高、生產(chǎn)附產(chǎn)物的樹(shù)脂基體，如酚醛、環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂。</P>
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促進(jìn)劑

圖6   膠槽浸漬法</P>
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圖7    注入浸漬法</P>

      （2）原材料</P>
樹(shù)脂：常用不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂；
    纖維：拉擠用玻璃纖維無(wú)捻粗紗、連續(xù)原絲氈、縫編氈、縫編復(fù)合氈、織物、玻纖表面氈、聚酯纖維表面氈等；
    芯材：一般不用，現(xiàn)有以現(xiàn)場(chǎng)PU發(fā)泡材料為芯材，外為連續(xù)拉擠框型型材，作為保溫墻板的。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）典型拉擠速度0.5-2m/min，效率較高，適于大批量生產(chǎn)，制造長(zhǎng)尺寸制品；
    2）樹(shù)脂含量可精確控制；
    3）由于纖維呈縱向，且體積比可較高（40%-80%），因而型材軸向結(jié)構(gòu)特性可非常好；
    4）主要用無(wú)捻粗紗增強(qiáng)，原材料成本低，多種增強(qiáng)材料組合使用，可調(diào)節(jié)制品力學(xué)性能；
    5）制品質(zhì)量穩(wěn)定，外觀平滑。
    （4）缺點(diǎn)
    1）模具費(fèi)用較高；
    2）一般限于生產(chǎn)恒定橫截面的制品。
    （5）典型產(chǎn)品
    建筑屋頂橫梁、椽子、門(mén)窗框架型材、墻板、石油開(kāi)采抽油桿、鋼筋、錨桿、帳篷竿、梯子、橋梁、工具把、手機(jī)微波站罩殼、汽車(chē)板簧、傳動(dòng)軸、電纜管、光纖光纜芯、釣魚(yú)竿、隔柵、汽車(chē)空調(diào)器罩、地鐵第三軌保護(hù)罩。
    6、真空袋法法成型（Vacuum  bag  process）</P>

  
       圖8    真空袋法成示意圖</P>

    （1）概要
    此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積層在樹(shù)脂的A階段與模具在一 起，在積層上覆以橡膠袋，周邊密封，在后用真空泵抽真空，使積層受到不大于1個(gè)氣壓的壓力，而被壓實(shí)、固化、成型。
（2）原材料</P>
樹(shù)脂：主要采用環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂。不飽和聚酯樹(shù)脂與乙烯基酯樹(shù)脂則因真空泵將樹(shù)脂中的苯乙烯（交聯(lián)劑）過(guò)度抽出，可能會(huì)造成問(wèn)題，故一般不用；
    纖維：同手糊法；
    芯材：任意。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）采用普通的濕法鋪層技術(shù)，通?？色@得高纖維含量的制品；
    2）可制造大尺寸產(chǎn)品；
    3）產(chǎn)品兩面光；
    4）較濕法鋪層浸膠孔隙率低；
    5）由于壓力，樹(shù)脂流經(jīng)結(jié)構(gòu)纖維，纖維得以較好地浸漬樹(shù)脂；
    6）有利于操作人員健康和安全；真空袋減少了固化時(shí)逸出的揮發(fā)性物質(zhì)。
    （4）缺點(diǎn)
    1）額外的工藝過(guò)程增加了勞動(dòng)力和袋材成本；
    2）要求操作人員有較高的技術(shù)熟練水平；
    3）樹(shù)脂混合和含量控制基本上仍然取決于操作人員的技術(shù)；
    4）生產(chǎn)效率不高。
    （5）典型產(chǎn)品
    艇、賽車(chē)、芯材粘結(jié)、飛機(jī)鼻錐雷達(dá)罩、機(jī)翼、方向舵。
    7、樹(shù)脂膜熔浸成型（RFI-Resin  Film  Infusion）</P>


    圖9    樹(shù)脂膜熔浸成型示意圖</P>

  （1）概 要</P>
將干織物與樹(shù)脂片（樹(shù)脂片系放在一層脫模紙上提供）交替鋪放在模具內(nèi)。鋪層被真空袋包覆，藉真空泵抽真空，將干織物內(nèi)空氣抽出。然后加熱，令樹(shù)脂熔化并流浸已抽出空氣的織物，然后經(jīng)過(guò)一事實(shí)上時(shí)間即固化。
    （2）原材料
    樹(shù)脂：一般僅用環(huán)氧樹(shù)脂；
    纖維：任意；
    芯材：許多種芯材都可以使用，由于工藝過(guò)程中溫度高，對(duì)PVC泡沫需要專(zhuān)門(mén)處理，以免泡沫損壞。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）空隙率低，可精確獲得高的纖維含量；
    2）鋪層清潔，有利于健康和安全（似預(yù)浸）；
    3）可較預(yù)浸法成本低，此為主要的優(yōu)點(diǎn)；
    4）由于樹(shù)脂僅能過(guò)織物厚度方向傳遞，故樹(shù)脂未浸到白斑區(qū)可較SCRIMP（西曼復(fù)合材料公司樹(shù)脂參入成型法—Seeman  Composite Resin  Infusion  Molding  Process）少。
    （4）缺點(diǎn)
    1）目前僅用于宇航工業(yè)，還未推廣；
    2）雖然宇航工業(yè)用高壓釜系統(tǒng)產(chǎn)非總是需要，但加熱室和真空袋系統(tǒng)對(duì)于復(fù)合材料固化，總是不可少的；
    3）模具要求能經(jīng)受樹(shù)脂膜片的工藝溫度（低溫固化即需60-100&ordm;C）；
    4）要求所用芯材能經(jīng)受工藝溫度和壓力；
    （5）典型產(chǎn)品
    飛機(jī)雷達(dá)罩、艦艇聲納整流罩。
    8、預(yù)浸料（高壓釜）成型</P>

促進(jìn)劑

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圖10   預(yù)浸料高壓釜法示意圖</P>

   （1）概要
    預(yù)先在加熱、加壓或使用溶劑的條件下，將織物和（或）纖維預(yù)先用預(yù)催化樹(shù)脂預(yù)浸漬。固化劑大多能在環(huán)境溫度下，讓預(yù)浸材料貯存幾周或幾個(gè)月，仍能保質(zhì)使用。當(dāng)要延長(zhǎng)保持期，材料須在冷凍條件下貯存。樹(shù)脂通常在環(huán)境溫度下呈臨界固態(tài)。故觸摸預(yù)浸材料時(shí)有輕微的黏附感，象膠帶似的。制作單向預(yù)浸漬材料的纖維直接由紗架下來(lái)，與樹(shù)脂結(jié)合。預(yù)浸漬材料用手或機(jī)械鋪于模具表面，通過(guò)真空袋抽真空，并通常加熱到120-180&ordm;C。使樹(shù)脂重新流動(dòng)，并最終固化。盛開(kāi)附加壓力通常藉助高壓釜（實(shí)際上是一座壓力加熱罐）提供，它能對(duì)鋪層施加達(dá)5個(gè)大氣壓的壓力。</P>
（2）原材料
    樹(shù)脂：通常用環(huán)氧樹(shù)脂，不飽和聚酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂及高溫樹(shù)脂，如聚酰亞胺、氰酸酯、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等；
    纖維：任意。雖然由于在工藝過(guò)程中，高溫分對(duì)芯材有些影響，需要采用某些專(zhuān)門(mén)的泡沫芯材。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）預(yù)浸材料制造人員可精確地調(diào)整樹(shù)脂/固化劑水平和樹(shù)脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖維含量。
    2）材料于操作人員十分安全，無(wú)礙健康，操作清潔；
    3）單向帶纖維成本最低，因?yàn)槲沩殞⒗w維預(yù)先轉(zhuǎn)為織物的二次加工過(guò)程；
    4）由于制造過(guò)程采用可滲透的高粘度樹(shù)脂，樹(shù)脂化學(xué)性能力學(xué)和熱性能可以是最適宜的；
    5）材料有效時(shí)間長(zhǎng)（室溫下可保質(zhì)數(shù)月），這意味著可優(yōu)化結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料易鋪層；
    6）可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和節(jié)省勞動(dòng)力。
    （4）缺點(diǎn)
    1）對(duì)于預(yù)浸織物，材料成本高；
    2）通常要對(duì)高壓釜固化復(fù)合材料制品，耗費(fèi)大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；
    3）模具需能承受作業(yè)溫度；
    4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。
    （5）典型產(chǎn)品
    飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（如機(jī)翼和尾翼）、衛(wèi)星與運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)件（太陽(yáng)能電池基板、夾層結(jié)構(gòu)板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車(chē)、運(yùn)動(dòng)器材（如網(wǎng)球拍、滑雪板等）。
    9、低溫 固化預(yù)浸料成型</P>


    圖11   低溫固化預(yù)浸料成型示意圖</P>
（2）原材料
    樹(shù)脂：通常用環(huán)氧樹(shù)脂，不飽和聚酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂及高溫樹(shù)脂，如聚酰亞胺、氰酸酯、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等；
    纖維：任意。雖然由于在工藝過(guò)程中，高溫分對(duì)芯材有些影響，需要采用某些專(zhuān)門(mén)的泡沫芯材。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）預(yù)浸材料制造人員可精確地調(diào)整樹(shù)脂/固化劑水平和樹(shù)脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖維含量。
    2）材料于操作人員十分安全，無(wú)礙健康，操作清潔；
    3）單向帶纖維成本最低，因?yàn)槲沩殞⒗w維預(yù)先轉(zhuǎn)為織物的二次加工過(guò)程；</P>

促進(jìn)劑

4）由于制造過(guò)程采用可滲透的高粘度樹(shù)脂，樹(shù)脂化學(xué)性能力學(xué)和熱性能可以是最適宜的；
    5）材料有效時(shí)間長(zhǎng)（室溫下可保質(zhì)數(shù)月），這意味著可優(yōu)化結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料易鋪層；
    6）可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和節(jié)省勞動(dòng)力。
    （4）缺點(diǎn)
    1）對(duì)于預(yù)浸織物，材料成本高；
    2）通常要對(duì)高壓釜固化復(fù)合材料制品，耗費(fèi)大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；
    3）模具需能承受作業(yè)溫度；
    4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。
    （5）典型產(chǎn)品
    飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（如機(jī)翼和尾翼）、衛(wèi)星與運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)件（太陽(yáng)能電池基板、夾層結(jié)構(gòu)板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車(chē)、運(yùn)動(dòng)器材（如網(wǎng)球拍、滑雪板等）。
    9、低溫 固化預(yù)浸料成型</P>


    圖11   低溫固化預(yù)浸料成型示意圖</P>
（1）概要
    低溫固化預(yù)浸料完全按通常的預(yù)浸料方法制備，但樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)使其得以在60-100&ordm;C溫度下固化。在60&ordm;C時(shí)，材料可操作保持期可小到限于1個(gè)星期，但亦可延長(zhǎng)到幾個(gè)月。樹(shù)脂系統(tǒng)的流動(dòng)截面適于采用真空袋壓力，避免采用高壓釜。
    （2）材料
    樹(shù)脂：一般僅采用環(huán)氧樹(shù)脂；
    纖維：任意，同通常的預(yù)浸料；
    芯材：任意，雖然一般 的PVC泡沫需要特別注意。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）具有傳統(tǒng)預(yù)浸料法所具備的的一些條優(yōu)點(diǎn)；
    2）模具材料較便宜，如木材亦可用，因其固化溫度較低故；
    3）可容易地制造大型結(jié)構(gòu)。因?yàn)閮H需真空袋壓力；固化溫度低，可采用簡(jiǎn)單的熱空氣循環(huán)加熱室（經(jīng)常就地建造大于制品的加熱室 ）
；
    4）可采用普通的PVC泡沫芯材，略作處理即可；
    5）能耗低。
    （4）缺點(diǎn)
    1）材料成本仍高于預(yù)浸織物；
2）需加熱室和真空袋系統(tǒng)，以固化制品；
    3）模具需能經(jīng)受高于環(huán)境溫度的溫度（常用60-100&ordm;C）；
    4）仍有能耗，因需高于環(huán)境溫度固化。
    （5）典型產(chǎn)品
    高性能風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、賽艇、救生艇、火車(chē)用零部件。
    10、SCRIMP,RIFT,VARTM</P>

     圖12   SCRIMP,RIFT,VARTM示意圖</P>

    （1）概要
    SCRIMP（Seeman  Composite  Infusion  Molding  Process—西曼復(fù)合材料公司樹(shù)脂滲透成型法）,RIFT（Resin  Infusion  umder Flexibe Tooling—柔性模具樹(shù)脂滲透法）  ,VARTM（Vscuum  Assisted  Transfer  Molding—真空輔助樹(shù)脂傳遞成型）這三種工藝原理相似。
    將織物作為干鋪層材料入模內(nèi)，如同RTM。然后覆以剝離保護(hù)層和縫編非結(jié)構(gòu)織物。整個(gè)鋪層用真空袋覆罩好。袋無(wú)滲漏后，讓樹(shù)脂流到積層。樹(shù)脂很容易流經(jīng)非結(jié)構(gòu)織物而在整個(gè)鋪層分布。SCRIMP法在真空袋與鋪層之間可置加壓模塊，利于提高制作表觀與結(jié)構(gòu)密實(shí)度。
    （2）材料
    樹(shù)脂：常用環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯和乙烯基酯樹(shù)脂；
    纖維：任意種類(lèi)普通織物。這些工藝方法縫編材料很好用，因其間隙使得樹(shù)脂快速流動(dòng)；
    芯材：除蜂窩外，各種芯材均可用。
    （3）優(yōu)點(diǎn)
    1）同RTM，但制品僅一面光，不似RTM兩面光；
    2）由于模具一半是真空袋，主模具僅需較低強(qiáng)度，故模具成本甚低；
    3）可制造大尺寸產(chǎn)品；
    4）通常的濕法鋪層工具可改進(jìn)以用于這些成型法；
    5）一次作業(yè)即可生產(chǎn)芯材結(jié)構(gòu)。
  （4）缺點(diǎn)
    1）要完成好相對(duì)復(fù)雜的操作過(guò)程；
    2）樹(shù)脂粘度必須非常低，限制了制品的力學(xué)性能；
    3）存在鋪層未浸到樹(shù)脂，而造成的廢品浪費(fèi)的可能性；</P>4） SCRIMP的一些工藝要素已被專(zhuān)利所限。
    （5）典型產(chǎn)品
    小艇半成品、列車(chē)和卡車(chē)車(chē)身面板。

促進(jìn)劑

三、環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的應(yīng)用
    環(huán)氧樹(shù)脂是先進(jìn)復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的樹(shù)脂體系，它可適用于多種成型工藝，可配制成不同配方，可調(diào)節(jié)粘度范圍大；以便適應(yīng)于不同的生產(chǎn)工藝。它的貯存壽命長(zhǎng)，固化時(shí)不釋出揮發(fā)物，固化收縮率低，固化后的制品具有極佳的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐熱、耐濕性能和高的絕緣性，因此，目前環(huán)氧樹(shù)脂“統(tǒng)治”著高性能復(fù)合材料的市場(chǎng)。
    （一）環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在航空工業(yè)中應(yīng)用
    40年代初，電子工業(yè)的需要，尋找一種適宜的材料，做防護(hù)軍用飛行器的雷達(dá)天線，特別是防護(hù)戰(zhàn)斗機(jī)及轟炸機(jī)上的雷達(dá)天線。采用雷達(dá)罩是用來(lái)防護(hù)氣候?qū)茈娮觾x器的影響。玻璃鋼具有優(yōu)良的透雷達(dá)波性能，足夠的機(jī)械強(qiáng)度和簡(jiǎn)便的成型工藝，使它成為理想的雷達(dá)罩材料。這是歷史上第一次采用玻璃鋼制造雷達(dá)罩，同時(shí)又大大地促進(jìn)了玻璃鋼材料的研究。
    60年代玻璃鋼技術(shù)在直升機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用有所突破，如西德M．B．B．公司研制玻璃鋼旋翼槳葉，逐步取代金屬鋁蒙皮／鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的金屬槳葉。但由于玻璃鋼的模量低，不能制造高強(qiáng)度的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。
    70年代初，隨著硼纖維、碳纖維、芳綸纖維等相繼出現(xiàn)，這些高級(jí)增強(qiáng)纖維的比剛度、比強(qiáng)度、耐疲勞性能等優(yōu)于金屬材料，由它們來(lái)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂組成的復(fù)合材料，已在飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)件（主受力件）上得到應(yīng)用。
    近10多年來(lái)，考慮到這些高級(jí)增強(qiáng)纖維的價(jià)格都比較高，為了更合理的用材，大力開(kāi)發(fā)混雜復(fù)合材料（Hybrid  Composites）的研究。
    以復(fù)合材料在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用為代表。美國(guó)兩家噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠：通用電器—飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)集團(tuán)公司（GE—AEBG）和普惠公司，以及其它一些二次承包公司，都在用高性能復(fù)合材料取代金屬制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。如發(fā)動(dòng)機(jī)艙系統(tǒng)的許多部緊推力反向器、風(fēng)扇罩、風(fēng)扇出風(fēng)道導(dǎo)流片等都用復(fù)合材料制造。如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣罩的外殼是由美國(guó)聚合物公司的碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)混料（E707A）疊鋪而成，它具有耐177℃高溫的熱氧化穩(wěn)定性科殼表面光滑如鏡面，有利于形成層流。又如FW 4 0O0型發(fā)動(dòng)機(jī)有8 0個(gè)149℃的高溫空氣噴口導(dǎo)流片也是用碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料制造的。
    在316℃這一極限溫度以下的環(huán)境中，復(fù)合材料不僅性能優(yōu)于金屬，而且經(jīng)濟(jì)效益高。據(jù)波音公司估算，噴氣客機(jī)重量每減輕一磅，是飛機(jī)在整個(gè)使用期限內(nèi)可節(jié)省 100 0美元。據(jù)法布萊特公司估算，美國(guó)第年約有100萬(wàn)磅復(fù)合材料用于制造噴氣飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件，銷(xiāo)售額高達(dá)5000萬(wàn)美元。
   目前環(huán)氧樹(shù)脂的連續(xù)使用溫度最高約在280℃以下，近來(lái)DOW化學(xué)公司的一種多功能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂Tactlx742，用二氨基二苯砜固化劑；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件。用二氨基二苯砜固化劑；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件。
    （二）環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在航天工業(yè)中的應(yīng)用
    宇航技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)材料高比模量、高比強(qiáng)度的要求，特別嚴(yán)格，使先進(jìn)復(fù)合材料成為宇航技術(shù)必需的材料。作為結(jié)構(gòu)材料的基作樹(shù)脂基本上都采用環(huán)氧樹(shù)脂。其主要的應(yīng)用范圍如下：
    1、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體
    在50年代末，采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體取代鋼殼，使結(jié)構(gòu)減輕50％一60％。后來(lái)，“三叉戟1”、 M X的三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體全部采用芳綸／環(huán)氧樹(shù)脂體系，重量又比玻璃鋼的同尺寸殼體減輕50％。
    阿里亞娜運(yùn)載火箭許多結(jié)構(gòu)件均用碳纖維／環(huán)氧樹(shù)脂制造。
    2．戰(zhàn)略導(dǎo)彈上的應(yīng)用
    美國(guó)早已采用纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料作彈頭結(jié)構(gòu)殼體、儀器艙、級(jí)間段等50多個(gè)分系統(tǒng)部件。據(jù) 洛克希德導(dǎo)彈與宇航公司稱用碳纖維／環(huán)氧樹(shù)脂制造的機(jī)構(gòu)取代鋁結(jié)構(gòu)，可使結(jié)構(gòu)減輕40％。
    3、衛(wèi)星和宇航器上的結(jié)構(gòu)應(yīng)用
    衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的輕型化對(duì)衛(wèi)星功能及運(yùn)載火箭的要求至關(guān)重要，所以對(duì)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的重量要求很?chē)?yán)。國(guó)際通訊衛(wèi)星VA中心推力筒用碳纖維復(fù)合材料取代鋁后減重23kg(約占3O％),可使有效載荷艙增加 450條電話線路，僅此一項(xiàng)盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用。美、歐衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量不到總重的10％，其原因就是廣泛使用了先進(jìn)復(fù)合材料。。
    4．航天飛機(jī)上的應(yīng)用
    美國(guó)航天飛機(jī)上使用的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料總重約2噸，采用先進(jìn)復(fù)合材料后減重410kg，而且明顯減少了飛行過(guò)程中因復(fù)雜的溫度環(huán)境引起的變形。航天飛機(jī)進(jìn)入軌道后，用機(jī)械手投放和回收衛(wèi)星，機(jī)械手上臂、前臂是用超高模量石墨纖維 GY— 7 0增強(qiáng)環(huán)氧制成的。
    總之，復(fù)合材料已成為宇航工業(yè)中不可缺少的關(guān)鍵材料。
    （三）環(huán)氧復(fù)合材料在民用工業(yè)中的應(yīng)用
    凡是對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要求高的增強(qiáng)塑料制品基本上采用環(huán)氧樹(shù)脂作為基體。
    1、玻璃鋼的壓力容 器和管道
    我國(guó)北京、西安、重慶、自貢已生產(chǎn)汽車(chē)用壓縮天然氣（CNG）瓶，北京已成為現(xiàn)在世界上使用CNG公交車(chē)最多的城市。
    國(guó)內(nèi)已經(jīng)有4家企業(yè)生產(chǎn)纖維纏繞環(huán)氧玻璃鋼高壓管。對(duì)直徑100mm以下的管道工作壓力達(dá)25Mpa。值得注意的是這種管無(wú)須內(nèi)襯層！
    60年代國(guó)內(nèi)鋼瓶十分緊張，采用纖維纏繞成型制造玻璃鋼氣瓶相當(dāng)活躍，曾制定過(guò)部頒標(biāo)準(zhǔn)FC194-74，90R年修改后制定ZBQ23004一90。 玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器，以634環(huán)氧樹(shù)脂和616酚醛樹(shù)脂體系為基體，使用環(huán)氧樹(shù)脂一二甲基咪唑體系，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹(shù)脂體系，用此配方制成水研用的壓力容器。迄今北京251環(huán)氧樹(shù)脂一二甲基咪唑體系，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹(shù)脂體系，用此配方制成水研用的壓力容器。迄今北京251廠已生產(chǎn)各種氣瓶10萬(wàn)只，北京天海公司2004年生產(chǎn)CNG氣瓶2.6萬(wàn)只，月產(chǎn)曾達(dá)3000只。
    2、玻璃鋼電機(jī)護(hù)環(huán)、套環(huán)等
    護(hù)環(huán)套裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端，保護(hù)轉(zhuǎn)子線圈的端部，防止在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，受離心力作用。它是發(fā)電機(jī)受力最大的部件之一，對(duì)強(qiáng)度和模量要求比較高，采用輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料可以取代無(wú)鎳反磁合金鋼。早在上世紀(jì)60年代末國(guó)內(nèi)先后生產(chǎn)1.25W千瓦和2.5萬(wàn)千瓦兩種發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)。后者由北京重型電機(jī)廠、杭州玻璃鋼化工設(shè)備廠和上海材料研究所等單位合作，選用高強(qiáng)度（S）玻璃纖維和高模量（M）玻璃纖維進(jìn)行纏繞，用62O7（脂環(huán)族）環(huán)氧樹(shù)脂一酸酐體系樹(shù)脂配方和 AFG— 9 0環(huán)氧樹(shù)脂（縮水甘油胺型）—— HK—0 21酸酐體系作為基體，使用多年情況良好。
    玻璃鋼套環(huán) 3 0 00千瓦以下的在杭州玻璃鋼化工設(shè)備廠生產(chǎn)，已在北京重型電機(jī)廠安裝出廠30年，屬于定型產(chǎn)品。
    此外，發(fā)電機(jī)定子線圈端部支撐環(huán)，裝在定子線圈的鼻端，承受最大載荷是發(fā)電機(jī)發(fā)生短路的瞬間，亦采用玻璃鋼制造，稱為玻璃鋼綁環(huán)。這種綁環(huán)安裝在10萬(wàn)千瓦的氣輪發(fā)電機(jī)上，已使用30余年。在國(guó)內(nèi)最大的60萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)用的玻璃鋼錐殼（其作用類(lèi)似于支撐環(huán)）已用了20多年。
    玻璃鋼絕緣子，有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。絕緣子的作用是把帶電線路或帶電零部件之間隔開(kāi)，既要求絕緣又要求高強(qiáng)度，電絕緣和耐腐（室外用），采用玻璃鋼很適用。國(guó)外在露天的22萬(wàn)伏輸電桿上的絕緣于已采用環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼成批生產(chǎn)。

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3、防腐蝕制品
    通常不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼的力學(xué)性能在45℃以上強(qiáng)度就會(huì)明顯下降，同時(shí)不飽和聚酯樹(shù)脂耐堿性較差。如果在防腐蝕制品中要求強(qiáng)度高，耐溫性好等則建議選用環(huán)氧玻璃鋼。如上海市上鋼二廠，在生產(chǎn)硫酸鐵過(guò)程中，反應(yīng)槽需要連續(xù)在120℃使用，選用環(huán)氧玻璃鋼取得了很滿意的效果。
    4、玻璃鋼模具
    （1）玻璃鋼鑄造模具
    用玻璃鋼制成的鑄造模具，比木模、鋁模的效果好的多，使用壽命長(zhǎng)，通常在萬(wàn)次以上，價(jià)格也比較便宜。
    （2）玻璃鋼制品模具
    采用噴射成型、樹(shù)脂傳遞模塑（ RTM）成型所需的制品模具，通常都用不飽和聚酯玻璃鋼模具。筆者建議采用環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼模具更好，具有模具強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
    5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片   我國(guó)目前已做到長(zhǎng)23m，國(guó)外已經(jīng)超過(guò)50m。6、碳纖維補(bǔ)強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)
    6、運(yùn)動(dòng)器材
    高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、壁球拍、滑雪板、漁具、自行車(chē)架等。
    四、我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂市場(chǎng)分析
    據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年中國(guó)大陸環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)量30萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)20%；進(jìn)口26萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)31%；出口3.558萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)69%，表現(xiàn)消費(fèi)量50萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)21%。
    2004市場(chǎng)比例為：


涂料
<p>
<p>45%
<p>
<p>電子電器
<p>
<p>36%
<p>
<p>復(fù)合材料
<p>
<p>5%
<p>
<p>粘結(jié)劑
<p>
<p>-7%
<p>
<p>其它（交聯(lián)劑等）
<p>
<p>-7%
<p>
<p>    2003年我國(guó)大陸生產(chǎn)高壓玻璃鋼環(huán)氧管3000噸，約用環(huán)氧樹(shù)脂1300噸。建筑結(jié)構(gòu)采用CF（碳纖維）補(bǔ)強(qiáng)用環(huán)氧樹(shù)脂5 00噸。
    絕緣棒管生產(chǎn)2000噸，用環(huán)氧樹(shù)脂1000噸。
    2003年生產(chǎn)環(huán)氧玻璃鋼2萬(wàn)噸，采用環(huán)氧樹(shù)脂9000余噸。
    2003年生產(chǎn)玻璃纖維基覆銅板14萬(wàn)噸，采用環(huán)氧樹(shù)脂6.15萬(wàn)噸。2004年可增長(zhǎng)3O％以上。所用環(huán)氧樹(shù)脂將達(dá)8萬(wàn)噸。
    2003年用于生產(chǎn)乙烯基酯樹(shù)脂（VER）采用環(huán)氧樹(shù)脂2900噸。
    國(guó)產(chǎn)樹(shù)脂的質(zhì)量穩(wěn)定性有待于進(jìn)一步提高，因而國(guó)內(nèi)一些復(fù)合材料廠家在生產(chǎn)要求性能較高的產(chǎn)品（如絕緣棒、絕緣管）時(shí)，常采用陶氏（DOW），殼牌（Shell）、巴克立特（Bakelite)等國(guó)外公司的產(chǎn)品。
    繼美國(guó)陶氏化學(xué)在江蘇省張家港市建設(shè)一年產(chǎn)能4．1萬(wàn)噸環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)廠后并擬建一年產(chǎn)能 4萬(wàn)噸的廠；韓國(guó)國(guó)都化學(xué)正在昆山建一年產(chǎn) 2萬(wàn)噸的環(huán)氧樹(shù)脂廠，并擬再建一年產(chǎn)2萬(wàn)噸環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)線。
    臺(tái)塑子公司宏仁集團(tuán)引進(jìn)日本東都化成技術(shù)在廣州興建了年產(chǎn)能2.3萬(wàn)噸的環(huán)氧樹(shù)脂廠。日本鋼鐵化學(xué)公司子公司Tohto  Kasei公司轉(zhuǎn)讓技術(shù)給黑龍江省齊華化學(xué)公司建一年產(chǎn)能2萬(wàn)噸的環(huán)氧樹(shù)脂廠。
    值得補(bǔ)充的是，環(huán)氧樹(shù)脂還可用于文物保護(hù)。在長(zhǎng)江三峽的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物重慶市云陽(yáng)縣張飛廟（張桓侯廟）整體搬遷過(guò)程中，大量殘損磚石是以環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)修補(bǔ)或灌注成型定型 ，使這座始建于三國(guó)蜀漢末年（距今 1780年）的古建筑得以回復(fù)留存。
<p>

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感謝陳博老師提供的好文！全文帶圖片請(qǐng)看鏈接： http://www.169chem.net/chen/chen.htm

biyebo

上玻所也做過(guò)纏繞氣瓶，數(shù)控多軸，可惜精度差。