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返回主页 > 复合材料术语科普

你是做什么的?复合材料。

哦,复合材料是什么?

玻璃钢又是什么?

玻璃纤维、碳纤维、树脂……这些又都是什么?

 


 

复合材料

 

说到复合材料,做复材的人都知道,但真的要大家用一句话概括出来却不一定能说全面。所谓复合材料,是指由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。

 

虽然只是一句话,但信息量还是蛮大的。简单点理解就是各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。最简单的例子,混凝土也是一种复合材料。

 


 

玻璃钢

 

玻璃和钢,好像两者在强度上完全不是一个等级的物体,怎么会关联在一起。玻璃钢正名玻璃纤维增强塑料,俗称FRP(Fiber Reinforced Plastics),即纤维增强复合塑料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料(GFRP),碳纤维增强复合塑料(CFRP),硼纤维增强复合塑料等。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料,以合成树脂作基体材料的一种复合材料。这种复合材料的力学性能可和钢材媲美,因此叫玻璃钢,其实这是我们国内一种通俗的叫法,属于中国特色。

 


 

玻璃纤维

 

玻璃纤维(fiberglass或Glass fiber)是一种无机非金属材料,由矿石(主要成分为二氧化硅)或玻璃球,经高温熔融,拉制成直径为几微米到二十几个微米的单丝,再络成原丝。原丝又可加工成各种玻璃纤维制品,包括常见的短切毡、方格布、轴向布、复合毡等。

 

(相关文章阅读:关于玻璃纤维你不知道的一些技术参数

 


 

碳纤维

 

碳纤维(carbon fiber)是指含碳量高于90%的无机高分子纤维,其中含碳量高于99%的称石墨纤维。目前的生产工艺主要是把有机纤维经纤维纺丝、预氧化、碳化、石墨化4个过程而制成,按纤维基材分聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维等。

 

工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类,但主要生产前两种碳纤维。而PAN基碳纤维因其生产工艺较其他方法简单,产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。

 

碳纤维以其优异的力学性能被广泛应用于国防军工、航空航天、汽车、电子、运动器材等领域,后续在复合材料中的应用也会越来越受到关注。

 

 


 

树脂

 

树脂本义上为一种高分子聚合物,其定义是:相对分子量不确定但通常较高,常温下呈固态、中固态、假固态,有时也可以是液态的有机物质。具有软化或熔融温度范围,在外力作用下有流动倾向,破裂时常呈贝壳状。广义上是指用作塑料基材的聚合物或预聚物。一般不溶于水,能溶于有机溶剂。按来源可分为天然树脂和合成树脂;按其加工行为不同的特点又有热塑性树脂和热固性树脂之分。

 

从定义中可以看出树脂是一种混合物,用于制造玻璃钢的为热固性树脂,其特点是在加热、加压下或在固化剂、紫外光作用下,进行化学反应,交联固化成为不溶不熔的物质。常见的热固性树脂有:不饱和树脂(UP)、乙烯基树脂(VE)、环氧树脂(EP)、聚氨酯树脂(PU)、酚醛树脂(PF)、呋喃树脂等。

 

热塑性树脂的特点是具有受热软化、冷却硬化的性能,而且不起化学反应,无论加热和冷却重复进行多少次,均能保持这种性能。凡具有热塑性树脂其分子结构都属线型。常见的热塑性树脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET、PBT)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)等等。

 


 

胶衣

 

胶衣英文名称gel coat,它是在树脂中加入颜料和触变剂等分散而成的玻璃钢(FRP)及台面面漆用来开发的着色触变性产品。

 

所谓触变性指物体(如树脂、涂料)受到剪切时,稠度变小,停止剪切时,稠度又增加。或受到剪切时,稠度变大,停止剪切时,稠度又变小的性质。即一触即变的性质。

 

胶衣本质上也属于一种特殊的树脂,其主要作用是对玻璃钢制品的表面装饰和对结构层的保护。

 

按树脂基体不同分不饱和聚酯类、乙烯基类、环氧类胶衣。

 


 

预浸料

 

预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物,制成树脂基体与增强体的组合物,是制造复合材料的中间材料。

 

之所以叫预浸料是因为这只是树脂与纤维的初步含浸,在产品成型时才是最终含浸的缘故。预浸料使用方便,成型过程清洁,孔隙率低及含胶量可控,使其近年来的应用大幅上升。

 

按树脂基体不同,又分为热固性树脂预浸料和热塑性树脂预浸料。

 


 

固化剂与促进剂

 

固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂,是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应,使热固性树脂发生不可逆的变化过程,固化是通过添加固化(交联)剂来完成的。

 

促进剂:与催化剂或固定剂并用时,可以提高反应速率的一种用量较少的物质。

 

说到固化剂与促进剂,必须着重强调一下安全问题。固化剂具有很强的腐蚀性,因此要做好防护措施,不能直接接触到人体。另外,与树脂或胶衣专用的促进剂混合会发生起火,甚至爆炸。因此为了避免发生事故,两者一定要分开储存。往树脂或胶衣中添加时一定要先加促进剂,搅拌均匀后,再添加固化剂。(这一点需要切记,关乎到人身安全

 


 

脱模剂

 

脱模剂是用在两个彼此易于粘着的物体表面的一个界面涂层,它可使物体表面易于脱离、光滑及洁净。简单点理解就是能让产品从模具上顺利分离的一种物质,常见的脱模剂种类有无机物、有机物以及高聚物三类。

 

在玻璃钢生产中常用的脱模剂有固态蜡、半永久脱模水等。

 


 

夹芯材料

 

用于复合材料夹层结构的夹芯材料主要有:硬质泡沫、蜂窝和轻木三类。其主要作用是提高产品刚性,减轻重量。一般做成三明治夹芯结构。

 

硬质泡沫主要有聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亚胺(PEI)和丙烯腈一苯乙烯(SAN或AS)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、发泡聚酯(PET)等。

 

蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等。蜂窝夹层结构的强度高,刚性好,但蜂窝为开孔结构,与上下面板的粘接面积小,粘接效果一般没有泡沫好。

 

轻木(balsa)夹芯材料是一种天然产品,市场常见的轻木夹芯主要产自南美洲的种植园,由于气候原因,轻木在当地生长速度特别快,所以比普通木材轻很多,且其纤维具有良好的强度和韧性,特别适合用于复合材料夹层结构。

 


 

热压罐

 

热压罐(HotAirAutoelave或简写Atitoelave)是一种针对聚合物基复合材料成型工艺特点的工艺设备。能同时提供的均匀温度和均布压力使聚合物基复合材料固化,比传统的固化炉做出来的产品更密实,孔隙率更低。

 


 

真空辅材

 

所谓真空辅材是指真空工艺中用到的一些辅材,主要包括有:真空袋膜、隔离膜、脱模布、透气毡、导流网、密封胶带、压敏胶带、其它(缠绕管、树脂管、注胶座、快速接头等)。