复合材料定义 化学复合材料的定义

2024-11-2802:08:37综合资讯0

01 喷涂工艺(Spray Lay-up)

1.1 工艺概念

喷涂工艺通过手持喷枪将纤维切割成短纤维并喷入催化树脂中。这些树脂和纤维在模具中形成复合材料,随后在常温条件下自然固化(见图1)。

1.2 主要材料

该工艺通常采用聚酯树脂作为基体,而玻璃纤维粗纱作为增强材料。

1.3 主要优势

经过多年验证,广泛应用。

该工艺能高效地将纤维与树脂一起沉积。

生产成本较低,适合大规模生产。

1.4 主要缺点

层压板的树脂含量较高,导致成品重量较大。

由于使用短纤维,制成的层压板机械性能较差。

为了实现喷涂效果,所用树脂粘度较低,这可能影响其热性能和机械性能。

高苯乙烯含量的树脂对健康有一定危害,且易渗透工作服等防护措施。

控制空气中苯乙烯的浓度已变得越来越困难。

1.5 典型应用

喷涂工艺适用于生产简单的外壳或轻负荷结构件,如大篷车车身、卡车整流罩、浴缸、淋浴盘和小型船只等。

02 长丝缠绕工艺(Filament Winding)

2.1 工艺概念

长丝缠绕工艺主要用于生产空心部件,特别是圆形或椭圆形的容器,如管道和储罐。该工艺通过树脂浴处理纤维束,并将其绕在旋转的芯轴上。缠绕的纤维方向由纤维输送系统和芯轴的旋转方向共同决定(见图2)。

2.2 主要材料

树脂基体可以是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或酚醛树脂等。纤维不需要织成织物,可以直接从纤维筒中取出使用。

2.3 主要优势

该工艺既快捷又经济。

树脂含量可通过每束纤维的树脂浸润情况来精准控制。

由于省略了织物处理环节,纤维的成本较低。

可根据荷载需求,精确地在纤维铺设过程中调整纤维方向,优化层压板的力学性能。

2.4 主要缺点

适用范围有限,通常只适用于制造凸形部件。

纤维的铺设不能沿着整个组件的长度进行。

生产大型部件时,成本较高。

该工艺的外表面不进行模具加工,外观不如其他工艺精致。

通常需要使用低粘度树脂,这可能影响最终制品的机械和安全性能。

2.5 典型应用

长丝缠绕工艺适用于生产化学品储罐、管道、气瓶、消防员呼吸器等。

03 湿铺工艺(Wet Lay-up)

3.1 工艺概念

湿铺工艺通过手工将树脂渗透到各种纤维织物中,常用的浸渍工具包括滚筒、刷子或压辊。树脂通过旋转的压辊与树脂浴结合,压入织物中。然后,这些层压板在常温下固化(见图3)。

3.2 主要材料

可选用的树脂类型包括环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯或酚醛树脂,纤维种类没有特别限制。

3.3 主要优势

该工艺已被广泛使用多年。

若使用常温固化树脂,成本较低。

可选的供应商和材料种类繁多。

由于使用的是织物,纤维长度和含量较高,有助于提升复合材料的性能。

3.4 主要缺点

树脂的混合及层压板质量高度依赖于操作人员技术,若不控制好,层压板中可能会有过多的空隙。

使用低分子量树脂时,可能带来较大的健康和安全风险。

没有高效的萃取系统时,苯乙烯的浓度可能会超过法定限值。

树脂需要较低的粘度以便手动操作,但低粘度可能会影响材料的机械性能和热稳定性。

3.5 典型应用

湿铺工艺常见于制造风力涡轮机叶片、船只外壳、建筑装饰条等。

04 真空袋工艺(Vacuum Bagging)

4.1 工艺概念

真空袋工艺是湿铺工艺的延伸。其通过在铺设完树脂的层压板上覆盖塑料膜,并将其密封在模具上,然后利用真空泵抽走袋内空气,施加大气压力帮助固化过程加速(见图4)。

4.2 主要材料

环氧树脂和酚醛树脂常用于真空袋工艺,而聚酯和乙烯基酯树脂在此过程中可能会遇到问题,因为真空抽取过程中容易萃取苯乙烯。厚重的织物也可能因压力作用而湿透。

4.3 主要优势

相比湿铺工艺,真空袋工艺通常能提供更高的纤维含量和更低的空隙率。

通过施加压力,树脂在纤维中更均匀地分布,减少空隙,提升材料密度。

由于真空袋的密封作用,挥发性物质的释放量明显减少,有助于改善工作环境的健康安全。

4.4 主要缺点

需要额外的劳动力和消耗品成本,如一次性包装材料。

操作难度较高,需要熟练的操作人员。

尽管可以减少挥发性物质的释放,但相比其他方法,量仍然较大。

4.5 典型应用

真空袋工艺适用于大型一次性巡航船、赛车部件及某些船只中的核心粘接装置等高端复合材料制造。

05 拉挤成型(Pultrusion)

5.1 工艺概念

拉挤成型工艺通过将纤维从筒子架拉出,浸入树脂浴后,通过加热模具固化。这一过程可以精确控制树脂含量,且固化后的材料自动切割成定长制品。该工艺特别适合生产具有恒定截面的复合型材(见图5)。

5.2 主要材料

常见的树脂基体包括环氧树脂、聚酯、乙烯基酯和酚醛树脂,纤维种类不限。

5.3 主要优势

高效、经济的浸渍和固化过程。

树脂含量可精确控制,有助于确保最终产品的质量。

由于大部分纤维来自筒子架,减少了原材料成本。

由于纤维的定向排列,材料的力学性能较好,纤维体积分数较高。

5.4 主要缺点

仅适用于截面恒定的型材。

加热模具的成本可能较高。

5.5 典型应用

拉挤成型广泛用于屋顶结构、桥梁、梯子和框架梁等建筑和工程应用。

06 树脂传递模塑(Resin Transfer Moulding, RTM)

6.1 工艺概念

树脂传递模塑工艺通常采用干织物预置在模具中,经过加热或真空辅助树脂注射,将树脂注入模腔并通过压力使其渗透整个织物,最终固化形成复合材料。此工艺的关键是树脂的均匀浸润和模具的密封(真空辅助树脂注射,VARI)。