玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料PPT学习教案

1、会计学1玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料为什么采用环氧树脂做基体？ 环氧树脂固化收缩率代低，仅环氧树脂固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%；粘结力强；有；粘结力强；有B阶段，有利于生产工艺；阶段，有利于生产工艺； 可低压固化，挥发份甚低可低压固化，挥发份甚低； 固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。以FW(纤维缠绕)法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。 玻璃含量GF/EPR(玻纤含量80wt%)AISI1008 冷轧钢相对密度2.087.86拉伸强度55

2、1.6Mpa331.0MPa拉伸模量27.58GPa206.7GPa伸长率1.6%37.0%弯曲强度689.5MPa弯曲模量34.48GPa压缩强度310.3MPa331.0MPa第1页/共22页1、手糊成型、手糊成型湿法铺层成型湿法铺层成型2、夹层结构成型（手糊法、机械、夹层结构成型（手糊法、机械法）法）3、模压成型、模压成型4、层压成型、层压成型5、缠绕成型、缠绕成型6、拉挤成型、拉挤成型7、注射成型、注射成型8、喷射成型、喷射成型9、真空袋压力成型、真空袋压力成型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10、压力袋成型、压力袋成型11、树脂注射和树脂传递、

3、树脂注射和树脂传递RTM模塑成模塑成型型12、卷制成型、卷制成型13、真空辅助注射成型、真空辅助注射成型14、离心浇铸成型、离心浇铸成型15、片状、片状smc（团状（团状bmc）模塑成型）模塑成型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，目前我国还是以手糊成型为主，在树脂基复合材料中约占在树脂基复合材料中约占80%。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16种：种：第2页/共22页表表1 不同成型方法的玻璃钢不同成型方法的玻璃钢(欧洲地区）产量欧洲地区）产量第3页/共22页（一）、手糊成型（一）、手糊成型(hand lay up)(hand lay

4、 up) 第4页/共22页2 2、手糊成型工艺的优点、手糊成型工艺的优点： 1)、不受尺寸、形状的限制；、不受尺寸、形状的限制； 2)、设备简单、投资少；、设备简单、投资少； 3)、工艺简单；、工艺简单； 4)、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； 5)、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。第5页/共22页3、手糊成型工艺的缺点、手糊成型工艺的缺点 1）、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差；）、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差； 2）、产品性能稳定性差；有些树脂有害健康）、产品性能稳定性差；有些树脂有害健康

5、3）、产品力学性能较低。）、产品力学性能较低。 自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢的反应速度慢104倍，倍，一般聚酯树脂制品固化时，表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖，一般聚酯树脂制品固化时，表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖，也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则自由基与周围也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则自由基与周围空气中的空气中的O2 、H2O反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完全而发粘全而发粘 4 4、手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄膜？、手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄

6、膜？5、手糊成型易发生的缺陷及防止措施、手糊成型易发生的缺陷及防止措施1 1）、制品表面发粘）、制品表面发粘原因原因1 1：空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用：空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用解决办法：解决办法： （1 1）在树脂中加入）在树脂中加入0.020.02左右的液体石蜡；左右的液体石蜡； （2 2）在树脂中掺加）在树脂中掺加5 5的异腈酸酯的异腈酸酯 ； （3 3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；）制品表面覆盖薄膜隔绝空气； 第6页/共22页原因2： 引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引发剂、促进剂。 2）、制品内气泡太多）、制品内气泡太多 原因原因1： 树脂用量过多树脂用量过多 解决办法

7、：解决办法： 1 1、控制胶含量、控制胶含量 2 2、注意拌合方式、注意拌合方式 原因原因2： 树脂粘度过大树脂粘度过大解决办法：解决办法： 1 1、适当增加稀释剂、适当增加稀释剂2 2、提高环境温度、提高环境温度 原因原因3： 增强材料选择不当增强材料选择不当 选用浸透性好的无捻玻璃布选用浸透性好的无捻玻璃布 3）、流胶）、流胶树脂粘度太小，树脂粘度太小，可加入可加入2 23 3的活性氧化硅。的活性氧化硅。 配料不均匀，配料不均匀， 充分搅拌充分搅拌 。固化剂用量不足，固化剂用量不足， 适当调整固化剂用量适当调整固化剂用量。第7页/共22页6、典型产品、典型产品舰艇、风力发电机叶片、游乐设备

8、、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。第8页/共22页（二）、（二）、SMCSMC成型成型 片状模塑料成型片状模塑料成型(Sheet Molding Compound)(Sheet Molding Compound)简称简称SMCSMC 第9页/共22页成型方法SMC喷射成型树脂注射成型成型 设备费 模具费 成型周期/min 成型温度/成型压力/Mpa成型作业 高易 便宜便宜60min1日1540常压要熟练 中中3020020602要熟练成型材料 材料操作 填料 玻璃纤维/% 臭味 SMC 非黏着半固体高填充2040弱 树脂、G

9、F过氧化物、其他胶衣液态树脂、玻璃纤维无2535强 树脂、GF过氧化物、其他胶衣液态树脂、玻璃纤维低填充2530强制品 大小/ 壁厚/mm 壁厚控制 尺寸精度 复杂形状 加热尺寸变化 耐候性 501.220容易高容易无中 不限1.51.0困难中困难有高 50212容易中困难有高SMC成型与喷射成型、树脂注射成型的优缺点成型与喷射成型、树脂注射成型的优缺点 第10页/共22页（三）、树脂传递成型（三）、树脂传递成型RTM RTM RTM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；合模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打

10、开模具，取下产品。树模并将模具夹紧；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，压力促使树脂快速传递到模具内脂胶凝过程开始前，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。，浸渍纤维材料。 第11页/共22页 RTM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0.4-0.5Mpa。当制造高纤维含量（体积。当制造高纤维含量（体积比超过比超过50）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0.7Mpa.纤维增强材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

11、个模具内注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，可选择真空辅助注射。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材制作。若采用加热工艺，宜用钢模。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。第12页/共22页 优点优点 1） 制品纤维含量可较高，未被树脂浸的部分非常少；制品纤维含量可较高，未被树脂浸的

12、部分非常少； 2） 闭模成型，生产环境好；闭模成型，生产环境好； 3） 劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低；劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低； 4） 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； 5） 成型周期较短；成型周期较短； 6） 产品可大型化；产品可大型化； 7） 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； 8） 可与芯材、嵌件一体成型可与芯材、嵌件一体成型 9） 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。 缺点缺点 1） 不宜制作较小产品不宜制作较小产品 2

13、） 因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价位也高一些因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价位也高一些第13页/共22页典型产品典型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 第14页/共22页（四）、预浸料（四）、预浸料(高压釜高压釜)成型成型 第15页/共22页2、优点 1)预浸材料制造人员可精确地调整树脂预浸材料制造人员可精确地调整树脂/固化剂水平和树脂在纤维中的含量；固化剂水平和树脂在纤维中的含量；可以可靠地得到高纤维含量。可以可靠地得到高纤维含量。 2)材料于操作人员十分安全，无碍健康，操作清洁；材料于操作人员十分安

14、全，无碍健康，操作清洁； 3)单向带纤维成本最低，因为毋须将纤维预先转为织物的二次加工过程；单向带纤维成本最低，因为毋须将纤维预先转为织物的二次加工过程； 4)由于制造过程采用可渗透的高粘度树脂，树脂化学性能力学和热性能可以是最适宜的；由于制造过程采用可渗透的高粘度树脂，树脂化学性能力学和热性能可以是最适宜的； 5)材料有效时间长材料有效时间长(室温下可保质数月室温下可保质数月)，这意味着可优化结构、复合材料易铺层；，这意味着可优化结构、复合材料易铺层； 6)可能实现自动化和节省劳动力。可能实现自动化和节省劳动力。 第16页/共22页(4)缺点 1)对于预浸织物，材料成本高； 2)通常要对高压

15、釜固化复合材料制品，耗费大、作业慢、制品尺寸受限制； 3)模具需能承受作业温度； 4)芯材需要承受作业温度和压力。 (5)典型产品 飞机结构复合材料(如机翼和尾翼)、卫星与运载火箭结构件(太阳能电池基板、夹层结构板、卫星接口支架、火箭整流罩等)、赛车、运动器材(如网球拍、滑雪板等)。 第17页/共22页三、力学性能分析三、力学性能分析 （一）、复合材料的弹性模量分析（一）、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树脂浇注体为参照,当基体中填加不同体积分数的玻璃纤维后当基体中填加不同体积分数的玻璃纤维后,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

16、。 第18页/共22页（二）、复合材料的强度分析（二）、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,当外力由基体传递至纤维时当外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会使力的作用方向发生变化变化,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散,对复合材料的破坏作用减缓对复合材料的破坏作用减缓,从而使材料的强度得到提高。但当纤维含从而使材料的强度得到提高。但当纤维含量过多时量过多时,

17、部分纤维难以被树脂充分浸润部分纤维难以被树脂充分浸润,从而在材料中形成许多结合较弱从而在材料中形成许多结合较弱的界面的界面,当材料受力时当材料受力时,这些界面容易脱附拔出这些界面容易脱附拔出,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 第19页/共22页当玻璃纤维体积含量为当玻璃纤维体积含量为50%时时,复合材料的性能较好复合材料的性能较好 四、玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的应用四、玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的应用 （一）、在航空、航天工业中应用（一）、在航空、航天工业中应用 （二）、环氧复合材料在民用工业中的应用（二）、环氧复合材料在民用工业中的应用 1、玻璃钢的压力容器和管道、玻璃钢的压力容器和管道 2、玻璃钢电机护环、套环等、玻璃钢电机