产业用纺织品

1、新兴的学科第三章第三章 产业用纺织品产业用纺织品 的加工技术的加工技术 纺织结构复合材料纺织结构复合材料 第二节第二节 复合材料的性能特点复合材料的性能特点 复合材料的最大特点是其性能具有可设计性。复合材料的最大特点是其性能具有可设计性。 影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材料的性能、含量及分布状况；基体材料的性能和含量；料的性能、含量及分布状况；基体材料的性能和含量；以及它们之间的界面结合情况等。因此，不论那一类以及它们之间的界面结合情况等。因此，不论那一类复合材料，就是同一类复合材料的性能也不是一个定复合材料，就是同一类复合材料的性能也不

2、是一个定值。根据所选择的工艺和材料设计，性能往往差异很值。根据所选择的工艺和材料设计，性能往往差异很大。大。 例如手糊聚酯玻璃钢（玻璃纤维例如手糊聚酯玻璃钢（玻璃纤维/聚酯树脂复合材聚酯树脂复合材料）的密度可在料）的密度可在1.42.2g/cm范围变化，拉伸强度可以范围变化，拉伸强度可以在在70350MPa范围变动。这就是说复合材料的性能是范围变动。这就是说复合材料的性能是根据使用要求进行设计的。但在使用温度和材料硬度根据使用要求进行设计的。但在使用温度和材料硬度方面，三类复合材料有明显的区别。如方面，三类复合材料有明显的区别。如树脂基复合材树脂基复合材料的使用温度一般料的使用温度一般6025

3、0；金属基复合材料为；金属基复合材料为400600；陶瓷基复合材为；陶瓷基复合材为10001500。复合材料。复合材料的硬度主要取决于基体材料性能，一般硬度为陶的硬度主要取决于基体材料性能，一般硬度为陶瓷基瓷基复合材料大于金属基复合材料，金属基复合材料大于复合材料大于金属基复合材料，金属基复合材料大于树脂基复合材料。树脂基复合材料。 复合材料主要性能复合材料主要性能种类种类 树脂基复合材料树脂基复合材料 金属基复合材料金属基复合材料 无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料性能性能 热塑性热塑性 热固性热固性 轻金属轻金属 复合材料复合材料 陶瓷基陶瓷基 粘胶剂基粘胶剂基密度密度 1.11.1

4、1.6 1.61.62.2 1.91.94.5 1.91.94.0 3.03.05.5 1.8 1.82.1使用温度使用温度()80()80250 8080200 200200400 400400600 100010001500 200200400燃烧性能燃烧性能燃燃 燃燃 不燃不燃 不燃不燃 不燃不燃 不燃不燃拉伸强度拉伸强度( (MPa)65MPa)65300 1401401300 68681200 5305301400 7070900 4040150具体表现为：具体表现为：1、比强度、比模量大、比强度、比模量大：就力学性能而言，复合材料就力学性能而言，复合材料力学性能取决于增强材料的性能

5、、含量和分布，基体材力学性能取决于增强材料的性能、含量和分布，基体材料的性能和含量。它是可以根据使用条件进行设计，从料的性能和含量。它是可以根据使用条件进行设计，从强度方面来讲，三类复合材料都可以获得强度方面来讲，三类复合材料都可以获得较高的强度。较高的强度。2、耐疲劳性能好、耐疲劳性能好：纤维增强复合材料在疲劳过：纤维增强复合材料在疲劳过程中，裂纹先在纤维或基体薄弱处出现，扩展到程中，裂纹先在纤维或基体薄弱处出现，扩展到结合面，损伤逐渐积累，导致破坏。表明纤结合面，损伤逐渐积累，导致破坏。表明纤维增维增强复合材料具有较好的损伤容限和疲劳寿命。强复合材料具有较好的损伤容限和疲劳寿命。 3、力学

6、性能的可设计性、力学性能的可设计性：选择性能不同的纤维：选择性能不同的纤维和基体，以及它们的体积百分比，设计纤维铺设和基体，以及它们的体积百分比，设计纤维铺设方向、叠层，甚至立体结构，以及结方向、叠层，甚至立体结构，以及结构的形状和构的形状和几何尺寸，以使结构在性能、重量和成本诸方面几何尺寸，以使结构在性能、重量和成本诸方面的指标达到最优化。的指标达到最优化。 4 4、减震性好、减震性好 ：复合材料的比刚度高，因此它的构件具有：复合材料的比刚度高，因此它的构件具有很高的自振频率，可防止共振的发生。纤维增强聚合物很高的自振频率，可防止共振的发生。纤维增强聚合物复合材料的界面或层间存在内摩擦，聚合

7、物基体又具有复合材料的界面或层间存在内摩擦，聚合物基体又具有粘弹性，因此这种复合材料粘弹性，因此这种复合材料具有比金属大得多的内阻尼，具有比金属大得多的内阻尼，减振效率高。减振效率高。5 5、安全性能好、安全性能好：复合材料中有大量的增强纤维，过载时复合材料中有大量的增强纤维，过载时先是薄弱环节部分的纤维发生断裂，使得应力重先是薄弱环节部分的纤维发生断裂，使得应力重新分布，新分布，然后通过基体传给未破断纤维，因此不影响整体结构继然后通过基体传给未破断纤维，因此不影响整体结构继续承载，仍能安全使用。续承载，仍能安全使用。6 6、高温或低温和热稳定性好、高温或低温和热稳定性好 ：碳纤维增强聚酰亚胺

8、等碳纤维增强聚酰亚胺等复合材料，可在复合材料，可在250250300300条件下使用，高温蠕变变形条件下使用，高温蠕变变形小。碳小。碳碳复合材料具有良好的耐热冲击性能，其短碳复合材料具有良好的耐热冲击性能，其短时间使用温度可达时间使用温度可达30003000，且仍保持一定的，且仍保持一定的机械性能。机械性能。7 7、成型工艺性能好、成型工艺性能好：复合材料可采用低压手糊成型、模复合材料可采用低压手糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成型等各种方法压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成型等各种方法制制成各种形状的产品，加工量小，节省材料和能源，减少成各种形状的产品，加工量小，节省材料和能源，减

9、少模夹具，加工周期短。模夹具，加工周期短。 8 8、生物相容性好、生物相容性好 ：碳纤维复合材料与人体组织、骨骼：碳纤维复合材料与人体组织、骨骼和血液的相容性比金属好，可用以制造人工韧带、骨和血液的相容性比金属好，可用以制造人工韧带、骨骼、骼、假肢、心脏瓣膜和体外循环的血液过滤器。假肢、心脏瓣膜和体外循环的血液过滤器。 9 9、 其它特性其它特性（1 1）耐烧蚀性好；）耐烧蚀性好；（2 2）良好的摩擦性能；）良好的摩擦性能；（3 3）高度的电绝缘性能；）高度的电绝缘性能；（4 4）优良的化学稳定性和耐腐蚀性；）优良的化学稳定性和耐腐蚀性；（5 5）功能复合材料还有特殊的光、电、磁特性；）功能复

10、合材料还有特殊的光、电、磁特性；（6 6）复合材料的耐老化性能，取决于基体材料性能）复合材料的耐老化性能，取决于基体材料性能和与增强材料的界面粘接。和与增强材料的界面粘接。一般来讲，其耐老化的优劣次序为：陶瓷基一般来讲，其耐老化的优劣次序为：陶瓷基复合材料大于金属基复合材料，金属基复合材料大于树脂基复合材料。树脂基复合材复合材料大于金属基复合材料，金属基复合材料大于树脂基复合材料。树脂基复合材料的耐老化性能也可通过改进树脂配方、增加表面防护层等方法来提高和改善。料的耐老化性能也可通过改进树脂配方、增加表面防护层等方法来提高和改善。（7 7）三类复合材料的导热性能和优劣比较为：）三类复合材料的导

11、热性能和优劣比较为：金属基复合材料金属基复合材料50655065W/mKW/mK；陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料0.73.5 0.73.5 W/mKW/mK；树脂基复合材料树脂基复合材料0.350.45 0.350.45 W/mKW/mK。 第三节第三节 复合材料的应用复合材料的应用 复合材料范围广、产品多，在国防工复合材料范围广、产品多，在国防工业和国民经济各部门中都有广泛的应用。业和国民经济各部门中都有广泛的应用。 1 1、石油化工方面应用石油化工方面应用：不饱和聚酯树脂基复合材料（玻：不饱和聚酯树脂基复合材料（玻璃钢）具有耐酸、碱、油、有机溶剂等腐蚀性能，耐腐蚀璃钢）具有耐酸、碱、油、有机

12、溶剂等腐蚀性能，耐腐蚀性大大优于钢材、铜、铅、硬木等，因此用作各种化工管性大大优于钢材、铜、铅、硬木等，因此用作各种化工管道、阀门、泵、贮槽、塔器及反道、阀门、泵、贮槽、塔器及反应器内衬等，现已成为石应器内衬等，现已成为石油化工设备防腐蚀重要材料。油化工设备防腐蚀重要材料。2 2、 交通运输方面应用交通运输方面应用：纤维增强的复合材料具有重量轻、纤维增强的复合材料具有重量轻、比强度高，抗微生物作用以及制造工艺简单等优点，已在比强度高，抗微生物作用以及制造工艺简单等优点，已在轮船、汽车、铁路车辆、飞机、宇航设备等制造工业有了轮船、汽车、铁路车辆、飞机、宇航设备等制造工业有了日益广泛应用。例如，制

13、造小型船艇的船体，巡逻艇、扫日益广泛应用。例如，制造小型船艇的船体，巡逻艇、扫雷艇、赛艇、鱼船，还有深水探测器等。在汽雷艇、赛艇、鱼船，还有深水探测器等。在汽车工业上已车工业上已用用SMCSMC复合材料制成轿车外壳及配件。铁路车辆上已制成复合材料制成轿车外壳及配件。铁路车辆上已制成车身、窗门、窗框、水箱等。在飞机上的应用如机翼、尾车身、窗门、窗框、水箱等。在飞机上的应用如机翼、尾翼、操纵面的蒙皮、喷嘴、油箱、螺旋桨等。翼、操纵面的蒙皮、喷嘴、油箱、螺旋桨等。 3 3、电气工业方面应用、电气工业方面应用 ：玻璃纤维增强的复合材料具有优玻璃纤维增强的复合材料具有优良的电绝缘性能，可以制成各种开关装

14、置，电缆输送管良的电绝缘性能，可以制成各种开关装置，电缆输送管道、高频绝缘子、印刷电路版、电机防腐绝缘材料，以及道、高频绝缘子、印刷电路版、电机防腐绝缘材料，以及电讯工程上制造各种类型雷达罩。电讯工程上制造各种类型雷达罩。 4 4、建筑材料方面应用建筑材料方面应用：玻璃纤维增强复合材料是一种轻质高强：玻璃纤维增强复合材料是一种轻质高强度的结构材料，具有隔热、透光、防水等优点，已成为现代新度的结构材料，具有隔热、透光、防水等优点，已成为现代新型建筑结构材料。如用作农业透光暖房的玻璃钢瓦楞板（波形型建筑结构材料。如用作农业透光暖房的玻璃钢瓦楞板（波形板），蜂窝材料增强的透明玻璃钢隔墙板，一般门窗框

15、架，落板），蜂窝材料增强的透明玻璃钢隔墙板，一般门窗框架，落水斗管，以及人造大理石、人造玛瑙全套卫生水斗管，以及人造大理石、人造玛瑙全套卫生间浴缸和各种器间浴缸和各种器具等。具等。5 5、军工方面应用军工方面应用：主要用于生产引信体、子弹、弹壳（教练：主要用于生产引信体、子弹、弹壳（教练弹）、炮弹护环、枪托、火箭外壳、导弹壳体、火箭筒、雷达弹）、炮弹护环、枪托、火箭外壳、导弹壳体、火箭筒、雷达罩等。罩等。 6 6、体育用品方面应用体育用品方面应用：如撑竿、弓箭、球拍、雪橇、赛车、滑：如撑竿、弓箭、球拍、雪橇、赛车、滑板、赛艇、皮艇、划桨等。板、赛艇、皮艇、划桨等。 7 7、农业、渔业方面应用、

16、农业、渔业方面应用 ：各种复合材料温室（用于蔬菜、花各种复合材料温室（用于蔬菜、花卉生产，水产养殖，粮食干燥，养鸡，养猪等）、粮仓、饲料卉生产，水产养殖，粮食干燥，养鸡，养猪等）、粮仓、饲料仓、化粪槽、水渠、喷雾器、花盆、牛奶运送车、粪便运输车仓、化粪槽、水渠、喷雾器、花盆、牛奶运送车、粪便运输车等。等。6 6、机械制造方面应用、机械制造方面应用 ：有玻璃钢叶片、风机、造纸机械配件：有玻璃钢叶片、风机、造纸机械配件（打浆机部件、导辊和案辊）、柴油机部件、纺织机械部件、（打浆机部件、导辊和案辊）、柴油机部件、纺织机械部件、化纤机械部件（过滤器、离心罐、套片等）、贮能飞轮、消声化纤机械部件（过滤器

17、、离心罐、套片等）、贮能飞轮、消声设备、磁选机筒身、轴套、煤矿机械部件、齿轮、法兰圈、皮设备、磁选机筒身、轴套、煤矿机械部件、齿轮、法兰圈、皮带轮和防护罩等。带轮和防护罩等。 西方主要国家在汽车、建筑和造船等工业中玻璃钢用量比较西方主要国家在汽车、建筑和造船等工业中玻璃钢用量比较美国美国 汽车工业（汽车工业（26%26%） 建筑工业（建筑工业（18.6%18.6%）造船业（）造船业（17%17%）西欧西欧 电子工业（电子工业（21.3%21.3%） 汽车工业（汽车工业（21.1%21.1%）建筑业（）建筑业（13.813.8）日本日本 建筑工业（建筑工业（40.140.1） 工业材料（工业材料

18、（15%15%） 防腐工程（防腐工程（12%12%）加拿大加拿大 汽车工业（汽车工业（29.3%29.3%） 造船业（造船业（26.3%26.3%） 建筑业（建筑业（16%16%） 注：括号内为占总量的百分比注：括号内为占总量的百分比 第四节第四节 基体材料基体材料树脂体系树脂体系 一、概述一、概述 树脂指的是一种无定行的半固态、固态或假树脂指的是一种无定行的半固态、固态或假固态的高分子化合物。固态的高分子化合物。按其来源分为天然树脂及按其来源分为天然树脂及合成树脂。一般不溶于水，可溶于乙醇、乙醚等合成树脂。一般不溶于水，可溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。透明或半透明，不导电，无固定熔有机溶剂中。

19、透明或半透明，不导电，无固定熔点，但有软化点或熔融范围。受热变软，并逐渐点，但有软化点或熔融范围。受热变软，并逐渐熔化。熔化时发粘。能反复受热软化（或熔化）熔化。熔化时发粘。能反复受热软化（或熔化）的树脂称为热塑性树脂；经过一次受热软化（或的树脂称为热塑性树脂；经过一次受热软化（或熔化）冷却凝固后变成不熔状态的树脂称为热固熔化）冷却凝固后变成不熔状态的树脂称为热固性树脂。性树脂。 复合材料中的基体有三种主要作用：复合材料中的基体有三种主要作用：把纤维把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。境影响。树脂基体性能比较树脂基体性能比较性能性能

20、 环氧树脂环氧树脂 环氧树脂环氧树脂 先进的先进的 聚酯聚酯 酚醛酚醛 温室固化温室固化 热固化热固化密度密度 1.11.11.31.3 1.21.21.41.4 1.31.3 1.21.2 1.21.3拉伸强度拉伸强度MpaMpa 505070 7090 60 5060 5060拉伸模量拉伸模量GpaGpa 23 2.53 3.5 23 511破坏延伸率破坏延伸率% % 26 25 2 23 1.2压缩强度压缩强度MpaMpa 80100 120130 300 120140 70200最高使用温度最高使用温度7070100 100180 180 6080 100125 注：注：(1）所列的数

21、据是按有关的）所列的数据是按有关的ASTM标准方法得到的。标准方法得到的。 （2）推荐与先进纤维一起使用的一种典型树脂。）推荐与先进纤维一起使用的一种典型树脂。 （3）所列为热变温度，是近似地测定玻璃化转变区的开始温度。）所列为热变温度，是近似地测定玻璃化转变区的开始温度。二、环氧树脂二、环氧树脂1、概述、概述 环氧树脂是一类含有两个或两个以上环氧环氧树脂是一类含有两个或两个以上环氧基的混合物。基的混合物。其主要类型是由多元酚与环氧其主要类型是由多元酚与环氧氯丙烷在碱性条件下起反应形成的。若多元氯丙烷在碱性条件下起反应形成的。若多元酚为二酚丙基烷，就得到最常见的环氧树脂。酚为二酚丙基烷，就得到

22、最常见的环氧树脂。这些材料的商品名称如这些材料的商品名称如Epikote或或Epon 828 DOW 331，Araldite F，6010等等。这些树脂等等。这些树脂是以透明的淡黄色粘稠液体形成供应的。是以透明的淡黄色粘稠液体形成供应的。DPP基环氧树脂（标准型）基环氧树脂（标准型） DDM的三缩水甘油醚（先进树脂）的三缩水甘油醚（先进树脂） CH2CHCH2OCOCH2CHOOCH2CH3CH3CH2OCHCH2CH2CHCH2NOCH2NCH2CHCH2CHOOCH2CH2 H2NC H2C H2NHC H2C H2N H2 (c)DET，室温固化剂室温固化剂 （d）DDM，热固化剂热固

23、化剂CH2NH2H2N12、 环氧树脂的优缺点环氧树脂的优缺点环氧树脂的主要环氧树脂的主要优点优点是：是：（1）、粘接力强，固化机械强度高；）、粘接力强，固化机械强度高；（2）、能为特殊用途提供最佳性能，能控制断）、能为特殊用途提供最佳性能，能控制断裂韧性；裂韧性；（3）、使用方便，无挥发物；）、使用方便，无挥发物；（4）、固化收缩率低，固化体积收缩率为）、固化收缩率低，固化体积收缩率为14%，制品的尺寸稳定性好；，制品的尺寸稳定性好；（5）、良好的热稳定性；）、良好的热稳定性；（6）、电绝缘性好，耐化学腐蚀性能（特别是）、电绝缘性好，耐化学腐蚀性能（特别是耐碱性）好；耐碱性）好；（7）、树脂

24、保存期长，可制成）、树脂保存期长，可制成B阶树脂，有良阶树脂，有良好制造预浸渍制品的特性。好制造预浸渍制品的特性。环氧树脂的主要环氧树脂的主要缺点缺点是：是：（1）、成本比聚酯树脂高（特殊树脂的成本可能更）、成本比聚酯树脂高（特殊树脂的成本可能更高）；高）；（2）、粘度大（指双酚）、粘度大（指双酚A型），一般不适合喷射成型），一般不适合喷射成型；型；（3）、固化速度比较慢，达到完全固化必须热处理，）、固化速度比较慢，达到完全固化必须热处理，使得不如聚酯树脂使用方便；使得不如聚酯树脂使用方便；（4）、对某些有机材料（特别是有机酸和酚）的抗）、对某些有机材料（特别是有机酸和酚）的抗腐蚀性能和高温性

25、能差；腐蚀性能和高温性能差； （5）、固化剂毒性大。）、固化剂毒性大。 三、聚酯树脂三、聚酯树脂1、概述、概述 聚酯树脂由二元酸与二元醇（乙二醇）或二元酚的聚酯树脂由二元酸与二元醇（乙二醇）或二元酚的混合物缩合而成。这种二元酸混合物混合物缩合而成。这种二元酸混合物含有不饱和酸。含有不饱和酸。 Propylence glycolPropylence glycol 丙二醇丙二醇 ： Phthalic anhydridePhthalic anhydride邻苯二甲酸酐：邻苯二甲酸酐： Maleic anhydrideMaleic anhydride 马莱酸酐：马莱酸酐： Hydroquinone H

26、ydroquinone 对苯二酚：对苯二酚： Monomeric styrenceMonomeric styrence 单体苯乙烯：单体苯乙烯： 聚酯树脂的成分聚酯树脂的成分CH2OHCHMcOHCOCOOCHOHCHOHOHOOHCHCH22、聚酯种类、聚酯种类 聚酯的主要商业改型是通过用代用材料部分更换聚酯的主要商业改型是通过用代用材料部分更换饱和酸或乙二醇来改变聚酯的组分为基础的。例如，用饱和酸或乙二醇来改变聚酯的组分为基础的。例如，用间苯二酸代替标准邻苯二酸（间苯二甲酸聚酯）或用二间苯二酸代替标准邻苯二酸（间苯二甲酸聚酯）或用二酚基甲烷代替一些乙二醇酚基甲烷代替一些乙二醇(“DDP树脂

27、树脂”)而得到强度和而得到强度和耐久性好的树脂。另一种通用的改型是用已二酸，这种耐久性好的树脂。另一种通用的改型是用已二酸，这种酸改善了固化后基体的柔软性和增加了断裂伸长率。酸改善了固化后基体的柔软性和增加了断裂伸长率。3、聚酯固化、聚酯固化 固化聚酯最常用的引发剂是过氧化甲乙酮（固化聚酯最常用的引发剂是过氧化甲乙酮（MEKP），），它通常是以邻苯二甲酸二甲酯溶液它通常是以邻苯二甲酸二甲酯溶液形式提供的。以形式提供的。以石蜡油的溶液提供的环烷酸钴作为石蜡油的溶液提供的环烷酸钴作为MEKP的催化剂。的催化剂。 4、小结、小结优点：优点： （1）、固化迅速，且能在常温下固化，无挥发性产）、固化迅速

28、，且能在常温下固化，无挥发性产物；物；（2）、初始粘度低，易浸润增强体；）、初始粘度低，易浸润增强体；（3）、可用多种手段实现固化，如引发剂、紫外线射）、可用多种手段实现固化，如引发剂、紫外线射线等；线等；（4）、可低压成型，接触压也可成型；）、可低压成型，接触压也可成型；（5）、机械性能与电性能优良；）、机械性能与电性能优良；（6）、化学性能稳定；）、化学性能稳定；（7）、具有良好的环境耐久性、耐热性、耐药品性、）、具有良好的环境耐久性、耐热性、耐药品性、阻燃、触变性等；阻燃、触变性等；（8）、可着色，可获得透明美观的涂膜；）、可着色，可获得透明美观的涂膜； （9）、成本低，对特殊用途容易通

29、过多种工艺措施）、成本低，对特殊用途容易通过多种工艺措施来进行制造。来进行制造。 缺点缺点：（1）、空气中氧的存在会阻碍固化；）、空气中氧的存在会阻碍固化；（2）、固化过程中的温度升高和收缩率大（这两个）、固化过程中的温度升高和收缩率大（这两个因素导致产生加工应力），从而使纤维因素导致产生加工应力），从而使纤维/基体间的基体间的胶接强度比较差；胶接强度比较差；（3）、固化不当时，由于固化放热收缩就会产生裂）、固化不当时，由于固化放热收缩就会产生裂纹；纹；（4）、固化易受温度、湿度的影响；）、固化易受温度、湿度的影响；（5）、若体系具有足够的剪切强度则变得比较脆，）、若体系具有足够的剪切强度则变

30、得比较脆，在体系中韧性添加剂看来是无效的；在体系中韧性添加剂看来是无效的；（6）、通用聚酯有可燃性；）、通用聚酯有可燃性；（7）、硫磺、酚类化合物、碳等混入时，固化困难；）、硫磺、酚类化合物、碳等混入时，固化困难；（8）、特殊金属或化合物对固化影响较大；）、特殊金属或化合物对固化影响较大； （9）、对非常稀的碱的耐腐蚀性也差。）、对非常稀的碱的耐腐蚀性也差。 四、乙烯基酯树脂四、乙烯基酯树脂 用不饱和羟基化合物（例如乙烯醇）代替聚酯用不饱和羟基化合物（例如乙烯醇）代替聚酯中的某些乙二醇，并去掉不饱和酸可得到与聚酯非中的某些乙二醇，并去掉不饱和酸可得到与聚酯非常相似的树脂体系。这些材料称为乙烯基

31、酯树脂，常相似的树脂体系。这些材料称为乙烯基酯树脂，并以苯乙烯单体溶液的形式在市场上出售。其使用并以苯乙烯单体溶液的形式在市场上出售。其使用方法与聚酯相同。这些材料的主要优点是提高了纤方法与聚酯相同。这些材料的主要优点是提高了纤维和基体之间的胶接强维和基体之间的胶接强度。总之，这些材料类似于度。总之，这些材料类似于聚酯。聚酯。 五、酚醛树脂五、酚醛树脂1、概述、概述 当酚醛树脂在碱性条件下与甲醛缩合时，发生聚合反当酚醛树脂在碱性条件下与甲醛缩合时，发生聚合反应。若仔细控制这个体系，聚合反应就能停止，此时聚应。若仔细控制这个体系，聚合反应就能停止，此时聚合物仍然是可熔的或可溶的。这种预聚物称为可

32、溶性酚合物仍然是可熔的或可溶的。这种预聚物称为可溶性酚醛树脂。它将在醛树脂。它将在热的作用下或者酸性或碱性催化剂作用热的作用下或者酸性或碱性催化剂作用下聚合，得到一种具有复杂化学结构的致密交联材料。下聚合，得到一种具有复杂化学结构的致密交联材料。 交联酚醛树脂的结构（可溶性酚醛树脂）交联酚醛树脂的结构（可溶性酚醛树脂） CH2CH2OHCH2CH2OHCH2OHCH2CH2O CH2OHCH2OHCH2CHCHCH2OHCH2OHCH2OHCH2CH2若在酸条件下完成预聚反应，则按不同的聚若在酸条件下完成预聚反应，则按不同的聚合反应流程可得到一种热塑性酚醛树脂。这合反应流程可得到一种热塑性酚醛

33、树脂。这种酚醛树脂自身不会聚合，但是在胺的络合种酚醛树脂自身不会聚合，但是在胺的络合物，通常为六次甲基四胺作用下能交联。物，通常为六次甲基四胺作用下能交联。 交联酚醛树脂的结构（热塑性酚醛树脂）交联酚醛树脂的结构（热塑性酚醛树脂） H OC H2NC H2C H2O HC H2O HC H2N H C H2O HC H NC H2C H2O HC H2C H2O HC H2C H2O HC H2O H 2、酚醛树脂的性能、酚醛树脂的性能用于复合材料的酚醛树脂预聚物是固态的，然而用于复合材料的酚醛树脂预聚物是固态的，然而通常提供的是溶液。由于稀释作用，溶液在室温通常提供的是溶液。由于稀释作用，溶

34、液在室温下是稳定的。通常用布料或毡片作为纤维用这种下是稳定的。通常用布料或毡片作为纤维用这种溶液来浸渍，再把溶剂挥发掉。再对所得到的产溶液来浸渍，再把溶剂挥发掉。再对所得到的产物进行热处理，使树脂体系部分聚合。这种材料物进行热处理，使树脂体系部分聚合。这种材料称为预浸料，若这种树脂进行了热处理，则称为称为预浸料，若这种树脂进行了热处理，则称为B阶预浸料（阶预浸料（A阶为液态或粘性固态预聚物，阶为液态或粘性固态预聚物，B阶是阶是一种低粘性的可熔固体，一种低粘性的可熔固体，C阶是完全固化状态）。阶是完全固化状态）。然后把预聚料按要求的方向铺叠，并加热加压使然后把预聚料按要求的方向铺叠，并加热加压使

35、之固化。所有热固化树脂（包括环氧树脂和聚酯之固化。所有热固化树脂（包括环氧树脂和聚酯树脂）一般都以这种方式使用，而酚醛树脂只能树脂）一般都以这种方式使用，而酚醛树脂只能用作预浸用作预浸料。料。 3 3、酚醛树脂的特点、酚醛树脂的特点酚醛树脂的主要酚醛树脂的主要优点优点是：具有优良的耐高温性，特别是：具有优良的耐高温性，特别是在氧化条件下。这特别对它们的烧蚀性，即直接在是在氧化条件下。这特别对它们的烧蚀性，即直接在火焰中的烧穿速度有影响。在这些条件下，酚醛树脂火焰中的烧穿速度有影响。在这些条件下，酚醛树脂会很快碳化，并在外表产生一层优质的多孔碳。在表会很快碳化，并在外表产生一层优质的多孔碳。在表

36、面多孔碳层慢慢烧尽的同时，保护了内部的复合材料。面多孔碳层慢慢烧尽的同时，保护了内部的复合材料。而其它树脂所形成的多孔碳层往往质量差，会较快烧而其它树脂所形成的多孔碳层往往质量差，会较快烧尽，生成气态物质。尽，生成气态物质。酚醛树脂的酚醛树脂的缺点缺点是：在聚合反应期间需要施加高压从是：在聚合反应期间需要施加高压从而很难使用它们，颜色差（由棕褐色变到黑色），由而很难使用它们，颜色差（由棕褐色变到黑色），由于空隙含量高，用它制成的复合材料的力学性能比由于空隙含量高，用它制成的复合材料的力学性能比由其它树脂制成的复合材料的力学性能差。其它树脂制成的复合材料的力学性能差。六、其它树脂六、其它树脂 已

37、经研制了多种树脂准备用于已经研制了多种树脂准备用于耐高温（例如：耐高温（例如：250250350350）复）复合材料合材料。例如，市场上少量可以买到的树脂有：聚酰亚胺（。例如，市场上少量可以买到的树脂有：聚酰亚胺（PIPI）双马双马来酰亚胺（来酰亚胺（BMIBMI）和聚苯并咪唑和聚苯并咪唑( (FBI)FBI)。这些树脂都是常常含有稠杂环这些树脂都是常常含有稠杂环的复杂的芳香材料。它们是由四官能芳香酸和芳香二胺的复杂的芳香材料。它们是由四官能芳香酸和芳香二胺( (PI)PI)或四胺或四胺( (PBI)PBI)制成的。经常在酸酐和碱性催化剂下对这种预聚物进行热处理制成的。经常在酸酐和碱性催化剂下

38、对这种预聚物进行热处理以得到交联网状物。到目前为止，这类树脂能持久地经受以得到交联网状物。到目前为止，这类树脂能持久地经受300300左右左右的温度（短时间能经受高达的温度（短时间能经受高达420420的温度）。的温度）。 大部分耐高温树脂，固化反应的目的是在高温下通过链间的分子大部分耐高温树脂，固化反应的目的是在高温下通过链间的分子重新排列，使网状物具有更大的刚度。由于这些复杂的反应所要求的重新排列，使网状物具有更大的刚度。由于这些复杂的反应所要求的温度非常高，所以必须保证部分形成的预制网具有高温稳定性。当交温度非常高，所以必须保证部分形成的预制网具有高温稳定性。当交联和分子重新排列反应交替

39、发生时，为了在处于最高固化温度之前先联和分子重新排列反应交替发生时，为了在处于最高固化温度之前先让聚合反应和交联进行到底，固化循环往往是复杂的。让聚合反应和交联进行到底，固化循环往往是复杂的。 BMI BMI树脂可采用与普通的环氧树脂所用的类似方法操作。这类树脂树脂可采用与普通的环氧树脂所用的类似方法操作。这类树脂的热性能提高了。的热性能提高了。PIPI和和PBIPBI树脂的使用比较困难，并且要求预浸工艺树脂的使用比较困难，并且要求预浸工艺和高温高压的固化条件。和高温高压的固化条件。PIPI比比PBIPBI的耐热性能好，但是使用比较困难。的耐热性能好，但是使用比较困难。第五节第五节 复合材料的

40、成型工艺复合材料的成型工艺一、复合材料成型工艺的范围一、复合材料成型工艺的范围 复合材料的设计包括性能（功能）设计、结构复合材料的设计包括性能（功能）设计、结构（强度、刚度）设计和工艺设计三个相互关联的组成（强度、刚度）设计和工艺设计三个相互关联的组成部分。性能设计要求充分考虑最终产品的使用条件，部分。性能设计要求充分考虑最终产品的使用条件，设计出具有与要求性能相符合的复合材料；结构设计设计出具有与要求性能相符合的复合材料；结构设计是根据所承受的载荷和使用环境，确定结构形状尺寸，是根据所承受的载荷和使用环境，确定结构形状尺寸，以确保产品安全、可靠；工艺设计则是选择与产品性以确保产品安全、可靠；

41、工艺设计则是选择与产品性能要求及批量相适应的成型方法，使性能与结构设能要求及批量相适应的成型方法，使性能与结构设计计的要求能够充分满足，并且成型方便，成本低廉。的要求能够充分满足，并且成型方便，成本低廉。 二、复合材料成型工艺的特点二、复合材料成型工艺的特点 首先，材料的形成与制品的成型是同时完成的首先，材料的形成与制品的成型是同时完成的。复合。复合材料的生产过程，也就是复合材料制品的生产过程。在材料的生产过程，也就是复合材料制品的生产过程。在复合材料制品的成型中，增强材料的性状虽然变化不大，复合材料制品的成型中，增强材料的性状虽然变化不大，但基体的形状有较大改变。复合材料的工艺水平直接影但基

42、体的形状有较大改变。复合材料的工艺水平直接影响材料或制品的性能。如成型过程中纤维的预处理（物响材料或制品的性能。如成型过程中纤维的预处理（物理或化学方法的处理）、纤维的排列、驱除气泡的程度、理或化学方法的处理）、纤维的排列、驱除气泡的程度、是否挤胶、温度、压力、时间控制精确度等等都直接影是否挤胶、温度、压力、时间控制精确度等等都直接影响制品性能。响制品性能。 其次，复合材料的成型比较方便。其次，复合材料的成型比较方便。因为树脂在固化前因为树脂在固化前具有一定的流动性，纤维很柔软，依靠模具容易形成要具有一定的流动性，纤维很柔软，依靠模具容易形成要求的形状和尺寸。一种复合材料制可以用多种方法成型，

43、求的形状和尺寸。一种复合材料制可以用多种方法成型，选择余地大。在选择成型方法时应该根据制品的结构、选择余地大。在选择成型方法时应该根据制品的结构、用途、生产量、成本以及生产条件综合考虑，选择经济用途、生产量、成本以及生产条件综合考虑，选择经济和最方便简便的成型工艺。和最方便简便的成型工艺。（教材（教材 130: 130:图图3-3-25 3-3-25 复合材料的一般生产流程复合材料的一般生产流程) ) 四四 、选择成型工艺方法的原则、选择成型工艺方法的原则 在选择成型方法时，必须同时满足材料性能、产品质在选择成型方法时，必须同时满足材料性能、产品质量和经济效益等多种因素的基本要求，具体应考虑：

44、量和经济效益等多种因素的基本要求，具体应考虑：（1 1）产品的外形构造和尺寸大小；）产品的外形构造和尺寸大小；（2 2）材料性能和产品质量要求，如材料的物理性能，产）材料性能和产品质量要求，如材料的物理性能，产品的强度及表面粗糙度（光洁度）要求等；品的强度及表面粗糙度（光洁度）要求等；（3 3）生产批量大小及供应时间（允许的生产周期）要求；）生产批量大小及供应时间（允许的生产周期）要求；（4 4）企业可能提供的设备条件及资金；（）企业可能提供的设备条件及资金；（5 5）综合经济）综合经济效益，保证企业赢利。效益，保证企业赢利。 一般来讲，生产批量大，数量多及外形复杂的小产品，一般来讲，生产批量

45、大，数量多及外形复杂的小产品，多采用模压成型，如机械零件，电工器材等；对造形简多采用模压成型，如机械零件，电工器材等；对造形简单的大尺寸产品，如浴缸、汽车部件等，适宜采用单的大尺寸产品，如浴缸、汽车部件等，适宜采用SMCSMC大大台面成型，亦可用手糊工艺生产小批量产品；对于压力台面成型，亦可用手糊工艺生产小批量产品；对于压力管道及容器，则宜用缠绕工艺；对于批量小的大尺寸制管道及容器，则宜用缠绕工艺；对于批量小的大尺寸制品，如船体外壳、大型储槽等，常采用手糊、喷射工艺；品，如船体外壳、大型储槽等，常采用手糊、喷射工艺；对于板材和线型制品，可采用连续成型工艺。对于板材和线型制品，可采用连续成型工艺

46、。 五、低压成型工艺五、低压成型工艺 低压成型是物料在常压或低压下固化成型为制品的工艺方法。低压成型是物料在常压或低压下固化成型为制品的工艺方法。成型压力范围为成型压力范围为0.10.1Pa0.7PaPa0.7Pa，最高不超过最高不超过2 2MPaMPa。低压成型过程一低压成型过程一般为：先使材料在敞开的模具（也可使用对模）上具备一定形状，般为：先使材料在敞开的模具（也可使用对模）上具备一定形状，然后施加压力或不加压，使树脂渗透流动，通过加温或常温固化然后施加压力或不加压，使树脂渗透流动，通过加温或常温固化定型，脱模后再经过不要的辅助加工得到制品。定型，脱模后再经过不要的辅助加工得到制品。 低

47、压成型低压成型设备简单，投资少、见效快。设备简单，投资少、见效快。一般轻质材料（如木材、一般轻质材料（如木材、石膏、玻璃钢、铸铝、水泥等）均可作为模具材料，同时模具制石膏、玻璃钢、铸铝、水泥等）均可作为模具材料，同时模具制造周期短。低压成型法特别适于大型薄壁制品整体结构的生产，造周期短。低压成型法特别适于大型薄壁制品整体结构的生产，也适宜生产量小和需频繁改变尺寸的制品。因为该方法只需简单也适宜生产量小和需频繁改变尺寸的制品。因为该方法只需简单的工具和模具以及简易的场地便能生产，有时还可以进行制品的的工具和模具以及简易的场地便能生产，有时还可以进行制品的现场加工，方便灵活，很适合中小企业。现场加

48、工，方便灵活，很适合中小企业。 所以，低压成型在复合材料工业是一种所以，低压成型在复合材料工业是一种“经久不衰经久不衰”的工艺的工艺方法。但低压成型工艺也存在着方法。但低压成型工艺也存在着生产效率低，劳动强度大，生产生产效率低，劳动强度大，生产周期长周期长等缺点。制品质量在很大程度上依赖于操作人员的技术水等缺点。制品质量在很大程度上依赖于操作人员的技术水平，而且重复性差。平，而且重复性差。低压成型工艺包括低压成型工艺包括手糊工艺、喷射工艺和铺层工艺。手糊工艺、喷射工艺和铺层工艺。 (一一)、手糊成型工艺、手糊成型工艺 手糊成型是聚合物基复合材料生产中最早使用和最简单手糊成型是聚合物基复合材料生

49、产中最早使用和最简单的一种工艺方法。手糊成型又称接触成型，这种方法的一种工艺方法。手糊成型又称接触成型，这种方法用用手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，铺糊在敞开的模手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，铺糊在敞开的模具上，经室温固化和脱模即可获得制品。具上，经室温固化和脱模即可获得制品。所用工具和工所用工具和工艺设备简单，不受制品尺寸限制，但工艺质量不稳定，艺设备简单，不受制品尺寸限制，但工艺质量不稳定，易受操作人员水平、经验和劳动态度的影响，且劳动条易受操作人员水平、经验和劳动态度的影响，且劳动条件差。适宜于小批量、大尺寸、品种变化多的制品生产。件差。适宜于小批量、大尺寸、品种变化多的制品生产。

50、用手糊成型可生产波形瓦、浴盆、冷却塔、活动房、卫用手糊成型可生产波形瓦、浴盆、冷却塔、活动房、卫生间、贮槽、贮罐、风机叶片、各类渔船和游艇、微型生间、贮槽、贮罐、风机叶片、各类渔船和游艇、微型汽车和客车壳体、大型雷达天线罩及天文台屋顶罩、设汽车和客车壳体、大型雷达天线罩及天文台屋顶罩、设备防护罩、雕像、舞台道具和飞机蒙皮、机翼、火箭外备防护罩、雕像、舞台道具和飞机蒙皮、机翼、火箭外壳防热底板等大中型零件。现在世界各国的聚合物壳防热底板等大中型零件。现在世界各国的聚合物基复基复合材料成型工艺中手糊工艺仍将占相当重要的比例。合材料成型工艺中手糊工艺仍将占相当重要的比例。 （二）、喷射成型工艺（二）

51、、喷射成型工艺国外在国外在60年代发展了喷射法并有成套喷射设备出售。例如年代发展了喷射法并有成套喷射设备出售。例如美国维纳斯美国维纳斯(VENUS)公司生产的公司生产的H.I.S喷射成型机；英国的喷射成型机；英国的“Dowuland”纤维树脂喷射机；奥地利纤维树脂喷射机；奥地利“Polgspary”玻璃纤玻璃纤维维/聚酯喷射机等。聚酯喷射机等。喷射成型一般是将混有促进剂的树脂和喷射成型一般是将混有促进剂的树脂和有引发剂的树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将玻璃纤维粗有引发剂的树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将玻璃纤维粗纱用切割器切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积纱用切割器切断并由喷枪中心喷出，与树

52、脂一起均匀沉积到模具上，待模具上的材料沉积到一定的厚度，用手辊使到模具上，待模具上的材料沉积到一定的厚度，用手辊使纤维浸透树脂和压实并去除气泡，最后固化成制品。纤维浸透树脂和压实并去除气泡，最后固化成制品。喷射成型在各种成型方法中所占的比重很大，喷射成型在各种成型方法中所占的比重很大，美国占美国占27%，日本占，日本占16%。喷射成型法属于半机械化手糊，生产效率比手糊提高喷射成型法属于半机械化手糊，生产效率比手糊提高24倍，生产率可倍，生产率可达达15kg/min，劳动强度降低，适于生产大尺寸和批量生产，制品无搭劳动强度降低，适于生产大尺寸和批量生产，制品无搭接缝，整体性好。缺点是树脂含量高，

53、制品强度较低；现场污染大，接缝，整体性好。缺点是树脂含量高，制品强度较低；现场污染大，要求工作间局部封闭，操作者应熟练掌握操作技术。喷射法可用来成要求工作间局部封闭，操作者应熟练掌握操作技术。喷射法可用来成型船体、浴盆、淋浴间、汽车与货车车身、容器、大型板、机器外罩、型船体、浴盆、淋浴间、汽车与货车车身、容器、大型板、机器外罩、电影设备和仿砖石外型建筑物、舞台道具等制品。成型用模具可以用电影设备和仿砖石外型建筑物、舞台道具等制品。成型用模具可以用木材、石膏、水泥、塑料、玻璃钢和金属材料制成。木材、石膏、水泥、塑料、玻璃钢和金属材料制成。 （三）、铺层工艺（三）、铺层工艺 铺层工艺指用手工铺叠方

54、式，将预浸材料（无纬布、铺层工艺指用手工铺叠方式，将预浸材料（无纬布、无纬带、编织物等）按预定方向和顺序在模具内逐层铺无纬带、编织物等）按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴直至所需的厚度（或层数），经加温加压固化、脱模、贴直至所需的厚度（或层数），经加温加压固化、脱模、修整而获得制品的过程。修整而获得制品的过程。 以高强度、高模量的碳纤维、硼纤维、开夫拉等纤以高强度、高模量的碳纤维、硼纤维、开夫拉等纤维与环氧树脂复合，用铺层工艺制成的高级复合材料已维与环氧树脂复合，用铺层工艺制成的高级复合材料已广泛用在飞机、导弹、卫星和航天飞机上，如飞机舱门、广泛用在飞机、导弹、卫星和航天飞机上，如飞机舱门、壁板

55、、隔板、整流罩等。这些制品多为薄壁件，也可以壁板、隔板、整流罩等。这些制品多为薄壁件，也可以制成工字梁、制成工字梁、型件等型材。铺层成型的制品强度较高，型件等型材。铺层成型的制品强度较高，而且可以根据不同方向的受力情况制成强度各向异性的而且可以根据不同方向的受力情况制成强度各向异性的成品。美国波音公司从成品。美国波音公司从1981年起就采用自动铺层机铺放年起就采用自动铺层机铺放无纬带（或织物）生产机翼、壁板和尾翼壁板等构件。无纬带（或织物）生产机翼、壁板和尾翼壁板等构件。 六、模压成型工艺六、模压成型工艺 模压成型工艺是将一定量的模塑料放入金模压成型工艺是将一定量的模塑料放入金属对模中，在一定

56、的温度和压力作用下，使模属对模中，在一定的温度和压力作用下，使模塑料在模腔内受热塑化，受压流动并充满模腔塑料在模腔内受热塑化，受压流动并充满模腔成型固化而获得制品的一种方法。成型固化而获得制品的一种方法。 模压成型工艺在成型过程中需要加热和加压，模压成型工艺在成型过程中需要加热和加压，使得模塑料塑化产生流动充满模腔，并使使得模塑料塑化产生流动充满模腔，并使树脂发生固化。在复合材料模塑料流动充满模树脂发生固化。在复合材料模塑料流动充满模腔的过程中，不仅树脂流动，增强材料也随之腔的过程中，不仅树脂流动，增强材料也随之流动，使树脂和纤维同时填满模腔的各个部位。流动，使树脂和纤维同时填满模腔的各个部位

57、。所以，模压成型工艺所需要的成型压力较其所以，模压成型工艺所需要的成型压力较其它工艺方法高，它属于高压成型。它工艺方法高，它属于高压成型。 工艺分类：工艺分类：1111、 短纤维料模压法短纤维料模压法2222、 毡料模压法毡料模压法3333、 碎布料模压法碎布料模压法4444、 层压模压法（教材层压模压法（教材 P124 层压技术）层压技术）5 5、 缠绕模压法缠绕模压法6666、 织物模压法织物模压法7777、 定向铺设模压法定向铺设模压法8888、 吸附预成型坯模压法吸附预成型坯模压法9999、 散状模塑料模压法散状模塑料模压法：散状模塑料（散状模塑料（Bulk Bulk Molding

58、Compound,Molding Compound,简称简称BMCBMC） 1010、片状模塑料模压法、片状模塑料模压法：片状模塑料（片状模塑料（Sheet Sheet Molding Compound,Molding Compound,简称简称SMCSMC） 层压工艺层压工艺 层压工艺是指将浸有树脂的片材（胶布）层叠，组成层压工艺是指将浸有树脂的片材（胶布）层叠，组成叠合体，送入层压机，在加热和加压下，固化成型玻璃叠合体，送入层压机，在加热和加压下，固化成型玻璃钢板材或其它形状简单的复合材料制品的一种方法。钢板材或其它形状简单的复合材料制品的一种方法。 在国外，早在在国外，早在20世纪世纪3

59、0年代就开始用氨基树脂和植物年代就开始用氨基树脂和植物纤维及矿物纤维复合，生产纸层压板、木质层压板、棉纤维及矿物纤维复合，生产纸层压板、木质层压板、棉布层压板、石棉层压板和玻璃纤维层压板等，广泛用于布层压板、石棉层压板和玻璃纤维层压板等，广泛用于各个工业技术部门。特别是电气工业，电讯器材制造业，各个工业技术部门。特别是电气工业，电讯器材制造业，船舶与汽车工业等部门。到船舶与汽车工业等部门。到6070年代，随着科学技术的年代，随着科学技术的发展，各种高性能的增强材料与耐高温、耐腐蚀的合成发展，各种高性能的增强材料与耐高温、耐腐蚀的合成树脂相继产生。如高强度、高模量的碳纤维、硼纤维、树脂相继产生。

60、如高强度、高模量的碳纤维、硼纤维、Kevlar纤维和耐热性能好的聚酰亚胺和聚砜等树脂相继纤维和耐热性能好的聚酰亚胺和聚砜等树脂相继在层压制品中获得应用，使得纤维增强复合材料层压制在层压制品中获得应用，使得纤维增强复合材料层压制品的性能得到很大的提高。目前，其制品在汽车工业、品的性能得到很大的提高。目前，其制品在汽车工业、电讯器材、船舶建筑、飞机制造和宇航等高技术领域内电讯器材、船舶建筑、飞机制造和宇航等高技术领域内都获得了引人注目的应用效果。都获得了引人注目的应用效果。 SMCSMC成型工艺成型工艺 SMC SMC即片状模塑料（即片状模塑料（Sheet Molding CompoundShee