一、前言
相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来进展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年全球复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个国家或者地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”）逾90万吨，已居世界第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。
复合材料要紧由增强材料与基体材料两大部分构成：
增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的要紧力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。
基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。 y
按基体材料不一致，复合材料可分为三大类：
电解抛光液树脂复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。
本文讨论环氧树脂基复合材料。
1、为什么使用环氧树脂做基体？
固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱与聚酯树脂却高达7%-8%；
粘结力强；
有B阶段，有利于生产工艺；
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。
值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱与聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后通常较脆，韧性较差。
2、环氧玻璃钢性能（按ASTM）
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。
表1 GF/EPR与钢的性能比较
玻璃含量 GF/EPR（玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢
相对密度 2.08 7.86 V
拉伸强度 551.6Mpa 331.0MPa
拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa
伸长率 1.6% 37.0%
弯曲强度 689.5MPa
弯曲模量 34.48GPa
压缩强度 310.3MPa 331.0MPa
悬臂冲击强度 2385J/m
燃烧性（UL-94） V-O
比热容 535J/kg•k 233J/kg•k
膨胀系数 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1
热变形温度 204ºC(1.82MPa)
热导率 1.85W/m•k 33.7W/m•k
介电强度 11.8×106V/m
吸水率 0.5%(24h)
表2 几种常用材料与复合材料的比强度与比模量
材料名称 密度g/cm3 拉伸强度×104MPa 弹性模量×106MPa 比强度×106cm 比模量×109cm
垃圾分拣机器人钢 7.8 10.10 20.59 0.13 0.27
铝 2.8 4.61 7.35 0.17 0.26
钛 4.5 9.41 11.18 0.21 0.25
玻璃钢 2.0 10.40 3.92 0.53 0.21
碳纤维/环氧树脂 1.45 14.71 13.73
碳纤维/环氧树脂 1.6 1049 23.54
芳纶纤维/环氧树脂 1.4 13.73 7.85
硼纤维/环氧树脂 2.1 13.53 20.59
硼纤维/铝 2.65 9.81 19.61 0.75 c2
二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介
1、手糊成型 （hand lay up)
（1）概要 依次在模具表面上施加
脱模剂
胶衣
一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂（须待胶衣凝聚后）
一层纤维增强材料（玻纤、芳纶、碳纤维......），纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布（方格布）等几种。以手持辊子或者刷子使树脂浸渍纤维增强材料，并驱除气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。
树脂因聚合反应，常温固化。可加热加速固化。
（2）原材料 F gb NG ^
树脂 不饱与聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
纤维 玻纤、碳纤、芳纶等。尽管厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。
芯材 任意。
（3）优点
1）适合少量生产；
2）可室温成型，设备投资少，模具折旧费低；
3）可制造大型制品与型状复杂产品；
4）树脂与增强材料可自由组合，易进行材料设计；
5）可使用加强筋局部增强，可嵌入金属件；
6）可用胶衣层获得具有自由彩与光泽的表面（如开模成型则一面不平滑）；
7）玻纤含量较喷射成型高。
无捻粗纱布 50%左右
织物 35%-45%
短切原丝毡 30%-40%
（4）缺点
1）属于劳动密集型生产，产品质量由工人训练程度决定； ;
2）玻纤含量不可能太高；树脂需要粘度较低才易手工操作，溶剂/苯乙烯量高，力学与热性能受限制；
3）手糊用树脂分子量低；通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康与安全。
（5）典型产品
舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。
2、树脂传递成型（RTM）
（1）概要
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，务必让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模个内，浸渍纤维材料。
带电清洗剂RTM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（体积比超过50%）的制品，如航空航天用零部件时，压力甚至达0.7MPa。
纤维增强材料有的时候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能力，可选择真空辅助注射（VARI-vacuum saaistedrsin injection)。
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者加热条件下进行。模具能够复合材料与钢材料 制作。若使用加热工艺。宜用钢模。
（2）原材料
树脂：通常多用环氧、不饱与聚酯、乙烯基脂及酚醛；当加温时，高温树脂台双马列来酰亚胺树脂亦可用。
法国 Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。
纤维：任意。常用玻纤连续毡、缝编材料（其纤维间的缝隙得于树脂传递）、无捻粗纱布；玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材（法国Vetrotex商品名TWINTEX）。
芯材：不用蜂窝，因蜂窝空格全被树脂填满，压力会导致其破坏。可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CL、VC等。
（3）优点
1）制品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分非常少；
2）闭模成型，生产环境好；
3）劳动强度低，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；
5）成型周期较短；
6）产品可大型化；
7）强度可按设计要求具有方向性；
8）可与芯村、嵌件一体成型；
9）相对注射设备与模具成本较低。
（4）缺点
1）不易制作较小产品；
2）因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重与复杂，价位也高一些；
3）能有未被浸渍的材料，导致边角料浪费。
（5）典型产品
小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳
3、纤维缠绕（FW）
（1）概要
通常使用直接无捻粗纱作为增强材料。粗纱排列在纱架上。粗纱自纱架上退绕，通过张力系统、树脂槽、绕丝嘴，由小车带动其往复移动并缠绕在回转的芯轴（模）上。纤维缠绕角度与纤维排列密度根据强度设计，并由芯轴（模）转速与小车往复速度之比，精确地操纵。固化后将缠绕的复合材料制品脱模。
对某些两端密闭的产品不用脱模，芯模即包在复合材料产品内，作为内衬。
（2）原材料
树脂：任意。环氧、不饱与聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。
纤维：任意。无捻粗纱、缝编与无纺织物。生产管罐时，常用表面毡、短切原丝作为内衬材料。
芯材：可用。尽管复合材料制品通常是单一壳体，通常不用。
（3）优点
1）由于纤维迳直以合理的线形铺设，承担负荷，故复合材料制品的结构特性可非常高；
2）由于同内衬层组合，可制得耐腐蚀、耐压、耐热的制品；
3）可制造两端封闭的制品；
4）铺放材料快、经济、用无捻粗纱，材料费用低；
5）可使用树脂计量，然浸胶后的纤维通过挤胶或者口模，操纵树脂含量；
6）可大理生产与自动化；
7）机械成型，复合材料材质及方向性均匀，质量稳固。
（4）缺点
1）制品形状限于圆柱形或者其它回转体；
2）纤维不易沿制品长度方向精确排列；
3）关于大型制品，芯模成本高；
重钙粉生产设备4）成品外表不是“模制”的，不尽人意；
5）关于承受压力的制品，如选择树脂不合适或者无内衬，就易发生渗漏。
（5）典型产品 '
管道、贮罐、气瓶（消防呼吸气瓶、压缩天然气瓶等）、固体火箭发动机壳体。
4、RIM(Reaction Injection Molding一反应注射成型）
（1）概要
将两种或者两种以上的组分在混合区低压（0.5MPa）混合后，即在低压（0.5-1.5MPa）下注射到闭模中反应成型，此即为工艺过程。若组分一为多元醇，一为异氰酸酯，则反应生成聚氨酯 。为增加强度，可直接在一种组分内行加入磨碎玻纤原丝与（或者）填料。弈
彩
可使用长纤维（如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等）增强，在注射前，将长纤维增强材料预先置模具内。用此法可得到高力学性能的制品。这种工艺称之SRIM（Structural Reaction Injection Molding-结构反应注射成型）。
(2)原材料
树脂：常用聚氨酯体系或者聚氨酯/脲混合体系；亦可使用环氧、尼龙、聚酯等基本；
纤维：常用长0.2-0.4mm的磨碎玻璃纤维；
芯材：不用。
（3）优点
1）制造成本比热塑性塑料注射工艺低；
2）可制造大尺寸、开头复杂的产品；
3）固化快，适于快速生产。
（4）缺点
使用磨碎玻璃纤维增强原料费用高，荐用矿物复合材料取代之。
（5）要紧产品
熄火延时器汽车仪表盘、保险杠、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议