热塑性树脂复合材料应用
摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。
关键词：热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构
热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。
1 热塑性复合材料的民机应用潜质
以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。
上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。
2 热塑性复合材料在民机上的典型应用
目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。
2.1 机体结构件
机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。
空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。
图1 空客A380热塑性机翼前缘
空客A350客机机体的热塑性复合材料主要分布在可移动翼梁和肋上以及机身连接处1。应用量最大的是一系列机身连接零件，每架A350需要大约8000个，这些零件位于机身11段到15段，连接机身复合材料壁板与内部的复合材料框架结构。这些零件外形各异，部分是简单的L形，其它更为复杂，它们的尺寸在任何一个维度上都不超过203mm。这些机身连接零件使用碳纤维/PPS材料，通过先进的集成化单元完成制造，每个单元都拥有执行材料运输的机器人夹持系统、执行材料预热的红外加热器以及执行材料固化的液压式热冲压机。
图2 空客A350热塑性机身零件
湾流G650公务机在热塑性复合材料应用方面是一个里程碑，它的压力隔框肋板则使用了碳纤维/PEI材料，而方向舵和升降舵都使用了碳纤维/PPS材料，后者标志着民机主控制面采用热塑性复合材料的时代已经到来。方向舵和升降舵的碳纤维/PPS多肋结构比常规的碳纤维/环氧三明治结构轻10%、便宜20%，利用先进的感应焊技术替代胶接和铆接是一个重要的成本削减因素，也是一项技术创新。参与G650方向舵和升降舵研制的湾流公司、福克航空结构公司、TenCate 先进复材公司、KVE复材公司、Ticona工程聚合物公司因此获得了2010年的JEC大奖。(2014年10月27-29日，福克航空将委托TENCATE先进复材公司在SAMPE中国2014年会上展出热塑性复合材料方向舵。欢迎点击“阅读原文”预约参观。)
图3 湾流G650热塑性方向舵
阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机的平尾采用了碳纤维/PPS材料2，比常规热固性复合材料的设计轻了15%，成为占机体重量近50%的复合材料中的一大亮点。平尾外形长3m，弦长0.62m，厚0.15m，前缘12个肋，后缘14个肋，前后缘蒙皮分别厚0.6mm和0.9mm。3m长的盒型梁由2个Ω形的构件组成，Ω形构件及其上下稍弯曲的蒙皮在共固化中连接。福克航空结构公司开发的模具带有可移除的内部心轴，可以让梁在一个步骤中成形，只需数分钟。
图4 阿韦AW169热塑性平尾
此外，空客A400M运输机的驾驶舱地板和复合材料机身防冰板分别使用了碳纤维/PPS和玻璃纤维/PPS材料。其中，驾驶舱地板尺寸3.05m*3.06m，是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。
图5 空客A400M驾驶舱地板
可以看到，上述机体结构件几乎都是采用的PPS热塑性树脂。PPS是可用于航空的热塑性材料中成本最低的材料解决方案，可以很容易地与增强体制成预浸带，有着优秀的强度、硬度和方向稳定性，具备工艺和环保优势，可以使用快速制造工艺。此外，PPS对燃料、油料、溶剂和防冰剂有良好的抵抗力，具备极低的吸湿性，这使其在内饰件上也有着广泛的应用。
2.2 内饰件
内饰件方面，TPC的应用更加广泛，座椅、行李架导轨、个人空气系统导管等。切削动力公司、TenCate公司、Ticona工程聚合物公司和A&P技术公司联合开发的碳纤维/PPS热塑性复合材料座椅，获得了2011年JEC大奖。波音787的行李架顶部导轨使用了C形和L形的TPC，个人空气系统导管使用了玻璃纤维/PEI材料；庞巴迪“全球快车”公务机的窗框使用了玻璃纤维/PPS材料。
此外，SABIC创新塑料公司和Tri-Mack塑料制造公司分别开发了可用于飞机内饰件的碳纤维/PEI材料和碳纤维/PEEK材料，应用范围包括小桌板支杆、托架，以及扶手、踏板好咖啡壶底架等厨房用品。其中，碳纤维/PEEK材料比金属减重70%，疲劳强度达4~5倍；比热固性复合材料制造周期快数倍以上，材料回收能力更强；加之其耐化学和耐腐蚀性，以及振动和噪声抑制的改进，是金属和热固性复合材料内饰件的良好替代材料。
3 热塑性复合材料民机主承力构件的研究进展
热塑性复合材料（TPC）在民机应用上的巨大潜质，使得民机制造商一直非常关注该材料在民机主承力构件上的应用，并开展了众多研究，研究的重点是主承力构件的先进制造工艺。这其中，欧洲尤其是荷兰的贡献不可小视，欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目已经进入第6个年头，依托荷兰TPC技术，项目产生了大量成果；波音也与荷兰TenCate先进复材公司、斯托克·福克公司以及Twente大学建立了热塑性复合材料研究中心（TPRC）；此外，加拿大的魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）也在关注直升机TPC构件。
3.1 欧盟框架计划的进展
3.1.1欧盟框架计划的进展
欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目于2009年启动，目的是为空客公司开发TPC平翼扭矩盒和尾翼结构，进一步增加TPC 在当前和未来飞机上的应用比例，如A320neo客机。项目将分为两个阶段，在2017年完成3，目标是两个构件的材料、制造工艺、设计概念和模具设备达到技术成熟度分别达到4级和6级。技术难点包括：开发和验证适合的材料，“对接接头”连接，制造技术，如纤维焊接、压力成形和纤维铺放。
TAPAS项目的成员包括空客、荷兰福克航空结构公司、TenCate先进复材公司、Technobis 纤维技术公司、荷兰热塑性复材公司（DTC）、KVE复材集团、机载复材公司、KE工厂公司、CODET公司、荷兰国家航空实验室（NLR）、Delft 技术大学和Twente大学等。
项目的第一阶段已于2013年完成，采用碳纤维/PEKK材料开发主承力结构，项目制造的TPC平尾扭矩盒和机身验证件分别达到了技术成熟度3级和5级。TPC 尾翼扭矩盒基于G650的垂尾中央部分重新设计，展长12m，其中，蒙皮厚度从2mm~8mm之间变化，采用单向预浸带制造。福克航空结构公司采用一种利用焊接的“对接接头”方式在蒙皮上集成了T型加强筋，据称这在制造工艺、成本和重量上都是革命性的。由于TPC固有的韧性能更好地阻止裂纹扩展，能够将蒙皮设计得更薄，因此与热固性复合材料构件相比，该扭矩盒减重10%。TPC 机身验证件长4m，双曲面外形，其中加强筋长3m，厚度从2.48~5.50m之间变化。DTC公司开发了该机身加强筋，及其制造工艺：数控切割TPC材料，机器人铺放，真空预固化，自动运输，压力成形，整个过程仅需15min。
图6 热塑性扭矩盒验证件
项目的第二阶段于2014年初开始，将继续提升TPC扭矩盒和机身的技术成熟度，使其获得市场的关注4。对于扭矩盒的研究，接下来将开发可获应用认证的材料和工艺；开发一个能够存放燃油的“湿”盒；使用将梁与蒙皮焊接起来的一种结构。对于机身的研究，主要挑战在于控制蒙皮厚度，特别是对于A320neo或者737max这样的单通道客机，韧性的TPC薄蒙皮结构固然更合适，但其厚度极限需要验证，尤其是考虑到如冰雹撞击或维修工具冲击下的局部载荷作用。
欧盟框架研究计划中还有一个“经济的先进前缘结构”（COALESCE）项目，开发多肋薄蒙皮设计的前缘，蒙皮在铺放过程中利用激光电焊加热，肋是片状预成形件，与蒙皮在共固化过程中以“对接接头”方式连接。A380固定前缘的焊接接头剥离强度是10N/mm，而带圆角的“对接接头”要强10倍，而且以该方式生产的前缘结构比A380的成本低30%。
图7 带圆角的“对接接头”
3.2其它的研究进展
福克航空结构公司在TAPAS项目之外还开发了几个验证件：TPC带筋翼面壁板、TPC正弦梁、TPC带筋机身壁板。采用“对接接头”连接T型加强筋的TPC 翼面壁板比碳纤维/环氧材料减少了15~30%的成本。正弦梁采用碳纤维/PEKK 材料，其设计制造也得益于“对接接头”的开发，使该结构比简单I型梁具备更高硬度和抗弯性，而热固性复合材料难以快速、经济地制造这样的结构。机身壁板由碳纤维/PEEK材料制造5，在阴模中铺放，先铺垂直筋条，再自动铺放蒙皮，随后蒙皮和筋共固化，最后使用感应焊技术把水平框架和壁板连接起来。
图8 热塑性机身壁板验证件
加拿大魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）包括庞巴迪、贝尔直升机和普惠加拿大等企业、大学和政府组织，它们完成了两个TPC结构的开发项目：轻型
直升机划橇式起落架TPC薄壁、圆锥形管件；1.2m长的直升机TPC尾梁，尾梁必须承受重要的弯矩，以及发动机高温排气。由于旋翼机结构开发受复杂外形、低产量和高风险的限制，直升机制造商很少能将TPC结构的生产商业化，CARIQ 的目的正是寻找工艺参数和最新的材料与设备来解决这个问题。
在热塑性预浸料铺放技术方面，德国和美国在2013年都有最新研究成果。德国弗劳恩霍夫研究所开发出一个热塑性预浸料自动铺带系统，能够在原位使用激光进行热塑性树脂基体的固化，该系统具有良好的温度控制，铺放速度可达约
1m/s。美国自动动力公司开发出一个激光加热系统，可以取代热塑性预浸料一般使用的热气加热系统，将纤维铺放速度提升3~5倍至0.5m/s，能耗减少60%，并具有更严格的过程温度控制和更好的加热效率。
4 热塑性复合材料在民机上应用的挑战和前景
热塑性复合材料（TPC）如果想继续扩大在民机上的应用，必须像低温固化热固性复合材料一样进入机体主承力构件。然而，TPC应用于主承力构件，还有一定的障碍。
首先，最大的难点在于原材料成本。航空级热塑性预浸料的成本要高于热固性预浸料，如果只是简单地继续使用热固性复合材料的自动铺放和热压罐固化工艺，那么TPC零件在成本上没有竞争力。高性能TPC所需温度在200?C~430?C，典型固化压力可达1380kPa（200psi），当前TPC后固化所使用的设备，成本大概是加工热固性复合材料的2倍，如果仅仅是小批量生产的话，资金负担较大。对于TPC主承力结构研究的对象PEEK和PEKK，PEKK要求的工艺温度低，固化速度更快，但机械性能没有PEEK高，而PEEK则更贵。
其次，铺放工艺的缓慢仍是挑战。由于要维持所需的高温，本身就比较硬的热塑性预浸料在自动铺放时也使用硬压紧辊，在经过尖角和边缘等复杂外形处时的转向问题就很突出，影响了铺放速度。典型的热塑性预浸料铺放速度小于10lb/h，比起大型民机用的碳/环氧材料15~40lb/h的铺放速度来说太低。如果要在小批量的大型民机主承力构件应用，PEEK和PEKK基预浸料的铺放速度分别需要再快3~5倍和10~20倍。
再次，预浸料粘性的问题。一个是自动铺放过程中第一层与模具的粘合，尤其是波状表面；另一个是TPC材料难以与非热塑性材料粘结，比如环氧。此外，还需要提升维修技术的成熟度。
针对这些挑战，原材料供应商、设备供应商、航空制造商都在抓紧研究。原材料问题，相信10年之内，Cytec和TenCate公司都会有结合PEEK和PEKK优点的新材料问世，便宜、加工周期快，而且机械性能良好。铺放工艺问题，最好的方法是铺放时的原位固化，避免二次加工，或者改进加热方式提升铺放速度，而这一点现在已经有了不小的进展。粘性的问题，空客提出了一个解决方案，通过多孔模对铺层施加负压力来防止与模具粘合，然而其它方面还需要继续探寻更加成熟的解决方案，比如更先进的复合材料焊接技术、更可靠的熔融粘合维修技术等。
尽管存在上述挑战，但热塑性复合材料巨大的应用潜力还是会驱使航空制造商将更多的部件设计为热塑性结构，相关的研究也还将持续不断地产出新成果，这都将进一步提升热塑性复合材料在民机上的应用比例。也许，热塑性复合材料就像低温固化热固性复合材料一样，将曲折但坚定的发展，并在未来由量变转为质变，攻克大型民机的主承力结构，实现广泛而深层次的应用。
参考文献：
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Composites[J], 2014.1
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High-Performance Composites[J], 2014.3
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[4] Next steps in thermoplastic aerostructures. High-Performance Composites[J], 2014.7
[5] Fokker Aerostructures panel demonstrates thermoplastics fuselage potential. High-Performance Composites[J], 2014.3
树脂基复合材料在各领域的应用
树脂基复合材料在建筑工业中的应用 建筑工业在国民经济中占有很重要的地位，不论是哪一个国家，建筑工业望远是国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步，人们对居住面积、房屋质量和娱乐设施等提出越来越高的要求，这就是推动建筑工业改革发展的动力。 建筑工业现代化的发展方向是：改善施工条件，加快建设进度，降低成本，提高质量，节约能源，减少运输，保护耕地，保护环境和提高技术经济效益等。为了达到此目的，必须从改善现有的建筑材料和发展新型建筑材料方向着手。 在建筑工业中发展和使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重，提高建筑物的使用功能，改革建筑设计，加速施工进度，降低工程造价，提高经济效益等都十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。 1、树脂基复合材料的建筑性能 （1）材料性能的可设计性树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。 （2）力学性能好树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选
用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。 （3）装饰性好树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。 （4）透光性透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。 （5）隔热性建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.5～2.1W(m?K)，红砖的导热系数为0.81 W(m?K)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08 W(m?K)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。 （6）隔音性隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度较大，隔热性差，运输和安装困难。树脂基复合材料
酚醛树脂的应用
酚醛树脂的发展概述 侯远东 （河北化工医药职业技术学院，方兴路88号 050026） 摘要：酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。是最古老的合成树脂，因其具有较高的机械强度，耐热性好，难燃、低毒、低发烟，可与其它多聚物共混，实现高性能化。本文主要介绍酚醛树脂的生产销售状况、发展趋势。 关键字：酚醛树脂发展趋势生产销售 产品介绍 酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂为酚醛树脂。其中以苯酚和甲醛缩聚而得的酚醛 树脂最为重要。 酚醛树脂综合性能优良，是一种人工合成的最古老树脂，拥有近百年的使用历史。早在1872年德国化学家拜耳（A,Baeyer）首先发现了酚和醛在酸的存在下反应可以得到结晶的产物，但当时没有对其开展研究。接着化学家克莱堡（W,Kleeberg,1891）和史密斯(A,Smith,1899) 对这个反应进行了研究。进入20世纪，1902年布卢默（B.Blumer）合成了第一个商业化酚醛 树脂，命名为Laccain 。然而直到1905～1907，被称为酚醛树脂创始人的美国化学家巴克兰（L.H.Baekeland）才对酚醛树脂进行了系统而广泛的研究，并于1907年申请了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利，而且于1910年10月10日成立了Bakelite公司。巴克兰的功绩 不仅首次合成了交联的聚合物，而且发现了树脂的模压过程，实现了酚醛树脂的实用化，这对 酚醛树脂的生产和应用起了很重大的作用。因此此年（1910年）定为酚醛树脂元年（或者合成高分子元年），巴克兰被成为酚醛树脂之父【1】。 由于酚醛树脂原料易得，价格低廉，生产工艺和设备简单，而且制品具有优异的机械性能、耐热性、耐寒性、电绝缘性、尺寸稳定性、成型加工性、阻燃性及低烟雾性，因此其成为工业 部门不可缺少的材料，具有广泛的用途[2]。 酚醛树脂的性质 （1）物理性质 物理性质：固体酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质，因含有游离酚而呈微红色，市 场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，比重1.25~1.30。液体酚醛树脂为 黄色、深棕色液体。因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类。
树脂基复合材料研究进展
先进树脂基复合材料研究进展 摘要：本文介绍了颗粒增强、无机盐晶须增强、光固化等类型的树脂基复合材料，亦指出热固性、环氧树脂基复合材料，并简述了制备方法和新技术的应用。 关键词：树脂基复合材料，颗粒增强，无机盐晶须增强，光固化，制备方法，新技术ADVANCE THE RESEARCH OF POLYMER MATRIX COMPOSITES ABSTRACT: The particulate reinforced、inorganic salt whisker, light-cured of resin matrix composites were introduced in this paper,the thermosetting and thermoplastic resin matrix composites was also show in the paper.This paper also discussed the application of new preparation method and technology. Keywords: resin matrix composites,particulate reinforced,inorganic salt whisker, light-cured,preparation method,new technology 先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成，并具有明显优于原组分性能的一类新型材料。目前航空航天领域广泛应用的先进树脂基复合材料主要包括高性能连续纤维增强环氧、双马和聚酞亚胺基复合材料[1]。树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料[2]。用复合材料设计的航空结构可实现20％一30％的结构减重；复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性，能提高飞机结构的使用寿命，降低飞机结构的全寿命成本；复合材料结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本。可见复合材料的应用和发展是大幅提高飞机安全性、经济性等市场竞争指标的重要保证，复合材料的用量已成为衡量飞机先进性和市场竞争力的重要标志。 纤维增强树脂基复合材料是在树脂基体中嵌人高性能纤维，比如碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维等所制得的材料[3]。树脂基体可以分为热塑性树脂和热固性树脂两种，常用的热塑性树脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等;常用的热固性树脂有酚醛树脂、环氧树脂和聚醋树脂等。由于纤维增强复合材料具有高强度、高模量、低密度等一系列优良特性，其在航空航天、汽车、建筑、防护、运动器材和包装等领域已有广泛的应用。然而新材料新技术的发展使人们对纤维增强复合材料的性能有了更高的期望，所以高性能纤维增强树脂基复合材料依然是近年来的研究热点。 1 先进树脂基复合材料体系 1.1 纤维增强 纤维增强树脂基复合材料由纤维和树脂基体两部分组成，纤维起承担载荷的作用，树脂均匀传递应力，界面在应力传递的过程中起到关键的作用，是纤维与树脂问应力传递的纽带．随着对复合材料界面性能研究的不断的深入，人们发现纤维的浸润性能、纤维与树脂间的键台及纤维与树脂间的机械嵌合作用等因素对复合材料的性能影响显著，并以此设计出一系列提高界面粘接强度的方法，有效地提高了纤维复合材料的界面性能[4]． 1.1.1碳纤维(CF)增强树脂基复合材料 碳纤维以热碳化方式由聚丙烯睛、沥青或粘胶加工而成，具有高强度、高模量、优异的耐酸碱性和抗蠕变性[4J。对碳纤维增强树脂基复合材料的研究主要集中在对纤维进行改性、对树脂基体进行改性和改善纤维和树脂基体的粘接性能这几个方面。 1.1.2超高强度聚乙烯纤维(uHMPE)， 超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是1975年由荷兰DSM公司采用凝胶纺丝一超拉伸技术研制成功并实现工业化生产的高强高模纤维。UHMWPE纤维中大分子具有很高的取向度和结晶程度，纤维大分子几乎处于完全伸直的状态，赋予最终纤维高强度、高模量、低密度、耐酸碱
热塑性树脂和热固性树脂的概念和区别
热塑性树脂和热固性树脂的概念和区别 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
热塑性树脂和热固性树脂的概念和区别 热固性树脂简介 树脂加热后产生，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解。热固性树脂其分子结构为体型，它包括大部分的缩合树脂，热固性树脂的优点是耐热性高，受压不易变形。其缺点是较差。热固性树脂有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯以及硅醚树脂等。 指在加热、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物质的一大类。这种树脂在固化前一般为分子量不高的固体或粘稠液体；在成型过程中能软化或流动，具有可塑性，可制成一定形状，同时又发生化学反应而交联固化；有时放出一些副产物，如水等。此反应是不可逆的，一经固化，再加压加热也不可能再度软化或流动;温度过高,则分解或碳化。这也就是与热塑性树脂的基本区别。 在塑料工业发展初期,热固性树脂所占比例很大,一般在50%以上。随着石油化工的发展，热塑性树脂产量剧增，到80年代，热固性树脂在世界合成树脂总产量中仅占10%～20%。 热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、硬度高、耐、不易燃、制品尺寸稳定性好，但性脆。因而绝大多数热固性树脂在成型为制品前，都加入各种，如木粉、矿物粉、或纺织品等使其增强，制成增强塑料。在热固性树脂中，加入增强材料和其他添加剂，如固化剂、着色剂、润滑剂等,即能制成热固性塑料，有的呈粉状、粒状,有的作成团状、片状，统称模塑料。热固性塑料常用的加工方法有模压、层压、传递模塑、浇铸等，某些品种还可用于。 热固性树脂多用缩聚（见聚合）法生产。常用热固性树脂有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。热固性树脂主要用于
酚醛树脂纤维的研究进展
酚醛树脂纤维的研究进展 *** 中北大学材料科学与工程学院，山西太原，030051 摘要：简单的介绍了酚醛树脂及其重要性能、合成原理，酚醛树脂改性的目的主要是改进它脆性或其它物理性能，提高它对纤维增强材料的粘结性能并改善复合材料的成型工艺条件等。最后对酚醛树脂纤维未来的发展方向进行了展望。 关键词：酚醛树脂、纤维、改性、复合材料 引言：酚醛树脂耐热性好，机械强度高，电绝缘性和耐高温蠕变性能优良，价格低廉且成型加工性好，特别是其良好阻燃性及很少产生有害气体的特性，使该种具有近百年历史的合成材料得到进一步发展，应用于塑料、复合材料、胶粘剂、涂料和纤维等各个领域。经过改性的酚醛树脂广泛应用于高尖端技术领域。所以，酚醛树脂纤维很受欢迎的。 一、酚醛树脂的简介 酚醛树脂也叫电木，又称电木粉，英文名称：phenolic resin, 简称PF。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。固体酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质，因含有游离酚而呈微红色，比重 1.25~1.30，易溶于醇，不溶于水，对水、弱酸、弱碱溶液稳定。液体酚醛树脂为黄色、深棕色液体。 酚醛树脂由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类。热固性酚醛树脂具有很强的浸润能力，成型性能好，体积密度大，气孔率低，用于耐火制品，该树脂在15℃- 20℃下可保持三个月。酚醛树脂制品优点主要是尺寸稳定，耐热、阻燃，电绝缘性能好，耐酸性强，它主要应用于运输业、建筑业、军事业、采矿业等多种行业，应用广泛。在NH4OH、NaOH或NaCO3等碱性物质的催化下，过量的甲醛与苯酚（其摩尔比大于1）反应生成热固性酚醛树脂。其反应过程如下：在碱性催化剂存在下使反应介质PH大于7，苯酚和甲醛首先发生加成反应生成一羟甲基苯酚。室温下，在碱性介质中的酚醇是稳定的，一羟甲基苯酚中的羟甲基与苯酚上的氢的反应速度比甲醛与苯酚的邻位和对位上的氢的反应速度小，因此一羟甲基苯酚不容易进一步缩聚，只能生成二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚。热塑性酚醛树脂（或称两步法酚醛树脂），为浅色至暗褐色脆性固体，溶于乙醇、丙酮等溶剂中，长期 姓名：*** 班级：*** 学号：***
树脂基复合材料的发展史
树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。 第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。 1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。 60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。 1961年片状模塑料（Sheet Molding Compound, 简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。 1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期实现了连续化生产，在70年代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。除圆棒状制品外，还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。目前拉挤工艺生产的制品断面可达76cm×20cm。 在70年代树脂反应注射成型（Reaction Injection Molding, 简称RIM）和增强树脂反应注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM）两种
热固性复合材料与热塑性复合材料
热固性复合材料与热塑性复合材料 1热固性树脂基复合材料 热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。 典型的热固性树脂复合材料分为以下几种： （1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。 (2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两面的改性研究，一面是改善湿热性能提高其使用温度;另一面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。含有环氧树脂所制备的复
合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。 (3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。 2热塑性树脂基复合材料 热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。 而热塑性树脂复合材料具有很多的特点，以下概述了一些热塑性树脂复合材料的特点。
酚醛树脂
酚醛树脂 以酚类与醛类为原料，在催化剂作用下，缩聚而得到的树脂，统称为酚醛树脂。酚醛树脂是应用于工业上最早的一种合成树脂。 由于它原材料来源丰富，合成工艺简单，成本较低，而且具有良好的化学性能、物理性能、力学性能和电气绝缘性能，具有广泛的用途。它可以根据不同的使用要求，合成各种使用性能的酚醛树脂，例如，可制成耐热纤维、黏合剂、泡沫塑料等。 酚醛纤维 酚醛纤维具有优异的阻燃、抗烧蚀、高热稳定性和吸声等特性，得到了广泛应用。酚醛纤维是过量的苯酚与甲醛反应生成直线性酚醛树脂，酚醛树脂经熔融纺丝，在酸和醛的混合液中固化形成不溶不熔纤维。纺出纤维的固化反应，就是此聚合物纤维原丝在酸催化作用下进一步同甲醛发生的加成缩合反应，生成亚甲基桥键-CH2-和亚甲基醚键-CH2OCH2-化合物。 (l)酚醛纤维的制备在草酸催化作用下，使过量苯酚与甲酸反应，合成直线形热塑性酚醛树脂；进一步分馏，制备出软化点130℃、数均分子量2000和游 离酚含量小于0.3%的高纯可纺性热塑性酚醛树脂；再经熔融纺丝，纺制成平均 直径1Oum的纤维；将初生纤维固定在石墨夹板上，浸入盛有甲醛和盐酸水溶液的固化液的反应器内，按一定的升温速率升温至95℃，进行固化反应，得到酚 醛纤维。甲醛浓度、盐酸浓度、升温速率等因素对固化反应产生影响，最终影响酚醛纤维的性能。 (2)影响酚醛纤维性能的因素初生纤维的熔并温度随着甲醛浓度的增大而依次降低。其原因在于甲醛与酚醛树脂具有良好的相容性，甲醛的浓度越高，对酚醛树脂的渗透性越强；甲醛对酚醛树脂有显著的溶胀作用，并使其在甲醛浓溶液中的熔点降低。为提高+CH2OH在纤维内部的扩散速度，在+CH20H马初生纤维的液固反应体系中，选用高浓度的+CH30(18.5%)，即HCHO (37%)与HCl(37%)各50%相混合。将初生纤维置于18.5%的盐酸溶液中，按10℃／h的速率升温至95℃，并在此温度下恒温2h。初生纤维在反应结束后变成棕红色纤维，将此反应生成 物用热台显微镜和IR进行分析，结果表明，初生纤维经盐酸处理后亚甲基-CH2-和酚羟基-OH 吸收峰相对强度减少，出现了新的吸收峰芳香醚键C-O-C和芳香酮键C-C=O。这可能是初生纤维在强酸作用下酚羟基之间、酚羟基与亚甲基之间发生了脱水缩合反应，导致了芳环中取代基数目增多，交联程度提高，酚醛纤维熔点的提高，热台显微镜分析结果显示，经过HCl处理的酚醛纤维依然为可熔融物，这说明在盐酸作用下只能发生部分交联，发生高度交联化必须存在交联基因的供应体。 纤维内部芳环之间的交联基团越多，宏观上反应在力学性能上拉伸强度越高。在较低的酸浓度下，酚醛纤维拉伸强度随酸浓度的提高而增大，在酸浓度为12%
树脂基复合材料的力学性能
树脂基复合材料的力学性能 力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外，纤维（粒子）的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。另一方面，也可以通过对单层的弹性常数（包括弹性模量和泊松比）进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。 2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知：单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的；凯芙拉（Kevlar）纤维的破坏模式是扭结；玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表
酚醛树脂
水性酚醛树脂胶粘剂的制备 酚醛树脂是苯酚或取代苯酚同甲醛的反应产物。改变酚和醛的种类，酚/酲摩尔比，催化剂的种类和用量，或者反应时间与温度，其反应生成物均会不同。重要的商品酚包括苯酚C6H5OH，甲苯酚CH3C6H4OH，二甲苯酚(CH3)2C6H3OH，对叔丁基苯酚等。所用酚/醛摩尔比与催化剂的种类，决定着酚醛树脂是酚端基还是羟甲基端基(-CH2OH)。酚端基型酚醛树脂常称为“线性酚醛树脂”(novolac)或“两步型树脂”；这种树脂不是热反应性的，除非另外加入更多的甲醛，它们一般用六次甲基四胺(简称“六次”)在加热下交联固化。如果分子链端为羟甲基，则可称为“甲阶酚醛树脂”(resole)或“一步型树脂”；这类树脂是热反应性的，在进一步加热下就会固化成热固性网状结构-除非将苯酚的邻位之一或对位预先封闭(例如采用对叔丁基苯酚)。两步型树脂在酚过量(即较高酚/酲摩尔比)与酸性催化剂存在下制备；一步型树脂在醛过量(即较低酚/醛摩尔比)与碱性催化剂存在下制备。 水性酚醛树脂包括低分子量的水溶性酚醛树脂(主要是甲阶树脂)和水分散性酚醛树脂两类，后者可从包括线性酚醛树脂在内的多种酚醛树脂制成，且稳定得多。 1．水溶性甲阶酚醛树脂的制备 一般甲阶酚醛树脂是否有水溶性或混溶性的关键是控制其加热反应的程度。在醛过量与碱性催化剂存在下，最初生成的产物主要是苯酚中两个邻位和一个对位上的氢部分或全部被羟甲基取代。在进一步加热下，可能发生两类缩合脱水反应导致分子量增大：一类为2个羟甲基之间缩合形成醚链节(-CH2-O-CH2)，另一类为一个羟甲基同一个邻位或对位活泼氢原子之间反应产生次甲基链节。 在加热反应程度不大时，产物含有比例较多的亲水基团(如羟甲基等)，是低粘度的水溶性液体；进一步反应脱水，在分子量增大的同时，亲水基团减少，就逐步变成同水混溶性很小或不混溶的高粘度液体，其后变成可粉碎的固体。 一般甲阶酚醛树脂的制备工艺，是把氢氧化钠催化剂加入到苯酚和甲醛中，然后逐步加热到80-100℃。用真空控制反应温度在100℃以下，反应时间一般为1-3h。因为甲阶树脂进一步加热反应会凝胶，故脱水温度用真空控制在105℃以下。通常在150℃热板上测试凝胶时间，以监测反应程度并决定是否结束反应和出料。 低分子量水溶性树脂应在尽可能低的温度下完成生产反应，通常在50℃左右(反应活性较低的对位取代型甲阶树脂可以在高达120℃的温度下完成反应)。这类水溶性树脂固含量范围40%-70%，pH范围7-7.5。其树脂分子量稍微增大(这在室温下也很难避免)，对水溶性或混溶性都会产生重大影响。因此这类树脂常按订货单制造，并在冷冻下贮存或装运，并且要马上使用。液体甲阶酚醛树脂有两类： ①含树脂的可溶性盐； ②为用过滤脱除了不溶性盐的树脂。这些盐是在综合碱性催化时形成的。在前一种类型中不必脱除其可溶性盐，因此成本较低。 采用对叔丁基苯酚制备甲阶树脂时，一般在制造期间要经过洗涤脱盐。在最初的碱性反应阶段后，在脱水之前，反应物料用一种芳香溶剂稀释，经中和形成一种水溶性盐。当停止搅拌时，水层(含有大多数盐)沉降到底部，接着进行溶液分离。再加入更多的水进行反复多次的洗涤。其后将树脂在真空下脱除溶剂，在冷却前形成所希望的分子量。 在有些应用中，需要使液体水溶性甲阶树脂保持与水的高混溶性。例如当其用作绝热粘结剂时，它们要用相当多的水稀释后喷洒到玻璃和石棉纤维上。因此这类树脂也要求在冷冻下贮存和装运。 固态甲阶树脂较稳定，只在热天才需冷冻。从对位取代酚类(如丁基苯酚)所制得的甲阶树脂可稳定1年以上。 水溶性酚醛树脂一般可以用粘度、相对密度、固含量和水溶性来表征。典型树脂的性能
热塑性树脂和热固性树脂的概念和区别
热塑性树脂和热固性树脂的概念和区别 热固性树脂简介 树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解。热固性树脂其分子结构为体型，它包括大部分的缩合树脂，热固性树脂的优点是耐热性高，受压不易变形。其缺点是机械性能较差。热固性树脂有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯以及硅醚树脂等。 指在加热、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物质的一大类合成树脂。这种树脂在固化前一般为分子量不高的固体或粘稠液体；在成型过程中能软化或流动，具有可塑性，可制成一定形状，同时又发生化学反应而交联固化；有时放出一些副产物，如水等。此反应是不可逆的，一经固化，再加压加热也不可能再度软化或流动;温度过高,则分解或碳化。这也就是与热塑性树脂的基本区别。 在塑料工业发展初期,热固性树脂所占比例很大,一般在50%以上。随着石油化工的发展，热塑性树脂产量剧增，到80年代，热固性树脂在世界合成树脂总产量中仅占10%～20%。 热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好，但性脆。因而绝大多数热固性树脂在成型为制品前，都加入各种增强材料，如木粉、矿物粉、纤维或纺织品等使其增强，制成
增强塑料。在热固性树脂中，加入增强材料和其他添加剂，如固化剂、着色剂、润滑剂等,即能制成热固性塑料，有的呈粉状、粒状,有的作成团状、片状，统称模塑料。热固性塑料常用的加工方法有模压、层压、传递模塑、浇铸等，某些品种还可用于注射成型。 热固性树脂多用缩聚（见聚合）法生产。常用热固性树脂有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。热固性树脂主要用于制造增强塑料、泡沫塑料、各种电工用模塑料、浇铸制品等，还有相当数量用于胶粘剂和涂料。 从发展看，热固性树脂还在进一步改进质量，研制新品种，以满足新加工工艺开发的要求。用弹性体和热塑性树脂进行改性、开发注塑级热固性模塑料以及反应注射成型用专用树脂及配方，近年来已受到很大重视。采用互穿聚合物网络技术将为热固性树脂的合成开辟新途径。 热固性树脂的分类 除不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂外，热固性树脂主要有以下品种。 一、三聚氰胺甲醛树脂 三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和甲醛缩聚而成的热固性树脂。用玻璃纤维增强的三聚氰胺甲醛层压板具有高的力学性能、优良的耐热性和电绝缘性及自熄性。
酚醛泡沫复合材料综述
可陶瓷化酚醛泡沫复合材料 1 耐烧蚀材料概况 复合材料(如C/C复合材料、碳/酚醛复合材料)具有高比强度、高比模量、耐高温、抗烧蚀、抗冲击等特点，在航天航空领域得到广泛应用，目前正逐步取代黑色金属、有色金属等传统材料，成为轻质化结构和防热结构的主要材料。航天飞行器在高温等恶劣环境下，如洲际导弹鼻锥再入大气层时，将经受7000-8000K超高温、每平方米几十兆瓦热流密度、100g过载、粒子云高速侵蚀、突防中遇到的核辐射和动能拦截等，通过材料自身烧蚀引起质量损失，吸收并带走大量的热量，阻止外部热量向结构内部传递，从而保护内部结构在一定温度范围内正常工作[1]。 聚合物基耐烧蚀材料的研究在国内外备受重视，尤其是近几年随着航空航天技术的深入发展，关于该材料的专利申请量也呈现井喷式增长。我国在聚合物基耐烧蚀材料领域的专利意识已经不输于欧洲、日本等国家或地区，并且在技术上也有了长足的进步，然而与航空强国美国相比，仍然存在不小的差距。航空航天技术的蓬勃发展必然会对耐烧蚀材料提出更高的要求，我国应以此为契机，充分利用现有技术，开发出综合性能更为优越的耐烧蚀材料，不断的提升我国在世界舞台上的技术竞争力。 1.1烧蚀材料分类 烧蚀材料按烧蚀机理分为升华型、熔化型和碳化型三类[2]。聚四氟乙烯、石墨和碳/碳复合材料属于升华型。这些材料在高温下升华，带走大量热量，而且碳是一种辐射系数较高的材料，因而具有很好的抗烧蚀性能。不过这类材料的隔热性能较差，加上这类材料的成本较高，限制了其更广泛的应用。石英和玻璃属于熔化型烧蚀材料。这些材料在高温下熔化吸收热量，而且熔化后形成的SiO2液态膜具有抗高速气流冲刷的能力，不过这类材料的工艺性较差，不适合成型大面积防热套。纤维增强树脂复合材料属于碳化型烧蚀材料。它是以纤维或布作为增强材料，以树脂为基体制成复合材料。这类材料主要利用高分子材料在高温下碳化吸收热量，并进一步利用其形成的碳化层辐射散热。这三类材料中，以碳化型烧蚀材料应用最多。 1.2复合材料的烧蚀机理
热塑性树脂复合材料应用
摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。 关键词：热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。 1 热塑性复合材料的民机应用潜质 以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。 上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。 2 热塑性复合材料在民机上的典型应用 目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。 2.1 机体结构件 机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。 空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。
环氧树脂复合材料的分类组成特性以及应用
环氧树脂复合材料的分类组成特性以及应用 日期: 2008-03-03 复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料。它充分发挥了各组分材料的特点和潜在能力，通过各组分的合理匹配和协同作用，呈现出原来单一材料(均质材料、单相材料)所不具有的优异的新性能，从而达到对材料某些性能的综合要求。复合材料的出现在材料发展史上具有划时代的意义。受到国内外的极大重视。其发展之迅猛在历史上是空前的。已在工业、农业、交通、军事、科学技术和人民生活等各个领域广为应用。尤其是在航空、航天等尖端技领域中已成为不可缺少的重要的结构材料。无怪乎有人认为21世纪将进入“复合材料时代”。 热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是，无论使用的是材料的哪一种功能性，都必须具有必要的力学性能，否则再好的功能材料也没有实用性。已有些功能材料同时还要有很高的强度，如高压绝缘子芯棒，要求绝缘性和强度都很高，是一种绝缘性结构复合材料。 (2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力5—30MPa)，如环氧工程塑料及
树脂基复合材料复习要点
1.功能复合材料主要由功能体和基体组成，或由两种(或两种以上)的功能体组成。 2.材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特征，可分为线性效应和非线性效应。 3.燃烧过程，大致分为五个不同的阶段：（1）加热阶段；（2）降解阶段；(3)分解阶段；（4）点燃阶段；（5）燃烧阶段。 4.氧指数（OI)愈高，表示燃烧愈难。当OI<22时，为易燃性塑料；当OI在22—27之间时，为自熄性塑料；当OI > 27时，为难燃塑料 5.在美国UL-94防火标准中，塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-O逐级递增。 6.阻燃机理有多种：保护膜机理、不燃性气体机理、冷却机理、终止链锁反应机理、协同作用体系。 7.非金属材料的腐蚀类型按腐蚀机理分类①物理腐蚀②化学腐蚀③大气老化④环境应力开裂 8.为了弄清材料的腐蚀机理，进一步对其寿命进行预测，对其进行的实验以试验场所划分，可分为现场试验及实验里试验。 9.摩阻复合材料一般由增强体、摩擦功能调节体与基体等构成，各组分在摩擦材料中的作用是不同的。 10.列举三种常见的水溶性高分子聚合物：聚乙二醇、聚乙吡咯烷酮、聚乙烯。 11.防辐射服是利用服饰内金属纤维构成的环路产生感生电流，有感生电流产生反向电磁场进行屏蔽。 12.吸波材料之所以能够吸收进入材料内部的电磁波主要是由于电磁波在材料内部产生电损耗或磁损耗而使电磁波的电磁性能转化为其他形式的能量散失掉，从而达到减少反射的目的。 13.电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化、磁性介质在交变磁场的作用下产生能量损耗的机制有：①磁滞损耗②涡流损耗③剩磁效应④磁共振。 14.密封材料的耐磨性通常以磨损率的倒数来表示。 15.影响玻璃钢透光率的主要因素：玻璃纤维和粘结剂的折射指数；玻璃纤维和粘结剂的光吸收系数；玻璃纤维的直径及其在玻璃钢中的体积含量。 16.阻尼特性可以通过对数衰减率δ与阻尼因子η两种方式来描述。 17.复合材料用于装甲防护主要有两种形式，即单纯的纤维织物和复合材料层合板。 18.防弹复合材料所用的纤维通常为玻璃纤维、尼龙纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维，最近开发出具有目前最高强度的聚苯并噁唑（PBO）纤维。 19.理想的树脂基体应具有耐高温、高韧性、高强度、低模量等性能，以及低成本。常用的树脂基体有：( )、( )、低密度聚乙烯、交联聚异戊二烯、聚丙烯等。 20.抗辐射聚合物基体一般在分子主链上具有多重环，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚砜、聚醚醚酮树脂等均具有良好的耐辐射性。 21.功能复合材料：除力以外而提供其它物理性能的复合材料即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能以及摩擦、阻尼等性能。 22.高分子纳米复合材料：是由各种纳米单元和高分子复合而成的一种新型复合材料，其中纳米单元按化学成分分为金属陶瓷高分子和无机非金属。 23.燃烧氧指数：指试样像蜡烛状持续燃烧时，在氮-氧混合气流中所必须的最低氧含量。
酚醛树脂及复合材料成型工艺的研究进展
酚醛树脂是最早工业化的合成树脂，已经有100年的历史。由于它原料易得，合成方便以及树脂固化后性能能满足很多使用要求，因此在模塑料、绝缘材料、涂料、木材粘接等方面得到广泛应用。近年来，随着人们对安全等要求的提高，具有阻燃、低烟、低毒等特性的酚醛树脂重新引起人们重视，尤其在飞机场、火车站、学校、医院等公共建筑设施及飞机的内部装饰材料等方面的应用越来越多[1]。 与不饱和聚酯树脂相比，酚醛树脂的反应活性低，固化反应放出缩合水，使得固化必须在高温高压条件下进行，长期以来一般只能先浸渍增强材料制作预浸料(布)，然后用于模压工艺或缠绕工艺，严重限制了其在复合材料领域的应用。为了克服酚醛树脂固有的缺陷，进一步提高酚醛树脂的性能，满足高新技术发展的需要，人们对酚醛树脂进行了大量的研究，改进酚醛树腊的韧性、提高力学性能和耐热性能、改善工艺性能成为研究的重点。近年来国内相继开发出一系列新型酚醛树脂，如硼改性酚醛树脂、烯炔基改性酚醛树脂、氰酸酯化酚醛树脂和开环聚合型酚醛树脂等。可以用于smc/bmc、rtm、拉挤、喷射、手糊等复合材料成型工艺。本文结合作者的研究工作，介绍了酚醛树脂的改性研究进展及rtm、拉挤等酚醛复合材料成型工艺的研究应用情况。 1酚醛树脂的改性研究 1.1聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂 工业上应用得最多的是用聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂，它可提高树脂对玻璃纤维的粘结力，改善酚醛树脂的脆性，增加复合材料的力学强度，降低固化速率从而有利于降低成型压力。用作改性的酚醛树脂通常是用氨水或氧化镁作催化剂合成的苯酚甲醛树脂。用作改性的聚乙烯醇缩醛一般为缩丁醛和缩甲乙醛。使用时一般将其溶于酒精，作为树脂的溶剂。利用缩醛和酚醛羟甲基反应合成的树脂是1种优良的特种油墨载体树脂。 1.2聚酰胺改性酚醛树脂 经聚酰胺改性的酚醛树脂提高了酚醛树脂的冲击韧性和粘结性。用作改性的聚酰胺是一类羟甲基化聚酰胺，利用羟甲基或活泼氢在合成树脂过程中或在树脂固化过程中发生反应形成化学键而达到改性的目的。用该树脂制成的渔竿等薄壁管具有优良的力学性能。 1.3环氧改性酚醛树脂 用热固性酚醛树脂和双酚a型环氧树脂混合物制成的复合材料可以兼具2种树脂的优点，改善它们各自的缺点，从而达到改性的目的。这种混合物具有环氧树脂优良的粘结性，改进了酚醛树脂的脆性，同时具有酚醛树脂优良的耐热性，改进了环氧树脂耐热性较差的缺点。这种改性是通过酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基进行化学反应，以及酚醛树脂中的酚羟基与环氧树脂中的环氧基进行化学反应，最后交联成复杂的体型结构来达到目的，是1种应用最广的酚醛增韧方法。 1.4有机硅改性酚醛树脂 有机硅树脂具有优良的耐热性和耐潮性。可以通过使用有机硅单体与线性酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发生反应来改进酚醛树脂的耐热性和耐水性。 采用不同的有机硅单体或其混合单体与酚醛树脂改性，可得不同性能的改性酚醛树脂，具有广泛的选择性。
环氧树脂基复合材料
环氧树脂基复合材料 1.前言 环氧树脂是聚合物基复合材料中应用最广泛的热固性树脂之一，对环氧树脂的改性及应用技术研究也一直没有停止过。环氧树脂是先进复合材料应用最广泛的树脂体系。它可以适用于多种成型工艺，可配制成不同配方。可调节粘度范围大以便适用于不同的生产工艺。它的存储寿命长，固化不释放出挥发物，固化收缩率低，固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性，因此，目前环氧树脂统治着高性能复合材料的发展。 2.环氧树脂简介 2.1环氧树脂的性质 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂具有以下的性质： (1) 力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。 (2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。 (3) 固化收缩率小。一般为1%～2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%～10%；不饱和聚酯树脂为4%～6%；有机硅树脂为4%～8%)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所以固化后体积变化不大。 (4) 工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(5) 优良的电绝缘性。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。 (6) 稳定性好，抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。