纤维增强树脂基复合材料孔隙的研究

Material Sciences 材料科学, 2017, 7(1), 25-31 Published Online January 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/e211208388.html,/journal/ms https://www.360docs.net/doc/e211208388.html,/10.12677/ms.2017.71004

文章引用: 于洪明, 游慧鹏, 陈江平, 屈远. 纤维增强树脂基复合材料孔隙的研究[J]. 材料科学, 2017, 7(1): 25-31.

Research on Voids of Fiber Reinforced Polymer Composite

Hongming Yu, Huipeng You, Jiangping Chen, Yuan Qu

Wind Power Equipment Research Institute, Shandong CRRC Wind Turbine CO., Ltd., Jinan Shandong

Received: Dec. 20th , 2016; accepted: Jan. 3rd , 2017; published: Jan. 6th , 2017 Copyright ? 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

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Abstract

Fiber reinforced polymers with excellent performance are widely used in the field of aerospace and industries. Voids couldn’t be avoided which affect the mechanical properties dramatically. Void forming mechanism of fiber reinforced polymers, characterization methods and effect of void on mechanical properties are reported in this paper. A large number of tests show that the inter-layer strength is reduced by 7% with void content increase of 1% while void volume content is in the range of 0% - 4%. The effects of void on other mechanical properties are lower than those of the interlayer shear strength. Keywords

Composite, Void, Mechanism, Characterization Method, Mechanical Properties

纤维增强树脂基复合材料孔隙的研究

于洪明，游慧鹏，陈江平，屈远

山东中车风电有限公司风电研究所，山东济南

收稿日期：2016年12月20日；录用日期：2017年1月3日；发布日期：2017年1月6日

摘要

纤维增强树脂基复合材料性能优异，广泛应用于航空航天及工业领域，而复合材料在成型过程中不可避Open Access

于洪明等

免的产生孔隙缺陷，显著影响复合材料的力学性能。本文对纤维增强树脂基复合材料中孔隙的形成机理、测量表征方法以及孔隙对力学性能的影响进行了简要的概述。大量的试验研究表明，孔隙体积含量在0%~4%范围内时，含量每增加1%，层间剪切强度大约降低7%，层间剪切强度减少与孔隙近似呈线性关系。其它机械性能比层间剪切强度所受影响较低。

关键词

复合材料，孔隙，机理，表征方法，力学性能

1. 引言

纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymers, FRP)以其优异的比强度、比模量、耐疲劳和耐腐蚀等性能在航空航天以及工业领域有着广泛的应用，如飞机机身和机翼、轨道交通、新能源汽车、风电叶片等。复合材料在生产过程中由于制造工艺和人为因素会在其内部不可避免的形成孔隙、夹杂、分层等缺陷。其中，孔隙是复合材料中最常见的缺陷。这些孔隙的存在对复合材料的力学性能产生不利影响，尤其对像机翼和风电叶片等大型结构件影响更为显著。因此，对复合材料的孔隙及其孔隙对力学性能的影响进行综合评价是非常必要的，对保证复合材料结构的可靠性、防止事故发生以及节约复合材料加工成本具有重大意义。本文简要的介绍了孔隙的形成机理、孔隙的表征评价方法以及孔隙对力学性能的影响。

2. 纤维增强树脂基复合材料孔隙形成机理

孔隙是复合材料制造过程中形成的空洞，普遍存在于增强纤维束内、树脂基体中以及层间区域。当孔隙尺寸较小时，一般多为小圆球形，分散性较大，主要集中在分布在树脂基体内；当孔隙尺寸较大时，多为细长的椭球形，主要分布在纤维束内以及纤维与树脂的层间界面区域内。孔隙的产生的原因主要有以下几方面因素：1) 纤维和/或树脂基体中裹入空气，在固化过程中包夹的气泡不能完全被排除；2) 树脂基体和有机溶剂在固化反应中产生低分子量挥发物而存留在复合材料内部；3) 树脂基体粘度高、纤维束质地紧密，深层纤维没有被树脂基体完全浸润；4) 成型过程中真空系统泄露，外部空气进行材料内部。

Springer和Kardos [1][2]从物理包夹现象形成气泡和经典成核理论对复合材料中的孔隙形成进行了研究分析，并建立了扩散控制的气泡生长和消融理论模型。Springer认为机械夹杂形成气泡，它们留存在复合材料内部不能排除而形成孔隙。Kardos认为树脂基体中溶解的水分是形成孔隙的主要原因，当气泡的蒸汽压力小于树脂压力时，溶解在树脂基体中的水分在压力差的作用下通过扩散进入气泡使其变大，当树脂粘度骤增发生凝胶时，气泡被封堵在复合材料内部形成孔隙。张佐光等人[3]详细研究了复合材料成型温度、固化压力和操作工艺等因素对孔隙的影响，并对上述机理进行修正及理论分析，提出吸湿水扩散生长和夹杂空气是复合材料孔隙的主要来源。

3. 纤维增强树脂基复合材料孔隙的表征方法

纤维增强树脂基复合材料孔隙的表征一般分为定性指标和定量指标。定性指标是指孔隙的大小、尺寸和分布等信息。定量指标是指孔隙的含量，用孔隙率来表征，孔隙率又分为体积孔隙率和面积孔隙率，即单位体积内所含孔隙的体积百分数和单位面积内所含孔隙的面积百分数；复合材料孔隙检测方法分为有损检测和无损检测。其中有损检测方法有密度法[4]，水吸收法，显微照相法等[5][6]；无损检测方法有超声扫描法[7][8]，超声衰减法[9]，射线检测法[10]，热红外成像法[11]等。

于洪明等

3.1. 密度法

复合材料的孔隙含量与增强纤维、树脂基体和复合材料的密度以及纤维和树脂的百分比有关，用式

(1)计算体积孔隙率v p 为：

()()11v f R f f R R p V V G G ρρ=

?+=?+ (1) 式中f V ——纤维所占体积百分比；

R V ——树脂所占体积百分比；

f G ——纤维所占重量百分比；

R G ——树脂所占重量百分比；

f ρ——树脂密度；

R ρ——纤维密度。

纤维和树脂含量的测量采用化学或热学方法，在去除树脂过程中纤维自身氧化失重而造成测量误差。在计算纤维和树脂密度及含量时若有0.01%的误差，就会导致孔隙率2.5%的误差。所以密度法具有局限性，测得的孔隙率数值偏差不大于±0.5%。由该法得到的是基于小样品的总的孔隙体积分数，孔隙尺寸、形状和分布无法测定。该方法的优点是比较容易实现，不需要精密仪器。

3.2. 显微照相法

把样品进行剖切，经抛光后在配有格栅的显微镜下观察。计算孔隙率v p 时(式2)，只计算落入格栅交线处的那些孔隙。

r v t

P p P = (2) 式中r P ——孔隙上格点数；

t P ——格点总数；

该方法是一种破坏测试法，检测时样品必须进行切割，测完孔隙率后不能进行力学性能测试。若先进行力学性能测试，测量的孔隙率很难将试验过程产生的微裂纹与原有孔隙分开。显微照相法也能测定孔隙的形状、大小及分布等一些较为具体的信息，比密度测定法准确，是目前孔隙率检测方法中精度较高的，但因小试样不能代表整体，所以总的精度只能比±0.5%稍高一点。

3.3. 超声检测法

超声检测方法方便、快捷，是目前复合材料中尤为重要和有效的孔隙率测试手段，它是利用超声波在不同介质中传播速度的差异以及在传播方向上有能量损失和信号衰减来确定材料内孔隙缺陷的存在，实现对整个测试样品的孔隙率进行评价，但是该方法只能给出孔隙分布的定性评价，不能给出孔隙含量、孔隙的大小、尺寸和形状等信息。

Stone 和Clarke [12]较早开展超声衰减法来进行孔隙的测定试验。分析试验结果，发现衰减α和孔隙率P 近似成平方关系，得到经验公式：α = kP 2。给定频率下，k 为常数；当频率变化时，可以将k 近似表示成指数形式，因而α与P 的关系可以表示成：α = 0.0794f 1.27 kP 2。通过对用预浸料制备的复合板进行试验发现，当孔隙率P ≤ 1.5%时，孔隙率是由挥发物导致的，直径在5~20 μm 之间，孔隙呈球形，孔隙率越大，孔隙直径也就越大；当孔隙率P ≥ 1.5%时，孔隙是由空气引起的，孔隙被压平和拉长。Stone 和Clarke 采用双线性函数表示了衰减与孔隙率之间的关系：

当P < 1.5%时，α = a1(f) + b1(f)

于洪明等

当P ≥ 1.5%时，α = a2(f) + b2(f)

式中，a1、b1、a2、b2在给定频率下是常数。图1为双线模式的计算结果与试验结果的对比图，从图中可以看出，试验结果很好的印证了计算结果。Stone和Clarke的经验公式和总结的结论至今仍被复合材料孔隙的研究人员进行参考和引用，被当成经典。

Hsu和Nair [13]在试验中发现，孔隙率P不但与衰减系数随频率变化率dα/df有很好的线性关系，而且随着孔隙率的增加，中心频率单调降低。中心频率的下降量与孔隙率也存在良好的线性关系。高频率导致高衰减，低频率导致低衰减。Hsu [14]用试验结果并与理论结果进行了对比，如图2所示。从图中可以看出，当孔隙率<10时，理论结果与试验结果符合的非常好。

3.4. 射线检测法

将感光胶片置于被检测样品后面，接收透过试样不同强度的射线，胶片经过暗室处理后得到透射影像，根据影像的形状和黑度确定被测样品中孔隙的大小、形状和位置。

Figure 1. The comparison curves of bilinear pattern theoretical and experimental results [12]

图1. 双线性模式的理论与试验结果对比图[12]

Figure 2. The curve of porosity and frequency change rate [14]

图2. 孔隙率与频率变化率的关系曲线[14]

于洪明等3.5. 热红外成像法

采用某种加热的方式激励被测样品的内部缺陷，使被检测样品表面形成反映这些缺陷的温度差，探测器将强度不等的辐射信号转换成相应的电信号，然后经过放大和视频处理，形成人眼可见的视频图像，实现对物品缺陷的检测。

4. 孔隙对纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

复合材料中孔隙的存在降低其力学性能，如层间剪切强度，纵向和横向弯曲强度和模量，纵向和横向拉伸强度和模量，压缩强度和模量等。而且，不同的孔隙含量、尺寸和分布等因素对不同组分复合材料材料的力学性能影响程度差别较大，离散程度较高。因此，从理论上预测孔隙率对复合材料力学性能的影响比较困难。所以，国内外复合材料研究者对孔隙对于复合材料力学性能的影响做了大量的理论分析和试验研究。

Judd和Wright [15]通过研究后指出，当复合材料的孔隙率在0%~4%范围内时，孔隙率每增加1%，层间剪切强度大约降低7%。当孔隙率大于5%时，材料强度损失过大，层间剪切强度随孔隙率变化变缓甚至趋于稳定。

Olivier等人[16]研究了两种不同碳纤维/环氧树脂预浸料在不同固化压力下产生的孔隙率对复合材料力学性能的影响。研究结果表明，复合材料纵向拉伸模量和泊松比几乎不受孔隙率的影响，这主要是因为复合材料固化后纤维体积含量很高。从图中可以看出，当孔隙率从0.3%增加到10.3%时，纵向拉伸强度下降约为12%，这可能是由于较大的孔隙主要是位于层间，并且大部分孔隙表面与纤维接触，使得纤维局部变形所致。从图3(a)和图3(b)中可知，，横向拉伸强度和模量对孔隙率很敏感，两种材料的横向拉伸强度均下降30%左右，横向拉伸模量下降10%左右。图3(c)表明，对于复合材料A，当孔隙率从0.3%增加到6.8%时，弯曲模量下降约4%；而对于复合材料B，当孔隙率从1.4%增加到8.4%时，弯曲模量下降约15%。从图3(d)中可以看出，复合材料A的孔隙率从0.3%增加到6.8%时，层间剪切强度下降约为15%；复合材料B的孔隙率从1.4%增加到8.4%时，层间剪切强度下降约为35%。这表明孔隙率对层间剪切强度的影响是非常大的。从图中还可以看出，两种材料的性能受孔隙率的影响程度是不同的，Olivier 等认为这是由孔隙的形状、尺寸和分布等差异而造成的。因此，孔隙的形状、尺寸和分布等因素对复合材料力学性能的影响是十分必要的。

Almeida等人[17]研究指出：当孔隙率低于某个临界值时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度受孔隙率影响较小。有些研究表明，引起材料力学性能下降的临界孔隙率是1%~4%。

Hagstrand等人[18]研究了单向玻璃纤维聚丙烯复合材料的孔隙率对结构抗弯性能的影响。研究结果表明：当孔隙率小于4%时，孔隙率每增加1%，层间剪切强度降低约7%。随着孔隙含量的增加，拉伸、剪切、抗弯和抗压强度也降低，其中弯曲模量和强度分别下降20%和28%。

Bowles等人[19]以碳纤维/环氧树脂层合板和碳纤维/双马来亚胺树脂层合板为研究对象，研究孔隙率对其力学性能的影响。研究结果表明：常温下，当孔隙率小于0.9%时，复合材料的力学性能受孔隙率的影响非常小，几乎可以忽略；当孔隙率大于0.9%时，复合材料的弯曲强度和剪切强度开始显著下降。Almeida等人通过大量试验研究不同孔隙率对复合材料静力学特性和耐疲劳性能的影响，研究结果指出，复合材料的静态力学性能受孔隙率的影响程度要比疲劳寿命所受到的影响小的多。

国内也对孔隙率对纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响进行了大量的试验研究。刘志真等人[20]研究表明：复合材料的弯曲强度随孔隙率的增加逐渐下降，如图4(a)所示，当孔隙率大于3%时，弯曲强度的下降趋于平缓，弯曲强度保持率约75%。孔隙率对复合材料的弯曲模量影响不大。图4(b)为剪切强

于洪明等

Figure 3. The curves of tensile modulus (a) and strength (b), flexural modulus (c) and interlaminar

shear strength (d) with porosity changes [16]

图3. 拉伸模量和强度(a)、(b)、弯曲模量(c)和层间剪切强度(d)随孔隙的变化图谱[16]

Figure 4. The relationship between porosity and the flexural property (a) and the interlami-

nar shear strength (b) [20]

图4.孔隙率和弯曲性能(a)及剪切强度(b)之间的关系[20]

度和孔隙率之间的关系曲线，从图中可以看出，随着孔隙率的增加，剪切强度逐渐下降。当孔隙率小于

0.75%时，孔隙率对剪切强度的影响不大；当孔隙率大于1.5%时，剪切强度迅速下降约40%。

5. 结论

理论和试验都表明，孔隙的存在降低复合材料层间剪切强度、纵向和横向强度和模量和耐疲劳性等

于洪明等

力学性能。在4%以内每含有1%的孔隙，复合材料的层间剪切强度减少约7%，在4%以上降低较为缓慢。其它力学性能也受到不同程度的影响。由于孔隙的形状、尺寸、分布以及纤维、基体和界面的力学性能等可变因素，孔隙对复合材料层力学性能的影响是个非常复杂的问题。能正确测量孔隙含量、弄清孔隙的形成机理和评价孔隙对复合材料性能的影响，对纤维增强树脂基复合材料的应用和制备有重要的意义。

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树脂基碳纤维复合材料项目可行性方案

树脂基碳纤维复合材料项目可行性方案规划设计/投资分析/产业运营

摘要说明— 碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资8358.19万元，其中：固定资产投资6937.82万元，占项目总投资的83.01%；流动资金1420.37万元，占项目总投资的16.99%。达产年营业收入12184.00万元，总成本费用9189.44万元，税金及附加164.13万元，利润总额2994.56万元，利税总额3571.73万元，税后净利润2245.92万元，达产年纳税总额1325.81万元；达产年投资利润率 35.83%，投资利税率42.73%，投资回报率26.87%，全部投资回收期5.22年，提供就业职位165个。报告内容：项目概论、项目建设背景、项目市场前景分析、项目建设方案、选址评价、土建工程、工艺说明、环境影响概况、安全管理、建设及运营风险分析、项目节能可行性分析、项目进度说明、项目投资可行性分析、盈利能力分析、结论等。规划设计/投资分析/产业运营

树脂基碳纤维复合材料项目可行性方案目录第一章项目概论第二章项目建设背景第三章项目建设方案第四章选址评价第五章土建工程第六章工艺说明第七章环境影响概况第八章安全管理第九章建设及运营风险分析第十章项目节能可行性分析第十一章项目进度说明第十二章项目投资可行性分析第十三章盈利能力分析第十四章招标方案第十五章结论

第一章项目概论一、项目承办单位基本情况（一）公司名称 xxx公司（二）公司简介未来，在保持健康、稳定、快速、持续发展的同时，公司以“和谐发展”为目标，践行社会责任，秉承“责任、公平、开放、求实”的企业责任，服务全国。公司将“以运营服务业带动制造业，以制造业支持运营服务业”经营模式，树立起双向融合的新格局，全面系统化扩展经营领域。公司为以适应本土化需求为导向，高度整合全球供应链。公司已拥有ISO/TS16949质量管理体系以及ISO14001环境管理体系，以及ERP生产管理系统，并具有国际先进的自动化生产线及实验测试设备。公司坚持走“专、精、特、新”的发展道路，不断推动转型升级，使产品在全球市场拥有一流的竞争力。公司正处于快速发展阶段，特别是随着新项目的建设及未来产能扩张，将需要大量专业技术人才充实到建设、生产、研发、销售、管理等环节中。作为一家民营企业，公司在吸引高端人才方面不具备明显优势。未来公司将通过自我培养和外部引进来壮大公司的高端人才队伍，提升公司的技术创新能力。公司通过了ISO质量管理体系认证，并严格按照上述管理体系

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

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。

先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用

军民两用技术与产品2010·1 先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用航天材料及工艺研究所赵云峰 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!" 一、引言随着航空航天工业的发展，先进飞机、运载火箭和导弹、卫星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工艺的广泛应用。先进复合材料是航空航天高技术产品的重要组成部分，它能有效降低飞机、运载火箭、导弹和卫星的结构重量，增加有效载荷和射程，降低成本。国外各类航空航天器结构已经广泛采用了先进的纤维增强树脂基复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强环氧树脂复合材料。目前，先进复合材料已经取代了铝合金，成为现代大型飞机的首要结构材料。二、先进纤维增强树脂基复合材料的特点先进纤维增强树脂基复合材料由高性能增强纤维和基体树脂按一定的工艺方法复合而成。与其它材料相比，具备如下特点：（1）与金属材料相比，复合材料具有高的比强度和比模量，可以大幅减轻结构重量；（2）各向异性，具有良好的可设计性，可以充分发挥增强纤维的性能；（3）具有优异的耐疲劳、耐腐蚀和抗振动等特性；（4）成型工艺性好，易于制造一次整体成型复杂零件。表1列出了几类典型的树脂基复合材料和金属材料的性能。三、先进纤维增强树脂基复合材料在航天产品上的典型应用欧洲的“阿里安4”运载火箭采用了大量的碳纤维增强环氧树脂复合材料。卫星发射支架，仪器舱，大型整流罩，第一、二级之间的分离壳，助推器前锥和第二、三级级间段均采用碳纤维增强环氧树脂复合材料制造而成。 “阿里安4”运载火箭卫星整流罩最大外径4米、长约12米。由端头、前锥段、圆柱段和倒锥几部分组成。端头为铝合金加强筋环结构。前锥段和圆柱段采用碳纤维面板/铝蜂窝夹层结构。“阿里安5”运载火箭大型卫星整流罩外径5.4米，同样采用碳纤维面板/铝蜂窝夹层结构。“阿里安4”运载火箭第二、三级碳/环氧级间段直径 2.6米、高度2.73米，采用8块曲型壁板组成，两端框为铝合金材料，中间用5个铝合金环框加强。先进复合材料结构件的使用，提高了卫星结构的效率，增加了卫星的有效载荷，加强了商业竞争能力。一些航天器结构所用的典型复合材料见表2。四、高性能增强纤维 1 碳纤维碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN ）、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的高强度、高模量、耐高温特种纤维。PAN 基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90%以上。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优异性能，是国防军事工业不可缺少的工程材料。研究制备碳纤维的新技术，特别是低成本碳纤维制备技术是国外碳纤维研究的重点。制备碳纤维的新技术可归纳为研究发展廉价原丝、新的预氧化技术和新的碳化和石墨化技术三个方面。为了降低碳纤维的价格，研制低成本碳纤维，美国推出了低成本碳纤维研制计划，并已取得了一定的成果，建成了采用微波碳化的试验线，取得了良好效果，使制备碳纤维

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

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

环氧树脂复合材料

环氧树脂复合材料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)，如环氧工程塑料及环氧层压塑料；低压成型材料(成型压力＜2．5MPa)，如环氧玻璃钢和高性能环氧复合材料。玻璃钢和高性能复合材料由于制件尺寸较大(可达几个㎡)、型面通常不是平面，所以不宜用高压成型。否则模具造价太高，压机吨位太大，因而成本太贵。

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告规划设计/投资分析/实施方案

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资8203.97万元，其中：固定资产投资6444.75万元，占项目总投资的78.56%；流动资金1759.22万元，占项目总投资的21.44%。达产年营业收入15315.00万元，总成本费用12042.78万元，税金及附加141.99万元，利润总额3272.22万元，利税总额3865.55万元，税后净利润2454.16万元，达产年纳税总额1411.38万元；达产年投资利润率39.89%，投资利税率47.12%，投资回报率29.91%，全部投资回收期4.84年，提供就业职位248个。坚持“实事求是”原则。项目承办单位的管理决策层要以求实、科学的态度，严格按国家《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）的要求，在全面完成调查研究基础上，进行细致的论证和比较，做到技术先进、可靠、经济合理，为投资决策提供可靠的依据，同时，以客观公正立场、科学严谨的态度对项目的经济效益做出科学的评价。 ......

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告目录第一章申报单位及项目概况一、项目申报单位概况二、项目概况第二章发展规划、产业政策和行业准入分析一、发展规划分析二、产业政策分析三、行业准入分析第三章资源开发及综合利用分析一、资源开发方案。二、资源利用方案三、资源节约措施第四章节能方案分析一、用能标准和节能规范。二、能耗状况和能耗指标分析三、节能措施和节能效果分析第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析一、项目选址及用地方案

航空航天先进复合材料

航空航天先进复合材料现状 2014-08-10 Lb23742 摘要:回顾了树脂基复合材料的发展史;综述了先进复合材料工业上通常使用环氧树脂的品种、性能和特性;复合材料使用的增强纤维;国防、军工及航空航天用树脂基复合材料;用于固体发动机壳体的树脂基体;用于固体发动机喷管的耐热树脂基体;火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体;树脂基结构复合材料;防弹结构复合材料;先进战斗机用复合材料;树脂基体;航天器用外热防护涂层材料;飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料;碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天中的其它应用;民用大飞机复合材料;国产大飞机的软肋还是技术问题;复合材料之惑。关键词:树脂基体;复合材料;国防;军工;航空航天;结构复合材料 0 前言复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。环氧树脂是优良的反应固化型性树脂。在纤维增强复合材料领域中，环氧树脂大显身手。它与高性能纤维:PAN基碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玄武岩纤维、S或E玻璃纤维复合，便成为不可替代的重要的基体材料和结构材料，广泛运用在电子电力、航天航空、运动器材、建筑补强、压力管雄、化工防腐等六个领域。本文重点论述航空航天先进树脂基体复合材料的国内外现状及中国的技术软肋问题 1 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，在我国不科学地俗称为玻璃钢。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。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、

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。

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

树脂基碳纤维复合材料项目初步方案

树脂基碳纤维复合材料项目初步方案规划设计/投资方案/产业运营

树脂基碳纤维复合材料项目初步方案说明碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资3248.14万元，其中：固定资产投资2392.78万元，占项目总投资的73.67%；流动资金855.36万元，占项目总投资的26.33%。达产年营业收入7006.00万元，总成本费用5332.20万元，税金及附加60.41万元，利润总额1673.80万元，利税总额1965.08万元，税后净利润1255.35万元，达产年纳税总额709.73万元；达产年投资利润率51.53%，投资利税率60.50%，投资回报率38.65%，全部投资回收期4.09年，提供就业职位125个。坚持“三同时”原则，项目承办单位承办的项目，认真贯彻执行国家建设项目有关消防、安全、卫生、劳动保护和环境保护管理规定、规范，积极做到：同时设计、同时施工、同时投入运行，确保各种有害物达标排放，尽量减少环境污染，提高综合利用水平。 ......

报告主要内容：概况、项目背景及必要性、项目市场前景分析、产品及建设方案、项目选址方案、土建工程说明、项目工艺说明、环境影响概况、企业卫生、项目风险概况、节能分析、实施安排、投资方案、经济评价分析、项目结论等。

第一章概况一、项目概况（一）项目名称树脂基碳纤维复合材料项目碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。（二）项目选址 xx产业示范中心（三）项目用地规模项目总用地面积8177.42平方米（折合约12.26亩）。（四）项目用地控制指标该工程规划建筑系数53.49%，建筑容积率1.19，建设区域绿化覆盖率6.59%，固定资产投资强度195.17万元/亩。（五）土建工程指标项目净用地面积8177.42平方米，建筑物基底占地面积4374.10平方米，总建筑面积9731.13平方米，其中：规划建设主体工程7652.37平方米，项目规划绿化面积641.56平方米。

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。

树脂的力学性能

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。实验表明，横向压缩强度是横向拉伸强度的4～7倍。横向拉伸的破坏模式是基体和界面破坏，也可能伴随有纤维横向拉裂；横向压缩的破坏是因基体破坏所致，大体沿45°斜面剪坏，有时伴随界面破坏和纤维压碎。单向树脂基复合材料的面内剪切破坏是由基体和界面剪切所致，这些强度数值的估算都需依靠实验。杂乱短纤维增强树脂基复合材料尽管不具备单向树脂基复合材料轴向上的高强度，但在横向拉、压性能方面要比单向树脂基复合材

碳纤维_树脂基复合材料导电性能研究

第27卷第5期 2005年5月武汉理工大学学报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.27 No.5 M ay 2005 碳纤维/树脂基复合材料导电性能研究于杰,王继辉,王钧 (武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070) 摘要: 研究了短切碳纤维/乙烯基酯树脂导电性与短切碳纤维含量、长径比、纤维取向的关系及其PT C 效应。短切碳纤维长径比越大、取向角越小,材料的渗虑阈值越低,导电性越好。渗虑阈值之后,纤维含量越低,PT C 效应越明显,转变温度越低;实验还发现体积膨胀是导致PT C 效应的主要因素之一,通过分析PT C 效应与体积膨胀之间的关系,得出渗滤区域材料的导电性受导电通路与隧道效应的综合影响,当纤维含量较高时,导电性能基本只受导电通路的控制。关键词: 短切碳纤维/乙烯基酯树脂; 导电性; 长径比; PT C 中图分类号: T B 332文献标志码: A 文章编号:1671-4431(2005)05-0024-03 Study on Electric Properties of Carbon Fiber/Polymer Composites Y U J ie,WAN G J i -hui,WAN G Jun (Schoo l of M aterials Science and Engineering,Wuhan U niversity of T echnolo gy,Wuhan 430070,China) Abstract: T he electr ical co nduct ivity and P T C effect of chopped -carbon fiber filled viny-l ester resin composites were studied.Filler aspect r at io and filler orientation were found to evidently affect t he composites conductiv ity.It w as also proved that the volume ex pansion was a main factor.It has r esulted in the composites .PT C behavior ,w hich is mor e sensitive and evident when the filler fraction is w ithin t he percolation r eg ion.It also advanced the conductive mechanism based on the analysis of the rela -tion between volume expansion and PT C behav ior. Key words: chopped -carbon fiber/viny-l ester r esin; electrical conductivity ; aspect ratio; P T C 收稿日期:2005-01-30. 基金项目:军工863项目(2003AA 305920).作者简介:于杰(1980-),男,硕士生.E -mail:yujiejack@https://www.360docs.net/doc/e211208388.html, 复合型导电高分子材料可以在较大范围内根据需要调节材料的电学、力学性能及其它性能,而且成本较低、易于成型并进行大规模生产,是当前研究开发的重点。其中,碳纤维作为一种纤维状导电填料,填充树脂、橡胶、橡塑共混物等复合型导电高分子材料的研究也经常见诸报道[1,2]。虽然针对碳系填料填充的热塑性树脂复合材料的研究十分广泛,但关于以热固性树脂为基体的导电复合材料的研究却少有报道。以短切碳纤维/乙烯基酯树脂为研究对象,研究了碳纤维含量、长径比及纤维的取向对复合材料导电性能的影响,并对其PT C 效应进行了研究,力图探索短切碳纤维填充热固性树脂基复合材料的导电机理。 1 实验 1.1 试样制备碳纤维:PAN 基纤维,型号HTA -12K,由OH O TAYON 公司生产;树脂:3201# 乙烯基酯树脂,上海新华树脂厂生产;固化剂:过氧化苯甲酰,促进剂:环烷酸钴,均由武汉理工大学树脂厂生产。将各长径比(1mm 、3mm 、5mm)的碳纤维按不同的含量(0.5%~10%)与树脂、固化剂及促进剂混合搅拌均匀,浇注到钢模中,140e 下固化20m in,自然冷却,脱模后加工成50m m @20mm @4mm 的片材。