复合材料的手糊成型工艺

复合材料的手糊成型工艺内容摘要：

酯树脂占玻璃纤维复 合材料用树脂总量的 80%以上。 a. 不饱和聚酯树脂定义 一般由不饱和二元酸和二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。 通常，聚酯化缩聚反应是 190~220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度），在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。 b. 不饱和聚酯树脂分类 根据不饱和聚酯树脂的结构可分为邻苯型、间苯型、对苯型、双酚 A 型、乙烯基酯型等；根据其性能可分为通用型、防腐型、自熄型、耐热型、低收缩型等；根据其主要用途可分为 玻璃钢用树脂与非玻璃钢用树脂两大类。 c. 不饱和聚酯树脂性能特点 ① 工艺性能优良。 这是不饱和聚酯树脂最大的优点。 可以在室温下固化，常压下成型，工艺性能灵活，特别适合大型和现场制造玻璃钢制品。 ② 固化后树脂综合性能好。 力学性能指标略低于环氧树脂，但优于酚醛树脂。 耐腐蚀性、电性能和阻燃性可以通过选择适当牌号的树脂来满足要求，树脂颜色浅，可以制成透明制品。 ③ 品种多，适应广泛，价格较低。 北华航天工业学院毕业论文 8 ④ 缺点是固化时收缩率较大，贮存期限短，含苯乙烯，有刺激性气体，长期接触对身体健康不利。 d. 不饱和聚酯树脂的物理性质 不饱和聚酯树脂的相对密度 在 ~ 左右，固化时体积收缩率较大，固化树脂的一些物理性质如下： ① 耐热性。 绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在 50~60℃，一些耐热性好的树脂则可达 120℃。 红热膨胀系数α 1 为（ 130~150） 106 ℃。 ② 力学性能。 不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等力学性能。 ③ 耐化学腐蚀性能。 不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，可以有很大的差异。 ④ 介电性能。 不饱和聚酯树脂的介 电性能良好。 e. 不饱和聚酯树脂的化学性质 不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。 主链上的双键可以和乙烯基单体发生共聚交联反应，使不饱和聚酯树脂从可溶、可熔状态转变成不溶、不熔状态。 主链上的酯键可以发生水解反应，酸或碱可以加速该反应。 若与苯乙烯共聚交联后，则可以大大地降低水解反应的发生。 在酸性介质中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，由于形成了共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的，所以聚酯 耐碱性差。 聚酯链末端上的羧基可以和碱土金属氧化物或氢氧化物（ MgO、 CaO 等）反应，使不饱和聚酯分子链扩展，最终有可能形成络合物。 分子链扩展可使起始粘度为 ~ s 粘性液体状树脂，在短时间内粘度剧增至 103Pa s 以上，直至成为不能流动的、不粘手的类似凝胶状物。 树脂处于这一状态时并未交联，在合适的溶剂中仍可溶解，加热时有良好的流动性。 Ⅱ环氧树脂 a. 环氧树脂定义 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧集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 北华航天工业学院毕业论文 9 物。 b. 环氧树脂分类 环氧树脂的品种很多，根据它们的分子结构，大体上可以分为 5 大类： ① 缩水甘油醚类 ② 缩水甘油酯类 ③ 缩水甘油胺类 ④ 线形脂肪族类 ⑤ 脂环族类 c. 环氧树脂的性能和特性 ① 形式多样。 各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的黏度到高熔点固体。 ② 固化方便。 选用各种不同的固化剂，环氧树 脂体系几乎可以在 0~180℃温度范围内固化。 ③ 黏附力强。 环氧树脂中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的黏附力。 环氧树脂固化时收缩率低也有助于形成一种强韧的、内应力较小的黏合键。 由于固化反应没有挥发性副产物放出，所以在成型时不需要高压或除去挥发性副产物所耗费的时间，这就更进一步提高环氧树脂体系的黏结强度。 ④ 收缩率低。 环氧树脂不同于别的热固性聚合物，它的固化过程中不产生副产物，且在液态时就有高度缔合，固化是通过直接加成进行的，故收缩率小。 对于一个未改性的体系来说，其收缩率小于 2%，而一般酚醛和聚酯树脂的固化则产生相当大的收缩。 ⑤ 力学性能。 固化后的环氧树脂体系具有良好的力学性能。 ⑥ 电性能。 固化后的环氧树脂体系在宽广的频率和温度范围内具有良好的电性能，它们是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。 ⑦ 化学稳定性能。 固化后的环氧树脂具有很大的化学稳定性，在固化的环氧体系中，苯环和脂肪羟基实际上不易受碱的侵 蚀，而且极耐酸。 ⑧ 尺寸稳定性。 上述许多性能的综合，使固化环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。 ⑨ 耐霉菌。 固化环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。 [5] 2） 辅助剂 为了改进树脂的工艺性能，固化后制品的性能，或者为了降低成本，需要在 北华航天工业学院毕业论文 10 基体配方中加入适当的辅助剂，常用的辅助剂有以下几种。 Ⅰ固化剂、引发剂与促进剂。 环氧树脂本身是热塑性线性结构，必须用固化剂使它交联成网状结构大分子，成为不熔的固化产物。 不饱和聚酯树脂的固化在加热条件下采用引发剂，或者在室温条件下使用引发剂和促进剂固化的办法来进行。 Ⅱ稀释剂。 室温下黏度是基体的一项重要工艺性指标，为了降低树脂黏度以符合工艺要求，需在树脂中加入一定量的稀释剂，稀释剂一般分为非活性和活性两大类。 非活性稀释剂不参与树脂的固化反应，通常在浸胶后都要经过烘干过程，将大部分稀释剂除去。 常用的非活性稀释剂有丙酮、乙醇、甲苯和苯等，用量一般为树脂质量的 10%~60%。 许多酚醛和环氧树脂黏度较大，常需要加入非活性稀释剂。 当基体树脂不允许加入挥发性物质时，为了降低黏度，可加活性稀释剂，它参加树脂的固化反应，成为网状结构的组成部分，它的选择和用量取决于稀释剂的结构 和树脂类型。 不饱和聚酯树脂的交联剂（如苯乙烯、乙烯衍生物等）的用量可以调整树脂的黏度，因此，这类树脂的交联剂可以起活性稀释剂作用，一般不另加稀释剂。 环氧树脂中加入单环氧基或多环氧基低黏度化合物，可以起活性稀释剂作用。 Ⅲ增韧剂、增塑剂。 为了降低固化后树脂的脆性，提高冲击强度而加入的组分叫增韧剂或增塑剂。 常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯（如二丁酯、二辛酯）、磷酸酯等，它们不参与固化反应，只起降低交联密度导致刚性下降的作用，同时又导致强度和耐热性下降。 增韧剂多为线形聚合物，带有活性基团，直接参加固化反应，如在环氧 树脂中加入聚酰胺、聚硫橡胶、羧基丁腈橡胶和聚酯等，在酚醛树脂中加入丁腈橡胶等。 增韧剂在不降低树脂的强度情况下提高韧性，有的还可以不降低树脂的耐热性。 Ⅳ触变剂。 在手糊成型工艺中，糊制大型制品时，特别是垂直面，常发生树脂下流现象，影响制品的质量。 为了消除这一弊病，常在树脂中加入一定量的触变剂，它能提高基体在静止状态下的黏度，在外力作用下，如搅拌时，变成流动性液体，因而适用于涂刷大型制件，尤其在垂直面上使用。 常用的触变剂有活性二氧化硅（白炭黑），加入量一般为 1%~3%，在手糊工艺中用的胶衣树脂中，一般都加有触 变剂。 Ⅴ填料。 北华航天工业学院毕业论文 11 树脂中加入一定量的填料，能改变其性能、降低成本，如树脂中加入一定量的填料能增加树脂的黏度，改变其流动特性，降低树脂固化时的收缩以及增加表面硬度等。 Ⅵ颜料。 为了制造彩色的复合材料制品，必须在树脂中加入一定量的颜料或染料。 常用颜料的用量为树脂的 %~5%。 对于所使用颜料应满足下列要求： ，有耐热性和耐光性； ，不妨碍树脂的固化； 的性能； ，价格低廉。 （ 2）增强材料 复合材料组分之一是增强材料或增强剂，其主要功能是显著提高基体材料的机械性能，即赋予复合材料的高强度和高模量等力学性能。 1）手糊成型的增强材料要求易被树脂浸润，并有一定的可变性能，主要有以下几种形式。 Ⅰ无捻粗纱布即方格布是手糊成型的主要增强材料。 它变形性好、易被树脂浸透，增厚效率高，能提高玻璃钢的抗冲击能力，易排除气泡。 厂家多，货源足，规格品种齐全，厚度 ~，价格低。 Ⅱ加捻布。 有平纹布、斜纹布、缎纹布，和单向布等，厚度有 、 、~，表面一般含蜡。 用加捻布制作的玻璃钢，表面平整、气密性好，但价格贵，不易浸透树脂，增厚效果差。 Ⅲ玻璃布带。 用于加强型材和特殊部位。 Ⅳ短切毡。 短切毡分无碱玻纤短切毡和中碱玻纤短切毡两种。 短切毡对树脂浸透性最好，气泡容易排除，变形性好，施工方便，制品的含胶量高（ 60%~80%），所以防渗效果好，在防水制品、耐腐蚀制品中作为防渗漏层被大量采用。 Ⅴ短切纤维。 用于填充死角。 Ⅵ表面毡。 表面毡用于表面富树脂层。 表面毡是用直径 10~20μ m 的单丝随机交替铺成，很薄。 2)增强材料的种类： Ⅰ玻璃纤维 玻璃纤维是用熔融玻璃制成的极细的纤维，具有不燃、耐高温、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定性好 等优良性能。 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。 成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。 它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、 北华航天工业学院毕业论文 12 拉丝、络纱、织布等工艺最后形成各类产品。 玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的 1/20~1/5，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。 ①按化学组成分：有碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、低碱玻璃纤维、微碱玻 璃纤维。 ②按纤维使用特性分：普通玻璃纤维、电工用玻璃纤维、高强型玻璃纤维、高模量型玻璃纤维、耐化学药品玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、低。