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復合材料術語大科普

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你是做什么的?復合材料。

哦,復合材料是什么?

玻璃鋼又是什么?

玻璃纖維、碳纖維、樹脂……這些又都是什么?

……

 

你是否會經(jīng)常遇到這樣的好奇寶寶,又或者你也有一樣的困惑。今天就給大家來一堂科普課,讓大家不但知道還能說出來關于復合材料的眾多專業(yè)術語。

 

能用一句話解決的事,我們絕不二話。


復合材料

說到復合材料,做復材的人都知道,但真的要大家用一句話概括出來卻不一定能說全面。所謂復合材料,是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料,通過物理或化學的方法,在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。

 

雖然只是一句話,但信息量還是蠻大的。簡單點理解就是各種材料在性能上互相取長補短,產(chǎn)生協(xié)同效應,使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。最簡單的例子,混凝土也是一種復合材料。

 


玻璃鋼

玻璃和鋼,好像兩者在強度上完全不是一個等級的物體,怎么會關聯(lián)在一起。玻璃鋼正名玻璃纖維增強塑料,俗稱FRPFiber Reinforced Plastics),即纖維增強復合塑料。根據(jù)采用的纖維不同分為玻璃纖維增強復合塑料(GFRP),碳纖維增強復合塑料(CFRP),硼纖維增強復合塑料等。它是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料,以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。這種復合材料的力學性能可和鋼材媲美,因此叫玻璃鋼,其實這是我們國內(nèi)一種通俗的叫法,屬于中國特色。玻璃纖維增強塑料,成品多種多樣,玻璃鋼制品,玻璃鋼產(chǎn)品,玻璃鋼蓋板,玻璃鋼外殼罩,玻璃鋼座凳,玻璃鋼造型,玻璃鋼定制等等。

 


 

玻璃纖維

 

玻璃纖維(fiberglassGlass fiber)是一種無機非金屬材料,由礦石(主要成分為二氧化硅)或玻璃球,經(jīng)高溫熔融,拉制成直徑為幾微米到二十幾個微米的單絲,再絡成原絲。原絲又可加工成各種玻璃纖維制品,包括常見的短切氈、方格布、軸向布、復合氈等。


碳纖維

碳纖維(carbon fiber)是指含碳量高于90%的無機高分子纖維,其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。目前的生產(chǎn)工藝主要是把有機纖維經(jīng)纖維紡絲、預氧化、碳化、石墨化4個過程而制成,按纖維基材分聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維、酚醛基碳纖維、氣相生長碳纖維等。



工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類,但主要生產(chǎn)前兩種碳纖維。而PAN基碳纖維因其生產(chǎn)工藝較其他方法簡單,產(chǎn)量約占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%以上。



碳纖維以其優(yōu)異的力學性能被廣泛應用于國防軍工、航空航天、汽車、電子、運動器材等領域,后續(xù)在復合材料中的應用也會越來越受到關注。

 


 

樹脂

 

樹脂本義上為一種高分子聚合物,其定義是:相對分子量不確定但通常較高,常溫下呈固態(tài)、中固態(tài)、假固態(tài),有時也可以是液態(tài)的有機物質(zhì)。具有軟化或熔融溫度范圍,在外力作用下有流動傾向,破裂時常呈貝殼狀。廣義上是指用作塑料基材的聚合物或預聚物。一般不溶于水,能溶于有機溶劑。按來源可分為天然樹脂和合成樹脂;按其加工行為不同的特點又有熱塑性樹脂和熱固性樹脂之分。



從定義中可以看出樹脂是一種混合物,用于制造玻璃鋼的為熱固性樹脂,其特點是在加熱、加壓下或在固化劑、紫外光作用下,進行化學反應,交聯(lián)固化成為不溶不熔的物質(zhì)。常見的熱固性樹脂有:不飽和樹脂(UP)、乙烯基樹脂(VE)、環(huán)氧樹脂(EP)、聚氨酯樹脂(PU)、酚醛樹脂(PF)、呋喃樹脂等。

 

熱塑性樹脂的特點是具有受熱軟化、冷卻硬化的性能,而且不起化學反應,無論加熱和冷卻重復進行多少次,均能保持這種性能。凡具有熱塑性樹脂其分子結(jié)構都屬線型。常見的熱塑性樹脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET、PBT)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)等等。

 


 

膠衣

 

膠衣英文名稱gel coat,它是在樹脂中加入顏料和觸變劑等分散而成的玻璃鋼(FRP)及臺面面漆用來開發(fā)的著色觸變性產(chǎn)品。

 

所謂觸變性指物體(如樹脂、涂料)受到剪切時,稠度變小,停止剪切時,稠度又增加。或受到剪切時,稠度變大,停止剪切時,稠度又變小的性質(zhì)。即一觸即變的性質(zhì)。

 

膠衣本質(zhì)上也屬于一種特殊的樹脂,其主要作用是對玻璃鋼制品的表面裝飾和對結(jié)構層的保護。

 

按樹脂基體不同分不飽和聚酯類、乙烯基類、環(huán)氧類膠衣。

 


 

預浸料

 

預浸料是用樹脂基體在嚴格控制的條件下浸漬連續(xù)纖維或織物,制成樹脂基體與增強體的組合物,是制造復合材料的中間材料。

 

之所以叫預浸料是因為這只是樹脂與纖維的初步含浸,在產(chǎn)品成型時才是最終含浸的緣故。預浸料使用方便,成型過程清潔,孔隙率低及含膠量可控,使其近年來的應用大幅上升。

 

按樹脂基體不同,又分為熱固性樹脂預浸料和熱塑性樹脂預浸料。

 


 

固化劑與促進劑

 

固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑,是一類增進或控制固化反應的物質(zhì)或混合物。樹脂固化是經(jīng)過縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學反應,使熱固性樹脂發(fā)生不可逆的變化過程,固化是通過添加固化(交聯(lián))劑來完成的。

 

促進劑:與催化劑或固定劑并用時,可以提高反應速率的一種用量較少的物質(zhì)。

 

說到固化劑與促進劑,必須著重強調(diào)一下安全問題。固化劑具有很強的腐蝕性,因此要做好防護措施,不能直接接觸到人體。另外,與樹脂或膠衣專用的促進劑混合會發(fā)生起火,甚至爆炸。因此為了避免發(fā)生事故,兩者一定要分開儲存。往樹脂或膠衣中添加時一定要先加促進劑,攪拌均勻后,再添加固化劑。(這一點需要切記,關乎到人身安全

 


 

脫模劑

 

脫模劑是用在兩個彼此易于粘著的物體表面的一個界面涂層,它可使物體表面易于脫離、光滑及潔凈。簡單點理解就是能讓產(chǎn)品從模具上順利分離的一種物質(zhì),常見的脫模劑種類有無機物、有機物以及高聚物三類。

 

在玻璃鋼生產(chǎn)中常用的脫模劑有固態(tài)蠟、半永久脫模水等。

 


 

夾芯材料

 

用于復合材料夾層結(jié)構的夾芯材料主要有:硬質(zhì)泡沫、蜂窩和輕木三類。其主要作用是提高產(chǎn)品剛性,減輕重量。一般做成三明治夾芯結(jié)構。

 

硬質(zhì)泡沫主要有聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亞胺(PEI)和丙烯腈一苯乙烯(SANAS)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)、發(fā)泡聚酯(PET)等。

 

蜂窩夾芯材料有玻璃布蜂窩、NOMEX蜂窩、棉布蜂窩、鋁蜂窩等。蜂窩夾層結(jié)構的強度高,剛性好,但蜂窩為開孔結(jié)構,與上下面板的粘接面積小,粘接效果一般沒有泡沫好。

 

輕木(balsa)夾芯材料是一種天然產(chǎn)品,市場常見的輕木夾芯主要產(chǎn)自南美洲的種植園,由于氣候原因,輕木在當?shù)厣L速度特別快,所以比普通木材輕很多,且其纖維具有良好的強度和韌性,特別適合用于復合材料夾層結(jié)構。

 


 

熱壓罐

 

熱壓罐(HotAirAutoelave或簡寫Atitoelave)是一種針對聚合物基復合材料成型工藝特點的工藝設備。能同時提供的均勻溫度和均布壓力使聚合物基復合材料固化,比傳統(tǒng)的固化爐做出來的產(chǎn)品更密實,孔隙率更低。

 




真空輔材

 

所謂真空輔材是指真空工藝中用到的一些輔材,主要包括有:真空袋膜、隔離膜、脫模布、透氣氈、導流網(wǎng)、密封膠帶、壓敏膠帶、其它(纏繞管、樹脂管、注膠座、快速接頭等)。

 


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