碳纖維復合材料成型工藝及樹脂性能

　　復合材料都是由增強纖維和一種塑料材料相結(jié)合，復合材料中樹脂的作用至關(guān)重要，樹脂的選擇決定了一系列特征工藝參數(shù)、部分力學性能和功能性(熱性能、易燃性、耐環(huán)境性等)，樹脂性能也是認識復合材料力學性能的關(guān)鍵因素。當樹脂選定后，決定復合材料一系列工藝和性能的窗口就自然而然地確定下來了。熱固性樹脂是樹脂基復合材料的最常用的樹脂類型，因為它具有良好的工藝性。室溫下，熱固性樹脂幾乎全部是液態(tài)或半固態(tài)，而且從概念上講它們更像是構(gòu)成熱塑性樹脂的單體而非最終狀態(tài)的熱塑性樹脂。在熱固性樹脂固化之前，它們可以被加工成各種形狀，但一旦使用固化劑、引發(fā)劑或加熱等途徑使其固化，就不能再次成形，這是因為在固化過程中形成了化學鍵合，使得小分子轉(zhuǎn)變成具有較高分子量的三維交聯(lián)剛性聚合物。

　　熱固性樹脂有很多種，常用的有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂等。

　　(1)酚醛樹脂是熱固性樹脂，具有良好的粘結(jié)性，固化后耐熱性和介電性能都很好，突出的特點是阻燃性能優(yōu)異，熱釋放速率低、煙密度小，燃燒時釋放的氣體毒性小。工藝性性能好，可采用模壓、纏繞、手糊、噴射、拉擠工藝制造復合材料構(gòu)件。民機內(nèi)裝飾材料大量使用酚醛樹脂基復合材料。

　　(2)環(huán)氧樹脂是用于飛機結(jié)構(gòu)的樹脂基體，特點是材料品種多，不同的固化劑和促進劑可獲得從室溫到180℃的固化溫度范圍;有較高的力學性能;與各種纖維匹配型好;耐濕熱;韌性優(yōu)良;工藝性優(yōu)良(鋪覆性好、樹脂粘度適中，流動性好、加壓帶寬等);適合大構(gòu)件整體共固化成型;價格便宜。環(huán)氧樹脂的良好成型工藝性、杰出的韌性使它在先進復合材料的樹脂基體中占有重要地位。

　　(3)乙烯基樹脂是公認的優(yōu)良的耐蝕樹脂之一，能耐大部分的酸、堿、鹽溶液及強溶劑介質(zhì)，廣泛用于造紙、化工、電子、石油儲運、環(huán)保、船舶、汽車燈行業(yè)。它具有不飽和聚酯和環(huán)氧樹脂的個性，使其兼?zhèn)洵h(huán)氧樹脂優(yōu)異的力學性能和不飽和聚酯的良好工藝性能。這類樹脂除具有突出的耐腐蝕性能外，還具有良好的耐熱性能。它包括標準型、耐高溫型、阻燃型、抗沖擊型等多種品種。乙烯基樹脂在纖維增強塑料(FRP)中的應(yīng)用主要以手糊成形為主，特別在防蝕應(yīng)用方面。隨著SMC的發(fā)展，它在此方面的應(yīng)用也相當引人注目。

　　(4)改性雙馬來酰亞胺樹脂(簡稱雙馬樹脂)，是為適應(yīng)新型殲擊機對復合材料樹脂基體的要求而研制開發(fā)的，這些要求包括：在130℃~150℃濕熱環(huán)境條件下具有較高的強度、剛度保持率;具有良好的抗沖擊損傷能力;優(yōu)越的工藝性能，并能適應(yīng)于大型構(gòu)件與復雜型面構(gòu)件的制造等。雙馬樹脂與環(huán)氧樹脂相比，主要表現(xiàn)為耐濕熱性能優(yōu)越，使用溫度高;不足之處是工藝性不如環(huán)氧樹脂好、固化溫度高(185℃以上開始固化)，并要求在200℃或200℃以上溫度下進行較長時間處理。

　　(5)氰酸酯樹脂具有較低的介電常數(shù)(2.8~3.2)和極小的介電損耗正切值(0.002~0.008)，高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(240~290℃)，低收縮率、低吸濕率，優(yōu)良的力學性能和粘結(jié)性能等，而且它具有與環(huán)氧樹脂相似的加工工藝性。目前氰酸酯樹脂主要應(yīng)用在三方面：高速數(shù)字及高頻用印刷電路板，高性能透波結(jié)構(gòu)材料和航空航天用高性能結(jié)構(gòu)復合材料基體。