纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料成型工藝及其應用 中國玻璃鋼工業(yè)協會 陳博

促進劑

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玻璃纖維含量%</P>Kevlar/環(huán)氧（60）</P>S-玻璃/環(huán)氧（60）</P>高強度型碳/環(huán)氧（60）</P>硼/環(huán)氧（50）</P>高剛性型碳/環(huán)氧（60）</P>硼/鋁（50）</P>積層</P>鈦</P>鋼</P>鋁</P> </P>
圖1  復合材料的比強度與比剛性</P>
二、纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料成型工藝簡介
    1、手糊成型  （hand  lay  up）</P>


        圖2   手糊成型示意圖</P>
    （1）概要    依次在模具表面上施加
    脫模劑
    膠衣
    一層粘度為0.3-0.4PaS的中等活性液體熱固性樹脂（須待膠衣凝結后）
    一層纖維增強材料（玻纖、芳綸、碳纖維......），纖維增強材料有表面氈、無捻粗紗布（方格布）等幾種。以手持輥子或刷子使樹脂浸漬纖維增強材料，并驅除氣泡，壓實積層。鋪層操作反復多次，直到達到制品的設計厚度。
    樹脂因聚合反應，常溫固化。可加熱加速固化。
    （2）原材料
    樹脂  環(huán)氧樹脂
    纖維   玻纖、碳纖、芳綸等。雖然厚的芳綸織物難于手工將樹脂浸透，亦可用。
    芯材   任意。
    （3）優(yōu)點

促進劑

1）適合少量生產；
    2）可室溫成型，設備投資少，模具折舊費低；
    3）可制造大型制品和型狀復雜產品；
    4）樹脂和增強材料可自由組合，易進行材料設計；
    5）可采用加強筋局部增強，可嵌入金屬件；
    6）可用膠衣層獲得具有自由色彩和光澤的表面（如開模成型則一面不平滑）；
    7）玻纖含量較噴射成型高。
    無捻粗紗布                    50%左右
    織物                          35%-45%
    短切原絲氈                    30%-40%
    （4）缺點
    1）屬于勞動密集型生產，產品質量由工人訓練程度決定；
    2）玻纖含量不可能太高；樹脂需要粘度較低才易手工操作，溶劑量高，力學與熱性能受限制；
    3）手糊用樹脂分子量低；通常可能較分子量高的樹脂有害于人的健康和安全。
    （5）典型產品
    艦艇、風力發(fā)電機葉片、游樂設備、冷卻塔殼體、建筑模型。
    2、樹脂傳遞成型（RTM）</P>
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圖3   樹脂傳遞成型示意圖</P>
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（1）       概要</P>RTM是一種閉模低壓成型的方法。
    將纖維增強材料置于上下模之間；合模并將模具夾緊；在壓力下注射樹脂；樹脂固化后打開模具，取下產品。
    樹脂膠凝過程開始前，必須讓樹脂充滿模腔，壓力促使樹脂快速傳遞到模個內，浸漬纖維材料。
    RTM是一低壓系統，樹脂注射壓力范圍0.4-0.5MPa,當制造高纖維含量（體積比超過50%）的制品，如航空航天用零部件時，壓力甚至達0.7MPa。
    纖維增強材料有時可預先在一個模具內預成型大致形狀（帶粘結劑），再在第二個模具內注射成型。
    為了提高樹脂浸透纖維能力，可選擇真空輔助樹脂傳遞成型（VARTM-vacuum  assisted

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resin transfer molding ）。
    注意樹脂一經將纖維材料浸透，樹脂注口要封閉，以便樹脂固化。注射與固化可在室溫或加熱條件下進行。模具可以復合材料與鋼材料 制作。若采用加熱工藝,宜用鋼模。
    （2）原材料
    樹脂：一般多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛；當加溫時，高溫樹脂如雙馬來酰亞胺樹脂亦可用。
    法國  Vetrotex公司開發(fā)了熱塑性樹脂RTM。
    纖維：任意。常用玻纖連續(xù)氈、縫編材料（其纖維間的縫隙利于樹脂傳遞）、無捻粗紗布；玻纖與熱塑性塑料的復合紗及其織物與片材（法國Vetrotex商品名TWINTEX）。
    芯材：不用蜂窩，因蜂窩空格全被樹脂填滿，壓力會導致其破壞。可用耐溶劑發(fā)泡材料PU、PP、CLVC等。
    （3）優(yōu)點
    1）制品纖維含量可較高，未被樹脂浸得部分非常少；
    2）閉模成型，生產環(huán)境好；</P>
3）勞動強度低，對工人技術熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低；
    4）制品兩面光，可作有表面膠衣的制品，精度也比較高；
    5）成型周期較短；
    6）產品可大型化；
    7）強度可按設計要求具有方向性；
    8）可與芯材、嵌件一體成型；
    9）相對注射設備與模具成本較低。
    （4）缺點
    1）不易制作較小產品；
    2）因要承壓，故模具較手糊與噴射工藝用模具要重和復雜，價位也高一些；
    3）能有未被浸漬的材料，導致邊角料浪費。
    （5）典型產品
    小型飛機與汽車零部件、客車座椅、儀表殼
    3、纖維纏繞（FW）</P>

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圖4    纖維纏繞示意圖</P>

    （1）概要
    通常采用直接無捻粗紗作為增強材料。粗紗排列在紗架上。粗紗自紗架上退繞，通過張力系統、樹脂槽、繞絲嘴，由小車帶動其往復移動并纏繞在回轉的芯軸（模）上。纖維纏繞角度與纖維排列密度根據強度設計，并由芯軸（模）轉速與小車往復速度之比，精確地控制。固化后將纏繞的復合材料制品脫模。
    對某些兩端密閉的產品不用脫模，芯模即包在復合材料產品內，作為內襯。
    （2）原材料
    樹脂：任意。多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛樹脂。
    纖維：任意。無捻粗紗、縫編和無紡織物。生產管罐時，常用表面氈、短切原絲作為內襯材料。</P>
芯材：可用。雖然復合材料制品通常是單一殼體，一般不用。
    （3）優(yōu)點
    1）因為纖維逕直以合理的線型鋪設，承擔負荷，故復合材料制品的結構特性可非常高；
    2）由于同內襯層組合，可制得耐腐蝕、耐壓、耐熱的制品；
    3）可制造兩端封閉的制品；
    4）鋪放材料快、經濟、用無捻粗紗，材料費用低；
    5）可采用樹脂計量，然浸膠后的纖維通過擠膠或口模，控制樹脂含量；
    6）可大量生產和自動化；
    7）機械成型，復合材料材質及方向性均勻，質量穩(wěn)定。
    （4）缺點
    1）制品形狀限于圓柱形或其它回轉體；
    2）纖維不易沿制品長度方向精確排列；
    3）對于大型制品，芯模成本高；
    4）成品外表不是“模制”的，不盡如人意；
    5）對于承受壓力的制品，如選擇樹脂不合適或無內襯，就易發(fā)生滲漏。
    （5）典型產品
    管道、貯罐、氣瓶（消防呼吸氣瓶、壓縮天然氣瓶等）、固體火箭發(fā)動機殼體。
    4、RIM(Reaction  Injection Molding一反應注射成型)</P>
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圖5    RIM示意圖</P>

    （1）概要
    將兩種或兩種以上的組分在混合區(qū)低壓（0.5MPa）混合后，即在低壓（0.5-1.5MPa）下注射到閉模中反應成型，此即為工藝過程。若組分一為多元醇，一為異氰酸酯，則反應生成聚氨酯 。為增加強度，可直接在一種組分內行加入磨碎玻纖原絲和（或）填料。弈可采用長纖維（如連續(xù)纖維氈、織物、復合氈、短切原絲等的預成型物等）增強，在注射前，將長纖維增強材料預先置模具內。用此法可得到高力學性能的制品。這種工藝稱為SRIM（Structural  Reaction  Injection  Molding-結構反應注射成型）。
    （2）原材料
    樹脂：常用聚氨酯體系或聚氨酯/脲混合體系；亦可采用環(huán)氧、尼龍、聚酯等基本；
    纖維：常用長0.2-0.4mm的磨碎玻璃纖維；
    芯材：不用。
    （3）優(yōu)點
    1)制造成本比熱塑性塑料注射工藝低；
    2)可制造大尺寸、形狀復雜的產品；
    3）固化快，適于快速生產。
    （4）缺點
    采用磨碎玻璃纖維增強原料費用高，薦用礦物復合填料取代之。
    （5）主要產品
    汽車儀表盤、保險杠、建筑門、窗、桌、沙發(fā)、電絕緣件。
    5、拉擠成型 （Pultrusion）
    (1)概要
    主要采用玻璃纖維無捻粗紗（使用前預先放置在紗架上），它提供縱向（沿生產線方向）增強。
    其它類型的增強材料有連續(xù)原絲氈、織物等。它們補充橫向增強，表面氈則用于提高成品表面質量。樹脂中可加入填料，改進型材性能（如阻燃），并可降低成本。
    拉擠成型的程序是
    1）使玻璃纖維增強材料浸漬樹脂；
    2）玻璃纖維預成型后進入加熱模具內，進一步浸漬（擠膠）、基體樹脂固化、復合材料定型；</P>
3）將型材按要求長度切斷。
    現在已有變截面的、長度方向呈弧型的拉擠制品成型技術。
    拉擠成型將增強材料浸漬樹脂有兩種方式：
    膠槽浸漬法（圖6）：通常采用此法，即將增強材料通過樹脂槽浸膠，然后進入模具。此法設備便宜作業(yè)性好，適于不飽和聚酯樹脂，乙烯基酯樹脂。
    注入浸漬法（圖7）：玻纖增強材料進入模具后，被注入模具內的樹脂所浸漬。此法適于凝膠時間短、粘度高、生產附產物的樹脂基體，如酚醛、環(huán)氧、雙馬來酰亞胺樹脂。</P>
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促進劑

圖6   膠槽浸漬法</P>
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圖7    注入浸漬法</P>

      （2）原材料</P>
樹脂：常用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂；
    纖維：拉擠用玻璃纖維無捻粗紗、連續(xù)原絲氈、縫編氈、縫編復合氈、織物、玻纖表面氈、聚酯纖維表面氈等；
    芯材：一般不用，現有以現場PU發(fā)泡材料為芯材，外為連續(xù)拉擠框型型材，作為保溫墻板的。
    （3）優(yōu)點
    1）典型拉擠速度0.5-2m/min，效率較高，適于大批量生產，制造長尺寸制品；
    2）樹脂含量可精確控制；
    3）由于纖維呈縱向，且體積比可較高（40%-80%），因而型材軸向結構特性可非常好；
    4）主要用無捻粗紗增強，原材料成本低，多種增強材料組合使用，可調節(jié)制品力學性能；
    5）制品質量穩(wěn)定，外觀平滑。
    （4）缺點
    1）模具費用較高；
    2）一般限于生產恒定橫截面的制品。
    （5）典型產品
    建筑屋頂橫梁、椽子、門窗框架型材、墻板、石油開采抽油桿、鋼筋、錨桿、帳篷竿、梯子、橋梁、工具把、手機微波站罩殼、汽車板簧、傳動軸、電纜管、光纖光纜芯、釣魚竿、隔柵、汽車空調器罩、地鐵第三軌保護罩。
    6、真空袋法法成型（Vacuum  bag  process）</P>

  
       圖8    真空袋法成示意圖</P>

    （1）概要
    此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積層在樹脂的A階段與模具在一 起，在積層上覆以橡膠袋，周邊密封，在后用真空泵抽真空，使積層受到不大于1個氣壓的壓力，而被壓實、固化、成型。
（2）原材料</P>
樹脂：主要采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。不飽和聚酯樹脂與乙烯基酯樹脂則因真空泵將樹脂中的苯乙烯（交聯劑）過度抽出，可能會造成問題，故一般不用；
    纖維：同手糊法；
    芯材：任意。
    （3）優(yōu)點
    1）采用普通的濕法鋪層技術，通常可獲得高纖維含量的制品；
    2）可制造大尺寸產品；
    3）產品兩面光；
    4）較濕法鋪層浸膠孔隙率低；
    5）由于壓力，樹脂流經結構纖維，纖維得以較好地浸漬樹脂；
    6）有利于操作人員健康和安全；真空袋減少了固化時逸出的揮發(fā)性物質。
    （4）缺點
    1）額外的工藝過程增加了勞動力和袋材成本；
    2）要求操作人員有較高的技術熟練水平；
    3）樹脂混合和含量控制基本上仍然取決于操作人員的技術；
    4）生產效率不高。
    （5）典型產品
    艇、賽車、芯材粘結、飛機鼻錐雷達罩、機翼、方向舵。
    7、樹脂膜熔浸成型（RFI-Resin  Film  Infusion）</P>


    圖9    樹脂膜熔浸成型示意圖</P>

  （1）概 要</P>
將干織物與樹脂片（樹脂片系放在一層脫模紙上提供）交替鋪放在模具內。鋪層被真空袋包覆，藉真空泵抽真空，將干織物內空氣抽出。然后加熱，令樹脂熔化并流浸已抽出空氣的織物，然后經過一事實上時間即固化。
    （2）原材料
    樹脂：一般僅用環(huán)氧樹脂；
    纖維：任意；
    芯材：許多種芯材都可以使用，由于工藝過程中溫度高，對PVC泡沫需要專門處理，以免泡沫損壞。
    （3）優(yōu)點
    1）空隙率低，可精確獲得高的纖維含量；
    2）鋪層清潔，有利于健康和安全（似預浸）；
    3）可較預浸法成本低，此為主要的優(yōu)點；
    4）由于樹脂僅能過織物厚度方向傳遞，故樹脂未浸到白斑區(qū)可較SCRIMP（西曼復合材料公司樹脂參入成型法—Seeman  Composite Resin  Infusion  Molding  Process）少。
    （4）缺點
    1）目前僅用于宇航工業(yè)，還未推廣；
    2）雖然宇航工業(yè)用高壓釜系統產非總是需要，但加熱室和真空袋系統對于復合材料固化，總是不可少的；
    3）模具要求能經受樹脂膜片的工藝溫度（低溫固化即需60-100&ordm;C）；
    4）要求所用芯材能經受工藝溫度和壓力；
    （5）典型產品
    飛機雷達罩、艦艇聲納整流罩。
    8、預浸料（高壓釜）成型</P>

促進劑

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圖10   預浸料高壓釜法示意圖</P>

   （1）概要
    預先在加熱、加壓或使用溶劑的條件下，將織物和（或）纖維預先用預催化樹脂預浸漬。固化劑大多能在環(huán)境溫度下，讓預浸材料貯存幾周或幾個月，仍能保質使用。當要延長保持期，材料須在冷凍條件下貯存。樹脂通常在環(huán)境溫度下呈臨界固態(tài)。故觸摸預浸材料時有輕微的黏附感，象膠帶似的。制作單向預浸漬材料的纖維直接由紗架下來，與樹脂結合。預浸漬材料用手或機械鋪于模具表面，通過真空袋抽真空，并通常加熱到120-180&ordm;C。使樹脂重新流動，并最終固化。盛開附加壓力通常藉助高壓釜（實際上是一座壓力加熱罐）提供，它能對鋪層施加達5個大氣壓的壓力。</P>
（2）原材料
    樹脂：通常用環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂及高溫樹脂，如聚酰亞胺、氰酸酯、雙馬來酰亞胺樹脂等；
    纖維：任意。雖然由于在工藝過程中，高溫分對芯材有些影響，需要采用某些專門的泡沫芯材。
    （3）優(yōu)點
    1）預浸材料制造人員可精確地調整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖維含量。
    2）材料于操作人員十分安全，無礙健康，操作清潔；
    3）單向帶纖維成本最低，因為毋須將纖維預先轉為織物的二次加工過程；
    4）由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂，樹脂化學性能力學和熱性能可以是最適宜的；
    5）材料有效時間長（室溫下可保質數月），這意味著可優(yōu)化結構、復合材料易鋪層；
    6）可能實現自動化和節(jié)省勞動力。
    （4）缺點
    1）對于預浸織物，材料成本高；
    2）通常要對高壓釜固化復合材料制品，耗費大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；
    3）模具需能承受作業(yè)溫度；
    4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。
    （5）典型產品
    飛機結構復合材料（如機翼和尾翼）、衛(wèi)星與運載火箭結構件（太陽能電池基板、夾層結構板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車、運動器材（如網球拍、滑雪板等）。
    9、低溫 固化預浸料成型</P>


    圖11   低溫固化預浸料成型示意圖</P>
（2）原材料
    樹脂：通常用環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂及高溫樹脂，如聚酰亞胺、氰酸酯、雙馬來酰亞胺樹脂等；
    纖維：任意。雖然由于在工藝過程中，高溫分對芯材有些影響，需要采用某些專門的泡沫芯材。
    （3）優(yōu)點
    1）預浸材料制造人員可精確地調整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖維含量。
    2）材料于操作人員十分安全，無礙健康，操作清潔；
    3）單向帶纖維成本最低，因為毋須將纖維預先轉為織物的二次加工過程；</P>

促進劑

4）由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂，樹脂化學性能力學和熱性能可以是最適宜的；
    5）材料有效時間長（室溫下可保質數月），這意味著可優(yōu)化結構、復合材料易鋪層；
    6）可能實現自動化和節(jié)省勞動力。
    （4）缺點
    1）對于預浸織物，材料成本高；
    2）通常要對高壓釜固化復合材料制品，耗費大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；
    3）模具需能承受作業(yè)溫度；
    4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。
    （5）典型產品
    飛機結構復合材料（如機翼和尾翼）、衛(wèi)星與運載火箭結構件（太陽能電池基板、夾層結構板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車、運動器材（如網球拍、滑雪板等）。
    9、低溫 固化預浸料成型</P>


    圖11   低溫固化預浸料成型示意圖</P>
（1）概要
    低溫固化預浸料完全按通常的預浸料方法制備，但樹脂的化學性質使其得以在60-100&ordm;C溫度下固化。在60&ordm;C時，材料可操作保持期可小到限于1個星期，但亦可延長到幾個月。樹脂系統的流動截面適于采用真空袋壓力，避免采用高壓釜。
    （2）材料
    樹脂：一般僅采用環(huán)氧樹脂；
    纖維：任意，同通常的預浸料；
    芯材：任意，雖然一般 的PVC泡沫需要特別注意。
    （3）優(yōu)點
    1）具有傳統預浸料法所具備的的一些條優(yōu)點；
    2）模具材料較便宜，如木材亦可用，因其固化溫度較低故；
    3）可容易地制造大型結構。因為僅需真空袋壓力；固化溫度低，可采用簡單的熱空氣循環(huán)加熱室（經常就地建造大于制品的加熱室 ）
；
    4）可采用普通的PVC泡沫芯材，略作處理即可；
    5）能耗低。
    （4）缺點
    1）材料成本仍高于預浸織物；
2）需加熱室和真空袋系統，以固化制品；
    3）模具需能經受高于環(huán)境溫度的溫度（常用60-100&ordm;C）；
    4）仍有能耗，因需高于環(huán)境溫度固化。
    （5）典型產品
    高性能風力發(fā)電機葉片、賽艇、救生艇、火車用零部件。
    10、SCRIMP,RIFT,VARTM</P>

     圖12   SCRIMP,RIFT,VARTM示意圖</P>

    （1）概要
    SCRIMP（Seeman  Composite  Infusion  Molding  Process—西曼復合材料公司樹脂滲透成型法）,RIFT（Resin  Infusion  umder Flexibe Tooling—柔性模具樹脂滲透法）  ,VARTM（Vscuum  Assisted  Transfer  Molding—真空輔助樹脂傳遞成型）這三種工藝原理相似。
    將織物作為干鋪層材料入模內，如同RTM。然后覆以剝離保護層和縫編非結構織物。整個鋪層用真空袋覆罩好。袋無滲漏后，讓樹脂流到積層。樹脂很容易流經非結構織物而在整個鋪層分布。SCRIMP法在真空袋與鋪層之間可置加壓模塊，利于提高制作表觀與結構密實度。
    （2）材料
    樹脂：常用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯和乙烯基酯樹脂；
    纖維：任意種類普通織物。這些工藝方法縫編材料很好用，因其間隙使得樹脂快速流動；
    芯材：除蜂窩外，各種芯材均可用。
    （3）優(yōu)點
    1）同RTM，但制品僅一面光，不似RTM兩面光；
    2）由于模具一半是真空袋，主模具僅需較低強度，故模具成本甚低；
    3）可制造大尺寸產品；
    4）通常的濕法鋪層工具可改進以用于這些成型法；
    5）一次作業(yè)即可生產芯材結構。
  （4）缺點
    1）要完成好相對復雜的操作過程；
    2）樹脂粘度必須非常低，限制了制品的力學性能；
    3）存在鋪層未浸到樹脂，而造成的廢品浪費的可能性；</P>4） SCRIMP的一些工藝要素已被專利所限。
    （5）典型產品
    小艇半成品、列車和卡車車身面板。

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三、環(huán)氧樹脂復合材料的應用
    環(huán)氧樹脂是先進復合材料中應用最廣泛的樹脂體系，它可適用于多種成型工藝，可配制成不同配方，可調節(jié)粘度范圍大；以便適應于不同的生產工藝。它的貯存壽命長，固化時不釋出揮發(fā)物，固化收縮率低，固化后的制品具有極佳的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐熱、耐濕性能和高的絕緣性，因此，目前環(huán)氧樹脂“統治”著高性能復合材料的市場。
    （一）環(huán)氧樹脂復合材料在航空工業(yè)中應用
    40年代初，電子工業(yè)的需要，尋找一種適宜的材料，做防護軍用飛行器的雷達天線，特別是防護戰(zhàn)斗機及轟炸機上的雷達天線。采用雷達罩是用來防護氣候對精密電子儀器的影響。玻璃鋼具有優(yōu)良的透雷達波性能，足夠的機械強度和簡便的成型工藝，使它成為理想的雷達罩材料。這是歷史上第一次采用玻璃鋼制造雷達罩，同時又大大地促進了玻璃鋼材料的研究。
    60年代玻璃鋼技術在直升機領域的應用有所突破，如西德M．B．B．公司研制玻璃鋼旋翼槳葉，逐步取代金屬鋁蒙皮／鋁蜂窩夾層結構的金屬槳葉。但由于玻璃鋼的模量低，不能制造高強度的飛機結構件。
    70年代初，隨著硼纖維、碳纖維、芳綸纖維等相繼出現，這些高級增強纖維的比剛度、比強度、耐疲勞性能等優(yōu)于金屬材料，由它們來增強環(huán)氧樹脂組成的復合材料，已在飛機的主結構件（主受力件）上得到應用。
    近10多年來，考慮到這些高級增強纖維的價格都比較高，為了更合理的用材，大力開發(fā)混雜復合材料（Hybrid  Composites）的研究。
    以復合材料在飛機發(fā)動機中的應用為代表。美國兩家噴氣發(fā)動機制造廠：通用電器—飛機發(fā)動機事業(yè)集團公司（GE—AEBG）和普惠公司，以及其它一些二次承包公司，都在用高性能復合材料取代金屬制造飛機發(fā)動機零部件。如發(fā)動機艙系統的許多部緊推力反向器、風扇罩、風扇出風道導流片等都用復合材料制造。如發(fā)動機進口氣罩的外殼是由美國聚合物公司的碳纖維環(huán)氧樹脂預混料（E707A）疊鋪而成，它具有耐177℃高溫的熱氧化穩(wěn)定性科殼表面光滑如鏡面，有利于形成層流。又如FW 4 0O0型發(fā)動機有8 0個149℃的高溫空氣噴口導流片也是用碳纖維環(huán)氧預浸料制造的。
    在316℃這一極限溫度以下的環(huán)境中，復合材料不僅性能優(yōu)于金屬，而且經濟效益高。據波音公司估算，噴氣客機重量每減輕一磅，是飛機在整個使用期限內可節(jié)省 100 0美元。據法布萊特公司估算，美國第年約有100萬磅復合材料用于制造噴氣飛機發(fā)動機零件，銷售額高達5000萬美元。
   目前環(huán)氧樹脂的連續(xù)使用溫度最高約在280℃以下，近來DOW化學公司的一種多功能團環(huán)氧樹脂Tactlx742，用二氨基二苯砜固化劑；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動機零件。用二氨基二苯砜固化劑；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動機零件。
    （二）環(huán)氧樹脂復合材料在航天工業(yè)中的應用
    宇航技術對結構材料高比模量、高比強度的要求，特別嚴格，使先進復合材料成為宇航技術必需的材料。作為結構材料的基作樹脂基本上都采用環(huán)氧樹脂。其主要的應用范圍如下：
    1、固體火箭發(fā)動機殼體
    在50年代末，采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體取代鋼殼，使結構減輕50％一60％。后來，“三叉戟1”、 M X的三級發(fā)動機殼體全部采用芳綸／環(huán)氧樹脂體系，重量又比玻璃鋼的同尺寸殼體減輕50％。
    阿里亞娜運載火箭許多結構件均用碳纖維／環(huán)氧樹脂制造。
    2．戰(zhàn)略導彈上的應用
    美國早已采用纖維增強環(huán)氧復合材料作彈頭結構殼體、儀器艙、級間段等50多個分系統部件。據 洛克希德導彈與宇航公司稱用碳纖維／環(huán)氧樹脂制造的機構取代鋁結構，可使結構減輕40％。
    3、衛(wèi)星和宇航器上的結構應用
    衛(wèi)星結構的輕型化對衛(wèi)星功能及運載火箭的要求至關重要，所以對衛(wèi)星結構的重量要求很嚴。國際通訊衛(wèi)星VA中心推力筒用碳纖維復合材料取代鋁后減重23kg(約占3O％),可使有效載荷艙增加 450條電話線路，僅此一項盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費用。美、歐衛(wèi)星結構重量不到總重的10％，其原因就是廣泛使用了先進復合材料。。
    4．航天飛機上的應用
    美國航天飛機上使用的結構復合材料總重約2噸，采用先進復合材料后減重410kg，而且明顯減少了飛行過程中因復雜的溫度環(huán)境引起的變形。航天飛機進入軌道后，用機械手投放和回收衛(wèi)星，機械手上臂、前臂是用超高模量石墨纖維 GY— 7 0增強環(huán)氧制成的。
    總之，復合材料已成為宇航工業(yè)中不可缺少的關鍵材料。
    （三）環(huán)氧復合材料在民用工業(yè)中的應用
    凡是對機械強度要求高的增強塑料制品基本上采用環(huán)氧樹脂作為基體。
    1、玻璃鋼的壓力容 器和管道
    我國北京、西安、重慶、自貢已生產汽車用壓縮天然氣（CNG）瓶，北京已成為現在世界上使用CNG公交車最多的城市。
    國內已經有4家企業(yè)生產纖維纏繞環(huán)氧玻璃鋼高壓管。對直徑100mm以下的管道工作壓力達25Mpa。值得注意的是這種管無須內襯層！
    60年代國內鋼瓶十分緊張，采用纖維纏繞成型制造玻璃鋼氣瓶相當活躍，曾制定過部頒標準FC194-74，90R年修改后制定ZBQ23004一90。 玻璃纖維增強塑料壓力容器，以634環(huán)氧樹脂和616酚醛樹脂體系為基體，使用環(huán)氧樹脂一二甲基咪唑體系，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹脂體系，用此配方制成水研用的壓力容器。迄今北京251環(huán)氧樹脂一二甲基咪唑體系，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹脂體系，用此配方制成水研用的壓力容器。迄今北京251廠已生產各種氣瓶10萬只，北京天海公司2004年生產CNG氣瓶2.6萬只，月產曾達3000只。
    2、玻璃鋼電機護環(huán)、套環(huán)等
    護環(huán)套裝于發(fā)電機轉子兩端，保護轉子線圈的端部，防止在高速旋轉時，受離心力作用。它是發(fā)電機受力最大的部件之一，對強度和模量要求比較高，采用輕質高強的復合材料可以取代無鎳反磁合金鋼。早在上世紀60年代末國內先后生產1.25W千瓦和2.5萬千瓦兩種發(fā)電機護環(huán)。后者由北京重型電機廠、杭州玻璃鋼化工設備廠和上海材料研究所等單位合作，選用高強度（S）玻璃纖維和高模量（M）玻璃纖維進行纏繞，用62O7（脂環(huán)族）環(huán)氧樹脂一酸酐體系樹脂配方和 AFG— 9 0環(huán)氧樹脂（縮水甘油胺型）—— HK—0 21酸酐體系作為基體，使用多年情況良好。
    玻璃鋼套環(huán) 3 0 00千瓦以下的在杭州玻璃鋼化工設備廠生產，已在北京重型電機廠安裝出廠30年，屬于定型產品。
    此外，發(fā)電機定子線圈端部支撐環(huán)，裝在定子線圈的鼻端，承受最大載荷是發(fā)電機發(fā)生短路的瞬間，亦采用玻璃鋼制造，稱為玻璃鋼綁環(huán)。這種綁環(huán)安裝在10萬千瓦的氣輪發(fā)電機上，已使用30余年。在國內最大的60萬千瓦發(fā)電機用的玻璃鋼錐殼（其作用類似于支撐環(huán)）已用了20多年。
    玻璃鋼絕緣子，有待于進一步開發(fā)研究。絕緣子的作用是把帶電線路或帶電零部件之間隔開，既要求絕緣又要求高強度，電絕緣和耐腐（室外用），采用玻璃鋼很適用。國外在露天的22萬伏輸電桿上的絕緣于已采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼成批生產。

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3、防腐蝕制品
    通常不飽和聚酯樹脂玻璃鋼的力學性能在45℃以上強度就會明顯下降，同時不飽和聚酯樹脂耐堿性較差。如果在防腐蝕制品中要求強度高，耐溫性好等則建議選用環(huán)氧玻璃鋼。如上海市上鋼二廠，在生產硫酸鐵過程中，反應槽需要連續(xù)在120℃使用，選用環(huán)氧玻璃鋼取得了很滿意的效果。
    4、玻璃鋼模具
    （1）玻璃鋼鑄造模具
    用玻璃鋼制成的鑄造模具，比木模、鋁模的效果好的多，使用壽命長，通常在萬次以上，價格也比較便宜。
    （2）玻璃鋼制品模具
    采用噴射成型、樹脂傳遞模塑（ RTM）成型所需的制品模具，通常都用不飽和聚酯玻璃鋼模具。筆者建議采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼模具更好，具有模具強度高、使用壽命長、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
    5、風力發(fā)電機葉片   我國目前已做到長23m，國外已經超過50m。6、碳纖維補強建筑結構
    6、運動器材
    高爾夫球桿、網球拍、羽毛球拍、壁球拍、滑雪板、漁具、自行車架等。
    四、我國環(huán)氧樹脂市場分析
    據統計，2004年中國大陸環(huán)氧樹脂產量30萬噸，比上年增長20%；進口26萬噸，比上年增長31%；出口3.558萬噸，比上年增長69%，表現消費量50萬噸，比上年增長21%。
    2004市場比例為：


涂料
<p>
<p>45%
<p>
<p>電子電器
<p>
<p>36%
<p>
<p>復合材料
<p>
<p>5%
<p>
<p>粘結劑
<p>
<p>-7%
<p>
<p>其它（交聯劑等）
<p>
<p>-7%
<p>
<p>    2003年我國大陸生產高壓玻璃鋼環(huán)氧管3000噸，約用環(huán)氧樹脂1300噸。建筑結構采用CF（碳纖維）補強用環(huán)氧樹脂5 00噸。
    絕緣棒管生產2000噸，用環(huán)氧樹脂1000噸。
    2003年生產環(huán)氧玻璃鋼2萬噸，采用環(huán)氧樹脂9000余噸。
    2003年生產玻璃纖維基覆銅板14萬噸，采用環(huán)氧樹脂6.15萬噸。2004年可增長3O％以上。所用環(huán)氧樹脂將達8萬噸。
    2003年用于生產乙烯基酯樹脂（VER）采用環(huán)氧樹脂2900噸。
    國產樹脂的質量穩(wěn)定性有待于進一步提高，因而國內一些復合材料廠家在生產要求性能較高的產品（如絕緣棒、絕緣管）時，常采用陶氏（DOW），殼牌（Shell）、巴克立特（Bakelite)等國外公司的產品。
    繼美國陶氏化學在江蘇省張家港市建設一年產能4．1萬噸環(huán)氧樹脂生產廠后并擬建一年產能 4萬噸的廠；韓國國都化學正在昆山建一年產 2萬噸的環(huán)氧樹脂廠，并擬再建一年產2萬噸環(huán)氧樹脂的生產線。
    臺塑子公司宏仁集團引進日本東都化成技術在廣州興建了年產能2.3萬噸的環(huán)氧樹脂廠。日本鋼鐵化學公司子公司Tohto  Kasei公司轉讓技術給黑龍江省齊華化學公司建一年產能2萬噸的環(huán)氧樹脂廠。
    值得補充的是，環(huán)氧樹脂還可用于文物保護。在長江三峽的國家級重點文物重慶市云陽縣張飛廟（張桓侯廟）整體搬遷過程中，大量殘損磚石是以環(huán)氧樹脂粘結修補或灌注成型定型 ，使這座始建于三國蜀漢末年（距今 1780年）的古建筑得以回復留存。
<p>

[此貼子已經被作者于2005-4-30 11:55:33編輯過]

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感謝陳博老師提供的好文！全文帶圖片請看鏈接： http://www.169chem.net/chen/chen.htm

biyebo

上玻所也做過纏繞氣瓶，數控多軸，可惜精度差。