热固性复合材料入门

热固性复合材料

关于热固性复合材料和塑料复合材料的制造方法，有很多东西需要学习和了解。从不同的等级、形式、形状和特性，到它们在现实世界中的使用方式，这些几乎足以让您转向次等金属替代品（但不完全如此）。

无论您是业余爱好者、工程师还是仅仅好奇，您都将获得宝贵的见解和实践知识，以开始使用这种宝贵的材料。

热固性材料概述

热固性层压复合材料是将热固性聚合物树脂与玻璃或碳等增强纤维结合在一起制成的材料，可形成交联的不熔固体材料，其键合力可有效维持一生。这些键合是通过化学反应固化树脂形成的，通常由热量或催化剂引发，导致聚合物链之间自然交联。这种固化过程是永久性的，一旦固化，材料就无法重塑或熔化。

制造热固性复合材料的方法有几种不同的方法，但其质量（例如强度和耐久性）取决于树脂、增强纤维和固化过程如何结合在一起。

让我们探讨不同等级和形式的热固性复合材料的一些关键点，以指导您选择适合最终应用（最终用途）的材料：

最常见的热固性树脂系统是聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂和硅树脂。只需调整树脂化学性质，即可配制出每种基质，以实现不同的属性，如耐热性、阻燃性和耐化学性（等等）。

热固性复合材料中使用的增强纤维有多种类型，包括玻璃纤维、碳/石墨纤维、芳纶纤维（凯夫拉纤维）和天然纤维（黄麻和棉）。玻璃纤维是最广泛使用的，因为它们在成本和性能之间实现了平衡。

增强纤维可以以各种形式使用，包括连续粗纱/丝束、机织织物、短切原丝、连续或短切原丝毡或磨碎纤维。连续纤维提供最高的强度和刚度，而较短的纤维形式成本较低，但机械强度较低。

热固性复合材料有不同的产品形式，包括液态树脂和干纤维形式、预浸料（树脂预浸入纤维增强材料）、块状模塑料和片状模塑料。形式取决于制造工艺，如高压层压、手工铺层、压缩成型和纤维缠绕。

热固性复合材料提供多种基质树脂类型、增强材料/形式和产品形式，以根据预期用途定制特性。

除了多种树脂类型外，还有不同类型的纤维常用作热固性复合材料的增强材料，包括：

纤维可以以各种形式使用，如连续粗纱/丝束、机织织物、短切原丝、连续或短切原丝毡和磨碎纤维。续纤维具有最高的强度和刚度特性，而较短的纤维形式成本较低，但机械性能较低。纤维类型的选择取决于热固性复合材料部件所需的机械性能、成本目标和制造工艺。

热固性复合材料和热塑性塑料领域的创新率很高，但这些材料的常见制造工艺包括：

手工铺层：这是最古老、最简单的方法，其中将干增强织物手动放入模具中，然后用液态热固性树脂浸渍。它适用于小批量生产或复杂的定制形状（例如船体、冲浪板和机鼻雷达罩）。
喷涂：将切碎的纤维和液态树脂同时喷涂到模具表面，形成复合层压板。

工艺选择取决于零件尺寸、复杂性、生产量和所需机械性能等因素。RTM、压缩成型和连续方法等工艺比开放式成型可实现更高的生产率。

热固性复合材料有多种等级，主要根据制造工艺和所用增强材料等级进行分类。主要等级包括：

高压层压板：这些材料通过堆叠玻璃布、纸或棉布等增强材料层制成，这些增强材料浸渍有热固性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、硅树脂或聚酰亚胺。然后在高压和高温下将这些层压在一起以固化树脂并形成刚性层压板。
低压层压板：这些材料是将纸或玻璃布等增强材料浸渍在热固性树脂中，然后在低压下固化而成。低压工艺比高压层压板更具成本效益。
片状模塑料 (SMC)：SMC 是一种主要的结构热固性复合材料。与标准 SMC（10-30% 增强材料）相比，它含有更高比例的增强材料（通常为 40-65% 玻璃纤维）。这种更高的增强材料含量可提供卓越的强度和刚度。
块状模塑料 (BMC)：BMC 是另一种结构热固性化合物，但在结构应用方面不如 SMC 常用。它是一种预混材料，含有树脂、填料、玻璃纤维和添加剂。

根据具体树脂系统、增强材料类型（玻璃、碳、芳族聚酰胺）和所采用的制造工艺，不同等级的塑料在机械性能、耐热性和成本方面有所不同。结构热固性复合材料（如高增强 SMC 和 BMC）专为需要出色强度和刚度的高性能应用而设计。

热固性复合材料一旦制造出来，通常可以以不同的标准化形式和形状（片材、棒材和管材）进行分销。

这些形状使热固性塑料可用于广泛的应用，从结构部件和保护覆盖物到复杂的机械零件。

将这些复合材料模制、切割和塑造成精确形状的能力是使其适用于众多工业用途的关键优势之一。