采用热固性复合材料进行设计

热固性复合材料具有独特的适应各种功能和行业的能力，包括航空航天和运输。您可以在复合材料的设计中使用多种材料。这种灵活性在为您的应用选择最佳材料时也带来了挑战。在塑料设计中，重要的是要牢记功能以实现预期结果。探索复合材料设计的其他考虑因素。

复合材料的材料成分是什么？

复合材料由多种不同的材料制成。复合材料由环氧树脂和树脂组成，并用碳纤维和玻璃纤维组合增强，这些材料均分层形成极其坚固的结构。超过 95% 的热固性复合材料部件由环氧树脂和聚酯制成。使用的其他树脂包括酚醛树脂和硅树脂。

您可以在热固性树脂的任何成型工艺中使用聚酯。它们可以在室温和正常大气压下或在 350 华氏度和更高压力下固化树脂。聚酯具有多种优势，包括成本低、易于处理、机械、电气和化学性能良好以及尺寸稳定性。

您可以将聚酯复合成坚硬易碎或柔韧有弹性的材料，同时还具有耐候性和耐化学性。为了防火，可以使用卤化化合物。聚酯还可用于即用型树脂团状模塑料 (BMC) 和片状模塑料 (SMC)。BMC 是一种由树脂、填料、玻璃纤维和其他添加剂制成的预混材料。SMC 由玻璃纤维增强材料、树脂、填料和添加剂制成片状。

这种低分子量的糖浆状物质用硬化剂固化。硬化剂是成品的一部分，因此选择它来为热固性材料添加所需的性能。您可以在室温下固化环氧树脂，但热固化会产生更高的性能。环氧树脂具有出色的粘合特性，广泛用于层压结构。

这是最古老的热固性塑料，具有出色的绝缘性能和防潮性。除强酸强碱外，它们具有相对较好的耐化学性。采用高压方法（例如压缩成型和连续层压）来加工增强酚醛塑料。

有机硅具有极佳的热稳定性，即使在高达 600 华氏度的温度下也能保持稳定。介电性能出色，吸水率低。在耐化学性方面，有机硅表现良好，强碱除外。

最常见的增强材料是玻璃和碳。

玻璃纤维的抗拉强度为 500,000 psi，占热固性树脂增强材料的 90%。这些纤维有几种不同的形式，包括：

碳纤维可以是短而碎片状的，也可以是长而连续的。碳纤维的主要特点是其高强度重量比和刚度重量比。它们具有出色的抗疲劳性，并且耐化学性优于玻璃增强热固性材料，尤其是在碱性环境中。与大多数非柔性材料一样，碳纤维的抗冲击性较低，而且相当脆。

设计塑料部件时，需要考虑的几个重要因素包括材料选择、工具和部件设计。设计部件时，必须考虑最终用户的需求，以确保创建出功能性元素。让我们来看看影响设计的因素。

选择合适的塑料很复杂，需要考虑几个因素，例如：

根据零件厚度确定半径，以消除高应力区域并避免可能的断裂。一般经验法则是，拐角厚度应为零件公称厚度的 0.9-1.2 倍。

在注塑成型中，一致的壁厚对于防止壁厚缺陷至关重要。熔化的塑料自然流向阻力最小的区域，从而导致厚度不一致。必须考虑这些流动特性以确保零件均匀一致。

对于刚性复合材料而言，壁厚考虑不成问题，因为织物浸入树脂后会堆叠并压缩。此过程为部件提供了自然的均匀性。

浇口是注塑成型的另一个重要方面，因为它们确保树脂适当地流入模具并分布在整个部件中。浇口的类型及其放置位置对质量和可行性有重大影响。这些位置还可以转化为均匀分布的塑料，以实现厚度一致性。

拔模斜度是指塑料部件垂直壁的锥度。如果部件没有拔模斜度，则会影响其从模具中脱模的方式，并且可能在脱模过程中受到损坏。典型的拔模斜度在 1 到 2 度之间，但可能会因部件规格和限制而异。

加肋有助于增强部件的强度。根据您使用的材料类型，厚度应为相对部件厚度的 50% 至 70%，以避免出现凹痕。

在塑料部件成型过程中，部件体积可能会收缩高达 20%。以下是避免收缩问题的几种方法：

热固性复合材料长期以来一直以板材、棒材和管材等坯料形式生产，并加工成所需的几何形状。这种方法可能不是从净形状开始的，但它确实有几个优点：