環(huán)氧樹(shù)脂_碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與應(yīng)用

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1、陳立軍,等:環(huán)氧樹(shù)脂/碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與應(yīng)用77環(huán)氧樹(shù)脂/碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與應(yīng)用1,231,211,2陳立軍武鳳琴?gòu)埿烙顥罱ɡ顦s先(1.深圳清華大學(xué)研究院,深圳518057;2.清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系,北京100084;3.深圳永新公司,深圳518054)摘要介紹了環(huán)氧樹(shù)脂(EP)/碳纖維(CF)復(fù)合材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用;總結(jié)了EP/CF復(fù)合材料的成型工藝及每種成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。指出隨著CF制備技術(shù)、表面處理技術(shù),以及EP制備技術(shù)和固化工藝的發(fā)展,采用環(huán)保、簡(jiǎn)便、快捷且價(jià)廉的成型工藝生產(chǎn)性價(jià)比更高的EP/CF制品是EP/CF復(fù)合材料的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維復(fù)合材料成

2、型工藝應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂(EP)/碳纖維(CF)復(fù)合材料是CF增強(qiáng)復(fù)合劑、膠衣、粘度適中的EP(膠衣凝膠后涂覆)和CF,手持輥?zhàn)硬牧系囊粋€(gè)重要分支。近年來(lái),隨著人們對(duì)EP/CF復(fù)合材或刷子使EP浸漬CF,并驅(qū)除氣泡,壓實(shí)基層。鋪層操作反料認(rèn)識(shí)的不斷深入,其優(yōu)異的性能不斷凸現(xiàn),促使其用量不復(fù)多次,直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是可斷上升。20世紀(jì)70年代以前,EP/CF復(fù)合材料被視為昂貴室溫成型,設(shè)備投資少,模具折舊費(fèi)低;可制造大型制品。主的材料,價(jià)格約為玻璃纖維(GF)增強(qiáng)復(fù)合材料的10倍,只要缺點(diǎn)是屬于勞動(dòng)密集型生產(chǎn),制品質(zhì)量由工人技術(shù)熟練程用于軍工、宇航等尖端技術(shù)行業(yè)。20世紀(jì)80

3、年代以后,CF度決定;手糊用樹(shù)脂分子量低,通?？赡茌^分子量高的樹(shù)脂工業(yè)和EP工業(yè)迅速發(fā)展,EP/CF復(fù)合技術(shù)不斷進(jìn)步,加入到有害于人的健康和安全。EP中的CF比例不斷上升,目前CF的體積分?jǐn)?shù)已可達(dá)60%2.2樹(shù)脂傳遞成型以上,使EP/CF復(fù)合材料的質(zhì)量提高而價(jià)格下降,拓寬了其將CF置于上下模之間,合模并將模具夾緊,在壓力條件應(yīng)用領(lǐng)域,進(jìn)一步促進(jìn)了EP/CF復(fù)合材料的發(fā)展。下注射EP,EP固化后打開(kāi)模具,取下制品。必須保證EP在1CF及其EP復(fù)合材料的基本特點(diǎn)凝膠前充滿型腔,壓力促使EP快速傳遞到模具內(nèi)并浸漬1.1CF的特點(diǎn)和基本成分CF。該工藝為低壓成型工藝,EP注塑壓力為0.4~0.5M

4、Pa,CF主要是由碳元素組成,其含碳量一般在90%以上。當(dāng)制造高CF含量(體積分?jǐn)?shù)超過(guò)50%)的制品時(shí)壓力甚至CF具有耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性,與一般可達(dá)0.7MPa。有時(shí)可預(yù)先將CF在一個(gè)模具內(nèi)預(yù)成型(帶[5-6]碳素材料不同的是,其各向異性顯著,柔軟,可加工成各種織粘結(jié)劑),再在第二個(gè)模具內(nèi)注射成型。為了提高EP浸[7]物,沿纖維軸向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。制備CF的主要原材料漬CF的能力,可選擇真空輔助注射。當(dāng)EP一旦將CF浸有人造絲(粘膠纖維)、聚丙烯腈(PAN)纖維和瀝青等。通常透,要將EP注入口封閉,以使樹(shù)脂固化。注射與固化可在室制備高強(qiáng)度、高模量CF多選用PAN為原

5、料。制備CF需經(jīng)溫或加熱條件下進(jìn)行。模具可以用復(fù)合材料與鋼材料制作。[1-2]過(guò)拉絲、牽伸、穩(wěn)定、炭化、石墨化5個(gè)階段。若采用加熱工藝,宜用鋼模。該法的主要優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合材料中1.2EP基體的作用CF含量可較高,未被EP浸潤(rùn)的CF非常少;閉模成型,成型EP具有優(yōu)良的加工性能和力學(xué)性能,其固化收縮率低,周期較短,生產(chǎn)環(huán)境好,生產(chǎn)成本較低;制品可大型化,強(qiáng)度粘結(jié)性能優(yōu)異。復(fù)合材料中EP的主要作用是把CF粘在一可設(shè)計(jì)。主要缺點(diǎn)是不易制作較小制品,因要承壓,故模具起,分配CF間的載荷,保護(hù)CF不受環(huán)境影響。較手糊與噴射工藝用模具要笨重和復(fù)雜。1.3EP/CF復(fù)合材料的特性2.3真空袋法成型EP/CF復(fù)

6、合材料的特性主要取決于CF、EP及EP與CF此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積之間的粘結(jié)特性。EP/CF復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能,與鋼相層在EP的A階段與模具在一起,在積層上覆以真空袋,周邊比,EP/CF復(fù)合材料的比強(qiáng)度為鋼的4.8~7.2倍,比模量為密封,然后用真空泵抽真空,使積層受到不大于101kPa的壓鋼的3.1~4.2倍,疲勞強(qiáng)度約為鋼的2.5倍、鋁的3.3倍,而力而被壓實(shí)、成型。該法的主要優(yōu)點(diǎn)是采用普通濕法鋪層技且高溫性能好,工作溫度達(dá)400e時(shí)其強(qiáng)度與模量基本保持術(shù),通常可獲得高CF含量的復(fù)合材料;EP可較好地浸漬不變。此外還具有密度和線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、抗蠕變、整

7、CF。主要缺點(diǎn)是額外的工藝過(guò)程增加了勞動(dòng)力和成本,并且[8-9]體性好、抗分層、抗沖擊等,在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中,其比強(qiáng)度、比要求操作人員有較高的技術(shù)水平;生產(chǎn)效率不高。模量綜合指標(biāo)最高。在加工成型過(guò)程中EP/CF復(fù)合材料具2.4樹(shù)脂膜熔浸成型有易大面積整體成型、成型穩(wěn)定等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。將CF與EP片交替鋪放在模具內(nèi)。用真空袋包覆鋪層,2EP/CF復(fù)合材料的成型工藝使用真空泵抽真空,將空氣抽出。然后加熱使EP熔化并浸2.1手糊成