樹脂基復合材料也稱纖維增強塑料(FRP),是1932年在美國問世的,目前技術比較成熟,是應用最為廣泛的一類復合材料。這種材料是用短切或連續(xù)纖維及其織物,增強熱固性或熱塑性樹脂基體,經過復合工藝而成的。
熱固性樹脂在初始階段流動性很好,容易浸透纖維增強體,同時工藝過程比較容易控制,因此這類復合材料成為當前的主要品種。熱固性樹脂早期有酚醛樹脂,隨后有不飽和樹脂和環(huán)氧樹脂,近年來又發(fā)展了耐熱性能更好的雙馬來酰胺和聚酰亞胺樹脂。但是,由于環(huán)氧樹脂基體對各種纖維增強材料具有良好的浸潤性,同時又具有粘接力強、固化收縮率小、尺寸穩(wěn)定性好、優(yōu)異的加工成型性能,因此環(huán)氧樹脂基復合材料目前仍然是高性能樹脂基復合材料中應用最為普遍的復合材料。特別是以玻璃纖維作為增強體的環(huán)氧基復合材料以優(yōu)異的力學、耐腐蝕、電氣絕緣性能,使其在世界范圍內獲得了廣泛的應用。20世紀60年代中期在美國利用玻璃纖維浸潤環(huán)氧樹脂,采用纖維纏繞技術,制造出了北極星、大力神等大型固體火箭發(fā)動機殼體,為航天航空技術開辟了輕體高強結構的最佳途徑。
進入20世紀70年代,對復合材料的研究改變了僅僅采用玻璃纖維的局面。一方面不斷開辟玻璃纖維/環(huán)氧樹脂基復合材料新用途,另一方面為滿足重量敏感、強度和剛度要求很高的國防尖端技術的要求,開發(fā)了一系列如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鈷纖維、硼纖維、芳綸纖維、超高相對分子質量聚乙烯纖維等高性能增強材料,并廣泛使用高性能環(huán)氧樹脂基體,形成先進復合材料(ACM),如碳纖維增強的環(huán)氧樹脂基復合材料的比強度是鋼的5倍、鋁合金的4倍、鈦合金的3.5倍,其模具是鋼、鋁、鈦的4倍。這種先進復合材料具有比玻璃纖維復合材料更好的性能。是用于飛機、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。
由于環(huán)氧樹脂對各種纖維都有良好的浸潤性,對多種非金屬、金屬有出眾的粘接性能,通過配方設計,能夠方便地改變黏度、固化溫度和時間,同時固化反應過程中無小分子物質副產物產生等一系列優(yōu)異的工藝性,因此能夠與多種纖維增強材料復合成型。圖3-1示出了制造方法和重要產品。
在圖3-1中所示的幾種FRP成型方法中,層壓制品的使用價值最高,其次是纖維纏繞成型制品。
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