预浸料——高性能复合材料用原材料

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1、维普资讯http://www.cqvip.com玻璃钢2003年第2期预浸料—一高性能复合材料用原材料丕扬译王者友校(上海玻璃钢研究所)摘要．对性能、材料鉴定和产品一致性有极高要求的行业，如航空航天、国防、船舶、海上油井、公交交通工具和可再生能源诸部门，预浸料已得到公认。GeorgeMash对预浸料的材料和制作方法做出了评论。木工不想亲自由纤维(纤维素)和树脂(木质素)组织原材料来作为产品制造过程的一部分。而事实上复合材料制造商(他们中许多都使用增强塑料连续生产模塑件)却希望如此。难怪，对高性能复合材料来说，获得要求的稳定的高质量是

2、一个难题。有待控制的大量变数，如树脂的选择和含量，纤维增强材料的铺放和含量，催化剂和促进剂类添加剂，浸润和避免空气裹人的程度，真空、温度和压力对固化的程度影响、放热和正确填充模具(闭模工艺时)等是很难同时满足的。这就是为什么材料供应商要开发一种更有生命力的。‘‘原材料”的原因。“预浸料”织物成卷筒状并可直接铺进模具内，不需要进一步浸润，而且避免了操作工人与液态树脂的接触。在该系统中，纤维用预催化树脂预浸渍使其处于稳定的等待期或称“B”阶段，因此，只需在产品模塑阶段将材料提高到引发温度而进行固化即可。随着预浸料的变迁，材料供应商担负的

3、重任是保证：高的纤维体积含量、最佳树脂，纤维组合、低空隙(通常小于2％)以及高重复性地达到这些要求。预浸料在对性能、材料评定和产品一致性要求极高的行业中的应用已得到认可，如航空航天、国防、船舶、海上油井、公共交通工具和可再生能源诸部门。为了防止在室温下缓慢发生的交联聚合反应，大多数材料必须保存在一18"C左右的冷藏库内，所以预浸料的储存便成了一个问题。冷藏的预浸料好几年仍可使用。供应商对其产品确定的“外放置寿命”是该材料能在冰柜外保持仍可用的累加时间。超过其最大外放置寿命的材料不可使用，并应该废弃。对各种应用都有相应的预浸料。树脂可

4、以是聚酯(邻苯或间苯二甲酸酯)、乙烯基或氰酸酯、环氧、酚醛、双马来酰亚胺和聚酰亚胺诸热固性树脂；或热塑性树脂如聚酰亚胺醚PEI、聚醚砜PES、聚醚酮PEK和聚醚醚酮PEEK，而增强材料可以是聚乙烯、玻璃纤维(E、s、R等)、芳纶(Kevlar、Twaron)、碳纤维(沥青、聚丙烯腈，即PAN或纤维素)、硼和陶瓷等纤维以单向带、纤维束或带的形式或作为一多向的(双轴的、三轴的)、编织的、针织的或交织的二维或三维织物。织物可根据所期望的样式(指定的形状)、粘着性以及重量和机械性能来选择。选择树脂是按照其韧性、玻璃化温度(其耐热性的度量)和

5、固化时的27．维普资讯http://www.cqvip.com其它性能如其预固化粘度、聚合所需的温度和放热量(由固化化学反应产生的热)。预浸料生产商可使用比其相竞争的工艺(例如树脂灌注工艺)所用树脂更粘稠具有增粘功能的树脂，这样就减少了为了增加流动性而损失机械性能的问题。用这种方法生产预浸料可获得。●+高的纤维体积含量，并可从最终产品的机械性能上得到反映。．1制造预浸料可这样制作：用溶剂稀释树脂；使稀释的树脂浸透所指定的纤维；然后蒸发掉浸渍纤维上的溶剂并使之干燥。这种典型的第一代预浸料溶剂浸渍的生产方法包括：干纤维通过张力辊到一浸胶

6、槽，然后经过诸辊筒压紧此胶液成等厚度，并从那里进入一溶剂槽(典型的用于环氧树脂的溶剂是丙酮或二氯甲烷)。从溶剂槽出来后把材料拉过一干燥塔(基本上是一垂直炉)，迅速蒸发掉溶剂并使树脂固化到“B”阶段。一定要注意保证不留溶剂，因为溶剂的残留物会使最终制成品固化时产生空隙。此浸渍材料铺上一涂有脱模剂的纸，然后整个儿被摧成产品，进行储存、冷冻，其储存周期可持续几个月或几年。自动化溶剂加工工艺在连续生产中可产生一致的结果。但其缺点包括：对溶剂的环境关注，环保法规日益严谨；对敞槽浸胶工艺需提供安全、防爆的车间，以及溶解有些坚韧的树脂体系而不损害

7、其机械性能的困难(尽管化学配方的进展已改善了后面的问题)。这些障碍激励了最近采用的另一种替代体系——热溶浸渍。在这种方法中，一硅酮脱模纸被涂覆上树脂膜(通常是在两面)。干纤维和双面膜组合在一起形成预浸渍单元生产出三组分的层板。这时通过加热的压紧辊筒把粘性的树脂压进纤维以浸透它。然后层合的预浸料通过冷却辊筒并从那里摧上大辊筒供储藏及运输。树脂膜重量、纤维密度、压紧加热和加压压力、冷却速率和其它参数均数控控制以保证生产重复地达到要求的质量。运行速度高达170rn／min的精密涂胶机控制树脂膜的重量接近到可在12～120g／m2之间进行设

8、定。树脂供应商已调整化学成份以使其适应热浸渍的需要，减少了早先对热熔工艺会不象溶剂工艺那样能彻底浸透纤维的担心。包括D射线测量的尖端在线监测使树脂的诸参数能迅速调整从而保证质量。把纤维和树脂集合在精确测定的数量范围内使废料减至最少，并