纤维增强高分子复合材料的制备.doc

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1、第十三章纤维增强高分子复合材料的制备第一节概述聚合物基复合材料成形通常有一步法与二步法之分。一步法是由纤维、树脂等原材料直接混合浸渍，一步固化成形形成复合材料。二步法则是预先对纤维树脂进行混合浸渍加工，使之形成半成品，再由半成品成形出复合材料制品。一步法工艺简便，设备简单，但溶剂、水分等挥发物不易去除，裹入制品形成孔洞，树脂不易分布均匀，在制品中形成富胶区和贫胶区，严重时会因纤维浸渍不好而出现“白丝”现象，生产效率低，环境恶劣。针对一步法的缺点，预先将纤维浸渍树脂，或纤维树脂预先混合，经过一定处理，使浸渍物或混合物成为一种干态或稍有粘性的材料，即半成品材料，再用它成形复合材料制品，因

2、此二步法又称“干法”。二步法将浸渍过程提前，可很好地控制含胶量和解决纤维树脂均匀分布问题。热固性树脂基复合材料制品典型的生产工艺过程如图13-l所示，在准备工序中增加半成品制备工艺环节，由专业化厂或车间生产，生产出的半成品贮存备用。可见半成品是复合材料整个生产过程中的一种中间材料，也即是复合材料成形用的一种特殊种类的原材料。由原材料经过一定的加工制成干态或半干态的半成品材料的过程，即半成品制备工艺，也与成形加工一样是复合材料工艺的内容。早期制造复合材料都是采用一步法（又称“湿法”）工艺，如成形模压制品是先将纤维或织物置于模具中，倒入配好的树脂胶液后加压成形。在半成品制备过程中烘去溶剂

3、、水分和低分子组分，降低了制品的空隙率，也改善了复合材料成形作业的环境。通过半成品的质量控制，确保复合材料制品的质量。第二节高分子复合材料半成品的制备高分子复合材料，常常是预先将纤维等添加剂与树脂混合制成成形用材料（半成品），然后再经压制、注射等成形操作获得。对热塑性塑料，习惯上把这种成形用材料叫做粒料；热固性塑料，叫做模塑料；对连续纤维增强塑料即复合材料，则称为预浸料。它们是由树脂制成塑料或复合材料制品的重要中间环节，其质量直接影响着成形工艺条件及产品的性能。本节简要介绍几种纤维增强半成品的制造方法。一、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法纤维增强热塑性模塑料是粒状形式的半成品，适宜高

4、效率的注射模塑成形。制造纤维增强粒料的工艺方法很多，其目的是将体积庞大、结构松散的玻璃纤维加到基体树脂中去，形成均匀分散的粒状材料。热塑性增强粒料有长纤维型和短纤维型两种。1．长纤维型粒料的制造工艺长纤维型粒料一般采用电缆包覆法制造，其工艺流程如图13-2所示。玻纤粗纱通过十字形挤出机头（或在聚合釜出料口安装包覆机头），被熔融树脂包覆，经冷却、牵引、切粒而成。长纤维粒料，由于树脂包覆差，纤维分布不均匀，粒料硬度不高，仅适宜于螺杆式注射机成形。在成形时依靠螺杆的混合作用，使纤维均匀地分散于树脂之中。市售长纤维粒料有三种截面结构形式，如图13-3所示，（a）玻璃纤维成一大束包于粒子中，包

5、覆不紧，切粒时易拉毛，玻璃纤维易飞扬，注射成形时不利于玻璃纤维的均匀分散；（b）玻璃纤维成几小束分散于四周，虽然玻璃纤维分散了，但纤维过于靠近粒子周围边上，树脂包覆力不够，在切粒时也容易起毛，至使纤维飞扬；（c）玻璃纤维成几小束包于粒子中，是最理想的结构形成，玻璃纤维分散得好，且周围树脂较厚，粒子包覆较结实，因而粒子端面平整，玻璃纤维不易被拉毛及飞扬。2．短纤维型粒料的制造工艺短纤维型增强粒料，是为解决高熔融粘度树脂的长纤维型粒料，因纤维在树脂中分散不好，易引起制品性能和外观不理想而产生的，所以也称分散型增强粒料。它是先将短切纤维和树脂初混合，再经螺杆挤出机混炼，纤维被折断，以长度约

6、为0.25—0.5mm的短纤维形式，均匀地分散于树脂中，其工艺流程图如13-4所示。短纤维型粒料具有较好的成形加工性和表面平滑性，用柱塞式和螺杆式注射成形机均可成形。但由于纤维在造粒时磨损严重、长度短，制品强度不高。由于短纤维型粒料的加工流动性较好，它适合于制造壁薄和形状复杂的制品。二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法纤维模塑料即短纤维预浸料，它是由树脂渍短纤维经过烘干制成，因通常用于模压工艺，故称之为模塑料。所用树脂主要是酚醛树脂，还有氨基树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、环氧树脂等。所用纤维主要是玻璃纤维，还有棉纤维、石棉、有机纤维、碳纤维等。根据不同的纤维和不同的树脂，其模塑料

7、的制造方法也是多种多样的，但概括起来，最主要的制造方法有两大类，即：预混法和预浸法、挤出法。1．预混法制造短纤维模塑料预混法是将短纤维（如棉纤维、石棉纤维等）或切成10～50mm长的纤维（如玻璃纤维、合成纤维等）与一定量的胶液混合均匀，再经撕松、烘干而制成模塑料的工艺方法。一般为间断操作，其生产工艺流程如图13-5所示。这种模塑料的特点是：纤维较松散而无定向，流动性好，宜做形状复杂的小型模压制品。但在制造过程中纤维的强度损失较大，不宜制做强度要求很高的模压