環氧樹脂復合材料 復合材料是由基體材料和增強材料復合而成的多相體系固體材料。它充分發揮了各組分材料的特點和潛在能力，通過各組分的合理匹配和協同作用，呈現出原來單一材料(均質材料、單相材料)所不具有的優異的新性能，從而達到對材料某些性能的綜合要求。復合材料的出現在材料發展史上具有劃時代的意義。受到國內外的極大重視。其發展之迅猛在歷史上是空前的。已在工業、農業、交通、軍事、科學技術和人民生活等各個領域廣為應用。尤其是在航空、航天等尖端技領域中已成為不可缺少的重要的結構材料。無怪乎有人認為21世紀將進入“復合材料時代”。 熱固性樹脂基復合材料是目前研究得最多、應用得最廣的一種復合材料。它具有質量輕、強度高、模量大、耐腐蝕性好、電性能優異、原料來源廣泛，加工成型簡便、生產效率高等特點，并具有材料可設計性以及其他一些特殊性能，如減振、消音、透電磁波、隱身、耐燒蝕等特性，已成為國民經濟、國防建設和科技發展中無法取代的重要材料。在熱固性樹脂基復合材料中使用最多的樹脂仍然是酚醛樹脂、不飽和聚酪樹脂和環氧樹脂這三大熱固性樹脂。這三種樹脂階性能各有特點：酚醛樹脂的耐熱性較高、耐酸性好、固化速度快，但較脆、需高壓成型；不飽和聚酪樹脂的工藝性好、價格最低，但性能較差；環氧樹脂的粘結強度和內聚強度高，耐腐蝕性及介電性能優異，綜合性能最好，但價格較貴。因此，在實際工程中環氧樹脂復合材料多用于對使用性能要求高的場合，如用作結構材料、耐腐蝕材料、電絕緣材料及透波材料等。 1、環氯樹脂復合材料的分類 環氧樹脂復合材料(簡稱環氧復合材料，也有人稱為環氧增強塑料)的品種很多，其名稱、含義和分類方法也沒有完全統一，但大體上講可按以下方法分類。 (1)按用途可分為環氧結構復合材料、環氧功能復合材料和環氧功能型結構復合材料。結構復合材料是通過組成材料力學性能的復合，使之能用作受力結構材料，并能按受力情況設計和制造材料，以達到材料性能冊格比的最佳狀態。功能復合材料是通過組成材料其他性能(如光、電、熱、耐腐蝕等)的復合，以得到具有某種理想功能的材料。例如環氧樹脂覆銅板、環氧樹脂電子塑封料、雷達罩等。需要指出的是，無論使用的是材料的哪一種功能性，都必須具有必要的力學性能，否則再好的功能材料也沒有實用性。已有些功能材料同時還要有很高的強度，如高壓絕緣子芯棒，要求絕緣性和強度都很高，是一種絕緣性結構復合材料。 (2)按成型壓力可分為高壓成型材料(成型壓力530MPa)，如環氧工程塑料及環氧層壓塑料；低壓成型材料(成型壓力25MPa)，如環氧玻璃鋼和高性能環氧復合材料。玻璃鋼和高性能復合材料由于制件尺寸較大(可達幾個)、型面通常不是平面，所以不宜用高壓成型。否則模具造價太高，壓機噸位太大，因而成本太貴。 (3)按環氧復合材料階性能、成型方法、產品及應用領域的特點，并照顧到習慣上的名稱綜合考慮可分為：環氧樹脂工程塑料、環氧樹脂層壓塑料、環氧樹脂玻璃鋼(通用型環氧樹脂復合材料)及環氧樹脂結構復合材料。 2、環氧樹脂復臺材料的組成 環氧樹脂復合材料是由環氧樹脂基體、增強材料及二者的界面層所組成。 (1)環氧樹脂基體 它是環氧樹脂膠液的固化物。環氧樹脂膠液是由環氧樹脂、固化劑以及促進劑、改性劑、稀釋劑、偶聯劑和其他助劑組成。根據不同的使用及工藝要求進行選配。 (2)增強材料 多采用纖維及其織物，以及微粒狀(粉狀)材料。增強效果一般隨增強材料長徑比的增大而增大。微粒材料的增強效果較低，多用于功能性的復合，如Si02粉用于絕緣料，膠體石墨用于塑料軸承等。但是，隨著當前納米級材料的迅速開發與應用，預計其增強效果和功能性復合效果將會有大幅度提高。大量采用的纖維材料是玻璃纖維及其織物。早期曾用過棉織物，因來源的限制，現在除特殊需要外已很少應用。也可采用化學纖維如聚酯纖維等。在環氧工程塑料中多采用短玻璃纖維，也可使用石棉纖維、棉纖維等。在高性能環氧復合材料中主要采用碳纖維，以及它與芳綸纖維、高強玻璃纖維的混雜纖維。在雷達罩中除了采用E一玻璃纖維和D玻璃纖維外，還可采用介電性能更好的石英纖維。 (3)環氧樹脂基體與增強材料的界面層 在環氧樹脂與增強材料復合的過程中，在它們之間形成了界面層。界面層的結構及性能與環氧樹脂基體及增強材料都不相同。高質量的界面層性能保證了基體和纖維潛在能力的高度發揮和復合效應的充分實現。 3、環氧樹脂復合材料的特性 (1)密度小，比強度和比模量高。高模量碳纖維環氧復合材料的比強度為鋼的5倍、鋁合金的4倍，鉆合金的32倍。其比模量是鋼、鋁合金、欽合金的556倍。因此，在強度和剛度相同的情況下碳纖維環氧復合材料構件的重量可以大大減輕。這在節省能源、提高構件的使用性能方面，是現有任何金屬材料所不能相比的。 (2)疲勞強度高，破損安全特性好。環氧復合材料在靜載荷或疲勞載荷作用下，首先在最薄弱處出現損傷，如橫向裂紋、界面脫膠、分層、纖維斷裂等。然而眾多的纖維和界面會阻止或延緩裂紋的擴展，基體會迅速把載荷重新分配并通過界面傳遞到末斷纖維上，使整個構件能繼續承載，不會立即整體斷裂。在疲勞過程中裂紋擴展很慢，直到疲勞壽命的90左右才迅速斷裂。整體斷裂前有明顯預兆，所以破損安全特性好。而金屬材料在疲勞載荷下常常是沒有明顯預兆的突發性破壞。 (3)減振性能好。結構的白振頻率除了與結構本身形狀有關外，還與材料的比模量的平方根成正比。環氧復合材料具有高的比模量，因此也具有高的自振頻率。高的自振頻率不易引起工作時的共振，這就可以避免因共振而產生的早期破損。同時，復合材料中纖維與基體間的界面具有吸振能力，因此它的振動阻尼很高。對形狀和尺寸相同的輕金屬合金梁及碳纖維復合材料梁進行振動試驗表況輕合金梁需9s才能停止振動，而復合材料梁只需25s就靜止了。 (4)耐腐蝕性能、介電性能、透電磁波性能及綜合性能好。耐熱性亦較好。 (5)可用模具一次成型整體構件，從而減少了零部件、緊固件和接頭數目，改善了受力狀態，節省了原材料，減輕了構件的重量。所用工裝簡單，生產周期短，成本可大大降低。 (6)各向異性及材料性能的可設計性。這是復合材料，尤其是高性能復合材料的突出特點。可根據工程結構的載荷分布及使用條件進行復合材料的配方設計和鋪層設計。合理地、有效地發揮各組成材料的作用和潛在性能，滿足材料性能的預定要求，實現構件的優化設計，做到安全可靠、經濟合理。 (7)環氧復合材料的主要缺點是：材料性能的分散性較大，耐老化性較差，耐濕熱性不很高，橫向性能和層間剪切強度不夠好。 4、環氧樹脂復合材料的應用 環氧樹脂工程塑料主要用于要求強度高、沖擊韌性好、具有一定耐熱性等綜合性能的工程塑料零部件。如火箭尾翼片、穿甲彈彈托、聲納鰭板等。還用作功能性塑料，如電子元件的塑封材料、水潤滑塑料軸承等。 環氧樹脂層壓塑料主