復(fù)合材料基礎(chǔ)學(xué)問

定義：

■復(fù)合材料(Compositematerials)，是以一種材料為基體(Malrix),另一種材料為增加體

(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上相互取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合

材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿意各種不同的要求。

性能

■復(fù)合材料中以纖維增加材料應(yīng)用最廣、用量最大。

■其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。

■還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲憊、耐蠕變、消聲、電絕緣等

性能。

■各向異性，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。

■以碳纖維和碳化硅纖維增加的鋁基復(fù)合材料，在500C時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳

化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維

與陶驍復(fù)合，使用溫度可達(dá)1500℃,比超合金渦輪葉片的使用溫度(1100C)高得多。碳

纖維增加碳、石墨纖維增加碳或石墨纖維增加石墨，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭

導(dǎo)彈和原了能反應(yīng)堆中。

■非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)省能源。用碳

纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧,其剛度和承載力量與重量大5倍多的鋼片彈簧

相當(dāng)。

分類：

■按組成分

①金屬與金屬復(fù)合材料

②非金屬與金屬復(fù)合材料

③非金屬與非金屬復(fù)合材料

■按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

①纖維復(fù)合材料

②夾層復(fù)合材料

③細(xì)粒復(fù)合材料

④混雜復(fù)合材料

■樹脂基復(fù)合材料(ResinMatrixComposite)也稱纖維增加塑料(FiberReinforcedPlastics),

是目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用最為廣泛的一類復(fù)合材料。

■這種材料是用短切的或連續(xù)纖維及其織物增加熱固性或熱塑性樹脂基體，經(jīng)復(fù)合而成。以

玻璃纖維作為增加相的樹脂基復(fù)合材料在世界范圍內(nèi)已形成了產(chǎn)業(yè)，在我們國家俗稱玻璃

鋼。

樹脂基復(fù)合材料進(jìn)展史

-1932年在美國消失

■1940年以手糊成型制成了玻璃纖維增加聚酯的軍用飛機(jī)的雷達(dá)罩

-1946年纖維纏繞成型技術(shù)在美國消失，為纖維纏繞壓力容器的制造供應(yīng)了技術(shù)貯備。

■1949年討論勝利玻璃纖維預(yù)混料并制出了表面光滑，尺寸、外形精確的復(fù)合材

料模壓件。

-1950年真空袋和壓力袋成型工藝討論勝利，并制成直升飛機(jī)的螺旋槳。

?60年月在美國采用纖維纏繞技術(shù)，制造出北極星、土星等大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，為

航天技術(shù)開拓了輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的最佳途徑。

-1972年美國PPG公司討論勝利熱塑性片狀模型料成型技術(shù)，1975年投入生產(chǎn)。

.80年月又進(jìn)展了離心澆鑄成型法

自從先進(jìn)狂合材料投入應(yīng)用以來，有三件值得一提的成果

■1、美國全部用碳纖維復(fù)合材料制成一架八座商用飛機(jī)-里爾芳2100號(hào)，并試飛勝利，這

架飛機(jī)僅重567kg,它以結(jié)構(gòu)小巧重量輕而稱奇于世。

■2、其次件是采納大量先進(jìn)復(fù)合材料制成的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)，這架航天飛機(jī)用碳纖維/

環(huán)氯樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環(huán)氯樹脂制造各種壓力容器，

用硼/鋁復(fù)合材料制造主機(jī)身隔框到翼梁，用碳原復(fù)合材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管和喉襯，發(fā)動(dòng)

機(jī)組的傳力架全用硼纖維增加鈦合金復(fù)合材料制成，被覆在整個(gè)機(jī)身上的防熱瓦片是耐高溫

的陶瓷基復(fù)合材料。在這架代表近代最尖端技術(shù)成果的航天收音機(jī)上使用了樹脂、金屬和陶

瓷基復(fù)合材料。

■3、是在波音?767大型客機(jī)上使用了先進(jìn)復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)，這架可載80人的客運(yùn)

飛機(jī)使用碳纖維、有機(jī)纖維、玻璃纖維增加樹脂以及各種混雜纖維的復(fù)合材料制造了機(jī)翼前

緣、壓力容器、引擎罩等構(gòu)件，不僅使收音機(jī)結(jié)構(gòu)重量減輕，還提高了飛機(jī)的各種飛行性能。

復(fù)合材料在中國

■起始于1958年，首先用于軍工制品，而后漸漸擴(kuò)展到民用。

■1958年以手糊工藝研制了玻璃鋼艇，以層壓和卷制工藝研制玻璃鋼板、管和火箭彈

■1961年研制成用于遠(yuǎn)程火箭的玻璃纖維-酚醛樹脂燒蝕防熱彈頭

■1962年引進(jìn)不飽和聚酯樹脂、噴射成型和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)成型技術(shù)，并制造了玻璃鋼的直升

機(jī)螺旋槳葉和風(fēng)洞葉片，同年開頭纖維纏繞工藝討論并生產(chǎn)出一批氧氣瓶等壓力容器。

■1970年用玻璃鋼蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造了一座直徑44m的雷達(dá)罩

原材料：

■包括基體相和增加相的原材及添加劑。

■基體相材料指作為基體的各種聚合物，包括熱固性樹脂和熱塑性樹脂

■增加相材料則是指各種纖維，如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等。

■添加劑是復(fù)合材料產(chǎn)品在生產(chǎn)或加工過程中需要添加的幫助化學(xué)品通稱為添加劑或“助劑”

不飽和聚酯樹脂

■不飽和聚酯是不飽和二元痰酸（或酸酊）或它們與飽和二元瓶酸（或酸好）組成的混合酸

與多元醇縮聚而成的，具有酯鍵和不飽和雙鍵的線型高分子化合物。通常，聚酯化縮聚反應(yīng)

是在190?220℃進(jìn)行，直至達(dá)到預(yù)期的酸值（或粘度）。在聚酯化縮反應(yīng)結(jié)束后，趁熱加入

肯定昂:的乙烯基單體，配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱之為不飽和聚酯樹脂。

物理性質(zhì)

■相對(duì)密度在1.11?1.20左右，固化時(shí)體積收縮率較大

■耐熱性。絕大多數(shù)不飽和聚酯樹脂的熱變形溫度都在50?60C,一些耐熱性好的樹脂則可

達(dá)120℃

■力學(xué)性能。不飽和聚酯樹脂具有較高的拉伸、彎曲、壓縮等強(qiáng)度

■耐化學(xué)腐蝕性能。不飽和聚酯樹脂耐水、稀酸、稀堿的性能較好，耐有機(jī)溶劑的性能差，

同時(shí)，樹脂的耐化學(xué)腐蝕性能隨其化學(xué)結(jié)構(gòu)和幾何開關(guān)的不同，可以有很大的差異。

■⑷介電性能。不飽和聚酸樹脂的介電性能良好。

化學(xué)性質(zhì)

■不飽和聚酯是具有多功能團(tuán)的線型高分子化合物，在其骨架主鏈上具有聚酯鏈鍵和不飽和

雙鍵，而在大分子鏈兩端各帶有粉基和羥基。

乙烯基樹脂

■乙烯基樹脂又稱為環(huán)氯丙烯酸樹脂，是60年月進(jìn)展起來的一類新型樹脂，其特點(diǎn)是聚合

物中具有端基不飽和雙鍵。

■乙烯基樹脂具有較好的綜合性能：①由于不飽和雙鍵位于聚合物分子鏈的端部，雙鍵特別

活潑，固化時(shí)不受空間障礙的影響，可在有機(jī)過氧化物引發(fā)下，通過相鄰分子鏈間進(jìn)行交聯(lián)

固化，也可與單體苯乙烯其聚固化；②樹脂鏈中的R基團(tuán)可以屏蔽酯健，提高酯鍵的耐化

學(xué)性能和耐水解穩(wěn)定性；③乙烯基樹脂中，每單位相對(duì)分子質(zhì)量中的酯鍵比一般不飽和聚酯

中少35%?50%左右，這樣就提高了該樹脂在酸、堿溶液中的水解穩(wěn)定性；④樹脂鏈上的仲

羥基與玻璃纖維或其它纖維的浸潤性和粘結(jié)性從而提高復(fù)合材料的強(qiáng)度；⑤環(huán)氯樹脂主鏈，

它可以賦與乙烯基樹脂韌性，分子主鏈中的酷鍵可使樹脂具有優(yōu)異的耐酸性。

環(huán)氧樹脂

■環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，除個(gè)別外，它

們的相對(duì)分子質(zhì)量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特

征，環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧

基團(tuán)，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的

高聚物。

環(huán)氧樹脂的性能和特性

?1、形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用對(duì)形式提出的要求，

其范圍可以從極低的粘度到高熔點(diǎn)固體。

?2、固化便利。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0?180c溫度范圍內(nèi)固

化。

?3、粘附力強(qiáng)。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和酸鍵的存在，使其對(duì)各種物質(zhì)具有很高

的粘附力。環(huán)氯樹脂固化時(shí)的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度。

?4、收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的

開環(huán)聚合反應(yīng)來進(jìn)行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹

脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。

?5、力學(xué)性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

?6、電性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕

緣材料。

?7、化學(xué)穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像

固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學(xué)穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)

氯樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。

?8、尺寸穩(wěn)定性。上述的很多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。

?9、耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。

指標(biāo)

■工業(yè)二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂實(shí)際上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多數(shù)的分子是

含有兩個(gè)環(huán)氧基端的線型結(jié)構(gòu)。少數(shù)分子可能支化，極少數(shù)分子終止的基團(tuán)是氯醇基團(tuán)而不

是環(huán)氧基。因此環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基含量、氯含量等對(duì)樹脂的固化及固化物的性能有很大的影

響。

指標(biāo)

■①環(huán)氧值。環(huán)氧值是鑒別環(huán)氧樹脂性質(zhì)的最主要的指標(biāo)，工業(yè)環(huán)氧樹脂型號(hào)就是按環(huán)氧值

不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是指每100g樹脂中所含環(huán)氧基的物質(zhì)的量數(shù)。環(huán)氧值的倒數(shù)乘以100

就稱之為環(huán)氧當(dāng)量。環(huán)氧當(dāng)量的含義是：含有Imol環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的克數(shù)。

■②無機(jī)氯含量。樹脂中的氯離子能與胺類固化劑起絡(luò)合作用而影響樹脂的固化，同時(shí)也影

響固化樹脂的電性能，因此氯含量也環(huán)氧樹脂的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

■③有機(jī)氯含量。樹脂中的有機(jī)氯含量標(biāo)志著分子中未起閉環(huán)反應(yīng)的那部分氯醇基團(tuán)的含量，

它含量應(yīng)盡可能地降低，否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。

■④揮發(fā)分。

■⑤粘度或軟化點(diǎn)。

其它樹脂

■酚醛樹脂

■聚氨酯樹脂

熱塑性樹脂

■熱塑性樹脂是指具有線型或分枝型結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子化合物。這一類樹脂的特點(diǎn)是遇熱軟

化或熔融而處于可塑性狀態(tài)，冷卻后又變堅(jiān)硬，而且這一過程可以反復(fù)進(jìn)行。

■典型代表性熱塑性樹脂如聚烯正、氟樹脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯-

十二烯-苯乙烯（ABS樹脂）、聚去乙烯.丙烯睛（SAN或AS樹脂）等。

增加材料

■玻璃纖維

■碳纖維

■芳綸纖維

■超高分子量聚乙烯纖維

玻璃纖維

?玻璃纖維的成分及性能：

1、E-玻璃亦稱無堿玻璃，系--種硼硅酸鹽玻璃。目前是應(yīng)用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃

成分，具有良好的電氣絕緣性及機(jī)械性能，廣泛用于生產(chǎn)電絕緣用玻璃纖維，也大量用于生

產(chǎn)玻璃鋼用玻璃纖維，它的缺點(diǎn)是易被無機(jī)酸侵蝕，故不適于用在酸性環(huán)境。

2、C-玻璃亦稱中堿玻璃，其特點(diǎn)是耐化學(xué)性特殊是耐酸性優(yōu)于無堿玻璃，但電氣性能差，

機(jī)械強(qiáng)度低于無堿玻璃纖維10%?20%,通常國外的中堿玻璃纖維含肯定數(shù)量的三氧化二

硼，而我們國家的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外，中堿玻璃纖維只是用于生產(chǎn)耐腐蝕

的玻璃纖維產(chǎn)品，如用于生產(chǎn)玻璃纖維表面氈等，也用于增加瀝青屋面材料，但在我們國家

中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產(chǎn)量的一大半（60%）,廣泛用于玻璃鋼的增加以及過濾織物，

包扎織物等的生產(chǎn)，由于其人格低于無堿玻璃纖維而有較強(qiáng)的競爭力。

3、高強(qiáng)玻璃纖維其特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模量，它的單纖維抗拉強(qiáng)度為2800MPa,比無堿玻纖

抗拉強(qiáng)度高25%左右，彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強(qiáng)度高。用它們生產(chǎn)的玻璃鋼

制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運(yùn)動(dòng)器械。但是由于價(jià)格昂貴，目前在民用方面還不能

得到推廣，全世界產(chǎn)量也就幾千噸左右。

4、AR玻璃纖維亦稱耐堿玻璃纖維，主要是為了增加水泥而研制的。

5、A玻璃亦稱高堿玻璃，是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃，因耐水性很差，很少用于生產(chǎn)玻璃

纖維。

6、E-CR玻璃是一種改進(jìn)的無硼無堿玻璃，用于生產(chǎn)耐酸耐水性好的玻璃纖維，其耐水性比

無堿玻纖改善7?8倍，耐酸性比中堿玻纖也優(yōu)越不少，是專為地下管道、貯罐等開發(fā)的新

品種。

7、D玻璃亦稱低介電玻璃，用于生產(chǎn)介電強(qiáng)度好的低介電玻璃纖維。

除了以上的玻璃纖維成分以外，近年來還消失一種新的無堿玻璃纖維，它完全不含硼，從而

減輕環(huán)境污染，但其電絕緣性能及機(jī)械性能都與傳統(tǒng)的E玻璃相像。此外還有一種雙玻璃

成分的玻璃纖維，已用在生產(chǎn)玻璃棉中，據(jù)稱在作玻璃鋼增加材料方面也有潛力。此外還有

無氟玻璃纖維，是為環(huán)保要求而開發(fā)出來的改進(jìn)型無堿玻璃纖維。

玻璃纖維制品品種與用途

■1、無捻粗紗無捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成的。無捻粗紗按玻璃成分可

劃分為:無堿玻璃無捻粗紗和中堿玻璃無捻粗紗。生產(chǎn)玻璃粗紗所用玻纖直徑從12?23Pm。

無捻粗紗的號(hào)數(shù)從150號(hào)到9600號(hào)（tex）o無捻粗紗可直接用于某些復(fù)合材料工藝成型方

法中，如纏繞、拉擠工藝，因其張力勻稱，也可織成無捻粗紗織物，在某些用途中還將無捻

粗紗進(jìn)一步短切。

■2、無捻粗紗織物（方格布）

■方格布是無捻粗紗平紋織物，是手糊玻璃鋼重要基材。方格布的強(qiáng)度主要在織物的經(jīng)緯方

向上，對(duì)于要求經(jīng)向或緯向強(qiáng)度高的場(chǎng)合，也可以織成單向方格布，它可以在經(jīng)向或緯向布

置較多的無捻粗紗。對(duì)方格布的質(zhì)量要求如下：①織物勻稱，布邊平直，布面平整呈席

狀，無污漬、起毛、折痕、皺紋等；②經(jīng)、緯密，面積重量，布幅及卷長均符合標(biāo)準(zhǔn)；③卷

繞在堅(jiān)固的紙芯上，卷繞整齊；④快速、良好的樹脂透性；⑤織物制成的層合材料的干、濕

態(tài)機(jī)械強(qiáng)度均應(yīng)達(dá)到要求。用方格布鋪敷成型的復(fù)合材料其特點(diǎn)是層間剪切強(qiáng)度低，耐壓和

疲憊強(qiáng)度差。

■3、玻璃纖維氈片（1）短切原絲氈將玻璃原絲（有時(shí)也用無捻粗紗）切割成50mm長,

將其隨機(jī)但勻稱地鋪陳在網(wǎng)帶上，隨后施以乳液粘結(jié)劑或撒布上粉末結(jié)劑經(jīng)加熱固化后粘結(jié)

成短切原絲氈。短切氈主要用于手糊、連續(xù)制板和對(duì)模模壓和SMC二藝中。對(duì)短切原絲氈

的質(zhì)量要求如下：①沿寬度方向面積質(zhì)量勻稱；②短切原絲在氈面中分布勻稱，無大孔眼形

成，粘結(jié)劑分布勻稱；③具有適中的丁氈強(qiáng)度；④優(yōu)良的樹脂浸潤及浸透性。（2）連

續(xù)原絲氈將拉絲過程中形成的玻璃原絲或從原絲筒中退解出來的連續(xù)原絲呈8字形鋪敷在

連續(xù)移動(dòng)網(wǎng)帶上，經(jīng)粉末粘結(jié)劑粘合而成。連續(xù)玻纖原絲氈中纖維是連續(xù)的，故其對(duì)復(fù)合材

料的增加效果較短切氈好。主要用在拉擠法、RTM法、壓力袋法及玻璃氈增加熱塑料（GMT）

等工藝中。（3）表面氈玻璃鋼制品通常需要形成富有樹脂層，這一般是用中堿玻璃表

面氈來實(shí)現(xiàn)。這類氈由于采納中堿玻璃（C）制成，故給予玻璃鋼耐化學(xué)性特殊是耐酸性，

同時(shí)由于氈薄、玻纖直徑較細(xì)之故，還可汲取較多樹脂形成富樹脂層，遮住了玻璃纖維增加

材料（如方格布）的紋路，起到表面修飾作用。（4）針刺氈針刺氈或分為短切纖維針

刺氈和連續(xù)原絲針刺氈。短切纖維針刺氈是將玻纖粗紗短切成50mm,隨機(jī)鋪放在預(yù)先放置

在傳送帶上的底材上，然后用帶倒鉤的針進(jìn)行針刺，針將短切纖維刺進(jìn)底材中，而鉤針又將

一些纖維向上帶起形成三維結(jié)構(gòu)。所用底材可以是玻璃纖維或其它纖維的稀織物，這種針刺

氈有絨毛感。其主要用途包括用作隔熱隔聲材料、襯熱材料、過濾材料，也可用在玻璃鋼生

產(chǎn)中，但所制玻璃鋼強(qiáng)度較低，使用范圍有限。另一類連續(xù)原絲針刺氈，是將連續(xù)玻璃原絲

用拋絲裝置隨機(jī)拋在連續(xù)網(wǎng)帶上，經(jīng)針板針刺，形成纖維相互勾連的三維結(jié)構(gòu)的氈。這種氈

主要用于玻璃纖維增加熱塑料可沖壓片材的生產(chǎn)。（5）縫合氈短切玻璃纖維從50mm

乃至60cm長均可用縫編機(jī)將其縫合成短切纖維或長纖維氈，前者可在若干用途方面代替?zhèn)?/p>

統(tǒng)的粘結(jié)劑粘結(jié)的短切氈，后者則在肯定程度上代替連續(xù)原絲氈。它們的共同優(yōu)點(diǎn)是不含粘

結(jié)劑，避開了生產(chǎn)過程的污染，同時(shí)浸透性能好，價(jià)格較低。

玻璃纖維織物

■（1）玻璃布我們國家生產(chǎn)的玻璃布，分為無堿和中堿兩類，國外大多數(shù)是無堿玻璃布。玻

璃布主要用于生產(chǎn)各種電絕緣層壓板、印刷線路板、各種車輛車體、貯罐、船艇、模具等。

中堿玻璃布主要用于生產(chǎn)涂塑包裝布，以及用于耐腐蝕場(chǎng)合。織物的特性由纖維性能、經(jīng)緯

密度、紗線結(jié)構(gòu)和織紋所打算。經(jīng)緯密度又由紗結(jié)構(gòu)和織紋打算。經(jīng)緯密加上紗結(jié)構(gòu)，就打

算了織物的物理性質(zhì)，如重量、厚度和斷裂強(qiáng)度等。有五種基本的織紋：平紋、斜紋、緞紋、

羅紋和席紋。

■（2）單向織物單向織物是一種粗經(jīng)紗和細(xì)緯紗織成的四經(jīng)破緞紋或長軸緞紋織物。其特點(diǎn)

是在經(jīng)紗主向上具有高強(qiáng)度。

組合玻璃纖維增加材料

■70年月以來，消失了把短切原絲氈、連續(xù)原絲氈、無捻粗紗織物和無捻粗紗等，按肯定的

挨次組合起來的增加材料，大體有以下幾種：（1）短切原絲氈+無捻粗紗織物（2）短切原

絲氈十無捻粗紗布十短切原絲氈（3）短切原絲氈十連續(xù)原絲氈十短切原絲氈（4）短切原比氈十

隨機(jī)無捻粗紗（5）短切原絲氈或布+單向碳纖維（6）短切原絲+表面氈（7）玻璃布+單向

無捻粗紗或玻璃細(xì)棒+玻璃布

碳纖維

■碳纖維是由有機(jī)纖維或低分子燒氣體原料加熱至1500℃所形成的纖維狀碳材料，其碳含量

在90%以上。碳（石墨）纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、

低電阻、高熱導(dǎo)、低熱膨脹、耐化學(xué)輻射等優(yōu)良特性，此外，還具有纖維的柔曲性和可編性,

比強(qiáng)度和比模量優(yōu)于其它纖維增加體。

碳（石墨）纖維的主要用途

（1）宇航工業(yè)用作導(dǎo)彈防熱及結(jié)構(gòu)材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構(gòu)架、

天線、太陽能翼片底板、衛(wèi)星-火箭結(jié)合部件；航天飛機(jī)機(jī)頭，機(jī)翼前緣和艙門等制件；哈

勃太空望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量構(gòu)架，太陽能電池板和無線電天線。（2）航空工業(yè)用作主承力結(jié)

構(gòu)材料，如主翼、尾翼和機(jī)體；次承力構(gòu)件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、

整流置及座板等，此外還有C/C剎車片。（3）交通運(yùn)輸用作汽左傳動(dòng)軸、板簧、構(gòu)架

和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅

桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達(dá)罩、深海油田的升降器和管道。（4）

運(yùn)動(dòng)器材用作網(wǎng)球、羽毛球、和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車、賽艇、

釣桿、滑雪板、雪車等。（5）土木建筑幕墻、嵌板、間隔壁板、橋梁、架設(shè)跨度大的

管線、海水和水輪結(jié)構(gòu)的增加筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發(fā)熱嵌板、抗震救災(zāi)

用補(bǔ)強(qiáng)材料。（6）其它工業(yè)化工用的防腐泵、閥、槽、罐；催化劑，吸附劑和密封制

品等。生體和醫(yī)療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、X光機(jī)的床板和膠卷盒。編織機(jī)用的劍竿

頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲(chǔ)能及防靜電等材料也已獲

得廣泛應(yīng)用。

添加劑

■添加劑在復(fù)合材料中的作用有以下幾方面：（1）穩(wěn)定化作用樹指基復(fù)合材料在制備、

貯存、加工和使用過程中簡單老化變質(zhì)，性能明顯降低，為了防止或延緩復(fù)合材料的老化，

在復(fù)合材料制備、加工過程中就需添加一類穩(wěn)定劑，也稱為防老劑。穩(wěn)定化添加劑主要是抑

制由氯、光和熱等引起的復(fù)合材料在制備、加工和應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的老化過程。（2）改善

力學(xué)性能對(duì)于樹脂基亞合材料，為了改善它們的某些力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、硬度、剛性、

抗沖擊強(qiáng)度等，可在復(fù)合材料制備加工時(shí)，添加一些可以改善力學(xué)性能的添加劑。如以環(huán)氧

樹脂為基體的復(fù)合材料在交聯(lián)固化之后，硬度較大、強(qiáng)度較高，但韌性較差，抗沖擊性能不

抱負(fù)，為了改善它的抗沖擊性能，可添加能提高韌性的添加劑。

-（3）改善加工性能復(fù)合材料在制備和加工過程中常常添加一些稀釋劑，以改善復(fù)合材料的

加工性能，如提高流淌性及脫模性。稀釋劑的加入可以降低樹脂的粘度，改善膠液對(duì)增加材

料的浸潤性，還便于把樹脂固化過程中放出的能量傳遞出來，并可適當(dāng)延長膠液的使用期。

潤滑劑的加入可以提高聚合物分子之間以及聚合物與增加材料之間的潤滑性，從而改善復(fù)合

材料的加工性。

■（4）阻燃作用隨著復(fù)合材料在航空、汽車、建筑及電器等方面應(yīng)用的快速擴(kuò)大，對(duì)其阻燃

性能的要求也越來越高，樹脂基復(fù)合材料基體多數(shù)是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的有機(jī)聚合物，具有

可燃性，因此在復(fù)合材料的加工過程中，需要添加一類使復(fù)合材料達(dá)到肯定阻燃要求的添加

劑，這類添加劑通稱為阻燃劑。（5）改進(jìn)表面性能為了防止復(fù)合材料加工和使用時(shí)產(chǎn)

生靜電的危害，在復(fù)合材料制備時(shí)常常加入一類具有表面活性的添加劑物質(zhì)，以改善復(fù)合材

料的表面性能，這類添加劑包括抗靜電劑和防霧劑等。（6）改善外觀質(zhì)量在復(fù)合材料

及其制品加工或制備時(shí)，為了改善復(fù)合材料及其制品的外觀質(zhì)量，常加入一類能給予復(fù)合材

料外觀光滑或使制品具有各種顏色的添加劑，這類添加劑有著色劑和潤滑劑。

引發(fā)劑與促進(jìn)劑

?引發(fā)劑（initiator）是指在聚合反應(yīng)中能使單體分子或線型分子鏈中含有雙鍵的低分子活化

而成為游離基，并進(jìn)行連鎖反應(yīng)的物質(zhì)。不飽和聚酯樹脂一般可以通過引發(fā)劑（或光或

其它引發(fā)方式等）與交聯(lián)劑分子中的雙鍵發(fā)生自由基共聚反應(yīng)，使線型分子交聯(lián)或具有網(wǎng)狀

結(jié)構(gòu)的體型分子。采納引發(fā)劑固化樹脂時(shí)，可以有效地掌握反應(yīng)速度，在配以適當(dāng)?shù)拇?/p>

進(jìn)劑后，滿意固化工藝要求，得到穩(wěn)定質(zhì)量的產(chǎn)品。

■促進(jìn)劑是指聚酯樹脂在固化過程中，能降低引發(fā)劑引發(fā)溫度，促使有機(jī)過氧化物在室溫下

產(chǎn)生游離基的物質(zhì)。不飽和聚酯樹脂用的有機(jī)過氧化物臨界溫度都在60C以上，不能

滿意室溫固化要求，只有在還原劑（或氧化劑）的存在下，有機(jī)過氧化物分解的活化能才能

顯著降低，這樣，有機(jī)過氧化物的分解溫度可在室溫下分解，因此，由引發(fā)劑與促進(jìn)劑組成

的體系常稱為引發(fā)系統(tǒng)。

阻聚劑與緩聚劑

■阻聚劑：指能快速與游離基作用，減慢或抑制不盼望有的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)，用于延長某些單

體和樹脂的貯存期。也稱聚合終止劑，它包括阻聚劑和緩聚劑。阻聚劑可以防止聚合作

用的進(jìn)行，在聚合過程中產(chǎn)生誘導(dǎo)期（即聚合速度為零的一段時(shí)間），誘導(dǎo)期的長短與阻聚

劑含量成正比，阻聚劑消耗完后，誘導(dǎo)期結(jié)束，即按無阻聚劑存在時(shí)的正常速度進(jìn)行。阻聚

劑可以防止聚合作用的進(jìn)行，在聚合過程中產(chǎn)生誘導(dǎo)期（即聚合速度為零的一段時(shí)間），誘

導(dǎo)期的長短與阻聚劑含量成正比，阻聚劑消耗完后，誘導(dǎo)期結(jié)束，即按無阻聚劑存在時(shí)的正

常速度進(jìn)行。

■緩聚劑是調(diào)整樹脂的放熱性能，以滿意工藝要求的添加劑，它不產(chǎn)生誘導(dǎo)期，只降低聚合

速度，緩聚劑除不少品種與阻聚劑相同外，最有效的是a-甲基苯乙烯。實(shí)際上，阻聚

劑、緩聚劑及穩(wěn)定劑都是樹脂交聯(lián)固化反應(yīng)的抑制劑，其作用原理都是汲取、毀滅可以引發(fā)

樹脂交聯(lián)固化的游離基，是游離基的抑制劑，在某一種樹脂中，毀滅游離基力量強(qiáng)，即為阻

聚作用；在另一種樹脂中，只起減弱游離基活性者，即為緩聚作用。

增韌劑與稀釋劑

■增韌劑：是具有降低復(fù)合材料脆性和提高復(fù)合材料抗沖擊性能的一類助劑。可分為活性增

韌劑與非活性增韌劑兩類，活性增韌劑是指其分子鏈上含有能與基體樹脂反應(yīng)的活性基團(tuán)，

它能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加一部分柔性鏈，從而提高復(fù)合材料的抗沖擊性能。非活性增韌劑則

是一類與基體樹脂很好相溶、但不參加化學(xué)反應(yīng)的增韌劑。

■稀釋劑：是一類使液體樹脂粘度變淡薄時(shí)的液體物質(zhì)。這不能溶解樹脂，但能部分代替溶

劑。稀釋劑的作用是降低樹脂粘度，使樹脂具有流淌性，改善樹脂對(duì)增加材料、填料等的浸

潤性；掌握固化時(shí)的反應(yīng)熱：延長樹脂固化體系的適用期；填料用量增加，降低成本。按不

同的樹脂需要，所用的稀釋劑也不同。

環(huán)氧樹脂固化劑

■固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類增進(jìn)或掌握固化反應(yīng)的物質(zhì)或混合物。

■樹脂固化是經(jīng)過縮合、閉環(huán)、加成或催化等化學(xué)反應(yīng)，使熱固性樹脂發(fā)生不行逆的變化過

程，固化是通過添加固化（交聯(lián)）劑來完成的。

抗氧劑

■一類能抑制或減緩高分子材料自動(dòng)氧化反應(yīng)速度的物質(zhì)。樹脂、塑料、橡膠及復(fù)合材料在

成型加工、貯存和使用過程中不行避開地要與氧氣及光接觸，再加上溫度的變化，導(dǎo)致它們

在外觀、結(jié)構(gòu)和性能上發(fā)生變化，也即老化。引起上述變化的外界因素以氯、光、熱三個(gè)因

素最為重要。這一:種因素造成高分子材料的自動(dòng)氧化反應(yīng)和熱分解反應(yīng)，使高分子聚合物降

解，產(chǎn)生一系列變化。為了抑制和減緩高分子材料的氧化降解，延長它們的使用壽命，提高

其使用價(jià)值，常常在高分子材料里加入少時(shí)能抑制或減緩高分子材料降解老化的物質(zhì)，即抗

氧劑。

光穩(wěn)定劑

■太陽光對(duì)復(fù)合材料及其它高分子材料都能引起不同程度的破壞，導(dǎo)致聚合物降解，使得制

品的外觀及性能變壞，這種過程稱之為光氧化或光老化。產(chǎn)生光老化的主要緣由是太陽光中

紫外光的作用。光穩(wěn)定劑是一類能夠抑制或減弱光降解作用，提高聚合物和復(fù)合材料耐

光性能的物質(zhì)，由于大多數(shù)光穩(wěn)定劑都汲取紫外光，所以習(xí)慣上也常把這類物質(zhì)稱為紫外線

汲取劑。光穩(wěn)定劑對(duì)于防止復(fù)合材料的光老化、延長它們的使用壽命效果特別顯著，而

且用量也很小，一般僅為聚合物質(zhì)量的0..01%?0.5%。光穩(wěn)定劑的品種很多，按作用

機(jī)理分類，包括有光屏蔽劑類、紫外線汲取劑類、自由基捕獲劑類及淬滅劑類。按化學(xué)結(jié)構(gòu)

分類，有水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三嗖類、受阻胺類及有機(jī)銀絡(luò)合物等。

熱穩(wěn)定劑

■熱穩(wěn)定劑是一類能防止和削減聚合物在加工和使用過程中受熱而發(fā)生降解或交聯(lián)，延長復(fù)

合材料使用壽命的添加劑。常用的穩(wěn)定劑主要成分分類可分為鹽基類、脂肪酸皂類、有機(jī)錫

化合物、身合型熱穩(wěn)定劑及純有機(jī)化合物類。

填料

■填料是用以改善復(fù)合材料性能（如硬度、剛度及沖擊強(qiáng)度等），并能降低成本的固體添加劑,

它與增加材料不同，填料呈顆粒狀。而呈纖維狀的增加材料不作為填料。填料的作用機(jī)

理：填料作為添加劑，主要是通過它占據(jù)體積發(fā)揮作用，由于填料的存在，基體材料的分子

鏈就不能再占據(jù)原來的全部空間，使得相連的鏈段在某種程度上被固定化，并可能引起基體

聚合物的取向。由于填料的尺寸穩(wěn)定性，在填充的聚合物中，聚合物界面區(qū)域內(nèi)的分子鏈運(yùn)

動(dòng)受到限制，而使玻璃化溫度提升，熱變形溫度提高，收縮率降低，彈性模量、硬度、剛度、

沖擊強(qiáng)度提高。填料的作用：①降低成型制件的收縮率，提高制品的尺寸穩(wěn)定性、表面

光滑度、平滑性以及平光性或無光性等；②樹脂粘度有效的調(diào)整劑；③可滿意不同性能要求,

提高耐磨性、改善導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等，大多數(shù)填料能提高材料沖擊強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度，但不能

提高拉伸強(qiáng)度;④可提高顏料的著色效果;⑤某些填料具有極好的光穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性;

⑥有增容作用，可降低成本，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競爭力量。

脫模劑

■脫模劑是為防止成型的曳合材料制品在模具上粘著，而在制品與模具之間施加一類隔離膜，

以便制品很簡單從模具中脫出，同時(shí)保證制品表面質(zhì)量和模具完好無損。常用的脫模劑主要

有以下幾類：（1）按脫模劑的使用方式不同有外脫模劑及內(nèi)脫模劑之分。外脫模劑是

直接將脫模劑涂敷在模具上；內(nèi)脫模劑是一些熔點(diǎn)比一般模制溫度稍低的化合物，在加熱成

型工藝中將其加入樹脂中，它與液態(tài)樹脂相容，但與固化樹脂不相容，在肯定加工溫度條件

下，從樹脂基體滲出，在模具和制品之間形成一層隔離膜。（2）按脫模劑的狀態(tài)不同

有薄膜型（主要有聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯、玻璃紙、氟塑料薄膜）、溶液型（主要有足類、

醇類、竣酸及填酸酯、竣酸的金屬鹽、酮、酰胺和鹵代嫌）、音狀及蠟狀（包括硅酯、HK-50

耐熱油哥、汽缸油、汽油與瀝青的溶液及蠟型）脫模劑。基中蠟型脫模劑是應(yīng)用最廣泛的一

類脫模劑，價(jià)格廉價(jià)、使用便利、無毒、脫模效果好，缺點(diǎn)是會(huì)使制品表面沾油污，影響表

面上漆，漏涂時(shí)會(huì)使脫模困難。對(duì)于成型外形簡單的大型制品常與溶液型脫模劑復(fù)合使用。

著色劑和觸變劑

■著色劑著色劑是能使制品著色的有機(jī)與無機(jī)的、自然與合成的色料的總稱。

■觸變劑觸變劑是一種使液體樹脂基體（或膠衣樹脂）變?yōu)榱魈市暂^好的添加劑，而撤除外

力時(shí)，如攪拌或剪切間斷時(shí)又或以恢復(fù)原來不易流淌的狀態(tài)。觸變劑的作用是防止樹脂在施

工的斜面或垂直面上流淌，避開樹脂含量在上下層不勻稱現(xiàn)象，從而保證制品的質(zhì)量。常用

的觸變劑有氣相二氧化硅、沉淀二氧化硅。其它的觸變劑有石棉、高嶺土、凹凸棒土、乳液

法氯乙烯化合物等。

阻燃劑

■以樹脂和橡膠為基體的復(fù)合材料含有大量的有機(jī)化合物，具有肯定的可燃性。阻燃劑是一

類能阻擋聚合物材料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑宓奶砑觿Ｗ畛Ｓ玫暮妥钪匾氖亲枞紕┦橇住⒗恕?/p>

氯、鋅和鋁的化合物。阻燃劑依據(jù)使用方法可分為添加型和反應(yīng)型兩大類。添加型阻燃劑主

要包括磷酸酯、鹵代燃及氧化錦等，它們是在復(fù)合材料加工過程中摻合于復(fù)合材料里面，使

用便利，適應(yīng)面大但對(duì)復(fù)合材料的性能有影響。反應(yīng)型阻燃劑是在聚合物制備過程中作不一

種單體原料加入聚合體系，使之通過化學(xué)反應(yīng)復(fù)合到聚合物分子鏈上，因此對(duì)復(fù)合材料的性

能影響較小，且阻燃性長久。反應(yīng)型阻燃劑主要包括含磷多元醇及鹵代酸酎等。

偶聯(lián)劑

■是一類具有兩不同性質(zhì)官能團(tuán)的物質(zhì)，它們分子中的一部分官能團(tuán)可與有機(jī)分子反應(yīng)，另

一部分官能團(tuán)可與無機(jī)物表面的吸附水反應(yīng)，形成堅(jiān)固的粘合。偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中的作用

在于它既能與增加材料表面的某些基團(tuán)反應(yīng)，又能與基體樹脂反應(yīng)，在增加材料與樹脂基體

之間形成個(gè)界面層，界面層能傳遞應(yīng)力，從而增加了增加材料與樹脂之間粘合強(qiáng)度，提高

了復(fù)合材料的性能，同時(shí)還可以防止不與其它介質(zhì)向界面滲透，改善了界面狀態(tài)，有利于制

品的耐老化、耐應(yīng)力及電絕緣性能。

■硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑的通式為RSiX3,式中R代表氨基、筑基、乙烯基、環(huán)氧基、氨基

及甲基丙烯酰氟基等基團(tuán)，這些基團(tuán)和不同的基體樹脂均具有較強(qiáng)的反應(yīng)力量，X代表能夠

水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。

成型工藝

?復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)展基礎(chǔ)和條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，復(fù)

合材料工業(yè)得到快速發(fā)鎮(zhèn)，其老的成型工藝日臻完善，新的成型方法不斷涌現(xiàn)，目前聚合物

基符合材料的成型方法已有20多種，并勝利地用于工業(yè)生產(chǎn)，如：

-（1）手糊成型工藝--濕法鋪層