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增强塑料

/reinforced plastic; RP/
条目作者白红伟

白红伟

最后更新 2023-10-31
浏览 122
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含有增强填料的塑料。是一种重要的高分子复合材料。

英文名称
reinforced plastic; RP
所属学科
化学

具体而言,复合材料是指一定比例的两种或两种以上的组分通过人工复合,组成多相且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。增强填料和塑料基体的复合可结合两者各自的优异性能,即增强填料可赋予聚合物更高的模量和强度,而塑料基体可使增强材料黏合成型以及起到传递应力作用等。

在增强塑料中,最早开发和应用的是玻璃纤维增强树脂基体。20世纪40年代,美国首先用玻璃纤维和不饱和聚酯树脂复合,以手糊工艺制造军用雷达罩和飞机油箱,为玻璃纤维增强塑料在军事工业中的应用开辟了道路。此后,随着玻璃纤维、树脂基体以及增强塑料成型工艺的发展,玻璃纤维增强塑料不仅在航空航天工业,而且在各种民用工业中获得了广泛的应用,成为重要的工程材料。进入60年代后,由于航空航天飞行器对材料的高性能要求,进而相继开发出高比模量和高比强度的碳纤维增强塑料以及芳香族聚酰胺纤维增强塑料等。

增强塑料按照增强材料形式的不同可以分为纤维增强塑料、颗粒增强塑料、晶须增强塑料、片状物增强塑料等;按照塑料基体的不同可以分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料是指能够多次受热软化的聚合物-聚合物的分子链间不发生交联,而且每次加工后分子量几乎没有变化的塑料。热固性塑料在加工时要发生化学变化,因此再次受热时不能软化。热固性塑料比热塑性塑料有更好的尺寸稳定性、热稳定性和耐化学作用性。必要时,也可以将热塑性塑料和热固性塑料进行机械混合,制成热塑/热固复合材料,以提供更宽松的成本和性能选择范围。

包括:①按照预成型方法可分为层贴法、沉积法、缠绕法和编织法。②按照成型压力可分为接触(压)成型、真空袋成型、气压室(压力袋)成型、热压罐成型、模压成型、树脂传递模塑/树脂膜熔渗/吸胶成型、增强反应性注射成型、拉挤成型等。③按照开、闭模可分为闭模成型、开模成型、编织成型以及吸胶成型等。

增强塑料的成型工艺包括预浸料等半成品的制备、增强材料预成型和增强塑料的固化成型三个方面的内容。不同的工艺方法这三个方面可能同时或分别进行,但都要完成基体的浸渍,与增强材料的复合、固化和成型。

包括:①成型三要素。赋形(使得增强填料均匀分散在基体中且保证在设定的方向上取向排列)、浸渍(实现良好的界面黏结以及增强塑料的低空穴率)、固化(热固性树脂:由线性结构交联形成三维网络结构。热塑性树脂:由黏流态或高弹态冷却硬化定型的过程)。②成型工艺选择(见表)。

复合材料(增强塑料)产品制造工艺的选择原则

工艺

生产速度

费用

强度

尺寸

形状

所用材料

纤维缠绕

慢-快

低-高

小-大

圆柱或对称结构

连续纤维和环氧/聚酯树脂

拉挤成型

低-中

长度不限,小-中等尺寸

定截面

连续纤维和聚酯/乙烯基酯树脂

手糊成型

小-大

简单到复杂

预浸料/织物和环氧树脂

湿糊成型

中-高

中-大

简单到复杂

织物和环氧/聚酯树脂

喷射成型

中-快

小-中

简单到复杂

短纤维和含催化剂的树脂

RTM成型

低-中

小-中

简单到复杂

预成型坯/织物和乙烯基酯/环氧树脂

SRIM成型

小-中

简单到复杂

预成型坯/织物和聚氰酸酯树脂

压缩成型

小-中

简单到复杂

预成型件(如SMC、BMC)

模压成型

简单到复杂

热塑性树脂的预浸料

注射成型

低-中

复杂

扁平件(短纤维和热塑性树脂)

卷管成型

中-快

低-中

小-中

管状

预浸料

与传统材料(如金属、木材、水泥等)相比,增强塑料具有质量轻、耐腐蚀、绝缘、耐辐照和易加工等优良性能,且随着成型工艺的自动化,其制造成本也大幅下降,所以被广泛用于航空航天、交通运输、化学工业、电气工业、建筑工业,以及医疗器械等领域。

纤维是增强材料所用的主要填料,发展趋势是设法降低高性能纤维的价格以及开发具有特殊功能的增强纤维。因为增强材料的编织技术对增强塑料的性能影响很大,所以三维或多维增强体成了编织技术的研究热点。同时,要想获得高性能的增强塑料,必须提高或改善塑料基体的性能,发展趋势是改善基体的耐湿热性能、提高韧性以及扩大使用温域等。除了需要对增强塑料现有的设计和制备方法不断深化提高外,还需开辟新型的设计方法以及增强填料和塑料基体复合的新技术。

  • ERHARD G.Designing with Plastics.Hanser:Hanser Gardner Publications,2006.
  • 黄发荣,周燕.先进树脂基复合材料.北京:化学工业出版社,2007.
  • 王汝敏,郑水蓉,郑亚萍.聚合物基复合材料.2版.北京:科学出版社,2011.
  • 倪礼忠,周权.高性能树脂基复合材料.上海:东华理工大学出版社,2010.
  • 陈宇飞,郭艳宏,戴亚杰.聚合物基复合材料.北京:化学工业出版社,2010.

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