顧名思義,復合材料是就是用兩種或兩種以上的不同性能,不同形態(tài)的組分材料通過復合手段組合而成的一種多相材料,其中一相是連續(xù)的稱基體相,另一相是分散的,被基體包容的稱為增強相。復合材料使用的歷史可以追溯到古代,從古至今沿用的稻草或麥秸增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。20世紀40年代,因航空工業(yè)的需要,發(fā)展了玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼),從此出現(xiàn)了復合材料這一名稱。復合材料通常是指最終制品,是一次成型的不需要后加工,而不是通常意義上的“材料”。
現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開復合材料,復合材料對現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,有著十分重要的作用。復合材料最突出的優(yōu)勢是其超高的比強度以及比模量,與高強度鋼以及合金,鋁合金等材料相比均比較高 (質(zhì)輕高強),另外復合材料具有突出的形狀可設(shè)計性 ,能夠?qū)崿F(xiàn)三維空間中的任意扭曲 。同時復合材料的強度及模量,都是經(jīng)過物理及數(shù)學模型的力學計算,具有豐富的力學結(jié)構(gòu)可設(shè)計性。復合材料的研究深度和應用廣度及其生產(chǎn)發(fā)展的速度和規(guī)模,已成為衡量一個國家科學技術(shù)先進水平的重要標志之一。復合材料的早期研發(fā)應用主要是在航空航天領(lǐng)域。20世紀50年代,國外開展了人造衛(wèi)星領(lǐng)域 的新結(jié)構(gòu)材料與耐燒蝕材料的研發(fā),逐漸推動了碳纖維復合材料在新材料領(lǐng)域的應用。此外,隨著對碳纖維復合材料的研究和應用發(fā)展,碳纖維復合材料逐漸在汽車制造以及船舶、風電等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應用,并逐漸向醫(yī)療器械、家具裝飾,體育用品等輕工業(yè)領(lǐng)域拓展。熱固性樹脂基復合材料,也稱纖維增強塑料 (Fiber Reinforced Plastics), 是目前技術(shù)比較成熟且應用最為廣泛的一類復合材料,也是本文著色方案的具體研究對象。熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維,聚丙烯腈基纖維等為增強材料制成的復合材料。02 復合材料的成型工藝復合材料成型工藝是復合材料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和條件,也是不同著色方案的選擇基礎(chǔ)之一。樹脂基復合材料的成型方法較多,有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、樹脂傳遞模塑RTM成型、預浸料法(熱壓罐成型)、SMC沖壓成型等。01手糊成型手糊成型為最原始和低端的成型工藝。在模具上手動將樹脂浸潤纖維,纖維可以為機織、編織、縫合或粘結(jié)等增強方式,手糊成型通常用滾輪或刷子完成,然后用膠滾擠壓樹脂使之滲入纖維。置于常壓下固化。典型應用:標準風電葉片,批量制作的船艇,建筑模型,彩色玻璃鋼瓦,烘房,冷卻塔,大型雷達罩。02纖維纏繞成型20世紀60年代由哈爾濱玻璃鋼研究院開發(fā)。纏繞工藝基本用于制造中空、圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)件,如管道和槽。纖維束經(jīng)過樹脂浸潤后沿各種方向纏繞在芯軸上,工藝過程由纏繞機和芯軸轉(zhuǎn)速控制。典型應用:火箭發(fā)動機殼體,導彈外殼,化學品儲藏罐和輸送管,氣瓶,氣缸,海水淡化管道。03拉擠成型從線軸架抽出的纖維束浸膠后穿過加熱固化裝置,在加熱裝置完成樹脂對纖維的浸潤,并且控制樹脂含量,最終將材料固化成要求的形狀;這種形狀固定的固化產(chǎn)品被機械切割為不同長度。典型應用:適合制作截面固定的型材,如房屋結(jié)構(gòu)的梁和桁架,橋梁,梯子和圍九游官網(wǎng)app欄,帳篷桿,油田采油抽油桿。04樹脂傳遞模塑RTM成型將干纖維鋪覆在下模內(nèi),可以預先施加壓力使纖維盡量與模具形狀貼合,并予以粘合綁定;然后,把上模固定在下模上形成型腔,再將樹脂注入型腔。通常采用真空輔助樹脂的注入和對纖維的浸潤,即真空輔助樹脂注入工藝(VARI)。一旦纖維浸潤完成,即關(guān)閉樹脂導入閥,并將復合材料進行固化。樹脂注入和固化既可以在室溫下進行,也可以在加熱條件下完成。典型應用:試制小型船艇,火車和卡車的車身板,風電葉片。
為高端成型工藝。樹脂含量可控。纖維或纖維布由材料制造商使用含有潛伏型固化劑的樹脂預先浸潤,制造方法為高溫高壓法或溶劑溶解法。固化劑為室溫潛伏型,使材料在室溫下有幾周或幾個月的有效期;冷藏條件可以延長其儲存期限。預浸料微粘手,之間有隔離膜,其中樹脂為預固化B階段。預浸料可以手工或機器鋪入模具表面,然后覆蓋線C。加熱后樹脂可以再次流動,并最終固化。可以用高壓釜對材料施加額外的壓力,通常可以達到5個大氣壓。典型應用:航天飛機結(jié)構(gòu)件(如機翼和尾部),F(xiàn)1賽車,高端汽車外結(jié)構(gòu)件。PART03復合材料的著色方案
根據(jù)復合材料制品類型,所用樹脂,纖維等原材料類型,不同的成型工藝等前提條件,及客戶市場對色
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