預浸料概述
預浸料是用樹脂基體在一定條件下浸漬連續纖維、織物和短切纖維所制成的樹脂基/增強材料組合體,是制造先進復合材料部件的一種材料形式。
熱固性樹脂在高溫下經過化學反應完成固化,將預浸料轉化成高性能的固體結構材料,也就是熱固性樹脂基復合材料,這種材料輕質高強,經久耐用,并且耐高溫,剛性好。
20世紀80年代的早期預浸料被認為是一種特種材料形式,在航空業用于次級結構,約占飛機結構重量的5%。今天,預浸料已經可以用于大型商用飛機的主結構,在空客的A350上以及波音的B787上其用量已經占飛機結構重量的50%以上。其不但在航空航天上的應用得到快速發展,而且在風能、汽車、體育器材、工業機械等行業的應用也與日俱增,以至于某些部件,出于對比強度、比剛度、疲勞性能、設計自由度的追求使得預浸料的使用超過了金屬,且有不斷增長的趨勢。
本文主要內容
概況
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高性能復合材料的主要技術
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為什么使用復合材料?
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什么是預浸料?
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預浸料應用在哪里
纖維和織物的性能
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纖維的性能
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織物的編織形式有哪些?
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影響增強織物選擇的因素有哪些?
基體性能
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什么是基體?
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不同熱固性樹脂的性能有哪些?
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不同樹脂的溫度/力學性能如何比較?
預浸料性能
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為什么使用預浸料?
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預浸料是如何生產的?
概況
高性能復合材料的主要技術
依照材料的性能和用量,預浸料和其它高性能復合材料技術的比較如下圖:
為什么使用復合材料?
復合材料具有重量輕、強度高、剛度好的特點。
什么是預浸料?
預浸料由基體材料(樹脂)和纖維增強材料組成,用于復合材料部件制造。
預浸料應用于哪些領域?
纖維和織物的性能
什么是纖維的特性?
作為增強材料,纖維為復合材料提供了超常的性能,例如優異的比強度和比剛度,良好的熱、電、化學性能等,和金屬部件相比還能顯著減重。
織物的紡織形式有哪些?
織物至少有兩個方向的紗線紡織而成,即經紗和緯紗。
不同的織物形式具有不同的鋪覆性能以及不同的纖維曲折程度,低曲折程度的纖維可以承載更高的載荷,提供更好的力學性能,因為其纖維更直;鋪覆性能好的織物則更容易鋪貼于型面復雜的模具。
織物方式可分為三種:
影響增強材料選擇的主要因素有哪些?
基體性能
什么是基體?
在復合材料中,基體的作用是支撐纖維并將纖維粘合成一個整體,以及保持纖維的方向和位置,好的基體材料能夠盡可能多的將外部載荷傳遞給纖維。基體還決定了復合材料的耐環境性和最高使用溫度。
在熱固性樹脂基復合材料中,基體即是熱固性樹脂。
固化過程簡單講就是預聚物的交聯反應,一旦反應完成,則聚合物就會完全固化。
熱固性樹脂的固化機理(以環氧樹脂為例)和不同組分的作用如下:
不同熱固性樹脂的性能
熱固性樹脂主要有三種類型:環氧樹脂,酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂。下表歸納了每種樹脂的優點和主要用途
不同樹脂的溫度/力學性能
預浸料性能
為什么使用預浸料?
預浸料是如何生產的?