树脂基复合材料也称纤维增强塑料(FRP),是1932年在美国问世的,目前技术比较成熟,是应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切或连续纤维及其织物,增强热固性或热塑性树脂基体,经过复合工艺而成的。
热固性树脂在初始阶段流动性很好,容易浸透纤维增强体,同时工艺过程比较容易控制,因此这类复合材料成为当前的主要品种。热固性树脂早期有酚醛树脂,随后有不饱和树脂和环氧树脂,近年来又发展了耐热性能更好的双马来酰胺和聚酰亚胺树脂。但是,由于环氧树脂基体对各种纤维增强材料具有良好的浸润性,同时又具有粘接力强、固化收缩率小、尺寸稳定性好、优异的加工成型性能,因此环氧树脂基复合材料目前仍然是高性能树脂基复合材料中应用最为普遍的复合材料。特别是以玻璃纤维作为增强体的环氧基复合材料以优异的力学、耐腐蚀、电气绝缘性能,使其在世界范围内获得了广泛的应用。20世纪60年代中期在美国利用玻璃纤维浸润环氧树脂,采用纤维缠绕技术,制造出了北极星、大力神等大型固体火箭发动机壳体,为航天航空技术开辟了轻体高强结构的最佳途径。
进入20世纪70年代,对复合材料的研究改变了仅仅采用玻璃纤维的局面。一方面不断开辟玻璃纤维/环氧树脂基复合材料新用途,另一方面为满足重量敏感、强度和刚度要求很高的国防尖端技术的要求,开发了一系列如碳纤维、碳化硅纤维、氧化钴纤维、硼纤维、芳纶纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维等高性能增强材料,并广泛使用高性能环氧树脂基体,形成先进复合材料(ACM),如碳纤维增强的环氧树脂基复合材料的比强度是钢的5倍、铝合金的4倍、钛合金的3.5倍,其模具是钢、铝、钛的4倍。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能。是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。
由于环氧树脂对各种纤维都有良好的浸润性,对多种非金属、金属有出众的粘接性能,通过配方设计,能够方便地改变黏度、固化温度和时间,同时固化反应过程中无小分子物质副产物产生等一系列优异的工艺性,因此能够与多种纤维增强材料复合成型。图3-1示出了制造方法和重要产品。
在图3-1中所示的几种FRP成型方法中,层压制品的使用价值最高,其次是纤维缠绕成型制品。
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