通用樹脂
  纏繞型樹脂
  工藝品透光類樹脂
  人造石樹脂
  模壓/注射/拉擠/RTM/SMC類樹脂
  家具類樹脂
  耐熱/耐腐/阻燃樹脂
  膠衣樹脂
  特殊用途樹脂
  固化體系
樹脂基復合材料- 樹脂基復合材料的基體材料
樹脂基復合材料的基體材料
樹脂基復合材料的基體材料,包括基體相和增強相的原材及添加劑。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,增強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。
  添加劑是復合材料產品在生產或加工過程中需要添加的輔助化學品通稱為添加劑或"助劑"
  添加劑在復合材料中的作用有以下幾方面:
  (1)穩定化作用 樹脂基復合材料在制備、貯存、加工和使用過程中容易老化變質,性能明顯降低,為了防止或延緩復合材料的老化,在復合材料制備、加工過程中就需添加一類穩定劑,也稱為防老劑。穩定化添加劑主要是抑制由氧、光和熱等引起的復合材料在制備、加工和應用時產生的老化過程。
  (2)改善力學性能 對于樹脂基復合材料,為了改善它們的某些力學性能,如拉伸強度、硬度、剛性、抗沖擊強度等,可在復合材料制備加工時,添加一些可以改善力學性能的添加劑。如以環氧樹脂為基體的復合材料在交聯固化之后,硬度較大、強度較高,但韌性較差,抗沖擊性能不理想,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 復合材料在制備和加工過程中經常添加一些稀釋劑,以改善復合材料的加工性能,如提高流動性及脫模性。稀釋劑的加入可以降低樹脂的粘度,改善膠液對增強材料的浸潤性,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強材料之間的潤滑性,從而改善復合材料的加工性。
  (4)阻燃作用 隨著復合材料在航空、汽車、建筑及電器等方面應用的迅速擴大,對其阻燃性能的要求也越來越高,樹脂基復合材料基體多數是由碳氫化合物構成的有機聚合物,具有可燃性,因此在復合材料的加工過程中,需要添加一類使復合材料達到一定阻燃要求的添加劑,這類添加劑通稱為阻燃劑。
  (5)改進表面性能 為了防止復合材料加工和使用時產生靜電的危害,在復合材料制備時常常加入一類具有表面活性的添加劑物質,以改善復合材料的表面性能,這類添加劑包括抗靜電劑和防霧劑等。
  (6)改善外觀質量 在復合材料及其制品加工或制備時,為了改善復合材料及其制品的外觀質量,常加入一類能賦予復合材料外觀光潔或使制品具有各種色彩的添加劑,這類添加劑有著色劑和潤滑劑。
 
 
基體相材料
 
  不飽和棸酯樹脂
不飽和聚酯是不飽和二元羧酸(或酸酐)或它們與飽和二元羧酸(或酸酐)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,聚酯化縮聚反應是在190220℃進行,直至達到預期的酸值(或粘度)。在聚酯化縮反應結束后,趁熱加入一定量的乙烯基單體,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。
(一)不飽各聚酯樹脂的物理和化學性質
1、物理性質 不飽和聚酯樹脂的相對密度在1.11~1.20左右,固化時體積收縮率較大,固化樹脂的一些物理性質如下:
  ⑴耐熱性。絕大多數不飽和聚酯樹脂的熱變形溫度都在50~60℃,一些耐熱性好的樹脂則可達120℃。紅熱膨脹系數α1為(130~150)×10-6℃。
  ⑵力學性能。不飽和聚酯樹脂具有較高的拉伸、彎曲、壓縮等強度。
  ⑶耐化學腐蝕性能。不飽和聚酯樹脂耐水、稀酸、稀堿的性能較好,耐有機溶劑的性能差,同時,樹脂的耐化學腐蝕性能隨其化學結構和幾何開關的不同,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。
    2、化學性質 不飽和聚酯是具有多功能團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羧基和羥基。
   主鏈上的雙鍵可以和乙烯基單體發生共聚交聯反應,使不飽和聚酯樹脂從可溶、可熔狀態轉變成不溶、不熔狀態。
  主鏈上的酯鍵可以發生水解反應,酸或堿可以加速該反應。若與苯乙烯共聚交聯后,則可以大大地降低水解反應的發生。
  在酸性介質中,水解是可逆的,不完全的,所以,聚酯能耐酸性介質的侵蝕;在堿性介質中,由于形成了共振穩定的羧酸根陰離子,水解成為不可逆的,所以聚酯耐堿性較差。
  聚酯鏈末端上的羧基可以和堿土金屬氧化物或氫氧化物[例如MgO,CaO,Ca(OH)2等]反應,使不飽和聚酯分子鏈擴展,最終有可能形成絡合物。分子鏈擴展可使起始粘度為0.1~1.0Pa·s粘性液體狀樹脂,在短時間內粘度劇增至103Pa·s以上,直至成為不能流動的、不粘手的類似凝膠狀物。樹脂處于這一狀態時并未交聯,在合適的溶劑中仍可溶解,加熱時有良好的流動性
(二)  不飽和聚酯樹脂結構與性能的關系
  迄今,國內外用作復合材料基體的不飽和聚酯(樹脂)基體基本上是鄰苯二甲酸型(簡稱鄰苯型)、間苯二甲酸型(簡稱間苯型)、雙酚A型和乙烯基酯型、鹵代不飽和聚酯樹脂等。
    1、 鄰苯型不飽和聚酯和間苯型不飽和聚酯
  鄰苯二甲酸和間苯二甲酸互為異構體,由它們合成的不飽和聚酯分子鏈分別為鄰苯型和間苯型,雖然它們的分子鏈化學結構相似,但間苯型不飽和聚酯和鄰苯型不飽和聚酯相比,具有下述一些特性:①用間苯型二甲酸可以制得較高分子量的間苯二甲酸不飽和致辭酯,使固化制品有較好的力學性能、堅韌性、耐熱性和耐腐蝕性能;②間苯二甲酸聚酯的純度度,樹脂中不殘留有間苯二甲酸和低分子量間苯二甲酸酯雜質;③間苯二甲酸聚酯分子鏈上的酯鍵受到間苯二甲酸立體位阻效應的保護,鄰苯二甲酸聚酯分子鏈上的酯鍵更易受到水和其它各種腐蝕介質的侵襲,用間苯二甲酸聚酯樹脂制得的玻璃纖維增強塑料在71℃飽和氯化鈉溶液中浸泡一年后仍具有相當高的性能。
    2、 雙酚A型不飽和聚酯
   雙酚A型不飽和聚酯與鄰苯型不飽和聚酸及間苯型不飽和聚酯大分子鏈的化學結構相比,分子鏈中易被水解遭受破壞的酯鍵間的間距增大,從而降低了酯鍵密度;雙酚A不飽和聚酯與苯乙烯等交聯劑共聚固化后的空間效應大,對酯基起屏蔽保護作用,阻礙了酯鍵的水解;而在分子結構中的新戊基,連接著兩個苯環,保持了化學瓜的穩定性,所以這類樹脂有較好的耐酸、耐堿及耐水解性能。
    3、 乙烯基樹脂
  乙烯基樹脂又稱為環氧丙烯酸樹脂,是60年代發展起來的一類新型樹脂,其特點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,雙鍵非常活潑,固化時不受空間障礙的影響,可在有機過氧化物引發下,通過相鄰分子鏈間進行交聯固化,也可與單體苯乙烯其聚固化;②樹脂鏈中的R基團可以屏蔽酯鍵,提高酯鍵的耐化學性能和耐水解穩定性;③乙烯基樹脂中,每單位相對分子質量中的酯鍵比普通不飽和聚酯中少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性從而提高復合材料的強度;⑤環氧樹脂主鏈,它可以賦與乙烯基樹脂韌性,分子主鏈中的醚鍵可使樹脂具有優異的耐酸性。
  乙烯基樹脂的品種和性能,隨著所用原料的不同而有廣泛的變化,可按復合材料對樹脂性能的要求設計分子結構。
    4、 鹵代不飽和聚酯
  鹵代不飽和聚酯是指由氯茵酸酐(HET酸酐)作為飽和二元酸(酐)合成得到的一種氯代不飽和聚酯。
  氯代不飽和聚酯樹脂一直是當作具有優良自熄性能的樹脂來使用的。但近年來研究表明氯代不飽和聚酯樹脂亦具有相當好的耐腐蝕性能,它在上些介質中耐腐蝕性能與雙酚A不飽和聚酯樹脂和乙烯基樹脂基本相當,而在某些例(例如濕氯)中的耐腐蝕性能則優于乙烯基樹脂和雙酚A不飽和聚酯樹脂。
  熱濕氯在不飽和聚酯樹脂接觸后會發生反應而產生氯代的不飽和聚酯樹脂或稱"氯奶油"。由雙酚A不飽和聚酯 樹脂和乙烯基酯樹脂產生"氯奶油"性狀柔軟,濕氯可以通過該"氯奶油"層進一步(腐蝕)滲透,但由氯代不飽和聚酯產生"氯奶油"性狀堅硬,可以阻止濕氯的進一步(腐蝕)滲透。

(三) 不飽和聚酯樹脂的品種牌號
   不飽和聚酯樹脂的品種牌號基多。從產品性能來分,用作復合材料基體的,有下述類型。
  1、通用型樹脂 通用型樹脂主要是鄰苯型不飽和聚酯樹脂,亦包括部分間苯型不飽和聚酯樹脂,它們大多用于手糊玻璃纖維增強塑料制品。
  2、耐熱型樹脂 要求不飽和聚酯樹脂在高溫下應用,熱變形溫度較低的通用型樹脂就不適用。耐熱型樹脂的熱變形溫度應不小于110℃,在較高溫度下具有高的強度保留率。
  3、耐化學型樹脂 這類樹脂具有優異的耐腐蝕性能和耐水性能,商品樹脂主要有雙酚A型不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、間苯型不飽和聚酯樹脂和鹵代聚酯樹脂等。
  4、阻燃型樹脂 阻燃型樹脂是在合成時使用一種能產生阻燃(自熄)的成分,例如使用四溴苯酐、氯茵酸酐(HET酸酐)取代苯酐代合成樹脂。
  5、耐氣候型樹脂 這類樹脂使用新戊二醇及甲基丙烯酸酯類交聯單體,并添加紫外光吸收劑,提高了樹脂的耐氣候性和光穩定性。樹脂透明性好,耐用樹脂澆鑄體的折射率可與玻璃纖維的折射率相近或一致。
  6、高強型樹脂 這類樹脂具有高的強度和堅韌性,主要用于纖維纏繞工藝制備的復合材料
  7、膠衣樹脂 用于復合材料的膠衣層,以提高制品的外觀(美觀)、質量和使用壽命。按照使用要求,膠衣樹脂主要分為以下幾類:
   ①通用型膠衣:耐沸水、耐摩擦、耐肥皂或清潔劑的腐蝕,具有良好的表面光澤;②耐化學腐蝕膠衣:用于耐腐蝕制品的表面;③光穩定型膠衣:具有優良的耐氣候性;④食品容器用的膠衣。
  8、SMC或BMC專用樹脂 這類樹脂具有:①低粘度;②增稠快;③活性高;能快速固化;④在加入引發劑,增稠劑后的幾個月存放期內性能穩定,且在設法時能快速固化。
  9、其它類型樹脂 這是近年來的新品種,如注射、RTM、拉擠等成型工藝專用樹脂。
二  環氧樹脂
  環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物,除個別外,它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征,環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團,使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物。
(一)  環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各種應用對形式提出的要求,其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。
  2、 固化方便。選用各種不同的固化劑,環氧樹脂體系幾乎可以在0~180℃溫度范圍內固化。
  3、 粘附力強。環氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在,使其對各種物質具有很高的粘附力。環氧樹脂固化時的收縮性低,產生的內應力小,這也有助于提高粘附強度。
  4、 收縮性低。環氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的,沒有水或其它揮發性副產物放出。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、 力學性能。固化后的環氧樹脂體系具有優良的力學性能。
  6、 電性能。固化后的環氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優良絕緣材料。
  7、 化學穩定性。通常,固化后的環氧樹脂體系具有優良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環氧體系的其它性能一樣,化學穩定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當地選用環氧樹脂和固化劑,可以使其具有特殊的化學穩定性能。
  8、 尺寸穩定性。上述的許多性能的綜合,使環氧樹脂體系具有突出的尺寸穩定性和耐久性。
  9、 耐霉菌。固化的環氧樹脂體系耐大多數霉菌,可以在苛刻的熱帶條件下使用。
(二)  環氧樹脂的分類
  根據分子結構,環氧樹脂大體上可分為五大類:
  1、 縮水甘油醚類環氧樹脂
  2、 縮水甘油酯類環氧樹脂
  3、 縮水甘油胺類環氧樹脂
  4、 線型脂肪族類環氧樹脂
  5、 脂環族類環氧樹脂
  復合材料工業上使用量最大的環氧樹脂品種是上述第一類縮水甘油醚類環氧樹脂,而其中又以二酚基丙烷型環氧樹脂(簡稱雙酚A型環氧樹脂)為主。其次是縮水甘油胺類環氧樹脂。
  1、 縮水甘油醚類環氧樹脂
  縮水甘油醚類環氧樹脂是由含活潑氫的酚類或醇類與環氧氯丙烷縮聚而成的。
  (1)二酚基丙烷型環氧樹脂 二酚基丙烷型環氧樹脂是由二酚基丙烷與環氧氯丙烷縮聚而成。
  工業二酚基丙烷型環氧樹脂實際上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多數的分子是含有兩個環氧基端的線型結構。少數分子可能支化,極少數分子終止的基團是氯醇基團而不是環氧基。因此環氧樹脂的環氧基含量、氯含量等對樹脂的固化及固化物的性能有很大的影響。  工業上作為樹脂的控制指標如下:
  ①環氧值。環氧值是鑒別環氧樹脂性質的最主要的指標,工業環氧樹脂型號就是按環氧值不同來區分的。環氧值是指每100g樹脂中所含環氧基的物質的量數。環氧值的倒數乘以100就稱之為環氧當量。環氧當量的含義是:含有1mol環氧基的環氧樹脂的克數。
  ②無機氯含量。樹脂中的氯離子能與胺類固化劑起絡合作用而影響樹脂的固化,同時也影響固化樹脂的電性能,因此氯含量也環氧樹脂的一項重要指標。
  ③有機氯含量。樹脂中的有機氯含量標志著分子中未起閉環反應的那部分氯醇基團的含量,它含量應盡可能地降低,否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。
  ④揮發分。
  ⑤粘度或軟化點。
  (2)酚醛多環氧樹脂 酚醛多環氧樹脂包括有苯酚甲醛型、鄰甲酚甲醛型多環氧樹脂,它與二酚基丙烷型環氧樹脂相比,在線型分子中含有兩個以上的環氧基,因此固化后產物的交聯密度大,具有優良的熱穩定性、力學性能、電絕緣性、耐水性和耐腐蝕性。它們是由線型酚醛樹脂與環氧氯丙烷縮聚而成的。
  (3)其它多羥基酚類縮水甘油醚型環氧樹脂 這類樹脂中具有實用性的代表有:間苯二酚型環氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環氧樹脂、四酚基乙烷型環氧樹脂和三羥苯基甲烷型環氧樹脂,這些多官能縮水甘油醚樹脂固化后具有高的熱變形溫度和剛性,可單獨或者與通用E型樹脂共混,供作高性能復合材料(ACM)、印刷線路板等基體材料。
  (4)脂族多元醇縮水甘油醚型環氧樹脂 脂族多元醇縮水甘油醚分子中含有兩個或兩個以上的環氧基,這類樹脂絕大多數粘度很低;大多數是長鏈線型分子,因此富有柔韌性。
  2、其它類型環氧樹脂
  (1)縮水甘油酯類環氧樹脂 縮水甘油酯類環氧樹脂和二酚基丙烷環氧化樹脂比較,它具有粘度低,使用工藝性好;反應活性高;粘合力比通用環氧樹脂高,固化物力學性能好;電絕緣性好;耐氣候性好,并且具有良好的耐超低溫性,在超低溫條件下,仍具有比其它類型環氧樹脂高的粘結強度。有較好的表面光澤度,透光性、耐氣候性好。
  (2)縮水甘油胺類環氧樹脂 這類樹脂的優點是多官能度、環氧當量高,交聯密度大,耐熱性顯著提高。上前國內外已利用縮水甘油胺環氧樹脂優越的粘接性和耐熱性,來制造碳纖維增強的復合材料(CFRP)用于飛機二次結構材料。
  (3)脂環族環氧樹脂 這類環氧樹脂是由脂環族烯烴的雙鍵經環氧化而制得的,它們的分子結構和二酚基丙烷型環氧樹脂及其它環氧樹脂有很大差異,前者環氧基都直接連接在脂環上,而后者的環氧基都是以環氧丙基醚連接在苯核或脂肪烴上。脂環族環氧樹脂的固化物具有以下特點:①較高的壓縮與拉伸強度;②長期暴置在高溫條件下仍能保持良好的力學性能;③耐電弧性、耐紫外光老化性能及耐氣候性較好。
  (4)脂肪族環氧樹脂 這類環氧樹脂分子結構里不僅無苯核,也無脂環結構。僅有脂肪鏈,環氧基與脂肪鏈相連。環氧化聚丁二烯樹脂固化后的強度、韌性、粘接性、耐正負溫度性能都良好。
三  酚醛樹脂
   酚類和醛類的縮聚產物通稱為酚醛樹脂,一般常指由苯酚和甲醛經縮聚反應而得的合成樹脂,它是最早合成的一類熱固性樹脂。
   酚醛樹脂雖然是最老的一類熱固性樹脂,但由于它原料易得,合成方便,以及酚醛樹脂具有良好的機械強度和耐熱性能,尤其具有突出的瞬時耐高溫燒蝕性能,而且樹脂本身又有廣泛改性的余地,所以目前酚醛樹脂仍廣泛用于制造玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料等復合材料。酚醛樹脂復合材料尤其在宇航工業方面(空間飛行器、火箭、導彈等)作為瞬時耐高溫和燒蝕的結構材料有著非常重要的用途。
  酚醛樹脂的合成和固化過程完全遵循體型縮聚反應的規律。控制不同的合成條件(如酚和醛的比例,所用催化劑的類型等),可以得到兩類不同的酚醛樹脂:一類稱為熱固性酚醛樹脂,它是一種含有可進一步反應的羥甲基活性基團的樹脂,如果合成瓜不加控制,則會使體型縮聚反應一直進行至形成不熔、不溶的具有三向網絡結構的固化樹脂,因此這類樹脂又稱為一階樹脂;另一類稱為熱塑性酚醛樹脂,它是線型樹脂,在合成過程中不會形成三向網絡結構,在進一步的固化過程中必須加入固化劑,這類樹脂又稱為二階樹脂。這兩類樹脂的合成和固化原理并不相同,樹脂的分子結構也不同。
 ★ 改性酚醛樹脂
  酚醛樹脂改性的目的主要是改進它脆性或其它物理性能,提高它對纖維增強材料的粘結性能并改善復合材料的成型工藝條件等。改性一般通過下列途徑:
  ①封鎖酚羥基。酚醛樹脂的酚羥基在樹脂制造過程中一般不參加化學反應。在樹脂分子鏈中留下的酚羥基容易吸水,使固化制品的電性能、耐堿性和力學性能下降。同時酚羥基易在熱或紫外光作用下生成醌或其它結構,造成顏色的不均勻變化。
  ②引進其它組分。引進與酚醛樹脂發生化學反應或與它相容性較好的組分,分隔或包圍羥基,從而達到改變固化速度,降低吸水性的目的。引進其它的高分子組分,則可兼具兩種高分子材料的優點。
  1、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂 工業上應用得最多的是用聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂,它可提高樹脂對玻璃纖維的粘結力,改善酚醛樹脂的脆性,增加復合材料的力學強度,降低固化速率從而有利于降低成型壓力。用作改性的酚醛樹脂通常是用氨水或氧化鎂作催化劑合成的苯酚甲醛樹脂。用作改性的聚乙烯醇縮醛是一個含有不同比例的羥基、縮醛基及乙酰基側鏈的高聚物,其性質取決于:①聚乙烯醇縮醛的分子量;②聚乙烯醇縮醛分子鏈中羥基、乙酰基和縮醛基的相對含量;③所用醛的化學結構。由于聚乙烯醇縮醛的加入,使樹脂混合物中酚醛樹脂的濃度相應降低,減慢了樹脂的固化速率,使低壓成型成為可能,但制品的耐熱性有所降低。
  2、聚酰胺改性酚醛樹脂 經聚酰胺改性的酚醛樹脂提高了酚醛樹脂的沖擊韌性和粘結性,并改善了樹脂的流動性,仍保持酚醛樹脂優點。用作改性的聚酰胺是一類羥甲基聚酰胺,利用羥甲基或活潑氫在合成樹脂過程中或在樹脂固化過程中發生反應形成化學鍵而達到改性的目的。
  3、環氧改性酚醛樹脂 用40%的一階熱固性酚醛樹脂和60%的二酚基丙烷型環氧樹脂混合物制成的復合材料可以兼具兩種樹脂的優點,改善它們各自的缺點,從而達到改性的目的。這種混合物具有環氧樹脂優良的粘結性,改進了酚醛樹脂的脆性,同時具有酚醛樹脂優良的耐熱性,改進了環氧樹脂耐熱性較差的缺點。這種改性是通過酚醛樹脂中的羥甲基與環氧樹脂中的羥基及環氧基進行化學反應,以及酚醛樹脂中的酚羥基與環氧樹脂中的環氧基進行化學反應,最后交聯成復雜的體型結構來達到的。
  4、有機硅改性酚醛樹脂 有機硅樹脂具有優良的耐熱性和耐潮性。可以通過使用有機硅單體線性酚醛樹脂中的酚羥基或羥甲基發生反應來改進酚醛樹脂的耐熱性和耐水性。
采用不同的有機硅單體或其混合單體與酚醛樹脂改性,可得不同性能的改性酚醋樹脂,具有廣泛的選擇性。用有機硅改性酚醛樹脂制備的復合材料可在200~260℃下工作應用相當時間,并可作為瞬時耐高溫材料,用作火箭、導彈等燒蝕材料。
  5、硼改性酚醛樹脂 由于在酚醛樹脂的分子結構中引入了無機的硼元素,硼酚醛樹脂比酚醛樹脂的耐熱性,瞬時耐高溫性能和力學性能更為優良。硼改性酚醛樹脂的耐熱性、瞬時耐高溫性、耐燒蝕性比普通酚醛樹脂好得多。它們多用于火箭、導彈和空間飛行器等空間技術領域作為優良的耐燒蝕材料。
  6、二甲苯改性酚醛樹脂 二甲苯改性酚醛樹脂是在酚醛樹脂的分子結構中引入疏水性結構的二甲苯環,由此改性后的酚醛樹脂的耐水性、耐堿性、耐熱性及電絕緣性能得到改善。
  7、二苯醚甲醛樹脂 二苯醚甲醛樹脂是用二苯醚代替苯酚和甲醛縮聚而成的,二苯醚甲醛樹脂的玻璃纖維增強復合材料具有優良的耐熱性能,可用作H級絕緣材料,它還具有良好的耐輻射性能,吸濕性也很低。
四  其它熱固性樹脂
(一)、 三聚氰胺甲醛樹脂
  三聚氰胺甲醛樹脂是由三聚氰胺和甲醛縮聚而成的熱固性樹脂。用玻璃纖維增強的三聚氰胺甲醛層壓板具有高的力學性能、優良的耐熱性和電絕緣性及自熄性。
(二)、 呋喃樹脂
  由糠醛或糠醇本身進行均聚或與其它單體進行共縮聚而得到的縮聚產物,習慣上稱為呋喃樹脂。這類樹脂的品種很多,其中以糠醛苯酚樹脂、糠醛丙酮樹脂及糠醇樹脂較為重要。
  (1)糠醛苯酚樹脂 糠醛可與苯酚縮聚生成二階熱固生樹脂,縮聚反應一般用堿性催化劑。常用的堿性催化劑有氫氧化鈉、碳酸鉀或基它堿土金屬的氫氧化物。糠醛苯酚樹脂的主要特點是在給定的固化速度時有較長的流動時間,這一工藝性能使它適宜用作模塑料。用糠醛苯酚樹脂制備的壓塑粉特別適于壓制形狀比較復雜或較大的制品。模壓制品的耐熱性比酚醛樹脂好,使用溫度可以提高10~20℃,尺寸穩定性、電性能也較好。
  (2)糠醛丙酮樹脂 糠醛與丙酮在堿性條件下進行縮合反應形成糠酮單體繽紛可與甲醛在酸性條件下進一步縮聚,使糠酮單體分子間以次甲基鍵連接起來,形成糠醛丙酮樹脂。
  (3)糠醇樹脂 糠醇在酸性條件下很容易縮聚成樹脂。一般認為,在縮聚過程中糠醇分子中的羥甲基可以與另一個分子中的α氫原子縮合,形成次甲基鍵,縮合形成的產物中仍有羥甲基,可以繼續進行縮聚反應,最終形成線型縮聚產物糠醇樹脂。
  呋喃樹脂的性能及應用
  未固化的呋喃樹脂與許多熱塑性和熱固性樹脂有很好的混容性能,因此可與環氧樹脂或酚醛樹脂混合來加以改性。
  固化后的呋喃樹脂耐強酸(強氧化性的硝酸和硫酸除外)、強堿和有機溶劑的侵蝕,在高溫下仍很穩定。呋喃樹脂主要用作各種耐化學腐蝕和耐高濁的材料。
  (1)耐化學腐蝕材料 呋喃樹脂可用來制備防腐蝕的膠泥,用作化工設備襯里或其它耐腐材料。
  (2)耐熱材料 呋喃玻璃纖維增強復合材料的耐熱性比一般的酚醛玻璃纖維增強復合材料高,通常可在150℃左右長期使用。
  (3)與環氧樹脂或酚醛樹脂混合改性 將呋喃樹脂與環氧樹脂或酚醛樹脂混休整 使用,可改進呋喃玻璃纖維增強復合材料的力學性能以及制備時的工藝性能。這類復合材料已廣泛用來制備化工反應器的攪拌裝置、貯槽及管道等化工設備。
(三)、 聚丁二烯樹脂
  聚丁二烯樹脂是一種分子量不高的液體,大分子主鏈上主要包含1,2-結構,又稱為1,2-聚丁二烯樹脂。這種樹脂的大分子鏈上具有很多乙烯基側鏈,所以,在游離基引發劑存在下,可進一步交聯成三向網絡結構的體型高聚物。
  1,2-聚丁二烯樹脂可由丁二烯在烷基鋰、堿金屬(常用金屬鈉)或可溶性堿金屬復合物(如鈉-萘體系)引發劑引發下,按陰離子型聚合歷程合成。
  1,2-聚丁二烯樹脂大分子鏈完全由碳氫組成,因此樹脂固化后有優良的電性能、彎曲強度較好、耐水性優良。
(四)、 有機硅樹脂
  在有機硅聚合物中,具有實用價值和得到廣泛應用的主要是由有機硅單體(如有機鹵硅烷)經水解縮聚而成的主鏈結構為硅氧鍵的高分子有機硅化合物。這種主鏈由硅氧鍵構成,側鏈通過硅原子與有機基團相連的聚合物,稱為聚有機硅氧烷。
  有機硅樹脂則是聚有機硅氧烷中一類分子量不高的熱固性樹脂。用這類樹脂制造的玻璃纖維增強復合材料,在較高的溫度范圍內(200~250℃)長時間連續使用后,仍能保持優良的電性能,同時,還具有良好手耐電弧性能及憎水防潮性能。有機硅樹脂的性能如下:
  (1)熱穩定性 有機硅樹脂的Si-O鍵有較高的鍵能(363kJ/mol),所以比較穩定,耐熱性和耐高溫性能均很高。一般說來其熱穩定性范圍可達200~250℃,特殊類型的樹脂可以更高一些。
  (2)力學性能 有機硅樹脂固化后的力學性能不高,若在大分子主鏈上引進氯代苯基,可提高力學性能。有機硅樹脂玻璃纖維層壓板的層間粘接強度較差,受熱時彎曲強度有較大幅度的下降。若在主鏈中引入亞苯基,可提高剛性、強度及使用溫度。
  (3)電性能 有機硅樹脂具有優良的電絕緣性能,它的擊穿強度、耐高壓電弧及電火花性能均較優異。受電弧及電火花作用時,樹脂即使裂解而除去有機基團,表面剩下的二氧化硅同樣具有良好的介電性能。
  (4)憎水性 有機硅樹脂的吸水性很低,水珠在其表面只能滾落而不能潤濕。因此,在潮濕的環境條件下,有機硅樹脂玻璃纖維增強復合材料仍能保持其優良的性能。
  (5)耐腐蝕性能 有機硅樹脂玻璃纖維增強復合材料可而濃度(質量)10%~30%硫酸、10%鹽酸、10%~15%氫氧化鈉、2%碳酸鈉及3%過氧化氫。醇類、脂肪烴和潤滑油對它的影響較小,但耐濃硫酸及某些溶劑(如四氯化碳、丙酮和甲苯)的能力較差。
(五)聚氨酯樹脂
70年代,出現了一種新的玻璃纖維增強復合材料成型(聚合)工藝方法,即瓜注射成型(Reaction Injection Moulding, RIM)。如果同時加入增強材料,則稱為增強反應注射成型(Rerinfouced Reaction Injection Moulding, RRIM)。這種工藝方法的特點是反應液體能快速混合、快速反應,在反應的同時即可成型。RIM和RRIM技術的出現,意味著包括聚合與制品成型在內的生產周期大大縮短,反應時間可以秒計。包括模具清理等輔助操作在內的整個生產周期只有幾分鐘。反應注射成型過程可以在較低溫度下進行,所以能耗較低。
目前,聚氨酯樹脂反應注射成型已獲得工業化實施,它可用于投靠聚氨蘢微孔彈性體、泡沫塑料和聚氨酯結構泡沫塑料,后者可以用來代替金屬材料。
(六) 熱塑性樹脂
熱塑性樹脂是指具有線型或分枝型結構的有機高分子化合物。這一類樹脂的特點是遇熱軟化或熔融而處于可塑性狀態,冷卻后又變堅硬,而且這一過程可以反復進行。典型代表性熱塑性樹脂如聚烯烴、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)、聚苯乙烯-丙烯腈(SAN或AS樹脂)等。
  這類塑料雖有許多優點,但仍有不少不足之處,如強度、硬度、耐熱性、尺寸精度等較低,熱膨脹系數較大,力學性能受溫度影響較大,蠕變、冷流、耐負荷變形較大等。
  用玻璃纖維增強熱塑性樹脂而制得的熱塑性玻璃纖維增強復合材料,不僅可使上述缺點得到不同程度的改善,還可使某些性能達到或超過熱固性玻璃纖維增強復合材料的水平,而且仍可以用一般注射方法成型。纖維的含量通常在20%~40%。總的來說,用(玻璃)纖維增強熱塑性塑料,可以達到下述效果:①提高拉伸、彎曲、壓縮等力學強度及彈性模量,改善蠕變性能;②提高熱變形溫度;③降低線膨脹系數;④降低吸水率,增加尺寸穩定性;⑤改善熱導率;⑥提高硬度;⑦抑制應力開裂;⑧阻遲燃燒性;⑨改善電性能。
  玻璃纖維增強熱塑性復合材料的不足之處,主要是沖擊韌性降低,沖擊疲勞韌性有所下降,但帶缺口沖擊韌性有所提高。
◆ 熱塑性樹脂的基本性能
  1、力學性能 決定合成樹脂力學性能的結構因素有以下五個:①大分子鏈的主價力;②分子間的作用力;③大分子鏈的柔韌性;④分子量;⑤大分子鏈的交聯密度。熱塑性樹脂與熱固性樹脂在結構上的顯著差別在于前者的大分子鏈為線型結構,而后者的大分子鏈為體型網狀結構。由于這一結構上的差別,使熱塑性樹脂與熱固性樹脂相比在力學性能上有以下幾個顯著特點:①具有明顯的力學松弛現象;②在外力作用下,形變的能力較大,即當應變速度不大進,可具有相當大的斷裂延伸率;③抗沖擊性能好。
  2、電學性能 熱塑性樹脂的電性能按其大分子的極性不同可分成以下幾類:
  (1)非極度性的 這類樹脂如聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等。
  (2)弱極性的 這杰樹脂如聚苯乙烯、聚異丁烯、天然橡膠等。
  (3)極性的 這類樹脂如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。
  (4)強極性的 這類樹脂如聚酯。
  非極性樹脂具有優異的絕緣性能,對腐蝕性介質穩定,可作為高頻率的電解質。弱極性與極性的樹脂可用于中頻率的電工技術。強極性樹脂只能作為低頻率的介電體。
◆ 復合材料常用熱塑性樹脂
  迄今,幾乎所有的熱塑性樹脂皆可用玻璃纖維或其它纖維增強。下面對增強效果比較顯著,并得到廣泛應用的樹脂作一介紹:
  1、聚烯烴
  聚烯烴樹脂是一類發展最快、品種最多、產量最大的熱塑性樹脂,主要品種有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
  (1)聚氯乙烯 聚氯乙烯在工業上是由氯乙烯通過游離基型加聚反應而得。工業聚氯乙烯樹脂主要是非晶態結構。硬質聚氯乙烯(未添加增塑劑)具有良好的力學性能、耐候性和耐燃性,可以單獨用作結構材料。硬質聚氯乙烯可用增強材料(如玻璃纖維)進行增強,增強后聚氯乙烯強度與剛度可增加數倍,但熱扭變溫度無顯著提高。聚氯乙烯有較高的化學穩定性。除了濃硫酸(濃度超過90%)和50%以上的濃硝酸以外,聚氯乙烯耐酸、堿的性能良好,并耐大多數油類、脂肪和醇類的侵蝕,但不耐芳烴類、酮類、酯類的侵蝕。環己酮、四氫呋喃、二氯乙烷和硝基苯則是它的溶劑。聚氯乙烯在室溫下是穩定的,但溫度超過100℃導致釋出氯化氫,使聚合物顏色變深,為了改善其熱穩定性,在進一步加工過程中都要加入穩定劑。
  (2)聚乙烯 聚乙烯是聚烯烴樹脂中發展最為迅速的一種樹脂,制造方法有高壓法、中壓法、低壓法等。聚乙烯的分子結構簡單,具有良好的結晶性,使聚乙烯的溶解性能降低,但提高了聚合物的力學強度和硬度。低壓法聚乙烯軟化點在120℃以上,使用溫度可達80~100℃,但此時不能承受載荷。其耐寒性良好,摩擦性能良好,化學穩定性高。安的吸水性極小,并且有突出的電絕緣性能和良好的耐輻射性。其缺點是力學強度不高,熱變形溫度很低,故不能承受較高的載荷。用玻璃纖維增強聚乙烯可使力學性能和熱性能有很大提高,通常用20%~25%的玻璃纖維增強聚乙烯。
  (3)聚丙烯 聚丙烯的特點是結晶度很高,相對密度小(約為0.90~0.91g/cm2),熔點在170~175℃范圍內,分子量一般在15~70萬之間,與其它聚烯烴相比,聚丙烯相對分子質量的分布較寬。聚丙烯的強度和剛性均超過聚乙烯,尤其具有突出的耐彎曲疲勞性能。缺點是蠕變比聚酰胺和聚氯乙烯要大得多。宏觀世界的耐熱性較好,熱變形溫度為90~105℃。聚丙烯為非極性高聚物,有優良的電絕緣性能,更兼有優良的耐熱性。此外,它還有良好的化學穩定性,聚丙烯幾乎不吸水,除對強氧化性的酸(發煙硫酸、發煙硝酸)外,幾乎都很穩定,耐堿性也很突出。由于聚丙烯大分子鏈中的叔碳原子對氧的侵蝕非常敏感,在光、熱和空氣中的氧作用下容易老化,一般常將抗氧劑與紫外光穩定劑并用使之起到協同效應作用,以抑制老化過程。用玻璃纖維增強的聚丙烯,其力力學性能有很大的提高,熱變形溫度、尺寸穩定性及低溫沖擊性能和老化性能亦有所提高。
  (4)聚苯乙烯 聚苯乙烯的相對密度為1.05~1.07,為無定形結構,玻璃化溫度為80℃左右,最高使用溫度僅為60~75℃。聚苯乙烯具有優良的電性能,有很高的體積電阻、表面電阻和極低的介電損耗(0.00001~0.00003),且這些性能隨溫度、濕度僅有微小的變化。它的吸水性極小(在水中浸300h以上其吸水率僅為0.05%),它可以耐許多礦物油、有機酸、低級醇和脂肪烴。但受許多芳烴和氯代烴類的浸蝕而溶脹或溶解。聚苯乙烯具有良好的透明性,其透明度可達88%~92%。由于分子中含有苯環,可使α位的C-H鍵活化而容易氧化,長時間在空氣中會老化而產生龜裂。聚苯乙烯用玻璃纖維增強后,最突出的性能改善是提高低溫沖擊韌性。
  2、氟樹脂
  氟樹脂是一類由乙烯分子中氫原子被氟原子取代的后的衍生物合成的聚合物。
氟樹脂的分子鏈結構中由于有C-F鍵,碳鏈外又有氟原子形成的空間屏蔽效應,故其具有優異的化學穩定性、耐熱性、介電性、耐老化性和自潤滑性等。主要的品種有聚四氟乙烯、聚二氟氯乙烯、聚偏氟乙烯和聚氟乙烯等。
  聚四氟乙烯能在-250~260℃長期連續使用,它不溶解或溶脹于任何已知的溶劑,即使在高溫下,王水對它也不起作用。它還具有極低的靜摩擦系數以及優異的潤滑性、阻燃性和耐大氣老化性能等。
  聚三氟氯乙烯長期使用的溫度范圍低于聚四氟乙烯,為-200~200℃,但具有較高的硬度、較低的滲透性和良好的耐蠕變性,并且更容易成型加工。
  聚偏氟乙烯長期使用溫度范圍為-40~150℃,其拉伸強度、抗壓強度都比聚四氟乙烯高得多,是氟樹脂中韌性最好的一種,并且可用于一般熱塑性塑料的加工方法進行加工成型。
  聚氟乙烯最高使用溫度為120℃,具有氟樹脂中最高的拉伸強度和最低的氣體透過系數,和極優異的耐氣候性,在大氣中使用壽命長達25年,是一種極優的耐老化材料。表面敷貼有聚氟乙烯薄膜的玻璃纖維增強復合材料可大大提高室外使用壽命。
  3、聚酰胺樹脂
  聚酰胺商品名又稱尼龍(Nylon)或錦綸。聚酰胺是主鏈上含有許多重復酰胺基團的一大類線型聚合物,品種很多。通常由ω-氨基酸或內酰胺開環聚合而得,或由二元酸和二元胺經縮聚反應而得。
  聚酰胺分子鏈中的酰胺基材可以相互作用形成氫鍵,使聚合物有較高的結晶度和熔點。各種聚酰胺的熔點隨高分子主鏈上酰胺基團的濃度和間距而變化,熔點相差較大,約在140~280℃之間。
  聚酰胺的熔點雖較高,但其熱變形溫度都較低,長期使用溫度低于80℃。然而,聚酰胺樹脂用玻璃纖維增強后其熱形溫度會明顯提高,線膨脹系數也會降低很多。
  因聚酰胺分子中含有的酰胺基團極性大,故吸水率較高,電絕緣性能較差。當采用玻璃纖維增強后,雖不能保證明顯降低吸濕性,但可以明顯改善使用性能。彈性模量的增加和蠕變性能的改善,能大大提高聚酰胺吸濕時的尺寸穩定性。聚酰胺對大多數化學試劑具有良好的穩定性,耐油性較好(如植物油、動物油及礦物油),對堿的穩定性亦較好,但不耐極性溶劑,如苯酚、甲酚等。
  4、聚酯樹脂(滌綸)
  聚酯樹脂是一類由多元酸和多元醇經縮聚反應得到的在大分子主鏈上具有酯基重復結構單元的樹脂。
  滌綸樹脂主要結構為線型高分子量的聚酯。滌綸樹脂的熔點在260℃左右,對水和一般氧化劑水溶液是穩定的,在一般濃度酸堿溶液中,室溫下較穩定,在大于50℃時有明顯的浸蝕作用。它在室溫條件下可溶于氟代和氯代醋酸和酚類,但不溶于脂肪烴。值得指出的是滌綸樹脂耐光化學的降解性能、耐氣候性以及耐輻射性能都十分優良。滌綸樹脂通過玻璃纖維、滑石粉、云母等增強材料來提高性能很有效,增強后的滌綸樹脂在應力作用下的變形極小,在長時間負荷作用下的蠕變特性也極為優異,耐疲勞性也極好。
  5、聚碳酸酯樹脂
  聚碳酸酯是一種綜合性能優良的熱塑性塑料,它具有良好的力學性能、電性能以及耐寒、耐熱、自熄等特點,尤其是極好的抗沖擊性能,是性能最優異的熱塑性塑料之一。
  主要性能如下:①相對密度為1.20,熔點為220~230℃,可溶于二氯甲烷、間甲酚、環己酮和二甲基酰胺等,在乙酸乙酯、四氫呋喃和苯中溶脹。②力學性能十分優良,注射模塑材料的沖擊韌性大于20kJ/㎡,斷裂伸長率為60%,彎曲彈性模量2.2~2.5GPa。③熱變形溫度達到130~140℃仍具有良好的耐寒性,脆化溫度為-100℃。④它的吸水率很低,在較廣的溫度范圍和潮濕條件下,仍具有較好的介電性能。
  6、聚甲醛樹脂
  聚甲醛是一種沒有側鏈、高密度、高結晶性的線型聚合物,具有優異的綜合性能。聚甲醛的拉伸強度可達70MPa,可在104℃下長期使用,脆化溫度為-40℃,吸水性較小。但聚甲醛的熱穩定性較差,耐候性較差,長期在大氣中曝曬會老化。
  聚甲醛的力學性能相當好,它具有較高的強度的彈性模量,摩擦系數小,耐磨性能好。聚甲醛還具有高度抗蠕變和應力松弛的能力。
  聚甲醛尺寸穩定性好,吸水率很小,所以吸水率對其力學性能的影響可以不予考慮。聚甲醛有較好的介電性能,在很寬的頻率和溫度范圍內,它的介電常數和介質損耗角正切值變化很小。
  聚甲醛的耐熱性較差,在成型溫度下易降解放出皿醛,一般在造粒時加入穩定劑。若不受力,聚甲醛可在140℃下短期使用,其長期使用溫度為85℃。
  聚甲醛耐氣候性較差,經大氣老化后,一般性能均有所下降。但它的化學穩定性非常優越,特別是對有機溶劑,其尺寸變化和力學性能的降低都很少。但對強酸和強氧化劑如硝酸、硫酸等耐蝕性很差。
  7、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS樹脂)
  ABS樹脂是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體組成的三元共聚物。
  由于ABS分子中有三種單體組分,因此,它兼有三種組分的共同特性,使其成為堅韌、質硬、剛性的材料,三種組分的配比改變會直接影響其性能。一般情況下,三種組分的配比是:丙烯腈25%~30%,丁二烯25%~30%,苯乙烯40%~50%。
  ABS樹脂的吸水率較低,試樣在室溫下浸置水中一年吸水率不超過1%,而物理性能沒有變化。溫度、濕度對ABS樹脂的電性能影響很小,且在較大的頻率變化范圍內亦很穩定。
  ABS樹脂的缺點是耐熱性不夠高,按不同類型的ABS樹脂和所加的載荷,熱變形溫度從65~124℃不等。其上限溫度是耐熱級和低載荷時的數值,一般熱變形溫度為93℃。
  ABS樹脂也被廣泛地用玻璃纖維增強。纖維含量一般在20%~30%。纖維增強的ABS樹脂,熱變形溫度提高不大。當纖維含量為20%時,約比原樹脂高10℃左右,但此時剛性有明顯提高,制品的尺寸穩定性好,易保持原有的形狀。
  8、聚苯乙烯-丙烯腈樹脂(SAN或AS樹脂)
  SAN樹脂是微黃色固體。它比聚苯乙烯有更高的沖擊韌性和優良的耐熱性、耐油性及耐化學腐蝕性。對引起聚苯乙烯應力開裂的烴類有良好的耐久性。在現有熱塑性塑料中,它的拉伸彈性模量較高。
  SAN 樹脂經玻璃纖維增強,其軟科學性能有顯著提高。
(七)高性能樹脂
高性能樹脂通常具有優良的物理、力學、電學、熱學、耐化學腐蝕等綜合性能,其中尤以耐高溫性能最重要。它們的問世給復合材料提供了高性能的基體材料,促進了復合材料迅速地向高性能復合材料(Advanced Composite Materials, ACM)的發展,從而促使宇航、航空、太空武器、先進軍事武器、電子技術等以更驚人的速度發展。
  目前,用作為高性能復合材料基體材料的高性能樹脂主要有以下幾類:
  1、聚酰亞胺
  這類樹脂具有以下特性:①在寬廣的溫度范圍內保持高的強度。②高的熱穩定性和氧化穩定性。③優良的磨蝕特性。④優良的電性能,在高溫下電性能基本保持恒定。⑤具有自熄性能,發煙量小。
  聚酰亞胺可分成縮聚型和加聚型兩種。
  (1)縮聚型聚酰亞胺 縮聚型芳香族聚酰亞胺是由芳香族二元胺和芳香族二酐、芳香族四羧酸或芳香族四羧酸二烷酯反應而制得的。由于縮聚型聚酰亞胺的合成反應是在諸如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等高沸點質子惰性的溶劑中進行的,而聚酰亞胺復合材料通常是采用預浸料成型工藝,這些高沸點質子惰性的溶劑在預浸料制備過程中很難揮發干凈,同時在聚酰胺酸環化(亞胺化)期間亦有揮發物放出,這就容易在復合材料制品中產生孔隙,難以得到高質量、沒有孔隙的復合材料。因此縮聚型聚酰亞胺已較少用作復合材料的基體樹脂,主要用來制造聚酰亞胺薄膜和涂料。
  (2)加聚型聚酰亞胺 由于縮聚型聚酰亞胺具有如上所述的缺點,為克服為些缺點,相繼開發出了加聚型聚酰亞胺。目前獲得廣泛應用的主要有聚雙馬來酰亞胺和降冰片烯基封端聚酰亞胺。通常這些樹脂都是端部帶有不飽和基團的低相對分子質量聚酰亞胺,應用時再通過不飽和端基進行聚合。
  ①聚雙馬來酰亞胺 聚雙馬來酰亞胺是由順丁烯二酸酐和芳香族二胺縮聚而成的。它與聚酰亞胺相比,性能不差上下,但合成工藝簡單,后加工容易,成本低,可以方便地制成各種復合材料制品。但固化物較脆。
  ②降冰片烯基封端聚酰亞胺樹脂 其中最重要的是由NASA Lewis研究中心發展的一類PMR(for insitu polymerization of monomer reactants, 單體反應物就地聚合)型聚酰亞胺樹脂。RMR型聚酰亞胺樹脂是將芳香族四羧酸的二烷基酯、芳香族二元胺和5-降冰片烯-2,3-二羧酸的單烷基酯等單體溶解在一種嘗基醇(例如甲醇或乙醇)中,為種溶液可直接用于浸漬纖維。
  2、聚砜和聚醚砜
  聚砜和聚醚砜是由雙酚-A或雙酚-S鈉鹽和4,4'-二氯二苯砜之間的親核取代反應制得的。聚砜和聚醚砜具有下述特性:①具有優良的耐熱及耐熱老化性,其優良的力學性能可以保持到200℃;②在寬廣的溫度和頻率范圍內具有優良的電性能;③具有優良的耐X射線、β射線和γ射線性能;④具有優良的耐火焰作用;⑤純樹脂制品具有透明性。
  3、聚苯硫醚
  聚苯硫醚是目前被認為耐熱性最佳的聚合物之一。從聚合物在空氣中和氮氣中的熱失重分析可以看出,線型聚合物可穩定到400℃。它可以在300℃短期受載,在240℃時可以長期使用。它具有特別顯著的耐化學腐蝕性能,經高溫、長期在腐蝕介質中使用后,聚合物的性能仍然保持完好。聚苯硫醚對玻璃、陶瓷、金屬都有較好的粘結性能,用玻璃纖維增強時,不要求玻璃纖維經偶聯劑處理。它的成型制品性能較好。
  4、聚芳醚酮
  聚芳醚酮中最重要的是聚醚醚酮(PEEK),是由4,4'-二氟二苯甲酮、對苯二酚、碳酸鉀或碳酸鈉在二苯砜溶劑中合成制得的。
  PEEK熱變形溫度在160℃左右,有相當好的熱穩定性,它最高長期使用溫度可達200℃,在200℃下使用壽命可達5×104h左右。PEEK具有優良的長期耐蠕變性能和疲勞特性,它在高交變外力作用下經幾萬次循環仍保持完好。
  PEEK有優良的化學穩定性,除一些如濃硫酸、氯磺酸等強酸外,在常溫下幾乎可以耐所有的化學試劑。
  PEEK具有優良的耐X射線、β射線和γ射線性能,能承受高劑量的輻射而不明顯地改變其性能。并具有優良的電絕緣性能。
  PEEK具有良好的阻燃性,其氧指數較高,厚度1.6mm的制品,阻燃性可達UL94V-0級。
PEEK對碳纖維有較好的粘結性,經碳纖維增強的PEEK的力學性能和耐熱性能都有明顯的提高。
PEEK具有高強度、耐高溫、耐化學腐蝕、耐輻射和易加工的綜合性能,已在核工業、航天航空工業和化學工業等獲得應用。
  5、其它高性能樹脂
  (1)聚苯并咪唑 聚苯并咪唑(PBI)是由芳香族四元胺和芳香族二羧酸的衍生物縮聚制得的。它具有優良的耐高溫性能,可用作耐高溫粘結劑和復合材料基體。但復合材料成型需要高的成型壓力,以減少復合材料制品的空隙率。
  (2)聚喹惡啉 聚喹惡啉是由芳香族四元胺和芳香族四羰基化合物縮聚而成的。它在空氣中可以一直穩定到310℃左右,到達370℃左右則發生嚴重的熱氧化降解。如果與氮原子相鄰的氫被苯基取代,它的熱穩定性有很大的提高。如果用諸如乙炔基或乙烯基等活性基團取代,雖然熱穩定性有所降低,但可以改善聚喹惡啉的加工性能。
  (3)聚苯乙烯吡啶 聚苯乙烯吡啶是一種新的聚芳香雜環聚合物,簡稱作PSP樹脂。它是由芳香族二醛和吡啶的甲基衍生物。控制反應條件可以得到適合于浸漬各種纖維狀增強材料的液體樹脂、能溶于乙醇或乙醇-丙酮溶劑的固體樹脂、僅能溶解于諸如N-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺等極性溶劑的固體樹脂、以及適合于壓塑或注塑成型的固體樹脂。固化的PSP樹脂有良好的熱穩定性。
(八)雙馬來酰亞胺樹脂
新型殲擊機對復合材料樹脂基體的基本要求是:滿足常規條件下機動性和失速條件下的可控性所必須具有的強度和剛度;在130~150℃額定濕熱條件下保持較高的強度、剛度,即使在結構受到低能量損傷后,仍有足夠的剩余強度;優越的工藝性,確保復合材料結構的高的成品率,適應大型構件與復雜型面構件的制造;同時,要盡可能降低材料的費用,進而降低復合材料結構的總成本。對上述要求,工程化的環氧樹脂已難滿足溫度要求。聚酰亞胺樹脂雖有卓越的耐熱性,但苛刻的工藝條件限制了它的推廣應用。而居環氧樹脂與聚酰亞胺之間的加成型聚酰亞胺--雙馬來酰來胺,既有接近聚酰亞胺的耐熱性,又基本保留環氧樹脂的成型工藝性,因而引起人們的關注。自1980年以來紛紛將它從耐熱絕緣材料的狹小范圍推廣到先進復合材料的基體樹脂。
雙馬來酰亞胺的化學結構表明它具有良好的耐熱性,但高的交聯密度使它呈現出不可忽視的脆性。此外,還表現在它的高熔點和幾乎不溶解于低沸點溶劑(如丙酮等),它的固化和后固化溫度又高達250℃,使一些工程難于處置。為此必須對雙馬來酰亞胺進行改性,以使它適應于先進復合材料基華麗樹脂的基本條件。即可采用鋁合金成型模具和一般檔次的固化工藝輔助材料,在類似環氧樹脂的固化溫度固化成型。現今對雙馬來酰亞胺樹脂的改性目標是盡可能在保持其耐熱性的前提下,改進其韌性與工藝性。由于該樹脂用于軍用飛機,軍用飛機的安全性與使用壽命增加了改性工作的嚴肅性和難度。
增加材料
(一) 玻璃纖維
1、 玻璃纖維的成分及性能
  生產玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前國際上已經商品化的纖維用的玻璃成分如下:
  (1)、E-玻璃 亦稱無堿玻璃,系一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應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械性能,廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點是易被無機酸侵蝕,故不適于用在酸性環境。
  (2)、C-玻璃 亦稱中堿玻璃,其特點是耐化學性特別是耐酸性優于無堿玻璃,但電氣性能差,機械強度低于無堿玻璃纖維10%~20%,通常國外的中堿玻璃纖維含一定數量的三氧化二硼,而我國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耐腐蝕的玻璃纖維產品,如用于生產玻璃纖維表面氈等,也用于增強瀝青屋面材料,但在我國中堿玻璃纖維占據玻璃纖維產量的一大半(60%),廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物,包扎織物等的生產,因為其人格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。
  (3)、高強玻璃纖維 其特點是高強度、高模量,它的單纖維抗拉強度為2800MPa,比無堿玻纖抗拉強度高25%左右,彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴,目前在民用方面還不能得到推廣,全世界產量也就幾千噸左右。
  (4)、AR玻璃纖維 亦稱耐堿玻璃纖維,主要是為了增強水泥而研制的。
  (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,很少用于生產玻璃纖維。
  (6)、E-CR玻璃 是一種改進的無硼無堿玻璃,用于生產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越不少,是專為地下管道、貯罐等開發的新品種。
  (7)、D玻璃 亦稱低介電玻璃,用于生產介電強度好的低介電玻璃纖維。
  除了以上的玻璃纖維成分以外,近年來還出現一種新的無堿玻璃纖維,它完全不含硼,從而減輕環境污染,但其電絕緣性能及機械性能都與傳統的E玻璃相似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維,已用在生產玻璃棉中,據稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維,是為環保要求而開發出來的改進型無堿玻璃纖維。
2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。生產玻璃粗紗所用玻纖直徑從12~23μm。無捻粗紗的號數從150號到9600號(tex)。無捻粗紗可直接用于某些復合材料工藝成型方法中,如纏繞、拉擠工藝,因其張力均勻,也可織成無捻粗紗織物,在某些用途中還將無捻粗紗進一步短切。
  A、噴射用無捻粗紗 適合于玻璃鋼噴射成型使用的無捻粗紗要具備如下性能:①良好的切割性,在連續高速切割時產生的靜電少;②無捻粗紗切割后分散成原絲的效率要高,也即分束率高,通常要求90%以上;③短切后的原絲具有優良的覆模性,可覆蓋在模具的各個角落;④樹脂浸透快,易于被輥子輥平并易于驅趕氣泡;⑤原絲筒退解性能好,粗紗線密度均勻,適合于各種噴槍及纖維輸送系統。噴射用無捻粗紗都是由多股原絲絡制而成,每股原絲含200根玻纖單絲。
  B、SMC用無捻粗紗 SMC即片狀模塑料,主要用于壓制汽車部件、浴缸、水箱板、凈化槽、各種座椅等。SMC用無捻粗紗在制造SMC片材時要切成lin(25mm)的長度,分散在樹脂糊中,因此對SMC用無捻粗紗的要求是短切性好,毛絲少,抗靜電性優良,在切割時短切絲不會粘附在刀輥上。對著色的SMC而言,無捻粗紗要在高顏料含量的樹脂糊中被樹脂浸透。通常SMC無捻粗紗一般為2400tex,少數情況下也有用4800tex的。
  C、纏繞用無捻粗紗 纏繞法用于制造各種口徑的玻璃鋼管、貯罐等。纏繞用無捻粗紗的號數從1200號到9600號,纏繞大型管道及貯罐多傾向于直接無捻粗紗,如4800tex的直接無捻粗紗。對纏繞用無捻粗紗的要求如下:①成帶性好,呈扁帶狀;②無捻粗紗退解性好,在從紗筒退解時不脫圈,不形成"鳥巢"狀亂絲;③張力均勻,無懸垂現象;④線密度均勻,一般須小于±7%;⑤無捻粗紗浸透性好,從樹脂槽通過時易為樹脂潤濕及浸透。
  D、拉擠用無捻粗紗 拉擠用于制造斷面一致的各種型材,其特點是玻纖含量高,單向強度大。拉擠用無捻粗紗可以是多股原絲并合的也可以是直接的無捻粗紗,其線密度范圍為1100號到4400號。各種性能要求與纏繞無捻粗紗大體相同。
  E、織造用無捻粗紗 無捻粗紗的一個重要用途是織造各種厚度的方格布或單向無捻粗紗織物,它們大多用于手糊玻璃鋼成型工藝中。對強造用無捻粗紗有如下要求:①良好的耐磨性;②良好的成帶性;③織造用無捻粗紗在織造前需經強制烘干;④無捻粗紗張力均勻,懸垂度應符合一定標準;⑤無捻粗紗退解性好;⑥無捻粗紗浸透性好。
  F、預型體用無捻粗紗 在預型體工藝中,無捻粗紗被短切并噴附在預定形狀的網上,同時噴少量樹脂使纖維網固定成形,然后將成形的纖維網片移入金屬模具中,注入樹脂熱壓成形,即得制品。對于這種工藝的無捻粗紗的性能要求與對噴射無捻粗紗的要求基本相同。
  (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。方格布的強度主要在織物的經緯方向上,對于要求經向或緯向強度高的場合,也可以織成單向方格布,它可以在經向或緯向布置較多的無捻粗紗。
  對方格布的質量要求如下:①織物均勻,布邊平直,布面平整呈席狀,無污漬、起毛、折痕、皺紋等;②經、緯密,面積重量,布幅及卷長均符合標準;③卷繞在牢固的紙芯上,卷繞整齊;④迅速、良好的樹脂透性;⑤織物制成的層合材料的干、濕態機械強度均應達到要求。
用方格布鋪敷成型的復合材料其特點是層間剪切強度低,耐壓和疲勞強度差。
  (3)、玻璃纖維氈片
  (1)短切原絲氈 將玻璃原絲(有時也用無捻粗紗)切割成50mm長,將其隨機但均勻地鋪陳在網帶上,隨后施以乳液粘結劑或撒布上粉末結劑經加熱固化后粘結成短切原絲氈。短切氈主要用于手糊、連續制板和對模模壓和SMC工藝中。對短切原絲氈的質量要求如下:①沿寬度方向面積質量均勻;②短切原絲在氈面中分布均勻,無大孔眼形成,粘結劑分布均勻;③具有適中的干氈強度;④優良的樹脂浸潤及浸透性。
  (2)連續原絲氈 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原絲呈8字形鋪敷在連續移動網帶上,經粉末粘結劑粘合而成。連續玻纖原絲氈中纖維是連續的,故其對復合材料的增強效果較短切氈好。主要用在拉擠法、RTM法、壓力袋法及玻璃氈增強熱塑料(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現。這類氈由于采用中堿玻璃(C)制成,故賦予玻璃鋼耐化學性特別是耐酸性,同時因為氈薄、玻纖直徑較細之故,還可吸收較多樹脂形成富樹脂層,遮住了玻璃纖維增強材料(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原絲針刺氈。短切纖維針刺氈是將玻纖粗紗短切成50mm,隨機鋪放在預先放置在傳送帶上的底材上,然后用帶倒鉤的針進行針刺,針將短切纖維刺進底材中,而鉤針又將一些纖維向上帶起形成三維結構。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中,但所制玻璃鋼強度較低,使用范圍有限。另一類連續原絲針刺氈,是將連續玻璃原絲用拋絲裝置隨機拋在連續網帶上,經針板針刺,形成纖維相互勾連的三維結構的氈。這種氈主要用于玻璃纖維增強熱塑料可沖壓片材的生產。
  (5)縫合氈 短切玻璃纖維從50mm乃至60cm長均可用縫編機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傳統的粘結劑粘結的短切氈,后者則在一定程度上代替連續原絲氈。它們的共同優點是不含粘結劑,避免了生產過程的污染,同時浸透性能好,價格較低。
  (4)、短切原絲和磨碎纖維
  A、短切原絲 短切原絲分干法短切原絲及濕法短切原絲。前者用在增強塑料生產中,而后者則用于造紙。用于玻璃鋼的短切原絲又分為增強熱固性樹脂(BMC)用短切原絲和增強熱塑性樹脂用短切原絲兩大類。對增強熱塑性塑料用短切原絲的要求是用無堿玻璃纖維,強度高及電絕緣性好,短切原絲集束性好、流動性好、白度較高。增強熱固性塑料短切原絲要求集束性好,易為樹脂很快浸透,具有很好的機械強度及電氣性能。
  B、磨碎纖維 磨碎纖維系由錘磨機或球磨機將短切纖維磨碎而成。磨碎纖維主要在增強反應注射工藝(RRIM)中用作增強材料,在制造澆鑄制品、模具等制品時用作樹脂的填料用以改善表面裂紋現象,降低模塑收縮率,也可用作增強材料。
  (5)、玻璃纖維織物
   以下介紹的是以玻璃纖維紗線織造的各種玻璃纖維織物。
   A、玻璃布 我國生產的玻璃布,分為無堿和中堿兩類,國外大多數是無堿玻璃布。玻璃布主要用于生產各種電絕緣層壓板、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涂塑包裝布,以及用于耐腐蝕場合。織物的特性由纖維性能、經緯密度、紗線結構和織紋所決定。經緯密度又由紗結構和織紋決定。經緯密加上紗結構,就決定了織物的物理性質,如重量、厚度和斷裂強度等。有五種基本的織紋:平紋、斜紋、緞紋、羅紋和席紋。
   B、玻璃帶 玻璃帶分為有織邊帶和無織邊帶(毛邊帶)主要織防腐是平紋。玻璃帶常用于制造高強度、介電性能好的電氣設備零部件。
   C、單向織物 單向織物是一種粗經紗和細緯紗織成的四經破緞紋或長軸緞紋織物。其特點是在經紗主向上具有高強度。
   D、立體織物 立體織物是相對平面織物而言,其結構特征從一維二維發展到了三維,從而使以此為增強體的復合材料具有良好的整體性和仿形性,大大提高了復合材料的層間剪切強度和抗損傷容限。它是隨著航天、航空、兵器、船舶等部門的特殊需求發展起來的,目前其應用已拓展至汽車、體育運動器材、醫療器械等部門。主要有五類:機織三維織物、針織三維織物、正交及非正交非織造三維織物、三維編織織物和其它形式的三維織物。立體織物的形狀有塊狀、柱狀、管狀、空心截錐體及變厚度異形截面等。
   E、異形織物 異形織物的形狀和它所要增強的制品的形狀非常相似,必須在專用的織機上織造。對稱形狀的異形織物有:圓蓋、錐體、帽、啞鈴形織物等,還可以制成箱、船殼等不對稱形狀。
   F、槽芯織物 槽芯織物是由兩層平行的織物,用縱向的豎條連接起來所組成的織物,其橫截面形狀可以是三角形或矩形。
   G、玻璃纖維縫編織物 亦稱為針織氈或編織氈,它既不同于普通的織物,也不同于通常意義的氈。最典型的縫編織物是一層經紗與一層緯紗重疊在一起,通過縫編將經紗與緯紗編織在一起成為織物。縫編織物的優點如下:①它可以增加玻璃鋼層合制品的極限抗張強度,張力下的抗脫層強度以及抗彎強度;②減輕玻璃鋼制品的重量;③表面平整使玻璃鋼表面光滑;④簡化手糊操作,提高勞動生產率。這種增強材料可以在拉擠法玻璃鋼及RTM中代替連續原絲氈,還可以在離心法玻璃鋼管生產中取代方格布。
 (6)、組合玻璃纖維增強材料
  70年代以來,出現了把短切原絲氈、連續原絲氈、無捻粗紗織物和無捻粗紗等,按一定的順序組合起來的增強材料,大體有以下幾種:
    A、短切原絲氈+無捻粗紗織物
     B、短切原絲氈+無捻粗紗布+短切原絲氈
     C、短切原絲氈+連續原絲氈+短切原絲氈
     D、短切原比氈+隨機無捻粗紗
     E、短切原絲氈或布+單向碳纖維
     F、短切原絲+表面氈
     G、玻璃布+單向無捻粗紗或玻璃細棒+玻璃布
(二)  碳纖維
碳纖維是由有機纖維或低分子烴氣體原料加熱至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、高強度、高模量、耐高溫、抗化學腐蝕、低電阻、高熱導、低熱膨脹、耐化學輻射等優良特性,此外,還具有纖維的柔曲性和可編性,比強度和比模量優于其它纖維增強體。
 ◆  碳(石墨)纖維的主要用途
  (1)宇航工業 用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層;衛星構架、天線、太陽能翼片底板、衛星-火箭結合部件;航天飛機機頭,機翼前緣和艙門等制件;哈勃太空望遠鏡的測量構架,太陽能電池板和無線電天線。
  (2)航空工業 用作主承力結構材料,如主翼、尾翼和機體;次承力構件,如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發動機艙、整流罩及座板等,此外還有C/C剎車片。
  (3)交通運輸 用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件;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、雷達罩、深海油田的升降器和管道。
  (4)運動器材 用作網球、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、架設跨度大的管線、海水和水輪結構的增強筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發熱嵌板、抗震救災用補強材料。
  (6)其它工業 化工用的防腐泵、閥、槽、罐;催化劑,吸附劑和密封制品等。生體和醫療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、X光機的床板和膠卷盒。編織機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、儲能及防靜電等材料也已獲得廣泛應用。
 
 
(三) 芳綸纖維
  1凡聚合物大分子的主鏈由芳香環和酰胺鍵構成,且其中至少85%的酰胺基直接鍵合在芳香環上,每個重復單元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接與芳香環中的碳原子相連接并置換其中的一個氫原子的聚合物稱為芳香族聚酰胺纖維,我國定名為芳綸纖維。
  芳綸纖維有兩大類:全芳族聚酰胺纖維和雜環芳族聚酰胺纖維。全芳族聚酰胺纖維主要包括對位的聚對苯二甲酰對苯二胺和聚對苯甲酰胺纖維、間位的聚間苯二甲酰間苯二胺和聚間苯甲酰胺纖維、共聚芳酰胺纖維以及如引入折疊基、巨型側基的其它芳族聚酰胺纖維。雜環芳族聚酰胺纖維是指含有氮、氧、硫等雜質原子的二胺和二酰氯縮聚而成的芳綸纖維,如有序結構的雜環聚酰胺纖維等。 1、聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維
  PPTA纖維是芳綸在復合材料中應用最為普遍的一個品種。中國于80年代中期試生產此纖維,定名為芳綸1414(芳綸II)。芳綸纖維具有優異的力學、化學、熱學、電學等性能。PPTA纖維具有高拉伸強度、高拉伸模量、低密度、優良吸能性和減震、耐磨、耐沖擊、抗疲勞、尺寸穩定等優異的力學和動態性能;良好的耐化學腐蝕性;高耐熱、低膨脹、低導熱、不燃、不熔等突出的熱性能以及優良的介電性能。
  2、聚對苯甲酰胺(PBA)纖維
  中國于80年代初期曾試生產此纖維,定名為芳綸14(芳綸I)。芳綸I的拉伸強度比芳綸II低約20%,但拉伸模量卻高出50%以上。芳綸I熱老化性能好,這些性能用作某些復合材料的增強劑是很有利的。
  3、芳綸共聚纖維
  采用新的二胺或第三單體合成新的芳綸是提高芳綸纖維性能的重要途徑。
  (1)對位芳酰胺共聚纖維 它是由對苯二甲酰氯與對苯二胺及第三單體3,4'-二氨基二苯醚在N,N'-二甲基乙酰胺等溶劑中低溫縮聚而成的。共聚物溶液中和后直接進行濕法紡絲和后處理而得的各種產品。
  (2)聚對芳酰胺苯并咪唑纖維 一般認為它們是在原PPTA的基礎上引入對亞苯基苯并咪唑類雜環二胺,經低溫縮聚而成的三元構聚芳酰胺體系,紡絲后再經高溫熱拉伸而成。
     4 芳綸纖維的應用
(1)、 先進復合材料:A.航空航天領域;B.艦船中的應用;C.汽車工業。
(2)、防彈制品:A.硬質防彈裝甲板;B.軟質防彈背心。
(3)纜繩方面的應用
(4)、基礎設施和建材方面:A.芳綸增強混凝土;B.芳綸增強木材。
(5)、應用于傳送帶
(6)、應用于特種防護服裝
(7)、體育運動器材方面的應用
(8)、電子設備方面的應用
(四) 超高分子量聚乙烯纖維
  超高分子量聚乙烯纖維(Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,簡稱UHMW-PE纖維)是采用凍膠紡絲方法--超倍熱拉伸技術(Gel Spinning Method-Ultra Drawing Technology)制得的。由于該纖維密度低(0. 97)、比強度、比模量高等眾多優異特性,它正在許多高性能纖維市場上,包括從海上油田的系泊繩到高性能輕質復合材料方面均顯示出極大的優勢,在現代化戰爭和宇航、航空、航天、海域防御裝備等領域發揮著舉足輕重的作用。除此之外,該纖維在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域亦有廣闊的應用前景。
 
  添加劑
(一) 偶聯劑
偶聯劑是一類具有兩不同性質官能團的物質,它們分子中的一部分官能團可與有機分子反應,另一部分官能團可與無機物表面的吸附水反應,形成牢固的粘合。偶聯劑在復合材料中的作用在于它既能與增強材料表面的某些基團反應,又能與基體樹脂反應,在增強材料與樹脂基體之間形成一個界面層,界面層能傳遞應力,從而增強了增強材料與樹脂之間粘合強度,提高了復合材料的性能,同時還可以防止不與其它介質向界面滲透,改善了界面狀態,有利于制品的耐老化、耐應力及電絕緣性能。
  按偶聯劑的化學結構及組成分為有機鉻絡合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸化合物四大類:
  1、鉻絡合物偶聯劑 鉻絡合物偶聯劑開發于50年代初期,由不飽和有機酸與三價鉻離子形成的金屬鉻絡合物,合成及應用技術均較成熟,而且成本低,但品種比較單一。
  2、硅烷偶聯劑 硅烷偶聯劑的通式為RSiX3,式中R代表氨基、巰基、乙烯基、環氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團,這些基團和不同的基體樹脂均具有較強的反應能力,X代表能夠水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)。
  3、鈦酸酯偶聯劑 依據它們獨特的分子結構,鈦酸酯偶聯劑包括四種基本類型:①單烷氧基型這類偶聯劑適用于多種樹脂基復合材料體系,尤其適合于不含游離水、只含化學鍵合水或物理水的填充體系;②單烷氧基焦磷酸酯型該類偶聯劑適用于樹脂基多種復合材料體系,特別適合于含濕量高的填料體系;③螯合型 該類偶聯劑適用于樹脂基多種復合材料體系,由于它們具有非常好的水解穩定性,這類偶聯劑特別適用于含水聚合物體系;④配位體型 該類偶聯劑用在多種樹脂基或橡膠基復合材料體系中都有良好的偶聯效果,它克服了一般鈦酸酯偶聯劑用在樹脂基復合材料體系的缺點。
  4、其它偶聯劑 鋯類偶聯劑是含鋁酸鋯的低分子量的無機聚合物。它不僅可以促進不同物質之間的粘合,而且可以改善復合材料體系的性能,特別是流變性能。該類偶聯劑既適用于多種熱固性樹脂,也適用于多種熱塑性樹脂。此外還有鎂類偶聯劑和錫類偶聯劑。
(二)不飽和聚酯樹脂的引發劑和促進劑
  1、引發劑
  引發劑(initiator)是指在聚合反應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,并進行連鎖反應的物質。
  不飽和聚酯樹脂一般可以通過引發劑(或光或其它引發方式等)與交聯劑分子中的雙鍵發生自由基共聚反應,使線型分子交聯或具有網狀結構的體型分子。
  采用引發劑固化樹脂時,可以有效地控制反應速度,在配以適當的促進劑后,滿足固化工藝要求,得到穩定質量的產品。
  引發劑的類型 引發劑可按化學組成及結構、成型溫度及引發劑本身的物理狀態分類。
  (1)按化學組成及結構分類的引發劑:①有機過氧化物類可看作是具有不同有機取代基的過氧化氫的衍生物,不飽和聚酯使用的有機過氧化物有以下幾類:a.烷基(或芳基)過氧化氫類b.過氧化二烷基(或芳基)類c.過氧化二酰類d.過酸酯類e.過氧化碳酸二酯類f.酮過氧化物。②偶氮化合物類 偶氮引發劑不以受基本誘導的分解。溫度恒定時,稀釋形式和純液態形式分解速率相同,其分解速率不受環境的影響。因此,偶氮化合物用于含有各種添加材料的樹脂固化是非常適宜的,它給不飽和聚酯樹脂帶來了優良的適用期特性,同時也比活性相當的過氧化物安全。③復合引發劑 復合引發劑隨著預浸料、BMC、SMC模塑料及拉擠工藝等的出現,要求不飽和聚酯權樹脂-引發體系具有較長的適用期,又能快速凝膠和固化,或能快速凝膠而又有較長的固化時間,采用高溫引發劑和較大活性的低溫引發劑混合物,組成兩種或兩種以上的引發劑構成復合引發體系就顯得特別重要。
  (2)按其制品成型溫度分類的引發劑:①常溫固化系統手糊、噴射、注射、澆注及纖維纏繞成型工藝一般采用常溫固化系統。在常溫條件下穩定的有機過氧化物和促進劑組成的氧化-還原系統,如過氧化甲乙酮-環烷酸鈷及過氧苯甲酰-叔胺類。②中溫固化系統成型溫度在50~100℃。一類由過氧化酯和二酰基過氧化物等分解溫度較高的有機過氧化物和促進劑組成的氧化-還原系統,另一類是分解溫度較低的過氧化物。國內目前一般采用過氧化環己酮、過氧化苯甲酰和環烷酸鈷組成的固化系統,另一類系由異丙基過氧化氫、過氧化苯甲酰和特殊促進劑組成的體系。這類體系用于連續成型的波形瓦、平板、拉擠、注射、預浸漬和SMC(低溫、低壓)等成型工藝中。③高溫固化系統 成型溫度在100以上,用這類引發劑必須考慮適用期、樹脂體系在模具中的流動性、反應性及制品的物理-化學性能。主要是用于SMC及BMC的壓制成型工藝中。
引發劑過氧化物是易燃、易爆危險品,并對人體的呼吸道、皮膚、眼睛等有刺激作用,放在生產、貯存及使用過程中應嚴格遵守安全規則。
2、促進劑
  促進劑是指聚酯樹脂在固化過程中,能降低引發劑引發溫度,促使有機過氧化物在室溫下產生游離基的物質。
  不飽和聚酯樹脂用的有機過氧化物臨界溫度都在60℃以上,不能滿足室溫固化要求,只有在還原劑(或氧化劑)的存在下,有機過氧化物分解的活化能才能顯著降低,這樣,有機過氧化物的分解溫度可在室溫下分解,因此,由引發劑與促進劑組成的體系常稱為引發系統。
  (1)按其對有機過氧化物的效果分類:①對過氧化物有效的促進劑;②對氫化氧化物有效的促進劑;③對過氧化物及氫氧過化物都效的促進劑。絕大多數的促進劑具有還原性,其作用原理是促使過氧化物形成游離基,并形成反應鏈。
  (2)按引發劑促進劑體系分類:①過氧化二苯甲酰-叔胺體系;②酮過氧物環烷酸鈷引發體系。
  (3)組合促進劑:一種促進劑與另一種促進劑組合將產生協同效應,縮短凝膠時間及固化時間。
3、阻聚劑與緩聚劑
 阻聚劑指能迅速與游離基作用,減慢或抑制不希望有的化學反應物質,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行,在聚合過程中產生誘導期(即聚合速度為零的一段時間),誘導期的長短與阻聚劑含量成正比,阻聚劑消耗完后,誘導期結束,即按無阻聚劑存在時的正常速度進行。
  緩聚劑是調節樹脂的放熱性能,以滿足工藝要求的添加劑,它不產生誘導期,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α-甲基苯乙烯。
  實際上,阻聚劑、緩聚劑及穩定劑都是樹脂交聯固化反應的抑制劑,其作用原理都是吸收、消滅可以引發樹脂交聯固化的游離基,是游離基的抑制劑,在某一種樹脂中,消滅游離基能力強,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。
不飽和聚酯樹脂和交聯單體混合物,其樹脂中往往無引發劑也會發生自聚,失去使用效能,此時可以加入阻聚劑或緩聚劑。
  阻聚劑分類
  (1)按其在不同溫度條件下活性分類:①活性為固定的阻聚劑在正常貯存及固化溫度范圍內,始終與自由基很快反應,在反應中本身消耗而形成誘導期,消耗時形成的阻聚劑不再具有活性,如對苯二酚等。②熱敏性阻聚劑 在正常貯存溫度下是阻聚劑,加熱時分解,變成無效,如叔丁基鄰苯二酚等。③雙重性阻聚劑在較低溫度下起阻聚作用,高溫下反應而起促進作用,如氧、有機銅鹽、季胺鹽、硫磺等。
  (2)按其阻聚原理分類:①無氧存在時 在苯醌無氧存在時,直接與游離基反應形成一種半醌中間體,然后再與另一個游離基反應而形成穩定的化合物。②有氧存在時 對苯二酚及其衍生物在氧的存在下,游離基與氧反應形成過氧游離基,過氧游離基與對苯二酚反應形成游離基復合物,復合物再與另一個過氧游離基反應形成穩定的化合物。
  (3)按阻聚劑組成情況:①獨效型 只需一種阻聚劑就能起阻聚效果。如對苯二酚、對苯醌等。②復合型 即兩種以上的阻聚劑聯用。工藝上為達到保證樹脂、預浸料在室溫下貯存穩定性,達到既可調節使之有一定的適用期,又不影響制品的最終固化速度,采用復合型阻聚劑。如采用對苯二酚和叔丁基鄰苯二酚及微量的銅鹽實現上述效果。
4、增韌劑與稀釋劑
增韌劑
  增韌劑是具有降低復合材料脆性和提高復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的活性基團,它能形成網絡結構,增加一部分柔性鏈,從而提高復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、但不參與化學反應的增韌劑。
  增韌劑可分為橡膠類增韌劑和熱塑性彈性體類增韌劑:
  (1)橡膠類增韌劑 該類增韌劑的品種主要有液體聚硫橡膠、液體聚丁二烯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠及丁苯橡膠等。
  (2)熱塑性彈性體 熱塑性彈性體是一類在常溫下顯示橡膠彈性、在高溫下又能塑化成型的合成材料。因此,這類聚合物兼有橡膠和熱塑性塑料的特點,它既可以作為復合材料的增韌劑,又可以作為復合材料的基體材料。這類材料主要包括聚氨酯類、苯乙烯類、聚烯烴類、聚酯類、間規1,2-聚丁二烯類和聚酰胺類等產品,目前作為復合材料的增韌劑用得較多的是苯乙烯類和聚烯烴類。
  (3)其它增韌劑 適用于復合材料的其它增韌劑還有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韌劑,如苯二甲酸酯類。對于非活性的增韌劑也可稱為增塑劑,它不參與樹脂的固化反應。
 稀釋劑
  稀釋劑是一類使液體樹脂粘度變稀薄時的液體物質。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,使樹脂具有流動性,改善樹脂對增強材料、填料等的浸潤性;控制固化時的反應熱;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。
  (1)不飽和聚酯樹脂用的稀釋劑 主要是交聯劑單體,并能使樹脂粘度變稀薄。不飽和聚酯用的稀釋劑主要是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸單體等。
  (2)酚醛樹脂用稀釋劑 主要是酒精、丙酮等溶劑。
  (3)環氧樹脂用稀釋劑 有活性稀釋劑和非活性稀釋劑:①非活性稀釋劑 這種稀釋劑只共混于樹脂中,不參與樹脂的固化反應,僅僅是降低樹脂粘度,如添加鄰苯二甲酸二丁酯的雙酚A環氧樹脂。②活性稀釋劑 這類稀釋劑主要指含有環氧基團的低分子化合物,能與固化劑反應,并參與環氧樹脂的固化反應,成為交聯樹脂結構的一部分。活性稀釋劑可分為單環氧基和雙環氧基兩類。還有不含環氧基的亞磷酸三苯酯、γ-內丁酯兩種化合物。
5、環氧樹脂固化劑
固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑,是一類增進或控制固化反應的物質或混合物。
樹脂固化是經過縮合、閉環、加成或催化等化學反應,使熱固性樹脂發生不可逆的變化過程,固化是通過添加固化(交聯)劑來完成的。

  環氧樹脂固化劑分類
  (1)堿性和酸性類固化劑:①堿性類固化劑 包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。②酸性類固化劑 包括有機酸、酸酐、和三氟化硼及其絡合物。

  (2)加成型和催化型固化劑:①加成型固化劑 這類固化劑與環氧基發生加成反應構成固化產物一部分鏈段,并通過逐步聚合反應使線型分子交聯成體型結構分子,這類固化劑又稱瓜型固化劑。如一級胺、多元硫醇、多元酚、低分子聚酰胺、有機酸及酸酐和低縮合物固化劑等。②催化型固化劑 這類固化劑僅對環氧樹脂發生引發作用,打開環氧基后,催化環氧樹脂本身聚合成網狀結構,生成以醚鍵為主要結構的均聚物,而固化劑本身不產生交聯反應。如叔胺、咪唑、雙氰雙胺、三氟化硼絡合物、氯化亞錫、異辛酸亞錫及辛酸亞錫等。
6、抗氧劑
   抗氧劑是一類能抑制或減緩高分子材料自動氧化反應速度的物質。樹脂、塑料、橡膠及復合材料在成型加工、貯存和使用過程中不可避免地要與氧氣及光接觸,再加上溫度的變化,導致它們在外觀、結構和性能上發生變化,也即老化。引起上述變化的外界因素以氧、光、熱三個因素最為重要。這三種因素造成高分子材料的自動氧化反應和熱分解反應,使高分子聚合物降解,產生一系列變化。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,提高其使用價值,常常在高分子材料里加入少時能抑制或減緩高分子材料降解老化的物質,即抗氧劑。
  各類抗氧劑的性能如下:
  (1)胺類 胺類抗氧劑是一類應用最早、效果最好的抗氧劑。胺類抗氧劑為芳香族仲胺的衍生物,主要有二芳基仲胺、對苯二胺、酮胺和醛胺等。這類抗氧劑雖然抗氧效能好,但易變脂污染,因此它們多用于對制品顏色要求不高的材料中。
  (2)酚類 酚類抗氧劑是一類不變色無污染的抗氧劑,主要用于對制品色度要求較高或淺色制品。這類抗氧劑大多數都含有受阻酚的結構,包括烷基化單酚、烷基化多酚及硫代雙酚等類型,此外還有多元酚及氨基酚衍生物。
  (3)亞磷酸酯類 亞磷酸酯是一類過氧化物分解劑,它們具有分解氫過氧化物產生結構穩定物質的作用,通常稱之為輔助抗氧劑。
  (4)其它抗氧劑 除上述三類抗氧劑外,還有硫代酯類及有機金屬鹽類。這兩類亦稱為輔助抗氧劑,其品種及消耗量均比較少。
7、光穩定劑
  太陽光對復合材料及其它高分子材料都能引起不同程度的破壞,導致聚合物降解,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。產生光老化的主要原因是太陽光中紫外光的作用。

  光穩定劑是一類能夠抑制或減弱光降解作用,提高聚合物和復合材料耐光性能的物質,由于大多數光穩定劑都吸收紫外光,所以習慣上也常把這類物質稱為紫外線吸收劑。

  光穩定劑對于防止復合材料的光老化、延長它們的使用壽命效果非常顯著,而且用量也很小,一般僅為聚合物質量的0..01%~0.5%。

  光穩定劑的品種很多,按作用機理分類,包括有光屏蔽劑類、紫外線吸收劑類、自由基捕獲劑類及淬滅劑類。按化學結構分類,有水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、受阻胺類及有機鎳絡合物等。
8、熱穩定劑
熱穩定劑是一類能防止和減少聚合物在加工和使用過程中受熱而發生降解或交聯,延長復合材料使用壽命的添加劑。常用的穩定劑主要成分分類可分為鹽基類、脂肪酸皂類、有機錫化合物、復合型熱穩定劑及純有機化合物類。
  各類熱穩定劑性能如下:
  (1)鹽基類熱穩定劑 鹽基類穩定劑是指結合有"鹽基"(Pb)的無機和有機酸鉛鹽,這類穩定劑具有優良的耐熱性、耐候性和電絕緣性,成本低,但透明性差,有一定毒性。用量一般在0.5%~5%。
  (2)脂肪酸類 該類熱穩定劑是指由脂肪酸根與金屬離子組成的一類化合物,也可以稱為金屬皂類熱穩定劑,其性能與酸根及金屬離子的種類有關。一般用量為0.1%~3%。
  (3)有機錫類熱穩定劑 該類熱穩定劑可與聚氯乙烯分子中的不穩定氯原子形成配位體,而且在配位體中有機錫的羧酸酯基與不穩定的氯原子置換。這類熱穩定劑的特點是穩定性高、透明性好、耐熱性優異,不足之處是價格較貴。
  (4)復合型 復合型熱穩定劑是以鹽基類或金屬皂類為基礎的液體和固體復合物及以有機錫為基礎的復合物,其中金屬鹽類有鈣-鎂-鋅、鋇-鈣-鋅、鋇-鋅和鋇-鎘等;常用的有機酸如有機脂肪酸、環烷酸、油酸、苯甲酸和水楊酸等。
  (5)有機化合物熱穩定劑 該類熱穩定劑除少數可單獨使用的主穩定劑(主要是一此含氮的有機化合物)外,還包括高沸點的多元醇及亞磷酸酯,亞磷酸酸常與金屬穩定劑并用,能提高復合材料的耐候性、透明性、改善制品的表面色澤。
9、填料
填料是用以改善復合材料性能(如硬度、剛度及沖擊強度等),并能降低成本的固體添加劑,它與增強材料不同,填料呈顆粒狀。而呈纖維狀的增強材料不作為填料。
  填料的作用機理:填料作為添加劑,主要是通過它占據體積發揮作用,由于填料的存在,基體材料的分子鏈就不能再占據原來的全部空間,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。由于填料的尺寸穩定性,在填充的聚合物中,聚合物界面區域內的分子鏈運動受到限制,而使玻璃化溫度上升,熱變形溫度提高,收縮率降低,彈性模量、硬度、剛度、沖擊強度提高。
  填料的作用:①降低成型制件的收縮率,提高制品的尺寸穩定性、表面光潔度、平滑性以及平光性或無光性等;②樹脂粘度有效的調節劑;③可滿足不同性能要求,提高耐磨性、改善導電性及導熱性等,大多數填料能提高材料沖擊強度及壓縮強度,但不能提高拉伸強度;④可提高顏料的著色效果;⑤某些填料具有極好的光穩定性和耐化學腐蝕性;⑥有增容作用,可降低成本,提高產品在市場上的競爭能力。
  填料的種類
  (1)無機填料和有機填料
  ①無機類填料 無機類填料主要以天然礦物為原料經過開采、加工制成的顆粒狀填料,少數填料是經過處理制成的。a.氧化硅及硅酸鹽。b.碳酸鹽及碳化物。c.硫酸鹽及硫化物。d.鈦酸鹽。e.氧化物及氫氧化物。f.金屬類。
  ②有機類填料 有機類填料是由天然的動植物及人工合成的有機材料(如再生纖維素、合成樹脂等)制成的。
  (2)惰性填料及活性填料
  ①惰性填料 是將天然礦石用濕磨研磨后烘干或干磨成粉直接使用。
  ②活性填料 采用偶聯劑表面處理使填料表面有被覆層或天然礦物經過煅燒亦或兼有兩種方法。
  (3)微球形(實心或空心)填料 微球形填料其主要特征是在任意方向上長度大致相等。a.玻璃微珠 有實心微珠(沉珠)和空心微珠(漂珠)兩種。b.聚合物微珠 是有機化合物制成的高分子聚合物微珠。
  (4)片狀、纖維狀、針狀填料
  ①鱗片狀填料 是在兩個方向上長度比第三個方向長得多的粒子,具有鱗片形狀。
  ②晶須 是碳化硅、氮化硼、氧化鋁、石墨或鈹的金屬氧化物制成的微小纖維狀單晶體。
  (5)玻璃粉與磨碎玻璃纖維填料 是由碎玻璃或玻璃纖維研磨而成,是熱固性和熱塑性基體的填料,能賦予制品耐熱性和低收縮性,并可改善機械性能。
  (6)復合型填料 利用不同填料的特性,通過特殊處理方法將兩種或兩種以上的填料組合、改性后制成。
10、脫模劑
脫模劑是為防止成型的復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,以便制品很容易從模具中脫出,同時保證制品表面質量和模具完好無損。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脫模劑之分。外脫模劑是直接將脫模劑涂敷在模具上;內脫模劑是一些熔點比普通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,它與液態樹脂相容,但與固化樹脂不相容,在一定加工溫度條件下,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(主要有烴類、醇類、羧酸及羧酸酯、羧酸的金屬鹽、酮、酰胺和鹵代烴)、膏狀及蠟狀(包括硅酯、HK-50耐熱油膏、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用最廣泛的一類脫模劑,價格便宜、使用方便、無毒、脫模效果好,缺點是會使制品表面沾油污,影響表面上漆,漏涂時會使脫模困難。對于成型形狀復雜的大型制品常與溶液型脫模劑復合使用。
  (3)按脫模劑的組合情況有單一型和復合型脫模劑(包括組分復合和使用方式上的復合)。
  (4)按脫模劑的使用溫度有常溫型和高溫型脫模劑,如常溫蠟、高溫蠟及硬脂酸鹽類。
  (5)按其化學組成有無機脫模劑(如滑石粉、高嶺土等)和有機脫模劑。
  (6)按其復用次數有一次性脫模劑和多次性脫模劑。
11、著色劑和觸變劑
    (1)著色劑 著色劑是能使制品著色的有機與無機的、天然與合成的色料的總稱。著色劑有染料和顏料兩類:
  ①染料 染料是施加于基材使之具有顏色的強力著色劑。染料借吸附、溶解、機械粘合、離子鍵化學結合或共價鍵結合保留于基料中。但染料易在塑料中發生部分溶解,出現著色劑遷移現象,耐光性差。
  ②顏料 顏料是粒度較大,而且通常不溶于普通溶劑的有機物或無機物。有機顏料產生半透明或近乎透明的顏色,比染料具有較好的抗色移性和稍高的抗熱性。無機顏料除少數外,均為不透明并具有堅牢的耐磨性、耐熱性和抗色移性及遮蓋力好,色澤鮮艷。
  (2)觸變劑 觸變劑是一種使液體樹脂基體(或膠衣樹脂)變為流動性較好的添加劑,而撤除外力時,如攪拌或剪切間斷時又或以恢復原來不易流動的狀態。觸變劑的作用是防止樹脂在施工的斜面或垂直面上流淌,避免樹脂含量在上下層不均勻現象,從而保證制品的質量。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。
 
12、阻燃劑
    以樹脂和橡膠為基體的復合材料含有大量的有機化合物,具有一定的可燃性。阻燃劑是一類能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰傳插的添加劑。最常用的和最重要的是阻燃劑是磷、溴、氯、銻和鋁的化合物。阻燃劑根據使用方法可分為添加型和反應型兩大類。添加型阻燃劑主要包括磷酸酯、鹵代烴及氧化銻等,它們是在復合材料加工過程中摻合于復合材料里面,使用方便,適應面大但對復合材料的性能有影響。反應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,使之通過化學反應復合到聚合物分子鏈上,因此對復合材料的性能影響較小,且阻燃性持久。反應型阻燃劑主要包括含磷多元醇及鹵代酸酐等。
  用于復合材料的阻燃劑應具備以下性能:①阻燃效率高,能賦予復合材料良好的自熄性或難燃性;②具有良好的互容性,能與復合材料很好的相容且易分散;③具有適宜的分解溫度,即在復合材料的加工溫度下不分解,但是在復合材料受熱分解時又能急速分解以發揮阻燃的效果;④無毒或低毒、無臭、不污染,在阻燃過程中不產生有毒氣體;⑤與復合材料并用時,不降低復合材料的力學性能、電性能、耐候性及熱變形溫度等;⑥耐久性好,能長期保留在復合材料的制品中,發揮其阻燃作用;⑦來源廣泛價格低廉。
  (1)溴系阻燃劑 含溴阻燃劑包括脂肪族、脂環族、芳香族及芳香-脂肪族的含溴化合物,這類阻燃劑阻燃效率高,其阻燃效果是氯第阻燃劑的兩倍,相對用量少,對復合材料的力學性能幾乎沒有影響,并能顯著降低燃氣中鹵化氫的含量,而且該類阻燃劑與基體樹脂互容性好,即使再苛刻的條件下也無噴出現象。
  (2)氯系阻燃劑 氯系阻燃劑由于其人格便宜,目前仍是大量使用的阻燃劑。氯含量最高的氯化石蠟是工業上重要的阻燃劑,由于熱穩定性差,僅適用于加工溫度低于200℃的復合材料,氯化脂環烴和四氯鄰苯二甲酸酐熱穩定性較高,常用作不飽和樹脂的阻燃劑。
  (3)磷系阻燃劑、有機磷化物是添加型阻燃劑 該類阻燃劑燃燒時生成的偏磷酸可形成穩定的多聚體,覆蓋于復合材料表面隔絕氧和可燃物,起到阻燃作用,其阻燃效果優于溴化物,要達到同樣的阻燃效果,溴化物用量為磷化物的4~7倍。該類阻燃劑主要有磷(膦)酸酯和含鹵磷酸酯及鹵化磷等,廣泛地用于環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等。
  (4)無機阻燃劑 無機阻燃劑是根據其化學結構習慣分出的一類阻燃劑,包括氧化銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼酸鋅等。
(發布時間:2008/3/4)
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