【专业讲堂】几种复合材料常用的树脂基体

复合材料主要由增强纤维和树脂基体组成,而复合材料的物理性能主要取决于纤维,这意 味着成品零件的性能与增强材料最直接相关。那么树脂起什么作用?

市场上有多种用途广泛的树脂,包括复合层压树脂、地板涂料树脂、餐桌涂料树脂和浇铸 树脂。与增强纤维或织物结合使用时,树脂有两个主要用途。首先,树脂将增强织物固定在一 起,同时帮助其符合所需的形状。

其次,树脂有助于将机械载荷从单根纤维或纤维束转移到整个零件上。尽管增强纤维为层 压板提供了主要强度,但树脂的作用是将载荷转移到整个纤维阵列上,这对部件的整体强度和 稳定性也至关重要。

对于复合材料层压板,在零件和模具的生产中使用三种主要类型的树脂:聚酯、乙烯基酯 和环氧树脂。每种树脂都有其自己的优缺点,在开始任何应用之前都应考虑这些优点和缺点。

玻璃纤维零件中的大多数都是使用聚酯树脂制成的,这是复合材料行业中使用最广泛的树 脂类型。聚酯树脂需要催化剂来固化或硬化,通常是甲乙酮过氧化物(M E K P )。它们天然抗 紫外线,具有易于使用、快速固化、耐温度和催化剂变化,并且比环氧体系便宜。

聚酯树脂之所易于使用,是因为它们具有高的触变性指数,基本上,它们在垂直表面上的 附着力很好,因此在制造零件和模具时,树脂不会流淌或滴落。它们还可以快速、轻松地润湿 织物,并且易于混合。作为行业中最常见的树脂类型,可能很难缩小常用范围。

尽管上述优点使得聚酯广泛应用,而且在许多应用中显然受到青睐,但仍存在一些必须考 虑的缺点。首先,聚酯的耐腐蚀性不如乙烯基酯树脂,或极限强度不如环氧树脂;而且,聚酯 树脂的薄涂在暴露于空气中时仍可保持发粘。

乙烯基酯树脂通常被认为是聚酯树脂和环氧树脂之间的交叉领域。像聚酯树脂一样,它们 需要M E K P 作为固化或硬化剂。乙烯基酯的价格、大多数物理性能和处理质量上介于聚酯和环 氧树脂之间。

乙烯基酯树脂耐腐蚀性、耐温性和延伸率(韧性)实际上超过了聚酯和环氧树脂。因此, 它们通常用于需要高耐用性、热稳定性和极高耐腐蚀性的领域。这些应用通常包括建造和维修 化学品储罐。海洋工业越来越多地利用这些特性,通过使用乙烯基酯来生产和维修玻璃纤维船 体。当使用聚酯树脂时,乙烯基酯船体几乎不受水泡和渗透问题的困扰。

乙烯基酯树脂也越来越广泛地用于现代高性能复合材料的所有领域。这是因为乙烯基酯树 脂已被证明是赛车、航海和航空航天应用中传统树脂的绝佳替代品。乙烯基酯树脂主要缺点是

它们的保存期有限,许多乙烯基酯树脂的保存期限仅为3个月。它们也比聚酯树脂昂贵,并且不 能提供环氧树脂所具有的极限强度。

在复合材料行业广泛使用的三种树脂中,环氧树脂具有最高的极限强度性能。环氧树脂不 同于聚酯和乙烯基酯,因为它们需要固化剂而不是催化剂来固化。因此,环氧树脂有时会提供 各种硬化剂选项,可以选择最适合项目适用期的硬化剂。

环氧树脂的保质期也非常长。环氧树脂与增强织物之间的结合力最强,其优异的强度特性 使其可用于重量最轻的零件以及最耐用的模具。选择环氧树脂是因为它具有出色的机械强度和 尺寸稳定性,以及良好的耐化学性和耐热性以及低收缩率。环氧树脂通常用于航空航天、赛 车、军事和国防应用。

这并不是说环氧树脂没有不利之处。首先也是最重要的是,环氧树脂要比同类产品贵,它 们还需要更精确且通常很复杂的混合比例,它们对混合和铺层

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