碳纤维复合材料成型工艺及树脂性能

　　复合材料都是由增强纤维和一种塑料材料相结合，复合材料中树脂的作用至关重要，树脂的选择决定了一系列特征工艺参数、部分力学性能和功能性(热性能、易燃性、耐环境性等)，树脂性能也是认识复合材料力学性能的关键因素。当树脂选定后，决定复合材料一系列工艺和性能的窗口就自然而然地确定下来了。热固性树脂是树脂基复合材料的最常用的树脂类型，因为它具有良好的工艺性。室温下，热固性树脂几乎全部是液态或半固态，而且从概念上讲它们更像是构成热塑性树脂的单体而非最终状态的热塑性树脂。在热固性树脂固化之前，它们可以被加工成各种形状，但一旦使用固化剂、引发剂或加热等途径使其固化，就不能再次成形，这是因为在固化过程中形成了化学键合，使得小分子转变成具有较高分子量的三维交联刚性聚合物。

　　热固性树脂有很多种，常用的有酚醛树脂、环氧树脂、双马树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等。

　　(1)酚醛树脂是热固性树脂，具有良好的粘结性，固化后耐热性和介电性能都很好，突出的特点是阻燃性能优异，热释放速率低、烟密度小，燃烧时释放的气体毒性小。工艺性性能好，可采用模压、缠绕、手糊、喷射、拉挤工艺制造复合材料构件。民机内装饰材料大量使用酚醛树脂基复合材料。

　　(2)环氧树脂是用于飞机结构的树脂基体，特点是材料品种多，不同的固化剂和促进剂可获得从室温到180℃的固化温度范围;有较高的力学性能;与各种纤维匹配型好;耐湿热;韧性优良;工艺性优良(铺覆性好、树脂粘度适中，流动性好、加压带宽等);适合大构件整体共固化成型;价格便宜。环氧树脂的良好成型工艺性、杰出的韧性使它在先进复合材料的树脂基体中占有重要地位。

　　(3)乙烯基树脂是公认的优良的耐蚀树脂之一，能耐大部分的酸、碱、盐溶液及强溶剂介质，广泛用于造纸、化工、电子、石油储运、环保、船舶、汽车灯行业。它具有不饱和聚酯和环氧树脂的个性，使其兼备环氧树脂优异的力学性能和不饱和聚酯的良好工艺性能。这类树脂除具有突出的耐腐蚀性能外，还具有良好的耐热性能。它包括标准型、耐高温型、阻燃型、抗冲击型等多种品种。乙烯基树脂在纤维增强塑料(FRP)中的应用主要以手糊成形为主，特别在防蚀应用方面。随着SMC的发展，它在此方面的应用也相当引人注目。

　　(4)改性双马来酰亚胺树脂(简称双马树脂)，是为适应新型歼击机对复合材料树脂基体的要求而研制开发的，这些要求包括：在130℃~150℃湿热环境条件下具有较高的强度、刚度保持率;具有良好的抗冲击损伤能力;优越的工艺性能，并能适应于大型构件与复杂型面构件的制造等。双马树脂与环氧树脂相比，主要表现为耐湿热性能优越，使用温度高;不足之处是工艺性不如环氧树脂好、固化温度高(185℃以上开始固化)，并要求在200℃或200℃以上温度下进行较长时间处理。

　　(5)氰酸酯树脂具有较低的介电常数(2.8~3.2)和极小的介电损耗正切值(0.002~0.008)，高玻璃化转变温度(240~290℃)，低收缩率、低吸湿率，优良的力学性能和粘结性能等，而且它具有与环氧树脂相似的加工工艺性。目前氰酸酯树脂主要应用在三方面：高速数字及高频用印刷电路板，高性能透波结构材料和航空航天用高性能结构复合材料基体。