引言:我国在高分子材料的开发和综合利用虽起步较晚,但高分子材料为我国的经济建设做出了重要的贡献,已建立了完善的高分子材料的研究、开发和生产体系,取得了进步。目前,我国应提高整体科研水平,致力于创新的高分子聚合反应和方法, 开发出绿色功能和智能材料,满足工业和新技术的需求,提高人们生活质量。高分子材料对我们未来的影响是不可预测的,随着科技的发展,高分子材料也可以具有其他材料的特性,成为最全面的材料,能满足人类在工业、医药、航天方面对新材料的需求,造福人类。
1.高分子复合材料的特性探索
1.1比强度、比模量大
玻璃纤维复合材料有较高的比强度、比模量! 而碳纤维、硼纤维、有机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度相当于钛合金的数倍! 比模量相当于金属的4倍之多! 这种性能可由纤维排列的不同而在一定范围内变动。
1.2抗疲劳性能好
高分子复合材料中纤维和基体的界面能阻止裂纹的扩散,大多数金属材料的疲劳强度极限是其拉伸极限的30%到50%,而碳纤维/聚脂复合材料的疲劳强度极限可为其拉伸强度的70%到80%。
1.3减震性好
受力结构的自振频率除与结构本身形状有关外,还与结构材料比模量的平方根成正比,即复合材料比模量高,自振频率亦高,同时,复合材料界面具有吸振能力,能使材料获得阻尼振动。由试验得知:轻合金梁需9s才能停止振动,而碳纤维复合材料梁只需2.5s就会停止同样大小的振动.
1.4各向异性及性能可设计性
高分子复合材料还有一个特点是各向异性,与之相关的是性能可设计性。因此,可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不同,选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求。
1.5材料与结构的统一性
在制造高分子复合材料的同时,也就获得了制件亦即可一次成型,即使结构
形状复杂的大型制件也可一次成型,这对于一般工程塑料是难以实现的。
1.6过载时安全性好
复合材料中有大量增强纤维,当材料过载而有少数纤维断裂时,载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上,使整个构件在短期内不至于失去承载能力。
1.7其他
高分子复合材料具有很好的加工性能,具有良好的耐烧性能、摩擦性能,高度的电绝缘性能、耐腐蚀性能及特殊的光学、电学、磁学性能。但高分子复合材料也存在一些缺点和问题,如材料工艺的稳定性差,材料性能的分散性大,长期耐高温不好,抗冲击性能低,横向强度和层间剪切强度都不够好等。
2.高分子复合材料的结构探索
作为高分子复合材料的基体通常为聚合物,经常应用的有不饱和聚酯树脂、环氧树脂。酚醛树脂以及各种热塑性聚合物。一般来说,基体很少是单一的聚
合物,往往除了主要组——聚合物以外,还包含其他辅助材料。在基体材料中,其他的组分还有固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等,这些辅助材料是高分子
复合材料基体不可缺少的组分。由于这些组分的加入,使复合材料具有各种各样的使用性能,改进了工艺性! 降低了成本,扩大了应用范围。
研究聚合物结构的根本目的在于了解聚合物的结构与性质的关系,以便正确选择和使用聚合物材料,更好掌握聚合物及其复合材料的成型加工工艺条件。通过各种途径改变聚合物结构,进而改变其性能,达到设计与合成具有指定性能的聚合物的目的。
对于高分子复合材料,其结构性能应包括以下几点:首先,结构所能承受的各种载荷!确保在使用寿命内的安全;其次,提供装置各种配件、仪器等附件的空间;再次,隔绝外界的环境状态而保护内部物体。
3.高分子复合材料的制备实践
高分子复合材料的制备主要是指对其的配方设计,配方设计不是各种原料之间简单的经验性的组合,而是在对高分子材料结构与性能关系充分研究基础上综合的结果。而且一个好的制品,绝不仅仅局限于配方设计,它还涉及成型加工工艺设计及成型设备的选型, 制品的外观设计及结构设计、模具设计等。因此,从严格意义上讲,应是制品设计。而配方设计是其核心部分,只有好的配方设计再加上其他要素的配合才能获得好的制品。
制品设计是在对制品形状、结构和使用性能科学预测和判断的前提下,通过充分把握并正确选用高分子材料,制定出一套完整的制品制造过程的实施方案和程序,制品设计必须贯彻“实用”、“高效”、“经济”的原则,即制品的实用性要强,成型加工工艺要好,生产效率要高,成本要低,以满足人们的需求,制品设
计还要考虑到可选择的高分子化合物品种的多样性,可采用的成型加工工艺和成型设备的可变性以及制品的应用领域的特殊性等因素。
4.高分子复合材料的加工及其工艺流程
4.1手糊成型
该工艺适用手工在预先涂好脱模剂的模具上,先刷一层树脂液,然后铺一层玻璃布,并排除气泡,如此重复直至所需厚度。经固化后脱模,再经加工和修饰即可得到制品。
4.2压制成型
压制成型指主要依靠外压的作用,实现成型物料的一次成型技术,压制成型可以分为模压成型和层压成型。前者适用于热固性塑料的模压成型,橡胶的模压成型和增强复合材料的模压成型,后者适用于复合材料的高压和低压压制成型。
结语:
高分子复合材料的制备和加工方法繁多,材料有不同的加工方法,同一种材料也可能对应好几种方法,应根据实际情况进行斟酌和选择,在降低生产成本的同时获得优质产品,以达到最佳性价比。此外还应看到高分子复合材料性能好、应用范围越来越广,是还存在着一些缺点,如耐高温性能、耐老化性能及材料强度一致性等,这有待于进一步研究改善。
参考文献:
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