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获得高性能【环氧板】材料的关键

环氧板材料通常由增强体、界面界面层和基体组成,其中增强体和界面层是材料强韧化的关键。


相比于块体材料,晶须、纤维、颗粒等材料中,缺陷尺寸受限,因而材料的力学性能优异,作为增强体可提高材料的力学性能。高性能的增强体一般制备技术复杂。制备工艺仍然是材料研究的重点和难点。此外,某些新型材料,如碳纳米管、碳纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维等,还具有电磁、热、光电等功能,是实现材料结构功能一体化的重要途径。


为了传递应力,实现裂纹偏转、纤维拔出、纤维桥接等增韧机制,合理的界面结合强度是必要的,,界面层材料是调控界面结合的途径。此外,它还可以阻止基体与增强体之间的不良反中界面层材料多选用层间刹离力较低的层状材料或较弱的多孔材料,应与环氧板材料中的其他组元具有良好的相容性。


树脂基体种类繁多不同的基体有不同的制备工艺,总体来说,树脂基环氧板材料的制备工 艺可分为一步法和二步法。步法(又称“湿法")是将纤维 直接浸渍树脂一步 固化成型形成环氧板材料;二步法则是预先对纤维浸溃树脂,使之形成纤维和树脂预先混合的半成品,再由半成 品成型制备出环氧板材料制品。早期制造环氧板材料都是采用一 步法工艺,如成型模压制品是先将纤维或织物置于模具中,倒人配好的树脂后加压成型。


一步法工艺简便,设备简单,但存在以下不足:树脂不易分布均匀,在制品中形成富胶区和贫胶区,严重时会出现“白丝”现象;溶剂、水分等挥发物不易去除,形成孔洞;生产效率低,生产 环境恶劣。针对一步法的缺点 ,发展了二步法(“干法”:预先将纤维树脂预先混合或纤维浸渍树脂,经过一定处理,使浸渍物成为种干态或稍有黏性的材料,即半成品材料,再用半成品成型为环氧板材料制品。二步法由于将浸渍过程提前,可很好地控制含胶量并解决纤维树脂均匀分布问题;在半成品制备过程中烘去溶剂、水分和低分子组分,降低了制品的孔隙率,也改善了环氧板材料成型作业的环境;通过半成品的质量控制,可有效保证环氧板材料制品的质量。对连续纤维增强树脂基环氧板材料,习惯上把这种成型用材料称为预浸料。它是制备环氧板材料制品的重要中间环节,其质量直接影响着成型工艺条件和产品性能。


树脂基环氧板材料的性能不仅取决于所用树脂及添加剂的种类和配比,而且还与其制造方法有极大关系。图11-1所示是树脂基环氧板材料成型加工的典型工艺流程。由图可知,环氧板材料成型加工包括预浸料等半成品制备、增强材料预成型和环氧板材料固化成型等几方面的内容。环氧板材料半成品的制备主要包括预浸料和预混料的制备,11.2节将做详细说明。环氧板材料预成型的目的是得到接近制品形状的毛坯。成型固化工艺包括两方面内容:一是成型,是根据产品的要求,将预浸料铺制成产品的结构和形状;二是进行固化,是将铺制成-定形状的预浸料,在温度、时间和压力等因素下使形状固定下来,并能达到预计的使用性能要求。不同的工艺方法在这三个方面可能同时或分别进行,但都要完成好树脂与纤维的环氧板、浸渍、固化和成型。在纤维与树脂体系确定后,环氧板材料的性能主要取决于成型固化工艺。


将在没有外力作用下,物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态称为相。不同相之间会有明确的物理界面。该物理界面不是几何意义上的面,而是具有一定厚度的区域。由于界面原子能量不同于界面两侧原子能量,因而该区域具有不同于相邻两相的特殊性质。一般将固相或液相与气相的界面称为表面。环氧板材料的界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化、构成彼此结合、能起载荷传递作用的微小区域。界面相则是环氧板材料中组元材料之间具有一定尺度、在结构和原组元材料上有明显差别的新相。


环氧板材料界面在物理结构上呈层状或带状,厚度一般是不均匀的,其厚度约在数纳米至数微米之间。虽然界面较小,但其仍有自己独特的结构和性质,且不同于基体和增强体中的任何一相。环氧板材料界面在化学成分上也较为复杂,可以是基体和增强体相互扩散的产物,也可以是基体和增强相的化学反应物,还可以是单独制备的一层物质,其化学组成也会完全不同于基体和反应物。此外,界面还可能含有增强体涂层元素和环境带来的杂质元素等。环氧板材料界面是环氧板材料中极为重要的结构,其结构和性能直接影响环氧板材料的性能。因此,深人研究界面性质,进而对其进行控制,是获得高性能环氧板材料的关键。

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