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【环氧板】材料的结构性能

晶须与颗粒增强陶瓷基环氧板材料的制备工艺过程比较相像,都可以采用与传统单相陶瓷的基本相同的工艺过程。其主要包括三个阶段,即晶须的分散、成型和烧结:把晶须和增强颗粒加入介质中用机械方法使其分散,然后加入陶瓷粉料,通过搅拌使其与陶瓷粉均匀混合后成型,烘干后进行烧结(如热压烧结或热等静压烧结)。成型方法主要包括半干法成型、注浆成型、流延成型、模压成型、注射成型、挤出成型、冷等静压成型和轧模成型等。烧结方法主要包括热压烧结、反应烧结、无压烧结、真空烧结或热等静压烧结等。成型工艺与烧结工艺在陶瓷材料的制备技术中已有较多描述,此处不再赘述。


晶须或颗粒增强陶瓷基环氧板材料的制备工艺主要有以下两种:①外加晶须或颗粒法。即通过晶须和颗粒分散后与基体混合、成形,再经烧结制得晶须或颗粒增韧陶瓷基环氧板材料的方法,例如将SiC晶须加人到氧化物、碳化物、氮化物等基体中得到SiC晶须增韧的陶瓷基环氧板材料。这种制备工艺较为传统。②原位生长晶须法。将陶瓷基体粉末、晶须和增强颗粒生长助剂等直接混合成形,在一定的条件下原位合成晶须,同时制备出含有该晶须增强的陶瓷基环氧板材料。这种制备工艺的晶须生长较难控制。


连续纤维增强陶瓷基环氧板材料的形状通常由纤维预制体来实现,再在纤维预制体内部制备陶瓷基体,属于增材制造的范畴。连续纤维增强陶瓷基环氧板材料的制备通常采用化学转化法。通过化学转化法降低陶瓷基体的制备问题进而保证环氧板材料的结构性能。其制备方法主要有化学气相沉积/渗透(CVD/CVI)法、先驱体浸渍裂解法(PIP)法和反应性熔体浸渗(RMI法三种,这也是本章讲述的重点。


在拉挤环氧板材料的增强材料中,应用最广泛的是玻璃纤维无捻粗纱(纤维原丝进行合股、络纱而得到的未加捻的纱线)、玻璃纤维连续毡及短切毡,也有的制品采用玻璃纤维无捻粗纱布及布带等;另外,应用较多的是聚酯纤维(涤纶)及其织物。应用于航空航天工业及汽车工业等领域的先进拉挤环氧板材料则应用芳纶、碳纤维等高性能纤维及其织物作为增强材料。


相关研究人员研究出具有一定的横向增强效果的膨体无捻粗纱,如卷曲无捻粗纱和空气变形无捻粗纱,能改善拉挤制品的表面质量。为了保证拉挤成型玻璃纤维环氧板材料的横向强度,还需采用短切原型毡、连续原丝毡、组合毡、无捻粗纱机织物和针织物等增强材料。此外,三维编织技术也被用于拉挤成型工艺,三维编织物的可设计性强,能很好地克服环氧板材料制品的层间剪切强度低、易于分层等问题。


拉挤成型工艺所用的树脂主要为不饱和聚酯树脂(90%左右),根据制品的性能要求,也可采用环氧树脂、甲基丙烯酸树脂、乙烯基酯树脂、、酚醛树脂等。拉挤成型用的树脂要求有较高的耐热性能、较快的固化性能和较好的润湿性。根据拉挤环氧板材料制品的使用要求和拉挤工艺条件,树脂基体应满足下述要求: :①黏度较低,般在0.2 Pa.s以下,具有良好的流动性和对增强材料的浸润性,便于树脂充分浸渍增强材料。②固化收缩率较低,既可降低制品的固化收缩率,降低制品的内应力,控制制品中微裂纹的发展,还可降低原材料成本。③工艺适用期较长和固化时间较短,,以达到连续拉挤快速固化的要求。


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