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【环氧板】材料设计过程

环氧板材料的多样性决定了其设计方法的多样性,其主要相合县指材料的性能取决于材料-结构”和“跨尺度闭环设计”等。“微结构性能”一 体化西求“材料结构”一体化设计理料的多尺度微结构,通过对材料微结构的设计,,达到某种性能要求;


念是指在进行宏观的结构设计时,考虑材料的因素,从材料的多R度微结构和宏观结构两方面进行优化设计,达到某种使用要求;“跨尺度闭环设计”理念是指根据某种使用要求,设计材料的多尺度微结构及其制备工艺,并通过考核验证或优化设计结果。


环氧板材料设计完成后,制备工艺原理就是制备性能优异环氧板材料的基础。环氧板材料制备工艺方法主要有液相法、气相法和固相法。不同的工艺方法有不同的原理,本章将分别予以介绍。


环氧板材料设计过程都需包括环氧板材料的微观结构设计和宏观结构设计。环氧板材料的微观结构设计中界面设计占有重要地位,而宏观结构设计中比较重要的是预制体结构设计。因而,本章主要介绍界面设计和预制体结构设计。


不同类型的环氧板材料对界面强度的要求不同。为了得到理想的环氧板材料,需重点对界面进行设计。不同类型的环氧板材料,所涉及的问题不同,其设计方法有所


一般,聚合物基环氧板材料要求强界面结合,而一般纤维与聚合物的结合性较差。因此,聚合物基环氧板材料的界面设计主要是增强界面反应,提高基体与增强体的结合强度。对于不同的纤维,可采用不同的方法。


对于玻璃纤维,一般采用偶联剂涂层的方法对纤维表面进行处理。偶联剂的分子两端通常含有两种性质不同的基团:-端的基团能与纤维表面发生化学或物理作用;另一端的基团则能和聚合物发生反应,从而使纤维和基体能很好地偶联起来,获得良好的界面黏结强度,改善夏合材料性能。下面以有机硅烷偶联剂为例来说明玻璃纤维表面的处理过程。


环氧板材料通过界面将载荷从基体传递到增强体上,界面和基体能否有效传递载荷决定着环氧板材料的总体性能。基体模量不同导致环氧板材料对界面强度要求不同:聚合物基环氧板材料和金属基环氧板材料-般要求强界面,而陶瓷基环氧板材料则一般要求弱界面。基体模量和界面强度共同影响环氧板材料的失效模式。因而,若想得到理想的失效模式,必须选择适当的基体模量和界面强度。


不同类型的环氧板材料有不同的强韧机制:对于聚合物基环氧板材料和金属基环氧板材料,环氧板的目的主要是增强,可通过混,合法则解拜其增强机制:对于陶瓷基环氧板材料,环氧板的目的主要是增韧,其增韧机制为纤维脱黏和拔出。


本和陶瓷增强相组成,才料的性能影响很大。本章前述结构对金属基环氧板材中都具通过环氧板外加增强体及体积分数,金属基体/陶瓷增强相的界面结构粉末冶金法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌铸造法等传统工艺此工艺方法中增强体与金与金属基体以制备金属基环氧板材料的方法,工艺过程较为复杂。


备或服役过程中发生化学属基体润湿性差;容易造成界面结合不良.或增强体与金福增强体表面已改性、合金元素改性或真空反应,导致金属基环氧板材料的性能下降。虽然过增强较复杂、成本较高。针对这些压力辅助等方法缓解或解决这些问题,但组织控制制较困难、工艺问题,发展了原位自生成法。


原位自生成法是指增强体在金属基环氧板材料的调析出,称为定向凝固法;也可法。原位自生成法中增强体可以以共晶的方式从基体中定向凝固合材料相比,原位自生环氧板材以通过化学反应生成,称为反应自生成法。与传统外加增强体环氧板中增强体与基体相容性好,界面清洁.结合力强,且增强体尺寸体积分数可以通过调整工艺


定向凝固法应用于共晶(偏晶)合金体系,通过控制共晶合金凝固过程中的凝固方向,在基体中定向凝固析出排列整齐的类似纤维的条状或片层状共晶增强体,制备得到金属基环氧板材料。常见的定向凝固法的原理示意图如图12-23所示。定向凝固法一般采用感应线圈加热,当铸型型壳被预热到一定过热温度后浇人过热的合金液,将铸型以一定的速度向下拉出,经过冷却圈时得到一定的温度梯度,形成定向凝固自生共晶环氧板材料,整个过程需要在真空或惰


定向凝固法的关键工艺参数主要有两个:0凝固过程中固/液界面前沿液相中的温度梯,322就界,面的推进选度,即要固速皮通过控制不同的工艺参数,纤维状共品的尺时可在1m虽数百微米之间变化,以及体积分数可在百分之儿至百分之二之间变化。

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