玻璃纤维增强树脂基复合材料.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划玻璃纤维增强树脂基复合材料　　综合实验研究　　玻璃纤维增强环氧树脂基　　复合材料的制备　　院系：航空航天工程学部专业：高分子材料与工程专业指导教师：于祺学生姓名：王娜　　目录　　第1章概述　　玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的研究现状　　本次试验的目的及方法　　第2章手糊法制备玻纤/环氧树脂复合材料　　实验原料　　环氧树脂　　玻璃纤维咪唑固化剂活性稀释剂手糊成型简介实验部分实验仪器实验步骤　　第3章力学性能测试　　剪切强度弯曲强度实验数据的分析　　浸胶的用量及均匀度固化时间与温度的影响活性稀释剂的用量　　第4章结论与展望　　结论与展望　　参考文献　　第1章概述　　玻璃纤维增强环氧树脂复材的研究现状　　EP/玻璃纤维(GF)复合材料是目前研究比较成熟、应用最广的一种复合材料EP/GF复合材料具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、工艺性好、加工成型简便、生产效率高等特点,并具有材料可设计性及特殊的功能性如屏蔽电磁波、消音等特点,现已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法代替的重要材料。

且复合材料的研究水平已成为一个国家或地区科技经济水平的标准之一目前美，日，西欧的水平较高，北美，欧洲，日本的产量分别占33%，32%，30%毋庸置疑，EP/玻璃纤维(GF)复合材料的质量轻，高强度等优于金属的特性，会在某些领域更广泛的使用，目前复材的粘接性能与力学性能成为主要的研究方面目前主要的成型方法有手糊成型，缠绕成型，热压管成型，RTM成型，拉挤成型本次试验的目的及方法　　实验由学生自行设计采用一种固化体系，用手糊成型方法制备EP/玻璃纤维(GF)复合材料，再测量材料的力学性能如，弯曲，剪切目的在于　　1，了解材料科学实验所涉及到的设备的基本使用2，掌握环氧树脂固化体系的配置及设计　　3，对手糊成型操作了解，及查找文献完成论文的能力　　就此要求我们第2组采用环氧树脂E-44，20cm×20cm的玻璃纤维布15张，用咪唑固化剂并加入稀释剂防止体系过粘通过查阅相关文献，确定咪唑固化环氧树脂的最佳固化条件：60℃/2h+80℃/2h，制备了玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，之后将制备的样品进行力学性能测试，其层间剪切强度为，弯曲强度为　　第2章手糊法制备玻纤/环氧树脂复合材料　　实验原料环氧树脂　　环氧树脂是含有两个或两个以上的环氧基，并在适当的试剂的作用下能够交联成网络结构的一类聚合物。

它是一类具有良好粘接、耐腐蚀、电气绝缘、高强度等性能的热固性高分子合成材料其中，双酚A缩水甘油醚型环氧树脂的原材料来源方便、成本低，所以在环氧树脂中它的应用最广，产量最大，约占环氧树脂总量的85%以上[9]其化学结构如下：　　3　　H2CH3OCH2CH　　CH2　　HCH2　　OOCH2OH　　n　　O　　从环氧树脂本身的结构分析，其主要特点如下：　　良好的加工性未固化的环氧树脂本身分子间的内聚力小，分子有扩展的倾向，故树脂的流动性好，且易于和固化剂及其他材料如填充剂等混合，因此有良好的加工性　　粘着性强由于树脂中的脂肪族羟基、醚键和环氧基的存在，这些极性基能与含有金属、硅酸盐、活泼氢的材料表面产生较强的分子间作用力或发生反应产生化学键，因此环氧树脂的粘着性很强，有万能胶之称　　可低压成型且收缩率小环氧树脂通常在固化时没有低分子副产物产生，所以不会产生气泡，可以低压成型，而且收缩率小，它的热膨胀系数也很小，环氧树脂是热固性树脂中收缩率最小的一种，在100℃固化时收缩率为%，在200℃固化时为%　　化学稳定性好环氧树脂分子结构中无酚性羟基，又无酯键，所以其耐碱性比酚醛树脂和聚酯树脂要好，此外，在固化后的体形结构中有稳定的苯环和醚键，故耐酸性、耐溶剂性以及耐水性也很好，在室温下吸水率在%以下。

　　有较好的力学性能环氧树脂固化以后，在交联点间有一定的距离，中间链除含苯环外还有两个醚键，具有一定的活动性，因而脆性较小，基本属于硬而强韧性的材料，所以具有较高的机械强度另外与酚醛树脂、聚酯树脂比较，环氧树脂也具有较好的介电性能玻璃纤维布　　玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差玻璃纤维布是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成我国生产的玻璃布，分为无碱和中碱两类，国外大多数是E-GLASS无碱玻璃布玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定经纬密度又由纱结构和织纹决定经纬密加上纱结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等有五种基本的织纹：平纹plan(类似方格布)、斜纹twill(一般+-45度)、缎纹statin(类似单向布)、罗纹leno(玻璃纤维网格布主要织法)和席纹matts(类似牛津布)。

其分类：　　1、按成分：主要是中碱、无碱、高碱，当然也还有由其它成分进行的分类，但品种太多，不一一列举2、按制造工艺：坩埚拉丝和池窑拉丝3、按品种：有合股纱、直接纱、喷射纱等　　另外，就是按单纤维直径、TEX数、捻度、浸润剂类型进行区分　　玻璃纤维布的分类与纤维纱的分类是相通的，除了上述以外，还包括：织法、克重、幅度等　　纤维增强树脂基复合材料在武器装备上的应用　　材料的复合化是材料发展的必然趋势之一，近代以来，由于科学技术的迅速发展，对材料性能的要求也在日益提高，单质材料越来越难满足高科技对材料性能的高要求，复合材料由于其优异的性能及其可设计性而得到人们的重视纤维增强树脂基复合材料是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料，这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体经复合而成，因具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、安全破损性好、疲劳寿命高等优点，广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、交通、体育器材、基础建设等许多领域1国外应用概况　　陆军装备　　坦克装甲车辆　　坦克装甲车辆应用树脂基复合材料始于20世纪70年代，为了防护和轻量化需求而用树脂基复合材料制造坦克复合装甲，较早的复合装甲是前苏联T-72主战坦克复合装甲的树脂基复合材料(即玻纤增强酚醛)夹层。

其后，轻质化材料的应用研究逐步由非承力功能构件扩展到次承力和主承力构件上　　(1)车体、炮塔　　坦克装甲车辆上材料用量最多的是装甲材料，采用复合材料制造车体、炮塔是车辆实现减重贡献最大的工作　　1997年美国开展了复合材料装甲车辆—先进技术验证计划(CAV--ATD)，设计制造了一个复合材料装甲车辆底盘验证车获得了30％以上的减重效果，并具有优良的隐身效果　　在取得上述一系列研究成果的基础上，美国轻质材料在车体上的应用研究进入一个新阶段，复合材料样车的研制已纳入到型号研制中，在美国AAAV先进两栖突击车研发过程中，发展的一系列原型车辆包括一辆复合材料样车而为了更好地满足其“快速部署、优势攻击、持续作战”军事战略的需求，提出的“未来战斗系统(FCS)”研究计划中，计划发展的原型车同样也包括了复合材料样车，己初步完成了FCS履带式和轮式两种基型底盘(见图3)设计制造在美军开展CAV计划的同期，英国也开展了其先进复合材料装甲车辆平台——ACAVP研究计划DERA与维克斯、Thornycroft等公司合作于1999年前后向世界推出了欧洲第一辆复合材料战车底盘(见图4)，获得了20%以上的减重效率，并同样具有良好的雷达波与红外隐身效果。

　　(2)装甲车辆负重轮　　美国在70年代曾开展过复合材料负重轮(型号未知)的研究80年代末，美国通用动力地面系统分公司(GDLS)以减轻M1A1主战坦克重量为目的，研制了可与铝负重轮互换的复合材料负重轮，并进行了静态强度和动态台架试验试验结果表明，复合材料负重轮性能良好，比铝负重轮减重19％，可使M1A1主战坦克每车减重181Kg但从目前已有的报道看，M1A2主战坦克并未采用此种负重轮美国在AAAV两栖突击车的研发过程中，还试验了石墨基材料制造的负重轮和金属与复合材料制造的叫负重轮，但未获成功　　(3)装甲车辆扭力轴　　美国M-60陆军坦克的扭力轴采用了碳纤维／环氧树脂复合材料，仅重17kg，而钢制扭力轴重，减重达65％以上美国M1A1坦克采用了碳纤维／环氧　　复合材料制造的扭力轴减重约450kg，是减重最为明显的一个部件但GDLS对制造的扭力轴进行的试验中，端头出现破坏　　火炮　　树脂基复合材料主要用于制造火炮身管、大架、摇架、热护套等部件，来进一步降低火炮质量，以提高火炮的机动性能　　1982年美国陆军采用石墨纤维／环氧复合材料制造了75mm火炮炮管的延伸部分，解决金属炮管的下垂问题，提高射击精度。

1986年，美国又对轻质量复合材料制榴弹炮结构件进行了分析研究，并开展纤维增强复合材料(如石墨／环氧复合材料)制榴弹炮的大架、摇架等构件的试验研究　　西德豹Ⅱ坦克火炮抽气筒采用两段玻璃钢热护套防止火炮身管因受阳光或射击热量而出现身管弯曲，提高首发命中率　　加拿大于1984年缠绕成型全纤维增强复合材料无后座力炮身管，膛线与炮管为整体结构基体树脂为环氧树脂，纤维采用碳纤维，硼纤维等1987年加拿大又以低粘度环氧树脂为基体，以碳纤维束为增强剂，制成了全复合材料炮管，这种炮管能承受炮弹发射时产生的62N/mm2高压和3500℃高温，可发射30发弹，而普通方法制的复合材料炮管仅能发射5～10发弹　　英国国防评估与研究局(DERA)正在研究的未来轻型机动炮兵武器系统　　(LIMAWS)技术其基本研究内容包括采用39倍口径轻型复合材料身管和软后坐系统，复合材料身管外套采用标准模式碳纤维复合材料(CFRP)，已经研制出30mm/120mm复合身管通过将39倍口径155mm常规火炮身管壁厚减薄60％，增加复合材料外层，身管重量可减轻40％　　总之，由玻璃纤维或碳纤维增强的复合材料与金属或陶瓷复合制造火炮身管或枪炮构架在国外尚处于研究状态。

但是随着火炮轻量化的要求日益迫切，其应用研究将会加快　　弹箭武器　　树脂基复合材料20世纪40年代开始在弹箭上的应用研究，主要包括轻质化结构材料和热防护材料法国的Apilas单兵火箭发射筒由芳纶纤维(Kevlar)增强环氧层压复合材料缠绕成型美国“红眼”红外地对空导弹的玻璃纤维增强环氧复合材料发射筒，质量为(包括导弹)，便于单兵携带，可供一次或几次使用美国M72步兵轻型反坦克武器(LAW)发射筒由铝合金内衬缠绕玻璃纤维—环氧树脂制成，质重为2kg　　德国的PAR-67反坦克火箭筒的发射筒也采用玻璃纤维增强树脂基复合材料缠绕铝合金衬管组成瑞典的74mm反坦克火箭发射筒构造和材料地与德国基本相同法国的ACL反坦克武器，发射筒由树脂基复合材料和铝合金制造法国F1式单兵反坦克火箭发射简和发动机壳体、72mmARPAC、MASA型反坦克火箭、68mmARPAC反坦克火箭的发射筒均用玻璃纤维增强树脂基复合材料制成　　轻武器　　目前，轻武器采用树脂基复合材料制造枪托、护木、弹匣和复合枪管等部件　　(1)树脂基复合材料枪托、护木　　美陆军M16(AR-15)型步枪采用织物增强的酚醛复合材料枪托和握把，枪托底部灌入硬质聚氨酯泡沫。