愛華網(wǎng)摘要：本文從環(huán)氧樹脂的特性出發(fā)，分析了以環(huán)氧樹為基體的復(fù)合材料的常用生產(chǎn)技術(shù)，典型產(chǎn)品，并介紹了國內(nèi)外的有關(guān)情況。
一、前言
相比傳統(tǒng)材料，復(fù)合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大戰(zhàn)以來發(fā)展很快。盡管產(chǎn)量小（據(jù)法國Vetrotex公司統(tǒng)計(jì)，全球復(fù)合材料達(dá)700萬噸），但復(fù)合材料的水平已是衡量一個國家或地區(qū)科技、經(jīng)濟(jì)水平的標(biāo)志之一。美、日、西歐水平較高。北美、歐洲的產(chǎn)量分別占全球產(chǎn)量的33%與32%，以中國（含臺灣省）、日本為主的亞洲占30%。中國大陸2003年玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃纖維與樹脂復(fù)合的復(fù)合材料、俗稱“玻璃鋼”）逾100萬噸，已居世界第二位（美國2003年為169萬噸，日本不足70萬噸）。
復(fù)合材料主要由增強(qiáng)材料與基體材料兩大部分組成：
增強(qiáng)材料：在復(fù)合材料中不構(gòu)成連續(xù)相，賦于復(fù)合材料的主要力學(xué)性能，如玻璃鋼中的玻璃纖維，CFRP（碳纖維增強(qiáng)塑料）中的碳纖維就是增強(qiáng)材料。
基體：構(gòu)成復(fù)合材料連續(xù)相的單一材料，如玻璃鋼（GRP）中的樹脂（本文談到的環(huán)氧樹脂）就是基體。
按基體材料不同，復(fù)合材料可分為三大類：
樹脂基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料
無機(jī)非金屬基復(fù)合材料，如陶瓷基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料等。
本文討論環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。
1、為什么采用環(huán)氧樹脂做基體？
·固化收縮率低，僅1%-3%，而不飽和聚酯樹脂卻高達(dá)7%-8%；
·粘結(jié)力強(qiáng)；
·有B階段，有利于生產(chǎn)工藝；
·可低壓固化，揮發(fā)份甚低；
·固化后力學(xué)性能、耐化學(xué)性佳，電絕緣性能良好。
值得指出的是環(huán)氧樹脂耐有機(jī)溶劑、耐堿性能較常用的酚醛與不飽和聚酯樹脂為佳，然耐水性、耐酸性差；固化后一般較脆，韌性較差。
2、環(huán)氧玻璃鋼性能（按ASTM）
以FW（纖維纏繞）法制造的玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的產(chǎn)品為例，將其與鋼比較。
表1 GF/EPR與鋼的性能比較
GF/EPR（玻纖含量80wt%)
AISI1008 冷軋鋼
相對密度
2.08
7.86
拉伸強(qiáng)度
551.6Mpa
331.0MPa
拉伸模量
27.58GPa
206.7GPa
伸長率
1.6%
37.0%
彎曲強(qiáng)度
689.5MPa
彎曲模量
34.48GPa
壓縮強(qiáng)度
310.3MPa
331.0MPa
懸臂梁沖擊強(qiáng)度
2385J/m
燃燒性（UL-94）
V-O
比熱容
535J/kg·k
233J/kg·k
膨脹系數(shù)
4.0×10-6k-1
6.7×10-6k-1
熱變形溫度
204oC(1.82MPa)
熱導(dǎo)率
1.85W/m·k
33.7W/m·k
介電強(qiáng)度
11.8×106V/m
吸水率
0.5%(24h)
表2 幾種常用材料與復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量
材料名稱
密度g/cm3
拉伸強(qiáng)度×104MPa
彈性模量×106MPa
比強(qiáng)度×106cm
比模量×109cm
鋼
7.8
10.10
20.59
0.13
0.27
鋁
2.8
4.61
7.35
0.17
0.26
鈦
4.5
9.41
11.18
0.21
0.25
玻璃鋼
2.0
10.40
3.92
0.53
0.21
碳纖維/環(huán)氧樹脂
1.45
14.71
13.73
0.21
碳纖維/環(huán)氧樹脂
1.6
1049
23.54
1.5
芳綸纖維/環(huán)氧樹脂
1.4
13.73
7.85
0.57
硼纖維/環(huán)氧樹脂
2.1
13.53
20.59
1.0
硼纖維/鋁
2.65
9.81
19.61
0.75
玻璃纖維含量%
Kevlar/環(huán)氧（60）
S-玻璃/環(huán)氧（60）
高強(qiáng)度型碳/環(huán)氧（60）
硼/環(huán)氧（50）
高剛性型碳/環(huán)氧（60）
硼/鋁（50）
積層
鈦
鋼
鋁
圖1 復(fù)合材料的比強(qiáng)度與比剛性
二、纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料成型工藝簡介
1、手糊成型 （hand lay up）
圖2 手糊成型示意圖
（1）概要 依次在模具表面上施加
脫模劑
膠衣
一層粘度為0.3-0.4PaS的中等活性液體熱固性樹脂（須待膠衣凝結(jié)后）
一層纖維增強(qiáng)材料（玻纖、芳綸、碳纖維......），纖維增強(qiáng)材料有表面氈、無捻粗紗布（方格布）等幾種。以手持輥?zhàn)踊蛩⒆邮箻渲n纖維增強(qiáng)材料，并驅(qū)除氣泡，壓實(shí)積層。鋪層操作反復(fù)多次，直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。
樹脂因聚合反應(yīng)，常溫固化。可加熱加速固化。
（2）原材料
樹脂環(huán)氧樹脂
纖維 玻纖、碳纖、芳綸等。雖然厚的芳綸織物難于手工將樹脂浸透，亦可用。
芯材 任意。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）適合少量生產(chǎn)；
2）可室溫成型，設(shè)備投資少，模具折舊費(fèi)低；
3）可制造大型制品和型狀復(fù)雜產(chǎn)品；
4）樹脂和增強(qiáng)材料可自由組合，易進(jìn)行材料設(shè)計(jì)；
5）可采用加強(qiáng)筋局部增強(qiáng)，可嵌入金屬件；
6）可用膠衣層獲得具有自由色彩和光澤的表面（如開模成型則一面不平滑）；
7）玻纖含量較噴射成型高。
無捻粗紗布 50%左右
織物 35%-45%
短切原絲氈 30%-40%
（4）缺點(diǎn)
1）屬于勞動密集型生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量由工人訓(xùn)練程度決定；
2）玻纖含量不可能太高；樹脂需要粘度較低才易手工操作，溶劑量高，力學(xué)與熱性能受限制；
3）手糊用樹脂分子量低；通?？赡茌^分子量高的樹脂有害于人的健康和安全。
（5）典型產(chǎn)品
艦艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、游樂設(shè)備、冷卻塔殼體、建筑模型。
2、樹脂傳遞成型（RTM）
圖3 樹脂傳遞成型示意圖
（1） 概要
RTM是一種閉模低壓成型的方法。
將纖維增強(qiáng)材料置于上下模之間；合模并將模具夾緊；在壓力下注射樹脂；樹脂固化后打開模具，取下產(chǎn)品。
樹脂膠凝過程開始前，必須讓樹脂充滿模腔，壓力促使樹脂快速傳遞到模個內(nèi)，浸漬纖維材料。
RTM是一低壓系統(tǒng)，樹脂注射壓力范圍0.4-0.5MPa,當(dāng)制造高纖維含量（體積比超過50%）的制品，如航空航天用零部件時，壓力甚至達(dá)0.7MPa。
纖維增強(qiáng)材料有時可預(yù)先在一個模具內(nèi)預(yù)成型大致形狀（帶粘結(jié)劑），再在第二個模具內(nèi)注射成型。
為了提高樹脂浸透纖維能力，可選擇真空輔助樹脂傳遞成型（VARTM-vacuum assisted resin transfer molding）。
注意樹脂一經(jīng)將纖維材料浸透，樹脂注口要封閉，以便樹脂固化。注射與固化可在室溫或加熱條件下進(jìn)行。模具可以復(fù)合材料與鋼材料 制作。若采用加熱工藝,宜用鋼模。
（2）原材料
樹脂：一般多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛；當(dāng)加溫時，高溫樹脂如雙馬來酰亞胺樹脂亦可用。
法國 Vetrotex公司開發(fā)了熱塑性樹脂RTM。
纖維：任意。常用玻纖連續(xù)氈、縫編材料（其纖維間的縫隙利于樹脂傳遞）、無捻粗紗布；玻纖與熱塑性塑料的復(fù)合紗及其織物與片材（法國Vetrotex商品名TWINTEX）。
芯材：不用蜂窩，因蜂窩空格全被樹脂填滿，壓力會導(dǎo)致其破壞。可用耐溶劑發(fā)泡材料PU、PP、CLVC等。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）制品纖維含量可較高，未被樹脂浸得部分非常少；
2）閉模成型，生產(chǎn)環(huán)境好；
3）勞動強(qiáng)度低，對工人技術(shù)熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低；
4）制品兩面光，可作有表面膠衣的制品，精度也比較高；
5）成型周期較短；
6）產(chǎn)品可大型化；
7）強(qiáng)度可按設(shè)計(jì)要求具有方向性；
8）可與芯材、嵌件一體成型；
9）相對注射設(shè)備與模具成本較低。
（4）缺點(diǎn)
1）不易制作較小產(chǎn)品；
2）因要承壓，故模具較手糊與噴射工藝用模具要重和復(fù)雜，價位也高一些；
3）能有未被浸漬的材料，導(dǎo)致邊角料浪費(fèi)。
（5）典型產(chǎn)品
小型飛機(jī)與汽車零部件、客車座椅、儀表殼
3、纖維纏繞（FW）
圖4 纖維纏繞示意圖
（1）概要
通常采用直接無捻粗紗作為增強(qiáng)材料。粗紗排列在紗架上。粗紗自紗架上退繞，通過張力系統(tǒng)、樹脂槽、繞絲嘴，由小車帶動其往復(fù)移動并纏繞在回轉(zhuǎn)的芯軸（模）上。纖維纏繞角度與纖維排列密度根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并由芯軸（模）轉(zhuǎn)速與小車往復(fù)速度之比，精確地控制。固化后將纏繞的復(fù)合材料制品脫模。
對某些兩端密閉的產(chǎn)品不用脫模，芯模即包在復(fù)合材料產(chǎn)品內(nèi)，作為內(nèi)襯。
（2）原材料
樹脂：任意。多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛樹脂。
纖維：任意。無捻粗紗、縫編和無紡織物。生產(chǎn)管罐時，常用表面氈、短切原絲作為內(nèi)襯材料。
芯材：可用。雖然復(fù)合材料制品通常是單一殼體，一般不用。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）因?yàn)槔w維逕直以合理的線型鋪設(shè)，承擔(dān)負(fù)荷，故復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)特性可非常高；
2）由于同內(nèi)襯層組合，可制得耐腐蝕、耐壓、耐熱的制品；
3）可制造兩端封閉的制品；
4）鋪放材料快、經(jīng)濟(jì)、用無捻粗紗，材料費(fèi)用低；
5）可采用樹脂計(jì)量，然浸膠后的纖維通過擠膠或口模，控制樹脂含量；
6）可大量生產(chǎn)和自動化；
7）機(jī)械成型，復(fù)合材料材質(zhì)及方向性均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。
（4）缺點(diǎn)
1）制品形狀限于圓柱形或其它回轉(zhuǎn)體；
2）纖維不易沿制品長度方向精確排列；
3）對于大型制品，芯模成本高；
4）成品外表不是“模制”的，不盡如人意；
5）對于承受壓力的制品，如選擇樹脂不合適或無內(nèi)襯，就易發(fā)生滲漏。
（5）典型產(chǎn)品
管道、貯罐、氣瓶（消防呼吸氣瓶、壓縮天然氣瓶等）、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體。
4、RIM(Reaction Injection Molding一反應(yīng)注射成型)
圖5 RIM示意圖
（1）概要
將兩種或兩種以上的組分在混合區(qū)低壓（0.5MPa）混合后，即在低壓（0.5-1.5MPa）下注射到閉模中反應(yīng)成型，此即為工藝過程。若組分一為多元醇，一為異氰酸酯，則反應(yīng)生成聚氨酯 。為增加強(qiáng)度，可直接在一種組分內(nèi)行加入磨碎玻纖原絲和（或）填料。弈可采用長纖維（如連續(xù)纖維氈、織物、復(fù)合氈、短切原絲等的預(yù)成型物等）增強(qiáng)，在注射前，將長纖維增強(qiáng)材料預(yù)先置模具內(nèi)。用此法可得到高力學(xué)性能的制品。這種工藝稱為SRIM（Structural Reaction Injection Molding-結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型）。
（2）原材料
樹脂：常用聚氨酯體系或聚氨酯/脲混合體系；亦可采用環(huán)氧、尼龍、聚酯等基本；
纖維：常用長0.2-0.4mm的磨碎玻璃纖維；
芯材：不用。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1)制造成本比熱塑性塑料注射工藝低；
2)可制造大尺寸、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品；
3）固化快，適于快速生產(chǎn)。
（4）缺點(diǎn)
采用磨碎玻璃纖維增強(qiáng)原料費(fèi)用高，薦用礦物復(fù)合填料取代之。
（5）主要產(chǎn)品
汽車儀表盤、保險(xiǎn)杠、建筑門、窗、桌、沙發(fā)、電絕緣件。
5、拉擠成型 （Pultrusion）
(1)概要
主要采用玻璃纖維無捻粗紗（使用前預(yù)先放置在紗架上），它提供縱向（沿生產(chǎn)線方向）增強(qiáng)。
其它類型的增強(qiáng)材料有連續(xù)原絲氈、織物等。它們補(bǔ)充橫向增強(qiáng)，表面氈則用于提高成品表面質(zhì)量。樹脂中可加入填料，改進(jìn)型材性能（如阻燃），并可降低成本。
拉擠成型的程序是
1）使玻璃纖維增強(qiáng)材料浸漬樹脂；
2）玻璃纖維預(yù)成型后進(jìn)入加熱模具內(nèi)，進(jìn)一步浸漬（擠膠）、基體樹脂固化、復(fù)合材料定型；
3）將型材按要求長度切斷。
現(xiàn)在已有變截面的、長度方向呈弧型的拉擠制品成型技術(shù)。
拉擠成型將增強(qiáng)材料浸漬樹脂有兩種方式：
膠槽浸漬法（圖6）：通常采用此法，即將增強(qiáng)材料通過樹脂槽浸膠，然后進(jìn)入模具。此法設(shè)備便宜作業(yè)性好，適于不飽和聚酯樹脂，乙烯基酯樹脂。
注入浸漬法（圖7）：玻纖增強(qiáng)材料進(jìn)入模具后，被注入模具內(nèi)的樹脂所浸漬。此法適于凝膠時間短、粘度高、生產(chǎn)附產(chǎn)物的樹脂基體，如酚醛、環(huán)氧、雙馬來酰亞胺樹脂。
圖6 膠槽浸漬法
圖7 注入浸漬法
（2）原材料
樹脂：常用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂；
纖維：拉擠用玻璃纖維無捻粗紗、連續(xù)原絲氈、縫編氈、縫編復(fù)合氈、織物、玻纖表面氈、聚酯纖維表面氈等；
芯材：一般不用，現(xiàn)有以現(xiàn)場PU發(fā)泡材料為芯材，外為連續(xù)拉擠框型型材，作為保溫墻板的。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）典型拉擠速度0.5-2m/min，效率較高，適于大批量生產(chǎn)，制造長尺寸制品；
2）樹脂含量可精確控制；
3）由于纖維呈縱向，且體積比可較高（40%-80%），因而型材軸向結(jié)構(gòu)特性可非常好；
4）主要用無捻粗紗增強(qiáng)，原材料成本低，多種增強(qiáng)材料組合使用，可調(diào)節(jié)制品力學(xué)性能；
5）制品質(zhì)量穩(wěn)定，外觀平滑。
（4）缺點(diǎn)
1）模具費(fèi)用較高；
2）一般限于生產(chǎn)恒定橫截面的制品。
（5）典型產(chǎn)品
建筑屋頂橫梁、椽子、門窗框架型材、墻板、石油開采抽油桿、鋼筋、錨桿、帳篷竿、梯子、橋梁、工具把、手機(jī)微波站罩殼、汽車板簧、傳動軸、電纜管、光纖光纜芯、釣魚竿、隔柵、汽車空調(diào)器罩、地鐵第三軌保護(hù)罩。
6、真空袋法法成型（Vacuum bag process）
圖8 真空袋法成示意圖
（1）概要
此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積層在樹脂的A階段與模具在一 起，在積層上覆以橡膠袋，周邊密封，在后用真空泵抽真空，使積層受到不大于1個氣壓的壓力，而被壓實(shí)、固化、成型。
（2）原材料
樹脂：主要采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。不飽和聚酯樹脂與乙烯基酯樹脂則因真空泵將樹脂中的苯乙烯（交聯(lián)劑）過度抽出，可能會造成問題，故一般不用；
纖維：同手糊法；
芯材：任意。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）采用普通的濕法鋪層技術(shù)，通常可獲得高纖維含量的制品；
2）可制造大尺寸產(chǎn)品；
3）產(chǎn)品兩面光；
4）較濕法鋪層浸膠孔隙率低；
5）由于壓力，樹脂流經(jīng)結(jié)構(gòu)纖維，纖維得以較好地浸漬樹脂；
6）有利于操作人員健康和安全；真空袋減少了固化時逸出的揮發(fā)性物質(zhì)。
（4）缺點(diǎn)
1）額外的工藝過程增加了勞動力和袋材成本；
2）要求操作人員有較高的技術(shù)熟練水平；
3）樹脂混合和含量控制基本上仍然取決于操作人員的技術(shù)；
4）生產(chǎn)效率不高。
（5）典型產(chǎn)品
艇、賽車、芯材粘結(jié)、飛機(jī)鼻錐雷達(dá)罩、機(jī)翼、方向舵。
7、樹脂膜熔浸成型（RFI-Resin Film Infusion）
圖9 樹脂膜熔浸成型示意圖
（1）概 要
將干織物與樹脂片（樹脂片系放在一層脫模紙上提供）交替鋪放在模具內(nèi)。鋪層被真空袋包覆，藉真空泵抽真空，將干織物內(nèi)空氣抽出。然后加熱，令樹脂熔化并流浸已抽出空氣的織物，然后經(jīng)過一事實(shí)上時間即固化。
（2）原材料
樹脂：一般僅用環(huán)氧樹脂；
纖維：任意；
芯材：許多種芯材都可以使用，由于工藝過程中溫度高，對PVC泡沫需要專門處理，以免泡沫損壞。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）空隙率低，可精確獲得高的纖維含量；
2）鋪層清潔，有利于健康和安全（似預(yù)浸）；
3）可較預(yù)浸法成本低，此為主要的優(yōu)點(diǎn)；
4）由于樹脂僅能過織物厚度方向傳遞，故樹脂未浸到白斑區(qū)可較SCRIMP（西曼復(fù)合材料公司樹脂參入成型法—Seeman Composite Resin Infusion Molding Process）少。
（4）缺點(diǎn)
1）目前僅用于宇航工業(yè)，還未推廣；
2）雖然宇航工業(yè)用高壓釜系統(tǒng)產(chǎn)非總是需要，但加熱室和真空袋系統(tǒng)對于復(fù)合材料固化，總是不可少的；
3）模具要求能經(jīng)受樹脂膜片的工藝溫度（低溫固化即需60-100oC）；
4）要求所用芯材能經(jīng)受工藝溫度和壓力；
（5）典型產(chǎn)品
飛機(jī)雷達(dá)罩、艦艇聲納整流罩。
8、預(yù)浸料（高壓釜）成型
圖10 預(yù)浸料高壓釜法示意圖
（1）概要
預(yù)先在加熱、加壓或使用溶劑的條件下，將織物和（或）纖維預(yù)先用預(yù)催化樹脂預(yù)浸漬。固化劑大多能在環(huán)境溫度下，讓預(yù)浸材料貯存幾周或幾個月，仍能保質(zhì)使用。當(dāng)要延長保持期，材料須在冷凍條件下貯存。樹脂通常在環(huán)境溫度下呈臨界固態(tài)。故觸摸預(yù)浸材料時有輕微的黏附感，象膠帶似的。制作單向預(yù)浸漬材料的纖維直接由紗架下來，與樹脂結(jié)合。預(yù)浸漬材料用手或機(jī)械鋪于模具表面，通過真空袋抽真空，并通常加熱到120-180oC。使樹脂重新流動，并最終固化。盛開附加壓力通常藉助高壓釜（實(shí)際上是一座壓力加熱罐）提供，它能對鋪層施加達(dá)5個大氣壓的壓力。
（2）原材料
樹脂：通常用環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂及高溫樹脂，如聚酰亞胺、氰酸酯、雙馬來酰亞胺樹脂等；
纖維：任意。雖然由于在工藝過程中，高溫分對芯材有些影響，需要采用某些專門的泡沫芯材。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）預(yù)浸材料制造人員可精確地調(diào)整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖維含量。
2）材料于操作人員十分安全，無礙健康，操作清潔；
3）單向帶纖維成本最低，因?yàn)槲沩殞⒗w維預(yù)先轉(zhuǎn)為織物的二次加工過程；
4）由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂，樹脂化學(xué)性能力學(xué)和熱性能可以是最適宜的；
5）材料有效時間長（室溫下可保質(zhì)數(shù)月），這意味著可優(yōu)化結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料易鋪層；
6）可能實(shí)現(xiàn)自動化和節(jié)省勞動力。
（4）缺點(diǎn)
1）對于預(yù)浸織物，材料成本高；
2）通常要對高壓釜固化復(fù)合材料制品，耗費(fèi)大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；
3）模具需能承受作業(yè)溫度；
4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。
（5）典型產(chǎn)品
飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（如機(jī)翼和尾翼）、衛(wèi)星與運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)件（太陽能電池基板、夾層結(jié)構(gòu)板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車、運(yùn)動器材（如網(wǎng)球拍、滑雪板等）。
9、低溫 固化預(yù)浸料成型
圖11 低溫固化預(yù)浸料成型示意圖
（2）原材料
樹脂：通常用環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂及高溫樹脂，如聚酰亞胺、氰酸酯、雙馬來酰亞胺樹脂等；
纖維：任意。雖然由于在工藝過程中，高溫分對芯材有些影響，需要采用某些專門的泡沫芯材。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）預(yù)浸材料制造人員可精確地調(diào)整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量；可以可靠地得到高纖維含量。
2）材料于操作人員十分安全，無礙健康，操作清潔；
3）單向帶纖維成本最低，因?yàn)槲沩殞⒗w維預(yù)先轉(zhuǎn)為織物的二次加工過程；
4）由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂，樹脂化學(xué)性能力學(xué)和熱性能可以是最適宜的；
5）材料有效時間長（室溫下可保質(zhì)數(shù)月），這意味著可優(yōu)化結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料易鋪層；
6）可能實(shí)現(xiàn)自動化和節(jié)省勞動力。
（4）缺點(diǎn)
1）對于預(yù)浸織物，材料成本高；
2）通常要對高壓釜固化復(fù)合材料制品，耗費(fèi)大、作業(yè)慢、制品尺寸受限制；
3）模具需能承受作業(yè)溫度；
4）芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力。
（5）典型產(chǎn)品
飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（如機(jī)翼和尾翼）、衛(wèi)星與運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)件（太陽能電池基板、夾層結(jié)構(gòu)板、衛(wèi)星接口支架、火箭整流罩等）、賽車、運(yùn)動器材（如網(wǎng)球拍、滑雪板等）。
9、低溫 固化預(yù)浸料成型
圖11 低溫固化預(yù)浸料成型示意圖
（1）概要
低溫固化預(yù)浸料完全按通常的預(yù)浸料方法制備，但樹脂的化學(xué)性質(zhì)使其得以在60-100oC溫度下固化。在60oC時，材料可操作保持期可小到限于1個星期，但亦可延長到幾個月。樹脂系統(tǒng)的流動截面適于采用真空袋壓力，避免采用高壓釜。
（2）材料
樹脂：一般僅采用環(huán)氧樹脂；
纖維：任意，同通常的預(yù)浸料；
芯材：任意，雖然一般 的PVC泡沫需要特別注意。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）具有傳統(tǒng)預(yù)浸料法所具備的的一些條優(yōu)點(diǎn)；
2）模具材料較便宜，如木材亦可用，因其固化溫度較低故；
3）可容易地制造大型結(jié)構(gòu)。因?yàn)閮H需真空袋壓力；固化溫度低，可采用簡單的熱空氣循環(huán)加熱室（經(jīng)常就地建造大于制品的加熱室 ）
；
4）可采用普通的PVC泡沫芯材，略作處理即可；
5）能耗低。
（4）缺點(diǎn)
1）材料成本仍高于預(yù)浸織物；
2）需加熱室和真空袋系統(tǒng)，以固化制品；
3）模具需能經(jīng)受高于環(huán)境溫度的溫度（常用60-100oC）；
4）仍有能耗，因需高于環(huán)境溫度固化。
（5）典型產(chǎn)品
高性能風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、賽艇、救生艇、火車用零部件。
10、SCRIMP,RIFT,VARTM
圖12 SCRIMP,RIFT,VARTM示意圖
（1）概要
SCRIMP（Seeman Composite Infusion Molding Process—西曼復(fù)合材料公司樹脂滲透成型法）,RIFT（Resin Infusion umder Flexibe Tooling—柔性模具樹脂滲透法） ,VARTM（Vscuum Assisted Transfer Molding—真空輔助樹脂傳遞成型）這三種工藝原理相似。
將織物作為干鋪層材料入模內(nèi)，如同RTM。然后覆以剝離保護(hù)層和縫編非結(jié)構(gòu)織物。整個鋪層用真空袋覆罩好。袋無滲漏后，讓樹脂流到積層。樹脂很容易流經(jīng)非結(jié)構(gòu)織物而在整個鋪層分布。SCRIMP法在真空袋與鋪層之間可置加壓模塊，利于提高制作表觀與結(jié)構(gòu)密實(shí)度。
（2）材料
樹脂：常用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯和乙烯基酯樹脂；
纖維：任意種類普通織物。這些工藝方法縫編材料很好用，因其間隙使得樹脂快速流動；
芯材：除蜂窩外，各種芯材均可用。
（3）優(yōu)點(diǎn)
1）同RTM，但制品僅一面光，不似RTM兩面光；
2）由于模具一半是真空袋，主模具僅需較低強(qiáng)度，故模具成本甚低；
3）可制造大尺寸產(chǎn)品；
4）通常的濕法鋪層工具可改進(jìn)以用于這些成型法；
5）一次作業(yè)即可生產(chǎn)芯材結(jié)構(gòu)。
（4）缺點(diǎn)
1）要完成好相對復(fù)雜的操作過程；
2）樹脂粘度必須非常低，限制了制品的力學(xué)性能；
3）存在鋪層未浸到樹脂，而造成的廢品浪費(fèi)的可能性；
4） SCRIMP的一些工藝要素已被專利所限。
（5）典型產(chǎn)品
小艇半成品、列車和卡車車身面板。
三、環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用
環(huán)氧樹脂是先進(jìn)復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的樹脂體系，它可適用于多種成型工藝，可配制成不同配方，可調(diào)節(jié)粘度范圍大；以便適應(yīng)于不同的生產(chǎn)工藝。它的貯存壽命長，固化時不釋出揮發(fā)物，固化收縮率低，固化后的制品具有極佳的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐熱、耐濕性能和高的絕緣性，因此，目前環(huán)氧樹脂“統(tǒng)治”著高性能復(fù)合材料的市場。
（一）環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在航空工業(yè)中應(yīng)用
40年代初，電子工業(yè)的需要，尋找一種適宜的材料，做防護(hù)軍用飛行器的雷達(dá)天線，特別是防護(hù)戰(zhàn)斗機(jī)及轟炸機(jī)上的雷達(dá)天線。采用雷達(dá)罩是用來防護(hù)氣候?qū)茈娮觾x器的影響。玻璃鋼具有優(yōu)良的透雷達(dá)波性能，足夠的機(jī)械強(qiáng)度和簡便的成型工藝，使它成為理想的雷達(dá)罩材料。這是歷史上第一次采用玻璃鋼制造雷達(dá)罩，同時又大大地促進(jìn)了玻璃鋼材料的研究。
60年代玻璃鋼技術(shù)在直升機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用有所突破，如西德M．B．B．公司研制玻璃鋼旋翼槳葉，逐步取代金屬鋁蒙皮／鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的金屬槳葉。但由于玻璃鋼的模量低，不能制造高強(qiáng)度的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。
70年代初，隨著硼纖維、碳纖維、芳綸纖維等相繼出現(xiàn)，這些高級增強(qiáng)纖維的比剛度、比強(qiáng)度、耐疲勞性能等優(yōu)于金屬材料，由它們來增強(qiáng)環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料，已在飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)件（主受力件）上得到應(yīng)用。
近10多年來，考慮到這些高級增強(qiáng)纖維的價格都比較高，為了更合理的用材，大力開發(fā)混雜復(fù)合材料（Hybrid Composites）的研究。
以復(fù)合材料在飛機(jī)發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用為代表。美國兩家噴氣發(fā)動機(jī)制造廠：通用電器—飛機(jī)發(fā)動機(jī)事業(yè)集團(tuán)公司（GE—AEBG）和普惠公司，以及其它一些二次承包公司，都在用高性能復(fù)合材料取代金屬制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)零部件。如發(fā)動機(jī)艙系統(tǒng)的許多部緊推力反向器、風(fēng)扇罩、風(fēng)扇出風(fēng)道導(dǎo)流片等都用復(fù)合材料制造。如發(fā)動機(jī)進(jìn)口氣罩的外殼是由美國聚合物公司的碳纖維環(huán)氧樹脂預(yù)混料（E707A）疊鋪而成，它具有耐177℃高溫的熱氧化穩(wěn)定性科殼表面光滑如鏡面，有利于形成層流。又如FW 4 0O0型發(fā)動機(jī)有8 0個149℃的高溫空氣噴口導(dǎo)流片也是用碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料制造的。
在316℃這一極限溫度以下的環(huán)境中，復(fù)合材料不僅性能優(yōu)于金屬，而且經(jīng)濟(jì)效益高。據(jù)波音公司估算，噴氣客機(jī)重量每減輕一磅，是飛機(jī)在整個使用期限內(nèi)可節(jié)省 100 0美元。據(jù)法布萊特公司估算，美國第年約有100萬磅復(fù)合材料用于制造噴氣飛機(jī)發(fā)動機(jī)零件，銷售額高達(dá)5000萬美元。
目前環(huán)氧樹脂的連續(xù)使用溫度最高約在280℃以下，近來DOW化學(xué)公司的一種多功能團(tuán)環(huán)氧樹脂Tactlx742，用二氨基二苯砜固化劑；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動機(jī)零件。用二氨基二苯砜固化劑；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動機(jī)零件。
（二）環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在航天工業(yè)中的應(yīng)用
宇航技術(shù)對結(jié)構(gòu)材料高比模量、高比強(qiáng)度的要求，特別嚴(yán)格，使先進(jìn)復(fù)合材料成為宇航技術(shù)必需的材料。作為結(jié)構(gòu)材料的基作樹脂基本上都采用環(huán)氧樹脂。其主要的應(yīng)用范圍如下：
1、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體
在50年代末，采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體取代鋼殼，使結(jié)構(gòu)減輕50％一60％。后來，“三叉戟1”、 M X的三級發(fā)動機(jī)殼體全部采用芳綸／環(huán)氧樹脂體系，重量又比玻璃鋼的同尺寸殼體減輕50％。
阿里亞娜運(yùn)載火箭許多結(jié)構(gòu)件均用碳纖維／環(huán)氧樹脂制造。
2．戰(zhàn)略導(dǎo)彈上的應(yīng)用
美國早已采用纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料作彈頭結(jié)構(gòu)殼體、儀器艙、級間段等50多個分系統(tǒng)部件。據(jù) 洛克希德導(dǎo)彈與宇航公司稱用碳纖維／環(huán)氧樹脂制造的機(jī)構(gòu)取代鋁結(jié)構(gòu)，可使結(jié)構(gòu)減輕40％。
3、衛(wèi)星和宇航器上的結(jié)構(gòu)應(yīng)用
衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的輕型化對衛(wèi)星功能及運(yùn)載火箭的要求至關(guān)重要，所以對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的重量要求很嚴(yán)。國際通訊衛(wèi)星VA中心推力筒用碳纖維復(fù)合材料取代鋁后減重23kg(約占3O％),可使有效載荷艙增加 450條電話線路，僅此一項(xiàng)盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用。美、歐衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量不到總重的10％，其原因就是廣泛使用了先進(jìn)復(fù)合材料。。
4．航天飛機(jī)上的應(yīng)用
美國航天飛機(jī)上使用的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料總重約2噸，采用先進(jìn)復(fù)合材料后減重410kg，而且明顯減少了飛行過程中因復(fù)雜的溫度環(huán)境引起的變形。航天飛機(jī)進(jìn)入軌道后，用機(jī)械手投放和回收衛(wèi)星，機(jī)械手上臂、前臂是用超高模量石墨纖維 GY— 7 0增強(qiáng)環(huán)氧制成的。
總之，復(fù)合材料已成為宇航工業(yè)中不可缺少的關(guān)鍵材料。
（三）環(huán)氧復(fù)合材料在民用工業(yè)中的應(yīng)用
凡是對機(jī)械強(qiáng)度要求高的增強(qiáng)塑料制品基本上采用環(huán)氧樹脂作為基體。
1、玻璃鋼的壓力容 器和管道
我國北京、西安、重慶、自貢已生產(chǎn)汽車用壓縮天然氣（CNG）瓶，北京已成為現(xiàn)在世界上使用CNG公交車最多的城市。
國內(nèi)已經(jīng)有4家企業(yè)生產(chǎn)纖維纏繞環(huán)氧玻璃鋼高壓管。對直徑100mm以下的管道工作壓力達(dá)25Mpa。值得注意的是這種管無須內(nèi)襯層！
60年代國內(nèi)鋼瓶十分緊張，采用纖維纏繞成型制造玻璃鋼氣瓶相當(dāng)活躍，曾制定過部頒標(biāo)準(zhǔn)FC194-74，90R年修改后制定ZBQ23004一90。 玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器，以634環(huán)氧樹脂和616酚醛樹脂體系為基體，使用環(huán)氧樹脂一二甲基咪唑體系，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹脂體系，用此配方制成水研用的壓力容器。迄今北京251環(huán)氧樹脂一二甲基咪唑體系，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹脂體系，用此配方制成水研用的壓力容器。迄今北京251廠已生產(chǎn)各種氣瓶10萬只，北京天海公司2004年生產(chǎn)CNG氣瓶2.6萬只，月產(chǎn)曾達(dá)3000只。
2、玻璃鋼電機(jī)護(hù)環(huán)、套環(huán)等
護(hù)環(huán)套裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端，保護(hù)轉(zhuǎn)子線圈的端部，防止在高速旋轉(zhuǎn)時，受離心力作用。它是發(fā)電機(jī)受力最大的部件之一，對強(qiáng)度和模量要求比較高，采用輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料可以取代無鎳反磁合金鋼。早在上世紀(jì)60年代末國內(nèi)先后生產(chǎn)1.25W千瓦和2.5萬千瓦兩種發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)。后者由北京重型電機(jī)廠、杭州玻璃鋼化工設(shè)備廠和上海材料研究所等單位合作，選用高強(qiáng)度（S）玻璃纖維和高模量（M）玻璃纖維進(jìn)行纏繞，用62O7（脂環(huán)族）環(huán)氧樹脂一酸酐體系樹脂配方和 AFG— 9 0環(huán)氧樹脂（縮水甘油胺型）—— HK—0 21酸酐體系作為基體，使用多年情況良好。
玻璃鋼套環(huán) 3 0 00千瓦以下的在杭州玻璃鋼化工設(shè)備廠生產(chǎn)，已在北京重型電機(jī)廠安裝出廠30年，屬于定型產(chǎn)品。
此外，發(fā)電機(jī)定子線圈端部支撐環(huán)，裝在定子線圈的鼻端，承受最大載荷是發(fā)電機(jī)發(fā)生短路的瞬間，亦采用玻璃鋼制造，稱為玻璃鋼綁環(huán)。這種綁環(huán)安裝在10萬千瓦的氣輪發(fā)電機(jī)上，已使用30余年。在國內(nèi)最大的60萬千瓦發(fā)電機(jī)用的玻璃鋼錐殼（其作用類似于支撐環(huán)）已用了20多年。
玻璃鋼絕緣子，有待于進(jìn)一步開發(fā)研究。絕緣子的作用是把帶電線路或帶電零部件之間隔開，既要求絕緣又要求高強(qiáng)度，電絕緣和耐腐（室外用），采用玻璃鋼很適用。國外在露天的22萬伏輸電桿上的絕緣于已采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼成批生產(chǎn)。
3、防腐蝕制品
通常不飽和聚酯樹脂玻璃鋼的力學(xué)性能在45℃以上強(qiáng)度就會明顯下降，同時不飽和聚酯樹脂耐堿性較差。如果在防腐蝕制品中要求強(qiáng)度高，耐溫性好等則建議選用環(huán)氧玻璃鋼。如上海市上鋼二廠，在生產(chǎn)硫酸鐵過程中，反應(yīng)槽需要連續(xù)在120℃使用，選用環(huán)氧玻璃鋼取得了很滿意的效果。
4、玻璃鋼模具
（1）玻璃鋼鑄造模具
用玻璃鋼制成的鑄造模具，比木模、鋁模的效果好的多，使用壽命長，通常在萬次以上，價格也比較便宜。
（2）玻璃鋼制品模具
采用噴射成型、樹脂傳遞模塑（ RTM）成型所需的制品模具，通常都用不飽和聚酯玻璃鋼模具。筆者建議采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼模具更好，具有模具強(qiáng)度高、使用壽命長、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片 我國目前已做到長23m，國外已經(jīng)超過50m。6、碳纖維補(bǔ)強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)
6、運(yùn)動器材
高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、壁球拍、滑雪板、漁具、自行車架等。
四、我國環(huán)氧樹脂市場分析
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年中國大陸環(huán)氧樹脂產(chǎn)量25萬噸，比上年增長25%；進(jìn)口19.88萬噸，比上年增長23%；出口3.558萬噸，比上年增長81%，表現(xiàn)消費(fèi)量41.322萬噸，比上年增長21%。
2004市場比例為：
涂料
45%
電子電器
36%
復(fù)合材料
5%
粘結(jié)劑
-7%
其它（交聯(lián)劑等）
-7%
2003年我國大陸生產(chǎn)高壓玻璃鋼環(huán)氧管3000噸，約用環(huán)氧樹脂1300噸。建筑結(jié)構(gòu)采用CF（碳纖維）補(bǔ)強(qiáng)用環(huán)氧樹脂5 00噸。
絕緣棒管生產(chǎn)2000噸，用環(huán)氧樹脂1000噸。
2003年生產(chǎn)環(huán)氧玻璃鋼2萬噸，采用環(huán)氧樹脂9000余噸。
2003年生產(chǎn)玻璃纖維基覆銅板14萬噸，采用環(huán)氧樹脂6.15萬噸。2004年可增長3O％以上。所用環(huán)氧樹脂將達(dá)8萬噸。
2003年用于生產(chǎn)乙烯基酯樹脂（VER）采用環(huán)氧樹脂2900噸。
國產(chǎn)樹脂的質(zhì)量穩(wěn)定性有待于進(jìn)一步提高，因而國內(nèi)一些復(fù)合材料廠家在生產(chǎn)要求性能較高的產(chǎn)品（如絕緣棒、絕緣管）時，常采用陶氏（DOW），殼牌（Shell）、巴克立特（Bakelite)等國外公司的產(chǎn)品。
繼美國陶氏化學(xué)在江蘇省張家港市建設(shè)一年產(chǎn)能4．1萬噸環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廠后并擬建一年產(chǎn)能 4萬噸的廠；韓國國都化學(xué)正在昆山建一年產(chǎn) 2萬噸的環(huán)氧樹脂廠，并擬再建一年產(chǎn)2萬噸環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)線。
臺塑子公司宏仁集團(tuán)引進(jìn)日本東都化成技術(shù)在廣州興建了年產(chǎn)能2.3萬噸的環(huán)氧樹脂廠。日本鋼鐵化學(xué)公司子公司Tohto Kasei公司轉(zhuǎn)讓技術(shù)給黑龍江省齊華化學(xué)公司建一年產(chǎn)能2萬噸的環(huán)氧樹脂廠。
值得補(bǔ)充的是，環(huán)氧樹脂還可用于文物保護(hù)。在長江三峽的國家級重點(diǎn)文物重慶市云陽縣張飛廟（張桓侯廟）整體搬遷過程中，大量殘損磚石是以環(huán)氧樹脂粘結(jié)修補(bǔ)或灌注成型定型 ，使這座始建于三國蜀漢末年（距今 1780年）的古建筑得以回復(fù)留存。
