【环氧板】材料的效应

结构环氧板材料的环氧板效应主要是尺寸效应、界面效应、尺度效应和结构效应。缺陷会降低材料强度,材料尺度越小，其缺陷概率越低,这是材料具有尺寸效应的原因。而界面效应、尺度效应和结构效应是不同性质材料的相互作用或耦合,是从力学上理解环氧板材料的基础。其中，界面效应是环氧板材料的典型特征,对环氧板材料的性能起着重要的作用,但对很多环氧板材料界面的结合机理尚未有统一的认识。尺度效应是不同尺度的材料相互耦合,不同尺度的材料起到不同的作用，从而环氧板材料有优异的性能。结构效应是由不同结构设计产生的系统综合效应。

环氧板材料的界面相容性是指在制备、加工和使用过程中，环氧板材料各组元之间的相互配合 程度。这主要包括两大部分一物 理相容性和化学相容性。前者主要是指在应力作用下和温度变化时，材料性能和材料参数之间的关系。这又可以分为力学相容性和热物理相容性。力学相容性主要是指环氧板材料基体应有足够的强度和韧性,可以将外部载荷均匀地传递到增强体上，而不会产生明显的不连续现象。热物理相容性则主要是指基体和增强体在温度变化时相互配合的程度。本章主要介绍物理相容性的热物理相容性问题。环氧板材料的化学相容性相对较为复杂,其中最重要的问题是基体与增强体的化学反应,本章也将对其进行简要介绍。

环氧板材料相容性在环氧板材料设计、制备和服役时都有重要意义。对于金属基和陶瓷基等应用于高温的环氧板材料，在设计和制备时必须考虑增强体和基体可能的热膨胀系数不匹配导致的物理不相容。对于很多金属基环氧板材料，由于金属活性较高,还要考虑基体和增强体的化 学反应。采用不同的工艺方法,可在定程度上控制环氧板材料的物理和化学不相容。 掌握环氧板材料物理、化学相容性产生的原因并对其控制，是环氧板材料设计者应具有的基本素质。

(1)增强材料。增强材料是纤维增强环氧板材料的支撑骨架，它从根本上决定了拉挤制品的性能。拉挤成型工艺对增强材料的主要要求有不产生悬垂现象,纤维张力均匀，成带性好，断头少、不易起毛,浸润性好、树脂浸渍速度快,强度及刚度高等。

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。

(2)树脂基体。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。③I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。④黏结性好，只有树脂基体对增强材料有良好的黏结性才能保证环氧板材料具有良好的力学性能。

随着拉挤工艺的发展和拉挤制品的广泛应用，各公司不断推出了适用于拉挤成型工艺的专用聚脂树脂。专用拉挤聚酯树脂使固化收缩率及制品的表面质量得到了改善.并改善了树脂的适应期和固化速度,提高了拉挤速度。国内外已有大量的拉挤专用树脂供应,因而目前实际使用的不再是通用聚酯树脂而是专用树脂体系。

(3)德化及固化剂。催化剂的作用是引发热固性不包和聚酯树脂、乙烯基配树脂以及丙烯

酸酯树脂等交联固化反应。通常拉挤工艺使用单一组成的催化体系,然而很多拉挤成型研究人员发现使用由低温催化剂和高温催化剂组成的环氧板催化剂效果更好。

在催化剂体系中往往还含有固化剂,固化剂的作用是降低固化温度，加快固化速度,减少催化剂的用量。固化剂的选择将直接影响基体的耐热、力学和耐腐蚀等性能。业

(4)其他添加剂。其他添加剂包括脱模剂、填料、着色剂和阻燃剂等。

脱模剂能起到润滑和脱模的作用，降低在牵引时物料所受的阻力，离模后制品表面完整、光滑。脱模剂按用法可分为外脱模剂和内脱模剂。外脱模剂是将原液按照_定比例稀释后喷到模具型腔内生产,内脱模剂是按照生产原料的百分比添加进去生产。早期的拉挤工艺采用外脱模剂，常用的是硅油等,但外脱模剂用量很大且制品表面质量不理想。为了满足难度较大的拉挤工艺的各项特殊要求,现已多采用内脱模剂。通常使用的内脱模剂应满足以下要求:①能均匀地分散在树脂混合物中,并保证相当温度下不聚集，无明显上浮或下沉;②内脱模剂的加人不影响树脂的使用时间及其固化反应特性,不影响制品的性能;③对人体无毒性,不影响操作人员的身体健康;④内脱模剂能在固化过程中及时迁移到树脂表面。因此，所选择的内脱模剂必须是含有弱极性基团和非极性基团的表面活性剂类物质，弱极性基团部分能使内脱模剂均匀分散在环氧树脂中，而非极性部分则起到良好的润滑作用。

填料的主要目的是降低树脂的成本，同时也能改善材料的某些性能。通常情况下，大多数无机填料可以提高材料的机械强度和硬度，减少固化收缩率，提高自熄性,增加树脂黏度和降低流动性。

着色剂能改善拉挤制品的外观，使制品更加丰富多彩。着色方法有外着色和内着色两种:外着色就是在制品表面上色，内着色是将色料与树脂在成型前混合使用。

某些树脂在分子骨架上就带有具有阻燃功能的官能团,但是很多树脂体系还得依靠外加阻燃剂达到阻燃目的。阻燃剂包括有机卤化物、有机磷化物以及某些无机氧化物(如三氧化二锑)等。

此外,为了改善拉挤工艺性和某些特殊性能还可添加一些特殊的添加剂,例如在为了消除树脂中的气泡、提高制品性能而加人的消泡剂等。

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