聚合物基復(fù)合材料主要有二大類:其一,是橡膠基復(fù)合材料,這類復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù),構(gòu)成了現(xiàn)代橡膠加工工業(yè)的基礎(chǔ)。其二,是樹脂基復(fù)合材料,樹脂是聚合物基復(fù)合材料的主要基體,因此樹脂基復(fù)合材料又可稱為“塑料基復(fù)合材料”。塑料基復(fù)合材料是目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用最為廣泛的一類復(fù)合材料。
(一) 塑料基復(fù)合材料
塑料作為機(jī)械工程材料,其最大優(yōu)點(diǎn)是密度小、耐腐蝕、可塑性好、易于加工成型。但是也存在很多缺點(diǎn),比如強(qiáng)度低、彈性模量低、耐熱性差等。
采用增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料就是改善塑料的好方法。使用最廣泛的是纖維增強(qiáng)塑料。按纖維的性質(zhì)可以把塑料基復(fù)合材料分為:玻璃纖維增強(qiáng)塑料,碳纖維增強(qiáng)塑料,硯纖維增強(qiáng)塑料,碳化硅纖維增強(qiáng)塑料和Kevlar纖維增強(qiáng)塑料。按基體材料可以把塑料基復(fù)合材料分為:熱固性塑料、熱塑性塑料。
1.玻璃纖維增強(qiáng)塑料
以玻璃纖維作為增強(qiáng)相的聚合物基復(fù)合材料在世界范圍內(nèi)已形成了產(chǎn)業(yè),在我國俗稱玻璃鋼。這種材料是用短切的或連續(xù)纖維及其織物增強(qiáng)熱固性或熱塑性樹脂基體,經(jīng)復(fù)合而成。按照塑料的性質(zhì)可以分為:熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼。
(1)熱固性玻璃鋼
由體積分?jǐn)?shù)為60-70%的玻璃纖維與30-40%的熱固性樹脂組成。主要特點(diǎn):密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度超過一般的高強(qiáng)鋼,耐腐蝕、絕緣、絕熱等。但彈性模量低,在300℃以下使用。主要用于制造自重輕的受力構(gòu)件和要求無磁性、絕緣、耐腐蝕的零件。
(2)熱塑性玻璃鋼
由體積分?jǐn)?shù)為 20~40%的玻璃纖維與60~80%的熱塑性樹脂組成。具有高強(qiáng)度和高沖擊韌性,良好的低溫性能及低的熱脹系數(shù)。
2.碳纖維增強(qiáng)塑料
碳纖維增強(qiáng)塑料是由碳纖維與聚脂、酚醛、環(huán)氧、聚四氟乙烯等樹脂組成的復(fù)合材料。它的主要特點(diǎn)是低密度、高強(qiáng)度、高彈性模量、高比強(qiáng)度和比模量優(yōu)良的抗疲勞性能、耐沖擊性能、自潤滑性、減摩耐磨性、耐腐蝕和耐熱性。
但是它同時(shí)具有以下缺點(diǎn):碳纖維和基體結(jié)合強(qiáng)度低,各向異性嚴(yán)重。
目前碳纖維增強(qiáng)塑料由于性能優(yōu)于玻璃鋼,主要用于航天和航空工業(yè)中制作飛機(jī)機(jī)身,螺旋漿,發(fā)電機(jī)的護(hù)環(huán)材料等。
3.Kevlar纖維增強(qiáng)塑料
Kevlar 纖維增強(qiáng)塑料是由 Kevlar 纖維與環(huán)氧、聚乙烯、聚碳酸脂、聚脂等樹脂組成的復(fù)合材料。
最常用的是 Kevlar纖維一環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其抗拉強(qiáng)度高于玻璃鋼,與碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料相近;延性好,與金屬相似;具有優(yōu)良的疲勞抗力和減振性。
Kevlar 纖維增強(qiáng)塑料目前主要用于制作飛機(jī)機(jī)身、雷達(dá)天線罩、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、快艇等。
(二) 橡膠基復(fù)合材料
橡膠具有彈性高,減振性好,熱導(dǎo)率低,絕緣等優(yōu)點(diǎn),但強(qiáng)度和彈性模量低,耐磨性差。為了改善橡膠制品的性能,可以用增強(qiáng)纖維或粒子與其復(fù)合,從而制備纖維增強(qiáng)橡膠和粒子增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料。
目前纖維增強(qiáng)橡膠主要用于輪胎,皮帶,橡膠管,橡膠布等,而粒子增強(qiáng)橡膠則利用補(bǔ)強(qiáng)劑提高橡膠的抗拉強(qiáng)度,撕裂強(qiáng)度,耐磨性等。