纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺及其应用（一）
一、前言
相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量分别占产量的33%与32%，以（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。大陆2003年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”）逾90万吨，已居第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。
复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成：
增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。
基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。
按基体材料不同，复合材料可分为三大类：
树脂复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。
本文讨论环氧树脂基复合材料。
1、为什么采用环氧树脂做基体？
固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%；
粘结力强；
有B阶段，有利于生产工艺；
可低压固化，挥发份甚低；
固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。
值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。
2、环氧玻璃钢性能（按ASTM）
以FW（纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。
表1 GF/EPR与钢的性能比较
玻璃含量 GF/EPR（玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢
相对密度 2.08 7.86
拉伸强度 551.6Mpa 331.0MPa
拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa
伸长率 1.6% 37.0%
弯曲强度 689.5MPa
弯曲模量 34.48GPa
压缩强度 310.3MPa 331.0MPa
悬臂冲击强度 2385J/m
燃烧性（UL-94） V-O
比热容 535J/kg・k 233J/kg・k
膨胀系数 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1
热变形温度 204oC(1.82MPa)
热导率 1.85W/m・k 33.7W/m・k
介电强度 11.8×106V/m
吸水率 0.5%(24h)
表2 几种常用材料与复合材料的比强度和比模量
材料名称 密度g/cm3 拉伸强度×104MPa 弹性模量×106MPa 比强度×106cm 比模量×109cm
钢 7.8 10.10 20.59 0.13 0.27
铝 2.8 4.61 7.35 0.17 0.26
钛 4.5 9.41 11.18 0.21 0.25
玻璃钢 2.0 10.40 3.92 0.53 0.21
碳纤维/环氧树脂 1.45 14.71 13.73 0.21
碳纤维/环氧树脂 1.6 1049 23.54 1.5
芳纶纤维/环氧树脂 1.4 13.73 7.85 0.57
硼纤维/环氧树脂 2.1 13.53 20.59 1.0
硼纤维/铝 2.65 9.81 19.61 0.75
相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量分别占产量的33%与32%，以（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。大陆2003年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”）逾90万吨，已居第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。
复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成：
增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。
基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。
按基体材料不同，复合材料可分为三大类：
树脂复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。
本文讨论环氧树脂基复合材料。
1、为什么采用环氧树脂做基体？
固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%；
粘结力强；
有B阶段，有利于生产工艺；
可低压固化，挥发份甚低；
固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。
值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。
2、环氧玻璃钢性能（按ASTM）
以FW（纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。
表1 GF/EPR与钢的性能比较
玻璃含量 GF/EPR（玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢
相对密度 2.08 7.86
拉伸强度 551.6Mpa 331.0MPa
拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa
伸长率 1.6% 37.0%
弯曲强度 689.5MPa
弯曲模量 34.48GPa
压缩强度 310.3MPa 331.0MPa
悬臂冲击强度 2385J/m
燃烧性（UL-94） V-O
比热容 535J/kg・k 233J/kg・k
膨胀系数 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1
热变形温度 204oC(1.82MPa)
热导率 1.85W/m・k 33.7W/m・k
介电强度 11.8×106V/m
吸水率 0.5%(24h)
表2 几种常用材料与复合材料的比强度和比模量
材料名称 密度g/cm3 拉伸强度×104MPa 弹性模量×106MPa 比强度×106cm 比模量×109cm
钢 7.8 10.10 20.59 0.13 0.27
铝 2.8 4.61 7.35 0.17 0.26
钛 4.5 9.41 11.18 0.21 0.25
玻璃钢 2.0 10.40 3.92 0.53 0.21
碳纤维/环氧树脂 1.45 14.71 13.73 0.21
碳纤维/环氧树脂 1.6 1049 23.54 1.5
芳纶纤维/环氧树脂 1.4 13.73 7.85 0.57
硼纤维/环氧树脂 2.1 13.53 20.59 1.0
硼纤维/铝 2.65 9.81 19.61 0.75
