酚醛树脂保温材料

酚醛树脂保温材料（精选7篇）

酚醛树脂保温材料 篇1

酚醛树脂(PF)硬度大、压缩强度高,并具有良好的耐热性、抗蠕变性、对其他组分具有良好的润湿性以及低成本等优点而被广泛用于摩擦材料的粘结剂[1]。但纯PF基摩擦材料硬度高、脆性大,制动过程中容易出现断裂、热衰退、热膨胀,并产生明显的制动噪音。为了能抵抗紧急制动时产生的高温以及强大剪切力,摩擦材料基体必须有较高韧性和耐热性[2]。因此,笔者就摩擦材料用PF基体的增韧、增强以及耐热改性及其改性对摩擦性能的影响进行了综述。

1橡胶改性

在PF增韧改性中,常用粉末橡胶或液体橡胶作为增韧改性剂,因为橡胶与PF可直接进行机械共混,工艺相对简单。羧基丁腈胶(CTBN)以及丁腈胶(NBR)都是一种极性胶,它们与PF之间的溶解度参数相近,相容性好,界面作用力强,增韧改性效果好。而丁苯胶(SBR)是一种非极性胶,与PF相容性较差,但因其价格便宜,能满足产品性能要求,所以也被用于摩擦材料行业中[3]。

虽然传统的微米级粉末橡胶或液体橡胶可以提高PF的韧性,但也会使PF的耐热性有所下降,对摩擦性能造成不良影响。为了克服传统橡胶改性的缺点,Ma等[4]利用辐射技术制备的超细全硫化纳米粉末橡胶对PF进行改性研究,结果表明,纳米粉末橡胶可同时提高PF的耐热性、冲击强度以及弯曲强度。Ma认为纳米橡胶提高PF的耐热性是因为纳米粒子表面积大,与酚醛树脂之间存在强烈相互作用,可以防止酚醛树脂交联网络在加热时的变形与分解;另外,柔性纳米粒子使酚醛树脂分子链段在界面处活动更加容易,加速了酚醛的交联,提高了耐热性,在摩擦性能方面,纳米粉末橡胶改性PF基摩擦材料的磨损率更低,摩擦系数随温度改变而变动稳定,更重要的是,温度升高,摩擦系数增大[5]。Saffar[6]把这种行为归因于橡胶在对偶面较快滑动速度下产生的粘弹响应,导致树脂基体出现橡胶-玻璃态转变,分子链运动无足够时间去抵抗外应力变化,橡胶的硬度和剪切强度增大,摩擦系数增大。

超细全硫化纳米粉末橡胶利用其特殊的界面作用,同时提高了基体韧性、强度以及耐热性,改善摩擦性能,弥补了利用传统液体或粉末橡胶改性的不足。但纳米粉末橡胶价格相对较贵,制备出低成本的纳米粉末橡 胶是今后 研究的重 点。

2植物油改性

2.1腰果酚改性

由于腰果酚分子结构中含有长不饱和脂肪链,用其代替部分苯酚合成的酚醛树脂(PCF),可降低交联密度,提高韧性[7]。但是腰果酚含量过高,会导致PF耐热性下降、凝胶时间延长、弯曲强度下降和玻璃化转变温度降低。作为摩擦材料基体,其热稳定性对控制摩擦材料高温时的抗磨、抗热衰退性至关重要[8],要同时兼顾材料的力学性能、热性能和摩擦性能,腰果酚通常要与其他耐热改性剂对PF进行复合改性。刘扬等[9]为了同时提高基体的韧性和耐热性,利用三聚氰胺和腰果酚共同改性PF作为摩擦材料的基体,研究表明, 复合改性PF的热分解温度比纯PF提高了91 ℃,且摩擦材料的摩擦系数稳定、磨损率低。

另外,研究者关注到摩擦材料对空气湿度相当敏感,空气湿度越大,摩擦系数下降越严重,甚至影响驾驶安全[10],而PF分子结构中酚羟基的存在对空气湿度极度敏感[11],因此, 提高基体的耐水性也显得相当重要。Bernard等[12]以腰果酚-甲醛树脂(CF)改性PF时发现,基体中CF含量越多,摩擦材料对水、盐水的吸收率均呈下降趋势,不难发现,腰果酚分子中的长脂肪链可改善基体的疏水性,从而提高摩擦材料的耐水性。另外,Bernard等还发现,CF含量增多,摩擦材料密度、交联密度和硬度下降,可压缩性和孔隙率增大,可减少噪音的产生,是一种非常有潜力的吸音材料。Kim等[13]也证实了PCF基摩擦材料具有良好的吸音性能。

腰果酚是一种廉价的可再生资源,可代替部分苯酚制备应用于不同场合的PF树脂。腰果酚中的长不饱和脂肪链可改善PF的耐水性、柔性,减少摩擦噪音的产生,但其疏水性以及产生的位阻效应可能会降低其反应程度,导致改性PF的分子量、强度以及耐热性均有所下降。

2.2桐油改性

桐油是一种从桐树种子中提取的甘油三酯,主要化学成分是桐油酸三甘油酯(即十八碳共轭 三烯-9,11,13-酸甘油酯)[14]。在酸性条件下,桐油酸三甘油酯极易水解成不饱和桐油酸,这种不饱和桐油酸含有3个共轭双键,而且苯酚上的邻对位氢与这3个共轭双键很容易发生加成反应,从而将桐油的柔性烷基链引入到PF结构中,进而达到提高其韧性及耐水性的目的[15]。

袁新华等[16]研究发现,桐油可较大程度地改善PF的韧性,但耐热性未有明显改善。为了减少桐油对基体耐热性的影响,李屹等[17]利用硼酸和桐油对PF进行复合改性。结果表明,硼酸与桐油复合改性可有效减少制动带在高温工况下的热分解产物,使摩擦系数能在较宽的温度范围内维持较为理想的水平,降低制动带在中、高温下的磨损率,对改善编织型制动带的抗热衰退能力有显著效果。

桐油与腰果酚都是可再生资源,可代替部分石油产品, 减少不可再生资源的消耗,但与腰果酚相比,桐油价格相对较贵。但值得肯定的是,PF分子链中柔性链的引入在提高韧性的同时也会降低其耐热性,所以无论是利用腰果酚还是桐油对PF进行改性,通常要与耐热改性剂进行复合改性。

3无机纳米粒子改性

纳米粒子表面积大,表面活性中心多,可以和基体紧密结合,可消除无机相与聚合物基体之间热膨胀系数不匹配的问题,从而可以充分发挥无机材料的优异力学性能和高耐热性[18]。但其具有极高的表面能,有很强的团聚作用,采用常规的加工方法难以使其均匀分散。

3.1纳米铜改性

为了提高纳米铜在基体的分散性,林荣会等[19]采用新发明的原位生成法制备了纳米铜改性PF,SEM照片显示,纳米铜在基体树脂中分散较均匀,基本无团聚;与纯PF相比,纳米铜改性PF的初始分解温度和半分解温度分别提高31 ℃ 和46 ℃,冲击强度提高44%,热衰退率和磨损率分别降低约50%和2/3。但值得注意的是,纳米铜的加入会增加酚醛树脂在高温时的分解速率[20]。所以用纳米铜改性PF时,必须要根据摩擦材料的应用场合和要求,合理添加纳米铜含量。

3.2碳纳米管改性

碳纳米管(CNTs)拥有比其 他无机纳 米填料更 高的强度,而且其无缝管状壳层结构使其具有其他无机纳米填料无可比拟的自润滑性能,使其在减摩抗 磨方面具 有显著的 优势[21]。刘琳等[22]研究发现,碳纳米管有助于提高摩擦材料摩擦系数的稳定性,减小磨损率,改善热衰退性。当添加质量分数为1%的硼酸化碳纳米管(MWCNTs-Borate)时,磨损率减小43.2%,摩擦表面保持完好。Hwang等[23]也发现, CNTs的加入可以改善摩擦材料的抗热衰退性、抗磨性和摩擦稳定性,并提高其阻尼性能,但当CNTs含量增多时,其摩擦系数反而降低,因为CNTs束在摩擦面聚集,起润滑作用。

CNTs在聚合物基摩擦材料应用中具有广阔的前景,但CNTs在聚合物基体中的分散问题、CNTs与聚合物基体之间的界面粘结问题以及CNTs增强聚合物在摩擦磨损机理方面等问题都有待进一步的研究[21]。

3.3纳米坡缕石改性

坡缕石矿属世界稀缺的矿产资源,包括土状坡缕石和纤维状坡缕石两大类,是一种具有层链状和微孔结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物,其热稳定性、化学稳定性和抗盐性好, 具有较强的吸附性、抗酸碱性等优点[24]。贵州大学对其在摩擦材料应用方面进行了相关研究,在改善摩擦材料性能方面取得了一定的效果。

韩兴言等[25]利用硅烷偶联剂对纳米坡缕石进行表面修饰,并用共混法和原位法制备坡缕石改性PF,通过对比分析发现,纳米坡缕石改性PF所制备的摩擦制动件抗热衰退性大大提高,且磨损率低,在纳米坡缕石含量为1.0%时,摩擦试样的热稳定性最好,抗热衰退能力最强,但采用共混和原位两种方法制备的PF基摩擦制动件试样综合性能相近。王佳佳等[24]认为坡缕石能够改善摩擦材料的摩擦性能是因为纳米坡缕石与有机高分子链极性节点周围形成作用力界面, 使其键能增强,提高了树脂的热稳定性,另外纳米坡缕石与树脂形成的有机-无机“梳型”凝胶结构,这种独特结构有效地抵御了各类性质的磨损。

纳米坡缕石对提高摩擦材料的性能的有一定作用,但如何提高其在基体中的分散性及其对摩擦材料作用机理还须深入研究。

3.4纳米氧化铝改性

摩擦材料制品中通常添加1%~8%体积分数的增磨填料[26],而氧化铝作为其增摩剂之一,对提高摩擦系数和降低磨损量起到非常关键作用[27,28]。

姚冠新等[29]把KH570处理过的纳米Al2O3与PF进行共混改性,结果表明,当纳米Al2O3质量为PF的6%时,PF的热分解温度提高了41 ℃,且降低其失重率,摩擦材料的摩擦系数最稳定,具有较低 的磨损率。Etemadi等[30]研究发现,纳米Al2O3可改善摩擦层的稳定性并提高摩擦材料的抗磨性和恢复性能,此外,由于纳米Al2O3与基体和纳米Al2O3与填料之间的界面作用较强,其力学性能也稍有改善。

虽然氧化铝可以改善材料的摩擦性能,但也会产生摩擦系数不稳定和增加噪音等问题[26]。而Vladimir等[27]研究发现,随着氧化铝含量增加,摩擦层的铁含量也随之增加,意味着氧化铝的加入对对偶面的磨损也增大,因此必须控制好其添加量。

4纤维改性

摩擦材料中除了基体、填料以外,往往还有金属纤维、有机纤维以及无机纤维[31]等增强体。纤维对基体有增强增韧作用外,还可以间接减少摩擦材料中树脂用量以减少高温时树脂降解带来的影响[32],通过添加不同类型的纤维,可明显改善PF基摩擦材料的综合性能。

金属纤维具有优良导热性,可改善摩擦材料的高温摩擦性能。Park等[33]研究发现摩擦材料含有少量钢纤维时,可提高散热性,降低树脂的热降解,从而提高摩擦系数,提升抗热衰退性,降低磨损量。Jia等[34]发现铜纤维在摩擦过程中可以转移到对偶面的摩擦面,形成含铜转移膜可以改善摩擦接触状态,使摩擦系数更加稳定,磨损量更低。但使用金属纤维也会带来一些负面影响,如铁纤维硬度大,与铸铁之间形成粘附,容易对对偶面造成损伤,而铜纤维硬度较低不会对对偶面造成损伤,但其价格相对较贵,且Lin等[20]发现铜含量增加会加速PF在高温时的分解。所以无论是钢铁纤维还是铜纤维,其添加量与材料性能之间应选择合理平衡点。

玻璃纤维是目前应用较广泛的一种增强材料,用玻纤增强的摩擦片较石棉纤维增强的摩擦片,有较高的冲击强度, 但硬度偏高[35]。Kim等[36]用短切玻纤增强酚醛树脂基摩擦材料时发现,加入短切玻纤增加了摩擦材料表面硬度、接触面刚度和摩擦过程波动性,并增大了制动噪音,因而采用玻纤增强时,应该配合橡胶和低模量树脂混合使用,以改善制品硬度[35]。

纤维对吸收制动面产生的应力和维持复合材料在高温工况下的完整性起着非常关键的作用,而不同纤维之间的协同效应可以改善摩擦材料在苛刻制动条件下的物理性能、力学性能和摩擦性能[37]。Kim等[38]研究发现,芳纶浆粕与钛酸钾晶须对摩擦材料的摩擦稳定性和抗磨性具有协同作用, 这种协同作用源于芳纶浆粕良好保留性和钛酸钾晶须的耐热性,芳纶浆粕与钛酸钾晶须的静电作用,使钛酸钾晶须粘附在芳纶原纤上,同时为摩擦片提供耐热性和强度,并使摩擦膜在摩擦过程中保持稳定、持久,从而改善了抗磨性和摩擦系数的稳定性。

尽管矿物纤维和有机纤维等展示出较好的力学性能和摩擦性能,但都是不可再生资源,并存在与树脂的亲和力差、 成本高和摩擦时引发噪音等一些严重的缺点[39]。因此,研究人员开始 利用天然 植物纤维 如剑麻[39]、竹纤维[40]以及黄麻[41]等增强酚醛树脂基摩擦材料。Yun等[42]用天然纤维和片状钛酸盐代替部分芳纶、金属和Sb2S3制备的摩擦材料具有摩擦系数稳定、抗衰退性好以及对速度敏感性低等特点。 而何福善等[40]发现摩擦材料中加入适量竹纤维能改善材料摩擦磨损性能,并具有一定的减震降噪的效果,但竹纤维含量过多会造成摩擦材料制备工艺性变差,且高温下大量竹纤维碳化剥落会破坏摩擦表面膜的连续性,使摩阻性能显著下降。植物纤维作为一种可再生资源,具有成本低、力学性能好等优点,但作为摩擦材料增强体,其耐热性还须进一步提高。

5新型高性能热固性PF

传统的PF脆性大,保质期短,需要酸或碱性条件下催化合成,在加工过程中残留催化剂对设备造成腐蚀,固化时放出胺基化合物、水分等副产物,这些挥发物会在树脂中会形成空隙,影响固化树脂的性能。而新型高性能的热固性酚醛树脂-聚苯并噁嗪树脂(PB)却克服了以上缺点,它利用酚、醛和胺基化合物在溶剂或无溶剂技术,通过开环聚合固化而无须加入固化剂或催化剂,无挥发物产生,固化后不会出现空隙[43]。

作为摩擦材料 基体,PB展现出比PF更优越的 性能。 Gurunath等[44]对PB与PF两种基体的摩擦材料的摩擦性能进行比较,结果发现,PB基摩擦材料在不同的测试条件下摩擦系数高,波动小,展现出良好的稳定性,而PF树脂基摩擦材料的摩擦系数在测试条件较苛刻的时候呈现大幅下降,对测试速度极度敏感。

但遗憾的是,PB同样脆性大,固化温度高达200 ℃[45]。 要使其在摩擦材料中得到实际应用,可利用PB分子链结构良好的设计灵活性,改变不同的合成单体以改善其固化温度高、脆性大的缺陷。

综上所述,各种摩擦材料用酚醛树脂改性方法的比较可概括为表1。

6结语

PF价廉,强度高,对其他组分的润湿性好,但脆性大,对热、湿敏感,作为摩擦材料基体难以满足当前摩擦材料性能的要求。要制备出高性能PF基摩擦材料,必须先改善PF的耐热性和韧性。超细全硫化纳米粉末橡胶弥补了传统橡胶改性的不足,可同时提高PF的耐热性和韧性,是一种非常有前景的增韧改性剂;植物油作为天然可再生资源,可提高PF的柔性、耐水性,降低摩擦噪音,但PF耐热性变差,需要与其他耐热改性剂复合改性;无机纳米 粒子虽然 可以改善PF的耐热性,但易团聚,影响其改性效果,要充分发挥纳米粒子优异的力学性能和耐热性,需进一步提高其分散性;纤维对PF有增强、增韧外,还可以有效改善摩擦性能,但要根据每种纤维的特性去适量添加,天然植物纤维价廉、强度高, 但耐热性较差,要取代价格昂贵的合成 纤维还需 要深入研 究。PB可通过开环聚合固化而无须加入固化剂,摩擦性能好,但仍需要改变合成单体来改善其性脆、固化温度高的缺点。

摘要：综述了近年来摩擦材料用酚醛树脂增韧、增强以及耐热改性的研究进展。分析比较了橡胶、植物油、无机纳米材料、纤维以及聚苯并噁嗪树脂等改性体系对酚醛树脂基摩擦材料性能的影响。纳米粉末橡胶可同时提高酚醛树脂的耐热性和韧性,弥补了传统橡胶改性的不足;植物油可提高酚醛树脂的韧性,但也会使其的耐热性下降;无机纳米粒子的团聚问题影响其改性效果;纤维对酚醛树脂有增强增韧作用外,还可以明显改善其摩擦性能;而天然纤维可再生、价廉,而且强度高,但作为摩擦材料增强体,其耐热性有待改善;新型热固性酚醛树脂固化温度较高,要取代传统酚醛树脂还须进一步深入研究。

酚醛树脂保温材料 篇2

1、前言：

为全面贯彻落实科学发展观，创建节约型社会，实现北京地区节能65%的目标，对于提高建筑工程节能技术水平，做好外保温工程的施工质量控制工作，是保障外墙“节能防火”的一个必要条件。

2、工程概况：

北京华侨城A2-6号住宅楼。全现浇剪力墙结构，地上30层为住宅，地下二层为自行车库、机房，建筑高度88.20m。外墙保温采用50mm厚“复合酚醛保温板”，采用涂料作为外墙饰面层；1-2层为石材幕墙，外门窗采用65系列铝合金断桥中空玻璃门窗，传热系数小于2.8W/㎡▪K；入户门传热系数小于2.0W/㎡▪K；外墙保温系统采用粘钉结合系统，其施工工艺为：

墙面处理→复合酚醛保温板界面处理→抹聚合物粘结砂浆→条粘法粘

贴复合酚醛保温板→安装锚固件→抹底层抹面聚合物砂浆→压入一层

耐碱玻纤网格布→抹面层聚合物砂浆 →涂刷饰面层

3、材料控制

外墙保温系统材料质量如何，直接决定该系统的保温隔热效果，甚至会影响安全。

3.1选样控制

央视附属文化中心大楼重大火灾，上海市静安区胶州路教师公寓11.15重大火灾，一次又一次给我们敲响保温材料防火的警钟，高层建筑保温材料的防火性能，是选择外墙保温材料的一个至关重要的环节。本工程选用复合酚醛保温板，该材料具有良好的闭孔结构，吸水率较低（7%），经检测，燃烧性能为B1级，属难燃材料，防火性能大大优于聚苯板，其导热系数比挤塑聚苯板略低，为0.028W/㎡▪K，密度45-75kg/m³，弯曲强度1.05Pa。复合酚醛保温板是一种强度高、无毒低烟、抗火焰穿透、耐腐蚀、抗老化、防水、环保节能的新型保温材料。外墙采用的埃迪欧系列聚合物粘结砂浆（IDL-21）和抹灰砂浆（IDL-23），锚栓为北京振邦科技发展有限公司生产的埃迪欧牌Φ8×100m建筑锚栓，饰面层为涂耐可系列涂料。

3.2外墙保温材料进场验收与复试

3.2.1外墙保温材料进场验收

材料进场严格审核其产品合格证、检验报告，同时根据《建筑节能施工质量验收规范》（GB50411-2007）的规定，按进场批次，每批次随即抽取3个试样进行检查，质量证明文件按照其出厂检验批次进行检查。

3.2.2外墙保温材料进场复试

保温材料和粘结材料进场时应对其下列性能进行复验，复验应为见证送检：

a、保温材料的导热系数、密度、抗压强度或压缩强度；

b、粘结材料的粘结强度；

c、增强网的力学性能、抗腐蚀性能。

检验方法：随机抽样送检，核查复验报告，保证使用的材料与送样材料的一致性，避免不合格材料用于工程中。

检查数量：同一厂家同一品种的产品，当单位面积在20000㎡以下时各抽查不少于3次；当单位工程建筑面积在20000㎡以上时各抽查不少于6次。

3.3施工过程中材料控制

在施工过程中，进场材料分类存放，并加强对复合酚醛保温板尺寸的检查，严格控制保温板裁割；进行粘结砂浆和抹面砂浆施工时，严禁使用过时已结硬的聚合物砂浆和剩余聚合物砂浆，并避免粘结砂浆与抹灰砂浆混用；锚固件安装时加强对其有效长度、直径和韧性检查，严禁掺用再生料锚固件 ；编制材料台账，根据台帐控制材料的进场与使用，并建立领料制度。

4、工艺控制

4.1墙面处理控制

本工程为高层建筑，按照《建筑装饰装修工程质量验收规范》（GB50210-2001）中一般抹灰标准，对墙面混凝土残渣和脱模剂彻底清理干净，对墙面平整度超差部分进行剔槽或修补，找平材料为聚合物水泥砂浆。验收合格后方可进行下道工序，确保保温板基层的平整度、垂直度和粘结性能符合设计要求，同时在保温板粘贴前对基层及找平层进行灰尘清理，并隔夜浇水，使基层满足干净和湿润的要求。

4.2界面剂涂刷控制

施工时漏掉界面剂涂刷工序，造成保温板粘结不牢，通不过保温板的拉伸粘结强度试验，从而影响保温板的隔热效果，甚至造成安全隐患。本工程在保温板粘贴时，把涂刷界面剂作为控制重点之一，严禁漏刷、少刷、乱刷现象。

4.3聚合物粘结砂浆配制与涂抹控制

4.3.1聚合物粘结砂浆配制

按生产厂家提供的配合比配制，专人负责，严格计量，机械搅拌，确保搅拌均匀，拌好的聚合物砂浆在静停10min后，还需二次搅拌才能使用。配好的料注意防晒避风，以免水分蒸发过快。一次配制量应在可操作时间内完成。

4.3.2聚合物粘结

本工程采用条粘法粘贴保温板，根据北京市地方标准《建筑安装分项工程施工工艺规程》（第五分册DBJ/T01-26-2003）要求，聚合物粘结砂浆面积不应小于40%，但涂抹面积控制是个重点。涂抹粘结砂浆面积为粘贴上墙前板上粘结砂浆面积，纠正粘贴上墙挤压后板上粘结砂浆面积的错误做法，并保证粘结砂浆涂抹厚度符合要求。通过对保温板粘贴进行的拉伸粘结强度试验报告显示，基层、保温板与粘结砂浆的粘结强度均超过规范要求。在涂抹抹面砂浆时，重点控制底层抹面砂浆和面层抹面砂浆的间隔时间和涂抹厚度、平整度、接茬及阴阳角收头处理，避免了因面层粗糙而影响涂料施工。

4.4保温板粘贴控制

本工程根据已弹好的阴阳角、洞口、装饰线及阳台包钢控制线，然后挂基准线进行有序粘贴，保证保温板粘贴的平整度、垂直度，也有效控制拼缝宽度，减少了裁板的概率，保证了施工进度和施工质量。对局部拼缝过大的板缝，严禁用聚合物粘结砂浆填塞，采用打注聚氨酯发泡剂填充密实，并打磨平整，拼缝高低差不大于1.5mm。具体做法根据《外墙保温施工技术规程》（DBJ/T10-38-2002附录A）的要求施工。

4.5托件、锚固件安装控制

本工程在每层楼的分隔缝处安装L40×30×4角铁托件，托件长度150，间距为1200，用M10×100的膨胀螺栓固定，便于外墙保温构造层卸荷。

本工程外墙保温板采用粘钉结合系统，在满足保温隔热要求的同时，确保系统安全。锚固件采用Φ8×100建筑锚栓，有效锚固长度50mm，满足设计及施工质量验收规范要求，用锚固件固定保温板时，锚固件安装应至少在粘结砂浆使用24h后进行。首先在钻好孔位处进行打磨，拧入或敲入锚固钉，顶头和圆盘不得超过板面，要求对洞口等部位进行加密安装；严禁敲击锚固件损坏保温板，造成保温板碎裂或松脱，影响粘贴和锚固质量。根据《建筑节能工程施工质量验收规范》（GB50411-2007）要求，通过现场锚固件的拉拔试验报告显示，均满足设计要求。

4.6网格布铺贴与抹面砂浆的涂抹控制

4.6.1网格布铺贴控制

树脂基复合材料低成本技术 篇3

班号：

树脂基复合材料低成本技术

摘要：树脂基复合材料因其比强度高、比模量大而广泛的应用于航空航天等领域。然而其高昂的价格仍然是限制树脂基复合材料广泛应用的一大障碍。目前，已经有多国学者针对树脂基复合材料低成本化进行了研究，并取得了部分积极成果。本文主要介绍了几种低成本制造技术，如自动铺放技术、低温成型预浸料技术、电子束固化技术、液体成型技术以及树脂模渗透成型（RFI）技术。关键词： 树脂基

复合材料

低成本技术

前言

与传统金属材料相比，复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域获得了广泛的应用。从20世纪70 年代开始，复合材料就首先在军用飞机上少量使用，到了80 年代已在民用飞机上进行了试用。应用基本是从非承力结构到次承力结构最后到主承力结构，从部位来说是从尾翼到机翼最后到机身。随着技术的不断成熟，复合材料在飞机上的用量越来越多，减重效果也越来越明显[1]。

长期以来，限制复合材料在飞机上扩大应用的原因主要有2个：一是技术成熟度没有金属高；二是复合材料成本太高，复合材料构件的成本远远高于铝合金构件。要想扩大复合材料在航空上的应用，就必须降低复合材料的成本。本文旨在介绍几种复合材料低成本制造技术的发展现状，如自动铺放技术、低温成型预浸料技术、电子束固化技术、液体成型技术以及树脂模渗透成型（RFI）技术。

一、自动铺放技术

用于航空航天器的先进复合材料构件主要采用热压罐成型技术制造。自动铺放是替代预浸料人工铺叠，提高质量和生产效率的重要手段。根据预浸料形态，自动铺放可分为自动铺带

[2-3]

与自动铺丝

[4-5]

两类：自动铺带(Tape laying)采用有隔离衬纸单向预浸带(25-300 mm)，多轴机械臂(龙门或卧式)完成铺放位置定位，铺带头自动完成预浸带输送剪裁、加热铺叠与辊压，整个过程采用数控技术自动完成（图1a所示）；自动铺丝(Fiber placement)采用多束(最多可达32根)预浸纱/分切的预浸窄带(3-25 mm)，分别独立输送、切断，由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸纱根数调整)后铺放

姓名：

班号：

数字化设计和自动化制造，已经成为发达国家飞机复合材料大型构件的主要成型方法：新一代大型飞机B787、A350的所有翼面采用自动铺带，而所有机身构件采用自动铺丝。复合材料的大量应用推动了自动铺放技术的快速发展，各类新技术层出不穷[6]。

二、低温成型预浸料技术

低温成型预浸料技术(Low Temperature Moulding Prepreg Technology)是一种低成本复合材料生产技术。先进复合材料公司早在70年代就开始研制开发这种技术，经过80年代和90年代的进一步开发，已经成为一种有效的低成本复合材料生产技术[7]。

用低温压制预浸料技术来生产复合材料结构件有许多特点，在原材料、工艺、生产技术、模具、适用性和成本方面有下列特色：（1）不采用热压罐固化；

（2）低温（通常在60℃左右）固化；（3）低压或真空袋固化；（4）采用无支撑后固化；（5）采用廉价材料制造的模具；（6）采用特种树脂体系；（7）预浸料存放寿命较短；（8）可以制造整体大构件；（9）适用于单件或小批量生产；（10）成本可降低50%~70%。

低温成型预浸料技术生产复合材料构件必须采用特殊的原材料——专用的树脂体系。一般树脂体系由三部分组成：基础树脂或其混合物、固化剂或其混合物和增韧剂或其他附加剂。对极大部份复合材料构件而言都采用环氧树脂体系。在过去20多年期间研究发展的环氧树脂体系，其固化剂都致力于延长存放寿命和较高固化温度，亦即树脂体系的反应性很低，预浸料的稳定性很好，较高固化温度是为了获得良好的机械性能，虽然这样的看法并不正确。为了得到可在低温下固化的树脂体系，而且可以采用无支撑后固化，先进复合材料公司研制发展了专用的LTM预浸料和树脂体系，包括： LTM10系列、LTM20系列、LTM30体系、姓名：

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渍模塑成型工艺(See-mann Composites Resin Infusion Manufacturing Process，SCRIMP)、树脂膜渗透成型工艺(Resin Film Infusion，RFI)和结构反应注射模塑成型(Structural Reaction Injection Molding，SRIM)是最常见的先进LCM工艺技术。这类工艺的共同特点是将纤维预成型体放入模腔内，再将一种或多种液态树脂(通常为热固性树脂)在压力作用下注入闭合模中，液态热固性树脂浸渍纤维预成型体待树脂固化脱模后得到产品。这种作用压力可通过模腔内形成真空(真空浸渍)、重力，或者由压力泵或压力容器来提供[11-13]。与其他的纤维复合材料制造技术相比，LCM技术具有诸多优势：可生产的构件范围广，可一步浸渗成型带有夹芯、加筋、预埋件等的大型构件，可按结构要求定向铺放纤维，且具有高性能低成本制造优势。与传统的模压成型和金属成型工艺相比，LCM模具质量轻、成本低、投资小。另外，LCM为闭模成型工艺，能满足日趋严格的苯乙烯挥发控制法规的要求。

LCM工艺技术最早起源于20世纪40年代的Macro法，Macro法相当简单，对模腔抽真空以驱动浸渍过程，美国海军承包商用这种方法开发出了大型玻璃钢增强塑料船体。在20世纪50年代称为RTM工艺，该工艺可以生产双面光滑的产品，树脂的注射压力适中，比手糊工艺优越，所以得到了发展。20世纪50年代至70年代，RTM的应用很少。到了20世纪80年代，随着飞行器的承力构件及次承力构件、国防应用、汽车结构件以及高性能体育用品等的开发，RTM工艺取得了显著的进展，并且在此基础上开发了VARTM、SCRIMP、RFI、SRIM等这些先进的LCM工艺技术。

LCM工艺技术是先进复合材料低成本制备技术的主要发展方向[14]。据报道，欧美等先进工业国家在该领域开展了大量的研究工作，其研究开发耗资巨大。我国“863”计划在“九五”期间在RTM成型技术取得重要研究进展的基础上，部署了应用LCM技术制备车用大型结构件以降低高品质复合材料制造成本的研究计划。

五、树脂模渗透成型（RFI）技术

树脂膜渗透(RFI-resin film infusion)工艺是一种树脂膜熔渗和纤维预制体相结合的树脂浸渍技术。其工艺过程[15]是将预催化树脂膜或树脂块放人模腔内，然后在其上覆以缝合或三维编织等方法制成的纤维预制体等增强材料，再用真空袋封闭模腔，抽真空并加热模具使模腔内的树脂膜或树脂块融化，并在真空

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先进树脂基复合材料的现状及应用 篇4

摘要：先进树脂基复合材料以其比强度比模量高、良好的耐疲劳性能、良好的 抗腐蚀性能、成型工艺的多选择性等独特优点获得广泛应用和迅速发展。本文简要介绍了先进树脂基复合材料的特性，并结合其特性从应用的角度总结了先进树脂基复合材料的应用和前景。

关键字：树脂基复合材料现状应用前言

先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[ 1 ]。先进树脂基复合材料具有比传统结构材料优越得多的力学性能，可设计性优良，还兼有耐化学腐蚀和耐候性优良、热性能良好、振动阻尼和吸收电磁波等功能。目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借其本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。先进树脂基复合材料的现状

据有关部门的统计，全世界树脂基复合材料制品共有4万多种，全球仅纤维增强复合材料产量目前达到750多万t，从业约45万人，年产值415亿欧元，其生产能力与市场分布情况为：北美32%、亚太地区35%、欧洲30%、其他地区3%[ 2 ]。目前，全世界高性能树脂基复合材料的产量超过300万t，高性能热塑性复合材料的产量为120多万t，其应用领域主要为：汽车行业占23%、建筑业21%、航空业17%、体育运动领域11%[ 3 ]。从全球发展趋势来看，近几年欧美复合材料生产均持续增长，亚洲的日本发展缓慢，而中国特别是中国内地的市场发展迅速。我国树脂基复合材料研究，经过多年的发展，在生产技术、产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶，产量已经仅次于美国，居世界第2位，其市场分布为：建筑 40%、管罐24%、工业器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。我国高性能树脂基复合材料发展水平不高，所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等。3 先进树脂基复合材料的应用

3.1航空、3.1航空、航天工业航空树脂基复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度、比模量、独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等,在实现武器系统轻量化、快速反应能力、高威力、大射程、精确打击等方面起着巨大作用,使它成为航空航天工业中非常理想的材料。在航空工业中，先进树脂基复合材料在应用过程中不断积累应用经验,提高技术水平, 完善配套技术, 从非承力构件整流蒙皮逐渐发展到承力构件尾翼、机翼, 从简单结构层合壁板, 逐渐发展到整体复合材料结构尾翼和机翼。先进树脂基复合材料在飞机上的应用可以实现15% ～30%减重, 可有效降低飞机的结构重量, 提高飞机的机动性能和有效载荷等。飞机结构复合材料化已经成为趋势, 先进树脂基复合材料已经成为不可缺少的关键航空结构材料。从上世纪90 年代开始, 先进战斗机大量使用先进树脂基复合材料, 如F35 复合材料用量达到35% ,主要应用包括机翼、机身、尾翼等主要承力构件。先进树脂基复合材料在民用飞机的应用从2003 年用量得到了跨越发展, 空客公司的A380宽体客机复合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787 飞机复合材料用量达到约50% , 空客公司在研究的A350XWB复合材料用量将达到 52%。随着国内先进树脂基复合材料性能的提高, 制造技术的不断成熟, 配套无损检测和装配等技术的完善, 国内先进树脂基复合材料在直升机、歼击机和大型飞机得到相当的应用。歼击机复合材料的用量已经达到6% ～9% , 主要包括机翼、平尾、垂尾、前机身、鸭翼、襟副翼、腹鳍等;直升机复合材料用量达到25% ～ 33% ,主要包括旋翼系统和机身结构。先进树脂基复合材料机翼、平尾、垂尾、鸭翼、直升机机身、尾段等复合材料构件已经实现批量生产[ 7 ]。在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。先进树脂基复合材料对于导弹屏蔽或衰减雷达波或红外特征,提高自身生 [8] 存和突防能力,具有着至关重要的作用。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强、微波介电性能佳、尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。

3.2能源工业

3.2能源工业在现今国际社会上能源短缺，各种新型能源不断涌现，风能是现在很有前景的清洁、可再生能源，风力发电正快速发展，将逐步成为电力结构的主要组成部分。风力机组叶片是大型树脂基复合材料，已经成功的在风力机组上得到应用。树脂基复合材料具有耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐油等优异的耐腐蚀性能，因此在煤矿生产及石油的开采、运输、储备中得到非常广泛的应用。从技术、经济、性能分析，如纤维增强塑料（F R P）／塑料复合管和玻纤增强热塑性复合材料管道十分适于天然气、煤气的输送和储存，且有利于环保，其综合经济效益好、社会效益显著。3.3建筑业[ 9 ]

建筑行业发展和使用树脂基复合材料，对减轻建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑设计、加速施工进度、降低造价以及提高经济效益等都十分有利，是实现建筑现代化的必要条件。实践表明，树脂基复合材料应用在现代建筑中比传统建筑材料性能更加优良，综合效益更好。下面详细介绍下树脂基复合材料在建筑业的应用。由于树脂基复合材料的可设计性和良好的力学性能,其可用于建筑物的承载结构以及建筑物加固。用作承载结构的复合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等。树脂基复合材料围护结构制品有各种玻璃钢波纹板、夹层结构板、整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材,它既是维护结构,又是承重结构。在门窗材料上玻璃钢门窗是很好的材料。玻璃钢门窗是采用中碱玻璃纤维及其织物作为增强材料,采用不饱和树脂作为基体材料,并添加其他矿物填料制成。玻璃钢门窗既有钢窗、铝窗的坚固性,又有塑钢窗的防水、耐腐蚀、保温、节能性能,更具有自身独特的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能。此外，玻璃钢的寿命是50年,基本与建筑物的寿命相同,因此,采用玻璃钢门窗是今后房屋建筑门窗节能保温的发展方向。树脂基复合材料在建筑中的其他用途也很多,如工业厂房、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶采光,可以采用树脂基复合材料透明板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等。高层建筑的楼顶旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告物和楼房加高等,也多采用树脂基复合材料制造。大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、防腐车间、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房等,也都属于树脂基复合材料建筑物。另外,树脂基复合材料还可用于制作各种家具、马路上的阴井盖、公园和运动场座椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。应用于各类卫生洁具方面的产品有浴盆、洗面盆、坐便盆,各种整体式、组装式卫生间等。

3.4汽车工业[ 10 ]

先进树脂基复合材料用于汽车工业近年来发展迅速，欧美国家在汽车工业上的应用占复合材料总量的23%，高于建筑和航空工业。汽车上应用树脂基复合材料可以减轻自重、降低油耗，从而提高运载能力，用于车辆内部装饰具有舒适隔声、隔热、降低震动等优点。树脂基复合材料汽车部件制品主要有车身壳体、汽车顶蓬、引擎盖、保险扛、仪器盘、油箱、座椅、刹车片和安全气袋等，国内用树脂基复合材料制造汽车制动缸正处于研究的起步阶段。3.4.1 玻璃纤维增强塑料（GFRP）在汽车上的应用

在欧洲、美国及日本等汽车制造业发达的国家，已普遍采用玻璃钢材料制造汽车零部件。其应用范围包括内装饰件（仪表板、车门内板、座椅、发动机罩等）；外装饰件（保险杠、挡泥板、导流罩等）；功能与结构件（天然气气瓶、油箱、风扇叶片、油气踏板等）。与国外相比，我国生产的汽车用玻璃钢部件较少，产品主要包括保险杠、车顶盖、阻流板、太阳罩、电瓶托架等。随着原材料的发展与工艺上的改进，在汽车中大量应用玻璃钢/复合材料将是今后我国汽车工业发展的必然趋势。

3.4.2 碳纤维增强塑料（CFRP）在汽车上的应用

CFRP是汽车轻量化最理想的材料。用CFRP取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%,油耗下降40%。但由于成本高现在还未批量生产，若解决成本问题将有大量CFRP用于汽车工业中，应用部件将包括发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮；传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等；底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等；车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。

3.4.3 芳纶纤维增强复合材料在汽车上的应用

芳纶纤维增强复合材料由于比强度、比模量较高，由于价格高，目前在汽车上应用很少。主要用于汽车上的轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等。芳纶纤维作为高性能防护材料还可用作汽车防弹装甲，例如汽车门及汽车外壳的防弹内衬。

3.5船舶工业[ 11 ] 先进树脂基复合材料除具有优越的力学性能外, 往往还兼有耐腐蚀、振动阻尼和吸收电磁波等功能, 但其价格昂贵, 只能用在舰船上关键性的部位, 如大型核潜艇的声纳导流罩、大深度鱼雷的壳体、深海潜水器壳体以及高性能艇的艇体结构、水面舰艇的重要甲板构件等处。例如美国“洛杉矶”级核潜艇的声纳导流罩长7.6m、最大直径8.1m，是目前世界上最大的先进树脂基复合材料制品；美国“佩里”号驱逐舰首次用芳纶纤维增强塑料制作了装甲；美国海军用石墨纤维增强环氧树脂材料成功地制造出自动无人深潜探海艇AUSSMOD2的耐压壳体；德国 A I R加工技术公司开发出一种碳纤维环氧复合材料螺旋桨，这种螺旋桨的桨叶由碳纤维和环氧树脂模制而成，据称桨叶具有很高的强度，可在恶劣的海况下工作；新型桨的另一项优点是桨叶材料的阻尼性能好，可使噪声等级相对于金属桨下降5d B，甚至在桨叶损坏的情况下振动等级仍在可接受的范围之内。

3.6其他

先进树脂基复合材料在化肥、造纸、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中发挥了重要作用。它在机械、电子、体育、娱乐、医疗等方面也得到较好的应用和发展,如机械制造中的轴承、齿轮、叶轮等零部件,体育上的各种水上赛艇、帆板、冲浪板、雪橇、高尔夫球杆、各种球拍等体育器材。实践证明,很多体育用品改用树脂基复合材料制造,大大改善了其使用性能,有利于运动员创造更佳成绩。树脂基复合材料钓鱼竿是娱乐器材中的大宗产品,目前的玻璃钢钓鱼竿和碳纤维复合材料钓鱼竿比模量大,具有足够的强度和刚度,且重量轻、可收缩、造型美观、携带方便。用树脂基复合材料制造的扬声器、小提琴和电吉它等,其音响效果良好,很有发展前景。目前在娱乐设施中, 大多公园及各类游乐场所的设施,均已采用不同类型的树脂基复合材料取代传统的材料。在生物复合材料中,树脂基复合材料的担架、呼吸器,碳纤维/环氧结构的假肢,人造假牙和人造脑壳等早已经出现,国外也有以聚丙稀腈为原料的碳纤维材料来修补韧带[ 12-13 ]。用碳纤维复合材料制成的心脏瓣膜成功植入人体已有几十年的历史,以尼龙为增强材料的人造器官也已投入使用。实验研究表明,这些材料做成的人体器官无排异反应,与人体有很好相容性,因此有着广阔的应用前景。结束语

树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于各个领域中，已经成为许多领域不可或缺的关键材料之一。因此，树脂基复合材料具有在未来持续发展的潜力。参考文献

酚醛树脂保温材料 篇5

三维纺织复合材料增强体结构和树脂复合固化技术

文章主要讨论了三维纺织预制件,包括:机织、针织、编织和缝合三维织物在结构上的特点.由于在三维纺织复合材料中,纤维在三维空间中相互交织和交叉,形成了一个不分层的整体结构,所以它和层合复合材料相比,具有优良的`层间性能和其它力学性能,可制作第一承力结构件和高功能制件.文章还介绍了树脂基三维纺织复合材料的复合固化技术,包括树脂传递模塑技术和树脂膜融渗技术.通过文章,说明了三维纺织复合材料具有广泛的应用前景.

作 者：李嘉禄 Li Jialu 作者单位：天津工业大学复合材料研究所,天津市和教育部先进纺织复合材料重点实验室,天津300160刊 名：航天返回与遥感英文刊名：SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING年，卷(期)：29(4)分类号：V4关键词：三维纺织复合材料 结构 复合固化

酚醛树脂保温材料 篇6

硼改性酚醛树脂 (BPF) 由于具备较好的防氧化性、耐高温性、分解时无毒性气体挥发以及较高的力学性能等特点[6], 成为在大中型农业机械装备中, 应用较为广泛的复合摩擦材料之一。当前, 在其合成和制备方面的有关研究有很多。其中主要是对硼元素引入, 不同的硼含量和合成工艺条件对其性能影响的研究, 而关于不同硼改性酚醛树脂含量对摩擦材料影响的研究很少[7]。本文比较探究了不同硼改性酚醛树脂含量下摩擦材料的摩擦磨损性能和热性能等规律, 归纳总结了硼改性酚醛树脂含量对摩擦材料各项性能的影响。

1 试验部分

1.1 实验材料与配方

本论文实验原材料见表1, 实验分成五组对比试验, 制备不同硼改性酚醛树脂/填料比例的复合材料。每份样品总质量160克, 编号为D1、D2、D3、D4、D5, 分别对应硼改性酚醛树脂含量10%、15%、20%、25%、30%, 由此可以比较出最佳配方比, 具体配方见表2。

1.2 试样制备

取适量碳粉、石墨、碳酸钙 (Ca CO3) 、石墨、Si O2、Al2O3、碳化硅 (Si C) , 碳纤维、陶纤和芳纶用1%的KH550硅烷偶联剂, 并用功率为80W, 频率为40k Hz的超声波对它们进行复合处理, 处理时间30min, 烘干;利用高速混料机将不同含量 (10%、15%、20%、25%和30%) 的硼改性酚醛树脂、处理的碳粉、石墨和其它配料混合;采用模压法压制成型, 模压温度180℃, 模压压力30MPa, 保温保压15min。

注:填料分别是碳酸钙 (Ca CO3) 、石墨、Si O2、Al2O3、碳化硅 (Si C) 。

1.3 试验方法

用DH-300型电子比重计 (东莞宏拓仪器有限公司) 测量复合摩擦材料的密度;用XHR-150型塑料洛氏硬度计 (上海联尔试验设备有限公司) 按GB/T5766-2007测量复合摩擦材料的洛氏硬度;用CSS-44100型电子万能材料试验机 (长春试验机研究所) 按GB/T1448-2005测量复合摩擦材料的压缩强度;用XD-MSM型定速式摩擦试样机 (西安明克斯检测设备有限公司) 按GB5763-2008测量复合摩擦材料摩擦系数和磨损量;以上结果均为三次的平均值。采用S-4800型扫描电子显微镜 (上海日立高新技术贸易有限公司) 观察磨损表面的微观形貌;用耐驰STA449F3型综合热分析仪 (德国耐驰仪器制造有限公司) 分析复合摩擦材料热稳定性能;利用低温热膨胀仪测量材料的线膨胀系数。

2 结果与讨论

2.1 树脂基体含量对材料物理和力学性能的影响

图1为不同树脂基体含量摩擦材料的密度、硬度、压缩强度和冲击强度对比图。由图1可以看出, 随着BPF含量逐渐增加, 密度逐渐减小, 且D1密度最大, 为1.723g/cm3, B5密度最小, 为1.633g/cm3。随着树脂基体含量的增大, 摩擦材料的密度逐渐减小, 原因在于, 其他组分不变时, 当树脂基体含量增加, 材料中相对比重较大的填料减少, 从而导致密度减小。当树脂基体含量增加时, 复合摩擦材料的硬度、压缩强度以及冲击强度先增大后减小, 其中D1硬度最小, 为72.8HRL, D4硬度达到最大值, 为90.5HRL, 压缩强度以及冲击强度D4值最大分别为146.9MPa和4.028KJ/m2。这可能是因为在树脂含量较低时, 树脂作为基体不能完全将增强纤维及填料很好的粘结起来, 所以随着基体含量的增加, 增强纤维及填料可以更好地粘结在一起, 从而力学强度越来越大。但树脂基体含量过高时, 将会产生多余的纯树脂作为单一相存在, 其力学性能较差, 从而降低了摩擦材料的整体力学性能, 由此可以得出当树脂基体含量为25%时, 材料力学性能较好。

2.2 树脂基体含量对材料摩擦磨损性能的影响

图2为不同温度下, 不同BPF含量摩擦材料的摩系和磨损量变化曲线图。图3为不同载荷下, 不同BPF含量摩擦材料的摩系和磨损量变化曲线图。从图2可以看出, 摩擦材料中BPF的含量对其磨擦磨损方面具有显著的影响;图3可以看出, 载荷也显著改变了材料的摩系和磨损量。

2.2.1 不同温度下对摩擦系数的影响。

由图2 (a) 可知, D1, D2和D3三组试样在室温和100℃时, 其摩擦系数均低于D4和D5组试样。温度在200℃以下, 各组试样的摩擦系数基本随温度升高而增大, 除D3组试样在150℃时达到最大值, 其余试样均在200℃条件下摩擦系数达到最大值, 但当温度超过200℃后, 各组试样的摩擦系数均开始下降, 说明摩擦材料存在热衰退现象。低硼改性酚醛树脂含量的三组试样在温度从200℃升高到250℃时, 摩擦系数变化相对较大, 之后随温度变化并不明显, 说明低硼改性酚醛树脂含量的摩擦材料热衰退率较低。而高含量试样D4和D5的摩擦系数在250℃时有所下降, 超过250℃后摩擦系数急剧降低, 最后均低于0.25, 说明其热衰退率较高。这可能是因为当摩擦材料中BPF组分相对含量较大时, 树脂高温热分解相对较为容易, 产生了大量的气体和焦油状物质, 降低了有效接触压力并对摩擦表面起到了润滑作用, 从而导致摩擦系数下降[8]。当温度达到350℃时, 复合摩擦材料的摩擦系数均小于室温条件, 其中基体含量为15%的复合摩擦材料其摩擦系数浮动最小, 其摩擦系数对温度有较好的稳定性。

2.2.2 不同温度下对磨损量的影响。

由图2 (b) 可知, 各组试样在200℃以下, 磨损量都较低且变化不大, BPF含量高的试样比含量低的磨损量相对较少;超过200℃各组试样磨损量都明显有所增加, D4和D5的磨损量在数值上以及波动范围上都明显大于其它三组低含量试样。这可能是因为低温条件下, BPF含量高的摩擦材料硬度相对较大, 故同一载荷下含量高的材料磨损量相对较少。随着温度的提升, BPF含量越高的摩擦材料磨损量增大速率越高, 这可能是因为温度越高, 树脂热分解现象加剧, 导致材料表面各组分间粘结不牢靠, 硬度降低, 在载荷作用下表现为表面松动导致磨损量增大。摩擦材料中树脂含量越高, 热分解对其磨损量的影响越大。而D1组摩擦材料在300℃到350℃时, 磨损量也明显增大, 这可能是因为该组试样中树脂含量本来就很低, 高温热分解后残余量过少, 树脂失去了胶粘作用, 摩擦磨损过程中填料大量裸露出来, 导致成块填料甚至整条纤维脱落, 故磨损量在该温度范围内上升较快。

对比各组试样的磨损量变化曲线可以看出, 含量15%的摩擦材料的磨损量较少, 且随温度的提升变化范围最小, 最平稳。

2.3 磨损表面形貌及摩擦磨损机理分析

图3分别为各组试样室温和高温下的表面微观磨损形貌。由图可以看出, 在室温下, 各组试样的磨损表面均分布着少量的剥落凹坑和犁沟, 并且沿着犁沟有剥落凹坑带, 其磨损方式主要为黏着转移和犁削磨损[9]。随着摩擦材料中BPF含量的增加, 摩擦磨损表面上剥落凹坑数量明显减少, 犁沟也更浅, 这可能是由于随着BPF含量的增加, 摩擦材料硬度逐渐升高, 摩擦磨损过程中表面的剥落相对较少。此时, 比较得出D5的摩擦磨损表面最平滑, 性能最佳。

高温时, 各组试样表面的磨损都十分严重, 存在大量剥落凹坑, 成长条状或块状, 同时在凹坑附近存在大量剥落颗粒和裸露纤维, 犁沟也比室温下深很多。这可能是由于BPF受热分解, 使树脂的粘结作用大大削弱, 树脂不能很好地包裹住纤维, 使其极易剥落为磨屑。因此, 此时是黏着磨损和剥层磨损。

对比各组图片可以看出, 随着BPF含量的增加, 材料磨损表面越来越差。D1, D2和D3试样凹坑和犁沟的个数相比于D4和D5试样较少, 深度也较浅, D5的摩擦表面磨损最为严重, 出现了崩坏现象, 两处大范围的深度凹坑, 大量的剥落颗粒和裸露纤维, D2的摩擦表面比其它四组试样较为平整, 但与常温下各组试样的摩擦磨损形貌相比仍更差。这可能是由于摩擦材料中BPF在高温下热分解严重, 导致材料粘结力降低, 摩擦材料受到犁切作用时, 摩损表面易分解为大量细小的不规则磨屑, 并导致大量纤维裸露, 磨屑在对偶件的犁切作用向两侧堆积, 从而无法形成均匀的摩擦表面, 导致加剧磨损。D2硼改性酚醛树脂含量较低, 在高温下的热分解对摩擦材料影响不明显, 因此摩擦表面仍较为平整, D1摩擦磨损表面较差, 可能是因为摩擦材料中BPF含量过低, 相应填料中的纤维含量较大, 摩擦过程中纤维更容易拔出、断裂或脱落而导致磨粒磨损更加剧烈, 导致磨损加剧。

2.4 树脂基体含量对复合摩擦材料热性能的影响

图4是热失重 (TG) 曲线。由图4分析结果看出, 失重过程有4个阶段:第一阶段是50℃到350℃, 一般摩擦材料在这一阶段不会发生质量损失, 因此此时的质量损失主要由于BPF固化反应过程中水份挥发以及未参加反应的单体释放所致。第二阶段是350℃到450℃, 该阶段摩擦材料体系中硼改性酚醛树脂开始分解释放小分子。第三阶段是450℃到550℃, 这一阶段各组试样失重速度都加快, 摩擦材料中树脂剧烈热分解, 该阶段为主要降解的阶段。第四阶段是550℃到700℃, 这可能是BPF进一步裂解所致。

对比5组试样热重曲线, D5失重随温度变化最明显, 且速度最大, 在300℃左右便开始分解, 而其它四组试样在400℃左右才开始明显分解, 且失重速度明显低于D1。另外从图中还可以看出, D5在700℃时残余质量最少, 说明其热分解最严重, 试样D2, D3和D4的TG曲线随温度变化的整个过程中基本相互重叠, D1的前两个阶段和D2, D3和D4曲线基本一致, 超过550℃后热失重速度明显低于其他试样, 700℃时残余质量最大, 说明D1试样的热性能最优。

综上分析, 摩擦材料由于BPF的引入在高温下发生热分解, 由于摩擦材料中其它填料高温分解现象并不明显, 导致摩擦材料中BPF含量越高热分解加剧, 破坏了摩擦材料的整体性, 导致其耐热性随BPF含量的增大而逐渐降低。

2.5 热膨胀分析

由于摩擦材料体系内存在多种不同组元, 其中B相和其他相的热膨胀系数不同, 其内部必然会有失配问题。而失配产生的残余应力会降低其综合性能, 故对热膨胀系数进行测量显得十分重要。热膨胀系数包括线、面和体膨胀系数, 针对树脂基摩擦材料, 主要通过测量线膨胀系数体现材料的热稳定性。线膨胀系数只是温度的函数, 反映材料的尺寸稳定性, 数值越小, 尺寸稳定性越高。

由图5可知, 随着温度的提升, 不同BPF含量摩擦材料的线膨胀系数都有所上升。

温度在30℃以下, 各组材料的线膨胀值上下波动但变化较小, 温度超过30℃后, D1和D2变化仍不大, 维持在5~8×10-6/℃, 而其它3组BPF含量较高的摩擦材料开始明显上升, 最后几乎成线性变化。分析原因可能是:摩擦材料的线膨胀系数主要由基体和增强体影响, 而基体的数值通常大于填料。高温条件下制备的摩擦材料, 冷却时基体收缩。收缩过程中基体起粘结作用, 将填料牢牢裹住, 同时基体受到填料的抑制, 并产生界面抗压应力。当摩擦材料处于高温下, 两相界面间的抗压应力就会降低, 所以随着温度的提升, 材料的线膨胀系数均增大。由图可以看出, BPF含量越高, 高温下其线膨胀值波动越大。这可能是因为摩擦材料中BPF含量越高, 填料的含量相对就越少, 使得大部分填料都能很好的被树脂包裹。但是在高温环境下, 摩擦材料中的树脂发生热分解, BPF含量越高热分解现象越严重, 使得有更多的填料被孤立分散, 原本被包裹的填料裸露出来。裸露出的填料成纤维状, 与基体的接触表面积大大减少, 导致填料对基体的界面约束力降低, 从而使摩擦材料线膨胀系数上升。而低BPF含量的摩擦材料中, 树脂含量低热分解现象不明显, 由于树脂粘结作用好, 界面约束力强, 故摩擦材料的线膨胀系数小且平稳。

综上可见, BPF的含量越大, 摩擦材料的线膨胀系数越大, 在温度升高时波动越大, 摩擦材料的热稳定性越差。

3 总结

1) 随BPF含量的增加, 材料的密度递减, 硬度、压缩强度和冲击强度先增加再减小, 含量为25%的摩擦材料力学性能最优。

2) 不同BPF含量的摩擦材料的摩擦系数随温度的提升均先增大再减少;低温和中温时树脂基体含量高的摩擦系数较大, 高温时树脂基体含量较低的摩擦系数较大, 其中树脂基体含量为15%的摩擦材料的摩擦系数对温度的稳定性最好;各组试样磨损量随温度的提升均有所增大, 其中含量为15%的摩擦材料的磨损量较少, 且随温度的提升变化范围最小, 最平稳。

3) 随BPF含量的增加, 摩擦材料的线膨胀系数增大, 材料的高温尺寸稳定性变差。

参考文献

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[4]王钊.中国农业机械装备的发展前景[J].东方教育, 2015, 4 (1) :25-28.

[5]侯天宝, 谢佰一, 宋立波.中国农业机械化发展中存在的问题及对策[J].农业机械, 2013, (3) :182-183.

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酚醛树脂保温材料 篇7

【关键词】类潜伏性树脂；真空辅材；预固化；剪切强度

1、背景

随着社会的发展和对能源的需求，绿色能源越来越受到人们的重视。目前风电已成为世界上增长较快的新能源，为减低发电成本，势必要求单机容量越来越大，这对风机叶片的制造提出了更高的要求[1]。目前叶片用的环氧树脂属于常规胺固化体系，可满足60m以下的兆瓦级叶片制造要求，而要适合超过60m以上大叶片的灌注，必须是类似潜伏性树脂体系的材料[2]。这种树脂固化剂的活性低，只有达到一定温度时，才能快速引发环氧基团的开环反应，达到预定固化的目的。由于类潜伏性树脂体系与常规胺固化树脂体系的固化机理不同，其对叶片制造工艺中所用的辅材如脱模剂、脱模布等有一定的腐蚀性，本项目旨在研究类潜伏性树脂体系与辅材之间可能产生的影响，规避在大叶片生产时带来的风险。

2、材料选择和测试

2.1 试验方案 在同等条件下，选取不同类型的真空辅材以真空灌注工艺进行平行比对试验，测试剪切、剥离等性能以验证真空辅材对玻璃钢（以下简称FRP）的影响。

2.2 原材料 尼龙脱模布，型号N；聚酯脱模布，型号P；脱模剂（1#、2#和3#）；环氧树脂（常规胺固化树脂体系A，类潜伏性树脂体系B）；UD1200单向玻璃纤维织物；胶粘剂（进口M胶粘剂，国产K胶粘剂）。

2.3 分析与测试 剪切性能按照GB/T 7124-2008标准、剥离性能按照GB/T 2791-1995标准在日本岛津AG-IC100kN万能试验机上测试，试验温度（23±2）℃，每组材料至少6个样。

3、结果与讨论

3.1 脱模布对FRP性能的影响 使用尼龙和聚酯两种不同种类的脱模布，分别采用常规胺固化树脂体系 A和类潜伏性树脂体系 B分别制备标准测试试样。通过胶粘剂剪切和剥离性能测试，对比了两种树脂在不同脱模布带来的FRP粗糙面上粘结效果的差异性。下表1为分别采用不同树脂和脱模布的粘结强度对比。

表1 使用不同脱模布的FRP粘结强度对比

使用尼龙脱模布N或聚酯脱模布P时，类潜伏性树脂体系B的拉剪及剥离性能均不如常规胺固化树脂体系A，尤其在聚酯条件下，性能差距明显；也证明聚酯相对尼龙脱模布对胶粘剂的粘结效果产生了更消极的影响，造成了FRP间粘结性能的下降。

3.2 脱模剂对FRP性能的影响 分别采用三种不同的脱模剂，在不使用脱模布的情况下制备了三组标准试样，通过胶粘剂的剪切测试对比了两种树脂脱模后粘结效果的差异。下表2为分别采用不同脱模剂的FRP粘结强度对比。

表2 使用不同脱模剂的FRP粘结强度对比

在使用不同脱模剂时，常规胺固化树脂体系A的粘结效果均要优于类潜伏性固化体系B。在实际生产中，FRP的表面均覆盖有脱模布，在除去脱模布后，影响粘结效果的因素由脱模剂变为了脱模布，脱模剂对粘结效果的影响降低。

3.3 树脂未充分固化对FRP性能的影响 通过更改玻纤增强塑料的热处理固化条件，验证不同的固化制度对常规胺固化体系A和类潜伏性树脂体系B的影响。在制作剪切基材时采用不同的预固化条件，并对比了进口M和国产K胶粘剂的影响。采用不同固化制度下的FRP剪切强度数据见下表3。

表3 不同固化制度下的FRP剪切强度对比

使用进口M或国产K胶粘剂时，类潜伏性树脂体系B的粘结效果都要劣于常规胺固化树脂体系A构成的板材；在不同的固化制度下，常规胺树脂体系A无明显影响，剪切强度基本保持持平，而类潜伏性树脂体系剪切强度相差极大，说明了该体系受温度的影响很大，充分的预固化时间能有效改善粘结效果。

4、总结

1）类潜伏性树脂体系与聚酯材料发生反应造成粘结效果下降；尼龙脱模布的使用效果要优于聚酯脱模布；2）脱模剂对FRP的粘结产生一定影响，生产时应选择合适种类，避免模具表面过多残留；3）类潜伏性树脂体系的充分固化能有效增强FRP的粘结。

参考文献

[1]谢校臻，王继辉.风机叶片设计制造发展趋势.玻璃钢/复合材料增刊，2008，353-355