纖維增強環氧樹脂復合材料成型工藝及其應用（一）
一、前言
相比傳統材料，復合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以來發展很快。盡管產量?。〒▏鳹etrotex公司統計，2003年復合材料達700萬噸），但復合材料的水平已是衡量一個或地區科技、經濟水平的標志之一。美、日、西歐水平較高。北美、歐洲的產量分別占產量的33%與32%，以（含臺灣?。?、日本為主的亞洲占30%。大陸2003年玻班纖維增強塑料（玻璃纖維與樹脂復合的復合材料、俗稱“玻璃鋼”）逾90萬噸，已居第二位（美國2003年為169萬噸，日本不足70萬噸）。
復合材料主要由增強材料與基體材料兩大部分組成：
增強材料：在復合材料中不構成連續相賦于復合材料的主要力學性能，如玻璃鋼中的玻璃纖維，CFRP（碳纖維增強塑料）中的碳纖維素就是增強材料。
基體：構成復合材料連續相的單一材料如玻璃鋼（GRP）中的樹脂（本文談到的環氧樹脂）就是基體。
按基體材料不同，復合材料可分為三大類：
樹脂復合材料
金屬基復合材料
無機非金屬基復合材料，如陶瓷基復合材料。
本文討論環氧樹脂基復合材料。
1、為什么采用環氧樹脂做基體？
固化收縮率代低，僅1%-3%，而不飽和聚酯樹脂卻高達7%-8%；
粘結力強；
有B階段，有利于生產工藝；
可低壓固化，揮發份甚低；
固化后力學性能、耐化學性佳，電絕緣性能良好。
值得指出的是環氧樹脂耐有機溶劑、耐堿性能較常用的酚醛與不飽和聚酯權勢脂為佳，然耐酸性差；固化后一般較脆，韌性較差。
2、環氧玻璃鋼性能（按ASTM）
以FW（纖維纏繞）法制造的玻纖增強環氧樹脂的產品為例，將其與鋼比較。
表1 GF/EPR與鋼的性能比較
玻璃含量 GF/EPR（玻纖含量80wt%) AISI1008 冷軋鋼
相對密度 2.08 7.86
拉伸強度 551.6Mpa 331.0MPa
拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa
伸長率 1.6% 37.0%
彎曲強度 689.5MPa
彎曲模量 34.48GPa
壓縮強度 310.3MPa 331.0MPa
懸臂沖擊強度 2385J/m
燃燒性（UL-94） V-O
比熱容 535J/kg?k 233J/kg?k
膨脹系數 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1
熱變形溫度 204oC(1.82MPa)
熱導率 1.85W/m?k 33.7W/m?k
介電強度 11.8×106V/m
吸水率 0.5%(24h)
表2 幾種常用材料與復合材料的比強度和比模量
材料名稱 密度g/cm3 拉伸強度×104MPa 彈性模量×106MPa 比強度×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/環氧樹脂 1.45 14.71 13.73 0.21
碳纖維/環氧樹脂 1.6 1049 23.54 1.5
芳綸纖維/環氧樹脂 1.4 13.73 7.85 0.57
硼纖維/環氧樹脂 2.1 13.53 20.59 1.0
硼纖維/鋁 2.65 9.81 19.61 0.75
相比傳統材料，復合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以來發展很快。盡管產量?。〒▏鳹etrotex公司統計，2003年復合材料達700萬噸），但復合材料的水平已是衡量一個或地區科技、經濟水平的標志之一。美、日、西歐水平較高。北美、歐洲的產量分別占產量的33%與32%，以（含臺灣?。?、日本為主的亞洲占30%。大陸2003年玻班纖維增強塑料（玻璃纖維與樹脂復合的復合材料、俗稱“玻璃鋼”）逾90萬噸，已居第二位（美國2003年為169萬噸，日本不足70萬噸）。
復合材料主要由增強材料與基體材料兩大部分組成：
增強材料：在復合材料中不構成連續相賦于復合材料的主要力學性能，如玻璃鋼中的玻璃纖維，CFRP（碳纖維增強塑料）中的碳纖維素就是增強材料。
基體：構成復合材料連續相的單一材料如玻璃鋼（GRP）中的樹脂（本文談到的環氧樹脂）就是基體。
按基體材料不同，復合材料可分為三大類：
樹脂復合材料
金屬基復合材料
無機非金屬基復合材料，如陶瓷基復合材料。
本文討論環氧樹脂基復合材料。
1、為什么采用環氧樹脂做基體？
固化收縮率代低，僅1%-3%，而不飽和聚酯樹脂卻高達7%-8%；
粘結力強；
有B階段，有利于生產工藝；
可低壓固化，揮發份甚低；
固化后力學性能、耐化學性佳，電絕緣性能良好。
值得指出的是環氧樹脂耐有機溶劑、耐堿性能較常用的酚醛與不飽和聚酯權勢脂為佳，然耐酸性差；固化后一般較脆，韌性較差。
2、環氧玻璃鋼性能（按ASTM）
以FW（纖維纏繞）法制造的玻纖增強環氧樹脂的產品為例，將其與鋼比較。
表1 GF/EPR與鋼的性能比較
玻璃含量 GF/EPR（玻纖含量80wt%) AISI1008 冷軋鋼
相對密度 2.08 7.86
拉伸強度 551.6Mpa 331.0MPa
拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa
伸長率 1.6% 37.0%
彎曲強度 689.5MPa
彎曲模量 34.48GPa
壓縮強度 310.3MPa 331.0MPa
懸臂沖擊強度 2385J/m
燃燒性（UL-94） V-O
比熱容 535J/kg?k 233J/kg?k
膨脹系數 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1
熱變形溫度 204oC(1.82MPa)
熱導率 1.85W/m?k 33.7W/m?k
介電強度 11.8×106V/m
吸水率 0.5%(24h)
表2 幾種常用材料與復合材料的比強度和比模量
材料名稱 密度g/cm3 拉伸強度×104MPa 彈性模量×106MPa 比強度×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/環氧樹脂 1.45 14.71 13.73 0.21
碳纖維/環氧樹脂 1.6 1049 23.54 1.5
芳綸纖維/環氧樹脂 1.4 13.73 7.85 0.57
硼纖維/環氧樹脂 2.1 13.53 20.59 1.0
硼纖維/鋁 2.65 9.81 19.61 0.75
