玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的制備

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1、綜合實(shí)驗(yàn)研究玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的制備院系：航空航天工程學(xué)部專業(yè)：高分子材料與工程專業(yè)指導(dǎo)教師：于祺學(xué)生姓名：王娜13目錄第1章概述1.1玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀1.2本次試驗(yàn)的目的及方法第2章手糊法制備玻纖/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料2.1實(shí)驗(yàn)原料2.1.1環(huán)氧樹(shù)脂2.1.2玻璃纖維2.1.3咪唑固化劑2.1.4活性稀釋劑2.2手糊成型簡(jiǎn)介2.4實(shí)驗(yàn)部分2.4.1實(shí)驗(yàn)儀器2.4.2實(shí)驗(yàn)步驟第3章力學(xué)性能測(cè)試3.1剪切強(qiáng)度3.2彎曲強(qiáng)度3.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析3.3.1浸膠的用量及均勻度3.3.2固化時(shí)間與溫度的影響3.3.3活性

2、稀釋劑的用量第4章結(jié)論與展望4.1結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)13第1章概述1.1玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)材的研究現(xiàn)狀EP/玻璃纖維(GF)復(fù)合材料是目前研究比較成熟、應(yīng)用最廣的一種復(fù)合材料。EP/GF復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、模量大、耐腐蝕性好、電性能優(yōu)異、原料來(lái)源廣泛、工藝性好、加工成型簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),并具有材料可設(shè)計(jì)性及特殊的功能性如屏蔽電磁波、消音等特點(diǎn),現(xiàn)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和科技發(fā)展中無(wú)法代替的重要材料。且復(fù)合材料的研究水平已成為一個(gè)國(guó)家或地區(qū)科技經(jīng)濟(jì)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。目前美，日，西歐的水平較高，北美，歐洲，日本的產(chǎn)量分別占33%

3、，32%，30%。毋庸置疑，EP/玻璃纖維(GF)復(fù)合材料的質(zhì)量輕，高強(qiáng)度等優(yōu)于金屬的特性，會(huì)在某些領(lǐng)域更廣泛的使用，目前復(fù)材的粘接性能與力學(xué)性能成為主要的研究方面。目前主要的成型方法有手糊成型，纏繞成型，熱壓管成型，RTM成型，拉擠成型。1.2本次試驗(yàn)的目的及方法實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自行設(shè)計(jì)采用一種固化體系，用手糊成型方法制備EP/玻璃纖維(GF)復(fù)合材料，再測(cè)量材料的力學(xué)性能如，彎曲，剪切。目的在于1，了解材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及到的設(shè)備的基本使用。2，掌握環(huán)氧樹(shù)脂固化體系的配置及設(shè)計(jì)。3，對(duì)手糊成型操作了解，及查找文獻(xiàn)完成論文的能力。就此要求我們第2組

4、采用環(huán)氧樹(shù)脂E-44，20cm×20cm的玻璃纖維布15張，用咪唑固化劑并加入稀釋劑防止體系過(guò)粘。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定咪唑固化環(huán)氧樹(shù)脂的最佳固化條件：60℃/2h+80℃/2h，制備了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，之后將制備的樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，其層間剪切強(qiáng)度為5.750Mpa，彎曲強(qiáng)度為127.64Mpa。13第1章手糊法制備玻纖/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料2.1實(shí)驗(yàn)原料2.1.1環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂是含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的環(huán)氧基，并在適當(dāng)?shù)脑噭┑淖饔孟履軌蚪宦?lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一類聚合物。它是一類具有良好粘接、耐腐蝕、電氣絕緣、高強(qiáng)度等性能的熱固性高分子合

5、成材料。其中，雙酚A縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂的原材料來(lái)源方便、成本低，所以在環(huán)氧樹(shù)脂中它的應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大，約占環(huán)氧樹(shù)脂總量的85%以上[9]。其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：從環(huán)氧樹(shù)脂本身的結(jié)構(gòu)分析，其主要特點(diǎn)如下：（1）良好的加工性未固化的環(huán)氧樹(shù)脂本身分子間的內(nèi)聚力小，分子有擴(kuò)展的傾向，故樹(shù)脂的流動(dòng)性好，且易于和固化劑及其他材料如填充劑等混合，因此有良好的加工性。（2）粘著性強(qiáng)由于樹(shù)脂中的脂肪族羥基、醚鍵和環(huán)氧基的存在，這些極性基能與含有金屬、硅酸鹽、活潑氫的材料表面產(chǎn)生較強(qiáng)的分子間作用力或發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)鍵，因此環(huán)氧樹(shù)脂的粘著性很強(qiáng)，有萬(wàn)能膠之稱。（3）

6、可低壓成型且收縮率小環(huán)氧樹(shù)脂通常在固化時(shí)沒(méi)有低分子副產(chǎn)物產(chǎn)生，所以不會(huì)產(chǎn)生氣泡，可以低壓成型，而且收縮率小，它的熱膨脹系數(shù)也很?。ㄒ话銥?.0×10-5℃-1），環(huán)氧樹(shù)脂是熱固性樹(shù)脂中收縮率最小的一種，在100℃固化時(shí)收縮率為0.5%，在200℃固化時(shí)為2.3%。（4）化學(xué)穩(wěn)定性好環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中無(wú)酚性羥基，又無(wú)酯鍵，所以其耐堿性比酚醛樹(shù)脂和聚酯樹(shù)脂要好，此外，在固化后的體形結(jié)構(gòu)中有穩(wěn)定的苯環(huán)和醚鍵，故耐酸性、耐溶劑性以及耐水性也很好，在室溫下吸水率在0.5%以下。13（5）有較好的力學(xué)性能環(huán)氧樹(shù)脂固化以后，在交聯(lián)點(diǎn)間有一定的距離，中間鏈除

7、含苯環(huán)外還有兩個(gè)醚鍵，具有一定的活動(dòng)性，因而脆性較小，基本屬于硬而強(qiáng)韌性的材料，所以具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。另外與酚醛樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂比較，環(huán)氧樹(shù)脂也具有較好的介電性能。2.1.2玻璃纖維布玻璃纖維（英文原名為：glassfiber或fiberglass）是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。玻璃纖維布是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20-1/5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚

8、至上千根單絲組成。我國(guó)生產(chǎn)的玻璃布，分為無(wú)堿和中堿兩類，國(guó)外大多數(shù)是E-GLASS無(wú)堿玻璃布。玻璃布主要用于生產(chǎn)各種電絕緣層壓板、印刷線路板、各種車輛車體、貯罐、船