樹脂基復合材料的發展史
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樹脂基復合材料(Resin Matrix Composite)也稱纖維增強塑料(Fiber Reinforced Plastics),是上前技術比較成熟且應用為廣泛的一類復合材料。這種材料是用短切的或連續纖維及其織物增強熱固性或熱塑性樹脂基體,經復合而成。以玻璃纖維作為增強相的樹脂基復合材料在范圍內已形成了產業,在我國俗稱玻璃鋼。樹脂基復合材料于1932年在美國出現,1940年以手糊成型制成了玻璃纖維增強聚酯的軍用飛機的雷達罩,其后不久,美國萊特空軍發展中心設計制造了一架以玻璃纖維增強樹脂為機身和機翼的飛機,并于1944年3月在萊特-帕特空軍基地試飛成功。從此纖維增強復合材料開始受到軍界和工程界的注意。第二次大戰以后這種材料迅速擴展到民用,風靡一時,發展很快。1946年纖維纏繞成型技術在美國出現,為纖維纏繞壓力容器的制造提供了技術貯備。1949年研究成功玻璃纖維預混料并制出了表面光潔,尺寸、形狀準確的復合材料模壓件。1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功,并制成直升飛機的螺旋槳。60年代在美國利用纖維纏繞技術,制造出北極星、土星等大型固體火箭發動機的殼體,為航天技術開辟了輕質高強結構的佳途徑。在此期間,玻璃纖維-聚酯樹脂噴射成型技術得到了應用,使手糊工藝的質量和生產效率大為提高。1961年片狀模塑料(Sheet Molding Compound, 簡稱SMC)在法國問世,利用這種技術可制出大幅面表面光潔,尺寸、形狀穩定的制品,如汽車、船的殼體以及衛生潔具等大型制件,從而更擴大了樹脂基復合材料的應用領域。1963年前后在美、法、日等國先后開發了高產量、大幅寬、連續生產的玻璃纖維復合材料板材生產線,使復合材料制品形成了規?;a。拉擠成型工藝的研究始于50年代,60年代中期實現了連續化生產,在70年代拉擠技術又有了重大的突破,近年來發展更快。除圓棒狀制品外,還能生產管、箱形、槽形、工字形等復雜截面的型材,并還有環向纏繞纖維以增加型材的側向強度。上前拉擠工藝生產的制品斷面可達76cm×20cm。在70年代樹脂反應注射成型(Reaction Injection Molding, 簡稱RIM)和增強樹脂反應注射成型(Reinforced Reaction Injection Molding, 簡稱RRIM)兩種技術研究成功,進一步改善了手糊工藝,使產品兩面光潔,現已大量用于衛生潔具和汽車的零件生產。1972年美國PPG公司研究成功熱塑性片狀模型料成型技術,1975年投入生產。這種復合材料大特點是改變了熱固性基體復合材料生產周期長、廢料不能回收問題,并能充分利用塑料加工的技術和設備,因而發展得很快。制造管狀構件的工藝除纏繞成型外,80年代又發展了離心澆鑄成型法,英國曾使用這種工藝生產10m長的復合材料電線桿、大口徑受外壓的管道等。從上述可知,新生產工藝的不斷出現推動著聚合物復合材料工業的發展。 |
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