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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:4366
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-02-23 11:26:11
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

先进树脂基复合材料技术发展及应用现状

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 张忠庆
资料简介

摘要:随着我国科技的发展,复合材料在工业领域得到广泛应用,其也是衡量一个国家科技和经济实力的重要标志。先进复合材料不仅强度高,而且耐热性能和抗疲劳性能优良,在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。树脂基复合材料是先进的材料类型之一,在航空航天领域得到广泛应用,并且随着技术发展与进步,材料性能不断改进和完善。本文主要探讨分析了树脂基复合材料成型工艺技术及其应用。

先进树脂基复合材料技术发展及应用现状

张忠庆

大庆石化公司化工三厂 SAN车间 黑龙江大庆 163714

摘要:随着我国科技的发展,复合材料在工业领域得到广泛应用,其也是衡量一个国家科技和经济实力的重要标志。先进复合材料不仅强度高,而且耐热性能和抗疲劳性能优良,在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。树脂基复合材料是先进的材料类型之一,在航空航天领域得到广泛应用,并且随着技术发展与进步,材料性能不断改进和完善。本文主要探讨分析了树脂基复合材料成型工艺技术及其应用。

关键词:先进树脂基复合材料;技术发展;应用现状

1、先进树脂基复合材料技术发展 1.1拉挤成型   将已浸润的连续纤维束在牵引结构拉力下,用成型模成型,在模中固化,连续生产出复合型材。成型过程需要成型模挤压和外牵引拉拨,整个生产过程是连续的。该工艺控制方便,产品质量稳定,成本低,生产效率高,制品的拉伸强度和弯曲强度高。目前拉挤工艺主要用于生产玻璃钢棒、工字型、角型、槽型、方型等,技术取得不断发展,产品质量也进一步提升。   1.2模压成型工艺   模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内,经加热、加压来固化成型的一种方法。模压成型工艺的主要优点是生产效率高,便于实现专业化和自动化生产,可有效降低制造成本;产品尺寸精度高,重复性好;表面光洁,无需二次修饰;能一次成型结构复杂的制品。另外,模压法制备基体试件可以有效地避免分子取向,能较客观地反映非晶态高聚物的性能。模压成型的不足之处在于模具制造复杂,投资较大。再加上受压机限制,最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台面尺寸的不断增大,压机也逐渐形成成熟的数控系统,模压料的成型温度和压力的相对降低,使得模压成型制品的生产率显著提高,质量向精细化发展,尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。   1.3缠绕成型   缠绕成型就是按照一定的规律,把连续的纤维缠绕到芯模上,通过脱模和固体而形成产品,产品的强度比较高、可靠性比较高、生产效率比效高,具有明显的技术经济效益,成本较低,广泛应用于航空和汽车等相关领域,同时,也正向着集成化和自动化的方向发展。

  1.4RTM成型工艺   RTM技术也就是树脂传递模塑技术,其历史悠久,自20世纪50年代开始被应用在飞机雷达罩成型过程以来,已经更广泛地被应用于生产各类纤维增强复合材料的过程中。具体说来,RTM是一项通过将树脂注入闭合模具,由此浸润增强材料使其进行固化的工艺技术。它适合生产多品种、高质量且中批量的先进复合材料制品,也是目前欧洲树脂基复合材料成型工艺的主要发展方向之一。

1.5真空辅助RTM(VARTM)成型工艺   针对RTM成型工艺的缺陷,近些年国内外进行了一系列的研究,让真空辅助RTM(VARTM)成型工艺得到了广泛应用。该工艺正是在RTM技术的基础上改进而来,通过在树脂注入过程中从闭合模具出口处抽取真空,增强模具充模的压力,不但能够排除纤维束中挥发的气体,还能够增强模具内腔中树脂的流动速度,从而加强树脂对纤维的浸润程度。不过真空辅助RTM对于模具密封性提出了更高的要求,上下模具间不可漏气,否则制作很容易失败。

2、先进树脂基复合材料应用现状

2.1先进树脂基复合材料建筑业中的应用

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。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。 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。

2.2先进树脂基复合材料汽车工业中的应用

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。 2.3先进树脂基复合材料能源工业中的应用

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(FRP)/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。

2.4先进树脂基复合材料在其他领域中的应用

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。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。

结语:先进树脂基复合材料已经实现了系列化和产业化,树脂基复合材料力学性能、韧性、耐高温性能及工艺性得到综合提升,复合材料构件自动化、数字化、整体化和低成本制造技术趋于成熟。

参考文献: [1]周利,秦志伟,刘杉,等.热塑性树脂基复合材料连接技术的研究进展[J].材料导报,2019(19). [2]钱芳.成型工艺在树脂基复合材料的发展[J].科技与创新,2017(07):49-49.

[3]阮芳涛,鲍力民,徐珍珍.碳纤维增强树脂基复合材料的回收及其再利用研究进展[J].纺织学报,2019,40(06).