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热塑性与热固性树脂(FRP复合材料中使用的两种树脂的差异)

热固性与热塑性复合材料——有什么区别?两者各有优势,对这两种类型的复合材料都有需求。

热塑性与热固性树脂(FRP复合材料中使用的两种树脂的差异)

热塑性 聚合物 树脂的使用非常广泛,我们大多数人几乎每天都以一种或另一种形式与它们接触。常见的热塑性树脂和用它们制造的产品的例子包括:

  • PET  (水和汽水瓶)
  • 聚丙烯(包装容器)
  • 聚碳酸酯(安全玻璃镜片)
  • PBT(儿童玩具)
  • 乙烯基(窗框)
  • 聚乙烯 (杂货袋)
  • PVC(水暖管)
  • PEI(飞机扶手)
  • 尼龙 (鞋类、服装)

热固性与热塑性结构

复合材料形式的热塑性塑料通常不被增强,这意味着,树脂形成的形状仅依赖于组成它们的短的、不连续的纤维来保持其结构。另一方面,许多采用热固性技术形成的产品都通过其他结构元素(最常见的是玻璃纤维和 碳纤维)进行增强,以进行增强。

热固性和热塑性技术的进步正在持续,两者肯定都有一席之地。虽然每种材料都有自己的优缺点,但最终决定哪种材料最适合任何给定应用的因素归结为许多因素,其中可能包括以下任何一项或全部:强度、耐用性、柔韧性、易用性/费用制造和可回收性。

热塑性复合材料的优势

热塑性复合材料为某些制造应用提供了两个主要优势:首先,许多热塑性复合材料与类似的热固性材料相比具有更高的抗冲击性。(在某些情况下,差异可能高达抗冲击性的 10 倍。)

热塑性复合材料的另一个主要优点是它们具有延展性的能力。未加工的热塑性树脂在室温下是固体,但是当热和压力浸渍增强纤维时, 会发生物理变化 (但是,它不是导致永久性、不可逆变化的化学反应)。这就是允许热塑性复合材料重新成型和重新成型的原因。

例如,您可以加热拉挤热塑性复合材料棒并将其重新成型为具有曲率。一旦冷却,曲线将保持不变,这对于热固性树脂是不可能的。这一特性为热塑性复合材料产品的原始用途结束后的未来回收提供了巨大的希望。

热塑性复合材料的缺点

虽然可以通过加热使其具有延展性,但由于热塑性树脂的自然状态是固体,因此很难用增强纤维浸渍它。必须将树脂加热到熔点并施加压力以整合纤维,然后必须将复合材料冷却,同时仍处于压力下。

必须使用特殊的工具、技术和设备,其中许多都很昂贵。该过程比传统的热固性复合材料制造更复杂和昂贵。

热固性树脂的特性和常见用途

在热固性树脂中,未固化的原始树脂分子通过催化化学反应交联。通过这种化学反应(通常是放热反应),树脂分子之间会产生极强的键合,树脂会从液态变为固态。

一般而言,纤维增强聚合物(FRP)是指使用长度为 1/4 英寸或更大的增强纤维。这些组件提高了机械性能,然而,尽管它们在技术上被认为是纤维增强复合材料,但它们的强度几乎无法与连续纤维增强复合材料相媲美。

传统的 FRP 复合材料使用热固性树脂作为基体,将结构纤维牢固地固定到位。常见的热固性树脂包括:

  • 聚酯树脂
  • 乙烯基酯树脂
  • 环氧树脂
  • 酚醛树脂
  • 聚氨酯
  • 目前最常用的热固性树脂是聚酯树脂,其次是乙烯基酯树脂和环氧树脂。热固性树脂很受欢迎,因为未固化且在室温下,它们处于液态,可以方便地浸渍增强纤维,如玻璃纤维、碳纤维或凯夫拉尔。

热固性树脂的好处

室温液态树脂使用起来相当简单,尽管露天生产应用需要足够的通风。在层压(闭模制造)中,液态树脂可以使用真空或正压泵快速成型,从而实现大规模生产。除了易于制造之外,热固性树脂还物超所值,通常以较低的原材料成本生产出优质产品。

热固性树脂的有益品质包括:

  • 优异的耐溶剂和腐蚀性
  • 耐热和耐高温
  • 高疲劳强度
  • 量身定制的弹性
  • 优异的附着力
  • 出色的抛光和喷漆处理质量

热固性树脂的缺点

热固性树脂一旦被催化,就不能逆转或重塑,这意味着一旦形成热固性复合材料,其形状就不能改变。因此,热固性复合材料的回收利用极为困难。热固性树脂本身不可回收,但是,一些较新的公司已通过称为热解的厌氧过程成功地从复合材料中去除树脂,并且至少能够回收增强纤维。

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