IDI白皮书-艾蒂国际复合材料.docVIP

热固性复合材料白皮书 复合材料的优势：为什么众多设计师都选择热固性材料？ 作者：Larry Landis, Gary Little和Ron Parshall，IDI国际复合材料公司 由于金属和热塑性材料本身的局限性，设计师们纷纷转向了高性能的热固性复合材料。热固性复合材料与其他常用材料相比，强度更大，外形更稳定，更耐腐蚀，还使设计变得更灵活，生产效率更高。此外， 热固性复合材料的坚强分子键，使它即使长时间在极端的化学和温度环境下，仍然能保持其优异的特性。 团状模塑料 (BMC) 和片状模塑料 (SMC) 全球不少的热固性材料生产，都是以团状模塑料 (BMC) 和片状模塑料 (SMC)方式出现。团状模塑料 (BMC) ，是由树脂、纤维增强材料和几种其它成份而合成的胶粘油灰状物质（见图2）。一般来说，BMC中有5 - 25%是纤维增强材料，它主要由一条条长度范围为1/32 到1/2英寸（或0.75到12.7毫米）的短切玻璃纤维构成。 BMC适宜用于压塑、灌塑、或注塑成型。BMC在注塑成型时，其速度可达10秒/毫米部件厚度速度。 在不同的应用领域时，BMC表现出多样化的特性：严谨的外形控制，良好的阻燃性和抗电痕性、优越的介电强度和耐腐蚀、耐污性、超卓的机械特性, 极少的收缩和稳定的色泽。BMC有着缤纷的色彩, 表面易于粉剂喷涂，上漆和其它涂层技术。 片状模塑料 (SMC)虽然化学特性与团状模塑料(BMC)相似，其制造工艺却大相径庭。SMC做成片状，这样就更易于应用在各个领域中，而它的机械强度也比其热固性家族的同伴突出许多(见图3)。SMC中通常含有10 - 65%的纤维增强材料，由一条条长度范围为1/2 到2英寸（或12.7到50.8毫米）的短切玻璃纤维构成。 虽然也可用于灌塑和注塑工艺，但最适合片状模塑料 (SMC)的仍然是压塑成型。SMC可以模塑成各种复杂的形状，报废率却极低。无论是其超卓的外观还是机械性能，片状模塑料 (SMC)都比团状模塑料 (BMC)更胜一筹，因此我们用它来制造汽车车身面板、高强度电气部件，设备机柜、水上摩托，以及各种各样的结构件。 向热固性复合材料转化 热固性复合材料与金属和热塑性塑料相比，显示出一系列的绝对优势，正是设计工程师和模塑制造商们纷纷在产品设计中转向采用团状模塑料 (BMC) 和片状模塑料 (SMC) 的原因。通过在设计初期对BMC及SMC的特性评估，就可以充分利用材料的关键特性，定制材料的配方 (见图4)。材料的核心优势包括: 强度 团状模塑料 (BMC) 和片状模塑料 (SMC)的比强度比大部分金属材料要高。热固性复合材料可以由各种各样的树脂和纤维增强材料组合而成。因此，和其它材料不同，他们可以因应特定应用中不同的强度要求而定制。配方设计师可以通过增加纤维增强材料的大小和数目，或改变其基础化学特性来提高材料的机械强度。 热固性材料和金属不一样，后者是均质的（各向同性的），而热固性材料却是非均质的（各向异性的），可以根据定制要求而额外加大某一向量的强度。如果一个热固性部件的某方向必须具备耐弯曲能力，则它里面的大部分纤维都可以呈90度朝向该方向，以此形成坚挺的结构来对抗弯曲力。热固性材料无论长时间暴露在高或低的温度中，总能保持其超卓的强度和物理特性，这得归功于其原子共价键形成的分子交联网络结构。 外形稳定 团状模塑料 (BMC) 及片状模塑料 (SMC)的分子交联网络不仅让其强度更大，还让他们在高温下也不会变形。在高温环境下，热固性材料制成的部件远没有热固性塑料制造的部件那么容易松散或蠕变。在高温下做拉伸测试就可以看出其中的区别。测试中，热塑性塑料会拉长好几公分，而热固性复合材料仅会拉长千中无一。此外，在高温环境下，拉力负荷会造成热塑性塑料部件上的模塑孔越来越长。然而相同的情况下，热固性复合部件的模塑孔则不会因此变形。 热固性材料的收缩性也明显比热塑性塑料低得多。它们的收缩范围在百分之零点二到零之间，有时甚至是负值的扩张。最低的收缩性有助于确保模塑部件的精密公差, 因此通常用不着二次加工，比如钻孔或焊接。 耐腐蚀性 热塑性塑料在腐蚀性环境中和物质下表现变差。此外，众所周知金属哪怕在水中和普通的化学品中也变得容易受到腐蚀。要在腐蚀性环境下使用金属材料，要么必须加上保护涂层，要么必须使用价格不菲的抗腐蚀性合金。 与普通金属不同，团状模塑料 (BMC) 和片状模塑料 (SMC)无论在户外或多么严酷的环境下使用都不会生锈或腐蚀，它们能长期抵御化学品和极端温度。在一些化工厂中可以看到很好的例子，那些热固性管道系统尽管长期受到化学品的腐蚀，往往也使用超过了25年。热固性材料在地下化学品储存系统中的使用寿命也很长。BMC和SMC的耐腐蚀性让它们成为严格卫生环境中的理想选择，即便总是放在强效化学清洁品中也不会