
增强塑料是以树脂为基体(如不饱和聚酯、环氧等热固性材料或聚酰胺、聚丙烯等热塑性材料)与玻璃纤维、碳纤维等高强度增强材料复合而成。按基体分为热固性及热塑性两类,广泛应用于机械、汽车、航空航天等领域。
该材料通过层压、模压等工艺成型,兼具树脂耐腐蚀、绝缘特性及纤维高模量特性。典型代表玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)具有钢材强度与玻璃耐腐蚀性,可制成管道等复杂结构。碳纤维增强塑料因轻质高强在航空、风电等领域应用拓展。热塑性复合材料韧性、加工效率优于热固性,在汽车结构件、电池外壳等场景应用增长显著。发展趋势包括纳米材料增强、生物基添加剂及智能功能集成。
增强塑料采用的热固性树脂有:不饱和聚酯、酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、醇酸树脂、三聚氰胺-甲醛树脂;采用的热塑性树脂有:聚酰胺、氟树脂、聚碳酸酯、聚砜、丙烯酸类树脂(丙烯酸或甲基丙烯酸及其酯类的聚合物)、聚甲醛、ABS树脂、聚乙烯和聚丙烯等。所用增强材料有金属材料、非金属材料和高分子材料,三者均以纤维状材料为主。常用的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、硼纤维和芳香族聚酰胺纤维。增强材料具有较高的强度和模量。树脂具有许多固有的优良物理、化学(耐腐蚀、绝缘、耐辐照、耐瞬时高温烧蚀等)和加工性能。树脂与增强材料复合后,增强材料可以起到增进树脂的力学或其他性能,而树脂对增强材料可以起到粘合和传递载荷的作用,使增强塑料具有优良性能。
为了提高树脂与增强材料的粘接能力,有些增强材料在使用前需用偶联剂进行表面处理。不同树脂和增强材料选用不同的偶联剂。以玻璃纤维为例,所用偶联剂主要有铬络合物和硅烷两类。常用的铬络合物为甲基丙烯酸氯化铬络合物(又称沃兰),它的一端与含硅烷醇基的玻璃纤维(玻璃)作用,即:
另一端可与环氧树脂、聚酯和酚醛树脂等反应,从而起粘接树脂和玻璃纤维的作用。乙烯基三乙氧基硅烷也是常用的硅烷偶联剂,它与玻璃纤维的作用同沃兰类似。
增强塑料的分类
1.按增强材料的外形分为:
(1)粒状增强塑料:如钙塑塑料。
(2)纤维增强塑料:如玻璃纤维或玻璃布增强塑料。
(3)片状增强塑料:如云母增强塑料。
2.按增强材料的材质分为:
(1)布基、石棉增强塑料:如碎布增强塑料。
(2)无机矿物填充塑料:如石英、云母填充塑料。
(3)玻纤增强塑料:如预浸渍料。
(4)SMC、BMC等特种纤维增强塑料:如碳纤维、凯芙拉纤维增强塑料。
(5)金属纤维增强塑料:如钢丝增强塑料。