複合材料用熱固性樹脂的特性及應用

在復合材料中，樹脂的主要功能是在增強纖維之間傳遞應力，並起到將纖維固定在一起的作用，從而保護纖維免受機械和環境損害。通常用於增強聚合物複合材料的樹脂基質是熱塑性或熱固性的。本文簡要介紹了幾種常見的熱固性樹脂基體的特性。

大多數複合材料在製造過程中都使用熱固性樹脂，並且它們通過稱為聚合或交聯的過程從液態轉化為固態。當用於成品生產時，熱固性樹脂會通過使用催化劑，加熱或兩者結合而“固化”。固化的熱固性樹脂無法轉換回其原始液體形式。常見的熱固性塑料是聚酯，乙烯基酯，環氧樹脂和聚氨酯。

不飽和聚酯樹脂

不飽和聚酯樹脂（UPR）是複合材料行業的主要力量，約佔所用樹脂總量的75％。有多種原材料和加工技術可用於配製或加工聚酯樹脂所需的性能。聚酯是通用的，因為它們可以在構建聚合物鏈的過程中進行改性或定制。它們可用於復合材料行業的幾乎所有領域。

這些樹脂的主要優點是在性能（包括機械，化學和電氣），尺寸穩定性，成本以及易於處理或加工之間取得平衡。聚酯製造商可以為樹脂提供必要的性能，以滿足特定最終用戶的需求。

環氧樹脂可用於各種複合部件，結構和混凝土維修。通過改善樹脂的結構，可以生產出許多具有不同性能水平的產品。與不飽和聚酯樹脂相比，環氧樹脂的主要優點是收縮率低。

環氧樹脂也可以用不同的材料配製或與其他環氧樹脂共混以獲得特定的性能特徵。環氧樹脂主要用於製造高性能複合材料，這些材料具有出色的機械性能，耐腐蝕性，出色的電性能，高溫下的良好性能，對基材的良好粘合性或這些優點的組合。但是，環氧樹脂不具有特別好的耐紫外線性。

乙烯基酯的開發將環氧樹脂的優點與更好的處理/更快的固化結合在一起，這是不飽和聚酯樹脂的典型特徵。這些樹脂通過使環氧樹脂與丙烯酸或甲基丙烯酸反應來製備。這提供了不飽和位點，與使用馬來酸酐時在聚酯樹脂中產生的位點非常相似。將得到的材料溶解在苯乙烯中以產生類似於聚酯樹脂的液體。

乙烯基酯也可以用與聚酯樹脂一起使用的常規有機過氧化物進行固化。乙烯基酯具有機械韌性和出色的耐腐蝕性，無需複雜的加工，處理或特殊的車間加工操作（通常為環氧樹脂）即可獲得這些增強的性能。

酚醛樹脂是通常基於苯酚（碳酸）的一種樹脂。酚醛樹脂通過縮合反應固化生成水，因此在加工過程中應將其除去。著色的應用僅限於紅色，棕色或黑色。

酚醛複合材料具有許多理想的性能，包括耐高溫，耐蠕變性，出色的隔熱和隔音性能，耐腐蝕性以及出色的火/煙/煙毒性特性。酚醛樹脂用作工程木材（膠合板），剎車片，離合器片，電路板等的粘合劑或基質粘合劑。

聚氨酯是具有廣泛性能和用途的聚合物家族，所有這些都基於有機多異氰酸酯和多元醇（含有一個以上羥基的醇）的放熱反應。具有不同分子量和功能的幾種基本組分可用於生產整個聚氨酯材料。

聚氨酯以令人驚訝的多種形式出現。這些材料無處不在，與任何其他單一聚合物相比，它們在我們日常生活的各個方面都發揮著重要作用。它們用作塗料，彈性體，泡沫或粘合劑。當用作外部或內部飾面塗料時，聚氨酯堅韌，柔軟，耐化學腐蝕並且可以快速固化。聚氨酯在實心輪胎，車輪，保險槓組件或絕緣材料中用作彈性體。

有許多聚氨酯泡沫配方可優化保溫材料，結構夾芯板和建築構件的密度。聚氨酯通常用於將復合結構粘合在一起。聚氨酯膠粘劑的優點是它們具有良好的抗衝擊性，樹脂可以快速固化，並且可以很好地粘結到各種不同的表面（例如混凝土）上。