玻璃纤维及复合材料导论

复合材料是由单个组件组成的材料，其组合的物理强度超过其中任何一个单独的性能。在复合层压板的情况下，有两个基本元素涉及:纤维增强(如玻璃纤维或碳纤维)和树脂。这两个元素不应该单独使用——它们应该结合使用。在这样做的过程中，它们通过机械和化学方式结合，形成一个坚硬的层压部件，无法改造。

想象一艘船。许多船都是用玻璃纤维制成的，玻璃纤维最初是一种纺织品，就像一根卷起来的长织物。玻璃纤维被放入模具中，制成船体。液体形式的树脂被催化并应用于模内玻璃纤维。它会以化学方式固化并与玻璃纤维结合，产生大量的热量(称为热固性)。这涉及多个层次和各种技术，但最终的结果是船。

复合材料，像船一样，受欢迎的原因有很多，但主要是因为它们结合了高强度和低重量比。一般来说，它们可以定制以适应不同的应用，并形成独特而复杂的形状。它们也很受欢迎，因为它们对大多数环境具有优越的抵抗力，并且可以由大多数制造商使用，而无需大量投资。

我们将看看要选择的一些增强剂和树脂。首先，让我们看一下实际的纤维和树脂产品示例，以便您更好地熟悉复合材料行业。之后，我们将看一下在使用复合时可能听到的一些基本术语。

综合术语词汇表

成型:成型是在模具内构造零件的过程。通常情况下，预切钢筋是一层一层地放入模具，并与树脂饱和。当零件达到所需的厚度和方向时，它被留下来固化。当它被脱模时，它将具有模具表面的精确形状。

层压:层压最初是指在表面(如木材)上涂上一层薄薄的树脂和加强层。该术语的使用范围已经扩大到几乎包括任何成品复合部件，模压或其他。当前的一个例子是:“测试的部件是一个10层真空袋装层压板。”

纹理的时间表:这是用于构建复合材料部件的各个层和层的方向的列表，并且通常指定了增强材料的盎司重量和编织样式。

铸造:铸造是指将大量树脂倒入一个腔内。当铸造零件时，腔可以是模具，或者当制造模具本身时，它可以是工具的背面填充物。有必要使用特殊的铸造树脂，这种树脂在固化过程中产生的热量更少，从而在最终零件中产生更少的变形。可根据需要添加纤维填料以加强铸件。

雕刻:雕刻通常是通过雕刻一个形状的聚氨酯泡沫，然后层压表面完成。这可以为成型过程创建一个插头，或者在无模结构的情况下塑造一个成品零件。

增强类型、属性和样式

复合材料的物理性能以纤维为主。这意味着当树脂和纤维结合在一起时，它们的性能最像单个纤维的性能。例如，仅仅平均织物和树脂的抗拉强度来确定面板的强度是不令人满意的。试验数据表明，纤维增强体是承载大部分荷载的构件。因此，在设计复合材料结构时，织物的选择至关重要。今天的制造商从三种常见的增强材料中选择，包括2022世界杯32强赛程表时间 ，碳纤维,凯夫拉尔®。每一种都有不同的形式和风格，在开始任何项目之前都应该分析它们的优缺点。

上面，我们列举了它们最常见的用途和特征。现在，让我们仔细看看它们的物理性质。

下面是对比增强织物的相关性能的图表。hth华体会图例如下:P=差，F=一般，G=好，E=优秀。

加固形式

这三种增强剂可以以多种形式和编织风格购买。这三种材料通常以拖曳(纯单向纤维形式)、面纱垫和机织物的形式提供。hth华体会玻璃纤维也提供了一个压制短切股垫选项。

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这种形式的材料在给定的纤维家族中表现出最高的性能。它们通常是在线轴上供应的，这样它们就可以被送入长丝缠绕机，或者在需要进行选择性硬化时展开和切割。当树脂固化时，纤维必须保持张力，否则就失去了机械优势。一旦投入使用，必须首先将纤维中的扭结拉直，然后纤维才能承受负载。显然，织物的初始位置越直越好。使用这种材料可以制造出非常坚固的管子。

产品的例子

项	描述
24k碳束	碳束(或纱)是理想的添加定向增强您的复合层压板。Tow用于在零件上建立圆角，用于翼梁增强，或与剪切枪结合以创建切碎的石墨纤维。
枪粗纱	这种多功能粗纱既可以切割，也可以快速湿化和干燥，用于高强度，低重量的复合材料。当与空气斩枪结合使用时，它可以用于喷雾系统，无论是填充还是未填充。

面纱垫

纱垫是连续的纤维薄层，在一卷材料上随机地打圈。它们有薄纸的稠度。用一个轻的粘合剂把面纱固定在一起。虽然它们不是用于结构用途，但它们有两个非常重要的功能。首先，纱布垫可以直接放置在表面涂层后面的模具中，以尽量减少后来应用的较重的增强布的打印。这种薄的外层涂层也允许成品零件的一些表面打磨，而不会切割到下面的增强织物。第二大用途是三明治芯。可直接将纱垫置于芯上以保持最佳粘结线厚度。当不使用真空时，Veil还能有效地防止多余的树脂流入蜂窝芯的细胞中。

产品的例子

项	描述
连续束纱表面垫	表面垫可以作为表面涂层添加，以最大限度地减少透光，并在打磨时最大限度地减少对结构织物的损坏，或者在与三明治芯材料一起使用时优化粘合线厚度。
碳纤维面纱	在玻璃纤维上使用碳纤维面纱将更好地充当导电体，而不是绝缘体。同样，使用碳纤维将有助于博客射频信号。

短剪毡

这种材料顾名思义。这些纤维通常有3到4英寸长，方向是随机的。由于短纤维长度，短纤维毡不是一种非常坚固的材料。然而，它是各向同性的。这意味着它在所有方向上都同样强大(垫和填料是唯一表现出这种特性的复合增强材料)。垫层是最便宜的加固形式，因此使用最广泛。适用于模具及零件生产。随机方向有效地隐藏了通过凝胶涂层的织物印花，并使模具在所有方向上都同样坚硬。需要注意的是，短切毡只与聚酯树脂相容。

产品的例子

项	描述
短剪毡	短切线垫最常用于织物层之间的零件厚度。hth华体会一般情况下，制造商将撕碎切碎的毡条，而不是切割。这样可以保持纤维沿撕裂边缘的长度，从而形成更强的粘合。

机织物hth华体会

机织织物是强hth华体会力的增强物，因为纤维被捆绑成只面向两个方向的纱线。经纱和纬纱分别成0度和90度。因此，织物是hth华体会各向异性的，或只在两个方向上牢固。hth华体会织物需要定向，使纤维纱线平行于预期负载。如果在不同的方向上需要额外的强度，则必须在第一个层的角度上再加一层。最常见的角是+/- 45度。

产品的例子

项	描述
玻璃纤维	玻璃纤维是复合材料工业的基础。自20世纪50年代以来，它已被用于许多复合材料应用中，其物理特性已被很好地理解。它重量轻，抗拉强度适中，易于操作。玻璃纤维在行业内广泛应用于各种各样的项目。2022年世界杯预选赛直播
碳纤维	从赛车到航空航天，碳纤维无处不在。虽然比玻璃纤维和凯夫拉纤维贵，但它具有业内最高的拉伸、压缩、弯曲和弯曲强度。碳纤维一般用于对强度要求较高的项目，如承重部件。2022年世界杯预选赛直播
杜邦公司注册在芳族聚酰胺纤维商品上的注册商标	凯夫拉纤维是在纤维增强塑料工业中获得认可的第一种高强度合成纤维。凯夫拉的亮点在于它的抗冲击和耐磨性。对于独木舟和皮划艇，飞机机身面板和压力容器等部件，预计会受到高冲击和磨损，凯夫拉尔是理想的选择。

机织物的款式

有许多款式的机织织物可供选择。最常见的是平纹织物，经线和纬线交替交叉。hth华体会平纹织物通常柔韧性最差，hth华体会但由于不容易拆解，因此易于裁剪和处理。然而，由于织物中已经存在严重的“预屈曲”，它们的强度受到损害。正如下面所述，纤维只有在完全挺直时才能产生最大的强度。频繁的过/过交叉会降低平纹编织类型的强度，尽管它们仍然适用于除最高性能应用之外的所有应用。

斜纹织物和缎面织物比平纹织物柔韧性强。hth华体会在缎面编织中，一根纬纱浮在三到七条其他经线上，然后再缝在另一条经线下。在这种松散编织的类型中，线走得更直，保持了纤维理论上的强度。显然，柔韧性更高，这些织物很容易适应复杂的形状。hth华体会然而，一旦被剪断，它们就更容易解开，因为每根线都不那么紧。斜纹织物提供了一个折衷的缎面和平纹编织类型，以及一个理想的人字形美容完成。

选择增援的实用指南

在开始任何项目之前，考虑成品的需求。该部件或结构需要多硬、多轻、多耐磨或多耐损坏?一定要考虑成本。将您的清单与先前参考的材料描述和图表进行比较，以根据性能和成本选择最佳面料。Fiberglass始终如一地为几乎每个项目提供价值。

一般来说，任何平纹织物都可以用于在木材上层压保护层。如果层压板用于船舶，则应考虑不少于两层。如果保护层是透明的，如在hth华体会条形独木舟上，轻质织物是好的。中等重量的平纹织物，每平方码6到10盎司，可能是最通用的。它们通常被称为船布，价格便宜，结实，而且容易成型。在建造模具时，它们通常与垫层结合在一起，或者在无模施工中用于保护核心。

航空缎面和斜纹织物应用于任何需要最高物理性能的地方。

选择树脂

树脂的选择是基于织物的相容性、使用条件和成品的期望特性。有两种常见的热固性树脂可供选择:环氧树脂和聚酯树脂。模具制造、成型、层压和铸造操作可以用任何一种系统进行。环氧树脂是性能更高、价格更高的系统。它用于重量关键，高强度和尺寸精确的应用。聚酯树脂更便宜，提供更多的耐腐蚀性，并且比环氧树脂更宽容。因此，它们是最广泛使用的。

乙烯基酯是第三种树脂选择，通常被描述为环氧树脂和聚酯树脂之间的交叉，因为它在价格和处理特性上介于两者之间。它具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，因此非常适合化学储罐等应用。

某些树脂并非与所有织物相容。hth华体会例如,凯夫拉尔®经常出现粘接问题，因此应使用环氧树脂或最高级聚酯。此外，玻璃纤维垫有聚酯可溶性粘合剂。环氧树脂可以溶解这种物质，不应该与垫子一起使用。在设计项目时彻底检查材料兼容性。

产品的例子

项	描述
聚酯树脂	聚酯树脂是复合材料工业中应用最广泛的树脂。聚酯树脂较便宜，具有一定的耐腐蚀性，并且比环氧树脂更宽容。聚酯树脂易于使用，快速固化，耐极端温度和催化剂。
乙烯酯树脂	乙烯基酯树脂被认为是聚酯和环氧树脂的混合物，这意味着它的处理特性、性能和价格通常介于两者之间。乙烯基酯的不同之处在于它的高腐蚀，温度和抗伸长性。
环氧树脂	对于要求极限强度的复合材料部件，制造商将使用环氧树脂。除了增加强度性能外，环氧树脂在尺寸稳定性和与其他材料的粘合性方面也通常优于聚酯和乙烯基酯。

以下是树脂选择的一些松散建议:

胶粘剂的应用:当应用程序需要粘接性能时，强烈建议使用环氧树脂。选择与工作时间最接近的环氧树脂。当需要时，研磨玻璃纤维可以混合制成结构填充膏。

产品的例子

项	描述
系统1000	System 1000环氧树脂是一种低混合粘度树脂，在铺设过程中会迅速浸湿增强纤维。这允许更快速的制造过程。
乙烯酯树脂	乙烯基酯树脂被认为是聚酯和环氧树脂的混合物，这意味着它的处理特性、性能和价格通常介于两者之间。乙烯基酯的不同之处在于它的高腐蚀，温度和抗伸长性。

模具的应用:最好使用#77聚酯成型树脂或任何中至长寿命环氧树脂。预先裁切织物增强物，并随时放在手边。使用刷子，刮刀和饱和滚筒来弄湿织物。对于将在严重腐蚀环境中使用的部件，请选择我们的部件#90间苯二甲酸聚酯树脂或者我们的部分#1110乙烯酯树脂。

产品的例子

项	描述
聚酯成型树脂	聚酯成型树脂是工业上最常见和最受欢迎的树脂之一。它是伟大的通用零件制造和低成本的模具。与其他原因相比，树脂易于使用，价格便宜，并且不含蜡，因此在涂层之间不需要打磨。
间苯二甲酸聚酯树脂	同一般用途聚酯树脂相比，间苯二甲酸聚酯树脂具有更好的强度，非常适合制造尺寸稳定的聚酯模具，需要承受高腐蚀的部件的制造，以及油箱衬里的耐用修复材料。
乙烯酯树脂	乙烯基酯树脂被认为是介于聚酯树脂和更耐用的环氧树脂之间的混合物，这意味着它的处理特性、性能和价格通常介于另外两种树脂之间。乙烯基酯的优点是耐腐蚀性，耐温性和延伸韧性。

通用修补和薄层:这些应用最好是用混合了苯乙烯蜡的通用树脂来完成。如果选择环氧树脂，使用短罐寿命的版本，将固化更快，当分散在薄段。

产品的例子

项	描述
聚酯成型树脂	聚酯成型树脂是工业上最常见和最受欢迎的树脂之一。它是伟大的通用零件制造和低成本的模具。与其他原因相比，树脂易于使用，价格便宜，并且不含蜡，因此在涂层之间不需要打磨。
苯乙烯蜡	在未上蜡的聚酯树脂中加入苯乙烯蜡可以防止复合材料中聚酯薄片的长时间粘性。这种蜡在固化过程中会浮到表面，之后必须用砂纸磨掉。
系统1000	System 1000环氧树脂是一种低混合粘度树脂，在铺设过程中会迅速浸湿增强纤维。这允许更快速的制造过程。

最小失真:环氧树脂总是提供尺寸最稳定的零件和模具，但优质的聚酯树脂，如零件# 90间苯二甲酸聚酯树脂可以成功地使用。

产品的例子

项	描述
间苯二甲酸聚酯树脂	同一般用途聚酯树脂相比，间苯二甲酸聚酯树脂具有更好的强度，非常适合制造尺寸稳定的聚酯模具，需要承受高腐蚀的部件的制造，以及油箱衬里的耐用修复材料。
系统1000	System 1000环氧树脂是一种低混合粘度树脂，在铺设过程中会迅速浸湿增强纤维。这允许更快速的制造过程。
系统2000	System 2000环氧树脂是一种淡琥珀色层压树脂，设计用于室温环氧树脂的最高极限强度。它通常用于结构应用中要求的高强度部件。

铸造:厚的部分可以用# 2000/2120慢固化环氧树脂系统或任何我们的聚氨酯铸造树脂铸造。不建议将标准树脂浇注在足够大的浇注量中。

产品的例子

项	描述
系统2000	System 2000环氧树脂是一种淡琥珀色层压树脂，设计用于室温环氧树脂的最高极限强度。它通常用于结构应用中要求的高强度部件。
聚氨酯铸造树脂- Shore A	聚氨酯铸造树脂在零件和模具制造中是完美的。聚氨酯铸造树脂—Shore A用于制造坚韧、灵活的零件和模具。
聚氨酯铸造树脂- 75 Shore D	非常适合最终零件和短期外壳，聚氨酯铸造树脂- 75 Shore D非常适合创建硬零件，具有增加的细节和卓越的美容质量。

选择工具

与传统的加工和工具制造相比，在处理玻璃纤维或复合材料时，很少需要专用工具。然而，有一些项目可以使工作更容易，同时提高生产质量。

便利性项目，比如清洁搅拌桶，天平和其他测量设备，优质剪刀，和大量的手套是经常被忽视的简单项目。橡皮扫帚,刷和滚筒是推荐的涂敷剂，用于使树脂使增强物饱和。刮刀和饱和辊也可用于工作空气从层压板和压缩织物层。剃须刀和拼图需要修剪成品零件和模具。使用具有中等齿数的优质复合刀片来加快切割速度。机械砂，研磨机和缓冲器在较大的工作上是有帮助的，但如果有足够的时间和精力，这项工作可以手工完成。最后的设备建议是一个织物裁剪架来容纳和储存材料。机架将织物水平地支撑在其管上，并且可以用简单的建筑材料制成。

产品的例子

项	描述
混合供应	在准备铺层工艺时，应使用混合用品将树脂与树脂添加剂混合。为了使树脂正常工作，催化剂和硬化剂等添加剂是必要的。其他添加剂，如填料、颜料和蜡，是可选的，根据它们给树脂带来的所需特性而选择。
切割设备	几乎每个复合材料项目都需要一些切割，特别是在准备阶段。一定要选择与你计划生产的合成部件的质量相匹配的剪刀、剪刀和织物辅助工具。
安全和清洁用品	安全、清洁的工作环境是生产成功复合层压板的第一步。确保您的项目或维修计划相应，并采取简单的安全措施，每一个项目。
刷	一个简单的选择，却会对你的项目产生很大的影响。刷子会帮助你用你选择的树脂浸透你的织物。确保你使用的笔刷与项目的质量相匹配。
刮刀和滚筒	刮刀和滚筒可以使树脂均匀地扩散到织物中，并且很容易从零件上去除多余的树脂。不均匀的涂层会对您的复合部件产生破坏性影响，但在使用适当的工具时很容易避免。

估算材料重量和成本

准确的材料估算是必要的，原因有二。首先，很明显，他们需要正确的订购，材料库存和项目投标。2022年世界杯预选赛直播更重要的是，估算提供了在开始构建之前使用各种层压时间表计算零件重量或成本的机会。

与油漆时估计覆盖范围不同，树脂的使用将根据所使用的加固类型而变化。织物越重，需要的树脂就越多。一个好的手层压板由大约50%的织物和50%的树脂重量组成。例如，如果一个应用程序需要3平方码每平方码4盎司的织物(织物总重量为12盎司)，将需要12盎司的树脂。然而，如果选择3码每平方码10盎司的织物(织物总重量为30盎司)，则需要30盎司的树脂。

玻璃垫子每盎司至少需要2盎司的树脂。因此，如果应用需要20平方英尺的1.5盎司/平方英尺的垫子，则至少需要60盎司的树脂。记住垫子的单位是盎司每平方英尺，织物的单位是盎司每平方码。hth华体会每平方英尺1.5盎司的碎垫子实际重13.5盎司每平方码!

由于有这么多可能的材料组合，人们应该计算使用各种增强材料的单层的重量和成本。然后这些可以从理论层压板中添加或减去，直到达到设计特性。

材料估算工作表

1)首先计算工程的表面积。

通过测量包含锥形区域所需的大致大小的矩形来估计不规则形状。将每个矩形的长度乘以宽度，然后将所有单独的矩形加在一起，得到该部件的总表面积。如果计算单位是平方英尺，除以9得到平方码。

2)列出每一种考虑层压的钢筋类型。

将上面计算的平方码乘以织物的盎司重。这是这种材料一层的总重量。这也是使其饱和所需的树脂量。当已知2或3种不同类型的材料时，就可以计算由这些织物的任何组合构成的层压板的重量和成本。hth华体会要把盎司重量换算成磅，就要除以16。那些在饱和玻璃纤维方面没有经验的人倾向于使用过多的树脂。饱和的层压板是均匀半透明的，没有“乳白色”的干点，但为了重量和成本的考虑，里面几乎没有多余的树脂。

3)计算胶衣、底漆和表面底漆用量。

除了最轻的模压层压板外，所有的层压板都需要一层凝胶涂层。这件胶衣应该是15 - 20毫升在厚度。

一个20毫升的凝胶涂层将需要一加仑的凝胶涂层混合物每80平方英尺的模具表面。如果需要较轻的表面涂层，喷涂部分#1041-B长效表面处理剂放入模具中代替凝胶涂层。它可以用稀释剂(10 - 12千)，因此更轻。Duratec也是覆盖无模泡沫或胶合板层压的完美面漆。

当用玻璃纤维覆盖胶合板时，还需要额外的树脂来为木材打底。对于大多数木材来说，这种涂层每平方英尺表面需要大约3盎司的树脂。这是除了饱和玻璃纤维所需的树脂。为确保足够的饱和度，请在原始估计的基础上再添加20%的树脂。

一个例子:

下面的例子将有助于澄清材料估计，并涵盖设计的一些方面。

一艘胶合板船已经开始施工。这艘船长12英尺，底部宽4英尺，每边高2.5英尺，尾梁长2英尺乘5英尺。四分之三英寸的胶合板支撑着负载，但玻璃纤维需要密封和保护船的内外。选择了玻璃纤维而不是KEVLAR®，以保持低成本。需要多少材料，增加多少重量?

1)首先计算每一块的表面积。

地板上
12英尺× 4英尺= 48平方英尺。英国《金融时报》。

国
12英尺x 2.5英尺= 30平方英尺。× 2 = 60平方英尺。英国《金融时报》。

尾
2英尺× 5英尺= 10平方英尺英国《金融时报》。

总计
118平方。英国《金融时报》。

每层有118平方英尺，船的内部和外部都将增加层。接下来，用118平方英尺除以9平方英尺来计算每层的总平方码。这种转换是必要的，以便将面积与以平方码列出的织物重量进行比较。

118平方。英尺/ 9平方英尺英尺=13.5平方英尺码

考虑的面hth华体会料是10盎司和7.5盎司的平纹织物。织物重量将乘以表面面积，以确定一层织物的总重量。

10盎司/平方。面积x13.5平方Yd = 135总盎司/ 16 = 8.5磅/层

7.5盎司/平方。面积x13.5平方Yd = 101.25总盎司/16 = 6.5磅/层

织物与树脂的比例为50/50，树脂的重量也与织物相同。

由于这艘船只会在沙滩附近使用，所以选择了7.5盎司的布料，每层可以节省4磅。如果海岸是多岩石的，尽管有额外的重量，但这种10盎司的织物可能是长期耐用性的更好选择。

2)如上所述计算所有多余的树脂和表面底漆消耗。

胶合板需要涂上一层聚酯树脂。每平方英尺的表面面积需要3盎司才能充分覆盖表面。

3盎司x 118平方英尺= 354盎司/ 16 = 22磅树脂。

表面涂层将通过喷涂在零件上产生# 1041-B长效表面处理剂。一加仑将很容易覆盖118平方英尺与12毫米的材料层。

结论

本指南旨在帮助初学者概念化玻璃纤维复合材料的过程。由于其他高性能复合材料的最新进展和可用性，其中一些也包括在本文档中。文中强调了纤维选择的重要性，并附有三种增强纤维优缺点对比图，以供参考。围绕这些织物特2022年世界杯预选赛直播性设计项目，然后选择与织物和零件将看到的最终使用条件兼容的树脂系统。材料估算在设计过程中也很重要。可以在设计阶段比较层压时间表的变化，并且可以根据项目的使用条件和预算定制层压材料。三步材料估计过程的例子应该使这些估计没有痛苦。显然，有更多关于这些主题的信息，但是这些基本原理证明了实现复合材料优势的容易程度。