双马来酰亚胺树脂的应用(精)

第一篇：双马来酰亚胺树脂的应用(精)

双马来酰亚胺树脂的应用

学校名称： 华南农业大学 院系名称： 材料与能源学院 时

间： 2017年2月27日

因为双马来酰亚胺树脂具有热固性树脂相似的流动性和可模塑性及优异的电绝缘性、透波性、阻燃性、良好的力学性能、尺寸稳定性，所以被广泛应用于航天、电子和交通运输等部门。目前双马来酰亚胺树脂已广泛用于各高技术领域中。

(l)在航天中的应用

双马来酰亚胺在航空航天中的应用主要是由于BMI能与碳纤维复合，制备连续纤维增强复合材料。该材料主要用于飞机上的承力或非承力构件，比如飞机执身和骨架、尾翼及机翼蒙皮等。

为了适应新型歼击机的需要，在 1986 年我国开展了对双马来酰亚胺复合材料的研究。我国研制的第一个通过国家鉴定的双马来酰亚胺树脂基体是 QY89ll。它已在五种飞机及导弹结构上获得应用。

(2)在雷达天线罩中的应用

随着作战技术的高速发展，故对作战飞机及雷达天线罩的性能要求也变得越来越高。先雷达天线罩应具有良好的电绝缘性和力学性、高频电磁波透过性、耐环境等性能，故树脂基体是决定雷达天线罩性能的关键因素。

目前国外应用的树脂基体主要是高性能环氧树脂和聚酰亚胺(PI)，国内应用的树脂基体主要是酚醛树脂和环氧树脂。由于环氧树脂和酚醛树脂的介性能和耐热性能满足不了先进雷达天线罩的要求，故这也要求对聚酰亚胺（PI）进行研究，目前的主要问题是其复杂的成型工艺和高的成型温度。

(3)在耐磨材料中的应用

双马来酰亚胺作为一种新型耐热热固性树脂，可在200℃左右高温中连续使用，其成型工艺简单，成型过程中无挥发物产生。双马来酰亚胺树脂作为耐磨材料使用时与偶材料存在黏着磨损问题。因此，人们通过引入调节剂来改善双马来酰亚胺树脂与对偶材料的黏着磨损问题。

(4)在其他领域中的应用

由于导弹发射后在飞往目标的过程中处于极热冲击环境，这就要求机构具有良好的力学性能和耐高温性能。故研究出耐高温有机复合材料的机构是至今研究的主题。

研究结果表明具有质轻、易加工的双马来酰亚胺和氰酸酯应用于该复合材料中，有望用于超声速空中截击导弹弹体的零部件。因此，双马来酰亚胺树脂由于其耐热性能突出，特别是聚合过程无低分子挥发物产生引起了人们的重视。成都飞机工业公司与四川联大就以双马来酰亚胺为基体，高强度玻璃布和碳布增强材料，制得的复合材料已经在航空工业中进行模具试制研究。

第二篇：热塑性树脂复合材料应用

摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。关键词：热塑性复合材料 碳纤维 机体 内饰 主承力结构

热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料的民机应用潜质 以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。

上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。热塑性复合材料在民机上的典型应用

目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。

2.1 机体结构件

机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。

空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。

图1 空客A380热塑性机翼前缘

空客A350客机机体的热塑性复合材料主要分布在可移动翼梁和肋上以及机身连接处1。应用量最大的是一系列机身连接零件，每架A350需要大约8000个，这些零件位于机身11段到15段，连接机身复合材料壁板与内部的复合材料框架结构。这些零件外形各异，部分是简单的L形，其它更为复杂，它们的尺寸在任何一个维度上都不超过203mm。这些机身连接零件使用碳纤维/PPS材料，通过先进的集成化单元完成制造，每个单元都拥有执行材料运输的机器人夹持系统、执行材料预热的红外加热器以及执行材料固化的液压式热冲压机。

图2 空客A350热塑性机身零件

湾流G650公务机在热塑性复合材料应用方面是一个里程碑，它的压力隔框肋板则使用了碳纤维/PEI材料，而方向舵和升降舵都使用了碳纤维/PPS材料，后者标志着民机主控制面采用热塑性复合材料的时代已经到来。方向舵和升降舵的碳纤维/PPS多肋结构比常规的碳纤维/环氧三明治结构轻10%、便宜20%，利用先进的感应焊技术替代胶接和铆接是一个重要的成本削减因素，也是一项技术创新。参与G650方向舵和升降舵研制的湾流公司、福克航空结构公司、TenCate先进复材公司、KVE复材公司、Ticona工程聚合物公司因此获得了2010年的JEC大奖。(2014年10月27-29日，福克航空将委托TENCATE先进复材公司在SAMPE中国2014年会上展出热塑性复合材料方向舵。欢迎点击“阅读原文”预约参观。)

图3 湾流G650热塑性方向舵

阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机的平尾采用了碳纤维/PPS材料2，比常规热固性复合材料的设计轻了15%，成为占机体重量近50%的复合材料中的一大亮点。平尾外形长3m，弦长0.62m，厚0.15m，前缘12个肋，后缘14个肋，前后缘蒙皮分别厚0.6mm和0.9mm。3m长的盒型梁由2个Ω形的构件组成，Ω形构件及其上下稍弯曲的蒙皮在共固化中连接。福克航空结构公司开发的模具带有可移除的内部心轴，可以让梁在一个步骤中成形，只需数分钟。

图4 阿韦AW169热塑性平尾

此外，空客A400M运输机的驾驶舱地板和复合材料机身防冰板分别使用了碳纤维/PPS和玻璃纤维/PPS材料。其中，驾驶舱地板尺寸3.05m*3.06m，是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。

图5 空客A400M驾驶舱地板

可以看到，上述机体结构件几乎都是采用的PPS热塑性树脂。PPS是可用于航空的热塑性材料中成本最低的材料解决方案，可以很容易地与增强体制成预浸带，有着优秀的强度、硬度和方向稳定性，具备工艺和环保优势，可以使用快速制造工艺。此外，PPS对燃料、油料、溶剂和防冰剂有良好的抵抗力，具备极低的吸湿性，这使其在内饰件上也有着广泛的应用。

2.2 内饰件

内饰件方面，TPC的应用更加广泛，座椅、行李架导轨、个人空气系统导管等。切削动力公司、TenCate公司、Ticona工程聚合物公司和A&P技术公司联合开发的碳纤维/PPS热塑性复合材料座椅，获得了2011年JEC大奖。波音787的行李架顶部导轨使用了C形和L形的TPC，个人空气系统导管使用了玻璃纤维/PEI材料；庞巴迪“全球快车”公务机的窗框使用了玻璃纤维/PPS材料。

此外，SABIC创新塑料公司和Tri-Mack塑料制造公司分别开发了可用于飞机内饰件的碳纤维/PEI材料和碳纤维/PEEK材料，应用范围包括小桌板支杆、托架，以及扶手、踏板好咖啡壶底架等厨房用品。其中，碳纤维/PEEK材料比金属减重70%，疲劳强度达4~5倍；比热固性复合材料制造周期快数倍以上，材料回收能力更强；加之其耐化学和耐腐蚀性，以及振动和噪声抑制的改进，是金属和热固性复合材料内饰件的良好替代材料。热塑性复合材料民机主承力构件的研究进展

热塑性复合材料（TPC）在民机应用上的巨大潜质，使得民机制造商一直非常关注该材料在民机主承力构件上的应用，并开展了众多研究，研究的重点是主承力构件的先进制造工艺。这其中，欧洲尤其是荷兰的贡献不可小视，欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构（”TAPAS）项目已经进入第6个年头，依托荷兰TPC技术，项目产生了大量成果；波音也与荷兰TenCate先进复材公司、斯托克·福克公司以及Twente大学建立了热塑性复合材料研究中心（TPRC）；此外，加拿大的魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）也在关注直升机TPC构件。

3.1 欧盟框架计划的进展 3.1.1欧盟框架计划的进展

欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构（”TAPAS）项目于2009年启动，目的是为空客公司开发TPC平翼扭矩盒和尾翼结构，进一步增加TPC在当前和未来飞机上的应用比例，如A320neo客机。项目将分为两个阶段，在2017年完成3，目标是两个构件的材料、制造工艺、设计概念和模具设备达到技术成熟度分别达到4级和6级。技术难点包括：开发和验证适合的材料，“对接接头”连接，制造技术，如纤维焊接、压力成形和纤维铺放。

TAPAS项目的成员包括空客、荷兰福克航空结构公司、TenCate先进复材公司、Technobis 纤维技术公司、荷兰热塑性复材公司（DTC）、KVE复材集团、机载复材公司、KE工厂公司、CODET公司、荷兰国家航空实验室（NLR）、Delft技术大学和Twente大学等。项目的第一阶段已于2013年完成，采用碳纤维/PEKK材料开发主承力结构，项目制造的TPC平尾扭矩盒和机身验证件分别达到了技术成熟度3级和5级。TPC尾翼扭矩盒基于G650的垂尾中央部分重新设计，展长12m，其中，蒙皮厚度从2mm~8mm之间变化，采用单向预浸带制造。福克航空结构公司采用一种利用焊接的“对接接头”方式在蒙皮上集成了T型加强筋，据称这在制造工艺、成本和重量上都是革命性的。由于TPC固有的韧性能更好地阻止裂纹扩展，能够将蒙皮设计得更薄，因此与热固性复合材料构件相比，该扭矩盒减重10%。TPC机身验证件长4m，双曲面外形，其中加强筋长3m，厚度从2.48~5.50m之间变化。DTC公司开发了该机身加强筋，及其制造工艺：数控切割TPC材料，机器人铺放，真空预固化，自动运输，压力成形，整个过程仅需15min。

图6 热塑性扭矩盒验证件

项目的第二阶段于2014年初开始，将继续提升TPC扭矩盒和机身的技术成熟度，使其获得市场的关注4。对于扭矩盒的研究，接下来将开发可获应用认证的材料和工艺；开发一个能够存放燃油的“湿”盒；使用将梁与蒙皮焊接起来的一种结构。对于机身的研究，主要挑战在于控制蒙皮厚度，特别是对于A320neo或者737max这样的单通道客机，韧性的TPC薄蒙皮结构固然更合适，但其厚度极限需要验证，尤其是考虑到如冰雹撞击或维修工具冲击下的局部载荷作用。

欧盟框架研究计划中还有一个“经济的先进前缘结构”（COALESCE）项目，开发多肋薄蒙皮设计的前缘，蒙皮在铺放过程中利用激光电焊加热，肋是片状预成形件，与蒙皮在共固化过程中以“对接接头”方式连接。A380固定前缘的焊接接头剥离强度是10N/mm，而带圆角的“对接接头”要强10倍，而且以该方式生产的前缘结构比A380的成本低30%。

图7 带圆角的“对接接头”

3.2其它的研究进展

福克航空结构公司在TAPAS项目之外还开发了几个验证件：TPC带筋翼面壁板、TPC正弦梁、TPC带筋机身壁板。采用“对接接头”连接T型加强筋的TPC翼面壁板比碳纤维/环氧材料减少了15~30%的成本。正弦梁采用碳纤维/PEKK材料，其设计制造也得益于“对接接头”的开发，使该结构比简单I型梁具备更高硬度和抗弯性，而热固性复合材料难以快速、经济地制造这样的结构。机身壁板由碳纤维/PEEK材料制造5，在阴模中铺放，先铺垂直筋条，再自动铺放蒙皮，随后蒙皮和筋共固化，最后使用感应焊技术把水平框架和壁板连接起来。

图8 热塑性机身壁板验证件

加拿大魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）包括庞巴迪、贝尔直升机和普惠加拿大等企业、大学和政府组织，它们完成了两个TPC结构的开发项目：轻型直升机划橇式起落架TPC薄壁、圆锥形管件；1.2m长的直升机TPC尾梁，尾梁必须承受重要的弯矩，以及发动机高温排气。由于旋翼机结构开发受复杂外形、低产量和高风险的限制，直升机制造商很少能将TPC结构的生产商业化，CARIQ的目的正是寻找工艺参数和最新的材料与设备来解决这个问题。

在热塑性预浸料铺放技术方面，德国和美国在2013年都有最新研究成果。德国弗劳恩霍夫研究所开发出一个热塑性预浸料自动铺带系统，能够在原位使用激光进行热塑性树脂基体的固化，该系统具有良好的温度控制，铺放速度可达约1m/s。美国自动动力公司开发出一个激光加热系统，可以取代热塑性预浸料一般使用的热气加热系统，将纤维铺放速度提升3~5倍至0.5m/s，能耗减少60%，并具有更严格的过程温度控制和更好的加热效率。热塑性复合材料在民机上应用的挑战和前景

热塑性复合材料（TPC）如果想继续扩大在民机上的应用，必须像低温固化热固性复合材料一样进入机体主承力构件。然而，TPC应用于主承力构件，还有一定的障碍。

首先，最大的难点在于原材料成本。航空级热塑性预浸料的成本要高于热固性预浸料，如果只是简单地继续使用热固性复合材料的自动铺放和热压罐固化工艺，那么TPC零件在成本上没有竞争力。高性能TPC所需温度在200˚C~430˚C，典型固化压力可达1380kPa（200psi），当前TPC后固化所使用的设备，成本大概是加工热固性复合材料的2倍，如果仅仅是小批量生产的话，资金负担较大。对于TPC主承力结构研究的对象PEEK和PEKK，PEKK要求的工艺温度低，固化速度更快，但机械性能没有PEEK高，而PEEK则更贵。

其次，铺放工艺的缓慢仍是挑战。由于要维持所需的高温，本身就比较硬的热塑性预浸料在自动铺放时也使用硬压紧辊，在经过尖角和边缘等复杂外形处时的转向问题就很突出，影响了铺放速度。典型的热塑性预浸料铺放速度小于10lb/h，比起大型民机用的碳/环氧材料15~40lb/h的铺放速度来说太低。如果要在小批量的大型民机主承力构件应用，PEEK和PEKK基预浸料的铺放速度分别需要再快3~5倍和10~20倍。

再次，预浸料粘性的问题。一个是自动铺放过程中第一层与模具的粘合，尤其是波状表面；另一个是TPC材料难以与非热塑性材料粘结，比如环氧。此外，还需要提升维修技术的成熟度。

针对这些挑战，原材料供应商、设备供应商、航空制造商都在抓紧研究。原材料问题，相信10年之内，Cytec和TenCate公司都会有结合PEEK和PEKK优点的新材料问世，便宜、加工周期快，而且机械性能良好。铺放工艺问题，最好的方法是铺放时的原位固化，避免二次加工，或者改进加热方式提升铺放速度，而这一点现在已经有了不小的进展。粘性的问题，空客提出了一个解决方案，通过多孔模对铺层施加负压力来防止与模具粘合，然而其它方面还需要继续探寻更加成熟的解决方案，比如更先进的复合材料焊接技术、更可靠的熔融粘合维修技术等。

尽管存在上述挑战，但热塑性复合材料巨大的应用潜力还是会驱使航空制造商将更多的部件设计为热塑性结构，相关的研究也还将持续不断地产出新成果，这都将进一步提升热塑性复合材料在民机上的应用比例。也许，热塑性复合材料就像低温固化热固性复合材料一样，将曲折但坚定的发展，并在未来由量变转为质变，攻克大型民机的主承力结构，实现广泛而深层次的应用。

参考文献：

[1] Inside a thermoplastic composites hotbed.High-Performance Composites[J], 2014.1

[2] Thermoplastic composites save weight in rotorcraft aerostructure.High-Performance Composites[J], 2014.3

[3] Fokker, TenCate and Airbus extend innovation programme.Reinforced Plastics[J], 2014.1

[4] Next steps in thermoplastic aerostructures.High-Performance Composites[J], 2014.7

[5] Fokker Aerostructures panel demonstrates thermoplastics fuselage potential.High-Performance Composites[J], 2014.3

第三篇：先进树脂基复合材料的现状及应用

先进树脂基复合材料的现状及应用

摘要：先进树脂基复合材料以其比强度比模量高、良好的耐疲劳性能、良好的 抗腐蚀性能、成型工艺的多选择性等独特优点获得广泛应用和迅速发展。本文简要介绍了先进树脂基复合材料的特性，并结合其特性从应用的角度总结了先进树脂基复合材料的应用和前景。

关键字：树脂基复合材料现状应用前言

先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[ 1 ]。先进树脂基复合材料具有比传统结构材料优越得多的力学性能，可设计性优良，还兼有耐化学腐蚀和耐候性优良、热性能良好、振动阻尼和吸收电磁波等功能。目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借其本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。先进树脂基复合材料的现状

据有关部门的统计，全世界树脂基复合材料制品共有4万多种，全球仅纤维增强复合材料产量目前达到750多万t，从业约45万人，年产值415亿欧元，其生产能力与市场分布情况为：北美32%、亚太地区35%、欧洲30%、其他地区3%[ 2 ]。目前，全世界高性能树脂基复合材料的产量超过300万t，高性能热塑性复合材料的产量为120多万t，其应用领域主要为：汽车行业占23%、建筑业21%、航空业17%、体育运动领域11%[ 3 ]。从全球发展趋势来看，近几年欧美复合材料生产均持续增长，亚洲的日本发展缓慢，而中国特别是中国内地的市场发展迅速。我国树脂基复合材料研究，经过多年的发展，在生产技术、产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶，产量已经仅次于美国，居世界第2位，其市场分布为：建筑 40%、管罐24%、工业器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。我国高性能树脂基复合材料发展水平不高，所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等。3 先进树脂基复合材料的应用

3.1航空、3.1航空、航天工业航空树脂基复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度、比模量、独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等,在实现武器系统轻量化、快速反应能力、高威力、大射程、精确打击等方面起着巨大作用,使它成为航空航天工业中非常理想的材料。在航空工业中，先进树脂基复合材料在应用过程中不断积累应用经验,提高技术水平, 完善配套技术, 从非承力构件整流蒙皮逐渐发展到承力构件尾翼、机翼, 从简单结构层合壁板, 逐渐发展到整体复合材料结构尾翼和机翼。先进树脂基复合材料在飞机上的应用可以实现15% ～30%减重, 可有效降低飞机的结构重量, 提高飞机的机动性能和有效载荷等。飞机结构复合材料化已经成为趋势, 先进树脂基复合材料已经成为不可缺少的关键航空结构材料。从上世纪90 年代开始, 先进战斗机大量使用先进树脂基复合材料, 如F35 复合材料用量达到35% ,主要应用包括机翼、机身、尾翼等主要承力构件。先进树脂基复合材料在民用飞机的应用从2003 年用量得到了跨越发展, 空客公司的A380宽体客机复合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787 飞机复合材料用量达到约50% , 空客公司在研究的A350XWB复合材料用量将达到 52%。随着国内先进树脂基复合材料性能的提高, 制造技术的不断成熟, 配套无损检测和装配等技术的完善, 国内先进树脂基复合材料在直升机、歼击机和大型飞机得到相当的应用。歼击机复合材料的用量已经达到6% ～9% , 主要包括机翼、平尾、垂尾、前机身、鸭翼、襟副翼、腹鳍等;直升机复合材料用量达到25% ～ 33% ,主要包括旋翼系统和机身结构。先进树脂基复合材料机翼、平尾、垂尾、鸭翼、直升机机身、尾段等复合材料构件已经实现批量生产[ 7 ]。在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。先进树脂基复合材料对于导弹屏蔽或衰减雷达波或红外特征,提高自身生 [8] 存和突防能力,具有着至关重要的作用。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强、微波介电性能佳、尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。

3.2能源工业

3.2能源工业在现今国际社会上能源短缺，各种新型能源不断涌现，风能是现在很有前景的清洁、可再生能源，风力发电正快速发展，将逐步成为电力结构的主要组成部分。风力机组叶片是大型树脂基复合材料，已经成功的在风力机组上得到应用。树脂基复合材料具有耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐油等优异的耐腐蚀性能，因此在煤矿生产及石油的开采、运输、储备中得到非常广泛的应用。从技术、经济、性能分析，如纤维增强塑料（F R P）／塑料复合管和玻纤增强热塑性复合材料管道十分适于天然气、煤气的输送和储存，且有利于环保，其综合经济效益好、社会效益显著。3.3建筑业[ 9 ]

建筑行业发展和使用树脂基复合材料，对减轻建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑设计、加速施工进度、降低造价以及提高经济效益等都十分有利，是实现建筑现代化的必要条件。实践表明，树脂基复合材料应用在现代建筑中比传统建筑材料性能更加优良，综合效益更好。下面详细介绍下树脂基复合材料在建筑业的应用。由于树脂基复合材料的可设计性和良好的力学性能,其可用于建筑物的承载结构以及建筑物加固。用作承载结构的复合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等。树脂基复合材料围护结构制品有各种玻璃钢波纹板、夹层结构板、整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材,它既是维护结构,又是承重结构。在门窗材料上玻璃钢门窗是很好的材料。玻璃钢门窗是采用中碱玻璃纤维及其织物作为增强材料,采用不饱和树脂作为基体材料,并添加其他矿物填料制成。玻璃钢门窗既有钢窗、铝窗的坚固性,又有塑钢窗的防水、耐腐蚀、保温、节能性能,更具有自身独特的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能。此外，玻璃钢的寿命是50年,基本与建筑物的寿命相同,因此,采用玻璃钢门窗是今后房屋建筑门窗节能保温的发展方向。树脂基复合材料在建筑中的其他用途也很多,如工业厂房、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶采光,可以采用树脂基复合材料透明板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等。高层建筑的楼顶旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告物和楼房加高等,也多采用树脂基复合材料制造。大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、防腐车间、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房等,也都属于树脂基复合材料建筑物。另外,树脂基复合材料还可用于制作各种家具、马路上的阴井盖、公园和运动场座椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。应用于各类卫生洁具方面的产品有浴盆、洗面盆、坐便盆,各种整体式、组装式卫生间等。

3.4汽车工业[ 10 ]

先进树脂基复合材料用于汽车工业近年来发展迅速，欧美国家在汽车工业上的应用占复合材料总量的23%，高于建筑和航空工业。汽车上应用树脂基复合材料可以减轻自重、降低油耗，从而提高运载能力，用于车辆内部装饰具有舒适隔声、隔热、降低震动等优点。树脂基复合材料汽车部件制品主要有车身壳体、汽车顶蓬、引擎盖、保险扛、仪器盘、油箱、座椅、刹车片和安全气袋等，国内用树脂基复合材料制造汽车制动缸正处于研究的起步阶段。3.4.1 玻璃纤维增强塑料（GFRP）在汽车上的应用

在欧洲、美国及日本等汽车制造业发达的国家，已普遍采用玻璃钢材料制造汽车零部件。其应用范围包括内装饰件（仪表板、车门内板、座椅、发动机罩等）；外装饰件（保险杠、挡泥板、导流罩等）；功能与结构件（天然气气瓶、油箱、风扇叶片、油气踏板等）。与国外相比，我国生产的汽车用玻璃钢部件较少，产品主要包括保险杠、车顶盖、阻流板、太阳罩、电瓶托架等。随着原材料的发展与工艺上的改进，在汽车中大量应用玻璃钢/复合材料将是今后我国汽车工业发展的必然趋势。

3.4.2 碳纤维增强塑料（CFRP）在汽车上的应用

CFRP是汽车轻量化最理想的材料。用CFRP取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%,油耗下降40%。但由于成本高现在还未批量生产，若解决成本问题将有大量CFRP用于汽车工业中，应用部件将包括发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮；传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等；底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等；车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。

3.4.3 芳纶纤维增强复合材料在汽车上的应用

芳纶纤维增强复合材料由于比强度、比模量较高，由于价格高，目前在汽车上应用很少。主要用于汽车上的轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等。芳纶纤维作为高性能防护材料还可用作汽车防弹装甲，例如汽车门及汽车外壳的防弹内衬。

3.5船舶工业[ 11 ] 先进树脂基复合材料除具有优越的力学性能外, 往往还兼有耐腐蚀、振动阻尼和吸收电磁波等功能, 但其价格昂贵, 只能用在舰船上关键性的部位, 如大型核潜艇的声纳导流罩、大深度鱼雷的壳体、深海潜水器壳体以及高性能艇的艇体结构、水面舰艇的重要甲板构件等处。例如美国“洛杉矶”级核潜艇的声纳导流罩长7.6m、最大直径8.1m，是目前世界上最大的先进树脂基复合材料制品；美国“佩里”号驱逐舰首次用芳纶纤维增强塑料制作了装甲；美国海军用石墨纤维增强环氧树脂材料成功地制造出自动无人深潜探海艇AUSSMOD2的耐压壳体；德国 A I R加工技术公司开发出一种碳纤维环氧复合材料螺旋桨，这种螺旋桨的桨叶由碳纤维和环氧树脂模制而成，据称桨叶具有很高的强度，可在恶劣的海况下工作；新型桨的另一项优点是桨叶材料的阻尼性能好，可使噪声等级相对于金属桨下降5d B，甚至在桨叶损坏的情况下振动等级仍在可接受的范围之内。

3.6其他

先进树脂基复合材料在化肥、造纸、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中发挥了重要作用。它在机械、电子、体育、娱乐、医疗等方面也得到较好的应用和发展,如机械制造中的轴承、齿轮、叶轮等零部件,体育上的各种水上赛艇、帆板、冲浪板、雪橇、高尔夫球杆、各种球拍等体育器材。实践证明,很多体育用品改用树脂基复合材料制造,大大改善了其使用性能,有利于运动员创造更佳成绩。树脂基复合材料钓鱼竿是娱乐器材中的大宗产品,目前的玻璃钢钓鱼竿和碳纤维复合材料钓鱼竿比模量大,具有足够的强度和刚度,且重量轻、可收缩、造型美观、携带方便。用树脂基复合材料制造的扬声器、小提琴和电吉它等,其音响效果良好,很有发展前景。目前在娱乐设施中, 大多公园及各类游乐场所的设施,均已采用不同类型的树脂基复合材料取代传统的材料。在生物复合材料中,树脂基复合材料的担架、呼吸器,碳纤维/环氧结构的假肢,人造假牙和人造脑壳等早已经出现,国外也有以聚丙稀腈为原料的碳纤维材料来修补韧带[ 12-13 ]。用碳纤维复合材料制成的心脏瓣膜成功植入人体已有几十年的历史,以尼龙为增强材料的人造器官也已投入使用。实验研究表明,这些材料做成的人体器官无排异反应,与人体有很好相容性,因此有着广阔的应用前景。结束语

树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于各个领域中，已经成为许多领域不可或缺的关键材料之一。因此，树脂基复合材料具有在未来持续发展的潜力。参考文献

[ 1 ] 益小苏，杜善义，张立同.中国材料工程大典，第10卷：复合材料工程[M].北京:化学工业出版社，2006.[ 2 ] 计国庆.玻璃钢复合材料应用于道路护挡的可行性研究[J ].城市道路与防洪, 2006(4): 49-51.[ 3 ] 杨瑞成,丁旭,陈奎.材料科学与材料世界[M].北京:化学工业出版社,2005.[ 4 ] 薛忠民,陈淳.复合材料的应用与回顾[J ].硅酸盐通报,2005(5):84-88.[ 5 ] 潘文琴.玻璃钢复合材料基体树脂的发展现状[J ].纤维复合材料, 2006(4): 55-58.[ 6 ] 张先知.合成树脂和塑料手册[M].3 版.北京:化学工业出版社,2006.[ 7 ] 刘代军,陈亚莉.先进树脂基复合材料在航空工业中的应用[J],材料工程，[键入文字] 2008(Supp l.1)：194-198.[ 8 ] 翟青霞，黄英，苗璐，陈颖.树脂基复合吸波材料在航空、航天中的应用 [J].玻璃钢/复合材料，2009（6）：72-76.[ 9 ]李瑞英，陈伯平，闫松.树脂基复合材料在建筑业的应用[J].建材技术与应用，2010（2）：10-12.[ 10 ] 马翠英，黄晖，王福生.树脂基复合材料及其在汽车工业中的应用[J].汽车工艺与材料,2005（11）:37-39.[ 11 ] 高孝信.舰船用高技术新材料的发展[J].材料开发与应用，（14-1）1999 ： 24-30 [ 12 ] L ESL IE N PHILL IPS.复合材料的设计基础与应用[M].理有亲,译.北京: 航空工业出版社,1992.[ 13 ] 傅明源, 孙酣经.聚氨酯弹性体及其应用[M].3版.北京:化学工业出版社,2006.[键入文字]

第四篇：碳酰肼的合成工艺与应用探究

碳酰肼的合成工艺与应用探究

鑫泰水处理 2015.12

在讲碳酰肼的合成工艺与应用之前，小编先普及一下碳酰肼究竟是什么，有什么作用，碳酰肼与我们日常生产有没有很大的联系呢？

碳酰肼是一种重要的化工原料，是肼的衍生品，在工业上主要被用来作为锅炉水的除氧剂，即水处理剂中的除氧剂。这是目前碳酰肼的主要用途。除此之外，还可以作为炼油厂设备的防腐剂，在化纤行业可用作弹性纤维的交联剂。碳酰肼中，由于其与氮原子相连的氢原子易被其他基团取代，所以碳酰肼又是一种重要你化工中间体，可用于医药、农业除草剂、植物生长调节剂、染料等行业。如果用碳酰肼作为配体，可以制备多种聚合物，广泛用于：医药、石油、国防等工业中，价值不言而喻。

碳酰肼的合成工艺

1、最早是美国科学家在上个世纪60年代用碳酸二酯和过量的肼反应制取碳酰肼。这种方法需要长时间的高温反应，往往会生成其他副产品，重要的是在高温过程中，如果对肼的控制不好把握，在高温过程中肼容易生成爆炸性气体，安全性能差。

2、近年来，俄罗斯工作者提出了不蒸馏的条件下制备碳酰肼的方法，制备的纯度也高。但是反应时间长达48h也不适合工业化生产。

3、日本科学工作者提出了用尿素制备，但是也在高温下进行，副产品多，纯度不高，安全性能差。

4、其他方法还有三聚氰酸和水合肼反应制备，耗时间厂，控制不好。光气和水合肼反应容易生成爆炸性气体，安全性能差。

总之，碳酰肼的制备工艺还需要进一步探究，目前碳酰肼价格比较高，大规模的工业生产受限，因此突破技术是目前降低碳酰肼价格的唯一办法，为此需要科研工作者进一步探索和研究。

碳酰肼的应用降解

1作为水处理剂使用-碳酰肼

除去水中的溶解氧从而保护工业设备是水质控制中重要的一环，一般是机械与化学除氧相结合，使得溶解氧尽可能的降低。化学除氧剂应具备的条件是在整个水循环中各个温度下都要良好的除氧效率。在水与气之中产生的分解物质对工作人员影响最小更易于控制。众所周知，最早用于除氧剂的是亚硫酸钠，由于在低温下能够高效迅速的同氧气发生反应，从而成为当时主要的除氧剂。但是在后来的锅炉水除氧中发现，亚硫酸钠会导致过热蒸汽管的污染以及凝汽管的龟裂，且锅炉水的固形物增加，因此化学除氧剂改用联氨，但是最近几年联氨又被怀疑有致癌作用，这就促进人们努力的探索新产品，渴望开发出一种无毒、操作方便、又能快速的除氧的新型除氧剂，碳酰肼应运而生，首先在日本得到应用，进而快速推广。但是，碳酰肼的制备工艺不成熟，加之价格高，使得其推广受到限制，因此，需要科学工作者的进一步努力。

2、树脂整理剂

在纺织品的树脂整理过程中，碳酰肼可用作甲醛的捕捉剂，在酸性介质中碳酰肼可与甲醛反应生成加合物，然后脱水并聚合，因而是不可逆反应，不会释放出甲醛。同时，用碳酰肼处理后的纺织品，对酸性染料有很高的亲和力，即织物容易着色，皱折减少，并且产品具有良好的仿佛像和耐用性。

3、用作含能配合物

主要用于火箭的染料助剂等

第五篇：PVC及树脂在人偶模型手办中的应用

天 津 大 学 仁 爱 学 院

生物工程化学结课论文

PVC及树脂在人偶模型手办中的应用

年 级: 2020级

学 号: 5020208375

姓 名: 赵胜博

专 业:化学工程与工艺

指导老师: 闫智慧

二零二零年十一月

摘 要： 自二十世纪60年代日本动画片的兴起，动漫形象向周边商品的扩展，人们不再满足于简单的商品使用与产品的收藏，还进行有感情的加工制作，这使得收藏性人偶模型也就是手办成为动漫衍生行业中不可或缺的高端产品。手办近几年在世界范围内掀起热潮，并进入了当代艺术品市场，特别是在日本已成为当代艺术的代表符号。当今的许多制品是科学、技术和社会相结合的产物。随着人们物质条件的不断改善，人们对精神文化产品的需求也越来越旺盛。动漫产业在文化产业中所占比重很大，有着以“漫”制“动”的独特产业链条，而科技与社会结合的标志产品——收藏性人偶模型手办颇值探究，因此不同材质及制造工艺的研究很有意义。本文从手办模型材质与制作工艺研究出发，分析树脂材料手办和P VC聚氯乙烯材料手办的不同特点及其制作工艺方法上的差别，以阐明现代玩具的发展方向和特点。

关键词： 手办；PVC； cast树脂

Abstract: Since the rise of Japanese animation in the 1960s, the expansion of animation image to peripheral commodities, people are no longer satisfied with the simple use of commodities and product collection, but also carry out emotional processing and production, which makes the collectible doll model, also known as the manual, become an indispensable high-end product in the animation derivative industry.In recent years, manual art has set off a worldwide upsurge and entered the contemporary art market, especially in Japan has become a representative symbol of contemporary art.Many of todays products are the result of a combination of science, technology and society.With the continuous improvement of peoples material conditions, peoples demand for spiritual and cultural products is more and more vigorous.Animation industry accounts for a large proportion in the cultural industry, and has a unique industrial chain with “animation” system.The logo product combining science and technology with the society--manual is worth exploring.Therefore, the research on different materials and manufacturing techniques is of great significance.Based on the research on the materials and production process of the manual model, this paper analyzes the different characteristics of the manual resin material and the PVC material and the differences in the production process methods, in order to clarify the development direction and characteristics of modern toys.Key words: manual;PVC;Cast resin

进入21世纪后，文化产业已经逐步发展成为第三产业的主体。随着物质条件的不断改善，当今人们对的精神文化产品的需求越来越旺盛i[1]。动漫产业是以动画、漫画为表现形式，包含动漫图书、报刊、电影、电视、音像制品、舞台剧和基于现代信息传播技术手段的动漫新品种等动漫直接产品的开发、生产、出版、播出、演出和销售以及与动漫形象有关的服装、玩具、电子游戏等衍生产品的生产和经营的产业。众所周知，动漫产业主要是发展其衍生产品的销售，其中玩具类产品占了动漫产业中很大一部分的市场。而且随着科学技术的发展和早期动漫爱好者年龄的增长，动漫中的部分玩具类产品已经不能专指是为幼儿或儿童服务的了。这些产品不论是从精细程度、保养方式还是其装饰效果和销售价格来看，哪一项都不符合一般未成年儿童能适应的能力范围。近年来手办类模型风靡国内外。在手办模型领域里，国内收藏爱好者大多分不清楚GK（garage kit）和 PVC 等手办模型的具体差别，盲目地收藏。实际上手办并没有非常具体的含义，一般通常是指静态等比例人物类模型，其实某些树脂类模型建筑、机械载具也称为手办。手办只是一个大概的名词，它包含了GK、PVC等众多静态非可动类模型，其中GK和PVC的差别被很多人混淆了ii[2]。本文主要论述近几年来兴起的其中的一种，手办类模型及其含义和特点。在中国正在大力发展动漫产业的今天，笔者希望通过对于“手办” 这一当代都市人的“玩具”的特点的分析和思考，对我国的动漫产业的发展有所启示。

一、树脂材料手办模型

GK的真正意义是表现原型师个性的GAR AGEK IT，最早是在国外出现的把车库当作制作地点的一种手工制作类兴趣活动iii[3]。延续到当今GK通常是指没有大量生产的树脂模型套件。因为产量很少而且在开模的复杂度上有着很高的难度。一般来说GK不可能批量生产，一套GK模具一般只能生产20～25个产品左右，如果需要再生产则要重新开模，所以导致原料成本加工价格都很昂贵。因为是树脂材料的特性，很适合表现非常精细的细节部分和人物一般来说GK都是工厂提供的半成品白模，需要自己动手打磨、拼装、上色等一系列复杂的工艺，而且难度远大于一般的塑料，ABS模板类模型套件。单从上色来说，还需要一定的美术功底以及喷笔这样昂贵的涂装工具，因此不是一般人能够轻易尝试的东西。因为GK制作的过程是全手工的，所以GK成品的价格更是非常高。GK的制造材料一般分为三种iv[4]。第一种cast树脂，也俗称PU树脂，cast树脂其实就是日本的cast树脂，是无发泡聚亚胺酯树脂的简称，有A剂和B剂，两个调配的时候需要重量比相同才能调配。颜色是白色（调配会有点偏差，有时候会有点偏黄色或者偏米色）重量比较轻，非常有弹性，可塑性也非常的棒，能表现细，而且手感非常好，细磨以后简直是象牙一样的手感。所以cast是做GK模型最好的材质，但是价格较比其他材质的贵。cast树脂的手办加工比较容易，采用cast树脂的GK一般都标明是cold resin cast kid，cold是指成形工艺冷成型，也就是说材料进模前不需要加热熔化。其他塑料类（如PVC/ ABS）则必须加热熔化才可以进行注塑成型。resin是树脂，kit指套件，所以翻译过来就是冷成型cast树脂套件的意思。第二种8012树脂也被广泛的称为A B水。这就是目前国内流行的翻上翻（指用原版的模型套件制作模具翻制而成的GK套件，其细节程度比原版GK套件大大降低）的主流材料了，其特点是价钱便宜，不到cast树脂价钱的1/ 3。颜色发黄发暗，弹性很小，非常的脆。8012树脂气味比较刺鼻，而且含对人体有害物质，不过需要打磨几下才能闻到味道。8012树脂的质感也是和cast大不相同，没有cast来的光滑，细节方面也比cast差很远。第三种是poly stone宝丽石粉树脂，树脂与石粉混合而成的材质，冷树脂的一种。英文名字叫poly tone，基本上是不适合手办爱好者动手制作的一种材料，因为耐冲击，耐热，硬度大，重量特别沉，可塑性不好，颜色一般是黄色，而且很脆（因为过硬的原因），非常的容易断裂，根本不能表现细节，只适合5米以外远观。

二、PVC手办模型

PVC是Polyvinyl Chloride的简称，也就是聚氯乙烯材质，而欧美多称为之软胶材质。PV C价格低廉，同样的造型可以花更少的钱买到，只是少了一份厚重感和细致感。在改装方面P VC由于材料质地类似橡胶不适合打磨和修改，所以通常的 V 是指 V FIGUR，俗称“手办”，但实际上与手办GK绝对不是一样的东西。P VC都是上色完成品而且相对于树脂材质的细密涂装完成品，软胶材质的价格首先就要便宜不少，其次细节上的工艺相对手工的GK来说就要简单的多，自然价格就比较低廉。当然，cast树脂类材料做PVC人形的原料不是不可以，但是P VC都是量产机器上色和简单处理，所以不论原料的好坏都不能体现作品颜色的质感处理和细节的刻画。而且，也不可能有厂商拿昂贵的材料去量产P VC，因为使用同样的原料也达不到GK的效果和价格。反之拿P VC聚氯乙烯材料当作GK的原料目前也有世面，但这样的GK产品完全不适合进行工艺制作，橡胶的采制更本不适合打磨和切补。同时，用聚氯乙烯材料翻制而成的GK白模套件，几乎所有的细节都被掩盖了，而且打磨时有毒性气味较大。规模化生产时，把注入氯乙烯的单体模型，放到高温的油锅中进行加热（油加热）。在一定的控温及加热时间条件下，氯乙烯单体发生聚合反应，成为聚氯乙烯，然后将模型从油加热器中取出，冷却后从模型中取出，最后修正上色即可。这个过程可反复进行。v[5]在国外大部分手办爱好者对作品的质量要求比较高，这类玩具对玩家要求也不简单。打开包装只有一堆单色的树脂模型组件，从上色、粘贴、修补到完工，最后变成栩栩如生的人物动物以及其他形象需要经历漫长而艰难的过程，这种玩具带给人们自己动手的成就感以及独一无二的上色和改装。这类玩具出产后一般发行过一次后不太可能再版发行。当然也有成品的GK，甚至部分为原形师的作品。素来以让人叹为观止的完成度和让人瞠目结舌的价格著称。玩家无需自己动手，就可以得到几乎和官方图片一样的高质量雕像，与其说是玩具，不如讲是贵重饰品或艺术品。这个类别是日系玩具最昂贵的之一，售价往往高达几万日元。毕竟不是每个人都能做好手办的，对于没有经验或者精力的玩家，买完成品可以省去不少麻烦，所以高价位及狭隘的消费群体导致这类成品产量极低。就成品 GK和P VC比较说直白点就是传统手工和机械化生产的比较。

首先，P VC的开模线都没做处理，开模线是模型表面在压制模具里成型时必定会产生的一条凸起细线，而GK在制作中肯定会要进行修切，这需要一些时间来完成；PVC材料质地不方便修整，而且量产的PVC在修整开模线过程中需要增加大量员工的劳动时间，所以PVC的最终成品上会遗留开模线，这非常影响成品整体美观的。第二点，因为PVC几乎全机械化生产，所以就成品的着色几乎都是一种质感；GK是完全手工上色的，一般的GK作品无论是从金属部件上的质感还是人物肌肤和穿着，上色时都考虑了不同材质应表现的质感。比如一款人物作品的头发、衣服或皮鞋全，量产PVC手办肯定是无光泽的灰黑色，完全区分不出各个部分的质感； 而一个好的GK作者肯定充分发挥质感的体现，皮革的光泽质地还有衣服类丝质品柔软的感觉，整个作品都仿佛有生命力一般。所以现在很多PVC厂商在设计新款PVC的时候都会突出表象产品的某个部件的质感，比如单独的一面：盾，或者是人物的长头发，有的甚至用到了特殊的透明材料等等。但是由于考虑到产品的成本，所以整体上其他部分看起来还是显得相当平淡。还有PVC产品销售前都会发布官方实物图，但是其购买的产品绝对达不到图上的效果，因为图上的都是GK成品。PVC手办的生产商都有自己旗下原形设计师，一款PVC要确定生产前都是先由原画师画出人物设定图，再交由原形设计师制作出一个上色完成品GK手办，再压制模具批量生产的。所以官方图都是原形师精心制作的作品，然后还运用了电脑软件对图像进行了处理。

注释：

[1] 世界买家网.中华人民共和国商务主办，http : / / win.mofcom.gov.cn/ shu ju/ company.asp?pid =505746&pkind= 1.[2] 张帆.雕塑动漫——对日本动漫手办热潮的思考.装饰，2009.77，94.[3] Woodrow Phoenix.Plastic Culture: How Japanese Toys C onquered the World.Kodansha International, 2006.96.[4]周可舟，手办模型材质与制作工艺研究[J].艺术设计（理论）,2010，（7）:197-199.[5]日本维基百科“フィギュア”词条[EB/OL]，http://ja.wikipedia.org/wiki/フィギュア.i

ii

iii

iv

v