1、论文提交日期 2Q!玺垒且 论文答辩日期 2Q!笙目一学位授予单位 武这理工态堂学位授予日期答辩委员会主席201 1年5月独创性声明Y 1嬲f011IlIl!,rflltfflltllrill 88d0 1 1本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：名辽埤日期：里丛L堕学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留
2、、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)舐商厕导师(签名)：铜日期认f上，沙武汉理工大学硕士学位论文摘 要由于异氰酸酯基团与水份的高反应活性严重制约了聚氨酯复合材料工艺的发展，目前国内外主要选用短切纤维、长纤维、连续毡等浸胶时间短的增强材料，但是采用连续纤维织物
3、作为增强材料具有更优异的性能，因此发展连续纤维织物增强聚氨酯复合材料具有重要意义。研究连续纤维聚氨酯复合材料的制备工艺是一项很重要的工作，本文探究了采用手糊、模压和真空灌注成型工艺制备玻璃纤维方格布增强聚氨酯复合材料的工艺可行性，以及三种不同成型工艺制品的力学性能和电性能。本文选用了改性PEGTDI和改性PEGMDI聚氨酯作为树脂基体制备聚氨酯复合材料。在25时，改性PEGTDI聚氨酯的初始粘度为85 mPaS，改性PEGMDI聚氨酯为229 mPaS，从粘度一时间曲线图可以看出这两种树脂的流动性符合三种成型的工艺要求。对改性PEGTDI和改性PEGMDI聚氨酯而言，三种工艺制备的复合材料制品
4、力学性能离散系数都非常小，不超过8，这说明了三种工艺的可重复性，也证明了采用手糊、模压和真空灌注工艺制备改性PEGTDI和改性PEGMDI聚氨酯复合材料具有工艺可行性和工艺稳定性。力学性能方面，采用三种工艺制备的改性PEGTDI和改性PEGMDI聚氨酯复合材料都没有出现聚氨酯发泡现象。对改性PEGTDI聚氨酯复合材料而言，真空灌注工艺制备的复合材料弯曲和拉伸性能都优于手糊和模压成型复合材料，它表明复合材料纤维含量越高，弯曲强度和弯曲模量越大。对于改性PEGMDI聚氨酯复合材料，手糊复合材料中聚氨酯基体含量较高，手糊复合材料的弯曲强度高于模压和真空灌注复合材料。但是真空灌注和模压复合材料具有较高
5、的弯曲模量，这归因于这两种成型工艺制备的复合材料具有相对较高的纤维含量。而采用真空灌注工艺制备的改性PEGMDI聚氨酯复合材料拉伸性能优于手糊和模压成型复合材料。电性能方面，复合材料纤维含量在一定程度上影响了材料的极化，纤维含量过高会减弱极化作用，影响材料介电常数，并且玻璃纤维的存在降低了材料因为发热而消耗的能量，纤维含量越高介质损耗越低。因此，采用手糊、模压、真空灌注率和体积和改性P力，延长少，因此关键词：The high chemical reactivity of isocyanate、析tll water in the atmosphere carlresult in a number
6、 of side reactions during the process which increasing difficultiesin the development of woven roving reinforced polyurethane composites，comparedwith the general thermosetting composites，the type and length of fiber used in fiberreinforced polyurethane composites remains to be widenedThe main select
7、ion ofreinforcing materials in domestic and others countries were short fiber,long fiber,carpet which impregnated in short time，but the use of continuous fiber fabric as areinforcing material with superior propertiescontinuous fiber fabric should bedeveloped as a reinforcing material of Polyurethane
8、 CompositesTherefore，thestudy of polyurethane composites manufacture technology is a very important task,the paper explores the feasibility of using hand layup(HL)，compressionmolding(CM)and vacuum infusion(VI)molding process to manufacture E-glassfiber woven roving reinforced polyurethane composites
9、 as well as the mechanicalproperties and electrical properties by the three different molding processIn this paper,selecting modified PEGTDI and modified PEGMDIpolyurethane as the matrix resin to manufacture polyurethane compositesAt 25，initial viscosity of modified PEGTDI polyurethane Was 85 mPaS，m
10、odifiedPEGMDI polyurethane Was 229 mPaS，from the viscosity-time curve，we call seethat the fluidity of both two types polyurethane call meet the three different moldingprocess requirementsFor both modified PEGTDI and modified PEGMDI polyurethane，coe伍cientof variation(cv)about mechanical properties of
11、 composites manufactured by thethree process were below 8Narrow CV showed repeatability of the experimentalresultsIt also demonstrated that HL，CM and VI processes have feasibility andstability in manufacturing Eglass fiber woven roving reinforced modified PEGTDIand modified PEGMDI polyurethane compo
12、sitesm武汉理工大学硕士学位论文On mechanical properties，there hadnt any phenomenon of foaming appearedduring using the three different process manufacture modified PEGTDI andmodified PEGMDI polyurethane compositesThe flexural properties and tensileproperties also significantly increased compared witll neat polyu
13、rethaneFor themodified PEGTDI polyurethane composites，the VI composite gained better flexuraland tensile properties than HL and CM composites，it showed that the higher fibercontent，the greater flexural strength and flexural modulusFor the modifiedPEGMDI polyurethane composites，higher polyurethane ma
14、ss fraction of HLcomposite lead to greater bending strength than that CM and VI compositeBut theCM and VI composites had superior flexural modulus，which is attributed to therelatively high fiber mass coment in CM and VI processThe tensile properties of VIprocess modified PEGMDI polyurethane composit
15、es is superior to HL and CMcompositesOn electrical properties，the fiber mass content of composites influences thepolarization of the material，higher fiber mass content will reduce polarization，impact dielectric constant of materialsMoreover,because of the presence of glassfiber,the heat and energy c
16、onsumption of materials reducedHigher fiber masscontent leads to lower dielectric lossTherefore，using HL，CM，VI process obtainedthe modified PEGTDI and modified PEGMDI polyurethane composites lead thesurface resistivity and volume resistivity decreased，the resistance rate decreasedwitll fiber mass co
17、ntent increasesAscribe to the existence of woven roving in themodified PEGTDI and modified PEGMDI polyurethane composites，thermalconductivity increased and the time of”carbon tracking”required was extend，thecarbonized component was also reduced，the composites gained greater arcresistance than neat p
18、olyurethaneKeywords：polyurethane，woven roving，composite，process，mechanical property，electrical propertyIV武汉理第1章绪论11聚氨酯复合材料111聚氨酯基体112聚氨酯复合材料的优点12聚氨酯复合材料的国内外研13复合材料成型工艺131手糊成型132模压成型一6133真空灌注成型714复合材料电性能及其应用8141复合材料介电性能概述8142复合材料导电性能概述10143复合材料的耐电弧性概述11144复合材料电性能的应用1l15本文的研究目的及其主要内容l 2第2章聚氨酯原料及复合材料制备
19、工艺的选择1321聚氨酯原料的选择1322聚氨酯复合材料制备工艺的选择15第3章实验部分1 631实验原料1632实验仪器设备1633试样制备方法17331聚氨酯浇铸体的制备17332聚氨酯复合材料的制备1734性能测试与形貌表征19341密度测试19342纤维含量测试1 9武汉理工大学硕士学位论文343静态力学性能测试。19344介电性能测试20345电阻率测试20346耐电弧测试2l347 SEM微观形貌观察2l第4章改性PEGTDI聚氨酯复合材料的性能分析2241改性PEGTDI聚氨酯复合材料的工艺性22411手糊成型。22412模压成型23413真空灌注成型2342改性PEGTDI聚氨
20、酯浇铸体及复合材料的密度和纤维含量2443改性PEGTDI聚氨酯浇铸体及复合材料的力学性能2544改性PEGTDI聚氨酯复合材料拉伸断面形貌一2745改性PEGTDI聚氨酯浇铸体及复合材料的电学性能28第5章改性PEGMDI聚氨酯复合材料的性能分析3051改性PEGMDI聚氨酯复合材料的工艺性30511手糊成型30512模压成型3 1513真空灌注成型3 l52改性PEGMDI聚氨酯浇铸体及复合材料的密度和纤维含量3253改性PEGMDI聚氨酯浇铸体及复合材料的力学性能3354改性PEGMDI聚氨酯复合材料拉伸断面形貌3555改性PEGMDI聚氨酯浇铸体及复合材料的电学性能36第6章结论38致
21、射40参考文献4l附录：硕士期间发表的研究论文44武汉理工大学硕士学位论文11聚氨酯复合材料111聚氨酯基体第1章 绪论聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，来源于第二次世界大战期间日本的星野、岩仓等合成的聚六亚甲基四亚甲基氨基甲酸酯，当时命名为Poluran，缩写为pU。另外，20世纪30年代德国用六亚甲基二异氰酸酯和l，4一丁二醇反应制得的链状聚氨酯，称为Porlonu21。聚氨酯是在高分子结构主链上含有氨基甲酸酯基(NHCOo一)结构单元的高分子化合物的总称，聚氨酯的工业化生产主要是由多元有机异氰酸酯与各种氢给予体化合物(如含端羟基的多元醇化合物)反应制得pJ。反应式如下：-NCO+一HO。-NH
22、COO。选择不同数目、不同类型的官能团，采用不同的合成工艺，能制备出不同性能、外观形式各种各样的聚氨酯产品。有从十分柔软到极其坚硬的泡沫塑料，有比橡胶轮胎耐用度高3倍以上的聚氨酯翻新轮胎，有高光泽性油漆、抗老化外墙涂料，有高回弹性的合成纤维，有抗挠曲性能优异、耐磨的合成皮革，也有粘结性能优良的胶黏剂等【4l。聚氨酯逐渐形成了一个品种多样、性能优异的新一代人工合成的高分子材料，作为新型材料，它的力学性能、物理性能、化学性能十分特殊。聚氨酯是许多传统材料如塑料、木材、金属、保温材料、橡胶等的替代物和部分替代物，聚氨酯材料应用范围之广，在自然界的任何材料中是绝无仅有的l引。因此，聚氨酯也成为近几十年
23、来发展速度最快的材料之一。20世纪50年代，美国渐渐对聚氨酯发生兴趣，但是，当时聚氨酯不能推广的原因是：原料价格高；商业化工艺和工业批量生产不成熟；设备不成熟。在20世纪60年代期间，化学研究、应用和加工工艺方面的巨大进步，使聚氨酯在许多领域获得了广泛的商品化应用【5J。但是直到20世纪70年代初德国才将聚氨酯双组份液体反应成型技术商品化，这真正推动了聚氨酯工业的发展61。武汉理工大学硕士学位论文112聚氨酯复合材料的优点聚氨酯树脂具有韧性好、固化快、无苯乙烯挥发物等优点。人们对聚氨酯成型技术的逐步改进以及在控制聚氨酯反应活性，延长适用期方面的进步，聚氨酯已经作为树脂基体进入由不饱和聚酯、乙烯
24、基酯树脂、环氧树脂主宰的复合材料领域。在过去20年中，聚氨酯复合材料主要是用结构反应注射法(structural reaction injection molding，SRIM)成型的汽车内饰件和外部件，如皮卡车箱、车底板、行李架、内门板等，这种成型工艺中的聚氨酯是经过发泡的【71。但是最近几年，聚氨酯复合材料发展了缠绕、拉挤、真空灌注和长纤维喷射等成型技术，主要用不发泡的聚氨酯复合材料制造农用机械挡泥板、窗框、浴缸、电灯杆、摩托车行李箱外壳、卡车、越野车的大型部件等【8J。聚氨酯复合材料的树脂基体是热固性聚氨酯，成型后的聚氨酯复合材料具有优异的拉伸特性、抗冲击性和耐腐蚀性。聚氨酯复合材料具有
25、优异的韧性，有利于复合材料的二次加工。与传统热固性复合材料相比，聚氨酯复合材料钻孔、机械加工和装配后边缘极少出现甚至没有微裂纹剀。聚氨酯复合材料还因其模塑成型性能而受关注。其固化时间与聚酯喷射成型相比明显缩短，不仅如此，聚氨酯喷射还比聚酯喷射耗费更少的劳动量，因为它不像聚酯那样需要辊压玻璃纤维来排除空气和充分浸透纤维。在制造汽车零部件时，聚氨酯复合材料采用SRIM工艺只需30秒至2分钟，而聚酯和乙烯基酯片状模塑料(sheet moulding compound，SMC)成型却需2至10分钟。与SMC模塑需要制备半成品和储存等中间环节相比，制造聚氨酯复合材料所需劳力更少。聚氨酯用SRIM所需压力
26、更低，所以模具花费也比SMC低得多【loJ。过去，聚氨酯快速的反应活性限制了工艺的发展。在生产大型玻璃纤维增强聚氨酯复合材料时，常常出现聚氨酯反应速度太快而来不及关闭压机的现象。现在，由于聚氨酯化学配方具有灵活性，新的配方设计已经克服了反应活性的局限。聚氨酯复合材料还有另一优点：它们不含苯乙烯，不会产生大量的挥发性物质。另外，聚氨酯含有的二苯基甲烷4，4 7一二异氰酸酯(4，4diphenylmethanediisocyanateMDI)是一种受控材料，MDI的蒸气压力很低，在聚氨酯复合材料成型过程中排放的MDI一般可忽略不计。在成本方面，据美国一份调研报告介绍，2001-一2007年期间，国
27、际上聚氨2武汉理工大学硕士学位论文酯的价格与乙烯基酯、聚酯、环氧树脂相比更具竞争性。2007年聚氨酯与聚酯树脂的价格差距与2001年相比大幅减小，因而聚氨酯树脂在复合材料行业获得更多市场份额的潜力大大增加【101。12聚氨酯复合材料的国内外研究现状由于双组份聚氨酯中异氰酸酯基团与多元醇的高反应活性以及异氰酸酯基团与空气中微量水分的高反应活性严重制约了复合材料工艺的发展，而聚氨酯树脂完全浸渍连续玻璃纤维方格布是一个缓慢的过程，所需的时间与浸渍短切纤维、长纤维和玻璃毡相比也较长，长时间的浸渍过程更容易加剧异氰酸酯基团与水分的反应。正是因为以上原因，到目前为止，国内外关于采用连续玻璃纤维织物增强聚氨
28、酯复合材料的工艺研究和性能介绍较为贫乏。国内外更多的是选用短切纤维、长纤维、连续毡等浸胶时间短的增强材料制备聚氨酯发泡或者不发泡复合材料，制造工艺包括增强反应注射成型(reinforced reactioninjection molding，RRIM)，结构反应注射成型(SRIM)，高速喷射成型，模压成型，拉挤成型和缠绕成型。Cheila G Moth611J等人用传统混融法制备了不同纤维含量的卡罗阿叶纤维增强聚氨酯复合材料，纤维含量20的聚氨酯复合材料比纤维含量5和10的复合材料更坚硬。王士才，李宝霞【12】采用增强反应注射成型(RRIM)和结构反应注射成型(S对M)技术研究制备了短切玻璃纤
29、维和纤维毡增强聚氨酯复合材料，结果表明两种成型工艺制备的复合材料物理机械性能和热稳定性能都优于未增强的RIMPU制品，而SRIM制备的材料性能更好。Dae Su Kim乃J用结构反应注射成型(SM)技术制备了连续玻璃纤维毡增强聚氨酯复合材料，材料的空间稳定性获得显著提高。最近，Marino Lavorgna14】等人用短切碳纤维夹层织物作为增强材料，采用模压工艺制备聚氨酯复合材料，得到更均一和坚实的形态。上述结论都证明纤维含量对聚氨酯复合材料的力学性能有显著影响。拜耳材料科技公司先后研发了Baypreg和Multitec喷射成型法用于制造聚氨酯复合材料。Baypreg法是把纸蜂窝等芯材埋在两层
30、玻纤毡中，用双组分聚氨酯喷射浸渍后在闭模中模压并加热固化【151。它是一种夹芯板制造工艺，可用多种纤维如玻璃纤维、碳纤维或天然纤维作为增强材料，适用于各种模压工艺，武汉理工大学硕士学位论文能与纸质蜂窝等各种芯材相兼容，整个过程不使用任何溶剂。用这种工艺制成的强韧轻质板材对汽车工业很有吸引力，典型用途有车身底板、行李仓底板、备胎罩、天窗板等。而Multitec法是更新的敞模喷射技术，经电动玻璃纤维切刀切割的5125mm长、短切玻璃纤维和高反应活性的聚氨酯混合料在室温下被喷射入模，并在敞模中固化。用Multitec法制造少量制件时可采用人工喷射，而大批量生产则可用机械手进行自动喷射。这种工艺已经用
31、来制造水疗设备、浴缸、淋浴盘、拖拉机挡泥板、休闲车辆部件以及其他模制品。北美洲的拉挤制造商欲通过聚氨酯更高的韧性和强度在中国拉挤产品的激烈竞争中寻求发展机遇。聚氨酯拉挤工艺可以使用更多的增强纤维，大幅度提高制品强度，而聚氨酯本身优异的冲击强度、拉伸强度和层间剪切强度，可使制品更轻更薄。例如，可用大量无捻粗纱和少量连续毡制得更薄的工字梁，使工字梁的厚度从33mm减至26mm，同时保持其纵向刚度不变，制品可以减重13，降低7的成本。聚氨酯拉挤制品包括型材、杆件和板材，如梯栏杆、工具手柄、电线杆横担、曲棍球杆和货柜板材等。窗框是新的发展领域。加拿大茵莱玻璃钢公司使用拜耳的Bayd印UL 2500聚氨
32、酯树脂制造拉挤窗框型材，使用这种树脂可以制得更大、更薄且强度足够的型材，用于大窗框甚至幕墙。这种窗框比铝合金、木制和塑料窗框更优异，它具有优良的胀缩性能，可耐受各种气候条件，包括北极严寒、沙漠酷热、海边潮湿。除此之外，还可涂漆或后加工形成木质外观。在欧洲，更多的铁路建造者开始关注并用日本积水化学公司拉挤的FFU(纤维增强泡沫聚氨酯)枕木来代替传统木质或混凝土铁路枕木。德国勒弗库森化工园使用FFU枕木安装了一个道岔系统，以改善生产场地与德国铁路网络系统之间的铁路链接。这种枕木看似木材，它可用普通木材加工工具进行锯、刨、钉、螺丝拧紧和胶粘等加工，结合了天然产品和现代设计的所有优点。其热膨胀系数和导
33、热率都很低，由于纤维的增强作用，FFU枕木抗压、抗弯和抗拉强度都很高，使用寿命比传统枕木长3倍多。由于FFU枕木的闭孔结构，该材料即使在暴雨中也只吸收极少水分，不会影响其优良的电气绝缘性能。该材料还具有抗水解、油脂、海水、霜冻和除冰盐的性能，在长期气候条件下也能保持稳定。FFU枕木具有与生态环境兼容的优势，制造过程不使用任何溶剂，使用后可以循环利用。由于这些优点，FFU枕木特别适于岔道、隧道和桥梁。日本每年都会铺设9万多根聚氨酯枕木，而日本著名高速列车“新干线”4武汉理工大学硕士学位论文的铁轨也使用了这种枕木。加拿大的RS技术公司使用自有的聚氨酯树脂和纤维缠绕专利技术制造了装配式复合材料电线杆
34、。这是世界上第一种聚氨酯复合材料电线杆，最大杆长达41m。此杆由两部分聚氨酯组成，内层用芳香族聚氨酯，外层用脂肪族聚氨酯。这种树脂体系的强度、刚度和比强度均高于聚酯、乙烯基酯和环氧树脂。RS公司利用专利铺纤技术按照所需含量切割玻璃纤维，纤维缠绕角为0。，而一般缠绕工艺的缠绕角至少为78。这样的优化布置可以减小电线杆厚度，总重量减轻45。现在，RS公司正准备制造61m长的聚氨酯复合材料电线杆。巴斯夫公司一直很积极地发展聚氨酯缠绕成型技术，其目标用途是在欧洲用聚氨酯代替聚酯制造耐腐蚀“长效基础设施“。另外，在聚氨酯耐腐蚀管道和中东、东南亚地区的饮用水设施，热水箱的应用也有发展前途，而且实验表明聚氨
35、酯缠绕水箱的爆破强度比聚酯水箱提高了40“50116J。13复合材料成型工艺131手糊成型手糊成型又称手工裱糊成型、接触成型，是指在已涂好脱模剂的模具上，采用手工作业，即一边铺敷纤维增强材料(如：玻璃布、无捻粗纱方格布、玻璃毡)，一边涂刷树脂胶液直到所需复合材料制品的厚度为止，然后通过室温或加热、无压或低压条件下固化和脱模而取得制品的工艺方法【1 71。手糊成型工艺是复合材料制品最古老的一种成型方法。随着复合材料成型工艺的发展，虽然它在当今各国复合材料成型工艺中所占比重呈下降趋势，但仍为主要成型工艺。在国内很多中小型企业仍然是以手糊成型为主要生产方式，大型企业也经常用手糊工艺来解决一些临时的、
36、单件制品的生产问题。据有关资料统计，在复合材料的制品产量很高的日本，手糊制品约占总产量的13。手糊成型工艺的最大特点是灵活，不受产品尺寸和形状限制，适宜于多品种、小批量、形状复杂产品的生产。除此之外，手糊工艺设备简单、投资少、设备折旧率低，工艺简便，易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料，制品树脂含量高，耐腐蚀性好。但是，手糊成型生产效率低、速度慢、生产周期长，生产环境差，劳动强度大，产品质量不易控制，武汉理工大学硕士学位论文性能稳定性不高118J。目前，在国内采用手糊成型生产的复合材料产品有浴盆、波纹瓦、雨阳罩、冷却塔、活动房屋、贮罐、渔船、游艇、汽车壳体、大型圆球屋顶、卫
37、星接收天线、舞台道具、航空模型、天线罩、设备护罩、通风管道、河道浮标等【l 91。对于手糊复合材料平板可选择铺放聚酯薄膜的方法来代替涂脱模剂或者脱模蜡。其工艺流程如下：132模压成型模压成型工艺是20世纪60年代在西德发展起来的一种成型工艺，它是将定量的模压料(纤维及其织物浸渍树脂基体后制备的预浸料)放人金属或其它材质的对模模腔中，闭模后在一定的温度和压力作用下，固化而获得复合材料制品的一种工艺方法【201。模压成型工艺可兼用于热固性、热塑性和橡胶材料。模压成型工艺方法生产效率较高，制品尺寸准确，表面光洁，尤其对结构复杂的复合材料制品一般可一次成型，无需有损于复合材料制品性能的二次机加工，制品
38、尺寸及外观的重复性好，机械化、自动化程度高，环境污染小等优点【2l】。模压成型工艺方法的主要不足之处是模具设计与制造复杂，压机和模具投资高，制品尺寸受设备限制，一般适合制造大批量的中小型复合材料制品，如浴缸、汽车零部件、水箱板等。尽管模压成型工艺有上述不足之处，然而目前模压成型工艺方法在复合材料成型工艺中仍占有重要的地位【22j。近年来由于SMC、团状模塑料(bulk moulding compound，BMC)和新型模塑料的出现以及它们在汽车工业上的广泛应用，模压成型实现了自动化、专业化和高效率的生产，制品成本不断降低使其适用范围越来越广泛f23j。模压制品主6武汉理工大学硕士学位论文要用作
39、连接件、结构件、电器绝缘件和防护件，广泛应用于农业、工业、交通运输、电气、化工、机械、建筑等领域。由于模压制品质量可靠，在兵器、飞机、卫星和导弹上也得到了应用【241。模压成型工艺是将复合材料制品设计图纸转化为真实制品的一门工程科学，是复合材料成型技术的核心内容之一，模压成型主要工艺流程如下f25】：133真空灌注成型真空灌注成型工艺VIMP(vacuum infusion molding process)又称SCRIMP工艺(seemann composite resin infusion molding process)，是近年来在RTM工艺(resin transfer molding)
40、基础上发展起来的一种新型复合材料成型工艺，是一种大型复合材料制件的低成本液体模塑成型技术12酬。国外对这种低成本复合材料成型工艺已经进行了十多年的研究，并己成功地用于海军舰艇、军事设施、国防工程、航空航天和民用工业等领域的复合材料制件上。美国Sandown级扫雷艇，整个舰艇的上层建筑和部分内部结构均为VIMP工艺成型制件。美国海军水面作战中心在分析VIMP工艺成型的复合材料制件力学性能之后得出结论：VIMP工艺将是未来制造战舰主要壳体结构的重要成型手段【2 71。真空灌注成型的工艺原理是在一个单面刚性模具上用柔性的真空薄膜袋包覆并密封纤维增强材料，在真空负压下抽出模腔中的气体，建立一个闭合系统
41、，利用真空产生的压力进行树脂的渗透、流动，实现树脂对纤维及其织物的浸渍，并在室温或加热条件下固化成型12引。该工艺仅需要一个单面刚性模具，不需要热压罐等大型成型设备，极大的简化了模具制造工序，节约了模具及设备的投资【29】。对于大尺寸、大厚度的复合材料大型制件而言，真空灌注成型具有生产环境清洁，安全和健康，生产效率高，劳动强度小，人为因素影响小，产品质7武汉理工大学硕士学位论文量性能稳定，力学性能较高等优点，是一种十分有效的成型方法。真空灌注工艺的基本步骤为130J：(1)设计并加工一个单面刚性模具，该单面刚性模具需要具有良好的气密性和刚度。(2)准备模具和相关材料，包括清理模具和打蜡、裁剪增
42、强材料和辅助材料、配制树脂固化体系等。(3)铺设增强材料和辅助材料，铺层顺序自下而上依次为增强材料一脱模布一导流网一导流管。(4)用设置有进胶管入口和抽气口的真空薄膜袋包覆，并用密封胶带将增强材料及辅助材料密封在真空薄膜袋内。(5)开动真空泵抽真空并检查气密性，确认无空气泄漏后，保证模腔达到一定真空度(最佳值为O095MPa以上)。(6)注入树脂，确保树脂在凝胶前充分浸润增强材料并充满整个模具，富余的树脂收集在抽气口与真空泵之间的树脂收集器中。(7)固化成型，在树脂凝胶固化前仍需要维持真空度使真空薄膜袋压紧增强材料，以保证制品达到较高的纤维体积含量。(8)脱模后处理，包括清理脱模布、导流网、真
43、空薄膜袋等辅助材料并脱模修整等。(9)得到制品。14复合材料电性能及其应用141复合材料介电性能概述材料介电性能是指其在外加电场作用下的极化性质【3。极化是物质的共性，是物质正、负电荷重心发生偏移的一种现象，也是表征物质结构非常重要的表现形式。复合材料的介电性能能够直接反映材料的微观结构形态，同时也非常灵敏的反映其内部结构变化以及分子运动状况，是研究物质基本结构的重要途径。所以，介电性能的测量已是研究复合材料基体结构和分子运动的一种有力分析手段。另外，材料的其他众多使用性能常常依赖于材料的介电性能。比如：电气绝缘材料通常要求介电损耗低、电阻率和介电常数高的材料；制造电容器则需要介电常数尽量大而
44、介电损耗尽量小的介电材料；在雷达等射频和微波领8武汉理工大学硕士学位论文域要求材料具有非常小高频介电损耗的高频、超高频绝缘材料；在军事隐身技术或高频加热技术领域，需要材料在特定频率下表现出高介电损耗来转化和吸收电场能量。因此，聚氨酯复合材料是有广大前景的材料，研究其介电性能不但具有理论意义，还能为工业技术部门选择材料时提供理论依据和参考数据。(1)电介质的极化和介电常数电介质的极化是在外电场的作用下，电荷的分布发生改变，电介质显示电性的现象。宏观上，它是物质正、负电荷重心发生部分分离，破坏其电中性的过程【321。聚合物基复合材料的位移极化主要是在外电场作用下，分子中原子的相对移动产生原子极化、
45、外层的电子移动产生电子极化以及由正、负离子相对移动产生离子极化，由此产生的偶极距称为诱导偶极距。聚合物基复合材料的取向极化是材料中的偶极子在外电场的作用下，发生旋转运动并沿着电场方向取向排列，产生宏观偶极距的现象。取向极化主要发生在极性介电材料中【33】。除以上两种极化方式外，复合材料中还存在第三种极化方式：界面极化。它是因为聚合物基复合材料中存在具有不同介电常数或导电系数的树脂与增强相界面，由电荷注入或者电荷感应产生极化。总的说来，复合材料的极化是包括了位移极化、取向极化、界面极化这三种极化方式的综合过程。介电常数是衡量介电物质在外电场中极化程度的一个宏观物理量，其大小取决于介质的极化。它反
46、映了电介质在外电场作用下的综合特性，描述了电介质对外加电场作用下的响应能力。绝缘材料的相对介电常数可按下式计算：占：鱼 (11)Co式中：c广待测电介质材料的电容量；C旷真空代替电介质时的电容量(电极的大小和距离与前者相同)。介电材料的相对介电常数表征了介电材料在设定极化电压下产生极化电场的能力。(2)电介质的介电损耗电介质的介电损耗是指电介质在电场的作用下引起发热而消耗掉的能量。由于材料中有电导，从而引起漏导电流，所以电介质在直流电压或者交流电压9武汉理工大学硕士学位论文下都有能量的损耗。直流电压作用时没有周期性的极化，电介质的优劣可以通过表面电阻率和体积电阻率来表征。但在交流电压作用下，除了漏导电流以外还有极化电流的有效
