复合材料的构成及用途

　　顾名思义，复合材料是就是用两种或两种以上的不同性能，不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料，其中一相是连续的称基体相，另一相是分散的，被基体包容的称为增强相。复合材料使用的历史可以追溯到古代，从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。复合材料通常是指最终制品，是一次成型的不需要后加工，而不是通常意义上的“材料”。

　　现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料最突出的优势是其超高的比强度以及比模量，与高强度钢以及合金，铝合金等材料相比均比较高 （质轻高强），另外复合材料具有突出的形状可设计性 ，可以在一定程度上完成三维空间中的任意扭曲 。同时复合材料的强度及模量，都是经过物理及数学模型的力学计算，有着非常丰富的力学结构可设计性。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术领先水平的重要标志之一。

　　复合材料的早期研发应用主要是在航空航天领域。20世纪50年代，国外开展了人造卫星领域 的新结构材料与耐烧蚀材料的研发，逐渐推动了碳纤维复合材料在新材料领域的应用。此外，随着对碳纤维复合材料的研究和应用发展，碳纤维复合材料逐渐在汽车制造以及船舶、风电等领域实现了广泛应用，并逐渐向医疗器械、家具装饰，体育用品等轻工业领域拓展。

　　热固性树脂基复合材料，也称纤维增强塑料 （Fiber Reinforced Plastics）, 是目前技术很成熟且应用最为广泛的一类复合材料，也是本文着色方案的具体研究对象。热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维，聚丙烯腈基纤维等为增强材料制造成的复合材料。

　　复合材料成型工艺是复合材料工业发展的基础和条件，也是不一样着色方案的选择基础之一。树脂基复合材料的成型方法较多，有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、树脂传递模塑RTM成型、预浸料法（热压罐成型）、SMC冲压成型等。

　　手糊成型为最原始和低端的成型工艺。在模具上手动将树脂浸润纤维，纤维可以为机织、编织、缝合或粘结等增强方式，手糊成型通常用滚轮或刷子完成，然后用胶滚挤压树脂使之渗入纤维。置于常压下固化。

　　典型应用：标准风电叶片，批量制作的船艇，建筑模型，彩色玻璃钢瓦，烘房，冷却塔，大型雷达罩。

　　20世纪60年代由哈尔滨玻璃钢研究院开发。缠绕工艺基本用来制造中空、圆形或椭圆形结构件，如管道和槽。纤维束经过树脂浸润后沿各种方向缠绕在芯轴上，工艺过程由缠绕机和芯轴转速控制。

　　典型应用：火箭发动机壳体，导弹外壳，化学品储藏罐和输送管，气瓶，气缸，海水淡化管道。

　　从线轴架抽出的纤维束浸胶后穿过加热固化装置，在加热装置完成树脂对纤维的浸润，并且控制树脂含量，最终将材料固化成要求的形状；这种形状固定的固化产品被机械切割为不同长度。

　　典型应用：适合制作截面固定的型材，如房屋建筑结构的梁和桁架，桥梁，梯子和围栏，帐篷杆，油田采油抽油杆。

　　将干纤维铺覆在下模内，可以预先施加压力使纤维尽量与模具形状贴合，并予以粘合绑定；然后，把上模固定在下模上形成型腔，再将树脂注入型腔。一般会用真空辅助树脂的注入和对纤维的浸润，即真空辅助树脂注入工艺（VARI）。一旦纤维浸润完成，即关闭树脂导入阀，并将复合材料进行固化。树脂注入和固化既可以在室温下进行，也可以在加热条件下完成。

　　为高端成型工艺。树脂含量可控。纤维或纤维布由材料制造商使用含有潜伏型固化剂的树脂预先浸润，制造方法为高温高压法或溶剂溶解法。固化剂为室温潜伏型，使材料在室温下有几周或几个月的有效期；冷藏条件能延续其储存期限。预浸料微粘手，之间有隔离膜，其中树脂为预固化B阶段。预浸料可以手工或机器铺入模具表面，然后覆盖线°C。加热后树脂能再一次流动，并最终固化。可以用高压釜对材料施加额外的压力，通常能够达到5个大气压。

　　根据复合材料制品类型，所用树脂，纤维等原材料类型，不同的成型工艺等前提，及客户市场对色彩谱域，色牢度，表面光泽等性能要求，复合材料着色方式目前有制品表面涂料涂层，使用彩色纤维或彩色混编纤维，表面胶衣树脂着色，预浸料着色，基体树脂着色等5种方法。

　　在不饱和聚酯树脂行业中有一种特殊性能的树脂叫胶衣树脂。它是为改善玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂基玻璃钢制品的外观品质和保护结构层的材质不受外界环境介质侵蚀而研制开发的，故胶衣树脂的最大的作用是对玻璃钢制品的表面装饰和对结构层的保护。彩色胶衣是一种有色触变产品，它是通过向不饱和聚酯中加入颜料色浆和触变剂而分散的。彩色胶衣的最大的作用是装饰玻璃钢制品表面，保护结构层。新型耐候阻燃彩色胶衣的开发受到慢慢的变多的关注，并发挥着逐渐重要的作用。

　　与通常的工业制品表面涂料涂装类似，但复合材料制品表面由于纤维的存在在微观上是各向异性的，需要特殊开发的涂料进行涂装。超高耐候多彩色漆为光伏行业玻纤复合材料专用，针对性解决复材制品表面针眼，脱胶，漏纤等问题。高透彩色清漆为汽车用碳纤维制品专用，适用于露碳纤维纹理制品多彩涂装应用，定制化颜色，明亮艳丽，色彩饱满丰富，兼顾透明性和颜色效果。

　　原液着色法是在纺丝溶液中加入适当的着色剂，经充分混和、溶解和过滤，也可在进入喷丝头之前定量地注入着色剂或有色原液，经静态混和器混和后纺制成有色纤维。聚丙烯腈等纤维的原液着色均属此种。这种工艺属于物理变化，优点是着色和纺丝可同时联连续进行，着色均匀，色牢度好，上染率高，生产周期短，成本低，污染少。能使一些高取向度、非极性难染纤维，如涤纶、丙纶等着色。其着色剂有无机、有机颜料、炭黑和分散染料等。

　　既将色浆加入预浸料树脂中，或采用经过原液着色的彩色纤维制作预浸料，使预浸料带有需要的颜色。

　　即将色浆加入基体树脂中，按所设计的成型工艺制备复合材料制品，使用该种方法着色，除了制品外表面，制品内部也拥有同样的颜色，适用于有此类用途要求的市场需求如户外大型工艺雕塑等。

　　碳纤维复合材料在家具设计中的应用，最早出现在20世纪80年的意大利。碳纤维复合材料在现代家具中的应用和发展，为家具设计的表达提供了新的方式，使其逐渐向着新的结构及形式与设计思路突破发展，为国内家具设计及其行业发展带来了新的动力。

　　碳纤维复合材料能够和树脂基结合，对传统碳纤维材料的传统黑色进行突破，以此来实现更加丰富与亮丽的色彩呈现，满足家具设计的各种色彩需求。碳纤维复合材料中的碳纤维能够和具有其他色彩的纤维材料来混编，实现不同编织结构和不一样的颜色的立体科技感，从而在家具设计中进行应用，体现出各种丰富色彩的立体花纹。除上面讲述的情况外，碳纤维材料还能够和彩色的树脂胶合，制备各种不一样的颜色的碳纤维复合材料，以此来实现不同色彩的碳纤维家具。比如，2014年伦敦设计节中，伦敦设计Michael Sodeau使用一种由赛车工程师开发的彩色碳纤维材料创造了一种轻质圆形椅子”Halochair”，就是用带有艳丽色彩的碳纤维布与本色碳纤维布进行搭配设计的。丰富的色彩能够呈现出更加鲜亮并且富有活力的视觉效果，提升了家具设计的时尚性。

　　浙江纳美新材料股份有限公司成立于 2010 年，是一家从事环保型高性能水性颜料色浆和 UV功能性材料的研发、生产和销售的国家高新技术企业，产品大范围的应用于涂料、油墨，造纸、纺织、乳胶、化妆品、墨水以及 UV涂层等应用领域。

　　在复合材料着色领域，纳美新材已开发了多个系列产品以满足复合材料不同的原材料，成型工艺及看色方式的要求。鲜丽特@EI，EW，WS，ET工业及木器色浆适用于表面涂料涂层，我们的原液着色技术及产品可用于制作彩色纤维或彩色混编纤雏，鲜丽特@PO聚酯色浆适用手表面胶衣树脂着色，预浸料着色，基体树脂着色等用途。纳美新材将持续进行研发投入为复合材料行业的发展不断贡献新的力量！