第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展-2
关于复合材料概论第章聚合物基复合材料课件
5.1.2 玻璃纤维增强热塑性塑料(代号FR-TP)
• 玻璃纤维增强热塑性塑料是指玻璃纤维做为增强材料，热 塑性塑料(包括聚酰胺、聚丙烯、低压聚乙烯、ABS树脂 、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料)为基体的纤维 增强塑料。
• 玻璃纤维增强热塑性塑料除了具有纤维增强塑料的共同特 点外，它与玻璃纤维增强热固性塑料相比较，特点是具有 更轻的比重，在1.1—1.6之间，为钢材的1／5—1／6；比 强度高，蠕变性大大改善。
• 玻璃纤维增强聚酯树脂突出特点是加工性好，加 入引发剂和促进剂后，可在室温下固化成型，由 于树脂中的交联剂也起稀释剂的作用，所以树脂 的粘度大大降低了，可采用各种成型方法进行加 工成型，可制作大型构件，扩大了应用的范围。 它的透光性好，透光率可达60％－80％，可制作 采光瓦。价格便宜。不足之处是固化时收缩率大 ，可达4％—8％，耐酸、碱性差，不宜制作耐酸 碱的设备及管件。
• 5.1.3 高强度、高模量纤维增强塑料 • 高强度、高模量纤维增强塑料主要是指以环氧树脂为基体
，以各种高强度、高模量的纤维(包括碳纤维、硼纤维、 芳香族聚酰胺纤维、各种晶须等)做为增强材料的高强度 、高模量纤维增强塑料。该种材料由于受增强纤维高强度 、高模量这一性能的影响．致使其具有共同的特点：
• 3．玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料
• 聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改 性树脂，例如：丁二烯—苯乙烯共聚物(BS)、丙烯 腈—苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯—苯乙烯 共聚物(ABS)等。这些共聚物大大改善了纯聚苯乙 烯的性能，使原来只是一种通用塑料的聚苯乙烯改 性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。这些 聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后，其 机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高 。也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤 维粘结不牢。影响强度。
第1章_聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展_
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复合材料发展的第二代
先进复合材料的开发时期 复合材料的种类不断增加 基体材料主要为热固性树脂
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年代以后） 第三代复合材料 （80年代以后） 年代以后
1982出现了先进热塑性复合材料； 出现了先进热塑性复合材料； 出现了先进热塑性复合材料 现代复合材料的成熟应用时期： 现代复合材料的成熟应用时期：复合材料不仅在航空 航天领域，而且在几乎所有工业和民用领域得到应用； 航天领域，而且在几乎所有工业和民用领域得到应用； 以金属或陶瓷为基体的先端复合材料也得以应用； 以金属或陶瓷为基体的先端复合材料也得以应用； 多功能复合材料得到 多功能复合材料得到发展 。 得到发展
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近代的复合材料的发展——20世纪 年代 世纪40年代 近代的复合材料的发展 世纪
第二次世界大战中，美国用碎布酚醛树脂 碎布酚醛树脂代替木材制 第二次世界大战中，美国用碎布酚醛树脂代替木材制 备枪托； 备枪托； 采用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂 玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料被美国空 采用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料被美国空 军用于制造飞机构件（如雷达罩、油箱） 军用于制造飞机构件（如雷达罩、油箱）。 年到1960年这 年间，是玻璃纤维增强塑料时 年这20年间 从1940年到 年到 年这 年间， 复合材料发展的第一代。 可以称为复合材料发展的第一代 代，可以称为复合材料发展的第一代。
玻璃钢的缺点：质量较大、模量较低， 玻璃钢的缺点：质量较大、模量较低，不能满足航空航 天飞行器对高比模量和高比强度的要求。 天飞行器对高比模量和高比强度的要求。
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第二代复合材料——1960年到 年到1980年 第二代复合材料 年到 年
1965年英国科学家研制出碳纤维 年英国科学家研制出碳纤维——高比模量、高比强度； 高比模量、 年英国科学家研制出碳纤维 高比模量 高比强度； 1971年美国杜邦公司开发出 年美国杜邦公司开发出Kevler-49 ； 年美国杜邦公司开发出 1975年先进复合材料（ACM）“碳纤维增强、硼纤维及 年先进复合材料（ ） 碳纤维增强、硼纤维及 Kevler纤维增强环氧树脂复合材料”已用于飞机、火箭的主承力 纤维增强环氧树脂复合材料” 纤维增强环氧树脂复合材料 已用于飞机、 件上。 件上。 20世纪 年代后战斗机的机翼、尾翼等部件都基本采用 世纪80年代后战斗机的机翼、 世纪 年代后战斗机的机翼 ACM，ACM用量占到机体质量 ， 用量占到机体质量20~30%。 。 用量占到机体质量
第一章聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展-2资料
• 另一是CVD法，即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体 上来进行复合，这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳。 碳/碳复合材料不耐氧化，所以有时需要加抗氧化涂层。
复合材料
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课程简介
一、课程性质与地位
单一聚合物材料往往难以满足社会对聚合物 材料愈来愈高的要求，多相复合材料成为当前材 料研究的重要对象。聚合物基复合材料是目前研 究最为深入、工艺最为成熟、品种最为齐全、应 用最为广泛的一类复合材料。它已经成为航空、 航天、兵器等领域的骨干材料之一，其在化工、 船舶、桥梁、体育用品、建筑等领域已经获得广 泛的应用。
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
2、复合材料的意义 现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如：火
箭壳体材料对射程的影响:
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳/碳复合材料
以碳纤维或碳化硅纤维(或织物)为增强体，以碳为基体 的复合材料的总称。碳基复合材料有两种制备方法：
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
三、复合材料的发展历史和意义
1、复合材料的发展历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材
料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝 等的建筑，发挥着极为重要的作用；
20世纪40年代，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替 木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这种广泛 应用的比较现代化复合材料。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料摘要：聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。
本文简单的介绍了聚合物基复合材料，描述了其作为一种新材料的性能特点，并详细描述了其发展历史及应用。
关键词：聚合物、复合材料、应用、历史1、聚合物基复合材料复合材料是指：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。
(1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。
（2）复合材料中通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。
（3）分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着界面。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。
聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。
而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。
纤维和基体之间的良好的结合，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。
实用PMC通常按两种方式分类。
一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。
如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。
这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。
通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。
而聚合物基复合材料一般都具有以下特性：1. 比强度、比模量大。
(医学课件)聚合物基复合材料PPT演示课件
由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩 聚反应相同。 不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光 照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化 成具有三维网络的体型结构。 .
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聚合物基体材料
按纤维形态 纤维增强 按铺层方式 连续纤维 不连续纤维 单向 角铺层 织物 三维 玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等 长纤维（毡） 短切纤维
聚 合 物 基 复 合 材 料
按纤维种类
晶须增强 层片增强 粒子增强
碳化硅晶须、氧化铝晶须等 云母、玻璃、金属等 . 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等
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聚合物基体材料
聚合物材料的介绍
热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的 进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会 软化，不溶、不熔。 其高分子聚合物属于三维体型网状结构。 常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。 热塑性树脂 加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。 冷却后变硬，再加热可软化。 其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。 常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、 . 9 聚碳酸脂等。
聚合物基体材料
不饱和聚酯树脂 ( UP)
不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺 简单，适合于大型异形部件的制造。 不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段： 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。 2 定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。 不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为： 1 可以有效地控制反应速度。 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。 引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为 游离基并进行连锁聚合反应的物质。 . 20
聚合物基复合材料
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
聚合物基复合材料
一、1、复合材料定义（ISO、GB3961）及定义包含的内容（ISO)：有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
国标GB3961：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。
定义包含的内容: (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。
（2）复合材料中通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。
（3）分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着界面。
分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
2 、有机纤维碳化法将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维；在惰性气氛中，于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。
3 、复合材料的分类按增强材料形态分类: 连续纤维复合材料、短纤维复合材料、粒状填料复合材料、编织复合材料按增强纤维种类分类: 玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、玄武岩纤维复合材料、有机纤维复合材料、金属纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料按基体材料分类:环氧树脂基、酚醛树脂基、聚氨酯基、聚酰亚胺基、不饱和聚酯基以及其他树脂基复合材料按材料作用分类: 结构复合材料、功能复合材料4 、聚合物基复合材料的主要性能和目前存在的缺点：主要性能： 1 轻质高强（比强度、比模量大） 2 可设计性好 3 具有多种功能性 4 过载安全性好 5 耐疲劳性能好 6 减振性好（非均相多相体系）存在的缺点：(1)材料工艺的稳定性差 (2) 材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步的性能，质量不易控制 (3) 长期耐温与耐环境老化性能不好 (4) 抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 (5) 横向强度和层间剪切强度不好等二、1、聚合物基复合材料的增强材料应具有的特征：（1）增强材料应具有能明显提高树脂基体某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、低热膨胀性等，以赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。
聚合物基复合材料的性能课件
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
聚合物基复合材料重点内容
考试题型一、填空题〔1分*10题=10分〕二、判断题〔1分*6=6分〕三、名词解释〔4分*5=20分〕四、简答题〔8分*8题=64分，含1道计算题〕第一章聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展1.什么是复合材料？与金属材料相比有何主要差异？答：定义：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。
它既保持了原组分材料的主要特色，又通过符合效应获得原组分所不具备的的新性能。
可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并充分并联，从而获得新的优越性能，这与一般的简单的混合有本质的区别。
与金属材料的区别：2.复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？答：优点：1〕比强度、比模量高；2〕耐疲劳性好，破损性能高；3〕阻尼减振性好：a.受力结构的自振频率除了与结构本身形状有关以外，还与材料的比模量平方根成正比；b.复合材料具有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振；c.复合材料机体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料得振动阻尼很高，一旦振起来，也可在较短时间内停下来。
4〕具有多种功能性：a.瞬时耐高温性、耐烧蚀性好；b.优异的电绝缘性能和高频介电性能；c.良好的摩擦性能；d.优良的腐蚀性，维护本钱低；e.特殊的光学、电学、磁学的特性。
5〕良好的加工工艺性；6〕各向异性和性能的可设计性。
主要问题：工艺方法的自动化、机械化程度低，材料性能的一致性和产品质量的稳定性差，质量的检测方法不完善，破坏模式不确定和长期性能不确定，长期耐高温和环境老化性能不好等。
3.简述复合材料的组成。
界面为什么也是一个重要组成局部？答：复合材料是由基体材料和增强体材料构成的多项体系。
基体材料为连续相，按所用基体材料的不同，可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和聚合物基复合材料。
增强材料为分散相，通常为纤维状材料，如玻璃纤维、有机纤维等。
原因：界面也是重要组成局部的原因是因为增强相与基体相的界面区域因为其特殊的结构组成，这种结构对材料的宏观性能产生影响，因此也是不可缺少的重要组成局部。
聚合物基复合材料
• 不足之处是在高温下易水解，使机械强度下降。不适于在 高温水蒸气下使用。
4.7.6 玻璃纤维增强聚甲醛
• 玻璃纤维增强聚甲醛(代号ＦＲ—POＭ) 聚甲醛是一种性能较好 的工程塑料，加入玻璃纤维后，不但起到增强的作用，而且耐 疲劳性和耐蠕变性有很大提高。高温下仍具有良好的耐蠕变性， 同时耐老化性也很好。但不耐紫外线照射，因此在塑料中要加 入紫外线吸收剂。
• GFRP在铁路上主要是用在造车生产中。 (4)GFRP在铁路运输上的应用 如内燃机车的驾驶室、车门、车窗、 座椅、车上的整体厕所等。 (6)GFRP在冶金工业中的应用 • 耐腐蚀性的容器、管道、泵、阀门等设备， GFRP烟囱
• 飞机上的雷达罩，机身、机翼、螺旋桨、 (7)GFRP在宇航工业中的应用 起落架、尾舵、门、窗等。GFEP在导弹 和火箭上的应用也很多。
• 2.玻璃纤维聚欧肢(代号P、It— IIA) 制造原为有色金属的轴承 舶承架、仍轮、精密机器零件、 电器零件、汽车零件等c在船舶制 造。
• 4．玻璃纤维增强聚碳酸酯(代号 FR—PC) 玻璃纤维增强聚碳酸酯 主要应用于机械工业和电器工业方 面，近年来在航空工业方面也有所 发展。
谢谢观赏
4.6.1玻璃纤维的结构
4.6.2玻璃纤维的性能特点
4.7.1 玻璃纤维增强聚丙烯
• 玻璃纤维增强聚丙烯(代号FR—PP) 特点是机械强度大大提高， 当短切玻璃纤维增加到30％—40％时，其强度达到顶峰，抗拉 强度达到100MPa。 • 吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在高温、高浓 度的强酸、强碱中会使机械强度下降。在有机化合物的浸泡下 会降低机械强度，并有增重现象。
4.8 玻璃纤维增强塑料的应用
• 4.8.1 玻璃纤维增强塑料(GFRP)的应用
聚合物基复合材料-1-2章要点
③按复合材料的性能分类
结构复合材料 功能复合材料 智能复合材料
2. 聚合物基复合材料 以有机聚合物为基体，纤维类增强材料为增强 剂的复合材料。 聚合物基体：作粘结剂，可使载荷分布均匀，并 传递到纤维上。 增强材料：纤维类，可使材料承受压缩和剪切。
聚合物基体：热固性树脂、热塑性树脂 热固性树脂：环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂 热塑性树脂：PP、PA、ABS、PC、PET、POM 等 增强材料：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等 形态：长纤维（布、带、毡） 热固性树脂 长纤维、短切纤维 热塑性树脂
②按分散相的形态和配置分类
弥散强化复合材料 颗粒增强复合材料 颗料分散相复合材料 薄片增强复合材料 单项纤维复合材料 非纺织纤维层复合材料 连续纤维复合材料 料 复合材料 三相及多相纤维复合材 三相织物层合复合材料 纤维状分散相复合材料 随机排列 晶须复合材料 定向排列 不连续纤维复合材料 随机排列 短切纤维复合材料 定向排列
在体内不产生劣化和分解。
玻璃纤维增强环氧树脂是GFRP中综合性能最好 的；玻璃纤维增强酚醛树脂是GFRP中耐热性较 好的；玻璃纤维增强不饱和聚酯是GFRP中加工 性较好的。 看 P118 页 表2-1-1 各种玻璃钢与金属性能的 比较。 ②玻璃纤维增强热塑性塑料（FR-TP）
玻璃纤维（短切纤维或长纤维 ）作为增强材料，热塑 性塑料为基体的纤维增强塑料。
4.混杂纤维复合材料
①定义：两种或两种以上纤维混杂增强一种基体 所构成的复合材料。 如：碳纤维+玻璃纤维 意义：节约成本，实现较宽的物理和力学性能， 达到单一纤维不能达到的单项或组合性能。 ②结构形式 两种纤维在混杂复合材料中的分布 看P127 图2.1.4
聚合物复合材料
聚合物复合材料本文旨在介绍聚合物复合材料的概念和重要性，以及展示本文的目的和结构安排。
聚合物复合材料是由两种或更多种不同类型的材料组合而成，其中聚合物（或高分子）是主要基质。
这种材料的特点是相对轻量、高强度、良好的耐腐蚀性以及可塑性强。
聚合物复合材料具有广泛的应用领域，例如航空航天、汽车工业、建筑和电子行业等。
本文的目的是介绍聚合物复合材料的基本概念，包括材料的组成和制备过程。
同时，还将探讨聚合物复合材料在不同领域中的应用，并介绍其在可持续发展和环保方面的优势。
文章结构安排如下：引言聚合物复合材料的概念和特点聚合物复合材料的制备过程聚合物复合材料的应用领域聚合物复合材料的可持续发展和环保优势结论聚合物是一种由大量相同或不同的小分子单元通过共价键结合而成的高分子化合物。
它们可以具有多种不同的结构和性质，适用于各种应用领域。
分子结构聚合物的分子结构由一个或多个重复单元组成。
重复单元由不同的化学基团构成，这些基团可以决定聚合物的性能和用途。
聚合物可以是线性的、支化的或交联的，这取决于它们的分子结构。
分子结构聚合物的分子结构由一个或多个重复单元组成。
重复单元由不同的化学基团构成，这些基团可以决定聚合物的性能和用途。
聚合物可以是线性的、支化的或交联的，这取决于它们的分子结构。
聚合反应聚合反应是将小分子单元组合成大分子聚合物的过程。
这一过程涉及到聚合单体分子之间的共价键形成。
聚合反应的类型可以包括加成聚合、缩聚聚合和开环聚合等。
聚合反应聚合反应是将小分子单元组合成大分子聚合物的过程。
这一过程涉及到聚合单体分子之间的共价键形成。
聚合反应的类型可以包括加成聚合、缩聚聚合和开环聚合等。
聚合反应聚合反应是将小分子单元组合成大分子聚合物的过程。
这一过程涉及到聚合单体分子之间的共价键形成。
聚合反应的类型可以包括加成聚合、缩聚聚合和开环聚合等。
聚合反应聚合反应是将小分子单元组合成大分子聚合物的过程。
这一过程涉及到聚合单体分子之间的共价键形成。
复合材料聚合物基体
聚合物基体的分类
根据聚合物的来源和化学结构， 可分为天然聚合物和合成聚合物 两大类。常见的聚合物基体包括 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
聚合物基体的性能
聚合物基体具有良好的加工性、 韧性、耐化学腐蚀性和电绝缘性 等。同时，聚合物的性能可通过 改变其化学结构、分子量、添加
剂等进行调控。
热导率
基体材料应具备较低的热导率，以减少热量在复 合材料中的传递，提高隔热性能。
热膨胀系数
与增强纤维相匹配的热膨胀系数有助于减少温度 变化引起的内应力。
环境因素影响
耐候性
聚合物基体应具有良好的耐候性，能抵抗紫外线、氧 化、酸碱等环境因素的侵蚀。
耐化学腐蚀性
基体材料应具备优异的耐化学腐蚀性，以在腐蚀性环 境中保持性能稳定。
热固性聚合物基体
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不可逆的固化过程
热固性聚合物基体在加热时会发生交联反应，形 成三维网络结构，一旦固化就无法再次加工。
优异的耐热性和耐化学腐蚀性
热固性聚合物基体固化后具有较高的耐热性和耐 化学腐蚀性，适用于高温和腐蚀性环境下的复合 材料。
广泛的应用领域
热固性聚合物基体被广泛应用于建筑、船舶、化 工等领域。
聚合物基体的作用
聚合物作为复合材料的基体，对于复合材料的性能起着至关重要的 作用，如力学性能、热稳定性、耐腐蚀性等。
研究意义
深入研究聚合物基体的性能及其与增强材料之间的相互作用，有助 于优化复合材料的性能，推动复合材料领域的发展。
聚合物基体概述
聚合物的定义
聚合物是由大量重复单元通过共 价键连接而成的高分子化合物，
增强作用
提高力学性能
聚合物基体能够有效地增强复合材料 的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度 和冲击韧性等。
复合材料聚合物基复合材料
1. 不饱和聚酯树脂(UP-Unsaturated Polyester Resin)
聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。 饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键
O CO
不饱合聚酯:含有非芳族的不饱和键, 是由 不饱合二元酸或酸酐、饱合二元酸或酸酐与二 元醇经缩聚反应合成的低聚物。将其溶解在乙 烯类单体中所形成的溶液称不饱合聚酯树脂。
另外还具有：可设计性强；耐腐蚀；热膨胀 系数低，尺寸稳定等特点。
1. 高比强度、高比模量
比强度是材料的强度和密度之比值，比模量是 材料的模量与密度之比值。
在质量相等的前提下，它是衡量材料承载能力 和刚度特性的指标。
复合材料的高比强度和高比模量来源于增强纤 维的高性能和低密度。
2．耐疲劳
•多数金属材料疲劳极限仅为其拉伸强度的30 ％--50％，而CFRP可达70％-80％。
从生产工艺来看，尽管引进了不少先进技术设 备，但利用率不高，所有制品仍有80%是手糊 成型，仅有20%由缠绕、拉挤、SMC及RTM等 设备成型，因此玻璃钢工业的生产潜力很大。
在成型工艺方面引进了制造管罐的大型缠绕系 统、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机 组、树脂传递模型机组、喷射成型技术、树脂 注射成型技术等先进工艺和设备，形成了研究、 设计、生产及原材料相互配套较完整的工业体 系 。逐步实现由手糊到机械化自动化的转变。 但总的水平与国外先进技术还有一定距离。
这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽 4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种 压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁， 用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机 组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成， 被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复 合材料。
复合材料聚合物基体教学大纲
《复合材料聚合物基体》教学大纲课程编号：B03080800课程名称：复合材料聚合物基体英文名称：Polymer Matrix of Composites课程性质：限选课学时/学分：32学时/2学分考核方式：考核内容分为两个部分，即平时成绩（占总成绩的30%）和考试成绩（占总成绩的70%）选用教材：《复合材料聚合物基体》，赵玉庭、姚希曾主编，武汉理工大学出版社，1992年先修课程：高分子化学，高分子物理，高聚物合成工艺学后继课程：复合材料结构设计，复合材料成型工艺与设备适用专业及层次：复合材料与工程专业，本科一、课程目标通过本课程的学习，结合国内外复合材料基体的生产情况，介绍复合材料聚合物基体的种类、性质、特征及最新发展，使学生具备下列能力：1.能够准确理解复合材料基体的种类、性质和用途。
2.能够运用复合材料基体的知识理解和解决树脂基复合材料设计和生产中的问题。
3.能够把握复合材料基体的最新进展和发展方向，具体使用过程的关键点。
4.能够自主学习，扩展知识，加深理解。
二、课程目标与毕业要求的对应关系三、教学基本内容第一章：复合材料聚合物基体绪论（支撑课程目标1、3）1.复合材料定义、分类与命名2.复合材料发展概况3.复合材料的应用4.复合材料的基本性能第二章：不饱和聚酯树脂（支撑课程目标1、2、3）1.引言2.不饱和聚酯树脂的合成3.不饱和聚酯树脂的固化4.UPR的增粘特性5.其他类型的UPR要求学生：理解和掌握不饱和聚酯树脂的结构特点，功能性能，合成方法，使用条件和应用领域等内容。
第三章：环氧树脂（支撑课程目标1、2、3）1.引言2.缩水甘油醚类环氧树脂3.缩水甘油酯类环氧树脂4.缩水甘油胺类环氧树脂5.脂环族环氧树脂6.脂肪族环氧树脂7.含其他元素的环氧树脂8.环氧树脂通过逐步聚合的固化过程9.环氧树脂通过离子型聚合反应的固化过程10.环氧树脂通过其他反应的固化过程11.环氧树脂固化程度和常用固化体系特性12.环氧树脂的稀释剂和增韧剂要求学生：理解和掌握环氧树脂的结构特点，功能性能，合成方法，使用条件和应用领域等内容。
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1.5.6
各向异性和性能的可设计性
纤维复合材料的力学、物理性能除了由纤维、树脂的 种类和体积含量而定外，还与纤维的排列方向、铺层次序 和层数密切相关。
33
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
复合材料 军用吉普车
46
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
超级跑车 车身大量应用碳纤维复合材料
47
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
生产充气船及其胶布制品，采用国际上先进的A级RTP复合材料
48
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
具有多种功能性
（1）瞬时耐高温性、耐烧蚀性好 （2）优异的电绝缘性能和高频介电性能 （3）良好的摩擦性能（碳纤维：低摩擦系数和自润滑性） （4）良好的耐腐蚀性 （5）有特殊的光学、电学、磁学的特性
32
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.5 复合材料的特性
1.5.5 良好的加工工艺性
碳/碳复合材料
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤， 生物医学制品和以体育运动器 矫正生理机能，和帮助病 材为主的碳纤维复合材料制品 人复原。
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
热塑性复合材料在近20年中，增长速率持续较快， 是热固性的3倍。
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳纤维/环氧树脂 碳纤维/芳纶/环氧树脂 玻璃纤维增强塑料
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芳纶/杜邦聚酰胺 芳纶/泡沫芯板 碳纤维/杜邦聚酰胺
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
37
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
38
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
44
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
荷兰计划研发新型绿色环保飞机
外形将酷似飞碟，另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种 复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，可以节省燃油。
45
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.6.2
复合材料在其他行业上的应用
12
玻璃钢简介
FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、 碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力
是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。已广泛用于雷达 天线罩。
FRP热导率低，只有金属的1/100~1/1000，是 优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热 防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上 承受高速气流的冲刷。
玻璃钢是一种品种繁多，性能各别用途广泛的复合 材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而 成的一种功能型的新型材料。
9
玻璃钢简介
10
玻璃钢简介
热塑性 热固性
热塑性 热固性
11
返回
玻璃钢简介
相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5，可是拉 伸强度却接近，而比强度可以与高级合金钢相比。
13
玻璃钢简介
1.玻璃钢材料是一种具有可设计性的材料品种: 可以根据不同的使用环境及特殊的性能要求，自 行设计复合制作而成，因此只要选择适宜的原材料品 种，基本上可以满足各种不同用途对于产品使用时的 性能要求。 2.玻璃钢产品，制作成型时的一次性: 只要根据产品的设计，选择合适的原材料铺设方 法和排列程序，就可以将玻璃钢材料和结构一次性地 完成，避免了金属材料通常所需要的二次加工，从而 可以大大降低产品的物质消耗，减少了人力和物力的 浪费。
火箭外壳（碳纤维/树脂）（碳/碳复合材料） 人造卫星天线（碳纤维/镁合金） 航天飞机框架（硼纤维/铝合金）
尖端
网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、钓鱼杆、雪橇 → 休闲 汽车活塞、连杆、自行车飞轮等 → 民用工业
2
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
人类第一架全 复合材料飞机
3
17
它的应用范围相当广泛，主要有以下应用领域： 1.化工、制药、石油等行业 2.船舶行业 3.汽车、摩托车及自行车行业 4.航空航天、军工业 5.运动娱乐制品及设施 6.电气、电子、电器、通信行业 7.交通、物流行业 8.工艺品 9.建筑行业 10.暖通、空调及水工程 11.其他
18
19
20
玻 璃 钢 制 的 花 盆
49
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
绿可木，生态木塑复合材料， 木塑复合材料吸音板
复合材料（玻璃钢）制品
50
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳纤维/树脂复合材料
52
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
• 另一是CVD法，即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体 上来进行复合，这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳。 碳/碳复合材料不耐氧化，所以有时需要加抗氧化涂层。
1
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
3、复合材料举例
印刷电路板(玻璃钢)，轮胎（纤维增强橡胶） 雷达罩（玻璃纤维增强树脂） 面广
14
玻璃钢简介
返回
3.玻璃钢材料，还是一种节能型材料: 若采用手工糊制的方法，其成型时的温度一般在室温 下，或者在100℃以下进行，因此它的成型制作能耗 很低。
15
玻璃钢简介
16
玻璃钢简介
如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法(树脂 传递模塑成型技术)、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。 目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。 ① 手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹 麦等。 ② 喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。 ③ 模压法：主要使用国家有德国等。 ④ RTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。
金属材料的疲劳极限多为静态抗拉强度的30-50%，聚
合物基复合材料的疲劳极限多为静态抗拉强度的70-80%
31
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.5 复合材料的特性
1.5.3 阻尼减振性好
复合材料有较高的自振频率，不易产生共振。基体与 纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力。
1.5.4
21
可视电话罩壳 格栅
垃圾筒
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玻璃钢游艇
23
玻璃钢在汽车中的应用
24
板材 玻 璃 钢 门 电 表 箱
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冷却塔
管道
容器
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玻 璃 钢 制 的 浮 雕 工 艺 品
高压电缆护罩
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在轨道交通车辆中的应用
1、 机车导流罩 2、 司机室 3、 外顶板 4、 上顶板和下层地板 5、 内墙板 6、 通过台 7、 卫生间 8、 外部门板 9、 设备保护外壳 10、 内板家具 和座椅 11、 行李箱 12、 内板隔板和门板
聚合物
传统的 复合材料
插入的 纳米复合材料
层状粘土
片状剥离的 纳米复合材料
58
1.7
复合材料的进展
降低纤维价格和开发新纤维； 扩大复合材料的应用； 发展新的设计、制备方法和新的复合技术； 发展混杂纤维复合材料； 发展功能、多功能、机敏、智能复合材料； 发展纳米复合材料和仿生复合材料 复合材料在21世纪中的重要作用
（3）界面相：增强物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.3 复合材料的命名及分类
按基体材料类型命名：
金属基复合材料、无机非金属基复合材料、聚合物基 复合材料
以增强纤维的类型来命名：
玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、混杂复合材料
例：
玻璃/环氧复合材料：玻璃纤维环氧树脂复合材料 （环氧玻璃钢） 碳/金属复合材料：碳纤维和金属基体构成的复合材料 碳/碳复合材料（C/C复合材料）：碳纤维和碳基体构成 的复合材料
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳/碳复合材料
以碳纤维或碳化硅纤维(或织物)为增强体，以碳为基体 的复合材料的总称。碳基复合材料有两种制备方法： • 一是浸渍法，即用增强体浸渍熔融的石油或沥青，再经 碳化和石墨处理，它的基体是石墨碳，呈层状条带结构，性 能是各向异性的。还有用增强体浸渍糠醇(呋喃甲醇)或酚醛 等热固性树脂，只经碳化处理，它的基体是玻璃碳，即无定 型碳结构，性能是各向同性的；
7
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.3 复合材料的命名及分类
1 基体材料类型
(1)金属基 (2)无机非金属基 ★ 陶瓷基 ★ 碳基 (3)聚合物基 ★ 热固性树脂基 ★ 热塑性树脂基
2 分散相形态
(1)连续纤维增强 (2)纤维织物增强 (3)片状材料增强 (4)短纤维增强 (5)颗粒增强 (6)纳米增强
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
JS系列自润滑复合材料与部件
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
三维纺织预成型技术和RTM技术是研制和开发高性能复 合材料结构件的关键技术。RTM成型的复合材料头盔。
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第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
聚合物纳米复合材料
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1.1 前言：
羽毛球拍 高尔夫球杆
复合材料制品
机器零件