聚合物基复合材料(全套课件320P)
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(医学课件)聚合物基复合材料PPT演示课件
HOR`OCORCOOH + HOR``OH HOR`OCORCOOR``OH + H2O
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。 .
18
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
8
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
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
8
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 ppt课件
⊥45∘层分散应力均衡负荷。
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
45
分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
通过改变纤维、基体的种类 及相对含量、纤维集合形式 及排列方式、铺层结构等可 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
45
分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
通过改变纤维、基体的种类 及相对含量、纤维集合形式 及排列方式、铺层结构等可 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
聚合物基复合材料PPT课件
• 制备工艺：不饱和聚酯的合成（反应釜）和用苯 乙烯稀释聚酯（稀释釜）两部分。
• 不饱和聚酯树脂的生产工艺流程图 • 1——反应釜；2——坚冷凝器；3——横冷凝器；4——接
受器；5——稀释釜；6——液体加料管
表3-2 常见热固性树脂材料的物理性能
性能
聚酯树脂 环氧树脂
密度/（g·cm3）
拉伸强度/MPa
1.22～ 1.40
41～82
4.1～4.8
1.3～2.3
聚酰亚胺 有机硅
～1.32 41～82 ～3.9
1.7～1.9 21～49 ～1.0
1.3～2.3 ～1.0
热变形温度/℃ 60～100 100～200 78～82
线膨胀系数 /10-5K-1
5.5～10 4.6～6.5
6～8
30.8
固化收缩率/% 4～6
3 聚合物基复合材料
3.1 概述
• 3.1.1 聚合物基复合材料的发展
• 第一阶段：1942年至1960年代，玻璃纤维/不饱和聚酯树 脂（GFRP）
• 第二阶段：1965年，发明碳纤维，高比模量、高比强度先 进聚合物基复合材料
• 第三阶段：1972年，发明芳纶纤维，高比模量、高比强度 先进聚合物基复合材料
• （3）按成型工艺分：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕 用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等。
图3-1 晶态聚合物分子晶区和非晶区示意图
• 3.2.1.3 固态高聚物的性能 • 三个特征温度：玻璃化温度Tg、熔点Tm、粘流温度Tf
（图3-2）。 • 热塑性树脂的Tg是固定的，热固性树脂的Tg随交联程度
图3-2 聚合物玻璃态、高弹态、粘流随温度 的转变关系
• 3.2.2 热固性基体
• 不饱和聚酯树脂的生产工艺流程图 • 1——反应釜；2——坚冷凝器；3——横冷凝器；4——接
受器；5——稀释釜；6——液体加料管
表3-2 常见热固性树脂材料的物理性能
性能
聚酯树脂 环氧树脂
密度/（g·cm3）
拉伸强度/MPa
1.22～ 1.40
41～82
4.1～4.8
1.3～2.3
聚酰亚胺 有机硅
～1.32 41～82 ～3.9
1.7～1.9 21～49 ～1.0
1.3～2.3 ～1.0
热变形温度/℃ 60～100 100～200 78～82
线膨胀系数 /10-5K-1
5.5～10 4.6～6.5
6～8
30.8
固化收缩率/% 4～6
3 聚合物基复合材料
3.1 概述
• 3.1.1 聚合物基复合材料的发展
• 第一阶段：1942年至1960年代，玻璃纤维/不饱和聚酯树 脂（GFRP）
• 第二阶段：1965年，发明碳纤维，高比模量、高比强度先 进聚合物基复合材料
• 第三阶段：1972年，发明芳纶纤维，高比模量、高比强度 先进聚合物基复合材料
• （3）按成型工艺分：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕 用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等。
图3-1 晶态聚合物分子晶区和非晶区示意图
• 3.2.1.3 固态高聚物的性能 • 三个特征温度：玻璃化温度Tg、熔点Tm、粘流温度Tf
（图3-2）。 • 热塑性树脂的Tg是固定的，热固性树脂的Tg随交联程度
图3-2 聚合物玻璃态、高弹态、粘流随温度 的转变关系
• 3.2.2 热固性基体
聚合物基复合材料的性能课件
兼容性
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。
聚合物基复合材料的界面ppt课件
第二阶段：
液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应。
固化阶段受第一阶段影响，同时它也直接决定着所形成的 界面层的结构。
以热固性树脂的固化过程为例，固化剂所在位置是固化反 应的中心，固化反应从中心以辐射状向四周扩展，最后形成 中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构，密度大的部分 称做胶束或胶粒，密度小的称做胶絮。
18
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1）浸润吸附理论
浸润吸附理论认为，高聚物的黏结作用可以分为两个阶段： 第一阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从溶液或
熔融体中，移动到被粘物表面；再通过微布朗运动，大分子 链节逐渐向被粘体表面的极性基体靠近。没有溶剂时，大分 子链节只能局部靠近表面，而在压力作用下或加热使黏度降 低时，便可与表面靠得很近。
所谓浸润，即是把不同的液滴放到不同的固体表面上，有时液 滴会立即铺展开来，遮盖固体的表面，这一现象称为“浸润”。 有时液滴仍团聚成球状，这一现象称为“不浸润”或“浸润不 好”。 液体对固体的浸润能力，可以用浸润角θ来表示 当θ≤90°时，称为浸润； 当θ≥90°时，称为不浸润； 当θ=0°及180°时，则分别为完全浸润和完全不浸润。
21
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2）化学键理论(在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形 成共价键结合.)
1949年提出化学键理论。 该理论的主要观点是：偶联剂分子应至少含有两种官能团， 第一种官能团在理论上可与增强材料起化学反应，第二种官 能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成 化学键结合，于是，偶联剂分子像“桥”一样，将增强材料 与基体通过共价键牢固地连接在一起了。 例如，使用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、乙基三氯硅烷 和乙烯基烷氧基硅烷及二烯丙基烷氧基硅烷于不饱和聚酯/玻 璃纤维体系中。结果表明含不饱和基硅烷的制品强度比饱和 基的高出几乎2倍，显著地改善了树脂/玻璃纤维两相间的界 面黏结。
液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应。
固化阶段受第一阶段影响，同时它也直接决定着所形成的 界面层的结构。
以热固性树脂的固化过程为例，固化剂所在位置是固化反 应的中心，固化反应从中心以辐射状向四周扩展，最后形成 中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构，密度大的部分 称做胶束或胶粒，密度小的称做胶絮。
18
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1）浸润吸附理论
浸润吸附理论认为，高聚物的黏结作用可以分为两个阶段： 第一阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从溶液或
熔融体中，移动到被粘物表面；再通过微布朗运动，大分子 链节逐渐向被粘体表面的极性基体靠近。没有溶剂时，大分 子链节只能局部靠近表面，而在压力作用下或加热使黏度降 低时，便可与表面靠得很近。
所谓浸润，即是把不同的液滴放到不同的固体表面上，有时液 滴会立即铺展开来，遮盖固体的表面，这一现象称为“浸润”。 有时液滴仍团聚成球状，这一现象称为“不浸润”或“浸润不 好”。 液体对固体的浸润能力，可以用浸润角θ来表示 当θ≤90°时，称为浸润； 当θ≥90°时，称为不浸润； 当θ=0°及180°时，则分别为完全浸润和完全不浸润。
21
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2）化学键理论(在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形 成共价键结合.)
1949年提出化学键理论。 该理论的主要观点是：偶联剂分子应至少含有两种官能团， 第一种官能团在理论上可与增强材料起化学反应，第二种官 能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成 化学键结合，于是，偶联剂分子像“桥”一样，将增强材料 与基体通过共价键牢固地连接在一起了。 例如，使用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、乙基三氯硅烷 和乙烯基烷氧基硅烷及二烯丙基烷氧基硅烷于不饱和聚酯/玻 璃纤维体系中。结果表明含不饱和基硅烷的制品强度比饱和 基的高出几乎2倍，显著地改善了树脂/玻璃纤维两相间的界 面黏结。
聚合物复合材料PPT课件
17
界面
组分材料之间存在界面，要有效发挥组分材料的作用， 良好的界面粘合是必须的
Figure - Interfaces between phases in a composite material: (a) direct bonding between primary and secondary phases
6
Figure - Possible physical shapes of imbedded phases in composite materials: (a) fiber, (b) particle, and (c) flake
7
聚合物纳米复合材料
聚合物-层状硅酸Βιβλιοθήκη 纳米复合材料• 至少一维分散相尺寸 < 100 nm • 纳米效应 — 鲜明的性能特征 • 分类:
18
界面相
界面往往需要添加第三组分以增加粘合，第三组分 往往会形成界面相
Figure - Interfaces between phases: (b) addition of a third ingredient to bond the primary phases and form an interphase
20
复合材料的微观形貌
陶瓷纤维复合材料
聚合物基体复合材料
21
复合材料的历史
➢ 自然界的复合材料：树干、竹子等。 ➢ 钢筋混凝土：它是用有抗压的水泥，碎石或砖和抗拉钢筋
组合而成。 ➢ 历史上的复合材料 ： ➢ 草秸增强泥巴筑墙、 ➢ 万里长城的糯米石灰浆、 ➢ 铜雀台的核桃油浸地砖、 ➢ 古埃及的木乃伊等
聚合物复合材料简介
1
应用于各行各业的复合材料
2
3
界面
组分材料之间存在界面，要有效发挥组分材料的作用， 良好的界面粘合是必须的
Figure - Interfaces between phases in a composite material: (a) direct bonding between primary and secondary phases
6
Figure - Possible physical shapes of imbedded phases in composite materials: (a) fiber, (b) particle, and (c) flake
7
聚合物纳米复合材料
聚合物-层状硅酸Βιβλιοθήκη 纳米复合材料• 至少一维分散相尺寸 < 100 nm • 纳米效应 — 鲜明的性能特征 • 分类:
18
界面相
界面往往需要添加第三组分以增加粘合，第三组分 往往会形成界面相
Figure - Interfaces between phases: (b) addition of a third ingredient to bond the primary phases and form an interphase
20
复合材料的微观形貌
陶瓷纤维复合材料
聚合物基体复合材料
21
复合材料的历史
➢ 自然界的复合材料：树干、竹子等。 ➢ 钢筋混凝土：它是用有抗压的水泥，碎石或砖和抗拉钢筋
组合而成。 ➢ 历史上的复合材料 ： ➢ 草秸增强泥巴筑墙、 ➢ 万里长城的糯米石灰浆、 ➢ 铜雀台的核桃油浸地砖、 ➢ 古埃及的木乃伊等
聚合物复合材料简介
1
应用于各行各业的复合材料
2
3
聚合物基复合材料ppt完美版
1、网状结构 楔、高压绝缘子、带电操作工具等。
第二阶段是聚合物的固化。 不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
2、层状结构，两种组分均为二维连续相 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，
含碳量99%左右的称为石墨纤维。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善
和增强。
的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力
第二阶段是聚合物的固化。
(2)在交通运输方面的应用
其他因素（表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等）。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
• 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、 陶瓷基和金属基复合材料。
• 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强
复合材料、粒子增强复合材料和层状复合 SiC颗粒
增
材料。
强 相
• 3、按复合材料的性能分类，可分为结构
三 种
类
复合材料和功能复合材料。
Al2O3片
挤出成型工艺示意图
（4）挤拉成型
将预浸纤维连续地通过模具，挤出多余的 树脂，在牵伸条件下进行固化。
（5）连续成型
把连续纤维不断地浸滞树脂并通过口模和 固化炉固化成棒、板或其他型材。
（6）袋压成型
在模具上放置预浸料后，通过软的薄膜施 加压力而固化成型。
九、界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间 化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。
第二阶段是聚合物的固化。 不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
2、层状结构，两种组分均为二维连续相 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，
含碳量99%左右的称为石墨纤维。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善
和增强。
的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力
第二阶段是聚合物的固化。
(2)在交通运输方面的应用
其他因素（表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等）。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
• 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、 陶瓷基和金属基复合材料。
• 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强
复合材料、粒子增强复合材料和层状复合 SiC颗粒
增
材料。
强 相
• 3、按复合材料的性能分类，可分为结构
三 种
类
复合材料和功能复合材料。
Al2O3片
挤出成型工艺示意图
（4）挤拉成型
将预浸纤维连续地通过模具，挤出多余的 树脂，在牵伸条件下进行固化。
（5）连续成型
把连续纤维不断地浸滞树脂并通过口模和 固化炉固化成棒、板或其他型材。
（6）袋压成型
在模具上放置预浸料后，通过软的薄膜施 加压力而固化成型。
九、界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间 化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。
复合材料第三章聚合物基复合材料PPT课件
7
➢第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复
合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运 飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树 脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前 缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结 构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。
8
聚合物基复合材料在中国的发展
中国的复合材料起始于1958年，首先用于军工制品，而后 逐渐扩展到民用。
11
12
§3-2 聚合物基复合材料的分类及性能
一、分 类
聚合物基复合材料 （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 （如右图）。
13
二、 性能特点
1. 高比强度、高比模量 2. 可设计性 3. 热膨胀系数低，尺寸稳定 4．耐腐蚀 5．耐疲劳 6.阻尼减震性好
复合材料
2012年春季
1
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前言
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2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 聚合物基复合材料(PMC)
§3-1 聚合物基复合材料的发展史 聚合物基复合材料：树脂基复合材料（Resin Matrix
Composite ） , 纤 维 增 强 塑 料 （ Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一 类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物 增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。
1949年，研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面 光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。
➢第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复
合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运 飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树 脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前 缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结 构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。
8
聚合物基复合材料在中国的发展
中国的复合材料起始于1958年，首先用于军工制品，而后 逐渐扩展到民用。
11
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§3-2 聚合物基复合材料的分类及性能
一、分 类
聚合物基复合材料 （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 （如右图）。
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二、 性能特点
1. 高比强度、高比模量 2. 可设计性 3. 热膨胀系数低，尺寸稳定 4．耐腐蚀 5．耐疲劳 6.阻尼减震性好
复合材料
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 聚合物基复合材料(PMC)
§3-1 聚合物基复合材料的发展史 聚合物基复合材料：树脂基复合材料（Resin Matrix
Composite ） , 纤 维 增 强 塑 料 （ Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一 类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物 增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。
1949年，研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面 光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。
聚合物基复合材料基体材料ppt课件
影响树脂体积收缩的因素是固化前树脂系统密度、基体 固化后的网络结构的紧密程度、固化过程有无小分子析出等。
降低树脂固化收缩率主要原理是调节树脂大分子链充分 伸直，使其固化后有紧密的空间网络。
如在未固化的聚酯树脂体系中加入甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯、聚邻苯二甲酸二稀丙酯等，这个体系在固化前，由 于溶解或加热，其大分子链能充分地伸长，从而使聚酯树脂 在固化后形成紧密的空间网络结构，使固化收缩率只有1％。
这种改善不饱和聚酯树脂收缩率的办法，在大型复合 材料制件生产中得到了应用。
17
3.2.2 耐热性能（温度升高时，其性能的变化）
物理耐热性：指树脂在一定条件下仍然能保留其 作为基体材料的强度，包括模量、强度、变形等；
化学耐热性：是树脂在发生热老化时的温度范围， 包括失重、分解、氧化等。 提高树脂耐热性的途径有： 1）增加高分子链的刚性
2
基体的黏度、使用期直接影响增强材料 的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。
因此，研究和了解基体材料的构成、作 用和性能是十分重要的。
3
3.1.1基体材料的基本组分及其作用
1）聚合物基体 聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工
艺及产品的价格都有直接影响。
作为复合材料树脂的要求
①力学性能
5、可用水和醇的混合溶剂，良
5、机械和电性能优良
操作方便
6、固化物无异味，能用于 6、可用于多种手段实现固化
6、价格低廉
食品行业
5
三大热固性树脂的特点
酚醛树脂
环氧树脂
不饱和聚酯树脂
缺 1.固化比不饱和聚酯树脂慢， 1.固化剂毒性太大，操作应 1.一般空气中氧的存在会防
到完全固化需较长时间
十分注意
降低树脂固化收缩率主要原理是调节树脂大分子链充分 伸直，使其固化后有紧密的空间网络。
如在未固化的聚酯树脂体系中加入甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯、聚邻苯二甲酸二稀丙酯等，这个体系在固化前，由 于溶解或加热，其大分子链能充分地伸长，从而使聚酯树脂 在固化后形成紧密的空间网络结构，使固化收缩率只有1％。
这种改善不饱和聚酯树脂收缩率的办法，在大型复合 材料制件生产中得到了应用。
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3.2.2 耐热性能（温度升高时，其性能的变化）
物理耐热性：指树脂在一定条件下仍然能保留其 作为基体材料的强度，包括模量、强度、变形等；
化学耐热性：是树脂在发生热老化时的温度范围， 包括失重、分解、氧化等。 提高树脂耐热性的途径有： 1）增加高分子链的刚性
2
基体的黏度、使用期直接影响增强材料 的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。
因此，研究和了解基体材料的构成、作 用和性能是十分重要的。
3
3.1.1基体材料的基本组分及其作用
1）聚合物基体 聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工
艺及产品的价格都有直接影响。
作为复合材料树脂的要求
①力学性能
5、可用水和醇的混合溶剂，良
5、机械和电性能优良
操作方便
6、固化物无异味，能用于 6、可用于多种手段实现固化
6、价格低廉
食品行业
5
三大热固性树脂的特点
酚醛树脂
环氧树脂
不饱和聚酯树脂
缺 1.固化比不饱和聚酯树脂慢， 1.固化剂毒性太大，操作应 1.一般空气中氧的存在会防
到完全固化需较长时间
十分注意
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材料种类
金属材料
特性
强度大，易腐蚀
无机非金属材料
高分子材料
硬度大，脆性大
质量轻，易老化
Байду номын сангаас
复合材料
Composite material
2018/10/2
7
第 1章 绪 论 1.2 复合材料的定义
复合材料：由二种或二种以上不同性能，不同形态的
组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保 持了原组分材料的主要特点，又显示原组分材料所没有的 新性能。
2018/10/2
14
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
航空航天：
2018/10/2
15
第 1章 绪 论
航空航天：
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
16
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
航空航天：飞机机翼、尾翼、垂尾、机身
2018/10/2
波音-747型客机上使用聚合物基复合材料的部位
聚合物基复合材料
2018/10/2
1
课程的性质和地位 本课程是高分子材料与工程专业的一门专 业限选课。 考核办法 本课程为考试课程，平时成绩（包括作 业、讨论、出勤等）占30%，期末考试成绩占 70%。
2018/10/2
2
推荐教材及主要参考书 王汝敏，郑水蓉，郑亚萍编：《聚合物基复合材料及工 艺》，科学出版社，2004年，第一版。 倪礼忠主编：《复合材料科学与工程》，科学出版社， 2002年，第一版。 王荣国主编：《复合材料概论》，哈尔滨工业大学出版社， 1999年，第一版。 陈华辉主编：《现代复合材料》，中国物资出版社，1998 年，第一版。 刘雄亚主编: 《复合材料工艺及设备》，武汉工业大学出 版社，1997年，第一版。
碳纤维复合材料；环氧复合材料
2018/10/2
9
第 1章 绪 论
1.3 复合材料的命名及分类
分类
金属基复合材料 基体材料 聚合物基复合材料 无机非金属基复合材料 碳纤维复合材料 玻璃纤维复合材料 芳纶纤维复合材料 连续纤维（短纤维）复合材料 片状（粒状）材料增强复合材料
复 合 材 料
种类 增强材料
2018/10/2
学时 2 4 4 4 4 4 4 26
5
计
第 1章 绪 论
本章教学目的：
1. 了解复合材料的定义、命名及分类、成型方法 2. 了解复合材料的特性、应用 3. 了解复合材料的进展
本章重点难点：
复合材料的基本概念、应用及进展
本章课时安排：2学时
2018/10/2 6
第 1章 绪 论 1.1 引言
优点：
2）耐疲劳性能好，破损安全性能高 3）阻尼减振性好 4）多种功能性（电绝缘、摩擦、耐腐蚀、光、磁） 5）良好的加工工艺性（可设计性、多种成型方法、整体成型）
6）各向异性和性能的可设计性
2018/10/2
13
第 1章 绪 论 1.5 复合材料的特性
缺点：
1）成型方法自动化、机械化程度低 2）性能均一性差，产品质量不稳定 3）质量检测方法不完善 4）长期耐高温和环境老化性能不好
2018/10/2 23
第1章 绪 论 1.6 复合材料的应用
交通运输：各种车身构件、车门、地板、冷藏车、座椅
建筑工业：轻型房屋、建筑装饰及雕塑
电子电器：层压板、电线杆、路灯灯具 体育：撑杆、弓箭、赛车、滑板 机械：各种配件、风机
2018/10/2
24
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
25
第 1章 绪 论 1.6 复合材料的应用
2018/10/2
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第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
27
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
28
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
2018/10/2
3
其它教学资料
学术期刊： 《复合材料学报》、《玻璃钢/复合材料》 专业网站： 中国复合材料网() 中国玻璃纤维复合材料信息网()
2018/10/2
4
学时分配
章节 教学内容 1 绪论 2 增强材料 3 4 5 6 7 基体材料 聚合物基复合材料的界面 聚合物基复合材料成型用半成品的制备 聚合物基复合材料的成型工艺 复合材料夹层结构制品的成型工艺 合
17
B787客机(2007年7月首架飞机下线,复合材料占总质量50%,节省燃油20%) 技术参数： 翼 展：50.3-51.8米；机长: 55.5米；高度：16.5米；最大起飞总重:163000千克；巡航速度： 0.85马赫（马赫=1126公里/小时） ；载客量：289；最大航程：15700公里 2018/10/2
2018/10/2
外形
10
第 1章 绪 论 1.4 复合材料的成型方法
1）手糊成型 2）层压成型
3）模压成型
4）缠绕成型
5）喷射成型
2018/10/2 11
第 1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
优点：
1）比强度，比模量高（强度/密度，模量/密度）
2018/10/2
12
第 1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
复合材料的特征：非均相材料，组分材料性能差异
较大，新性能，体积分数大于10%，固体材料。
复合材料构成：基体相，增强相，界面相
2018/10/2 8
第 1章 绪 论
1.3 复合材料的命名及分类
命名：根据增强材料和基体材料的名称来命名
“增强材料+基体材料”复合材料
碳纤维环氧树脂复合材料 碳/环氧复合材料
18
B787复合材料机身
2018/10/2 19
B787复合材料机身
2018/10/2 20
A380客机(2007年10月,首次商业航行,复合材料占总质量25%) 是目前世界上唯一 采用全机身长度双层客舱,最先进、最宽敞和最高效的飞机。 技术参数：翼展：79.8米；机长：73米；宽度：7.14米；最大起飞重量：560吨； 2018/10/2 21 巡航速度：0.89马赫；载 客 量：555人；最大航程：15000公里。
我国研制的ARJ21 （Advanced Regional Jet）支线客机—“翔凤”(复合 材料占总质量2%)2007年12月21日下线，2008年上半年首飞；载 2018/10/2 客量70—100人;最大燃油航程： 4164 km.
22
聚合物基复合材料在导弹火箭上的应用
(导弹减轻1公斤,射程增加16—20公里)
金属材料
特性
强度大，易腐蚀
无机非金属材料
高分子材料
硬度大，脆性大
质量轻，易老化
Байду номын сангаас
复合材料
Composite material
2018/10/2
7
第 1章 绪 论 1.2 复合材料的定义
复合材料：由二种或二种以上不同性能，不同形态的
组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保 持了原组分材料的主要特点，又显示原组分材料所没有的 新性能。
2018/10/2
14
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
航空航天：
2018/10/2
15
第 1章 绪 论
航空航天：
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
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第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
航空航天：飞机机翼、尾翼、垂尾、机身
2018/10/2
波音-747型客机上使用聚合物基复合材料的部位
聚合物基复合材料
2018/10/2
1
课程的性质和地位 本课程是高分子材料与工程专业的一门专 业限选课。 考核办法 本课程为考试课程，平时成绩（包括作 业、讨论、出勤等）占30%，期末考试成绩占 70%。
2018/10/2
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推荐教材及主要参考书 王汝敏，郑水蓉，郑亚萍编：《聚合物基复合材料及工 艺》，科学出版社，2004年，第一版。 倪礼忠主编：《复合材料科学与工程》，科学出版社， 2002年，第一版。 王荣国主编：《复合材料概论》，哈尔滨工业大学出版社， 1999年，第一版。 陈华辉主编：《现代复合材料》，中国物资出版社，1998 年，第一版。 刘雄亚主编: 《复合材料工艺及设备》，武汉工业大学出 版社，1997年，第一版。
碳纤维复合材料；环氧复合材料
2018/10/2
9
第 1章 绪 论
1.3 复合材料的命名及分类
分类
金属基复合材料 基体材料 聚合物基复合材料 无机非金属基复合材料 碳纤维复合材料 玻璃纤维复合材料 芳纶纤维复合材料 连续纤维（短纤维）复合材料 片状（粒状）材料增强复合材料
复 合 材 料
种类 增强材料
2018/10/2
学时 2 4 4 4 4 4 4 26
5
计
第 1章 绪 论
本章教学目的：
1. 了解复合材料的定义、命名及分类、成型方法 2. 了解复合材料的特性、应用 3. 了解复合材料的进展
本章重点难点：
复合材料的基本概念、应用及进展
本章课时安排：2学时
2018/10/2 6
第 1章 绪 论 1.1 引言
优点：
2）耐疲劳性能好，破损安全性能高 3）阻尼减振性好 4）多种功能性（电绝缘、摩擦、耐腐蚀、光、磁） 5）良好的加工工艺性（可设计性、多种成型方法、整体成型）
6）各向异性和性能的可设计性
2018/10/2
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第 1章 绪 论 1.5 复合材料的特性
缺点：
1）成型方法自动化、机械化程度低 2）性能均一性差，产品质量不稳定 3）质量检测方法不完善 4）长期耐高温和环境老化性能不好
2018/10/2 23
第1章 绪 论 1.6 复合材料的应用
交通运输：各种车身构件、车门、地板、冷藏车、座椅
建筑工业：轻型房屋、建筑装饰及雕塑
电子电器：层压板、电线杆、路灯灯具 体育：撑杆、弓箭、赛车、滑板 机械：各种配件、风机
2018/10/2
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第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
25
第 1章 绪 论 1.6 复合材料的应用
2018/10/2
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第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
27
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
28
第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
2018/10/2
2018/10/2
3
其它教学资料
学术期刊： 《复合材料学报》、《玻璃钢/复合材料》 专业网站： 中国复合材料网() 中国玻璃纤维复合材料信息网()
2018/10/2
4
学时分配
章节 教学内容 1 绪论 2 增强材料 3 4 5 6 7 基体材料 聚合物基复合材料的界面 聚合物基复合材料成型用半成品的制备 聚合物基复合材料的成型工艺 复合材料夹层结构制品的成型工艺 合
17
B787客机(2007年7月首架飞机下线,复合材料占总质量50%,节省燃油20%) 技术参数： 翼 展：50.3-51.8米；机长: 55.5米；高度：16.5米；最大起飞总重:163000千克；巡航速度： 0.85马赫（马赫=1126公里/小时） ；载客量：289；最大航程：15700公里 2018/10/2
2018/10/2
外形
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第 1章 绪 论 1.4 复合材料的成型方法
1）手糊成型 2）层压成型
3）模压成型
4）缠绕成型
5）喷射成型
2018/10/2 11
第 1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
优点：
1）比强度，比模量高（强度/密度，模量/密度）
2018/10/2
12
第 1章 绪 论
1.5 复合材料的特性
复合材料的特征：非均相材料，组分材料性能差异
较大，新性能，体积分数大于10%，固体材料。
复合材料构成：基体相，增强相，界面相
2018/10/2 8
第 1章 绪 论
1.3 复合材料的命名及分类
命名：根据增强材料和基体材料的名称来命名
“增强材料+基体材料”复合材料
碳纤维环氧树脂复合材料 碳/环氧复合材料
18
B787复合材料机身
2018/10/2 19
B787复合材料机身
2018/10/2 20
A380客机(2007年10月,首次商业航行,复合材料占总质量25%) 是目前世界上唯一 采用全机身长度双层客舱,最先进、最宽敞和最高效的飞机。 技术参数：翼展：79.8米；机长：73米；宽度：7.14米；最大起飞重量：560吨； 2018/10/2 21 巡航速度：0.89马赫；载 客 量：555人；最大航程：15000公里。
我国研制的ARJ21 （Advanced Regional Jet）支线客机—“翔凤”(复合 材料占总质量2%)2007年12月21日下线，2008年上半年首飞；载 2018/10/2 客量70—100人;最大燃油航程： 4164 km.
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聚合物基复合材料在导弹火箭上的应用
(导弹减轻1公斤,射程增加16—20公里)