聚合物基复合材料复习要点 增强材料
聚合物基复合材料复习要点 热固性复合材料成型工艺
聚合物基复合材料高分子专业考试复习资料现已完结，另有小抄版本稍后更新第四章热固性复合材料成型工艺4.1手糊成型工艺4.1.1定义：用手工或在机械辅助下将增强材料和热固性树脂铺覆在模具上，树脂固化形成复合材料的一种成型方法。
4.1.2工序：①增强材料剪裁②模具准备③涂擦脱模剂④喷涂胶衣⑤成型操作⑥固化⑦脱模⑧修边⑨装配⑩制品。
4.1.3优点：操作简便，操作者容易培训；设备投资少，生产费用低；能生产大型的和复杂结构的制品；制品的可设计性好，且容易改变设计；模具材料来源广；可以制成夹层结构。
缺点：劳动密集型的成型方法，生产效率低—喷射成型工艺；制品质量与操作者的技术水平有关；生产周期长；制品力学性能较其他方法低—袋压成型工艺。
4.1.4原材料：玻璃纤维及其织物选择依据：容易被树脂浸润；有较好的形变性；满足制品的性能要求；价格便宜。
种类：无捻粗纱；无捻粗纱布；短切原丝毡；加捻布；玻璃布袋。
4.1.4.1热固性树脂：要求：①能够配制成黏度适宜的胶液②能在室温或较低温度下凝胶、固化，固化时无低分子物产生③无毒或低毒④价格便宜，来源广泛。
4.1.2辅助材料脱模剂：应具备的条件：（1）不腐蚀模具，不影响固化，与树脂粘附力小；（2）成膜迅速、均匀、光滑；（3）使用简便、安全，价格便宜。
按用途分为：内脱模剂（用于模压和热固化）；外脱模剂（用于手糊和冷固化）。
按性状分为：薄膜型脱模剂；混合溶液型脱模剂；油蜡型脱模剂。
4.1.2.1 薄膜型脱模剂：最常用的有：聚酯薄膜、玻璃纸、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜等。
其中聚酯薄膜应用最普遍，使用厚度一般为0.04 mm 、0.02 mm。
使用方法：铺在模具上，或用凡士林贴在模具上。
优点：脱模效果好，使用方便，材料易得。
缺点：薄膜的柔韧性、帖服性差，不能用于形状复杂的制品。
4.1.2.2混合溶液型脱模剂（1）聚乙烯醇脱模剂的配制：在搅拌状态下，用水将聚乙烯醇加热溶解（水温约95℃），冷却到室温，往里滴加乙醇或丙酮（边加边搅拌）。
聚合物基复合材料知识点
聚合物基复合材料知识点概述：聚合物基复合材料是由聚合物基质和填料或增强材料（如纤维）组成的材料。
由于其独特的性能和广泛的应用领域，聚合物基复合材料成为现代工程领域中的重要材料之一。
本文将介绍聚合物基复合材料的相关知识点。
1. 聚合物基质的选择：聚合物基复合材料的性能主要取决于聚合物基质的选择。
常见的聚合物基质包括聚烯烃、聚酰胺、环氧树脂等。
不同的聚合物基质具有不同的化学性质和力学性能，因此在选择聚合物基质时需要考虑材料的具体应用需求。
2. 填料的选择：填料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的填料包括纤维、颗粒和珠状材料等。
填料的选择影响着复合材料的力学性能、耐热性和阻燃性等方面。
纤维增强材料可提供更高的强度和刚度，而颗粒和珠状填料则可改善材料的摩擦特性和耐磨性。
3. 增强材料的选择：增强材料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
不同的增强材料具有不同的强度和刚度特性，在选择增强材料时需要考虑材料的具体应用环境和要求。
4. 复合界面的设计：复合材料中的界面是指填料和基质之间的相互作用界面。
复合界面的设计可以影响材料的耐热性、粘合强度和耐化学腐蚀性等方面的性能。
在复合材料的制备过程中，通常会采用表面粗糙化、化学处理和界面改性等方法来改善复合界面的性能。
5. 制备工艺：制备工艺对于聚合物基复合材料的性能和结构有着重要影响。
常见的制备工艺包括手工层叠法、注塑成型、挤出成型、压制成型等。
不同的制备工艺决定了材料的成型精度、力学性能和表面质量等方面的特性。
6. 应用领域：聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料、电子电气等领域。
其具有轻质高强度、耐腐蚀、隔热隔音等优势，在这些领域中发挥着重要作用。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中被广泛应用于飞机结构件和卫星结构件等。
7. 未来发展趋势：随着科学技术的不断进步，聚合物基复合材料将继续得到发展和应用。
聚合物基复合材料知识点
复合材料知识点一、绪论1、复合材料定义：①ISO：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。
②GB：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。
2、复合材料组成：复合材料由基体和增强材料组成。
增强材料是复合材料的主要承力部分，特别是拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能主要由增强材料承担，基体的作用是将增强材料粘合成一个整体，起到均衡应力和传递应力的作用，使增强材料的性能得到充分的发挥，从而产生一种复合效应，使复合材料的性能大大优于单一材料的性能。
3、复合材料的分类：⑴按基体类型分类树脂基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料。
⑵按增强材料类型分类玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料。
⑶按用途不同分类结构复合材料、功能复合材料二、增强材料1、增强材料作用：增强材料是复合材料的主要组成部分，它起着提高树脂基的强度、模量、耐热和耐磨等性能的作用，增强材料还有减小复合材料成型过程中的收缩率，提高制品硬度等作用。
2、作为树脂基复合材料的增强材料应具有的基本特征：⑴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，以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。
⑵应具有良好的化学稳定性。
⑶与树脂有良好的浸润性和适当的界面反应，使增强材料与基体树脂有良好的界面结合。
⑷价廉。
3、微裂纹假说：玻璃的理论强度取决于分子或原子间的吸引力，其理论强度很高，可以达到2000――12000MPa。
但强度的实际测试结果却低很多，这是因为玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等，尺寸不同的微裂纹，因而大大降低了其强度。
微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。
由于微裂纹的存在，玻璃或玻璃纤维在外力的作用下，微裂纹处首先发生应力集中，首先发生破坏。
玻璃纤维比玻璃的强度高很多，是因为玻璃纤维经高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少；另外，玻璃纤维的断面尺寸小，微裂纹存在的概率也小，故使纤维强度增高。
复合材料复习要点-西北工业大学经典版
聚合物基复合材料的小复习-西安交通大学注意：正如老师所言48学时每学时2分，看书为主。
第一部分：组份材料一．增强材料：重点为玻璃纤维（GF）,碳纤维（CF）和高模量有机纤维的代表芳纶（Kevlar纤维）三种的组成，制备方法，结构与性能均要了解，并且对一些品种规格能够知晓，例如知道T300是指什么并且知道其强度的数量级，知晓一些特点如碳纤维高强高刚但是脆。
二．基体材料基体材料种类繁杂，考试不要求对品种进行掌握，对于其性质，作用和影响要知晓。
1.复合材料的横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐热性能和耐介质性能，复合材料的工艺性、成型方法和工艺参数都主要取决于基体材料。
2.基体材料的组分：合成树脂、辅助剂（包括固化剂、引发剂和促进剂；稀释剂）、稀释剂、增韧剂和增塑剂、触变剂（能够提高基体在静止状态下的粘度）、填料、颜料。
3.在复合材料受力时，基体起着均衡载荷、传递载荷的作用；其选配原则：使用性、工艺性能和经济性。
4.基体的基本性能与工艺性：看书了解三．界面1.三种主要纤维（即CF,GF,KF）的表面处理：对其处理方法有几种要知晓（考试内容）：玻璃纤维：脱蜡处理、化学处理；碳纤维：气相氧化法、液相氧化法、阳极氧化法、等离子体氧化法、表面涂层改性法等；芳纶：氧化还原处理、表面化学接枝处理、冷等离子体表面处理。
2.偶联剂作用P1473.影响界面的粘结强度的因素：纤维表面晶体大小及比表面积；浸润性；界面反应性；残余应力对界面粘结强度的影响。
4.界面力（强度）的测定方法：单丝拔脱实验，l rl P 22max max σπτ==其中τ—界面的平均剪切强度，max P —对单丝或细棒施加的最大载荷，r —单丝或细棒的半径，l —单丝或细棒埋在基体中的长度，max σ—单丝或细棒的最大拉伸应力。
5.水对复合材料及界面的破坏作用：①水的浸入②水对玻璃纤维表面的化学腐蚀作用③水对树脂的降解腐蚀作用④水溶胀树脂导致界面脱粘破坏⑤水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏。
聚合物基复合材料定稿要点
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，大大高于工程塑料，尤其是低温脆性得到了大大 改善，随玻璃纤维含量提高，低温时的抗冲击强度也有所提高。 吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水和水蒸
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：
（1）比重轻、强度高、模量高和低的热膨胀系数。是目前力学
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。
玻璃纤维增强热塑性塑料
玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类 ，经熔融后以极快的速度抽丝而成。 性能优异的无机非金属材料，应用广泛。 质地柔软，可纺织成各种玻璃布、玻璃带等织 物。
性能特点：玻璃纤维的密度在2.4-2.8 g/cm3之间，抗拉强度 在3-4.6GPa之间（为高强度钢的2-3倍），弹性模量在70110GPa（与铝和钛合金模量相当），但比强度为12.518.4×106cm（为高强度钢的6-10倍），比模量为 2.8~4.0×107cm（略高于高强度钢） 不燃、耐高温、电绝缘、热膨胀系数小、化学稳定性好。 可用来制作绝缘材料，纤维内窥镜、光导纤维，还可以做复合 材料的增强材料。
复合材料考点总结
复合材料考试重点1、复合材料的概念：由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。
a.性能—取长补短,协同作用；b.基体—连续相2、聚合物基复合材料:1)、热固性聚合物基复合材料性能特点：(1)比强度、比模量高。
(2)加工性能好(流动性好)，可采用手糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成型等。
(3)过载安全性好：过载而有少数纤维断裂时，载荷迅速重，新分配到未破坏的纤维上。
（4）可具有多种功能性：耐烧蚀性、摩擦学性能、电绝缘性、耐腐蚀性、特殊的光、电、磁学性能。
2）、热塑性聚合物基复合材料性能特点：断裂韧性好；可重复再加工。
3、金属基复合材料特点：导电、导热、耐高温、抗老化好。
4、无机非金属基复合材料特点：耐高温(>1000℃)，耐磨，强度高，硬度大，抗氧化，耐化学腐蚀，热膨胀系数小，但是脆性大。
5、复合材料的增强材料分类：纤维及其织物、晶须、颗粒。
特点：提高抗张强度和刚度、减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。
6、芳纶纤维(PPT A：聚芳酰胺纤维)-----聚对苯二甲酰对苯二胺，通过液晶纺丝方法制成，分子链伸直平行排列结且晶度很高。
性能特点：1）、芳纶纤维的力学性能：拉伸强度高，冲击性能好，弹性模量高，断裂伸长高，密度小，有高的比强度与比模量；2）、热稳定性: 180℃下可长期使用；低温下(-60℃)不发生脆化亦不降解, T>487℃时，不熔化，但开始碳化→高温下直至分解也不变形；3）、化学性能:耐介质性良好,但易受酸碱侵蚀,耐水性不好。
7、聚乙烯纤维（Polyethylene, PE）优点：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等。
缺点：熔点低、易蠕变。
8、高强高模PE纤维：又叫超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维。
与碳纤维、芳纶并称为当今世界三大高科技纤维。
性能特点：强度更高；质量更轻，密度只有0.97g/cm ；化学稳定性更好；具有很好的耐候性；耐低温性好，使用温度可以低至-150℃。
聚合物基复合材料 知识点总结
第二章增强材料1.增强材料的品种：1）无机纤维：（1）玻璃纤维（2）碳纤维：①聚丙烯腈碳纤维②沥青基碳纤维（3）硼纤维，（4）碳化硅纤维，（5）氧化铝纤维2）有机纤维：（1）刚性分子链——液晶（干喷湿纺）：①对位芳酰胺②聚苯并噁唑③聚芳酯（2）柔性分子链：①聚乙烯②聚乙烯醇2.玻璃纤维的分类：1）按化学组成份：有碱玻璃纤维，碱金属含量>12%；中碱玻璃纤维，碱金属含量6%~12%；低碱玻璃纤维，碱金属含量2%~6%；微碱玻璃纤维，碱金属含量<2%2）按纤维使用特性分：普通玻纤（A-GF）；电工玻纤（E玻纤）；高强玻纤（S玻纤或R玻纤）；高模玻纤（M-GF）；耐化学药品玻纤（C玻纤）……3）按产品特点分：长度（定长玻纤<6-50mm>，连续玻纤）；直径（粗纤维30μm，初级纤维20μm，中级纤维10-20μm，高级纤维3-9μm）；外观（连续纤维，短切纤维，空心玻纤，磨细纤维和玻璃粉）3.玻璃纤维的制备：目前生产玻璃纤维最多的方法有坩埚拉丝法（玻璃球法）和池窑拉丝法（直接熔融法）4.玻璃纤维的力学特性：1）玻璃纤维的拉伸应力--应变关系：玻璃纤维直到拉断前其应力-应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性阶段，呈脆性材料特征2）玻璃纤维的拉伸强度较高，但模量较低；解释：（1）Griffith微裂纹理论：玻璃在制造过程中引入许多微裂纹，受力后裂纹尖端应力集中。
当应力达到一定值时，裂纹扩展，材料破坏。
所以，缺陷尺寸越大，越多，应力集中越严重，导致强度越低（2）分子取向理论：玻纤在制备过程中，受到定向牵引力作用，分子排列更规整，所以玻纤强度更大。
3）玻璃纤维强度特点：单丝直径越小，拉伸强度σb越高；试样测试段长度L越大，拉伸强度σb越低。
这两点结果被称为玻璃纤维强度的尺寸效应和体积效应，即体积或尺寸越大，测试的强度越低4）缺点：①强度分散性大，生产工艺影响②强度受湿度影响，吸水后，湿态强度下降③拉伸模量较低（70GPa），断裂伸长率约为2.6%5.玻璃纤维纱的常用术语、参数：（填空）1）原纱：指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱2）表示纤维粗细的指标：①支数β：指1g原纱的长度(m)，支数越大表示原纱越细②特(tex)：指1000m长原纱的质量(g)，tex数越大，纱越粗③旦、袋(den)：指9000m长原纱的质量(g)，den 数越大纱越粗3）捻度：表示纱的加捻程度，指每米长原纱的加捻数，即捻/m。
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-内容总结
2. 物理性能：密度小、耐热性好、热膨胀系数负效应、黏结性差 3. 化学性能
• 氧化性 易氧化成CO、CO2，空气中耐热性差，200-290℃开始氧化，比GF 差 • 耐腐蚀性 比GF更耐腐蚀，只能被强氧化剂氧化，耐水性好 • 耐热性 不与空气接触时，表现极好的耐热性，在高于1500℃时，强度才
开始下降
• 强度比湿纺原丝提高50%以上
碳纤维
b）PAN原丝的预氧化处理（2h） PAN原丝
二维有序结构
200-300℃
O2，张力
预氧化纤维
六元环梯形结构
① 预氧化作用 通过氧化反应使β碳原子部分氧化成羟基、羰基，在分子间和分子内形成氢键， 利用其诱导作用，使CN在较低的温度下环化形成带有六元共轭环的梯形结构，从 而提高PAN的热稳定性，经受住高温碳化处理。
组成
① 基体相：聚合物基体可分为塑料、橡胶两类 ② 增强相：是聚合物基复合材料的骨架，决定复合材料的强度和刚 度的主要因素 ③ 界面相：是聚合物基体与增强材料间形成的第三相，是产生复合
效果的主要因素
增强材料
增强材料：聚合物基复合材料的骨架，决定复合材料的强度和刚度的主
要因素，显著提高复合材料的机械性能，即赋予复合材料高强度和高模量 等力学性能。形态主要有微粒、薄片、纤维，其中纤维的效果最好。
结构特点-含活泼氢原子，反应过程中伴有氢原子转移
如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇和多元酚 催化型固化剂：引发树脂分子中的环氧基按阳离子或阴离子聚合的历程进行固化 结构特点-叔胺、三氟化硼络合物 交联剂：能与双酚A型环氧树脂的羟基进行交联
溶解脱泡 挤出纺丝
UHMWPE+溶剂+抗氧剂等
脱溶剂
UHMWPE溶液 UHMWPE纤维
聚合物复合材料 增强材料
Nomex
Kevlar
其中，Nomex纤维的强度较低，但耐热性和耐腐蚀性好，是制备 消防服、耐酸滤布、阻燃地毯及飞机蜂窝夹层结构的原料。
Kevlar的强度和耐热性都十分优异，是已经工业化的合成纤维中强 度最好的纤维。由于它的密度很小,1.44g·cm-3 ，Kevlar纤维的比抗张强 度比钢丝高4倍，比模量比钢丝高2倍。
变形阶段，属于具有脆性特征的弹性材料。
◆它的扭转强度、剪切强度均较其它纤维低。 ◆玻璃的断裂延伸率约2.6~3.0%，比重为2.5~2.56。
玻璃纤维的其它性能
◆耐热性能较好。导热系数较低,是一种良好的绝热材料。 ◆软化点550~850℃，在200~250℃下,玻璃纤维强度不会下降。 ◆玻璃纤维耐腐蚀性好,是一种良好的耐化学介质材料。 ◆玻璃纤维还是良好的绝缘材料和良好的光学材料(透明复合材料)。
增强材料的种类
形状——织物（编织、毡），纤维（连续纤维、短纤维） 晶须、颗粒
材质——金属（钢丝、银粉等） 无机非金属（玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、 碳化硅纤维、氧化铝纤维等 ） 晶须（碳化硅晶须、氧化锌晶须、 磷酸钙晶须、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须） 碳纳米管 有机高分子材料（芳纶、尼龙纤维、涤纶、腈纶、 超高分子量聚乙烯UHMWPE纤维等 ）
碳纤维的表面处理
a、表面氧化处理 把碳纤维用各种方法进行表面氧化可增加比表面积和表面反应 性官能团的数量。
b、表面涂层 氧化处理后，常使其表面附着一层聚合物以便进一步改善其与 聚合物基体的黏接性能。
c、碳的表面气相沉积 在碳纤维表面上化学沉积微粒碳，可提高其耐热性、改善与基 体聚合物的黏接性能。
d、表面生长晶须
玻璃纤维织物
（4）立体织物 立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二 维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性 和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是 随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，目前其 应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。
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
聚合物基复合材料班级：11050301学号；1105030111姓名：王雪一．聚合物基复合材料的基体聚合物基复合材料的基体是有机聚合物.二．聚合物基复合材料的增强材料（1）玻璃纤维增强树脂基复合材料；(2）天然纤维增强树脂基复合材料；（3）碳纤维增强树脂基复合材料；（4）芳纶纤维增强树脂基复合材料；(5）金属纤维增强树脂基复合材料；(6）特种纤维增强聚合物基复合材料；（7）陶瓷颗粒树脂基复合材料;（8)热塑性树脂基复合材料；（聚乙烯，聚丙烯，尼龙,聚苯硫醚（PPS）,聚醚醚酮（PEEK)，聚醚酮酮（PEKK）)（9)热固性树脂基复合材料；（环氧树脂，聚酰亚胺，聚双马来酰亚胺（PBMI），不饱和聚酯等）(10）聚合物基纳米复合材料三．聚合物基复合材料的制备方法1、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。
所谓的溶胶—凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液,均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶.溶胶—凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合,因其水解和缩合条件温和,因此在制备上显得特别方便。
根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分为以下几类：（1)直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中，在酸、碱或中性盐的催化作用下，让前驱化合物水解，形成半互穿网络。
(2)嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用(3）有机—无机互穿网络2、层间插入法层间插入法是利用层状无机物（如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能，使之作为无机主体,将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基有机—无机纳米复合材料。
层状无机物是一维方向上的纳米材料，其粒子不易团聚且易分散，其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范围1～100 nm内。
层状矿物原料来源极其丰富，而且价廉。
插入法大致可分为以下几种： (1）熔融插层聚合（2）溶液插层聚合（3)聚合物熔融插层 (4）聚合物溶液插层3、共混法共混法类似于聚合物的共混改性，是聚合物与无机纳米粒子的共混，该法是制备纳米复合材料最简单的方法,适合于各种形态的纳米粒子。
聚合物基复合材料
一、1、复合材定义(ISO、GB3961)及定义包含的内容(ISO):有两种或两种以上物和化学性质同的物质组合而成的一种多和固体材。
国标GB3961 :两个或两个以上独的物相，包括粘接材(基体)和纤维或片状材所组成的一种固体物。
定义包含的内容：(1)复合材的组分材虽然保持其相对独性，但复合材的性能却是各组分材性能的简单加和，而是有着重要的改进。
(2)复合材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。
(3)分散相是以独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，也可以是颗状或弥散的填。
2、有机纤维碳化法将有机纤维经过稳定化处变成耐焰纤维；在惰性气氛中，于高温下进焙烧碳化，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、复合材的分类按增强材形态分类:连续纤维复合材、短纤维复合材、状填复合材、编织复合材按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材、碳纤维复合材、玄武岩纤维复合材、有机p纤维复合材、属纤维复合材、陶瓷纤维复合材按基体材分类：环氧树脂基、酚醛树脂基、聚氨酯基、聚萨亚胺基、饱和聚芮基以及其他树脂基复合材按材作用分类：结构复合材、功能复合材4、聚合物基复合材的主要性能和目前存在的缺点：主要性能：1轻质高强（比强、比模大）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）材工艺的稳定性差（2）材性能的分散性大：材和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步的性能，质控制（3）长期耐温与耐环境化性能好（4）抗冲击性能低：大多数增强纤维伸时的断应变代小，纤维增强复合材是脆性材，抗冲击性低（5）横向强和层间剪强好等二、1、聚合物基复合材的增强材应具有的特征：（1）增强材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、比模、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。
聚合物复合材料复习资料
1.分散度以分散相平均粒径来表征，这里的平均粒径指的是什么？分散相颗粒平均粒径的表征方法有数量平均直径与体积平均直径。
数量平均直径(数均粒径)因便于计算而经常被采用。
通常所说的平均粒径，如未加特殊说明，一般都是数均粒径。
2.什么是脆性断裂？基体断裂、纤维断裂、纤维脱粘、纤维拔出、裂纹扩展与偏转。
3.芳纶纤维表面处理方法？氧化还原处理，冷等离子表面处理，表面化学接枝处理4.玻璃纤维润滑剂去除方法？玻璃纤维浸润剂的去除方法有洗涤法和热处理法。
5.粉末填充材料的表面性质具体包括哪些方面？6.碳纤维利用臭氧氧化法表面处理，效果受哪些因素影响？碳纤维臭氧氧化法受到浓度温度时间影响，程度是时间＞浓度＞温度。
7.名词解释：共挤出成型技术共挤出成型技术：是两种或两种以上的原料通过同一个机头挤出，成型为具有核壳结构或多层结构的聚合物复合型材的技术。
共挤出技术使产品具有特殊性能，并能大幅度地降低成本，是当代应用颇广的塑料成型方法。
8.注塑成型工艺过程主要包括哪些阶段？注塑成型工艺过程主要包括合模、填充、保压、冷却、开模、脱模等6个阶段。
这6个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这6个阶段是一个完整的连续过程。
9.单螺杆挤出成型原理包括那三个理论？固体输送理论，熔融理论，熔体输送理论10.名称解释：天然纤维聚合物复合材料的挤出成型技术天然纤维聚合物复合材料的挤出成型技术，是指聚合物基体和纤维材料在挤出机中通过加热、加压，使受热熔化的基体和纤维材料混合、塑化，最后连续通过口模成型的方法。
11.弱边界层可能由以下几个方面的原因造成的？1.在天然纤维增强复合材料的制备过程中，外部杂质进入了两相界面之间。
2.在制备复合材料的过程加入了其他助剂的影响。
3.复合材料在使用，储存和运输的过程中不慎带入了杂质等。
12.热塑性塑料的加工过程一般需经历哪些基本步骤？加热塑化、流动成型、冷却固化13.什么是弱界面层？各种低分子物通过吸附、扩散、迁移、凝集甚至于键合等途径，在部分或全部黏合界面，形成低分子物质的富集区，这就是弱界面层。
（完整word版）聚合物基复合材料复习
（完整word版）聚合物基复合材料复习1.聚合物基复合材料的组成(1) 基体热固性基体：i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好ii) 交联固化后成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆iii) 制备过程伴有复杂化学反应热塑性基体：i) 熔体粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差ii) 线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象(2) 增强体主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较差，增强体多经过表面处理与表面改性，以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用，使其组成复杂化。
3.复合材料的界面1)界面现象：①表面吸附作用与浸润②扩散与粘结（含界面互穿网络结构）③界面上分子间相互作用力（范氏力和化学键合力）2). 复合材料的界面形成过程PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同，它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点，使复合材料界面形成过程十分复杂，理论上可分为三个阶段。
（1）第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。
i) 界面设计与控制的重要手段ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分iii) 为第二阶段作准备（2）第二阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程i) 接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。
化学结合可看作是一种特殊的浸润过程ii) 界面形成与发展的关键阶段（3）第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应i) 界面的固定（亚稳态、非平衡态）ii) 界面的稳定（稳态、平衡态）在复合材料界面形成过程中涉及：i) 界面间的相互置换：如，润湿过程是一个固-液界面置换固-气表面的过程ii) 界面间的相互转化：如，固化过程是固-液界面向固-固界面转化的过程后处理过程：固-固界面自身完善与平衡的过程3）复合材料界面结构与性能特点i) 非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样。
聚合物基复合材料复习要点复合材料基体（精选5篇）
聚合物基复合材料复习要点复合材料基体（精选5篇）第一篇：聚合物基复合材料复习要点复合材料基体聚合物基复合材料高分子专业考试复习资料现已完结，另有小抄版本稍后更新第三章复合材料基体3.1不饱和聚酯树脂不饱和聚酯的合成原理组成：不饱和二元酸或酸酐、饱和二元酸或酸酐与二元醇缩聚得到的低分子量聚合物3.1.1原材料(1)二元酸：不饱和二元酸和饱和二元酸的混合酸；不饱和二元酸：顺酐和反丁烯二酸；顺酐：熔点低，缩水量少，价廉；异构化：与反应温度、二元醇类型和聚酯的酸值有关；反式双键较活泼，有利于提高固化反应程度；反丁烯二酸：固化快，程度高，分子排列规整。
耐热性、力学性能和耐腐蚀性较好。
(2)饱和二元酸：调节双键密度；苯酐：增加树脂韧性，降低结晶性，增加与交联单体苯乙烯的相容性；间苯二甲酸：更好的力学性能，韧性，耐热和耐腐蚀性；对苯二甲酸：拉伸强度高；纳狄克酸酐：耐热性好；四氢苯酐：改善表面发黏；氯茵酸酐，四溴苯酐：自熄性；脂肪族二元酸：柔韧性好。
(2)二元醇：一元醇调节分子量，多元醇提高耐热性；1,2-丙二醇：结晶倾向小，与苯乙烯相容性好，硬度较高；乙二醇：结晶倾向强，与苯乙烯相容性较差，需对聚酯端羟基酰化，或加18% 1,2-丙二醇降低结晶性；一缩二乙（丙）二醇：基本无结晶，增加链柔性，弯曲强度和拉伸强度高，耐水性和介电性有所降低；新戊二醇：耐热性和表面硬度高；D-33：耐腐蚀，耐碱，单独使用固化速度太慢。
(3)交联单体苯乙烯：相容性好，综合性能较好，价格低；用量：与聚酯类型和分子量，不饱和酸的比例有关；乙烯基甲苯：比苯乙烯活泼。
吸水性低，介电性尤其是耐电弧性有所改善，体积收缩率低4%；二乙烯基苯：非常活泼，常与等量苯乙烯并用。
交联密度大，硬度和耐热性好，耐溶剂性好，脆性大；甲基丙烯酸甲酯：共聚倾向性小，常与苯乙烯共用。
优点：改进耐候性，黏度小，浸润快，折射率低，透光度好；缺点：易挥发，体积收缩率高；烯丙基酯类（DAP等）：活性低，挥发性和固化放热峰温度低，广泛用于制备模压料，耐热性和尺寸稳定性好。
聚合物基复合材料增强材料
漏丝板
（102、204、408孔，
1000~3000m/min
d=1.5~2mm,玻璃液 为1190℃）
玻璃纤维 3~20um
聚合物基复合材料增强材料
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单丝 filament：从坩埚中拉出的每根纤维叫单丝； 原纱 strand：一个坩埚拉出的所有单丝经过浸润剂槽后，集束
成一根原纱；
➢池窑法
将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续 玻璃纤维。
聚合物基复合材料增强材料
24
3）耐介质性能
酸
玻纤 Na2O/K2O 离析，溶解 （促进）
硅酸盐 硅酸 胶体
保护膜
（减缓溶解过程）
水 玻纤 Na2O/K2O 溶解 碱性
SiO2骨架破坏
浓碱 玻纤
溶解玻纤所有成分，玻纤变细
聚合物基复合材料增强材料
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在水中浸泡后，强度降低。
碱含量越大，玻璃纤 维受水侵蚀的速率越快。
常有4:1，7:1，11:1，14:1的单向布供应。 （3）牌号表示法
平纹-100：厚度0.1mm的平纹布； EW100A-90:E:无碱；W：布；100：0.1mm厚;A:类别；
90：幅宽90cm。
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37
2）布的折算断裂强度
2.5cm—测试时布条的宽度 b—排纱密度，根纱/cm;
一般来说，除氢氟酸外，对酸、稀碱、盐及有机 溶剂都具有较好的耐腐蚀能力。
聚合物基复合材料增强材料
26
4）电性能
（1）电绝缘性好 玻璃纤维的体积电阻率为1011~1018Ω.cm。玻璃钢大部分做
绝缘材料。 含碱量越高，电阻率越低； 湿度越大，电阻率越低； 温度越高，电阻率越低。
聚合物基复合材料中的增强材料--玻璃纤维
聚合物基复合材料中的增强材料—玻璃纤维20世纪40年代,因航空工业的需求,发展了玻璃纤维增强材料(俗称玻璃钢),从此产生了复合材料这一名词.复合材料是指将两种或两种以上不同材料,用适当的方法复合而成的一种新材料,其性能比单一材料性能优越.它的使用历史可以追溯到古代,从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均使用两种材料复合而成.复合材料与传统材料(如金属,木材,水泥等)相比,具有诸多优点.(1)轻质高强.普通碳钢的密度为7.8g/cm3,玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5~2.0g/cm3,只有普通碳钢的1/5~1/4,而机械强度却能超过普通碳钢的水平.(2)可设计性好.复合材料可以根据不同的用途要求,灵活的进行产品设计,具有很好的可设计性.(3)电性能好.复合材料具有良好的电性能,通过选择不同的树脂基体增,增强材料和辅助材料,可以将其制成绝缘材料或导电材料,例如玻璃纤维增强树脂基复合材料具有优良的电绝缘性能,并且在高频下仍能保持良好的介电性能.(4)耐腐蚀性好.聚合物基复合材料具有优异的耐酸性,耐海水性,也能耐碱盐和有机溶剂.(5)热性能良好.玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较小的导热系数,一般在室温下为0.3~0.4kcal/(m··h·k),只有金属的1/1000~1/100,是一种优良的绝热材料.(6)工艺性能好.纤维增强的聚合物基复合材料具有优良的工艺性能,可以通过缠绕成型,接触成型等复合材料特有的工艺方法制成制品.在工业发展的大环境下,传统材料的物化性能和生产应用无法满足发展要求的问题日益凸显,而复合材料因其许多优良的性能,并且其成本在不断下降,成型工艺的机械化,自动化程度的不断提高,复合材料得到了快速发展和日益广泛的应用.复合材料的性能主要取决于 1)基体的性能(2)增强材料的性能(3)基体与增强材料间的界面性能.增强材料是复合材料的重要组成部分,起着提高树脂基体的强度,模量,耐热和耐磨等性能的作用.增强材料还有减小复合材料成型过程中的收缩率,提高制品硬度等作用.增强材料对解决复合材料弹性模量,长期耐热性,老化现象起到不可替代的作用.增强材料总体上可分为有机增强材料,包括芳纶纤维,聚并双噁唑纤维,超高分子质量聚乙烯纤维等,和无机增强材料,包括玻璃纤维,碳纤维,硼纤维,晶须等.树脂基复合材料的增强材料具有以下特征:(1)具有明显提高树脂基体所需某种特性的性能,如高比强度,比模量,高导热性,耐热性,低膨胀性等,以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能.(2)具有良好的化学稳定性.在树脂基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化.(3)与树脂有良好的浸润性和适当的界面反应,使增强材料与基体树脂有良好的界面结合.(4)价廉.具有现代意义的复合材料的生产和发展,是以20世纪40年代的玻璃纤维的生产和发展为开端的.玻璃纤维是非常好的金属材料替代材料,随着社会经济的迅速发展,玻璃纤维已成为建筑,交通,电子,电气,化工,冶金,环境保护,国防等行业必不可少的原材料,其研究和发展应用也日益受到重视.玻璃纤维根据其划分依据不同,有多种分类.(1)根据玻璃纤维的化学组成可分为:无碱纤维—含碱量在1%以下,低碱纤维—含碱量在2%~6%之间,有碱纤维—含碱量在10%~16%之间.其中无碱纤维在国外为通用玻璃纤维,占总产量的90%以上,再过内也是应用最多的类型之一.其抗拉强度比钢丝还高,与金属材料相比重量轻,与金属铝相当;抗疲劳强度高;绝缘度高介电常数低,尺寸稳定等一系列优异性能使他成为现代工业中应用最广泛的增强材料,电绝缘材料和工业材料.(2)根据外观形状可分为:长纤维,短纤维,空心纤维,卷曲纤维.(3)根据纤维特性分为:高强度极高模量纤维,耐高温纤维,耐碱纤维,普通纤维.玻璃是无色透明的脆性固体,它是熔融物过冷时因粘度增加而具有固体物理机械性能的无定形物体,属各向同性的均质材料.玻璃纤维的外观与块状玻璃完全不同,而且玻璃纤维的拉伸强度比玻璃高出许多,但两者结构仍相同.其结构假说主要有两种:(1)微晶结构假说,即玻璃是由硅酸盐或二氧化硅”微晶子”所组成,”微晶子”在结构上高度变形,其间由无定形中间层即有硅酸盐过冷溶液填充.(2)网格结构假说.其认为,玻璃是由二氧化硅四面体,铝氧四面体或硼氧三面体相互连接成不规则的三维网络,网络间的空隙由Na+,K+,Ca2+等阳离子所填充。
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聚合物基复合材料高分子专业考试复习资料现已完结，另有小抄版本稍后更新第二章增强材料2.2玻璃纤维2.21分类(1)根据化学组成(含碱量)分为：1%以下的无碱纤维,2%-6%的低碱纤维,10%-16%的有碱纤维。
(2)根据外观形状分为：长纤维、短纤维、空心纤维、卷曲纤维。
(3)根据纤维特性分为：高强度(S)、高模量(M)、耐高温、耐碱(G)、普通纤维。
2.2.1成分与作用:氧化硅SiO2：物质基础、骨架氧化铝Al2O3 ：降析晶和膨胀系数,提高稳定性和强度氧化钙氧化镁：降低高温时粘度，促进熔化、澄清、提高拉丝速度氧化硼B2O3氧化铁Fe2O3碱金属；助熔，提高流动性2.2.2玻璃纤维物理化学性能：物理性能：直径5~20微米，密度2.4~2.7 g/cm3；力学性能影响因素（P11）；耐热性高，绝缘性取决于组成、温度和湿度化学性能：直径越小，稳定性越低；碱金属氧化物含量越高，稳定性越低2.2.3玻璃纤维及制品的生产工艺：（1）坩埚法（2）池窑法2.2.3.1池窑法：多种原材料按不同比例混合均匀送入池窑熔化成玻璃液，玻璃液经过澄清，降温后流入支路上的铂铑合金漏板。
漏板上布满了100～4000个的小孔，玻璃被拉丝机从这些小孔中拉出，即成玻璃纤维。
池窑法的优点：省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；池窑容量大，生产能力高；对窑温、液压、压力、流量和漏板温度可实现自动化集中控制，所得产品质量稳定；适用于采用多孔大漏板生产粗玻璃；废产品易于回炉。
2.3芳纶纤维：芳香族聚酰胺树脂纺成的纤维分类：全芳族聚酰胺纤维；杂芳族聚酰胺纤维2.3.1芳纶纤维的制备：2.3.2芳纶纤维的结构与性能结构：线型刚性伸直链，分子间氢键，高度结晶，超分子结构性能：优异的拉伸强度、拉伸模量，低密度，优良的减震性能，耐磨性、耐冲击性、抗疲劳性、尺寸稳定性，良好的耐化学腐蚀性，低膨胀、低导热、不燃、不熔以及优良的介电性能。
2.4碳纤维2.4.1分类：聚丙烯腈基碳纤维；沥青基碳纤维；纤维素基碳纤维；酚醛基碳纤维；其它有机纤维基碳纤维2.4.2国产碳纤维存在的主要问题：1）原丝质量与国外比还存在差距。
2）大部分国产碳纤维未经过表面处理，制成复合材料层间剪切强度偏低。
3）尚未形成经济规模，价格太贵，成本组成不合理。
4）品种单一、规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口。
2.4.3碳纤维的制造方法：基本步骤：1）纤维化，聚合物熔化或溶解后制成纤维；2）稳定（氧化或热固化），200~450o C空气中进行；3）碳化，1000~2000o C惰性气体保护，含碳量85~99%；4）石墨化，2500o C以上氩气保护，含碳量99%以上2.4.4原丝的制备：a.聚合加入共聚单体的目的：①使原丝予氧化时既能加速大分子的环化，又能缓和纤维化学反应的激烈程度，使反应易于控制；②并可大大提高预氧化及碳化的速度；③有利于预氧化过程的牵伸。
共聚单体的种类：在众多的共聚单体中，不饱和羧酸类：如甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸、顺丁烯二酸、甲基反丁烯酸等占有重要位置。
b.纺丝：通常采用湿法纺丝，而不用干法纺丝？（干纺生产的纤维中溶剂不易洗净。
在预氧化及碳化过程将会由于残留溶剂的挥发或分解而造成纤维粘连及产生缺陷。
）1）湿法：纺丝原液→喷丝头→凝固浴(溶剂的水溶液)→水洗、拉伸等；2）干法：纺丝原液→喷丝头→纺丝甬道(热空气，溶剂在此受热蒸发) →冷却、拉伸等；3）干湿法纺丝：特点：喷丝孔孔径较大(0.1～0.3mm),可使高粘度纺丝液成纤；可提高纺丝速度；易得到高强度高取向的原丝，且原丝结构均匀致密；强度比湿纺原丝提高50%以上。
为了保证碳纤维性能的优良，原丝应具备高纯度、高强度和高取向度、细旦化等性能。
2.4.5聚丙烯腈原丝的生产：影响质量的因素：杂质和灰尘；聚合物相对分子质量；结晶度、分子取向度。
提高质量的方法：原料纯度要高，纺丝液多次脱泡过滤，纺丝环境干净、清洁、灰尘少；控制在8X104左右；注意提高结晶度和取向度。
聚丙烯腈原丝的预氧化：目的：使链状聚丙烯腈分子发生交联、环化、氧化、脱氢等化学反应，形成耐热的梯形结构，承受更高的碳化温度，提高碳化收率，改善力学性能。
影响因素：温度、处理时间、气氛介质、牵引力。
性能指标：氧含量：8-10%；芳构化指数：AI = S2/(S1+S2) = 0.5~0.6；残存氰基浓度：IR 2240 cm-1；吸湿率：6~9%，波动率< 1%。
施加张力的作用：限制纤维收缩，使环状结构在较高温度下择优取向（相对纤维轴），可显著提高CF的模量。
预氧化过程中可能发生的反应：环化反应；脱氢反应；吸氧反应。
预氧化过程中的技术关键：预氧化过程中反应热的瞬间排除。
采取措施：通入预氧化炉中流动空气。
预氧化时间：最佳预氧化时间要由条件实验评选，也可根据有关经验式进行计算。
对于常用的PAN原丝：预氧化温度愈高，所需时间愈短；纤度愈细，时间愈短；共聚原丝所需预氧化时间要比均聚的短；改变预氧化气氛(如空气中加入SO2等)可促进预氧化反应的进行，缩短预氧化时间。
此外，传热方法对预氧化时间也有影响。
预氧丝的碳化：在高纯度惰性气体保护下和一定张力下将预氧丝加热至1000~1500o C，除去其中的非碳原子，生成碳含量约为95%的碳纤维。
预处理：100~280o C烘干；保护气体：高纯氮，氧含量<10-5；升温速率：先慢后快。
施加张力？不仅使纤维的取向度得到提高，而且使纤维致密化并避免大量孔隙的产生，可制得结构较均匀的高性能碳纤维。
碳化过程中的反应：在碳化过程中，纤维中非C原子（如N、H、O）被大量除去，预氧化时形成的梯形大分子发生脱N交联，转变为稠环状，形成了CF。
碳化过程的技术关键：非碳元素的各种气体(如CO2、CO、H2O、NH3、H2、HCN、N2)的瞬间排除。
如不及时排除，将造成纤维表面缺陷，甚至断裂。
解决措施：一般采用减压方式进行碳化。
2.4.6碳纤维的石墨化：温度：2000~3000o C；压力：加压可减少表面缺陷，提高强度；保护气体：特殊处理的高纯氩气；结构：结晶和取向增加2.4.6.1气相法制备碳纤维：基板法；气相流动法。
原料：低碳烃、芳烃等，氢气和铁、镍催化剂。
温度：基板法1100o C（乙炔原料750o C）；气相流动法1100~1400o C。
形状：基板法：直径1~100微米，长300~500毫米（乙炔原料得到螺旋状纤维）；气相流动法：直径0.5~1.5微米，长几毫米铁催化为空心直线型，镍催化为螺旋状。
碳纤维的性能：低密度、高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀、低电阻、高热传导系数、低热膨胀系数、耐辐射等。
碳纤维的表面处理：目的：改变表面性能，提高与基体的结合能力。
方法：表面氧化处理（气相、液相、阳极氧化）；涂层法（金属卤化物在高温或还原气氛中形成碳化物沉积膜）；电聚合法（以纤维为阳极电聚合）；等离子体处理（冷等离子体表面处理和电晕放电等离子体处理。
2.4.6.2液相氧化法：液相氧化的结果：可以使CF表面发生刻蚀，在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽；同时引入官能团。
（1）酸处理法：最常用的是浓硝酸和不同浓度的硝酸。
除硝酸外，还常用硫酸来处理。
碳纤维CF经HNO3表面处理后，有下列变化：比表面积增加；表面被刻蚀，表面粗糙度增加；表面官能团增加；主要是－COOH。
(2) 其他液相氧化剂处理：如：过氧化氢（H2O2）；次氯酸钠（NaClO）；高锰酸钾（KMnO4）；重铬酸钾（ K2Cr2O7）；重铬酸钾/硫酸；高锰酸钾/硫酸等。
液相氧化法的缺点：由于大量废酸废液产生，所以环境污染较大；液相氧化多为间歇操作，所需处理时间较长，与CF生产线相匹配有困难。
所以多用于间歇表面处理和研究表面处理的机理。
近年来已逐渐被淘汰。
Note：液相氧化时，纤维处理后一定要清洗干净，否则将影响CF与基体的粘结强度。
2.4.6.3气相氧化法：气相氧化法的处理效果：CF表面积增大；活性官能团增多空气氧化法：空气氧化一般在管式炉中进行，反应温度控制在350~600℃之间，反应时间可根据CF种类及所需氧化程度决定。
优点：设备简单，反应时间短，容易和CF生产线衔接起来，无污染，可连续处理。
缺点：反应较难控制，易使纤维纵深氧化，使CF强度损失严重。
2.4.6.4臭氧O3氧化法：优点：工艺简单，参数易于控制，设备造价低，处理时间短，处理效果显著，并已得到实际应用。
缺点：臭氧对人体有害，对含臭氧废气的处理应采取有效措施。
2.4.6.5电化学氧化法(也称电解氧化法)：以CF为阳极，镍板、石墨板、铜板、白金板、白钢板等为阴极，在电解质溶液中于一定电流密度下，靠电解作用产生的初生态氧对CF进行氧化刻蚀，并形成含氧官能团。
影响因素：电解质种类；电流大小；处理时间等。
经过电化学处理后可达到的效果：表面刻蚀形成沟槽，使CF的表面积增加；表面官能团数量，可在CF表面引入—OH，—COOH 等。
电化学氧化法的优点：处理条件缓和、反应易控、操作简便；处理时间短，可以直接与CF生产线相连。
2.4.6.6等离子体处理：等离子体：随着物质能量的增加，物质的状态将发生由固→液→汽的转变，进一步增加气体能量，则气体原子中的电子可以脱离原子而成为自由电子，原子成为正离子，这种含电子、正离子和中性粒子的混合体，称为等离子体。
通过等离子体处理，可产生以下效果：使碳纤维表面的沟槽加深，粗糙度增加；并在纤维的表面产生了一些活性基团；如－COOH，－COO－，－OH，－C＝O等。
2.4.6.7表面涂层法：即将某种聚合物、表面处理剂、偶联剂或金属涂覆在CF表面。
表面涂层法有以下几种方法：气相沉积法；表面电聚合；偶联剂涂层；晶须生长法等。
气相沉积法：在碳纤维表面沉积无定型碳、金属涂层等。
表面电聚合：在电场的引发作用下使物质单体在碳纤维表面进行聚合反应，生成聚合物涂层。
偶联剂涂层：用偶联剂处理低模量碳纤维。
晶须生长法：在碳纤维表面通过化学气相沉积生成碳晶须、SiC晶须等，改善碳纤维表面状态、成分及性能。
2.4.7真正有实用价值的表面处理方法应具备的条件：处理效果好，处理后CF强度基本不变或略有下降，最好升高；处理时间短，可与CF生产线相匹配；能够连续长时间处理，且操作简单、生产成本低。