1.1-1.5 复合材料及其聚合物基体概论共38页文档
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复合材料-聚合物基体
聚合物基体的种类
按树脂的热行为分为热固性和热塑性两类 热塑性 受热软化，冷却变硬，软化和变硬可重复、循环 树脂 热固性 一旦形成交联聚合物，受热后不能再回复到可 塑状态。最后的固化阶段和成型过程同时进行， 所得的制品是不溶不熔的。
聚合物基体的种类-热塑性基体
如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜等，它们是一类线形或有支链 的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。
CH2 CH
（b）引发剂 引发剂可以产生自由基，引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为 过氧化物，其通式为 ROOR'。它的特性通常用临界温度和半衰期来表 示。
辅助剂
临界温度是指有机过氧化物具有引发活性的最低温度。 在此温度下，过氧化物开始以可察觉的速度分解形成游离基，从而引 发不饱和聚酯树脂以可以观察的速度进行固化。 半衰期是指在给定的温度条件下，有机过氧化物分解一半所需要的时 间。 （c）促进剂 能使引发剂降低分解活化能，降低引发温度的物质。
O H O G O C R O C ** O G O O C O CH CH C
y
OH
酯键 双键 不饱和聚酯树脂在热固性树指中是工业化较早，产量较多的一类，它 主要应用于玻璃纤维复合材料。
热固性树脂-不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯的主要优点是： １、工艺性能良好，可以在室温下固化，在常压下成型，颜色浅， 可以制作彩色制品，有多种措施来调节其工艺性能等； ２、固化后树脂的综合性能良好，并有多种专用树脂适应不同用 途的需要； ３、价格低廉，其价格远低于环氧树脂，略高于酚醛树脂。
热塑性聚合物的形态特征
聚合物基体的种类-热固性基体
1.1-1.4 复合材料概论
产量（104吨）
200
186
美国 日本
180 160 140 120
103.4 146
140
中国
100 80 60 40 20
2.7 27.1 47.9 35.9
24
0
1986 1996 2006
年代
1986－2006年中、美、日热固性玻璃钢产量（万吨） － 年中、 日热固性玻璃钢产量（万吨） 年中
1.1 复合材料的定义
简而言之，复合材料是指将两种或两种以上不同性能 简而言之， 的材料，用适当的方法复合而成的一种新材料， 的材料，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。 单一材料性能优越。 材料界资深专家、两院院士师昌绪在《材料大词典》 材料界资深专家、两院院士师昌绪在《材料大词典》 中给出比较全面完整的定义 复合材料是由有机高分子 全面完整的定义： 有机高分子、 中给出比较全面完整的定义：复合材料是由有机高分子、 无机非金属或金属等几类不同的材料通过复合工艺组合而 等几类不同的材料通过复合工艺 无机非金属或金属等几类不同的材料通过复合工艺组合而 成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色， 成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通 复合效应获得原组分所不具备的特殊性能 可以通过材 获得原组分所不具备的特殊性能。 过复合效应获得原组分所不具备的特殊性能。可以通过材 料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联 使各组分的性能互相补充并彼此关联。 料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联。从而获得新 的优越性能，与一般材料简单混合有本质的区别。 的优越性能，与一般材料简单混合有本质的区别。 玻璃钢、水泥砂浆、钢筋混凝土、 例：玻璃钢、水泥砂浆、钢筋混凝土、篱笆等都是复合 材料。 材料。
复合材料聚合物基体-资料
一
保险杠、机罩、尾板等部分。
章
美国三家公司组成汽车复合材料国际财团， 主要任务是研究汽车用复合材料。
不 饱
和
聚
酯
树
脂
2020/5/29
§1.2不饱和聚酯树脂的合成
一 合成原理 组成：不饱和二元酸或酸酐（反丁烯二酸、顺丁烯二酸
酐等）、饱和二元酸或酸酐、二元醇
第 一 章
聚酯化反应的历程完全与二元醇的线型缩聚反应的历 不
不
t＝0 N0
N0
0
0
饱
t＝t N
N
N0-N
N0-N
和
N0：起始的官能团总数（－COOH或－OH)
聚
N: 平衡时所余的官能团数
酯
N0－N：参加反应的官能团数目
树
N0 N
K(N0 N)2 (N0 N)2 ( N0 )2 (PXn)2
N2
N
N
脂
N0
2020/5/29 Xn K P
1）反应程度：反应物的官能团转化为产物的百分 比，一般用P表示：
不
若反应物为二元酸，则反应总式为：
饱
和
OO
聚
nHO C R C OH+nHO R' OH
酯
OO H O R' O C R C nOH+(2n-1)H2O
树 脂
2020/5/29
二 酯化反应的动力学（逐步聚合）
第
OO nHO C R C OH+n HO R' OH
OO
一 章
H O R' O C R C nOH+(2n-1)H2O
2020/5/29
教材：
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。
第二章_复合材料的基体材料
表2-2钛合金的成分和性能
2020/12/11
9
3）用于1000℃以上的高温MMC金属基体
用于1000℃以上的基体材料主要是镍基、 铁基耐热合金和金属间化合物，较成熟的 是镍基、铁基高温合金。金属间化合物基 MMC尚处于研究阶段。
W/Ni合金，可以大幅度提高其高温性能— —高温持久性能和高温蠕变性能，一般可 提高1-3倍，主要用于高性能发动机叶片等 重要零件。
石202纤0/12维/11 、碳化硅颗粒复合。
4
2）金属基复合材料的组成特点
连续纤维增强MMC：基体的主要作用是以
充分发挥增强材料性能为主，基体本身应 与纤维有良好的相容性和塑性。
如：连续C/Al中，纯铝或含有少量合金 元素的铝合金作为基体比高强度铝合金好 得多。且铝合金强度越高，其MMC的性能 越低。
7
1）用于450℃以下MMC的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的 MMC是铝基和镁基复合材料，用于航天飞机、 人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车 盘等，并以形成工业化规模生产。
对于不同类型的 复合材料应选用合适的 铝或镁合金基体。
连续纤维增强MMC：一般选用纯铝或含
合金元素少的单相铝合金；
② 碳化物陶瓷：一般具有比氧化物陶瓷更高的熔点。最 常用的是SiC、WC、B4C、TiC，制备过程应有气氛 保护；耐热温度约为900—1000℃
③ 氮化物陶瓷：具有优良的综合力学性能和耐高温性能。 应用最广泛的是Si3N4，还有TiN、BN、AlN、C3N4； 耐热温度约为1300—1700℃， BN可达2000 ℃
2020/12/11
2
2.1.1 选择基体的基本原则
在选择基体金属时应考虑因素： MMC的使用要求 MMC的组成特点 基体金属与增强物的相容性
2020/12/11
9
3）用于1000℃以上的高温MMC金属基体
用于1000℃以上的基体材料主要是镍基、 铁基耐热合金和金属间化合物，较成熟的 是镍基、铁基高温合金。金属间化合物基 MMC尚处于研究阶段。
W/Ni合金，可以大幅度提高其高温性能— —高温持久性能和高温蠕变性能，一般可 提高1-3倍，主要用于高性能发动机叶片等 重要零件。
石202纤0/12维/11 、碳化硅颗粒复合。
4
2）金属基复合材料的组成特点
连续纤维增强MMC：基体的主要作用是以
充分发挥增强材料性能为主，基体本身应 与纤维有良好的相容性和塑性。
如：连续C/Al中，纯铝或含有少量合金 元素的铝合金作为基体比高强度铝合金好 得多。且铝合金强度越高，其MMC的性能 越低。
7
1）用于450℃以下MMC的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的 MMC是铝基和镁基复合材料，用于航天飞机、 人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车 盘等，并以形成工业化规模生产。
对于不同类型的 复合材料应选用合适的 铝或镁合金基体。
连续纤维增强MMC：一般选用纯铝或含
合金元素少的单相铝合金；
② 碳化物陶瓷：一般具有比氧化物陶瓷更高的熔点。最 常用的是SiC、WC、B4C、TiC，制备过程应有气氛 保护；耐热温度约为900—1000℃
③ 氮化物陶瓷：具有优良的综合力学性能和耐高温性能。 应用最广泛的是Si3N4，还有TiN、BN、AlN、C3N4； 耐热温度约为1300—1700℃， BN可达2000 ℃
2020/12/11
2
2.1.1 选择基体的基本原则
在选择基体金属时应考虑因素： MMC的使用要求 MMC的组成特点 基体金属与增强物的相容性
1.1-1.5 复合材料及其聚合物基体概论共38页
材料
测试
制品
结构
工艺
复合材料制品与各要素关系图
问题1 基体材料在复合材料中所起的 作用是什么？
基体材料在复合材料中的作用
1、粘结作用
基体材料作为连续相，把单根纤维粘成一个整体， 使纤维共同承载。
2、均衡载荷、传递载荷
在复合材料受力时，力通过基体传给纤维。
3、保护纤维
在复合材料的生产与应用中，基体可以防止纤维 受到磨损、遭受浸蚀。
4、高性能树脂基体（一般介绍）
聚酰亚胺树脂(PI)、双马来酰亚胺树脂(BMI)
必读与参考书目
必读教材：《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，2019年6月
参考书目： 1、《不饱和聚酯树脂及其应用》
沈开猷主编，化学工业出版社，2019年1月；
2、《环氧树脂生产与应用》
王德中主编，化学工业出版社，2019年6月；
影响树脂耐溶剂介质能力的最根本的内因是组成 体系的化学结构所决定，相互间极性大小、电负性 与相互间溶剂化能力都影响耐化学腐蚀性能。（相 似相溶原理：溶解度参数相近）
结论：一般树脂的极性越弱，交联密度越 大，耐介质腐蚀性越好。
1.3.4 电性能
树脂分子由共价键组成，是一种优良的绝缘材料。 影响树脂电绝缘性能的因素有两个： 一是大分子链的极性；二是已固化树脂中杂质的 存在。 1 ）树脂大分子链中极性基团越多，极性越强，则 电绝缘性越差； 2）已固化树脂中的杂质越少，则电性能越好。
谢谢！
电性能参数
体积电阻率（ρ v ）、 表面电阻率（ρ s ）、 介电常数（ε ）、 介质损耗角正切（tgδ ） 击穿强度
1.4 聚合物的分类
1）按大分子形态可分为： 线性、支链、部分交联、交联网状结构
测试
制品
结构
工艺
复合材料制品与各要素关系图
问题1 基体材料在复合材料中所起的 作用是什么？
基体材料在复合材料中的作用
1、粘结作用
基体材料作为连续相，把单根纤维粘成一个整体， 使纤维共同承载。
2、均衡载荷、传递载荷
在复合材料受力时，力通过基体传给纤维。
3、保护纤维
在复合材料的生产与应用中，基体可以防止纤维 受到磨损、遭受浸蚀。
4、高性能树脂基体（一般介绍）
聚酰亚胺树脂(PI)、双马来酰亚胺树脂(BMI)
必读与参考书目
必读教材：《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，2019年6月
参考书目： 1、《不饱和聚酯树脂及其应用》
沈开猷主编，化学工业出版社，2019年1月；
2、《环氧树脂生产与应用》
王德中主编，化学工业出版社，2019年6月；
影响树脂耐溶剂介质能力的最根本的内因是组成 体系的化学结构所决定，相互间极性大小、电负性 与相互间溶剂化能力都影响耐化学腐蚀性能。（相 似相溶原理：溶解度参数相近）
结论：一般树脂的极性越弱，交联密度越 大，耐介质腐蚀性越好。
1.3.4 电性能
树脂分子由共价键组成，是一种优良的绝缘材料。 影响树脂电绝缘性能的因素有两个： 一是大分子链的极性；二是已固化树脂中杂质的 存在。 1 ）树脂大分子链中极性基团越多，极性越强，则 电绝缘性越差； 2）已固化树脂中的杂质越少，则电性能越好。
谢谢！
电性能参数
体积电阻率（ρ v ）、 表面电阻率（ρ s ）、 介电常数（ε ）、 介质损耗角正切（tgδ ） 击穿强度
1.4 聚合物的分类
1）按大分子形态可分为： 线性、支链、部分交联、交联网状结构
聚合物基复合材料 [兼容模式]
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第一章 绪论
1.1 聚合物基复合材料的发展简史
基体材料: 热固性树脂 增强材料: 硼纤维、碳纤维 70年代出现了Kevlar纤维、碳化硅纤维、氧 化铝纤维 第三阶段: 1980 现代复合材料的成熟应用时期 1982出现了先进热塑性复合材料 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
翘 曲
歪 斜
①改善树脂的浸渍工艺 ②将毡放在准确的位置上 ③用辊子滚压时注意不偏移 ④极端的重叠则需要把毡的末端弄 散 ①树脂的收缩（聚酯树脂的最大缺点）①改变重叠（搭接）位置 ②其收缩的程度也因作业条件不同而 ②减慢固化速度 大幅度变化 ③固化完全后再脱模 ④冷却之后再脱模 ⑤如有可能添加补强材料 ⑥使用低收缩树脂 ⑦改变固化剂 ⑧尽量提高玻璃纤维含量 ⑨修整成型模具，脱模后支架存放 ①模具固定时的偏移 ①将模具制作得坚固些 ②脱模后的放置方法不当 ②固定模具时要水平（在模具上划 好基准线） ③脱模后以正确的姿态放置
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
第二章 聚合物基体材料
第三章 聚合物基复合材料制造工艺
3.1 3 1 引言 聚合物基复合材料成型工艺之特点:
●
材料的形成与制品的形成是同时完成的 复合材料的生产 材料的形成与制品的形成是同时完成的。复合材料的生产 过程也就是复合材料制品的生产过程。 复合材料的成型比较方便。
3.2.1 原材料的准备 ● 玻璃纤维织物的准备 玻璃布预先剪裁。简单形状按尺寸剪裁，复杂形状则可 利用厚纸制的样板剪裁 利用厚纸制的样板剪裁。
◇
◇
◇
◇
要求各向同性的制品，应注意将玻璃布按经纬纵横交 替铺放。 替铺放 对于一些形状复杂的制件，玻璃布的微小变形不能满足 要求时 有时必须将玻璃布在适当部位剪开 应尽量少 要求时，有时必须将玻璃布在适当部位剪开，应尽量少 剪开，并把剪开部位在层间错开。 玻璃布可采用对接或搭接（搭接长一般为 50 mm)，接 接 缝应在层间错开。 糊制圆环形制品时 沿布的经向成45°角将布剪成布带 糊制圆环形制品时，沿布的经向成 角将布剪成布带， 然后利用在45°角方向易变形的特点，糊成圆环。
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
复合材料聚合物基体
具有多种结构和性能。
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
1 2 3
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。
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
1 2 3
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。
1.1-1.5 复合材料及其聚合物基体概论
基体对水、酸和碱的抵抗能力一般比玻纤好，而 对有机溶剂的抵抗能力要比玻纤差。树脂和介 质之间作用引起的腐蚀，主要有物理作用与化学作 用。
物理作用：指树脂吸附介质引起溶胀或溶解导致 树脂结构破坏，性能下降。
化学作用：指树脂分子在介质作用下引起化学键 的破坏。或生成新的化学键而导致结构破坏，性能 下降。
历经20年，我国玻璃钢/复合材料年产量已超过日本、 欧洲，跃居世界第二大国，显示了当今我国FRP行业的活 力。
1986-2006，我国玻璃钢（热固性）增长51倍。总量 在上世纪90年代末期超过德国，本世纪初超过日本，热固 性玻璃钢已超过欧洲总和。我国玻璃钢的总产量现仅次于 美国（美国2005年热固性玻璃钢186万吨，热塑性玻璃钢 140万吨）。
影响树脂耐溶剂介质能力的最根本的内因是组成 体系的化学结构所决定，相互间极性大小、电负性 与相互间溶剂化能力都影响耐化学腐蚀性能。（相 似相溶原理：溶解度参数相近）
结论：一般树脂的极性越弱，交联密度越 大，耐介质腐蚀性越好。
1.3.4 电性能
树脂分子由共价键组成，是一种优良的绝缘材料。 影响树脂电绝缘性能的因素有两个： 一是大分子链的极性；二是已固化树脂中杂质的 存在。 1 ）树脂大分子链中极性基团越多，极性越强，则 电绝缘性越差； 2）已固化树脂中的杂质越少，则电性能越好。
例：玻璃钢、水泥砂浆、钢筋混凝土、篱笆等都是复合 材料。
复合材料的分类
1、按基体材料类型分为 聚合物基复合材料（PMC） 金属基复合材料（MMC） 无机非金属基复合材料，包括陶瓷基复合材料 和水泥基复合材料（CMC）等 2、按增强材料类型分为 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料 芳纶（Kevlar）纤维增强复合材料 UHMW-PE纤维增强复合材料等 3、按用途分为 结构复合材料、功能复合材料、 结构功能一体化复合材料
物理作用：指树脂吸附介质引起溶胀或溶解导致 树脂结构破坏，性能下降。
化学作用：指树脂分子在介质作用下引起化学键 的破坏。或生成新的化学键而导致结构破坏，性能 下降。
历经20年，我国玻璃钢/复合材料年产量已超过日本、 欧洲，跃居世界第二大国，显示了当今我国FRP行业的活 力。
1986-2006，我国玻璃钢（热固性）增长51倍。总量 在上世纪90年代末期超过德国，本世纪初超过日本，热固 性玻璃钢已超过欧洲总和。我国玻璃钢的总产量现仅次于 美国（美国2005年热固性玻璃钢186万吨，热塑性玻璃钢 140万吨）。
影响树脂耐溶剂介质能力的最根本的内因是组成 体系的化学结构所决定，相互间极性大小、电负性 与相互间溶剂化能力都影响耐化学腐蚀性能。（相 似相溶原理：溶解度参数相近）
结论：一般树脂的极性越弱，交联密度越 大，耐介质腐蚀性越好。
1.3.4 电性能
树脂分子由共价键组成，是一种优良的绝缘材料。 影响树脂电绝缘性能的因素有两个： 一是大分子链的极性；二是已固化树脂中杂质的 存在。 1 ）树脂大分子链中极性基团越多，极性越强，则 电绝缘性越差； 2）已固化树脂中的杂质越少，则电性能越好。
例：玻璃钢、水泥砂浆、钢筋混凝土、篱笆等都是复合 材料。
复合材料的分类
1、按基体材料类型分为 聚合物基复合材料（PMC） 金属基复合材料（MMC） 无机非金属基复合材料，包括陶瓷基复合材料 和水泥基复合材料（CMC）等 2、按增强材料类型分为 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料 芳纶（Kevlar）纤维增强复合材料 UHMW-PE纤维增强复合材料等 3、按用途分为 结构复合材料、功能复合材料、 结构功能一体化复合材料
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1.3.1 力学性能
1、强度与模量 决定聚合物强度的主要因素是分子内和分子间作
用力。聚合物材料的破坏，是由主链上化学键的断 裂或是聚合物分子链间相互作用力的破坏造成。
基体的粘结力和模量是支配基体传递应力的两个 最重要的因素。这两个因素联合作用，可影响到复 合材料拉伸时的破坏形式。
2、树脂的内聚强度与其结构的关系
1）固化剂（引发剂/促进剂）：固化成形， 使聚合物由线型结构变成体型结构。
2）稀释剂：降低树脂粘度。有活性与非 活性之分。
3）增韧剂：降低脆性，提高韧性。有活 性与非活性之分。
4）触变剂：提高树脂在静态下的粘度。 用于立面成型。
5）填料：改善性能，降低成本。 6）颜料：着色。
1.3 基体材料的基本性能
学习内容
1、三大热固性树脂及其常用固化剂（重点）
不饱和聚酯树脂（UPR）、环氧树脂（EP）、酚醛 树脂（PH）、乙烯基酯树脂（VER）
2、其它热固性树脂（自学）
呋喃树脂（FR）、有机硅树脂（SR）、聚氨酯树脂 （PUR）
3、常用热塑性树脂（一般介绍）
聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、 聚苯乙烯（PS）、ABS树脂
例：玻璃钢、水泥砂浆、钢筋混凝土、篱笆等都是复合 材料。
复合材料的分类
1、按基体材料类型分为 聚合物基复合材料（PMC） 金属基复合材料（MMC） 无机非金属基复合材料，包括陶瓷基复合材料 和水泥基复合材料（CMC）等 2、按增强材料类型分为 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料 芳纶（Kevlar）纤维增强复合材料 UHMW-PE纤维增强复合材料等 3、按用途分为 结构复合材料、功能复合材料、 结构功能一体化复合材料
复合材料的组成与特点
复合材料是一种多相材料。 包含三种基本的物理 相： 基体相：连续相材料 增强相：分散相材料 界面相：增强相与基体相之间的交界面 特 点：非均质材料，
各向异性（inhomogenous）。
PMC（材料与制品）组成关系
基体材料 增强材料 辅助材料
产品及结构设计 制品
加工工艺
与传统材料相比，复合材料既是一种材料，也是一种 结构，而且材料、结构、功能具有一致性。这种材料和结 构特性，只能通过具体的制品才能得以体现，因此无论是 从事复合材料理论研究，还是工程技术研究的目标都是研 制出更能发挥材料特性与效率的制品及制备方法。
材料
测试
制品
结构
工艺
复合材料制品与各要素关系图
问题1 基体材料在复合材料中所起的 作用是什么？
基体材料在复合材料中的作用
1、粘结作用
基体材料作为连续相，把单根纤维粘成一个整体， 使纤维共同承载。
2、均衡载荷、传递载荷
在复合材料受力时，力通过基体传给纤维。
3、保护纤维
在复合材料的生产与应用中，基体可以防止纤维 受到磨损、遭受浸蚀。
教学目的及要求
教学目的：使学生掌握以下三方面的内容 1、聚合物基复合材料中基体材料的种类、合成原理、 合成工艺方法、性能特点及应用； 2、各类聚合物基体常用固化剂的种类、固化机理、 性能特点及应用； 3、分子结构对性能的影响（重点领会）。 教学要求：学以致用。能灵活应用所学知识指导将 来研究与工作实践。
未固化的树脂，呈线性结构，相对分子质量不大，此时 内聚强度很低；
由于固化反应的进行，分子量逐渐增大，分子间力随之 增大，强度有所升高；当固化反应进一步进行，树脂分子 间产生交联，此时相对分子质量急剧增加，以至机械强度 随之迅速提高；
若固化反应继续进行，树脂强度则逐渐增加到相对稳定 的数值，如果继续使交联密度增加到很大，树脂形变能力 减弱，呈现脆性。
4、高性能树脂基体（一般介绍）
聚酰亚胺树脂(PI)、双马来酰亚胺树脂(BMI)
必读与参考书目
必读教材：《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，2019年6月
参考书目： 1、《不饱和聚酯树脂及其应用》
沈开猷主编，化学工业出版社，2019年1月；
2、《环氧树脂生产与应用》
王德中主编，化学工业出版社，2019年6月；
1.1 复合材料的定义、组成及特点
简而言之，复合材料是指将两种或两种以上不同性能 的材料，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。
材料界资深专家、两院院士师昌绪在《材料大词典》 中给出比较全面完整的定义：复合材料是由有机高分子、 无机非金属或金属等几类不同的材料通过复合工艺组合而 成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通 过复合效应获得原组分所不具备的特殊性能。可以通过材 料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联。从而获得新 的优越性能，与一般材料简单混合有本质的区别。
重要性次序：使用性能＞工艺性能＞经济性
1.2 基体材料的基本组分及其作用
1、聚合物 是基体的主要组分，对复合材料的工艺性能 和成型方法起决定作用。 如：UP、EP、PP、PVC等。
2、助剂 改进工艺性能、或降低成本。 如：固化剂（引发剂/促进剂）、稀释剂、增 韧剂（增塑剂）、触变剂、填料和颜料等。
3、《热固性树脂》
Rudolf Riesen 著，陆立明译，东华大学出版社，2019年11月
第一章 概论
1.1 复合材料的定义、组成及特点 1.2 基体材料的组分及其作用 1.3 基体材料的基本性能（重点） 1.4 聚合物的分类 1.5 聚合物及其复合材料发展历程 1.6 PMC主要性能特点（重点） 1.7 PMC的应用
问题2 由基体起主导作用的复合材料 性能有哪些？
由基体起主导作用的复合材料性能
（1）成型工艺性能； （2）耐热性； （3）耐腐蚀性； （4）纵向压缩强度； （5）层间剪切强度 。
基体材料系统的选配原则
基体材料从使用性能、工艺性能以及经济性三方 面统筹考虑，择优选用。 （1）使用性能（性能） （2）工艺性能（工艺） （3）经济性（成本）
3、树脂的断裂伸长率与结构的关系
1）大分子链的柔顺性：由C－C键组成的脂肪链 是柔性链的代表，具有柔性链结构的树脂，伸长 率较大；具有刚性链结构（苯环、萘环、联苯环 等）的树脂，具有相当大的刚性，伸长率较小。
2）大分子链间的交联密度：交联密度越大，树脂 的伸长率越小，呈现脆性。
1、强度与模量 决定聚合物强度的主要因素是分子内和分子间作
用力。聚合物材料的破坏，是由主链上化学键的断 裂或是聚合物分子链间相互作用力的破坏造成。
基体的粘结力和模量是支配基体传递应力的两个 最重要的因素。这两个因素联合作用，可影响到复 合材料拉伸时的破坏形式。
2、树脂的内聚强度与其结构的关系
1）固化剂（引发剂/促进剂）：固化成形， 使聚合物由线型结构变成体型结构。
2）稀释剂：降低树脂粘度。有活性与非 活性之分。
3）增韧剂：降低脆性，提高韧性。有活 性与非活性之分。
4）触变剂：提高树脂在静态下的粘度。 用于立面成型。
5）填料：改善性能，降低成本。 6）颜料：着色。
1.3 基体材料的基本性能
学习内容
1、三大热固性树脂及其常用固化剂（重点）
不饱和聚酯树脂（UPR）、环氧树脂（EP）、酚醛 树脂（PH）、乙烯基酯树脂（VER）
2、其它热固性树脂（自学）
呋喃树脂（FR）、有机硅树脂（SR）、聚氨酯树脂 （PUR）
3、常用热塑性树脂（一般介绍）
聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、 聚苯乙烯（PS）、ABS树脂
例：玻璃钢、水泥砂浆、钢筋混凝土、篱笆等都是复合 材料。
复合材料的分类
1、按基体材料类型分为 聚合物基复合材料（PMC） 金属基复合材料（MMC） 无机非金属基复合材料，包括陶瓷基复合材料 和水泥基复合材料（CMC）等 2、按增强材料类型分为 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料 芳纶（Kevlar）纤维增强复合材料 UHMW-PE纤维增强复合材料等 3、按用途分为 结构复合材料、功能复合材料、 结构功能一体化复合材料
复合材料的组成与特点
复合材料是一种多相材料。 包含三种基本的物理 相： 基体相：连续相材料 增强相：分散相材料 界面相：增强相与基体相之间的交界面 特 点：非均质材料，
各向异性（inhomogenous）。
PMC（材料与制品）组成关系
基体材料 增强材料 辅助材料
产品及结构设计 制品
加工工艺
与传统材料相比，复合材料既是一种材料，也是一种 结构，而且材料、结构、功能具有一致性。这种材料和结 构特性，只能通过具体的制品才能得以体现，因此无论是 从事复合材料理论研究，还是工程技术研究的目标都是研 制出更能发挥材料特性与效率的制品及制备方法。
材料
测试
制品
结构
工艺
复合材料制品与各要素关系图
问题1 基体材料在复合材料中所起的 作用是什么？
基体材料在复合材料中的作用
1、粘结作用
基体材料作为连续相，把单根纤维粘成一个整体， 使纤维共同承载。
2、均衡载荷、传递载荷
在复合材料受力时，力通过基体传给纤维。
3、保护纤维
在复合材料的生产与应用中，基体可以防止纤维 受到磨损、遭受浸蚀。
教学目的及要求
教学目的：使学生掌握以下三方面的内容 1、聚合物基复合材料中基体材料的种类、合成原理、 合成工艺方法、性能特点及应用； 2、各类聚合物基体常用固化剂的种类、固化机理、 性能特点及应用； 3、分子结构对性能的影响（重点领会）。 教学要求：学以致用。能灵活应用所学知识指导将 来研究与工作实践。
未固化的树脂，呈线性结构，相对分子质量不大，此时 内聚强度很低；
由于固化反应的进行，分子量逐渐增大，分子间力随之 增大，强度有所升高；当固化反应进一步进行，树脂分子 间产生交联，此时相对分子质量急剧增加，以至机械强度 随之迅速提高；
若固化反应继续进行，树脂强度则逐渐增加到相对稳定 的数值，如果继续使交联密度增加到很大，树脂形变能力 减弱，呈现脆性。
4、高性能树脂基体（一般介绍）
聚酰亚胺树脂(PI)、双马来酰亚胺树脂(BMI)
必读与参考书目
必读教材：《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，2019年6月
参考书目： 1、《不饱和聚酯树脂及其应用》
沈开猷主编，化学工业出版社，2019年1月；
2、《环氧树脂生产与应用》
王德中主编，化学工业出版社，2019年6月；
1.1 复合材料的定义、组成及特点
简而言之，复合材料是指将两种或两种以上不同性能 的材料，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。
材料界资深专家、两院院士师昌绪在《材料大词典》 中给出比较全面完整的定义：复合材料是由有机高分子、 无机非金属或金属等几类不同的材料通过复合工艺组合而 成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通 过复合效应获得原组分所不具备的特殊性能。可以通过材 料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联。从而获得新 的优越性能，与一般材料简单混合有本质的区别。
重要性次序：使用性能＞工艺性能＞经济性
1.2 基体材料的基本组分及其作用
1、聚合物 是基体的主要组分，对复合材料的工艺性能 和成型方法起决定作用。 如：UP、EP、PP、PVC等。
2、助剂 改进工艺性能、或降低成本。 如：固化剂（引发剂/促进剂）、稀释剂、增 韧剂（增塑剂）、触变剂、填料和颜料等。
3、《热固性树脂》
Rudolf Riesen 著，陆立明译，东华大学出版社，2019年11月
第一章 概论
1.1 复合材料的定义、组成及特点 1.2 基体材料的组分及其作用 1.3 基体材料的基本性能（重点） 1.4 聚合物的分类 1.5 聚合物及其复合材料发展历程 1.6 PMC主要性能特点（重点） 1.7 PMC的应用
问题2 由基体起主导作用的复合材料 性能有哪些？
由基体起主导作用的复合材料性能
（1）成型工艺性能； （2）耐热性； （3）耐腐蚀性； （4）纵向压缩强度； （5）层间剪切强度 。
基体材料系统的选配原则
基体材料从使用性能、工艺性能以及经济性三方 面统筹考虑，择优选用。 （1）使用性能（性能） （2）工艺性能（工艺） （3）经济性（成本）
3、树脂的断裂伸长率与结构的关系
1）大分子链的柔顺性：由C－C键组成的脂肪链 是柔性链的代表，具有柔性链结构的树脂，伸长 率较大；具有刚性链结构（苯环、萘环、联苯环 等）的树脂，具有相当大的刚性，伸长率较小。
2）大分子链间的交联密度：交联密度越大，树脂 的伸长率越小，呈现脆性。