聚合物基复合材料-基体材料

HPU-CMSE
第3章 基体材料
材料科学与工程学院 高分子专业

第三章 PMC基体材料
本章教学目的：
‹熟悉基体材料的基本性能 ‹了解基体材料的工艺性 ‹掌握不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂性能、用途、合成及固 化过程 ‹了解高性能树脂性能和用途
本章重点难点：
不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂性能、用途、合成及固化过程
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3.1 概述
力学-纵向拉伸
复合材料： 复 材料 基体+增强体 +其他添加剂
性能 成型工艺
聚合物基体是 合物基体 FRP的一个必需组分。在复合材料成型过 的 个必 组分 在复合材料成型过 程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程 物理、化学变化过程，与增强纤维复 合成具有一定形状的整体，因而整体性能 整体性能直接影响复合材料 性能。
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
1. 聚合物基体 基体材料主要成分 决定复合材料的性能 成型工艺及价格 基体材料主要成分，决定复合材料的性能、成型工艺及价格。 要求：具有较高的力学性能、介电性能、耐热性能和耐老化性 能，并且要施工简单，有良好的工艺性能。 聚合物基体材料的分类 用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热 行为可分为热固性及热塑性两类。
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、
聚醚醚酮等，它们是 等 它们是一类线形或有支链的固态高分子 类线形或有支链的固态高分子，可 可
溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。 按聚集态结构不同，这 类固态高分子有非晶(或无 定形)和结晶两类，而后者 的结晶也是不完全的，通常 的结晶度在20-85％范围。 ％范围
热塑性聚合物的形态特征
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
热固性基体如环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂等， 它们在制成最终产品前 通常为分子量较小的液态或固 它们在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固 态预聚体，经加热或加固化剂发生化学反应固化后，形 成不溶不熔的 三维网状高分子 这 三维网状高分子，这 类基体通常是无定形 的。 热固性聚合物的形态特征
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
2. 辅助剂 ①固化剂 引发剂 促进剂 ①固化剂、引发剂、促进剂 ②稀释剂 降低聚合物基体粘度，便于施工。 降低聚合物 体粘度，便于施
非活性稀释剂：不参与树脂固化反应，树脂成型中挥发， 加入量为10 60% 如：丙酮 乙醇 甲苯 苯 加入量为10~60%。如：丙酮、乙醇、甲苯、苯 活性稀释剂：参加树脂固化反应，成为网状结构的组成 部分 加入量为5 10% 如 苯 烯（ 饱和） 环氧 部分，加入量为5-10%。如：苯乙烯（不饱和）、环氧 丙烷丁基醚（环氧）
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
3. 增韧剂、增塑剂 为了降低固化后树脂的脆性，提高冲击强度而加入的组 为了降低固化后树脂的脆性 提高冲击强度而加入的组 分。增塑剂将导致强度和耐热性下降。
邻苯二甲酸酯 磷酸酯 聚酰胺 丁腈橡胶 聚酯等 邻苯二甲酸酯、磷酸酯、聚酰胺、丁腈橡胶、聚酯等。
4. 触变剂 提高树脂在静止状态下的粘度，在外力作用下，树脂又 变成流动性液体 适合于大型产品 尤其在垂直面上使 变成流动性液体。适合于大型产品，尤其在垂直面上使 用，加入量为1~3%。 如 活性SiO2(白炭黑)、膨润土、聚氯乙烯粉。 如：活性 膨润土 聚氯乙烯粉
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
5. 填料 降低成本，改善性能（降低收缩率，提高表 降低成本 改善性能（降低收缩率 提高表 面硬度和耐磨性能、导电、导热等）。 如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉。 滑石粉 石英粉 金属粉 6. 颜料 用量约0.5~5% 颜色鲜明，有耐热性和耐光性；树脂中分 散良好，不影响固化及性能，廉价。一般 选用无机颜料，有机颜料影响树脂固化。
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3.1 概述
3.1.2 基体材料在复合材料中的作用
n粘合纤维，固定位置，均衡载荷，传递载荷，防止
纤维屈曲；
o保护纤维，防止纤维受损； p赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗
辐射）；
q决定复合材料生产工艺、成型方法。
基体对复合材料其他性能，如压缩性能，疲劳性能， 断裂韧性等也有重要影响。 裂 等
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3.1

3.1.3 基体材料的选用原则

概述

酚醛环氧聚酰亚胺使能

聚酯树脂环氧树脂酚醛-环氧、聚酰亚胺

①使用性能

②工艺性能基体材料

综合决定

③经济性

3.2 基体材料的基本性能

3.2.1 力学性能

1. 强度与模量

分子内和分子间作用力

¾分子内和分子间作用力。

基体材料的破坏是主链上的化学键断裂或是分子间相互作用力的破坏。

¾内应力、缺陷

基体的黏结力、模量-------破坏模式

基体的黏结力模量

基体弹性模量低，纤维受拉时单独受力，发展式的纤维断裂，强度很低；

纤维断裂强度很低；

基体弹性模量高，纤维受拉时由于粘接力作用，纤

维表现整体强度高。

维表现整体强度高

3.2 基体材料的基本性能

3.2.1 力学性能

2. 树脂内聚强度与结构的关系

线性分子-黏流态固化量变-质变

线性分子黏流态量变质变

固化程度提高，分子量增大，内聚强度升高；机械强度固化程度提高分子量增大内聚强度升高机械强度增加并达到稳定值；固化程度过高，则树脂形变能力减低，呈现脆性