第十章热塑性复合材料
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势热塑性复合材料是指由热塑性树脂基体和增强材料（如玻璃纤维、碳纤维等）组成的材料。
它具有良好的机械性能、化学稳定性和耐磨性，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
随着科学技术的发展，热塑性复合材料的加工技术也不断推进，应用范围也在不断扩大。
在热塑性复合材料的加工技术方面，目前主要有预浸法、树脂浸渍法和树脂缠绕法等。
预浸法是将热塑性树脂浸渍到增强材料中，形成预浸料，然后通过压塑和热固化等工艺进行成型。
这种加工技术具有成型周期短、生产效率高、成本低等优点，适用于大批量生产。
但是预浸法的工艺控制要求较高，需要保持一定的工艺温度和压力，以确保产品的质量。
树脂浸渍法是将增强材料浸渍到热塑性树脂中，形成蜂巢结构后加热熔融，然后采用压塑成型。
这种加工技术具有成型性能好、质量稳定等优点，适用于复杂产品的生产。
但是树脂浸渍法需要较长的热固化时间，加工周期较长。
树脂缠绕法是将热塑性树脂涂覆在纤维上，通过控制缠绕角度和缠绕层数，形成复杂的形状。
这种加工技术具有成型灵活、节约材料等优点，适用于空间限制较大的产品。
但是树脂缠绕法需要掌握一定的工艺技巧，以确保产品质量。
热塑性复合材料的加工技术在航空航天、汽车等行业得到了广泛的应用。
在航空航天领域，热塑性复合材料可以用于制造机翼、机身等零部件，以提高飞机的载重能力和燃油效率。
在汽车行业，热塑性复合材料可以用于制造车身、底盘等部件，以提高汽车的安全性和节能性能。
随着科学技术的不断进步，热塑性复合材料的加工技术也在不断发展。
一方面，加工工艺越来越精细化和自动化，提高了生产效率和产品质量。
另一方面，新型材料的研发和应用也为热塑性复合材料的加工技术带来了新的发展方向。
例如，纳米级增强材料的应用可以改善热塑性复合材料的力学性能和耐热性能；3D打印技术的应用可以实现复杂形状的制造，提高产品的适应性和精度。
综上所述，热塑性复合材料的加工技术在应用和发展方向上都取得了很大的进展。
热固性复合材料与热塑性复合材料
热固性复合材料与热塑性复合材料热固性复合材料与热塑性复合材料1热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是应⽤⼗分⼴泛的复合型材料，这种材料是经过复合⽽成，在多⾼科技产品中都得到了⼴泛的应⽤与研究，例如在⼤型客运机的应⽤中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞⾏过程中的阻碍，热固性树脂具有⾮常优异的开发潜能，其应⽤领域也会在其改性后得到更⼤的发展。
典型的热固性树脂复合材料分为以下⼏种：（1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西化学公司，道化学公司等⼀系列⼤型化学公司都先后研制成功了新⼀代的酚醛树脂复合材料。
其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。
在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究⼈员重新设计思路，在加⼊不饱和键等其他基团条件下，提⾼了反应速度，减少了挥发组分。
使酚醛树脂复合材料在其应⽤领域得到⼤⼒发展。
(2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本⾝的弱点，研究⼈员对其进⾏了两⾯的改性研究，⼀⾯是改善湿热性能提⾼其使⽤温度;另⼀⾯则是提⾼韧性，进⽽提⾼复合材料的损伤容限。
含有环氧树脂所制备的复合材料⼰经⼤⼒应⽤到机翼、机⾝等⼤型主承⼒构件上。
(3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐⾼温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数⼩等优异性能，所以这种树脂则会⼴泛运⽤在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。
(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有⾼⽐强度，⽐模量以及优异的热氧化稳定性。
其在航空发动机上得到了⼴泛应⽤，主要可明显减轻发动机重量，提⾼发动机推重⽐。
所以在航天航空领域得到了⼤⼒的发展和运⽤。
2热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料:其⾃⾝中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及⼀些助剂组成。
在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯⼄烯、聚⼄烯、聚丙烯、聚苯⼄烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。
热固性复合材料与热塑性复合材料
热固性复合材料与热塑性复合材料1热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。
典型的热固性树脂复合材料分为以下几种：（1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。
其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。
在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。
使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。
(2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两面的改性研究，一面是改善湿热性能提高其使用温度;另一面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。
含有环氧树脂所制备的复合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。
(3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。
(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。
其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。
所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。
2热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。
在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。
热塑性复合材料及其工艺
具有优良的力学性能、耐腐蚀性、绝 缘性、重量轻、易加工成型等特性。
分类与组成
分类
根据基体材料的不同，热塑性复合材料可分为聚合物基、无机非金属基和金属 基等。
组成
通常由增强材料、基体材料和各种添加剂组成，其中增强材料提供强度和刚度， 基体材料提供塑性和韧性。
历史与发展
历史
自20世纪50年代以来，热塑性复合材料的研究和应用逐渐受 到重视，随着科技的发展和环保意识的提高，热塑性复合材 料的应用领域不断扩大。
建筑行业
建筑模板
热塑性复合材料可用于建筑模板的制造 ，具有轻便、易加工和可重复使用的特 点。
VS
建筑管道
热塑性复合材料也可用于制造建筑管道， 如雨水管、排水管等，具有耐腐蚀、寿命 长的优点。
其他领域
医疗器械
热塑性复合材料可用于制造医疗器械，如导管、支架等，具有生物相容性好、耐高温和耐腐蚀的优点 。
挤出成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、可连续生 产等优点，广泛应用于管材、型材、板材等产品的生产。
注射成型工艺
01
注射成型工艺是一种将热塑性复 合材料加热至熔融状态，然后通 过注射机注入模具，冷却固化后 得到制品的加工方法。
02
注射成型工艺具有生产效率高、 制品尺寸精度高、可生产复杂结 构制品等优点，广泛应用于汽车 、电子、家电等领域。
加工效率高
热塑性复合材料的加工效率较高，能够提高 生产效率，降低生产成本。
市场接受度挑战
认知度低
相对于传统的金属和塑料材料，热塑性复合 材料的认知度较低，需要加强宣传和推广。
价格较高
热塑性复合材料的价格相对较高，可能会影 响其在某些领域的应用和推广。
技术成熟度挑战
热塑性复合材料介绍及其在真空RTM类成型技术应用概况
• 随着聚酰胺(PA)，聚甲醛(POM) 等工程塑料的应用扩大， 以及新型工程塑料PET，PES，PPS，PEEK等相继问世；结 合高性能玻璃纤维，芳纶纤维及碳纤维，成为新一代复合 材料，应用扩大至汽车，石油化工，机械等工业领域的次 结构件。
热塑性复合材料种类：
1. 短纤维增强热塑性复合材料 (SFRT)
• 根据产品的构造，短纤维热塑性复合材料制品的生产主要 采用挤出成型及注塑成型工艺。挤出成型生产线形材料， 管，板等产品；注塑成型则用于生产各种形状，大小不等 的产品，如精密仪器零件 到 汽车保险杠等。
• SFRT 用的原料，不论挤出或是注塑用的，一般都要经过造 粒过程。
热塑性复合材料种类：
2. 长纤维增强热塑性复合材料 (LFRT)
• 作为半结构及结构材料，LFRT的开发目标是工业和民用的 各个领域，包括汽车，器械，通讯，电气电子，建筑等。
• 在欧洲的LFRT 的总用量中，汽车部件应用占到80%，已成 为前端组件，车门部件，仪表板支架，车底防护件及其他 结构件的标准材料。
• 20世纪70年代，中长玻璃纤维毡增强聚丙烯的热塑片材 (GMT)诞生，开始了长纤维增强热塑性复合材料的工业化。
• 至80年代初期，出现了长纤维增强热塑性复合材料粒料 • 90年代初期，出现了直接法长纤维热塑性复材成型工艺。
• 由于此类产品在汽车工业领域广泛应用，尤其作为可回收 再利用的材料，长纤维增强复材已经成为复合材料行业增 速最快的产业之一。
5. 成型压力低，成型模具费用低 6. 无存放条件限制 7. 废料可以重新回收利用 8. 简化成型工艺环节（针对形状复杂的金属部件而言） 9. 具有可重复/多次成型的特性
热塑性复合材料
热塑性复合材料一、热塑性复合材料的现状和发展趋势热塑性复合材料可在熔融状态下可成为无定形状的制品，并可再加热熔融而制成另一种形状的制品，还可重复多次再生使用而其物理机械性能不发生显著的变化。
另外，它可一次性制成形状十分复杂而尺寸十分精密的制品，生产周期仅需数分钟。
由于热塑性塑料经过增强后，性能大为提高，有些机械性能已跨进了金属强度的范围，从而大大扩展了复合材料的使用范围，可以代替金属和木材。
热塑性复合材料抗冲击损伤容限高，冲击后残余压缩强度比热固性复合材料大，并且热塑性复合材料具有好的热压缩强度。
由于热塑性复合材料加工中的高温和高粘度，所使用的模具成本高，而且热塑性树脂高温强度和化学稳定性不如热固性树脂，加上使用经验不足，应用还不十分广泛。
在过去5年里，全球热塑性复合材料（TPC市场需求显著增长，预计未来5年全球TPC出货量将以5.9%的速度增长，2014年TPC市场将达到62亿美元。
全球领先的管理咨询和市场研究机构Lucintel公司对世界TPC市场进行全面分析后，发表了一份题为《2009~2014年全球热塑性复合材料市场的机遇：趋势、展望与机会分析》的研究报告。
按照这项研究，最近5年TPC的热点是LFT即长纤维增强TPC应用。
运输行业成为TPC最大的市场，超过了消费品市场。
为了获得竞争优势，材料供应商已经将技术开发重点放在客户定制解决方案上，秉承以客户需求为导向、以创新为推动的发展战略，从而实现更广泛的市场渗透。
文中还指出，TPC供应商必须理顺价格，改善加工性能、产品性能，提高生产效率以及产品回收率。
二、热塑性复合材料的应用（1）作为金属材料的取代物多年以来，热塑性复合材料正在替代轿车和轻型货车上的金属部件，这不仅仅是为了获得美观的外壳，更主要的是集成起来的组件可以降低重量和成本，并且大大简化了生产线的操作。
具体说来其优点如下：降低成本一用热塑性复合材料制造零件部件，使原先需组合的零件简化成一个整体部件，从而提高生产效率，降低废/次品率，最终降低成本。
热塑复合材料
热塑复合材料热塑复合材料是一种由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料，它具有独特的性能和优势，被广泛应用于工程领域。
热塑复合材料由热塑性树脂和增强材料组成，通过热压或注塑工艺制成。
本文将重点介绍热塑复合材料的特点、应用领域和发展趋势。
首先，热塑复合材料具有优异的性能。
由于其由热塑性树脂和增强材料组成，因此具有优异的机械性能和耐热性能。
同时，热塑复合材料还具有较好的耐腐蚀性和耐磨性，能够在恶劣环境下长期使用。
此外，热塑复合材料还具有较好的成型性能，可以通过热压或注塑工艺轻松制成各种形状的制品，满足不同工程需求。
其次，热塑复合材料在工程领域有着广泛的应用。
由于其优异的性能，热塑复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑结构、电子设备等领域。
在航空航天领域，热塑复合材料可以制成轻量化的航空零部件，提高飞行器的燃油效率和飞行性能。
在汽车制造领域，热塑复合材料可以制成车身结构和内饰件，降低汽车的整体重量，提高燃油经济性。
在建筑结构领域，热塑复合材料可以制成各种结构件，提高建筑物的抗风抗震能力。
在电子设备领域，热塑复合材料可以制成外壳和散热片，提高设备的散热效果。
最后，热塑复合材料的发展趋势是多样化和高性能化。
随着科技的不断进步，热塑复合材料的种类和性能将不断提升。
未来，热塑复合材料将向着多样化和高性能化的方向发展，不仅可以制成普通结构件，还可以制成具有特殊功能的材料，如导热、导电、阻燃等。
同时，热塑复合材料的制造工艺也将不断改进，降低成本，提高生产效率，推动热塑复合材料的广泛应用。
综上所述，热塑复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，是一种具有发展潜力的新型材料。
随着科技的不断进步，相信热塑复合材料将在未来得到更广泛的应用，为工程领域带来更多的创新和发展。
短纤维增强FRTP成型方法
类
及
特
性
第十章 热塑性复合材料
课件
10.1.2 FRTP的成型方法
10.1.2 FRTP
(1) 短纤维增强FRTP成型方法：
1) 注射成型工艺 2) 挤出成型工艺
(2) 连续纤维及长纤维增强FRTP成型方法
1) 片状模塑料冲压成型工艺
的 成 型
2) 预浸料模压成型工艺
3) 片状模塑料真空成型工艺 4) 预浸纱缠绕成型工艺
的
粘度和拉伸粘度。
成 型
剪切速率↑，熔体粘度↓
性
挤压力↑，熔体流动速率↑
能
第十章 热塑性复合材料
课件
10.2.1
2 可模塑性 树脂在温度和压力作用下，产 生变形充满模具的成型能力。
取决于树脂流变性、热性能和力学性能等
树
脂 基
T↑，流动性↑
体
的
成 P↑，流动性↑
型
性
能
充模能力强， T过高，收缩率↑，易分解
方
5) 拉挤成型工艺
法
主要用途：汽车制造、机电工业、化工防腐、建筑工程等。
10.2 FRTP
第十章 热塑性复合材料
10.2 热塑性复合材料成型工艺理论基础
FRTP的成型过程 使物料变形或流动
充满模具并取得所需形状
保持形状成为制品
的
成 FRTP成型的基础理论
型
工
树脂基体的成型性能
艺 理
聚合物熔体的流变性
的
成
型
性
能
第十章 热塑性复合材料
课件
10.2.1
4. 热塑性聚合物的物理状态与温度关系
玻璃态、高弹态、粘流态
物态的变化受其化学组成，分子结构，所受
热塑性复合材料
热塑性复合材料
热塑性复合材料是一种由连续纤维增强材料和热塑性树脂组成的复合材料。
在
这种材料中，连续纤维通常是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，而热塑性树脂可以是聚丙烯、聚酰胺或聚酯等。
热塑性复合材料因其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能而得到广泛应用。
首先，热塑性复合材料的优异力学性能是其最大的特点之一。
由于连续纤维的
加入，使得复合材料具有很高的强度和刚度，能够承受较大的载荷。
同时，热塑性树脂的良好粘合性能也能有效地传递载荷，提高材料的整体性能。
这使得热塑性复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。
其次，热塑性复合材料具有良好的耐高温性能。
热塑性树脂在高温下依然能够
保持较好的力学性能，不会出现软化或熔化的情况。
这使得热塑性复合材料能够在高温环境下长期稳定地工作，满足特殊工况下的使用需求。
因此，热塑性复合材料在航空航天领域的发展中扮演着重要的角色。
另外，热塑性复合材料还具有良好的成型加工性能。
由于热塑性树脂的特性，
热塑性复合材料可以通过热压成型、注塑成型等工艺进行成型加工，制作出各种复杂的结构件。
这种灵活的加工性能使得热塑性复合材料在制造领域得到了广泛的应用，为产品的设计和制造提供了更多的可能性。
总的来说，热塑性复合材料以其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，相信热塑性复合材料将会有更广阔的发展前景，为各个领域的发展提供更多的支持和保障。
热塑性复合材料成型工艺
热塑性复合材料成型工艺热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP（Fiber Rinforced Thermo Plastics）。
由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。
从生产工艺角度分析，塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类：（1）短纤维增强复合材料①注射成型工艺；②挤出成型工艺；③离心成型工艺。
（2）连续纤维增强及长纤维增强复合材料①预浸料模压成型；②片状模塑料冲压成型；③片状模塑料真空成型；④预浸纱缠绕成型；⑤拉挤成型。
热塑性复合材料的特殊性能如下：（1）密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。
它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。
一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。
（2）性能可设计性的自由度大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。
由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。
（3）热性能一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。
尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热形温度可提高到190℃。
聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。
热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4～1/2，能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。
其导热系数为0.3～0.36W(㎡·K)，与热固性复合材料相似。
（4）耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定，热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点，因此，可以根据复合材料的使用环境和介质条件，对基体树脂进行优选，一般都能满足使用要求。
热塑性复合材料的应用研究
优势分析
5、可持续性好：这种材料具有较好的可回收性，能够在生产和使用过程中实 现资源的高效利用，符合绿色发展的要求。
未来展望
未来展望
随着科学技术的不断进步，先进热塑性树脂基复合材料在航天航空领域的应 用前景十分广阔。未来，这种材料将在以下几个方面有更大的发展：
未来展望
1、新一代飞机制造：随着航空工业的发展，新一代飞机对材料的要求更加严 格，先进热塑性树脂基复合材料将在新型飞机设计中得到更广泛的应用，提升飞 机的性能和降低成本。
未来展望
4、智能制造：随着智能制造技术的发展，先进热塑性树脂基复合材料的制造 将更加智能化、自动化，提高生产效率，降低成本，推动产业升级。
未来展望
5、绿色环保：未来，环保和可持续发展成为全球的共识，先进热塑性树脂基 复合材料的可回收性和环保性将得到进一步提升，助力航空航天产业的绿色发展。
结论
结论
应用领域
应用领域
在航天航空领域，先进热塑性树脂基复合材料的应用主要包括以下几个方面： 1、飞机制造：飞机结构中需要大量使用轻质、高强度的材料，先进热塑性树 脂基复合材料成为理想的选择。例如，在机翼、尾翼和机身等部位，这种材料能 够显著降低结构重量，提高飞行效率。
应用领域
2、火箭设计：火箭结构需要承受巨大的推力和热量，先进热塑性树脂基复合 材料能够提供卓越的耐高温性能和承载能力。例如，在火箭发动机和箭体结构中， 这种材料可以显著提高火箭的可靠性和安全性。
应用领域
3、卫星制造：卫星结构需要适应严苛的空间环境，先进热塑性树脂基复合材 料具有优秀的耐候性和抗辐射性能。在卫星壳体、太阳能电池板等关键部位，这 种材料可以提高卫星的稳定性和工作效率。
优势分析
优势分析
热塑性复合材料
4)分子链结构对结晶的影响 有利结晶的因素：
A、分子链结构简单、链节小、分子质量适中； B、结构对称，主体规整，主链上不带或少带支链； C、刚柔性及分子间作用力适中。
结晶对制品性能的影响
优点：分子间作用力增大，密度增大，刚度、拉伸强度、 硬度、耐热性增大。抗溶剂性增大，耐化学腐蚀性增大。 缺点：弹性、断裂伸长率、冲击强度降低。 球晶愈大，韧性愈差，制品透明性差； 结晶过多，制品翘曲变形，内应力大，反而使强度降低。
10.3.3 聚合物的结晶和定向
聚合物在成型过程中受到某些条件的作用，能发生结 晶或使结晶度改变，在外力作用下大分子会发生取向。
1 成型过程中聚合物的结晶
（1）聚合物结晶：大分子链段重新排列进入晶格，分子 链段由无规变为有规的松弛过程。
大分子链段的重新排列需要一定的热运动能量和分子间 足够的内聚能量。因此，只有在适当的温度范围内，聚合 物才能形成结晶。聚合物的结晶过程一般发生在Tg～Tm 之间。
树脂的可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸 粘度。 剪切速率↑，熔体粘度↓ 挤压力↑，熔体流动速率↑
2 可模塑性 是指树脂在温度和压力作用下，产生变形 充满模具的成型能力。
取决于树脂流变性、热性能和力学性能等
T↑，流动性↑
充模能力强， T过高，收缩率↑，易分解
易成型
T过低，粘度↑，成型困难。
P↑，流动性↑
（2）聚合物的结态结构模型 a、两相结构模型
模型：聚合物结晶时总不能完全结晶，而只能部分 结晶，是晶区与非晶区同时共存的两相结构。每个长 链高分子贯穿几个晶区与非晶区，在晶区中分子链段 整齐排列成晶体，在非晶区中，大分子呈卷曲无序状 态。
这个模型可用来解释为什么结晶高聚物中晶区尺寸 比高分子链的长度要小得多的实验结果（X－衍射实 验），以及在X－射线衍射图中除了有代表晶态结构 的衍射环外还存在代表非晶态结构的弥散环的实验事 实。但它无法解释为什么有的高聚物结晶速度很快， 如聚乙烯、聚酰胺等高聚物几乎能瞬时结晶，因为一 堆缠结的卷曲大分子链运动是很困难的，它们很难在 极短的时间内相互解开并规整排列形成结晶。
连续纤维增强热塑性复合材料
连续纤维增强热塑性复合材料连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）是一种新型的高性能复合材料，由热塑性树脂基体和连续纤维增强材料组成。
它具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐热、耐磨、抗冲击等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域有着广泛的应用前景。
首先，连续纤维增强热塑性复合材料的制备工艺是关键。
制备工艺包括预浸料制备、层叠成型、热压成型等步骤。
预浸料制备是将纤维材料浸渍于热塑性树脂中，使其充分浸透，然后进行层叠成型，即将预浸料层叠在一起，形成所需的厚度和形状。
最后，通过热压成型，将层叠好的预浸料在一定的温度和压力下进行成型，使其固化成为连续纤维增强热塑性复合材料。
其次，CFRTP的性能主要取决于纤维增强材料的类型和树脂基体的性能。
常见的纤维增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，它们各自具有不同的特点和适用范围。
而树脂基体的选择也至关重要，不同的树脂基体具有不同的耐热性、耐化学腐蚀性、加工性等特点，对最终复合材料的性能有着直接的影响。
此外，CFRTP的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，CFRTP可以用于制造飞机机身、机翼、航天器外壳等部件，由于其重量轻、强度高的特点，可以大幅减轻飞机的自重，提高飞行性能。
在汽车领域，CFRTP可以用于制造汽车车身、底盘等部件，能够提高汽车的燃油经济性和安全性。
在建筑领域，CFRTP可以用于制造高强度、耐久性好的建筑材料，提高建筑物的抗震性和使用寿命。
总的来说，连续纤维增强热塑性复合材料具有广阔的发展前景和应用前景，但是在实际应用中仍然存在一些挑战，如成本较高、大规模生产难度大等。
因此，需要在材料制备工艺、材料性能改进、成本降低等方面进行进一步的研究和探索，以推动连续纤维增强热塑性复合材料的广泛应用和推广。
热塑性复合材料介绍及其在真空RTM类成型技术应用概况
热塑性复合材料种类：
2. 长纤维增强热塑性复合材料 (LFRT)
• 作为半结构及结构材料，LFRT的开发目标是工业和民用的 各个领域，包括汽车，器械，通讯，电气电子，建筑等。
• 在欧洲的LFRT 的总用量中，汽车部件应用占到80%，已成 为前端组件，车门部件，仪表板支架，车底防护件及其他 结构件的标准材料。
热塑性复合材料种类：
1. 短纤维增强热塑性复合材料 (SFRT)
• 根据产品的构造，短纤维热塑性复合材料制品的生产主要 采用挤出成型及注塑成型工艺。挤出成型生产线形材料， 管，板等产品；注塑成型则用于生产各种形状，大小不等 的产品，如精密仪器零件 到 汽车保险杠等。
• SFRT 用的原料，不论挤出或是注塑用的，一般都要经过造 粒过程。
• 随着LFT-D 制备技术的成熟（直接法长纤维增强塑性复合 材料及其制造技术）特别在汽车领域的应用，会比传统 GMT 进一步降低制造成本。在未来5-10年间依然是LFRT 此 类复合材料的迅速发展期。
热塑性复合材料种类：
3. 连续纤维增强热塑性复合材料 (CFRT)
• 20世纪80年代初，随着以聚醚醚酮(PEEK) ，聚苯硫醚(PPS) 为代表的特种工程塑料的商品化，以及航空航天工业对高 耐热性和高韧性树脂基复合材料的需求；连续纤维的浸渍 工艺问题得到突破性的发展，以APC-1 及APC-2为代表的高 性能的先进热塑性复材相继问世，主要用在航空工业领域。
• 21世纪后，碳纤维的产量快速增长，应用得以普及。欧美 国家将连续纤维增强热塑性复合材料及其成型技术的应用 转向民用工业，如汽车部件，体育用品，建筑材料等。
• 近年，汽车工业的高速发展，对汽车复合材料的提出更高 的要求。CFRT 以其轻质高强，抗冲击性能佳，成型时间短， 废料可以回收再利用的优点，欧美国家正致力促进其产业 化及在各民用领域的推广应用。
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势摘要：热塑性复合材料（FRT）具有密度低、强度高、加工快、可回收等突出特点，属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料，已部分替代价格昂贵的工程塑料、热固性复合材料(FRP)以及轻质金属材料（铝镁合金），在飞机、汽车、火车、医疗、体育等方面有广阔应用前景。
本文概述了热塑性复合材料(FRT)的种类、结构和性能特点，并详细介绍了国内外最新加工技术、应用及发展趋势，以及未来面临的障碍和挑战。
复合材料(Composite Material)分为两种主要类型：热固性（聚合物树脂基）复合材料（FRP)和热塑性（聚合物树脂基）复合材料(FRT)，其中，FRT(如GFRT和CFRT, Fiber Weight%:40-85wｔ%)具有密度低（1.1-1.6g/cm3）、强度高、抗冲击好、抗疲劳好、可回收、加工成型快、造价低等突出特点，属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料。
通过选择原材料(纤维和树脂基体)的种类、配比、加工成型方法、纤维(GF,CF)含量和纤维(单丝和编织物)铺层方式进行多组份、多相态、多尺度的宏观与（亚）微观的复合过程（含物理过程和化学过程）可以制备FRT，并根据要求进行复合材料结构与性能的设计和制造，达到不同物理、化学、机械力学和特殊的功能，最终使各种制品具有设计自由度大、尺寸稳定、翘曲度低、抗疲劳、耐蠕变等显著优点，部分替代价格昂贵的工程塑料、非环保F RP和轻质金属材料（如铝镁合金）。
目前，FRT广泛应用在电子、电器、飞机、汽车、火车、能源、船舶、医疗器械、体育运动器材、建筑、军工等工业产品，近年，更随着全球各国对节能减排、环保、可再生循环使用等要求的不断提高，FRT获得更快速发展，相关新材料、新技术、新设备不断涌现。
基本种类根据制品中的最大纤维保留尺寸大小，FRP(GFRT和CFRT)可分为：(1)非连续纤维增强热塑性复合材料(N-CFT)，包括短切纤维增强工程塑料(SFT，最大纤维保留尺寸0.2-0.6mm)；(2)长纤维增强热塑性复合材料(LFT-G，LFT-D，最大纤维保留尺寸5-20mm)；(3)连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics, CFT，最大纤维保留尺寸>20mm;包括：玻纤毡增强型热塑性复合材料GMT)。
第10章 复合材料的界面
10.1.2 增强材料
凡能提高基体材料机械强度、弹性模量
等力学性能的材料称为增强材料。 纤维增强材料： 玻璃纤维、碳纤维、有机纤维，无机纤 维； 连续长纤维、短切纤维、编织纤维、纤 维毡； 颗粒状增强材料：
10.1.3 复合材料的界面
1＋1>2的协同效应 玻璃纤维断裂能
10J/m2; 聚酯的断裂能 100J/m2; 玻璃钢的断裂能 105J/m2; 界面是复合材料产生协同效应的根 本原因。
致性 界面结合性差，层间剪切强度低。
10.1.1聚合物基体
1. 不饱和聚酯
不饱和聚酯树脂是由饱和二元酸(或
酸酐)，不饱和二元酸（或酸酐）与 多元醇缩聚而成的聚酯在乙烯基单 体（如苯乙烯）中的溶液。
• 饱和二元酸或酸酐：
O C O C O
COOH
COOH
• 不饱和二元酸或酸酐
O HC C O HC C O
O
Cl
→R-O-CH2-CH-CH2 OH Cl
→R-O-CH2-CH-CH2 O
缩水甘油胺型环氧树脂
R-NH2＋CH2-CH-CH2
O
→R-NH-CH2-CH-CH2 Cl OH Cl
→R-NH-CH2-CH-CH2 O
缩水甘油酯型环氧树脂
RCOOH＋CH2-CH-CH2→RCOO-CH2-CH-CH2 O Cl OH Cl
Si-OH + OH -
10.2.2 偶联剂
所谓偶联剂是分子中含有两种不同性
质基团的化合物，其中一种基团可与 增强材料发生化学或物理的作用。另 一种基团可与基体发生化学或物理作 用。通过偶联剂的偶联作用，使基体 与增强材料实现良好的界面结合。
热塑性复合材料的合成与性能测试
热塑性复合材料的合成与性能测试随着科技的不断发展，新材料的研发和应用变得越来越重要。
热塑性复合材料是一种优异的材料，它的应用领域十分广泛，例如汽车、航空、医疗等。
因此，对热塑性复合材料的合成与性能测试研究就显得尤为重要。
1. 热塑性复合材料的成分与结构热塑性复合材料是由两种或两种以上的材料组成的。
在这些材料中，基体和增强体是主要成分。
其中，基体通常是高分子材料，例如聚氨酯、聚酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。
增强体通常是无机材料或有机纤维，例如碳纤维、玻璃纤维、萘酚醛树脂等。
在这些材料中，增强体可以在基体中形成均匀的分散体系，从而提高了材料的力学性能和热稳定性。
2. 热塑性复合材料的制备方法热塑性复合材料的制备是一个复杂的过程，需要仔细而周密的设计。
根据相互作用方式的不同，可以将其分为机械混合法、化学反应注塑法、热处理法和电熔法等几种不同的制备方法。
机械混合法是一种简单的制备方法，通过机械剪切或挤压等手段将增强体与基体混合均匀，然后进行成型。
化学反应注塑法是一种新型的制备方法，通过基体中活性基团与增强体中的官能团发生反应，在高温条件下进行化学交联，从而形成强化体系。
热处理法是一种传统的制备方法，通过热处理使增强体和基体之间形成化学键，从而形成强化体系。
这种方法主要适用于高分子基体和无机增强体的制备。
电熔法是一种先进的制备方法，通过电熔使增强体和基体之间形成高度化学键，从而形成强化体系。
这种方法适用于各种复杂的材料体系。
3. 热塑性复合材料的性能测试热塑性复合材料的性能测试是对材料性能的检测和评估，是进行材料研究和应用开发的基础。
对于不同的应用领域和特定需求下，需要对材料进行不同的性能测试。
力学性能测试是最常用的性能测试之一，用于测定材料的强度、刚度和变形等力学性质。
常见的测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和剪切试验。
热性能测试是指材料在高温条件下的性能表现。
对于热塑性复合材料来说，常见的测试方法有热重分析、热膨胀系数测试、热变形温度测试等。
热塑性成型工艺 ppt课件
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例：尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增 强后，热变形温度可提高到190℃。 聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻 纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高 的耐热性，热固性复合材料是达不到的。
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(4)耐化学腐蚀性
复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材 料的性能决定。
加水搅拌成均匀的悬浮料浆，用泵将其输 送到传送网带上，经减压脱水，形成湿毡，再 经干燥、切断、收卷成中间产品。
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热塑性复合材料制品冲压成型工艺及设备
冲压成型工艺分为固态冲压成型和流动态冲压成型 ①固态冲压成型是按样板将片状模塑料剪切成坯料，然后
在加热器内将料片加热到到低于树脂熔点10 ℃ ~ 20 ℃， 装入模内，快速合模加压，冷却脱模，再经修边成制品。 ②流动态冲压成型是先将裁成与制品质量相同的坯料，在 加热器内加热到高于树脂熔点10 ℃ ~ 20 ℃，放入模具 内，快速加压，迫使坯料流动并填满模腔，冷却定型后 脱模成制品。
料筒温度由树脂种类定，纤维增强比纯 树脂稍高，注射压力一般在 80–200MPa。
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卧式注塑机
HTL68
注塑成
型机
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立式注塑机
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注塑产品
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10．3 挤出成型工艺
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10．3 挤出成型工艺
挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应 用较广的工艺之一。
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热塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和 连续纤维增强复合材料两大类
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短纤维增强复合材料
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一般说，用连续纤维增强的热塑性复合材料 的力学性能优于短纤维增强的复合材料。
第十章 热塑性复合材料
10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
热塑性复合材料的特性 (1) 密度小、强度高
ρ钢 ＝ 7.8 g/cm3, ρ热固性CM ＝ 1.7～2.0 g/cm3 ρ热塑性CM ＝ 1.1～1.6 g/cm3 (2) 性能可设计性 与热固性复合材料相比，热塑性树脂种 类多，可选择性大，其可设计性好。 热塑性复合材料的物理性能、化学性能 及力学性能都可以根据使用要求，通过合理 的选择材料及工艺来设计。
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第十章 热塑性复合材料
(3) 耐热性
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10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
一般地其耐热性比热固性树脂差。热塑性复合材 料耐热性一般在 50~100℃ 以下。用玻纤增强后的热塑 性塑料的使用温度可大大提高。例如：尼龙6的热变形 温度为50℃左右，增强后可提高到 190℃以上，高性能 热塑性复合材料的耐热可达250℃以上。
第十章 热塑性复合材料
10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
增强材料在复合材料中的形状
短纤维增强热 长纤维粒料 塑性复合材料 短纤维粒料 连续纤维增强热 塑性复合材料
课件
长0.2～0.7mm，均匀无定向 分布在树脂基体中，纤维含 量30％，力学性能各向同性
连续纤维毡或布，按铺层方向分布， 属非均质材料
第十章 热塑性复合材料
4. 热塑性聚合物的物理状态与温度关系 玻璃态、高弹态、粘流态 物态的变化受其化学组成，分子结构，所受 应力和环境温度的影响 粘
流 态
高弹态
课件
10.2.1 树 脂 基 体 的 成 型 性 能
形 变
玻 璃 态
纺丝 注射 吹塑 挤出 压延 中空吹塑 真空压力成型 热拉伸 冷拉伸
Tx Tg
温度 Tf (Tm)
Td
热塑性聚合物温度－形变曲线与成型方法的关系
第十章 热塑性复合材料
4. 热塑性聚合物的物理状态与温度关系
聚合物力学三态：玻璃态、高弹态、粘流态
课件
10.2.1 体 的 成 型 性 能
非晶态聚合物典型的温度--形变曲线如下图，存在两个斜 率突变区，这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域，分别 树 对应于三种不同的力学状态，三种状态的性能与分子运动特 脂 基 征各有不同。
第十章 热塑性复合材料
(5) 电性能 CM 的电性能取决于树脂基体和增强材料的性 能，其电性能可以根据使用要求进行设计。 热塑性 CM 具有良好的介电性能，优于热固性 CM，不受电磁作用，不反射无线电波。 (6) 加工性能 热塑性 CM 的工艺性能优于热固性 CM ，它可 以多次成型，废料可回收利用等。
易成型
P过高，易溢料和增加制品的内 应力，脱模后变形。 P过低，造成缺料，产生废品。
第十章 热塑性复合材料
3. 可延展性 高弹态聚合物受单向或 双向拉伸时的变形能力
课件
10.2.1 树 脂 基 体 的 成 型 性 能
线型聚合物的可延展性取决于分子长链结构和柔顺性 拉伸在Tg附近，称为冷拉伸 拉伸在Tg以上，称为热拉伸
线膨胀系数比未增强塑料低 1/4~1/2 ，可降低制品 成型过程中的收缩率，使产品的尺寸精度提高。
导热系数：0.3～0.36 w/m.k 与热固性CM相当
第十章 热塑性复合材料
(4) 耐化学腐蚀性
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10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
CM的耐化学腐蚀性能一般取决于基体材料的特性。 热塑性树脂的耐腐蚀品种较热固性树脂多。耐腐蚀性较 好的热塑性树脂有：氟塑料、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙 烯、聚氯乙稀等。 热塑性复合材料的耐水性普遍比热固性复合材料好
第十章 热塑性复合材料
10 热塑性复合材料及其工艺 理论基础
10.1 热塑性复合材料的发展概况
课件
10.1.1
热 塑 10.1.1 热塑性复合材料的分类及特性 性 复 定义 合 材 热塑性复合材料(Fiber Reinforced Thermo 料 Plastics, FRTP)是指以热塑性树脂为基体，以各 的 种纤维为增强材料而制成的复合材料。 分 类 及 特 性
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10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
第十章 热塑性复合材料
10.1.2 FRTP的成型方法
(1) 短纤维增强FRTP成型方法：
课件
10.1.2 FRTP 的 成 型 方 法
1) 注射成型工艺
2TP成型方法 1) 片状模塑料冲压成型工艺 2) 预浸料模压成型工艺 3) 片状模塑料真空成型工艺 4) 预浸纱缠绕成型工艺 5) 拉挤成型工艺 主要用途：汽车制造、机电工业、化工防腐、建筑工程等。
挤压力↑，熔体流动速率↑
第十章 热塑性复合材料
2 可模塑性 树脂在温度和压力作用下，产 生变形充满模具的成型能力。
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10.2.1
取决于树脂流变性、热性能和力学性能等
树 脂 T↑，流动性↑ 基 体 的 成 P↑，流动性↑ 型 性 能
充模能力强， T过高，收缩率↑，易分解 易成型 T过低，粘度↑，成型困难。
第十章 热塑性复合材料
分类 按树脂基体及复合后的性能 高性能复合材料
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10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
以优良纤维增强高性能热塑性树脂
eg：碳纤维、芳纶纤维 聚苯硫醚、聚醚酮
特点：比强度、比模量高，能 在200℃以上的高温下长期使用 通用型复合材料 以玻纤及其制品增强一般通用的 热塑性树脂 eg：PP、PE、PVC
10.2.1 树脂基体的成型性能 粘流状态
1. 可挤压性
树脂通过挤压作用变形时获 得形状和保持形状的能力。
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10.2.1 树 脂 基 体 的 成 型 性 能
注意： 树脂只有在粘流状态时才能通过挤压而获得需 要的变形。树脂的熔体流动速率与温度、压力有关。 树脂的可挤压性主要取决于熔体的剪切 粘度和拉伸粘度。 剪切速率↑，熔体粘度↓
第十章 热塑性复合材料
10.2 热塑性复合材料成型工艺理论基础
FRTP的成型过程 使物料变形或流动 充满模具并取得所需形状 保持形状成为制品
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10.2 FRTP 的 成 型 工 艺 理 论 基 础
FRTP成型的基础理论 树脂基体的成型性能
聚合物熔体的流变性
成型过程中的物理和化学变化
第十章 热塑性复合材料