聚合物基复合材料的结构和性能
聚合物基复合材料-性能
性能 0º
剪切强度(MPa) 85
方向 15º 30º 45º 60º 75º 90º 83.2 95.0 99.2 98.1 90.7 89.5
工程材料
6
3. 疲劳特性
影响FRP疲劳特性的因素是多方面的，实验表明，静态强度 高的FRP，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种FRP存在一 个最佳体积含量，疲劳强度最高。实际纤维体积含量低于或高 于最佳值，其疲劳强度都会下降。
工程材料
20
提高FRP耐水性的方法： (1) 纤维进行偶联剂表面处理； (2) 选用耐水性好的树脂； (3) 表面采用表面毡形成富树脂层； (4) 表面涂层，表面贴附氟薄膜、聚酯薄膜等。
工程材料
21
单向FRP的压缩强度随纤维含量增加而提高，但并非成比例 增长。
工程材料
5
(3) 弯曲特性 FRP的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。纤维
制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。
(4)剪切特性 纤维含量增大，FRP的剪切弹性模量上升，FRP的剪切特性也
呈现方向性。
E-42环氧FRP垂பைடு நூலகம்板面剪切性能
分子结构的不对称性均影响树脂分子的极性，从而影响树脂的 电性能。
工程材料
8
FRP的电性能对于纤维与树脂的界面粘结状态并不敏 感，但杂质尤其是水分对其影响很大。当FRP处于潮湿环 境中或在水中浸泡之后，其体积电阻、表面电阻以及电 击穿强度急速下降。
工程材料
9
2. FRP的温度特性
（1）热性能
包括导热系数、比热容、线膨胀系数和热变形温度
工程材料
13
影响热固性树脂耐热性的主要因素：大分子链刚性、固 化剂性质和体型树脂的固化交联密度等。
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。
聚合物基复合材料的结构和性能
• ②层合板的力学性能
复 合
单向板有5个弹性常数：纵向弹性模量、横向弹性模量、纵 向剪切模量、纵向泊松比、横向泊松比（独立变量有四个）
材 料
单向板有5个强度参数：纵向拉伸强度、纵向压缩强度、横
工 程
向拉伸强度、横向压缩强度、纵横剪切强度
常
数
影响层合板的力学性能的因素：单向板的力学性能、铺层 角度、铺层比例及铺层的顺序（具体示例见教材196页表 12-5）
4.5 4.6
介电损耗 正切 0.004~0.0
09
0.002
0.008~0.0 1
⑥断裂性能 与纤维、基体、界面的物理性能密切相关
单向板纵向拉伸的三种破坏模式： ① 基体断裂； ② 界面脱粘； ③ 纤维断裂，
单向板横向拉伸的三种破坏模式： ① 基体破坏； ②界面脱粘； ③ 纤维破坏
⑧层合板的燃烧性能 层合板的燃烧性能与复合材料体系有关，
在强酸、强碱介质浸泡下，层合板弯曲强度下降明显
介质对层合板的影响顺序为： H2SO4<HCL<NH4OH<HNO3<NaOH<王水 层合板对盐类、苯、甲醇、乙醇、丙酮、各种燃油、润 滑剂、液压油、防水液有很好的耐腐蚀性能
冲击实验中的典型加载历程
• ③湿热综合作用 聚合物基体通过扩散方式吸收湿气，使得对纤维的支撑削 弱，从而导致复合材料的力学性能降低，同时传递剪切载 荷的能力降低
⑦ 层合板的电性能
材料
介电常数
玻璃/环氧 4.2~4.7 树脂
石英玻璃/ 环氧树脂
玻璃/双马 来酰亚胺
2.8~3.7 4.0~4.4
介电损耗 角正切 0.007~0.0
14
0.006~0.0 13
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料是由聚合物基体和增强物相互作用形成的复合材料，具有优异的力学性能、热稳定性和电绝缘性能，广泛应用于航空航天、汽车、建筑以及电子等领域。
聚合物基复合材料由于具有低密度、高强度、高刚度、耐腐蚀和自润滑等特点，在航空航天领域得到了广泛应用。
例如，碳纤维增强聚合物基复合材料具有高强度、低密度和耐高温性能，被广泛应用于制造飞机机身、翼面和发动机部件，能有效降低飞机的重量，提高燃油效率，提高飞机的载荷能力和飞行速度。
此外，聚合物基复合材料还被广泛应用于汽车制造领域。
相较于传统金属材料，聚合物基复合材料具有低密度、优异的力学性能和杰出的吸能能力，能够降低汽车整车重量，提高汽车燃油经济性和减少尾气排放。
因此，聚合物基复合材料被广泛应用于汽车车身、车顶、车门、引擎罩、底盘和车辆内部部件等。
在建筑领域，聚合物基复合材料也具有广泛的应用前景。
聚合物基复合材料具有轻质、高强度、耐候性和可塑性等特点，能够有效替代传统的建筑材料，例如水泥、钢材等。
聚合物基外墙材料、地板材料、隔热材料等聚合物基复合材料产品在建筑装饰、隔音隔热、防水防潮等方面具有广泛的应用。
此外，聚合物基复合材料还在电子领域得到了广泛应用。
聚合物基复合材料具有优异的电绝缘性能和低介电常数特点，能够有效隔离和保护电子元器件。
聚合物基复合材料在电路板、电子封装材料、电缆套管等领域具有广泛应用。
总之，聚合物基复合材料具有轻质高强、耐高温、抗腐蚀、电绝缘等一系列优异的特性，广泛应用于航空航天、汽车、建筑和电子等领域，为各行业的发展提供了更多的可能性。
聚合物基复合材料的优势
聚合物基复合材料是由聚合物基质与纤维增强材料（如碳纤维、玻璃纤维等）或颗粒填充材料（如硅灰石、陶瓷等）组成的一种新型材料。
它的优势包括：
1. 轻质高强：由于纤维增强材料的加入，聚合物基复合材料具有轻质高强的特点，比传统材料如钢铁、铝等重量轻，但强度却更高。
2. 耐腐蚀：聚合物基复合材料的耐腐蚀性能很好，可以在恶劣环境下长期使用而不受到腐蚀和氧化的影响。
3. 抗疲劳：与金属材料相比，聚合物基复合材料的抗疲劳性能更好，可以在重复载荷下长期使用而不致疲劳断裂。
4. 自润滑：某些聚合物基复合材料中加入适当的固体润滑剂，可以在使用过程中自动释放出润滑剂，从而改善材料的摩擦性能和耐磨性。
5. 高温性能：某些聚合物基复合材料具有很好的高温性能，可以在高温环境下使用而不失效。
6. 成型性好：聚合物基复合材料易于成形，可采用热压、注
塑、挤出等多种加工方式，可以生产出各种形状和尺寸的复合材料制品。
7.热膨胀系数低：与金属相比，聚合物基复合材料的热膨胀系数较低，这意味着它们在温度变化时变形较小。
8.加工成本效益：尽管初始材料成本可能较高，但在生产过程中，聚合物基复合材料通过减少装配步骤、降低废料和能源消耗等方式，可以带来总体成本效益的提高。
9.环保可持续：某些类型的聚合物基复合材料可以使用可再生或回收资源制造，有助于实现可持续发展目标。
10美学效果：一些聚合物基复合材料可以通过染色或表面处理产生美观的效果，使其适合于建筑装饰和其他需要视觉吸引力的应用。
基于这些优势，聚合物基复合材料得到了广泛应用，包括航空航天、汽车、建筑、电子等领域，成为了一种重要的结构材料。
聚合物基复合材料的结构与性能研究
聚合物基复合材料的结构与性能研究近年来，聚合物基复合材料因其优良的力学性能、尺寸稳定性和化学稳定性，在各个领域得到了广泛应用。
复合材料的性能受其结构和成分的影响，因此研究复合材料的结构与性能关系对其应用具有重要意义。
一、聚合物基复合材料的结构及其影响因素聚合物基复合材料是将一种聚合物作为基体，通过加入填料、增强剂、改性剂等制得的一种新型复合材料。
其结构由基体聚合物和强化相、填充相等多种组成部分构成，其结构多样性决定了其性能的多样性。
1. 基体聚合物作为聚合物基复合材料的主要组分，基体聚合物的选择直接决定了复合材料的性能。
常用的基体聚合物有聚酰亚胺、聚丙烯、聚酰胺、聚酯等。
2. 填充相填充相是指在基体聚合物中加入的填料或固化剂，其作用是增加复合材料的硬度、强度和耐磨性。
填充相的种类包括炭黑、氧化铝、碳纤维等。
3. 强化相强化相是指在基体聚合物中加入的增强剂，其作用是增强复合材料的强度和刚度。
强化相的种类包括玻璃纤维、碳纤维等。
二、聚合物基复合材料的性能1. 机械性能聚合物基复合材料具有优异的强度和模量，广泛应用于各种领域。
复合材料的力学性能包括拉伸强度、伸长率、弯曲强度、压缩强度等。
2. 热学性能聚合物基复合材料的热学性能受复合材料的结构和成分等因素影响，主要包括热膨胀系数、热导率等。
其中热膨胀系数是热学性能的关键参数之一，它直接影响复合材料在热膨胀、热收缩方面的性能。
3. 电学性能聚合物基复合材料的电学性能是其应用于电子器件和电力设备等领域的关键因素之一。
常用的评价指标有介电常数、电阻率等。
三、结构与性能的关系聚合物基复合材料的结构与性能之间存在密切的关系。
在复合材料的制备过程中，填料和增强剂的种类、性质、组分以及加入量等都会影响复合材料的结构和性能。
为了探究聚合物基复合材料的结构与性能之间的关系，目前采用的方法主要包括分子模拟、力学测试、表面接触角测量法、分析表面形貌和结构等手段。
结构的改变可以通过增加填料的量，改变填料种类以及改变填料的粒径等方法来实现。
聚合物基复合材料的制备与性能研究
聚合物基复合材料的制备与性能研究随着科学技术的不断发展，复合材料作为一种新型材料在各个领域被广泛应用。
其中，聚合物基复合材料具有重要的地位，因为它们具有轻质、高强度、耐腐蚀等优良性能。
聚合物基复合材料是由两种或两种以上的相互不溶的物质均匀分散在连续的基体中而形成的。
在聚合物基复合材料的制备过程中，选择合适的聚合物基体和增强物质，以及优化的制备工艺，是确保其性能优良的关键。
因此，对聚合物基复合材料的制备与性能进行深入研究具有重要的意义。
首先，聚合物基复合材料的制备过程中，选择合适的聚合物基体对材料的性能具有关键影响。
聚合物基体是聚合物基复合材料的主要组成部分，其性能直接影响着复合材料的综合性能。
在制备过程中，不同的聚合物基体具有不同的力学性能、化学性能和热性能等特点，因此需要根据复合材料的使用环境和要求来选择合适的聚合物基体。
例如，对于要求高强度的复合材料，可以选择聚酰胺树脂作为聚合物基体，而对于具有较高耐磨性的复合材料，可以选择聚四氟乙烯作为聚合物基体。
其次，增强物质的选择对聚合物基复合材料的性能同样至关重要。
增强物质是在聚合物基体中分散的物质，其作用是增强复合材料的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能等。
在实际制备中，常用的增强物质包括玻璃纤维、碳纤维、硅胶纤维等。
不同的增强物质具有不同的力学性能和化学性能，因此需要根据复合材料的使用要求来选择合适的增强物质。
例如，对于要求高强度和轻质的复合材料，可以选择碳纤维作为增强物质，而对于要求耐高温的复合材料，可以选择硅胶纤维作为增强物质。
另外，制备工艺对聚合物基复合材料的性能同样具有重要影响。
制备工艺包括预处理、成型、固化等步骤，每一步都需要进行精确的控制，以确保复合材料的性能稳定。
在实际操作中，可以采用压热成型、注塑成型等工艺来制备聚合物基复合材料。
在压热成型过程中，需要控制好温度和压力，以确保聚合物基体和增强物质之间的充分交联，从而提高复合材料的力学性能。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料聚合物基复合材料是一种由聚合物基体和强化材料组成的复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料等领域。
聚合物基复合材料的研究和应用已经成为材料科学领域的热点之一。
首先，聚合物基复合材料的基本组成是聚合物基体和强化材料。
聚合物基体通常采用树脂类材料，如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等，而强化材料则可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
这些强化材料可以有效地提高复合材料的强度和刚度，使其具有优异的力学性能。
其次，聚合物基复合材料具有许多优越的性能。
首先是轻质性能，由于聚合物基体的密度较低，加上强化材料的高强度，使得复合材料具有很高的比强度和比刚度。
其次是耐腐蚀性能，聚合物基复合材料在恶劣环境下具有良好的耐腐蚀性能，可以替代传统的金属材料。
此外，聚合物基复合材料还具有良好的设计自由度，可以根据实际需求进行定制加工，满足不同领域的应用需求。
再次，聚合物基复合材料的制备工艺多样。
常见的制备工艺包括手工层叠、注塑成型、压缩成型等，其中注塑成型是目前应用最广泛的工艺之一。
通过不同的制备工艺，可以得到不同性能的聚合物基复合材料，满足不同领域的需求。
最后，聚合物基复合材料的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，聚合物基复合材料被广泛应用于飞机机身、发动机零部件等；在汽车制造领域，聚合物基复合材料被应用于车身结构、内饰件等；在建筑材料领域，聚合物基复合材料被应用于地板、墙板、梁柱等。
可以说，聚合物基复合材料已经成为现代工程领域不可或缺的材料之一。
综上所述，聚合物基复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，具有广阔的应用前景。
随着材料科学的不断发展，相信聚合物基复合材料将会在更多领域展现其无穷魅力。
聚合物基复合材料界面和性能
5.1 PMC的热性能
5.1.2 比热
表 5-4 几种复合材料常温下的比热
复 合 材 料 比热(kJ/kg·K)
环氧/酚醛树脂
1.92
玻璃小球/硅橡胶
1.96
GF/硅橡胶/酚醛
1.34
尼龙/酚醛
1.46
GF/酚醛
1.67
石墨纤维/环氧
340
~ 220
~ 180
~ 130
~ 180
~ 20
~ 14
~ 60
~ 35
5.1 PMC的热性能
5.1.1 热传导
表 5-2 典型热固性树脂 35°C 下的导热系数
材料 酚醛树脂
环氧树脂
聚酯树脂
密度(g/ cm3) λ (W/ m·K)
1.36
0.27
1.25
0.29
1.22
0.20
1.18
0.29
λ: 导热系数，W/(m • K)，表征材料的导热能力。 ¾ 材料本身的特性 ¾ 温度的函数
5.1 PMC的热性能
5.1.1 热传导
表 5-1 几种材料的导热系数 （W / mּK）
材料 金刚石 银 铜 铝 铜-35% 锌 钛 低碳钢
λ （300 K） λ （900 K）
600
-
425
325
400
-4.7
5.1 PMC的热性能
5.1.2 比热 定义：单位质量的物质升温 1 ℃所需的热量称之。
CP = (1/ m) • (∂Q / ∂T )P CV = (1/ m) • (∂Q / ∂T )V
与别的性质不同，复合材料的比热与组材料的比热间的 关系比较简单，符合加和性原理：
聚合物复合材料的性能研究与应用
聚合物复合材料的性能研究与应用一、引言聚合物复合材料作为一种新型的材料，以其轻质、高强、高韧性和抗腐蚀等优越性能，得到了广泛的关注和应用。
在工程领域中，聚合物复合材料已经成为了许多重要工业设备和结构的主要材料，其性能研究和应用也引起了学术界和工业界的极大兴趣。
本文重点研究了聚合物复合材料的性能及其应用的研究进展，通过分析现有文献资料和案例实例，深入探讨了该材料的适用领域及未来的发展方向。
二、性能研究1.力学性能聚合物复合材料的力学性能是其成为优异材料的重要原因，因此力学性能是复合材料评估的最主要指标。
力学性能包括强度和刚度等方面的指标。
目前，许多学者通过微观-宏观理论、分子模拟等方法，研究了聚合物复合材料的力学性能。
研究表明，聚合物复合材料的强度和刚度与复合材料制备技术、纤维增强材料、基体树脂等因素有关。
2.导热性能在一些高技术领域的应用，如热管理和电力电子领域，往往需要对材料的导热性能进行极高的要求。
聚合物复合材料作为一种优异的导热材料，其导热性能对其实际应用具有重要的影响。
研究发现，导热性能的提升可以通过调控填充物的形态和分布、增强相的热传导性能、设计具有层次结构的复合材料等方法来实现。
3.耐久性能聚合物复合材料在实际应用过程中的耐久性能也是一个非常重要的指标。
在复合材料的制备和应用过程中，一些因素，如紫外线、湿度等的影响，可能会导致材料的劣化，影响其使用寿命和应用效果。
因此，研究聚合物复合材料的耐久性能，设计出更好的防护策略和工艺技术，是十分必要的。
三、应用研究1.航空航天领域航空航天领域是聚合物复合材料的主要应用领域之一。
目前，大量的复合材料已经被应用于飞机、卫星、导弹等飞行器的结构以及发动机、螺旋桨等部件中，以提高整体性能、减轻重量和提高耐用性。
2.汽车工业领域近年来，汽车行业面临着不断加强的环保和燃效要求，聚合物复合材料得到了广泛的应用。
聚合物复合材料不仅可以用于车身外壳、内饰和细节部件的制造，还可以用于制作发动机、传动系统和车轮等部件。
聚合物基复合材料的微观结构及力学性能分析
聚合物基复合材料的微观结构及力学性能分析随着材料科学的不断发展，聚合物基复合材料已经成为了重要的研究热点之一。
聚合物基复合材料由多种不同的材料组成，具有优良的力学性能、化学稳定性和热性能等特点。
本文将从微观结构和力学性能两个角度对聚合物基复合材料进行分析。
一、微观结构分析聚合物基复合材料由基体和增强相组成，基体通常是聚合物，增强相则是纤维、颗粒或板片等。
增强相能够增强复合材料的强度和刚度，而基体则能够提高复合材料的耐久性和韧性。
以下将从基体和增强相两个方面对聚合物基复合材料的微观结构进行分析。
1. 基体的微观结构聚合物基复合材料的基体通常由热塑性或热固性聚合物组成。
热塑性聚合物通常具有线性结构，而热固性聚合物则具有三维交联结构。
热塑性聚合物的分子量较低，易于加工，但强度和刚度相对较低；而热固性聚合物则分子量较高，强度和刚度较高，但加工难度较大。
除了基体的组成外，其结构也对复合材料的性能产生影响。
在热塑性聚合物中，分子链通常是线性排列的，因此力学性能较为均匀。
而在热固性聚合物中，由于交联结构的存在，材料的硬度和脆性会增加。
2. 增强相的微观结构增强相通常分为无定形颗粒、颗粒状颗料、难以转移的填料、不规则形状纤维、连续纤维、网状纤维和薄板等。
这些增强相在复合材料中起到了增强作用，其中连续纤维的强化效果最明显，其次是无定形颗粒。
纤维增强复合材料的微观结构通常为纤维束，纤维之间的结合力对材料的力学性质产生了很大的影响。
纤维和基体之间的结合力必须足够强才能提高材料的强度和刚度。
二、力学性能分析聚合物基复合材料具有优异的力学性能，包括强度、刚度、韧性和疲劳寿命等。
以下将从强度、刚度和韧性三个方面对其力学性能进行分析。
1. 强度分析聚合物基复合材料的强度受到基体和增强相的影响。
纤维增强复合材料的强度一般比颗粒增强材料高，而且强度随着纤维长度的增加而增加。
此外，复合材料中纤维的质量分数也会对其强度产生影响，一般来说，纤维含量越高，复合材料的强度越大。
6.聚合物基复合材料的性能
钛
玻璃钢 碳纤维Ⅰ/ 环氧 碳纤维Ⅱ/ 环氧 有机纤维 / 环氧
硼纤维 / 环氧
7.8 2.8 4.5 2.0 1.45 1.6 1.4 2.1
1.03 0.47 0.96 1.06 1.5 1.07 1.4 1.38
2.1 0.75 1.14 0.4 1.4 2.4 0.8 2.1
0.13 0.17 0.21 0.53 1.03 0.7 1.0 0.66
直线上的两个力F作用时，发生简单剪切。 g = △l / l0 = tan q, s s = F/ A0 • 均匀压缩： gv = △V / V0
力学性能的基本指标—弹性模量
弹性模量（模量）
单位应变所需应力的大小，是材料刚性的表征。
三种形变对应三种模量 拉伸模量（杨氏模量）：E = s / e 剪切模量 ：G = ss / g 体积模量（本体模量）：B = P / gv
应变
受到外力作用而又不产生惯性移动时，材料的几何形状和尺寸发生的变化
应力
定义为单位面积上的内力，内力是材料宏观变形时，其内部分子及原子间 发生相对位移，产生分子间及原子间对抗外力的附加内力。
材料的受力方式
• 简单拉伸：张应变e = △l / l0, 习用应力s = F/ A0.
• 简单剪切：材料受到与截面相平行、大小相等、方向相反且不在同一
会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个构件在短期内不致于失去承 载能力。
聚合物基复合材料的总体性能(3)
可设计性强、成型工艺简单
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、 铺层结构等可满足材料结构和性能的各种设计要求。 整体成型，一般不需二次加工，可采用手糊成型、模压成型、缠绕成 型、注射成型和拉挤成型等各种方法制成各种形状的产品。
聚合物基复合材料的界面结构与导热性能
ＺＨＡ０ Ｗｅ ｉ ｗｅ ｉ ，Ｆ Ｕ Ｒｅ ｎ ｌ ｉ ，ＧＵ Ｘｉ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｕ，Ｆ ＡＮＧ Ｊ ｕ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ， Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ １ ６ ）
ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｉ ｓ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｉ ｔ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｉ ｐ ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｕ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ ｆ ｌ ｏ ｗ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， ｅ ｘ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｏ ｎ — ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗｅ ａ ｋ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｂ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ， ｈ ａ ｓ ａ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
复合材料概论第5章--聚合物基复合材料讲解
械强度，是玻璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一种 。耐低温度性能好，超过了FR-PA6，在温度高低交替变化时 ，机械性能变化不大；电绝缘性好，可制造耐高温电器零件 ；高温下耐老化性好，胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性能好 ，所以使用寿命长。不足之处是在高温下易水解，使机械强 度下降。不适于在高温水蒸气下使用。
• 2．玻璃纤维聚酰胺(代号FR-PA) • 聚酰胺是一种热塑性工程塑料，本身的强度就比
一般通用塑料的强度高，耐磨性好，但因吸水率 太大，影响了尺寸稳定性，耐热性也较低。用玻 璃纤维增强的聚酰氨，这些性能就会大大改善。 玻璃纤维增强聚酰胺的品种很多。有玻璃纤维增 强尼龙6(FR-PA6)、玻璃纤维增强尼龙66(FRPA66)、玻璃纤维增强尼龙1010(FR-PA1010)等。
• 3．玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料
• 聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改 性树脂，例如：丁二烯—苯乙烯共聚物(BS)、丙烯 腈—苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯—苯乙烯 共聚物(ABS)等。这些共聚物大大改善了纯聚苯乙 烯的性能，使原来只是一种通用塑料的聚苯乙烯改 性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。这些 聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后，其 机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高 。也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤 维粘结不牢。影响强度。
械强度，并有增重现象。
• 2．玻璃纤维增强聚酰胺
• 在聚酰胺中加入玻璃纤维后，唯一的缺点是 使本来耐磨性好的性能变差了。因为聚酰胺 的制品表面光滑，光洁度越好越耐磨。而加 入玻璃纤维以后，如果将制品经过二次加工 或者被磨损时，玻璃纤维就会暴露于表面上 ，这时材料的磨擦系数和磨耗量就会增大。
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。
聚合物基复合材料(PMC)
05
PMC的制造设备与工具
预处理设备
混合设备
用于将各种组分（如树脂、填料、增强材料等） 混合均匀，形成预浸料或浆料。
切割和裁剪设备
用于将纤维材料切割成所需的尺寸和形状，以便 与树脂进行混合。
清洁和干燥设备
用于确保所有原材料在使用前都已清洁并干燥。
复合设备
热压成型机
用于将预浸料或浆料在高温和压力下固化，形成复合材料部件。
切割与加工
根据需要，对复合材料进行切割、 打磨、钻孔等加工，以满足实际应 用需求。
质量检测
对复合材料进行外观、尺寸、性能 等方面的检测，确保其符合设计要 求。
03
PMC的性能与优化
力学性能
1 2 3
高强度和刚度
聚合物基复合材料具有较高的抗拉、抗压和抗弯 强度，以及良好的刚性，能够满足各种复杂应力 条件下的应用需求。
复合工艺
层叠铺放
根据设计要求，将预浸料 层叠铺放在模具或制件上。
热压成型
在一定温度和压力下，使 预浸料熔融流动并均匀填 充模具或制件，形成致密 的复合材料。
固化
使聚合物基体在一定温度 和压力下进行固化反应， 形成稳定的复合材料。
后处理工艺
冷却
将热压成型的复合材料缓慢冷却 至室温，防止材料内部产生应力。
聚合物基复合材料 (PMC)
• PMC的概述 • PMC的制造工艺 • PMC的性能与优化 • PMC的设计与选材 • PMC的制造设备与工具 • PMC的市场与发展前景
目录
01
PMC的概述
PMC的定义与特性
定义
聚合物基复合材料（PMC）是由两种或两种以上材料组成的一种复合 材料，其中一种材料为聚合物基体，其他材料为增强剂或填料。
复合材料-聚合物基体
热固性基体： 其最大的优点：具有良好的工艺性。 （由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于在常温常压下浸渍纤 维，并在较低的温度和压力下固化成型；固化后具有良好的耐药品性 和抗蠕变性） 缺点：预浸料需低温冷藏且贮存期有限，成型周期长和材料韧性差。 热塑性基体： 其最重要优点：高断裂韧性(高断裂应变和高冲击强度) 此外，热塑性树脂基体复合村料，还具有预浸料不需冷藏且贮存期无 限、成型周期短、可再成型、易于修补、废品及边角料可再生利用等 优点。 缺点： 热塑性基体的熔体或溶液粘度很高，纤维浸渍困难，预浸料制备 及制品成型需要在高温高压下进行，
酚醛树脂（ phenolic resin ）随酚类和醛类配比用量不同和使用的催化 剂不同所得到的酚醛树脂分热固性和热塑性两大类。 热固性PF: 酚:醛< 1（有羟甲基，可自固化）
OH C H 2O H OH C H 2OH H2 C C H 2O H
+
C H 2O H
HO
OH
+
H 20
C H 2O H
热塑性基体的熔体或溶液粘度很高纤维浸渍困难预浸料制备及制品成型需要在高温高压下进行?????????聚合物基体分类不饱和聚酯树脂?热固性树脂酚醛树脂环氧树脂聚酰胺?热塑性树脂聚碳酸酯聚砜热固性树脂不饱和聚酯树脂?不饱和聚酯树脂unsaturatedpolyesterresin简称
聚合物基体
聚合物基复合材料
热固性树脂-小结
典型热固性树脂生产与性能比较
热塑性树脂
定义：指具有线型或支链型结构的有机高分子化合物。这类聚合物可 以反复受热软化(或熔化)，而冷却后变硬。 属于热塑性聚合物的有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等
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②挥发分含量 ：树脂中的低分子物和湿法预浸时未除去的 溶剂 测试方法：依据加热前后试样的重量损失在预浸料中 的百分含量
③黏性 衡量预浸料储存期的主要依据指标 评定黏性的方法：在规定的条件下，考察粘贴在钢板 上的两片预浸料叠层彼此剥离的难易程度
④树脂流动度 用来表征复合材料成型时的树脂流动能力。流 动度直接影响复合材料的层间剪切强度 测试方法：以两片一定大小的预浸布或由预浸带拼 成相同大小的试片，按[0°/90°]叠合，保持一定温度和压 力。测定树脂完全凝胶时的树脂流出量，用质量百分比表示
性能项目
指标
性能项目 存放期（18-22℃）/d 树脂流出量（170℃， 0.6Mpa,15min）% 单层厚度（固化后）
指标 >30 10~25 0.125±0.01
树脂含量（质量） 43±3 /% 挥发分含量 单位面积纤维质 量 〈2 132±5
凝胶时间
〉12
长度×宽度/mm×mm
3470±750
碳纤维/环氧树脂复合拉伸材料断口
A
碳纤维/环氧树脂复合拉伸材料断口
B
Fig 6 碳纤维/聚碳 酸酯拉伸断口与树 脂粘接良好
Fig 7碳纤维/聚碳酸酯复 合材料冲击断口（裂纹按 波纹扩展，形成“河流” 花样的撕裂扩展区
高模量增强纤维/PPS
高强度纤维/PPS
中强度纤维/PPS
碳纤维/MC-PPS复合材料剪切断口
2.8~3.7 4.0~4.4
4.5 4.6
⑥断裂性能
与纤维、基体、界面的物理性能密切相关
单向板纵向拉伸的三种破坏模式： ① 基体断裂； ② 界面脱粘； ③ 纤维断裂，
单向板横向拉伸的三种破坏模式： ① 基体破坏； ②界面脱粘； ③ 纤维破坏
⑧层合板的燃烧性能 层合板的燃烧性能与复合材料体系有关， ⑨层合板耐化学介质性能 树脂基复合材料有很好的耐化学腐蚀性能，在化学介 质中常温浸泡1年，弯曲强度保留率在50%以上
聚合物基复合材料的结构和性能
1、聚合物基复合材料的结构 聚合物复合材料的结构随增强体类型不同而不同。 增强体类型：颗粒状、片状和纤维状 纤维增强树脂基复合材料的结构
C纤维/PEEK热塑性复合材料的结构 （扫描电镜断口形貌图） PEEK（聚醚醚酮）
纤维密集区
环氧树脂密集区
碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸断口
碳纤维/聚苯硫醚-双炔基聚醚砜 混杂复合材料的剪切断口Biblioteka 2.聚合物基复合材料的性能
聚合物基复合材料制品的成型 预浸料 铺层 (1)预浸料的性能 固化 成型
主要物理性能和参数为:树脂含量、挥发分含量、黏性、 树脂流动、凝胶时间
①树脂含量：预浸料中树脂、固化剂、和各种改进剂的 质量在预浸料中所占的百分比 测定方法：萃取法、溶解法和灼烧法
• ②层合板的力学性能
复 合 材 料 工 程 常 数
单向板有5个弹性常数：纵向弹性模量、横向弹性模量、纵 向剪切模量、纵向泊松比、横向泊松比（独立变量有四个） 单向板有5个强度参数：纵向拉伸强度、纵向压缩强度、横 向拉伸强度、横向压缩强度、纵横剪切强度
影响层合板的力学性能的因素：单向板的力学性能、铺层 角度、铺层比例及铺层的顺序（具体示例见教材196页表 12-5）
冲击实验中的典型加载历程
• ③湿热综合作用 聚合物基体通过扩散方式吸收湿气，使得对纤维的支撑削 弱，从而导致复合材料的力学性能降低，同时传递剪切载 荷的能力降低
④应力腐蚀 水分或水蒸汽侵蚀复合材料界面，使得湿气在界面位置上 积聚，产生很高的渗透压导致纤维与周围的树脂开裂 改善聚合物基复合材料应力腐蚀的方法有：阻止水分到达纤维/ 基体之间的界面，如避免切割时纤维暴露于制品表面；在制造 过程中，减少和防止复合材料产生内部缺陷。 ⑤紫外线辐射 紫外线的照射，使得基体材料降解，从而 层合板的强度逐渐降低
⑦ 层合板的电性能
材料 玻璃/环氧 树脂 石英玻璃/ 环氧树脂 玻璃/双马 来酰亚胺 介电常数 4.2~4.7 介电损耗 角正切 0.007~0.0 14 0.006~0.0 13 0.006~0.0 12 材料 石英玻璃/ 双马来酰 亚胺 玻璃/PPS S玻璃 /PEEK 介电常数 2.5~3.3 介电损耗 正切 0.004~0.0 09 0.002 0.008~0.0 1
（3）复合材料夹芯板的性能
夹芯板的性能包括：芯材的性能、面板的性能和夹心整 体的性能
各种玻 璃夹层 结构
⑤凝胶时间 树脂从开始反应到固化反应结束所需要的时间。 评价热固性树脂组成特性和进行精确的质量控制的重要参 数 测试方法：将一定大小的预浸料试样放入已预热到试 验温度的两片玻璃之间，通过玻璃片对试样施加压力，用 探针测流到玻璃边缘的树脂，记录从开始加热至树脂不在 成丝的时间。
碳纤维（T300）增强国产双马来酰亚胺预浸料性能
（2）层合板的性能
层合板 将预浸料按相同方向铺叠固化后得到复合材 料单向板，按设定方向铺叠即得到层合板。 层合板的性能：可通过单向板的性能及其铺叠方向和 位置来预测 ① 层合板的物理性能 单向层合板和层合板的物理性能：由纤维体积的含量、 树脂体积含量、密度、空隙率、玻璃化转变温度、吸水性、 热膨胀系数、湿膨胀系数 纤维体积含量的测量：用测量垂直于纤维轴向的面 积百分数来代替
常用的铺层角度：0°、90°、±45°
以这样铺层角度对称叠合的层合板 有称为π/4层合板
单向及准各向同性板的铺层结构
• 复合材料耐湿热环境和老化性能的表征：层合板湿热、老 化力学性能 • 层合板的韧性性能表征方法：开孔（试样）拉伸强度； 开孔压缩强度；冲击压缩强度 • 耐化学性能（耐酸、碱、盐及有机溶剂、燃油等化学性能） 的表征：弯曲强度保留率 在强酸、强碱介质浸泡下，层合板弯曲强度下降明显 介质对层合板的影响顺序为： H2SO4<HCL<NH4OH<HNO3<NaOH<王水 层合板对盐类、苯、甲醇、乙醇、丙酮、各种燃油、 润滑剂、液压油、防水液有很好的耐腐蚀性能