最新12聚合物基复合材料汇总
建筑材料的新型复合材料有哪些
建筑材料的新型复合材料有哪些在现代建筑领域，新型复合材料的出现为建筑设计和施工带来了更多的可能性。
这些新型复合材料具有优异的性能，能够满足各种复杂的建筑需求。
接下来，让我们一起了解一下建筑材料中一些常见的新型复合材料。
纤维增强复合材料（FRP）是目前应用较为广泛的一种新型复合材料。
FRP 通常由纤维材料（如碳纤维、玻璃纤维等）和树脂基体组成。
碳纤维增强复合材料（CFRP）具有高强度、高刚度和轻质量的特点。
它在加固老旧建筑结构方面表现出色，能够有效地提高结构的承载能力和抗震性能。
玻璃纤维增强复合材料（GFRP）则具有较好的耐腐蚀性，常用于海洋工程和化工建筑等环境恶劣的场所。
FRP 材料还可以被制成板材、筋材和索材等形式，应用于桥梁、高层建筑和大跨度空间结构中。
聚合物基复合材料（PMC）也是一类重要的新型建筑材料。
PMC以高分子聚合物为基体，加入各种增强材料，如纤维、颗粒等。
其中，纳米复合材料是近年来的研究热点。
通过在聚合物基体中加入纳米级的填料（如纳米黏土、碳纳米管等），可以显著提高材料的力学性能、热性能和阻隔性能。
例如，纳米复合材料制成的建筑涂料具有更好的耐候性和自清洁功能，能够延长建筑物的外观保持时间。
金属基复合材料（MMC）在建筑领域也有一定的应用。
铝基复合材料具有较高的比强度和比刚度，同时还具有良好的导热性和导电性。
它可以用于制造建筑中的结构件和装饰件，如窗框、扶手等。
钛基复合材料则具有优异的耐高温和耐腐蚀性，适用于一些特殊环境下的建筑应用。
陶瓷基复合材料（CMC）具有高强度、高硬度、耐高温和耐磨损等优点。
在建筑领域，CMC 可以用于制造高温炉窑的内衬、耐磨地面材料等。
然而，CMC 的成本相对较高，限制了其在一些大规模建筑项目中的广泛应用。
智能复合材料是另一类具有创新性的新型建筑材料。
这类材料能够感知外界环境的变化，并做出相应的响应。
例如，形状记忆合金复合材料可以在一定条件下恢复到预先设定的形状，这在自适应结构和抗震结构中具有潜在的应用价值。
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。
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展聚合物基复合材料是由聚合物基质中加入颗粒、纤维或薄片状增强材料制成的材料。
它具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
下面将介绍聚合物基复合材料的发展现状和最新进展。
1.纳米材料的应用：近年来，纳米材料成为聚合物基复合材料的研究热点。
纳米粒子的添加能够提高复合材料的力学性能、导电性能和热稳定性能。
例如，纳米粒子的添加可以提高聚合物基复合材料的强度和硬度，使其具有更好的抗冲击性能和热阻性能。
2.高性能增强材料的研发：为了提高聚合物基复合材料的力学性能，研究人员不断提出新的增强材料。
例如，石墨烯是一种具有优异力学性能和导电性能的二维纳米材料，已被广泛应用于聚合物基复合材料中。
同时，碳纳米管、纳米纤维和陶瓷纤维等增强材料也在不断研发中，并取得了较好的效果。
3.新型复合材料的研制：除了传统的增强材料外，研究人员还在努力研制新型复合材料。
例如，聚合物基复合材料中加入具有形状记忆功能的材料，可以使复合材料具有形状可逆调变的功能。
此外，聚合物基复合材料中加入具有光敏性能的材料，可以使复合材料具有光刻功能，从而实现微纳米加工和器件制备。
1.可持续性发展：随着环境问题的日益突出，研究人员开始关注聚合物基复合材料的可持续性发展。
他们试图将可持续材料（如生物基材料）应用于聚合物基复合材料中，以减少对环境的影响。
同时，研究人员还探索了聚合物基复合材料的循环利用和回收利用技术，以实现资源的有效利用。
2.多功能复合材料的研究：为了满足不同领域的需求，研究人员开始研究多功能复合材料。
多功能复合材料可以同时具有力学性能、光学性能、导电性能、热学性能等多种功能。
例如，研究人员研制出了具有自修复功能的聚合物基复合材料，可以在受损后自动修复，延长使用寿命。
3.智能复合材料的研制：智能复合材料是指能够根据环境和外界刺激自主调整性能的复合材料。
例如，研究人员设计了具有温度响应性能的聚合物基复合材料，可以根据温度的变化改变其形状和力学性能，实现智能控制。
12聚合物基复合材料-性能共22页
(2) 压缩特性
在应力很小、纤维未压弯的时候，压缩弹性模量与拉伸弹 性模量接近。玻璃布增强FRP的压缩弹性模量大体是单向FRP 的0.50~0.55倍；纤维毡增强FRP的大致是单向FRP的0.4倍。
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。
(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
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。
方向性：加振方向与纤维方向的夹角由0º上升到45º，疲劳强度 急剧下降。
存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降
玻璃纤维含量升高，长度增大，可抑制发烟量
4.2.3 FRP的老化性能
FRP在长期的使用和贮存过程中，由于各种物理和化学因 素的作用，发生的物化性能的下降或变差的现象叫劣化或老化 1. 耐化学腐蚀性
FRP的耐化学腐蚀性：抵抗酸、碱、盐及有机溶剂等化学 介质腐蚀破坏的长期工作性能。
FRP具有优良的耐化学腐蚀性
② 温度对FRP拉伸性能的影响 温度对 FRP拉伸强度和弹性模量的影响具有的特征：
i) 一般在低温范围内，拉伸性能好，随温度上升，强度降低； ii) 在低温范围内，无捻粗纱布FRP于湿态下拉伸强度大，而平 纹布FRP无此倾向； iii) 在中温范围内，平纹布FRP在50ºC左右拉伸强度最高，而缎 纹布和无捻粗纱布都随温度上升拉伸性能下降； iv) 随着纤维含量的增加，FRP的耐热性提高。
12.3.2 FRP的物理性能
1. 电性能 包括介电常数、介电损耗角正切值、体积和表面电阻系数，
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种类
聚合物基复合材料的种类
聚合物基复合材料的种类有很多，常见的种类包括以下几种：
1. 碳纤维增强复合材料：碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强剂，与树脂等聚合物基体相结合制成的材料。
具有高强度、高模量、低密度等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
2. 玻纤增强复合材料：玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维为增强剂，与聚合物基体相结合制成的材料。
具有良好的绝缘性能、耐腐蚀性能和机械性能，广泛应用于建筑、电子、船舶等领域。
3. 高分子发泡材料：高分子发泡材料是一种以聚合物为基体，通过在其中注入发泡剂生成气泡而形成的轻质材料。
具有低密度、吸震性能好等特点，广泛应用于包装、建筑隔音等领域。
4. 聚合物纳米复合材料：聚合物纳米复合材料是以纳米颗粒作为填充剂，与聚合物基体相结合制成的材料。
具有优异的力学性能、导电性能、热稳定性等特点，广泛应用于电子、光学、医疗等领域。
5. 高分子合金材料：高分子合金材料是将两种或多种不同的聚合物混合共混，形成互相不溶的两相或多相结构的材料。
具有综合性能优良、可调控性好等特点，广泛应用于汽车、电子、家电等领域。
以上所列的聚合物基复合材料种类只是其中的一部分，随着科技的不断发展，新的聚合物基复合材料种类也在不断涌现。
复合材料聚合物基体
(五)工艺件好，适应性强，不仅本身品种多，可 按一定比例相互渗混调节粘度与性能，且可选择 不同固化剂，满足不同操作工序与不同用途的要 求。环氧树脂体系可在5-180℃温度范围内固化， 不需要高压成型；
(六)具有良好的尺寸稳定性和耐久性。树脂本身 稳定性高，贮存的间长；
(七)能耐大多数霉菌，因此可在热带条件下使用； (八)成本比聚酯和酚醛树脂高，其些固化剂的毒
热固性酚醛树脂也可用来使二阶树脂固化，因为 它们分子中的羟甲基可与热塑性酚醛树脂酚环上 的活泼氢作用，交联成三向网状结构的产物
六次甲基四胺是热塑性酚醛树脂采用最广泛的固 化剂。热塑性酚醛树脂最广泛用于酚醛模压料， 大约有80％的模压料是用六次甲基四胺固化的。 用六次甲基四胺固化的二阶树脂还用作胶粘剂和 浇铸树脂。
酚醛树脂的脆性比较大、收缩率大、不耐碱、易 吸潮、电性能差，不及聚酯和环氧树脂；
耐热性和玻璃化转变温度较高； 极限氧指数32-36； 酚醛树脂在高温800-2500℃下在材料表面形成炭
化层，使内部材料得到保护，因此酚醛树脂广泛 用作烧蚀材料，用于火箭、导弹、飞机、宇宙飞 船等。
主要问题
酚醛树脂反应三个阶段
酚醛树脂根据反应程度可分为三个阶段； 甲阶（A阶）酚醛树脂，其反应程度低，分子量
低，具有可溶、可熔性；
乙阶（B阶）酚醛树脂，其反应程度及分子量均 有所提高，具有半熔性，呈凝料态；---凝胶速度
丙阶（C阶）酚醛树脂，其反应程度及分子量最 高，为交联网状结构，呈不熔不溶的固态。---固 化速度
7、无机氯：环氧树脂中的无机氯主要由氮化钠（副产物） 的残留引起的。它对环氧树脂固化后产物的电气性能、耐 水性能均有影响。树脂中的氯离子能与胺类固化剂发生反 应而影响树脂的固化，同时影响树脂的电性能。
聚合物基复合材料实例
聚合物基复合材料实例一、引言聚合物基复合材料是一种具有优异性能的材料，其广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域。
本文将介绍几个聚合物基复合材料的实例，以展示其在不同领域的应用。
二、汽车领域1.碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造轻量化零部件，如车身、底盘等。
与传统的金属车身相比，这种复合材料可以降低汽车的重量，并提高其燃油效率和行驶性能。
2.热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造汽车内饰件，如仪表板、门板等。
与传统的塑料内饰相比，这种复合材料可以提高汽车内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
三、航空航天领域1.碳纤维增强环氧树脂复合材料碳纤维增强环氧树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机结构件，如机翼、尾翼等。
与传统的金属结构相比，这种复合材料可以降低飞机的重量，并提高其飞行速度和燃油效率。
2.热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机内部结构件，如座椅、壁板等。
与传统的塑料结构相比，这种复合材料可以提高飞机内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
四、建筑领域1.玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料是一种具有优异耐久性和抗紫外线性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造建筑外墙板、屋顶板等。
与传统的混凝土、砖墙相比，这种复合材料可以降低建筑物的重量，并提高其耐久性和抗紫外线能力。
2.聚氨酯/玻璃纤维布层板聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异隔音性和保温性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
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 Polymer Matrix Composite
s 1.9 10 Ck
N/cm
高分子复合材料-聚合物与粘接
31
固体临界表面张力求取法
乙二醇 45 二碘甲烷 50 甲酰胺 57.5 甘油 62.5 水 72
高分子复合材料-聚合物与粘接
32
固液界面张力和浸润角
固液间界面张力公式可以估计为 1 sl s l 2 ( s l ) 2
高分子复合材料-概述 19
纤维单向铺层(单层)复合材料
基体
Em
纤维
Ef
E x E m V m E f V f E f V f E m 1 V f
高分子复合材料-概述 20
纤维增强机理
粘解完好且在弹性范围内，应力
f E f f , m Em m
复合材料弹性模量
高分子复合材料-概述
2
高分子复合材料-概述
3
复合材料无所不在！
高分子复合材料-概述
4
我们住在复合材料里
高分子复合材料-概述
5
复合材料定义要点
复合材料包含两种或两种以上物理上不同 并可能用机械方法分离的材料。一般其中 一种为连续相，另一种为功能增强相。 几种材料通过某种方法混合在一起获得复 合性能。 复合材料的总体性能优于各单独组分材料， 并在某些方面可能具有独特性能。
聚合物基复合材料 Polymer Matrix Composite
刘和文
哈工大教授、中国工结合、学科交叉融合， 既解决了实际工程问题，又解决了学科 发展的理论问题。 用力学新的理论和方法去解决复合 材料及一些新材料应用中的问题，为祖
国的航天和国防事业服务。
高分子复合材料-概述 22
界面粘着理论
聚合物基复合材料(PMC)
预浸料及预混料制造工艺（续）
SMC的生产一般是在专用SMC机组上进行。生产 上，一般先把除增强纤维以外的其它组分配成树脂糊， 再在SMC机组上与增强纤维复合成SMC。
成型固化工艺
复合材料及其制件的成型方法，是根据产品 的外形、结构与使用要求并结合材料的工艺 性来确定的。 已在生产中采用的成型方法有：1）接触成型 类：手糊成型、湿法铺层成型、注射成型；2） 压力成型类：真空袋压法成型、压力袋成型、 热压罐成型、模压成型、层压或卷制成型；3） 其他成型：纤维缠绕成型、拉挤成型、连续 板材成型、热塑性片状模塑料热冲压成型、 树脂注射和树脂传递成型、喷射成型、真空 辅助树脂注射成型、夹层结构成型、挤出成 型、离心浇铸成型等。
预浸料及预混料制造工艺（续）
轮鼓缠绕法是一种间歇式的预浸料制造工艺，其 浸渍用树脂系统通常要加稀释刑以保证粘度足够低， 因而它是一种湿法工艺。 该方法持别适用于实验室的研究性工 作或小批量生产。
预浸料及预混料制造工艺（续）
热塑性复合材料预浸料制造，按照树脂状态不同， 可分为预浸渍技术和后浸渍技术两大类。
目的
了解基体与增强体表面的作用，偶联剂与增强体及基 体作用，增强体表面的组成、结构及物理、化学性质，界 面层性质，界面粘接强度的大小以及残余应力的大小及作 用等。
PMC界面结构（续）
界面结构分析
可以通过电子显微镜(SEM和TEM)、光电子能谱 (ESCA，AES)、红外光谱(FTIR)和拉曼(Raman)光谱、 二次离子质谱(SIMS)、色谱等现代分析技术进行界面 层的化学结构和组织结构解析。
性能特点：
优：高比强、高比模；可设计性；热膨胀小；耐腐蚀；耐疲劳； 缺：与金属相比，材料昂贵；湿热性能变化；冲击性能差
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（如聚合物树脂）和强化材料（如纤维、颗粒等）组成的复合材料。
这种复合材料结合了聚合物的可塑性和强度，以及强化材料的刚度和强度，具有优异的力学性能和工程性能。
聚合物基复合材料的制备通常包括以下几个步骤：
1. 选择合适的聚合物基体，常用的包括聚丙烯、聚酯、环氧树脂等。
2. 选择适当的强化材料，常用的有玻璃纤维、碳纤维、纳米颗粒等。
3. 基体和强化材料进行混合，可以通过热压、挤出、注塑等方法将它们混合在一起。
4. 根据需要进行后续的加工和成型，如冷却、切割、修整等。
聚合物基复合材料具有许多优点，包括：
1. 轻质高强度：与金属相比，聚合物基复合材料具有较低的密度和较高的强度，可以实现轻量化设计。
2. 耐腐蚀性：聚合物基复合材料对化学品和湿气的腐蚀性能较好，不容易受到腐蚀和氧化。
3. 良好的耐热性：聚合物基复合材料通常具有较高的耐热性和耐高温性能。
4. 良好的绝缘性能：聚合物基复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气和电子领域。
5. 自润滑性：聚合物基复合材料中的聚合物基体可以提供良好的自润滑性能，减少了摩擦和磨损。
由于聚合物基复合材料具有以上优点，因此广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子、医疗等领域，成为现代工程材料中的重要一类。
12聚合物基复合材料
4. SMC压缩成型法 SMC是Sheet Molding Compound的缩写，是指经过热固 性树脂浸渍后的、未固化的玻璃纤维/树脂预制片。一般有三 种预制片：短纤维随机分布的预制片，短纤维单方向分布的 预制片，长纤维单方向分布的预制片。纤维含量(体积分数) 30% ~ 70%，预制片的厚度一般在5 ~ 10 mm之间。 SMC压缩成型法使用的原材料是SMC未固化的玻璃纤维 /树脂预制片。 SMC压缩成型法分两步实现：第一步是未固化的玻璃纤 维/树脂预制片的制作；第二步是SMC压缩成型。
1. 手糊成型法和喷涂成型法 (1) 手糊成型法 聚合物基复合材料制造的最基本的方法。多用于玻璃纤维/ 聚酯树脂复合材料的产品制造。如浴缸、船艇、房屋设备等。 在根据产品的形状制造的底模上，先涂一层不粘胶或铺一层 不粘布或不粘薄膜等，然后铺一层玻璃纤维布，再用刷子或滚 轮等工具将树脂涂抹在玻璃纤维布上，使树脂均匀地渗透在玻 璃纤维布里。重复此过程直到达到产品要求的厚度。然后将铺 层完成后的制品送进固化炉实现固化。
交联成具有三向网络结构的体型大分子。
C O O
2. 环氧树脂 环氧树脂：分子中含有两个或两个以上环氧基团的一类有机 高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。ห้องสมุดไป่ตู้活性环氧基团可与多种类型的固化剂发生交联反应而形 成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
根据分子结构分类： (1) 缩水甘油醚类
基体材料性能 复 合 材 料
复合材料成型 固化方式 聚合物基体的 结构形式
12.1.1 热固性树脂基复合材料
1. 不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或 酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键 和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。 不饱和聚酯树脂：分子中的双键在引发剂作用下与可聚合的 乙烯类单体(交联剂)进行游离基共聚反应，使线型的聚酯分子
聚合物基复合材料(PMC)
粘着理论
对一个简单系统来说，界面的粘结是由纤维与基 体间的粘着力引起的。然而，纤维上常涂有一层涂料， 这层涂料形成纤维与基体之间的结合层，对粘着可以 认为主要是发生在界面上的五种机理，即吸附和浸润、 相互扩散、静电吸引、化学键结合、机械粘着所造成 的。它们或者独立作用或者联合作用产生界面的粘结。
PMC界面粘接强度测定源自预浸料及预混料制造工艺（续）
SMC的生产一般是在专用SMC机组上进行。生产 上，一般先把除增强纤维以外的其它组分配成树脂糊， 再在SMC机组上与增强纤维复合成SMC。
成型固化工艺
复合材料及其制件的成型方法，是根据产品 的外形、结构与使用要求并结合材料的工艺 性来确定的。 已在生产中采用的成型方法有：1）接触成型 类：手糊成型、湿法铺层成型、注射成型；2） 压力成型类：真空袋压法成型、压力袋成型、 热压罐成型、模压成型、层压或卷制成型；3） 其他成型：纤维缠绕成型、拉挤成型、连续 板材成型、热塑性片状模塑料热冲压成型、 树脂注射和树脂传递成型、喷射成型、真空 辅助树脂注射成型、夹层结构成型、挤出成 型、离心浇铸成型等。
成型固化工艺（续）
模压成型工艺简介
模压成型是一种对热固性树脂和热 塑性树脂都适用的纤维复合材料成 型方法。 具体方法是：将定量的模塑料或颗 粒状树脂与短纤维的混合物放入敞 开的金属对模中、闭模后加热使其 熔化，并在压力作用下充满模腔， 形成与模腔相同形状的模制品，再 经加热使树脂进一步发生交联反应 而固化，或者冷却使热塑性树脂硬 化，脱模后得到复合材料制品。
预浸料/预混料的制造。预浸料或预混料是一类PMC的半成品形
式，它们是其它一些制品制造工艺(如压力成型)的原材料。
成型。就是将预浸料根据产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是
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
4、3 纤维增强聚合物复合材料
玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料(FR-ABS)
基体树脂:丁二烯-苯乙烯共聚物(BS) 丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS) 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)
性能改进:强度、弹性模量有成倍提高 耐高温、耐低温、尺寸稳定性等都有所改善
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4、3 纤维增强聚合物复合材料
玻璃纤维增强聚碳酸酯(FR-PC)
Kevlar纤维增强树脂:良好压延性、耐冲击、 良好振动衰减性、优异得耐疲劳性
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4、3 纤维增强聚合物复合材料
常见高性能纤维增强环氧树脂性能对比
增强纤维 相对密度 拉伸强度,MPa 弹性模量,GPa
碳纤维 1、6 1500 12
Kevl 2、0 1750 120
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4、4 聚合物基复合材料得制备和加工
轮鼓缠绕法预浸料制备示意图
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4、4 聚合物基复合材料得制备和加工
(2)预混料:
工艺对象:不连续纤维浸渍或混合树脂 制品特征:片状模塑料(Sheet molding pound,SMC)
块状模塑料( Bulk Molding pound,BMC) 注射模塑料(Injection molding pound,IMC)
高强度、高模量纤维增强塑料
基体树脂:环氧树脂 增强材料:碳、硼、芳香族纤维、晶须等高强、高模纤维
性能特点:密度小、强度模量高、热膨胀系数小; 制备工艺简单、成型方法多; 纤维价格昂贵,使用范围到限
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4、3 纤维增强聚合物复合材料
碳纤维增强树脂: 强度、刚度、耐热性均好
硼纤维增强树脂: 刚性好(模量高于碳纤维增强)
聚合物基复合材料
4、1 概述
4、1 概述
4、1 概述
纤维增强聚合物基复合材料
1961年片状模塑料（Sheet
Molding
Compound, 简称SMC）在法国问世，形状稳定的
制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制
件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。
1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产
量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材
生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。
固体火箭发动机的壳体
9
a
聚合物基复合材料的发展历程
拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期实现了连续化生产，在70年 代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。
70年代树脂反应注射成型（简称RIM）和增强树脂反应注射成型（简称 RRIM）两种技术研究成功，进一步改善了手糊工艺，使产品两面光洁，现已大 量用于卫生洁具和汽车的零件生产。
进入20世纪70年代，人们一方面不断开辟玻纤－树脂复合材料的新用途，同时也开发了一批如碳纤维 、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性 能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料（简称ACM）。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合 材料更好的性能，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。 自从先进复合材料投入应用以来，有三件值得一提的成果。 第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机－里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机 仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。 第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作主 货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳/ 碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成，被覆 在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。 第三件是在波音－767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运飞机使用 碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引 擎罩等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。
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交联成具有三向网络结构的体型大分子。
CO
O
2. 环氧树脂 环氧树脂：分子中含有两个或两个以上环氧基团的一类有机 高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
活性环氧基团可与多种类型的固化剂发生交联反应而形 成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
根据分子结构分类：
(1) 缩水甘油醚类 (2) 缩水甘油酯类
基本制造工艺：
底模的制作
不粘处理
手工铺层、涂抹
固化
脱模
手工成型法的特点：所用工具和工艺设备简单，成本 低，能用长纤维布或短纤维布，能适应各种形状产品的成型。 由于以人工为主，生产效率低，不易实行大量生产，仅适于 小数量产品的制造。
(2) 喷涂成型法 利用高压空气将树脂系统和短切纤维从喷枪上不同喷
SMC压缩成型法使用的原材料是SMC未固化的玻璃纤维 /树脂预制片。
SMC压缩成型法分两步实现：第一步是未固化的玻璃纤 维/树脂预制片的制作；第二步是SMC压缩成型。
SMC压缩成型法的特点：以未固化的玻璃纤维/树脂 预制片为原材料，生产工序大为减少，易于实现自动化， 易于大批量生产。
基本设备：压力机(液压机)和片材裁剪机。 成型过程：先将裁剪、计量好的SMC片材置放入预热 好的模型中，然后逐步加热、加压使预制片流动，直至充满 模型内部各处后，再加热、加压固化。
R O CH CH2 O
O R C O CH2 CH CH2
O
(3) 缩水甘油胺类 (4) 线型脂肪族类 (5) 脂环族类
R
N CH2 CH CH2
R'
O
RC HC HR ' C HC HR "
O
O
CH
CH CH
O
R
CH CH
CH O
CH
CH
3. 酚醛树脂
酚醛树脂——由酚与醛按一定的比例在酸性或碱性催化剂下 相互缩合而制成的。这种树脂在加热条件下，可转变成不溶 不熔的三向网状结构。一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而 得的合成树脂。
HO
CH3 C CH3
O OC
n
聚碳酸酯
O
COn聚对苯二甲酸乙二醇酯
O
+ H OC H 2 C H 2 O H H OC
O CO H
12.2 聚合物基复合材料的制造技术
聚合物基复合材料的制造把复合材料的制造和产品的制 造融合为一体。
根据增强体和基体材料种类的不同，需要应用不同的制 造工艺和方法。
根据基具体有材线料型的或不支同链分型类结构：的 热固性一受树类热脂有软复机化合高(或材分熔料子化的化)，制合冷物造却。方法：手糊成型法、喷涂成 型法、压缩成变型硬法，、可注重射复成进型行法、SMC压缩成型法、RTM 成型法(注射成型法)等。 热塑性复合材料的制造方法：压缩成型法、注射成型法、 RTM成型法、真空热压成型法、连续缠绕成型法等。
注射成型法的基本概念
基本制造工艺：
底模的制作
不粘处理
底模的紧固
注入纤维和树脂
固化
脱模
注射成型法的特点：易于实现自动化，易于实现大批生产。 注射成型法制造的产品的纤维含有量不高，一般(体积分数)为 20% ~ 50%，多数在20% ~ 40%之内。由于纤维和树脂的混合 物在模型内的流动引起纤维的排列，产品的强度分布不均匀。 注射机的注射口由于和纤维的摩擦易于磨损。
2. 压缩成型法 压缩成型法是将增强材料纤维和树脂等一起先放入底模，然
后加压、加热使之成型、固化的一种复合材料制造方法。
压缩成型法的基本概念 (a) 将纤维和树脂等放入底模 (b)加热、加压后成型
根据基体材料的不同，需采用不同的加压、加热过程；将 纤维和树脂等放入底模时，需要预成型(预成型机)
基本制造工艺：
SMC压缩成型法的基本概念 (a) 将SMC片材放入模型 (b) 加压，加热后
基本成型工艺： SMC的制作
12聚合物基复合材料
12.1.1 热固性树脂基复合材料 1. 不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或 酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键 和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。
不饱和聚酯树脂：分子中的双键在引发剂作用下与可聚合的
乙烯类单体(交联剂)进行游离基共聚反应，使线型的聚酯分子
底模的制作
不粘处理
放入纤维和树脂
热压
固化
脱模
需要的设备：压力机(油压机或水压机等)、预成型 机、固化炉等
特点：可制造大型产品，含纤维量高的产品、高强 度产品，短纤维增强复合材料用得较多。
3. 注射成型法 注射成型是先将底模固定、预热、然后利用注射机械在
一定的压力条件下，通过一注入口将纤维和树脂等一起挤压 入模型内使之成型。
4. SMC压缩成型法 SMC是Sheet Molding Compound的缩写，是指经过热固
性树脂浸渍后的、未固化的玻璃纤维/树脂预制片。一般有三 种预制片：短纤维随机分布的预制片，短纤维单方向分布的 预制片，长纤维单方向分布的预制片。纤维含量(体积分数) 30% ~ 70%，预制片的厚度一般在5 ~ 10 mm之间。
1. 手糊成型法和喷涂成型法
(1) 手糊成型法 聚合物基复合材料制造的最基本的方法。多用于玻璃纤维/
聚酯树脂复合材料的产品制造。如浴缸、船艇、房屋设备等。 在根据产品的形状制造的底模上，先涂一层不粘胶或铺一层
不粘布或不粘薄膜等，然后铺一层玻璃纤维布，再用刷子或滚 轮等工具将树脂涂抹在玻璃纤维布上，使树脂均匀地渗透在玻 璃纤维布里。重复此过程直到达到产品要求的厚度。然后将铺 层完成后的制品送进固化炉实现固化。
嘴同时喷出并沉积在模具面上，室温固化成型得到制品。 使用的主要工具是一杆能自动切断纤维并喷出切断的短纤 维和树脂的自动化喷枪。
基本制造工艺：
底模的制作
不粘处理
喷涂积层
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
固化
脱模
喷涂成型法省略了人工铺层涂抹的过程，易于实现自动控 制生产，可成型较为复杂形状的制品，但仅适用于制造短纤 维增强复合材料制品，且需要专门的喷射机，施工中材料浪 费较大。
OH 苯酚
O HCH
甲醛
12.1.2 热塑性树脂基复合材料
热塑性树脂——具有线型或支链型结构的一类有机高分子化 合物，受热软化(或熔化)，冷却变硬，这个过程可反复进行。
CH2 CH2 n
聚乙烯
CH2 CH n CH3
聚丙烯
CH2 CH n
CH2 CH Cl
聚氯乙烯
聚苯乙烯
CH2 O n
聚甲醛
O H OC H 2C H 2 OC