基体 聚合物与金属

2.1.2 金 属 1） 概 述
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基 体
与聚合物材料相比 聚合物材料相比 金属材料高强高模, 耐冲击,导电导热性能优异, 金属材料高强高模, 耐冲击,导电导热性能优异, 高温下不变形,尺寸稳定,不老化,不吸湿, 高温下不变形,尺寸稳定,不老化,不吸湿,耐磨损等 与陶瓷材料相比 陶瓷材料相比 金属材料的高韧性和耐冲击性能是陶瓷材料无法 比拟的
2.1.2 金 属
------------------------------------------知识介绍
基 体
金属间化合物 定义： 在纯金属中加入合金元素后，可以形成固溶体或化合 定义： 在纯金属中加入合金元素后， 当溶质含量超过固溶体的溶解能力时， 物。当溶质含量超过固溶体的溶解能力时，由于组元间相互 作用，将形成金属-金属或金属-非金属的化合物。 作用，将形成金属-金属或金属-非金属的化合物。它是具有 不同于母体金属结构的新相。 不同于母体金属结构的新相。 特性：既有金属性能，又有共价键特征。 特性：既有金属性能，又有共价键特征。 应用： 应用： 合金的强化相； 合金的强化相； 定向凝固共晶复合材料的强化相； 定向凝固共晶复合材料的强化相； 耐高温、多功能复合材料 耐高温、 实例：NiAl；AlCu2 实例：NiAl；
2.1.1 聚合物 2） 热固性树脂
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基 体
优点：良好的工艺性 优点：
（固化前为液态，可常温常压下浸渍纤维；固化后，稳定） 固化前为液态，可常温常压下浸渍纤维；固化后，稳定）
缺点： 时效性（存贮期）； 缺点： 时效性（ 材料韧性差（固化后脆）
2.1.1 聚合物
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基 体
其他热固性树脂 呋喃树脂 较高的热稳定性和耐腐蚀性， 较高的热稳定性和耐腐蚀性，
（用于耐高温和耐酸又耐碱的制品中） 用于耐高温和耐酸又耐碱的制品中）
机械性能较差，特别脆 机械性能较差，
乙烯基酯树脂 环氧树脂的基本链段 & 不饱和聚酯的不饱和双键
（双重特性，性能更优） 双重特性，
2.1.1 聚合物
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基 体
其他高性能热固性树脂
聚酰亚胺（Polyimides, PI） PI） 聚酰亚胺（ 产量最大的一类耐高温树脂； 产量最大的一类耐高温树脂； 突出的耐辐射性； 突出的耐辐射性； 良好的耐热性. 良好的耐热性. (对氧和热都十分稳定) 对氧和热都十分稳定)
断裂能: 金属最高, 聚合物材料次之,陶瓷材料最低. 断裂能: 金属最高, 聚合物材料次之,陶瓷材料最低.
2.1.2 金 属
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基 体
2） 在复合材料中的含量
连续纤维增强时, 基体约占50连续纤维增强时, 基体约占50-70%;
2.1.1 聚合物 3） 热塑性树脂
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基 体
通用热塑性树脂 （略）
高性能热塑性树脂 聚醚醚酮（PEEK）；聚碳酸酯（PC）；聚砜 ）；聚碳酸酯 ）；聚砜 聚醚醚酮（PEEK）；聚碳酸酯（PC）； PS）；聚苯硫醚（PPS）；聚醚酮酮（PEKK） ）；聚苯硫醚 ）；聚醚酮酮 （PS）；聚苯硫醚（PPS）；聚醚酮酮（PEKK）
Composite Materials & Processing Technology
张学军 Tel: 6441 8679
zhangxj@mail.buct.edu.cn
Review
第I部分 复合材料科学基础
第1章 增强体
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纤维 晶须与颗粒
基 体 （Matrix） Matrix） 作 用 固定纤维并将其粘合成整体； 固定纤维并将其粘合成整体； 在纤维间传递载荷并使其均匀分配； 在纤维间传递载荷并使其均匀分配； 保护纤维免于环境影响； 保护纤维免于环境影响； 影响（决定）复合材料的某些性能； 影响（决定）复合材料的某些性能； 决定（影响）成型方法与工艺参数的选择。 决定（影响）成型方法与工艺参数的选择。 分 类 聚合物基体（ ）；金属基体 金属基体； 聚合物基体（树脂与橡胶）；金属基体；陶瓷基 混凝土） 基体。 体；水泥（/混凝土）基体；碳（质）基体。 水泥（ 混凝土 基体；
聚砜/聚醚砜（PS/PES） 聚砜/聚醚砜（PS/PES） 抗氧化性好，尺寸稳定性，并有一定的韧性 抗氧化性好，尺寸稳定性，
2.1.1 聚合物 4） 橡 胶
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基 体
（略）
Summary
聚合物作为复合材料用量最大的基体材料，种类繁 聚合物作为复合材料用量最大的基体材料， 多，应用场合各异。应从工艺性能、力学性能、耐热性、成 应用场合各异。应从工艺性能、力学性能、耐热性、 型收缩率、应用范围来比较UP、EP、PF以及PI树脂之差异。 以及PI树脂之差异。 型收缩率、应用范围来比较UP、EP、PF以及 树脂之差异
聚苯并咪唑（PBI） 聚苯并咪唑（PBI） 优异的热稳定性
2.1.1 聚合物 3） 热塑性树脂
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基 体
优点 高断裂韧性； 高断裂韧性； 成型周期短（无固化期）； 成型周期短（无固化期）； 废品、边角料可再生利用。 废品、边角料可再生利用。 缺点 成型工艺相对而言比较苛刻。 成型工艺相对而言比较苛刻。
2.1.1 聚合物
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基 体
常用热固性树脂之一 不饱和聚酯（UP） 不饱和聚酯（UP）
a. 合成（略） 合成（ b. 特点 工艺性能良好，室温固化，常压成型； 工艺性能良好，室温固化，常压成型； 固化后树脂综合性能良好； 固化后树脂综合性能良好； 价格低廉，比酚醛略高，远低于环氧树脂； 价格低廉，比酚醛略高，远低于环氧树脂； 固化时体积收缩大（4-6 %）； 固化时体积收缩大（ 成型时气味和毒性较大； 成型时气味和毒性较大； 耐热性差，模量和强度较低，易变形。 耐热性差，模量和强度较低，易变形。 c. 应用情况 用量最大，可用于手糊、模压、缠绕、 用量最大，可用于手糊、模压、缠绕、拉挤等工艺 牌号繁多，用途广泛，主要用于玻璃钢（ 牌号繁多，用途广泛，主要用于玻璃钢（非承力件）
金属基体材料： 纯金属及其合金 金属基体材料：
2.1.2 金 属 1） 概 述
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基 体
固结增强体； 固结增强体； 传递和承受载荷； 传递和承受载荷；
作用
赋予复合材料一定形状； 赋予复合材料一定形状； 与复合材料性能密切相关。 与复合材料性能密切相关。
聚合物的结构和性能（ 聚合物的结构和性能（略）
2.1.1 聚合物 1） 概 述
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基 体
选用标准 满足产品的使用需要（使用温度、强度、刚度、耐环境性等）； 使用温度、强度、刚度、 对于纤维有良好的浸润性和粘接力； 对于纤维有良好的浸润性和粘接力； 工艺性能好（足够长的存贮期、固化收缩小等）； 足够长的存贮期、 低毒性、刺激性小； 低毒性、刺激性小； 价格合理。 价格合理。
化学相容性： 化学相容性： 形成合适、稳定的界面， 形成合适、稳定的界面， 不会发生有害的化学反应
2.1.2 金 属
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基 体
4） 结构材料用金属基体 小于450℃ 小于450℃ : 铝、镁及其合金基体 450---650℃ 450---650℃ : 钛合金 650---1200℃ 以上: 650---1200℃ 以上: 金属间化合物 镍基耐热(高温) 镍基耐热(高温)合金 铁基耐热合金
2.1.1 聚合物
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基 体
聚醚醚酮（PEEK） 聚醚醚酮（PEEK） 模量与环氧相当，强度优于环氧，而断裂韧性极高； 模量与环氧相当，强度优于环氧，而断裂韧性极高； 耐化学腐蚀性与环氧相当； 耐化学腐蚀性与环氧相当； 吸湿率比环氧低； 吸湿率比环氧低； 优秀的阻燃性，极低的发烟率和有毒气体释放率； 优秀的阻燃性，极低的发烟率和有毒气体释放率； 极好的耐辐射性。 极好的耐辐射性。 （相当好的热稳定性） 相当好的热稳定性） （优良长期耐蠕变性能和耐疲劳性能） 优良长期耐蠕变性能和耐疲劳性能）
颗粒增强时, 基体约占80颗粒增强时, 基体约占80-90%; 体积分数 晶须/短纤维增强时, 基体占70%以上 晶须/短纤维增强时, 基体占70%以上
2.1.2 金 属
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基 体
3） 选 用 原 则 ¤ 金属基复合材料的使用要求 a.飞行器和卫星构件(高比强,高比模,尺寸稳定性好) a.飞行器和卫星构件 高比强,高比模,尺寸稳定性好) 镁合金, 镁合金,铝合金等密度小的轻金属合金 b. 高性能发动机(除高比强等外,要耐高温性能) 除高比强等外,要耐高温性能) 钛基合金, 钛基合金,镍基合金 c. 汽车发动机部件(性能好,但注重批量生产,价低) 性能好,但注重批量生产,价低)
2.1.1 聚合物
பைடு நூலகம்
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基 体
常用热固性树脂之二 环氧树脂（EP） 环氧树脂（EP）
a. 合成（略） 合成（ b. 特点 适用性强（种类多）； 适用性强（ 工艺性能良好； 工艺性能良好； 粘接力大； 粘接力大； 固化时体积收缩小（1-2 %）； 固化时体积收缩小（ 固化脆（但加入增韧剂，可以改善）。 固化脆（但加入增韧剂， c. 应用情况 主承力结构件
2.1.2 金 属 1） 概 述
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基 体
密度(g/cm 密度(g/cm3)：铝，2.7; 铜, 8.9; 钢, 7.8; 钛, 4.5
各类金属中比强度最高的是钛
性能
导电性: 导电性: 银, 铜, 铝 缺点: 缺点: 抗腐蚀性 密度大
Content
第I部分 复合材料科学基础
第2 章 基 体 2.1 聚合物基体与金属基体 2.1.1 聚合物基体 2.1.2 金属基体
2.1.1 聚合物 1） 概 述
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基 体
分类 热 行 为：热固性和热塑性 特性与用途：一般；耐热；阻燃等 特性与用途：一般；耐热； 成型工艺：手糊用；喷射用；缠绕用等 成型工艺：手糊用；喷射用；
铝合金
d. 集成电路的元件(高导热率性能) 高导热率性能)
银, 铜, 铝等金属
2.1.2 金 属
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基 体
3） 选 用 原 则 ¤ 金属基复合材料组成特点
连续纤维增强时，可选用强度低但与纤维有很好相容性 连续纤维增强时， 和塑性的低强度合金 (纤维是主要的承载物) 纤维是主要的承载物)
非连续增强时， 非连续增强时，选用高强度的金属基体 (基体是主要的承载物) 基体是主要的承载物)
2.1.2 金 属
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基 体
3） 选 用 原 则 ¤ 基体金属与增强体的相容性
物理相容性： 物理相容性： 润湿性 热膨胀匹配性
2.1.1 聚合物
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基 体
常用热固性树脂之三 酚醛树脂（PF） 酚醛树脂（PF）
a. 合成（略） 合成（ b. 特点 适用性强（种类多）； 适用性强（种类多）； 工艺性能好（热变形温度低利于成型）； 工艺性能好（热变形温度低利于成型）； 粘接力优良； 粘接力优良； 制品孔隙率高； 制品孔隙率高； 固化时体积收缩高（8-10 %）； %）； 固化时体积收缩高（ c. 应用情况 耐烧蚀材料（含碳量高）； 耐烧蚀材料（含碳量高）； 碳/碳复合材料的基体