《聚合物复合材料》PPT课件
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《聚合物基复合材料》ppt课件
c、水热合成法
是在高温、高压反响环境中，采用水作为 反响介质，使得通常难溶或不溶的物质 溶解、反响，还可进展结晶操作。
d 、 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的根本过程是: 一些易水解的金属化合物(无机盐或金属醇 盐)在某些溶剂中与水发生反响,经过水解与 缩聚过程,首先生成溶胶，再生成具有网状 构造的凝胶，然后经过枯燥、烧结等后处 置工序，制成所需资料。例如，
改性方法
离子交换法 硅烷偶联剂法 冠醚改性法 单体或活性有机物插层法
高分子/层状硅酸盐纳米复合资 料的制备方法
➢插层复合法是制备高分子/层状硅酸盐纳米复合资料的 方法，即将单体或聚合物插入层状硅酸盐片层之间，进 而破坏硅酸盐的片层构造，使其剥离成层状根本单元， 并均匀分散在聚合物基体中，实现高分子与层状硅酸盐 在纳米尺度上的复合。 ➢一些常见的层状硅酸盐 ：
(1) 小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量 级时，一定条件下导致资料宏观物理、化学性 质发生变化。
由于比外表积大大添加，使纳米资料具有 极强的吸附才干。如光吸收显著加强；纳米陶 瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微 粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K， 而2nm的金微粒的熔点只需600K。
纳米微粒的外表修饰
由于纳米资料粒径小，大部分原子暴露在微粒外 表，因此外表能极大，非常容易聚会在一同，这 就为制造纳米微粒资料带来很大困难。
在制备纳米高分子复合资料时，需对纳米资料的 外表进展改性，目的是降低粒子的外表能态，消 除粒子的外表电荷，提高纳米粒子与有机相的亲 合力，减弱纳米粒子的外表特性。
的纳米粉
c、喷雾法
经过将含有制备资料的溶液雾化以制备 微粒的方法。
d 、冷冻枯燥法
首先制备金属盐的水溶液，然后将溶液 冻结，在高真空下使水分升华，原来溶 解的溶质来不及凝聚，那么可以得到枯 燥的纳米粉体。
聚合物复合材料工艺课件
采用喷射成型工艺生产的重卡高顶普通列车的前端普通列车前端体积大结构较为复杂通常采用喷射成型制得缠绕成型是一种将浸渍了树脂的连续纤维预浸纱丝束或布带通过缠绕机控制张力和缠绕角以一定方式按照一定规律缠绕在回转芯模上常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合材料制造工艺
关于聚合物复合材料工艺
第一页，本课件共有58页
料将增强材料粘结在一起的一种成型方法 。
在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好
的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树
脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止，然后进行 固化、脱模、后处理及检验等。
第十页，本课件共有58页
第二十一页，本课件共有58页
第二十二页，本课件共有58页
普通列车的前端
普通列车前端体积大，结构较为复杂，
通常采用喷射成型制得
（3） 缠绕成型
芯模
缠绕控制
小车及树脂
纤维
缠绕成型是一种将浸渍了树脂的连续纤维（预浸纱、丝束或布带）通 过缠绕机控制张力和缠绕角，以一定方式按照一定规律缠绕在回转芯模上、 常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合材料制造工艺。
第十一页，本课件共有58页
手糊成型工艺流程
手糊成型常用的树脂体系有不饱和聚酯树脂胶液、环氧树脂胶液；33号胶 衣树脂（间苯二甲酸型胶衣树脂），耐水性好；36PA胶衣树脂，自熄性胶衣树脂（ 不透明）；39号胶衣树脂,耐热自熄性胶衣树脂；21号胶衣树脂（新戊二醇型） ，耐水煮、耐热、耐污染、柔韧、耐磨胶衣。
第4章 聚合物基复合材料的工艺
4.1 概述 4.2 成型工艺方法 4.3 模具与辅助材料 4.4 复合材料成型用半成品的制备工艺
关于聚合物复合材料工艺
第一页，本课件共有58页
料将增强材料粘结在一起的一种成型方法 。
在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好
的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树
脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止，然后进行 固化、脱模、后处理及检验等。
第十页，本课件共有58页
第二十一页，本课件共有58页
第二十二页，本课件共有58页
普通列车的前端
普通列车前端体积大，结构较为复杂，
通常采用喷射成型制得
（3） 缠绕成型
芯模
缠绕控制
小车及树脂
纤维
缠绕成型是一种将浸渍了树脂的连续纤维（预浸纱、丝束或布带）通 过缠绕机控制张力和缠绕角，以一定方式按照一定规律缠绕在回转芯模上、 常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合材料制造工艺。
第十一页，本课件共有58页
手糊成型工艺流程
手糊成型常用的树脂体系有不饱和聚酯树脂胶液、环氧树脂胶液；33号胶 衣树脂（间苯二甲酸型胶衣树脂），耐水性好；36PA胶衣树脂，自熄性胶衣树脂（ 不透明）；39号胶衣树脂,耐热自熄性胶衣树脂；21号胶衣树脂（新戊二醇型） ，耐水煮、耐热、耐污染、柔韧、耐磨胶衣。
第4章 聚合物基复合材料的工艺
4.1 概述 4.2 成型工艺方法 4.3 模具与辅助材料 4.4 复合材料成型用半成品的制备工艺
第四章聚合物基体复合材料PPT课件
热固性基体
通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化 剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固化阶段后，形成不 溶、不熔的三维网状高分子 热固性树脂在初始阶段流动性很好、粘度低，容易浸透增 强体，同时工艺过程比较容易控制。这些树脂几乎适合于 各种类型的增强体。
包括不饱合聚酯树脂、环氧 树脂、酚醛树脂
热塑性塑料与玻璃纤维增强后性能对比
品种
聚丙烯
原 增强
密度 /(g/cm3)
910 1140
拉伸强 度/MPa
35 85
抗弯强 度/MPa
35 85
压缩强 度/MPa
45 60
弯曲模量 /×104MPa
0.12 0.58
冲击强 度/MPa
0.4 0.8
变形温 成型收 度/℃ 缩率/%
63 1.3~1.6 155 0.2~0.8
2．聚碳酸酯
聚碳酸酯有下述的化学结构
其中n在100~500的范围内。工业生产的聚碳 酸酯平均分子量为25000—70000。
聚碳酸酯特点
优点 无色透明，耐热，抗冲击，阻燃，在普通使 用温度内都有良好的机械性能。 缺点 制品易产生应力开裂，耐溶剂、耐碱性差， 高温易水解。 常见的应用有光碟，眼镜片，水瓶，防弹玻璃，护 目镜、银行防子弹玻璃、车头灯、动物笼子等等。
固化时收缩率较大，预浸料贮存期限短，含苯乙烯，有刺 激性气体，长期接触对身体健康不利。树脂的耐热性差。 但价格便宜、制备工艺性好。
广泛应用于电器、建筑、防腐、交通等诸多领域。
环氧树脂（EP）
凡是含有二个以上环氧基的化合物统称为环氧 树脂
在所有的环氧树脂中，工业上用得最广泛的是双 酚A型环氧树脂，占环氧树脂总产量的90 %。环 氧树脂本身是热塑性的线型结构，必须向树脂中 加入固化剂，进行交联固化反应，生成网状结构 的高聚物后（热固性树脂）。
(医学课件)聚合物基复合材料PPT演示课件
HOR`OCORCOOH + HOR``OH HOR`OCORCOOR``OH + H2O
由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩 聚反应相同。 不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光 照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化 成具有三维网络的体型结构。 .
18
聚合物基体材料
按纤维形态 纤维增强 按铺层方式 连续纤维 不连续纤维 单向 角铺层 织物 三维 玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等 长纤维（毡） 短切纤维
聚 合 物 基 复 合 材 料
按纤维种类
晶须增强 层片增强 粒子增强
碳化硅晶须、氧化铝晶须等 云母、玻璃、金属等 . 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等
8
聚合物基体材料
聚合物材料的介绍
热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的 进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会 软化，不溶、不熔。 其高分子聚合物属于三维体型网状结构。 常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。 热塑性树脂 加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。 冷却后变硬，再加热可软化。 其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。 常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、 . 9 聚碳酸脂等。
聚合物基体材料
不饱和聚酯树脂 ( UP)
不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺 简单，适合于大型异形部件的制造。 不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段： 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。 2 定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。 不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为： 1 可以有效地控制反应速度。 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。 引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为 游离基并进行连锁聚合反应的物质。 . 20
由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩 聚反应相同。 不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光 照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化 成具有三维网络的体型结构。 .
18
聚合物基体材料
按纤维形态 纤维增强 按铺层方式 连续纤维 不连续纤维 单向 角铺层 织物 三维 玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等 长纤维（毡） 短切纤维
聚 合 物 基 复 合 材 料
按纤维种类
晶须增强 层片增强 粒子增强
碳化硅晶须、氧化铝晶须等 云母、玻璃、金属等 . 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等
8
聚合物基体材料
聚合物材料的介绍
热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的 进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会 软化，不溶、不熔。 其高分子聚合物属于三维体型网状结构。 常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。 热塑性树脂 加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。 冷却后变硬，再加热可软化。 其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。 常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、 . 9 聚碳酸脂等。
聚合物基体材料
不饱和聚酯树脂 ( UP)
不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺 简单，适合于大型异形部件的制造。 不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段： 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。 2 定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。 不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为： 1 可以有效地控制反应速度。 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。 引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为 游离基并进行连锁聚合反应的物质。 . 20
聚合物基复合材料ppt课件
料的称量
料预热 成预成型
压制前准备
装模 压制 脱模
后处理
打底及辅 助加工
压制
检验 成品
模压成型工艺流程
层压工艺：
将浸有或涂有树脂的片材层叠， 送入层压机，在加热加压条件下，固 化成型玻璃钢制品的一种成型工艺。
生产的机械化、自动化程度 较高；产品质量稳定；但一次 性投资较大，适合于批量生产。
干法成型，先将纸、布、玻璃布等浸胶， 制成浸胶布(纸)半制品，再经加温加压成型。
工艺过程：
先将树脂和增强纤维制成粒料， 然后再将粒料加入挤出机内，经塑 化、挤出、冷却定型而成制品。
1、能加工绝大多数热塑性复合材料 及部分热固性复合材料； 2、生产过程连续，自动化程度高； 3、工艺易掌握及产品质量稳定等。
只能生产线型制品
注射成型适用于热塑性和热固性复合材料，以热 塑性复合材料应用最广。
聚丙烯
CH2 CH n
CH2 CH Cl
聚氯乙烯
聚苯乙烯
CH2 O n
聚甲醛
O HO CH2CH2 O C
HO
CH3 C CH3
聚碳酸酯
O OC
n
O
C O n 聚对苯二甲酸乙二醇酯
O
+ HO CH2CH2 OH
HO C
O C OH
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。
O
C OH + MO
O C OMOH
O
C OH + M(OH)2
O
C OMOH + H2O
碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水使分子量成倍增加
O
聚合物基复合材料 ppt课件
⊥45∘层分散应力均衡负荷。
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
45
分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
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 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
45
分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
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 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
聚合物基复合材料PPT课件
• 制备工艺：不饱和聚酯的合成（反应釜）和用苯 乙烯稀释聚酯（稀释釜）两部分。
• 不饱和聚酯树脂的生产工艺流程图 • 1——反应釜；2——坚冷凝器；3——横冷凝器；4——接
受器；5——稀释釜；6——液体加料管
表3-2 常见热固性树脂材料的物理性能
性能
聚酯树脂 环氧树脂
密度/（g·cm3）
拉伸强度/MPa
1.22～ 1.40
41～82
4.1～4.8
1.3～2.3
聚酰亚胺 有机硅
～1.32 41～82 ～3.9
1.7～1.9 21～49 ～1.0
1.3～2.3 ～1.0
热变形温度/℃ 60～100 100～200 78～82
线膨胀系数 /10-5K-1
5.5～10 4.6～6.5
6～8
30.8
固化收缩率/% 4～6
3 聚合物基复合材料
3.1 概述
• 3.1.1 聚合物基复合材料的发展
• 第一阶段：1942年至1960年代，玻璃纤维/不饱和聚酯树 脂（GFRP）
• 第二阶段：1965年，发明碳纤维，高比模量、高比强度先 进聚合物基复合材料
• 第三阶段：1972年，发明芳纶纤维，高比模量、高比强度 先进聚合物基复合材料
• （3）按成型工艺分：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕 用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等。
图3-1 晶态聚合物分子晶区和非晶区示意图
• 3.2.1.3 固态高聚物的性能 • 三个特征温度：玻璃化温度Tg、熔点Tm、粘流温度Tf
（图3-2）。 • 热塑性树脂的Tg是固定的，热固性树脂的Tg随交联程度
图3-2 聚合物玻璃态、高弹态、粘流随温度 的转变关系
• 3.2.2 热固性基体
• 不饱和聚酯树脂的生产工艺流程图 • 1——反应釜；2——坚冷凝器；3——横冷凝器；4——接
受器；5——稀释釜；6——液体加料管
表3-2 常见热固性树脂材料的物理性能
性能
聚酯树脂 环氧树脂
密度/（g·cm3）
拉伸强度/MPa
1.22～ 1.40
41～82
4.1～4.8
1.3～2.3
聚酰亚胺 有机硅
～1.32 41～82 ～3.9
1.7～1.9 21～49 ～1.0
1.3～2.3 ～1.0
热变形温度/℃ 60～100 100～200 78～82
线膨胀系数 /10-5K-1
5.5～10 4.6～6.5
6～8
30.8
固化收缩率/% 4～6
3 聚合物基复合材料
3.1 概述
• 3.1.1 聚合物基复合材料的发展
• 第一阶段：1942年至1960年代，玻璃纤维/不饱和聚酯树 脂（GFRP）
• 第二阶段：1965年，发明碳纤维，高比模量、高比强度先 进聚合物基复合材料
• 第三阶段：1972年，发明芳纶纤维，高比模量、高比强度 先进聚合物基复合材料
• （3）按成型工艺分：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕 用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等。
图3-1 晶态聚合物分子晶区和非晶区示意图
• 3.2.1.3 固态高聚物的性能 • 三个特征温度：玻璃化温度Tg、熔点Tm、粘流温度Tf
（图3-2）。 • 热塑性树脂的Tg是固定的，热固性树脂的Tg随交联程度
图3-2 聚合物玻璃态、高弹态、粘流随温度 的转变关系
• 3.2.2 热固性基体
聚合物基复合材料 PPT
H H2 H2C C C O CH3 O CH3 O H2 C H2 CH C O n OH CH3 CH3 H2 H O C C CH2 O
• 综合力学性能最好，粘结能力最强， 与玻纤复合界面剪切强度最高，尺寸 稳定性好，耐蚀性好；收缩率只有12%，粘度大，施工困难，成型需要 加热。
⑶．酚醛玻璃钢材料
聚合物基复合材料是由物化性质截然不同的增强材料和有 机高分子化合物通过一定工艺方法复合而成的多相固体材料。
影响聚合物基复合材料性能的因素：
1、增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学 稳定性 2、增强材料的含量及其排布方式与方向 3、不同的成型工艺 4、增强材料与基体的界面粘接状况
OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2
CH2
OH
OH
OH
OH
OH
• 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达 1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电 弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮 肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
赛艇、帆船壳体
体育馆采光
透光型玻璃钢
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP)
特点：
⑴、比重最轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高
雾灯
车门反射镜架
⑶、热学性能大大改善>50%
⑷、尺寸稳定性提高
车用立体声音响喇叭
3、高强度纤维增强塑料
⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性较好，价格昂贵。
1．设计条件
• 载荷情况
• 综合力学性能最好，粘结能力最强， 与玻纤复合界面剪切强度最高，尺寸 稳定性好，耐蚀性好；收缩率只有12%，粘度大，施工困难，成型需要 加热。
⑶．酚醛玻璃钢材料
聚合物基复合材料是由物化性质截然不同的增强材料和有 机高分子化合物通过一定工艺方法复合而成的多相固体材料。
影响聚合物基复合材料性能的因素：
1、增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学 稳定性 2、增强材料的含量及其排布方式与方向 3、不同的成型工艺 4、增强材料与基体的界面粘接状况
OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2
CH2
OH
OH
OH
OH
OH
• 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达 1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电 弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮 肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
赛艇、帆船壳体
体育馆采光
透光型玻璃钢
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP)
特点：
⑴、比重最轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高
雾灯
车门反射镜架
⑶、热学性能大大改善>50%
⑷、尺寸稳定性提高
车用立体声音响喇叭
3、高强度纤维增强塑料
⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性较好，价格昂贵。
1．设计条件
• 载荷情况
聚合物基复合材料的性能课件
兼容性
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
《聚合物复合材料》PPT课件
安全ppt
25
第二章 基体材料
安全ppt
26
2.1 概述
➢ 复合材料是由增强材料和基体材料通过一定的 成型工艺，经过一定的物理和化学变化过程， 复合而成的具有特定性状的整体材料。
➢ 基体材料的作用：使增强材料粘结成为一个整 体，向增强材料传递载荷（以剪切力的形式）， 保护增强材料免受外界环境作用和物理损伤。
1.2 复合材料的定义、命名及分类
❖ 按增强纤维种类分类
1、无机纤维（玻璃纤维、碳纤维及其他陶瓷纤 维、矿物纤维）复合材料。
2、有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚脂 纤维、高强度聚烯烃纤维等）复合材料。
3、金属纤维（钨丝、不锈钢丝等）复合材料。
4、陶瓷纤维（氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤 维等）复合材料。
▪ 良好的工艺性能：包括各组分间的混溶性、流动
性、成型性。
安全ppt
28
2.2 聚合物基体
➢聚合物：合成树脂的种类、数量远大于 天然有机高分子。
➢随着合成工业的发展和新的聚合方法的 出现，种类和数量不断增长。
➢包括热固性树脂、热塑性树脂、橡胶。
安全ppt
29
2.2.1热固性树脂基体
1、不饱和聚酯树脂(UPR)：unsaturated polyester resin,
构成
木材的微纤丝 A. 微纤丝 B. 结晶区 C. 非结晶区
电子显微镜下木材管胞壁的分层结构模式 ML.胞间层； P.初生壁； S1.次生壁外层
安全ppt
3
1.1 复合材料的发展史
例如骨骼：由30%的有机质和70%无机质所组成，而 70%的无机质当中磷酸钙占了95%。简单说，钙质约 占骨骼的65%-70%，是骨的主要成分 。
聚合物基复合材料的界面ppt课件
第二阶段：
液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应。
固化阶段受第一阶段影响，同时它也直接决定着所形成的 界面层的结构。
以热固性树脂的固化过程为例，固化剂所在位置是固化反 应的中心，固化反应从中心以辐射状向四周扩展，最后形成 中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构，密度大的部分 称做胶束或胶粒，密度小的称做胶絮。
18
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1）浸润吸附理论
浸润吸附理论认为，高聚物的黏结作用可以分为两个阶段： 第一阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从溶液或
熔融体中，移动到被粘物表面；再通过微布朗运动，大分子 链节逐渐向被粘体表面的极性基体靠近。没有溶剂时，大分 子链节只能局部靠近表面，而在压力作用下或加热使黏度降 低时，便可与表面靠得很近。
所谓浸润，即是把不同的液滴放到不同的固体表面上，有时液 滴会立即铺展开来，遮盖固体的表面，这一现象称为“浸润”。 有时液滴仍团聚成球状，这一现象称为“不浸润”或“浸润不 好”。 液体对固体的浸润能力，可以用浸润角θ来表示 当θ≤90°时，称为浸润； 当θ≥90°时，称为不浸润； 当θ=0°及180°时，则分别为完全浸润和完全不浸润。
21
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2）化学键理论(在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形 成共价键结合.)
1949年提出化学键理论。 该理论的主要观点是：偶联剂分子应至少含有两种官能团， 第一种官能团在理论上可与增强材料起化学反应，第二种官 能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成 化学键结合，于是，偶联剂分子像“桥”一样，将增强材料 与基体通过共价键牢固地连接在一起了。 例如，使用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、乙基三氯硅烷 和乙烯基烷氧基硅烷及二烯丙基烷氧基硅烷于不饱和聚酯/玻 璃纤维体系中。结果表明含不饱和基硅烷的制品强度比饱和 基的高出几乎2倍，显著地改善了树脂/玻璃纤维两相间的界 面黏结。
液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应。
固化阶段受第一阶段影响，同时它也直接决定着所形成的 界面层的结构。
以热固性树脂的固化过程为例，固化剂所在位置是固化反 应的中心，固化反应从中心以辐射状向四周扩展，最后形成 中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构，密度大的部分 称做胶束或胶粒，密度小的称做胶絮。
18
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1）浸润吸附理论
浸润吸附理论认为，高聚物的黏结作用可以分为两个阶段： 第一阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从溶液或
熔融体中，移动到被粘物表面；再通过微布朗运动，大分子 链节逐渐向被粘体表面的极性基体靠近。没有溶剂时，大分 子链节只能局部靠近表面，而在压力作用下或加热使黏度降 低时，便可与表面靠得很近。
所谓浸润，即是把不同的液滴放到不同的固体表面上，有时液 滴会立即铺展开来，遮盖固体的表面，这一现象称为“浸润”。 有时液滴仍团聚成球状，这一现象称为“不浸润”或“浸润不 好”。 液体对固体的浸润能力，可以用浸润角θ来表示 当θ≤90°时，称为浸润； 当θ≥90°时，称为不浸润； 当θ=0°及180°时，则分别为完全浸润和完全不浸润。
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2）化学键理论(在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形 成共价键结合.)
1949年提出化学键理论。 该理论的主要观点是：偶联剂分子应至少含有两种官能团， 第一种官能团在理论上可与增强材料起化学反应，第二种官 能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成 化学键结合，于是，偶联剂分子像“桥”一样，将增强材料 与基体通过共价键牢固地连接在一起了。 例如，使用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、乙基三氯硅烷 和乙烯基烷氧基硅烷及二烯丙基烷氧基硅烷于不饱和聚酯/玻 璃纤维体系中。结果表明含不饱和基硅烷的制品强度比饱和 基的高出几乎2倍，显著地改善了树脂/玻璃纤维两相间的界 面黏结。
聚合物复合材料PPT课件
17
界面
组分材料之间存在界面，要有效发挥组分材料的作用， 良好的界面粘合是必须的
Figure - Interfaces between phases in a composite material: (a) direct bonding between primary and secondary phases
6
Figure - Possible physical shapes of imbedded phases in composite materials: (a) fiber, (b) particle, and (c) flake
7
聚合物纳米复合材料
聚合物-层状硅酸Βιβλιοθήκη 纳米复合材料• 至少一维分散相尺寸 < 100 nm • 纳米效应 — 鲜明的性能特征 • 分类:
18
界面相
界面往往需要添加第三组分以增加粘合，第三组分 往往会形成界面相
Figure - Interfaces between phases: (b) addition of a third ingredient to bond the primary phases and form an interphase
20
复合材料的微观形貌
陶瓷纤维复合材料
聚合物基体复合材料
21
复合材料的历史
➢ 自然界的复合材料：树干、竹子等。 ➢ 钢筋混凝土：它是用有抗压的水泥，碎石或砖和抗拉钢筋
组合而成。 ➢ 历史上的复合材料 ： ➢ 草秸增强泥巴筑墙、 ➢ 万里长城的糯米石灰浆、 ➢ 铜雀台的核桃油浸地砖、 ➢ 古埃及的木乃伊等
聚合物复合材料简介
1
应用于各行各业的复合材料
2
3
界面
组分材料之间存在界面，要有效发挥组分材料的作用， 良好的界面粘合是必须的
Figure - Interfaces between phases in a composite material: (a) direct bonding between primary and secondary phases
6
Figure - Possible physical shapes of imbedded phases in composite materials: (a) fiber, (b) particle, and (c) flake
7
聚合物纳米复合材料
聚合物-层状硅酸Βιβλιοθήκη 纳米复合材料• 至少一维分散相尺寸 < 100 nm • 纳米效应 — 鲜明的性能特征 • 分类:
18
界面相
界面往往需要添加第三组分以增加粘合，第三组分 往往会形成界面相
Figure - Interfaces between phases: (b) addition of a third ingredient to bond the primary phases and form an interphase
20
复合材料的微观形貌
陶瓷纤维复合材料
聚合物基体复合材料
21
复合材料的历史
➢ 自然界的复合材料：树干、竹子等。 ➢ 钢筋混凝土：它是用有抗压的水泥，碎石或砖和抗拉钢筋
组合而成。 ➢ 历史上的复合材料 ： ➢ 草秸增强泥巴筑墙、 ➢ 万里长城的糯米石灰浆、 ➢ 铜雀台的核桃油浸地砖、 ➢ 古埃及的木乃伊等
聚合物复合材料简介
1
应用于各行各业的复合材料
2
3
聚合物基复合材料ppt完美版
1、网状结构 楔、高压绝缘子、带电操作工具等。
第二阶段是聚合物的固化。 不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
2、层状结构，两种组分均为二维连续相 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，
含碳量99%左右的称为石墨纤维。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善
和增强。
的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力
第二阶段是聚合物的固化。
(2)在交通运输方面的应用
其他因素（表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等）。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
• 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、 陶瓷基和金属基复合材料。
• 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强
复合材料、粒子增强复合材料和层状复合 SiC颗粒
增
材料。
强 相
• 3、按复合材料的性能分类，可分为结构
三 种
类
复合材料和功能复合材料。
Al2O3片
挤出成型工艺示意图
（4）挤拉成型
将预浸纤维连续地通过模具，挤出多余的 树脂，在牵伸条件下进行固化。
（5）连续成型
把连续纤维不断地浸滞树脂并通过口模和 固化炉固化成棒、板或其他型材。
（6）袋压成型
在模具上放置预浸料后，通过软的薄膜施 加压力而固化成型。
九、界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间 化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。
第二阶段是聚合物的固化。 不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
2、层状结构，两种组分均为二维连续相 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，
含碳量99%左右的称为石墨纤维。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善
和增强。
的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力
第二阶段是聚合物的固化。
(2)在交通运输方面的应用
其他因素（表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等）。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
• 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、 陶瓷基和金属基复合材料。
• 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强
复合材料、粒子增强复合材料和层状复合 SiC颗粒
增
材料。
强 相
• 3、按复合材料的性能分类，可分为结构
三 种
类
复合材料和功能复合材料。
Al2O3片
挤出成型工艺示意图
（4）挤拉成型
将预浸纤维连续地通过模具，挤出多余的 树脂，在牵伸条件下进行固化。
（5）连续成型
把连续纤维不断地浸滞树脂并通过口模和 固化炉固化成棒、板或其他型材。
（6）袋压成型
在模具上放置预浸料后，通过软的薄膜施 加压力而固化成型。
九、界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间 化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。
聚合物基复合材料-性能ppt课件
耐候性：FRP在户外运用时，抵抗各种气体气候要素 的侵蚀破坏的才干。
(1) 温湿度：空气中的水分可以侵入树脂或纤维-树脂界中， 破坏界面粘结，降低FRP的弯曲强度。
(2) 光氧作用：受紫外光和氧作用，树脂发生光氧化、光 降解、交联，生成氧化产物，发生分子链断裂。
(3) 风沙作用：风沙对FRP产活力械磨损，导致外表光泽 度下降、外表层零落、纤维外露等.
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
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、体积和外表电阻系数，
击穿强度等 FRP的电性能普通介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善FRP的电性能 树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在
12.3 聚合物基复合资料的根本性能
影响纤维加强塑料〔FRP)性能的要素：原资料、构造设 计方法及成型工艺。
(1)加强资料的强度及弹性模量以及基体资料的强度及化学 稳定性等是决议FRP性能的主要要素;
(2)加强资料的含量及其排布方式与方向次之; (3)加强纤维与基体树脂的界面粘结情况
12.3.1 FRP的机械性能
化学介质对FRP的腐蚀作用
与玻纤作用：酸、碱和水都是经过破坏SiO2网络而腐 蚀玻璃的。普通而言，玻璃纤维的耐碱性均较差，有碱玻 璃纤维更甚；而耐酸性那么以有碱玻璃纤维为好。
与基体作用：树脂分子中活性官能团愈多，化学稳定 性越差，多数化学反响不可逆。
也破坏玻纤与基体界面的作用
2. FRP的耐侯性能
单向FRP的紧缩强度随纤维含量添加而提高，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添加。纤
(1) 温湿度：空气中的水分可以侵入树脂或纤维-树脂界中， 破坏界面粘结，降低FRP的弯曲强度。
(2) 光氧作用：受紫外光和氧作用，树脂发生光氧化、光 降解、交联，生成氧化产物，发生分子链断裂。
(3) 风沙作用：风沙对FRP产活力械磨损，导致外表光泽 度下降、外表层零落、纤维外露等.
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
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、体积和外表电阻系数，
击穿强度等 FRP的电性能普通介于纤维的电性能与树脂的电性能之间 改善纤维或树脂的电性能，有利于改善FRP的电性能 树脂的极性越大，电绝缘性越差。分子中极性基团的存在
12.3 聚合物基复合资料的根本性能
影响纤维加强塑料〔FRP)性能的要素：原资料、构造设 计方法及成型工艺。
(1)加强资料的强度及弹性模量以及基体资料的强度及化学 稳定性等是决议FRP性能的主要要素;
(2)加强资料的含量及其排布方式与方向次之; (3)加强纤维与基体树脂的界面粘结情况
12.3.1 FRP的机械性能
化学介质对FRP的腐蚀作用
与玻纤作用：酸、碱和水都是经过破坏SiO2网络而腐 蚀玻璃的。普通而言，玻璃纤维的耐碱性均较差，有碱玻 璃纤维更甚；而耐酸性那么以有碱玻璃纤维为好。
与基体作用：树脂分子中活性官能团愈多，化学稳定 性越差，多数化学反响不可逆。
也破坏玻纤与基体界面的作用
2. FRP的耐侯性能
单向FRP的紧缩强度随纤维含量添加而提高，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添加。纤
聚合物基复合材料基体材料ppt课件
影响树脂体积收缩的因素是固化前树脂系统密度、基体 固化后的网络结构的紧密程度、固化过程有无小分子析出等。
降低树脂固化收缩率主要原理是调节树脂大分子链充分 伸直，使其固化后有紧密的空间网络。
如在未固化的聚酯树脂体系中加入甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯、聚邻苯二甲酸二稀丙酯等，这个体系在固化前，由 于溶解或加热，其大分子链能充分地伸长，从而使聚酯树脂 在固化后形成紧密的空间网络结构，使固化收缩率只有1％。
这种改善不饱和聚酯树脂收缩率的办法，在大型复合 材料制件生产中得到了应用。
17
3.2.2 耐热性能（温度升高时，其性能的变化）
物理耐热性：指树脂在一定条件下仍然能保留其 作为基体材料的强度，包括模量、强度、变形等；
化学耐热性：是树脂在发生热老化时的温度范围， 包括失重、分解、氧化等。 提高树脂耐热性的途径有： 1）增加高分子链的刚性
2
基体的黏度、使用期直接影响增强材料 的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。
因此，研究和了解基体材料的构成、作 用和性能是十分重要的。
3
3.1.1基体材料的基本组分及其作用
1）聚合物基体 聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工
艺及产品的价格都有直接影响。
作为复合材料树脂的要求
①力学性能
5、可用水和醇的混合溶剂，良
5、机械和电性能优良
操作方便
6、固化物无异味，能用于 6、可用于多种手段实现固化
6、价格低廉
食品行业
5
三大热固性树脂的特点
酚醛树脂
环氧树脂
不饱和聚酯树脂
缺 1.固化比不饱和聚酯树脂慢， 1.固化剂毒性太大，操作应 1.一般空气中氧的存在会防
到完全固化需较长时间
十分注意
降低树脂固化收缩率主要原理是调节树脂大分子链充分 伸直，使其固化后有紧密的空间网络。
如在未固化的聚酯树脂体系中加入甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯、聚邻苯二甲酸二稀丙酯等，这个体系在固化前，由 于溶解或加热，其大分子链能充分地伸长，从而使聚酯树脂 在固化后形成紧密的空间网络结构，使固化收缩率只有1％。
这种改善不饱和聚酯树脂收缩率的办法，在大型复合 材料制件生产中得到了应用。
17
3.2.2 耐热性能（温度升高时，其性能的变化）
物理耐热性：指树脂在一定条件下仍然能保留其 作为基体材料的强度，包括模量、强度、变形等；
化学耐热性：是树脂在发生热老化时的温度范围， 包括失重、分解、氧化等。 提高树脂耐热性的途径有： 1）增加高分子链的刚性
2
基体的黏度、使用期直接影响增强材料 的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。
因此，研究和了解基体材料的构成、作 用和性能是十分重要的。
3
3.1.1基体材料的基本组分及其作用
1）聚合物基体 聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工
艺及产品的价格都有直接影响。
作为复合材料树脂的要求
①力学性能
5、可用水和醇的混合溶剂，良
5、机械和电性能优良
操作方便
6、固化物无异味，能用于 6、可用于多种手段实现固化
6、价格低廉
食品行业
5
三大热固性树脂的特点
酚醛树脂
环氧树脂
不饱和聚酯树脂
缺 1.固化比不饱和聚酯树脂慢， 1.固化剂毒性太大，操作应 1.一般空气中氧的存在会防
到完全固化需较长时间
十分注意
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第一章 绪论
1.1 复合材料的发展史
➢ 聚合物与天然纤维：20世纪初，酚醛树脂与木屑、纸张、 麻布等。
➢ 聚合物与玻璃纤维：20世纪40年代，玻璃钢——现代复合 材料发展的标志。
电木板
玻璃钢冷却塔
华南师范大学化学与环境学院材料科学 研究所
1.1 复合材料的发展史
复合材料作为航空航天领域的发动机壳体材料
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1.1 复合材料的发展史
与液体火箭结构类似，差别在于固体 火箭的箭体同时又是发动机的壳体
➢燃料用的高压容器、直升机旋翼桨叶。 ➢随着新型增强体及基体的应用，复合材料的发展进入了新 的阶段。复合材料不仅应用于一般的航空结构件，更可用作 承力结构件。 ➢航天航空飞行器注重结构重量，要求高的比强度、比模量 的复合材料。
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1.2 复合材料的定义、命名及分类
➢ 定义：把两种以上宏观上不同的材料，合理地进 行复合而制得的一种材料，目的是通过复合来提 高单一材料所不能发挥的各种特性。
➢ 特点：基体——连续相，起连接作用并传递应力； 增强相－－分散相，起承受应力和显示功能的作 用；最终以复合的固相材料出现，通过复合使各 组分性能互补，获得原组分不具备的许多优良性 能。
➢ 金属材料是最早应用的固体火箭发动机壳体材 料，其中主要是低合金钢.其优点是成本低、工 艺成熟、便于大批量生产,特别是后来在断裂韧 性方面有了重大突破,因此即便新型复合材料发 展迅速,但在质量比要求不十分苛刻的发动机上 仍大量使用。
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1.1 复合材料的发展史
研究所
0.38
比模量 /× 109cm
0.27 0.26 0.25 0.20 0.97 1.5 0.57 1.0 1.75
1.1 复合材料的发展史
对复合材料的性能要求： ➢ 经典的碳纤维增强复合材料，要求质量轻、强度高、力
学性能好。 ➢ 复合材料的使用不仅限于增强力学性能，而是将按照对
产品所提出的用途要求，通过复合设计使物料在电绝缘 性、化学稳定性、热性能等方面与力学性能一样达到综 合性能的提高。此外，生产成本及工艺也很重要。 ➢ 复合材料的应用领域越来越宽：航空、航天，建筑，机 械，交通，能源，化工，电子，体育器材及医疗器材。 ➢ 金属基、陶瓷基、陶瓷－金属基复合材料的开发。
➢ 利用纤维缠绕工艺制造固体发动机壳体,是 近代复合材料发展史上的一个重要里程碑, 但玻璃钢比强度仍不是很高,弹性模量也偏 低,继后已逐渐为芳纶及碳纤维复合材料取 代。
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1.1 复合材料的发展史
➢ 芳纶是芳族有机纤维的总称,最早问世的是美国的凯夫 拉-49,属于全对位的聚芳酰胺纤维。它的强度是铝的2 倍,而密度仅为其1/2,弹性模量是E玻璃纤维的2倍。因 此自70年代问世后立即用于美国MX、“潘兴-2”等战略 战术导弹和各种航天用固体发动机,一度居于统治地位。 前苏联也开发了多个芳纶品种,如CBM、APMOC性能 优于美国。APMOC纤维强度比凯夫拉高38%,模量高20%, 纤维强度转化率己达到75％以上，是目前实际使用中性 能最高的芳纶纤维,达到美国第三代碳纤维水平,已用于 前苏联SS-24,SS-25等洲际导弹。据报道近年来又有新 的发展,强度已达到6.9GPa,模量接近200GPa。
密质骨基体中细小致密的纳米羟基磷灰石
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1.1 复合材料的发展史
第一章 绪论
➢ 复合材料的优点：取长补短、协同增效、特殊功能。
➢ 以天然材料为原料的复合材料：天然纤维与黏土、天然树 脂虫胶与天然纤维、砂石水泥与钢筋等。
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0.31
玻璃纤维复合材料 2.0
1.06
0.4
0.53
碳纤维Ⅱ/环氧树脂 1.45
1.5
1.4
1.03
碳纤维Ⅰ/环氧树脂 1.6
1.07
2.4
0.67
芳纶纤维/环氧树脂 1.4
1.4
0.8
1.0
硼纤维/环氧树脂 2.1
1.38
2.1
0.66
硼纤维/铝
2.65
1.0
2.0
华南师范大学化学与环境学院材料科学
华南师范大学化学与环境学院材料科学 研究所
1.1 复合材料的发展史
各种材料的力学性能
材料名称
相对密 度 /(g/cm3)
拉伸强度 弹性模量 比强度
/×104
/×106 /×107cm
（kg/cm2) （kg/cm2)
钢
7.8
1.03
2.1
0.13
铝
2.8
0.47
0.75
0.17
钛
4.5
0.96
1.14
华南师范大学化学与环境学院材料科学 研究所
1.1 复合材料的发展史
➢ 80年代中期以来，碳纤维开发迅猛发展,性能水平大幅度 提高,抗拉强度由初期的2.5GPa提高到目前的7.0GPa,并且 有了优良的表面处理剂和树脂基体的配合，强度转化率提 高到85~95,碳纤维的应用使壳体强度和刚度大为改观,而 大规模生产又使碳纤维价格有了较大幅度的下降，因此当 前先进固体发动机均优先选用碳纤维复合材料壳体。固体 发动机壳体使用的大都是高强中模碳纤维。根据键能和键 密度计算得出的单晶石墨理论强度高达15OGPa,因此碳纤 维进一步开发的潜力是巨大的,它将是本世纪初固体发动 机壳体的主要材料。
聚合物复合材料
石光教授、王玉海老师
华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所
教材及参考书
➢ 黄丽 陈晓红 宋怀河 聚合物复合材料 中国轻工出版社 2006.9(教材） ➢ 周曦亚 复合材料 化学工业出版社 2005.1
华南师范大学化学与环境学院材料科学 研究所
第一章 绪论
1.1 复合材料的发展史
➢ 天然复合材料：木材，骨骼、竹子、肌肉、贝壳及其它组织。 例如 木材:细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种成
分构成
电子显微镜下木材管胞壁的分层结构模式
ML.胞间层； P.初生壁； S1.次生壁外层
木材的微纤丝
华南师范大学化学与环境学院材料科学
A. 微纤丝 B. 结晶区 C. 非结晶区
研究所
1.1 复合材料的发展史
例如骨骼：由30%的有机质和70%无机质所组成，而70%的 无机质当中磷酸钙占了95%。简单说，钙质约占骨骼的 65%-70%，是骨的主要成分 。