6.聚合物基复合材料的性能
聚合物基复合材料应用
聚合物基复合材料应用聚合物基复合材料是一种由聚合物基体和加入了不同类型的增强剂、填料或添加剂的复合材料。
它具有轻质、高强度、耐磨、耐腐蚀等优点，被广泛应用于各个领域。
一、聚合物基复合材料在航空航天领域的应用聚合物基复合材料在航空航天领域发挥着重要作用。
由于其重量轻、强度高，可以有效减轻飞行器的重量，提高载荷能力和燃油效率。
同时，聚合物基复合材料具有良好的耐热性能，能够承受高温环境下的应力，因此被广泛应用于制造飞机机身、翼面、推进器等部件。
二、聚合物基复合材料在汽车制造领域的应用聚合物基复合材料在汽车制造领域也有广泛应用。
相比传统金属材料，聚合物基复合材料具有更好的抗冲击性和耐磨性，能够有效提高汽车的安全性和耐久性。
此外，聚合物基复合材料还具有良好的隔音和保温性能，能够提升汽车的乘坐舒适度。
三、聚合物基复合材料在建筑领域的应用在建筑领域，聚合物基复合材料可以用于制造建筑外墙板、屋顶材料、地板等。
聚合物基复合材料具有重量轻、耐候性好、防火性能好等特点，能够提高建筑物的安全性和耐久性。
此外，聚合物基复合材料还能够实现自洁效果，减少建筑物的维护成本。
四、聚合物基复合材料在体育器材领域的应用聚合物基复合材料在体育器材领域也有广泛应用。
例如，聚合物基复合材料可以用于制造高尔夫球杆、网球拍等。
与传统金属材料相比，聚合物基复合材料具有更好的弹性和耐磨性，能够提高球杆或拍的使用寿命和性能。
五、聚合物基复合材料在医疗领域的应用聚合物基复合材料在医疗领域也有重要应用。
例如，聚合物基复合材料可以用于制造人工关节、骨修复材料等。
聚合物基复合材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，能够在人体内实现良好的适应性和组织修复效果。
六、聚合物基复合材料在环境保护领域的应用聚合物基复合材料在环境保护领域也有广泛应用。
例如，聚合物基复合材料可以用于制造太阳能电池板、风力发电叶片等。
聚合物基复合材料具有良好的光电转换效率和耐候性，能够有效利用清洁能源和减少环境污染。
聚合物基复合材料的优势及特点详细介绍
聚合物基复合材料的优势及特点详细介绍Advantages of Polymer-based Composite MaterialsPolymer-based composite materials have numerous advantages, making them widely used in various industries. Here are some of the key benefits:1. Lightweight: Polymer composites are known for their low density, making them significantly lighter than traditional materials such as metals. This property makes them ideal for applications where weight reduction is essential, such as aerospace and automotive industries.2. High Strength-to-Weight Ratio: Despite their lightweight nature, polymer composites exhibit excellent strength-to-weight ratios. They possess high tensile strength, allowing them to withstand heavy loads and resist deformation. This strength makes them suitable for structural applications where strength and durability are crucial.3. Corrosion Resistance: Unlike metals, polymer composites are highly resistant to corrosion. They do not rust or corrode whenexposed to moisture or harsh chemicals. This property makes them suitable for applications in marine environments or chemical processing industries.4. Design Flexibility: Polymer composites can be easily molded into complex shapes, offering designers immense flexibility. This versatility allows for the creation of intricate and customized components, meeting specific design requirements. It also enables the integration of multiple functionalities into a single part, reducing the need for assembly.5. Electrical Insulation: Polymer composites possess excellent electrical insulation properties. They can effectively shield against electrical currents and prevent short circuits. This characteristic makes them suitable for applications in electrical and electronic industries, where insulation is critical.6. Cost-Effectiveness: Polymer composites often offer acost-effective solution compared to traditional materials. While the initial manufacturing costs may be higher, their long-term benefits, such as reduced maintenance and longer lifespan, offset the initial investment.In conclusion, the advantages of polymer-based composite materials, including their lightweight nature, highstrength-to-weight ratio, corrosion resistance, design flexibility, electrical insulation, and cost-effectiveness, make them a preferred choice in various industries.中文回答：聚合物基复合材料的优点聚合物基复合材料具有许多优点，广泛应用于各个行业。
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
聚合物基复合材料摘要：聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。
本文简单的介绍了聚合物基复合材料，描述了其作为一种新材料的性能特点，并详细描述了其发展历史及应用。
关键词：聚合物、复合材料、应用、历史1、聚合物基复合材料复合材料是指：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。
(1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。
（2）复合材料中通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。
（3）分散相是以独立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，也可以是颗粒状或弥散的填料。
聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。
聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。
而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。
纤维和基体之间的良好的结合，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。
实用PMC通常按两种方式分类。
一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。
如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。
这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。
通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。
而聚合物基复合材料一般都具有以下特性：1. 比强度、比模量大。
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
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 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
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
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。
聚合物基复合材料的性能课件
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。
聚合物基复合材料的定义
聚合物基复合材料的定义一、引言聚合物基复合材料是一种由聚合物基质和增强材料组成的复合材料。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在航空、汽车、建筑等领域得到广泛应用。
二、聚合物基复合材料的定义聚合物基复合材料是指由聚合物作为基质，同时加入增强材料和填充剂制成的一种新型复合材料。
其中，增强材料可以是纤维、颗粒或片状的无机或有机物质，填充剂则主要用于改善复合材料的性能，如增加硬度、改善耐磨性等。
三、聚合物基复合材料的优点1. 轻质：相比于金属，聚合物基复合材料具有更轻的重量，能够减轻产品重量，提高运载能力。
2. 高强度：由于增强材料的加入，使得复合材料具有更高的抗拉强度和抗压强度。
3. 耐腐蚀：由于聚合物本身就具有较好的耐腐蚀性能，再加上增强材料的加入，使得复合材料具有更好的耐腐蚀性能。
4. 良好的设计自由度：聚合物基复合材料可以根据需要进行设计，具有良好的可塑性和可成型性，可以制成各种形状和尺寸的产品。
5. 能够满足多种应用需求：聚合物基复合材料可以根据需要进行调整，以满足不同领域的应用需求。
四、聚合物基复合材料的分类1. 根据增强材料分类：(1) 碳纤维增强聚合物基复合材料：由碳纤维作为增强材料，聚酰亚胺、环氧等聚合物作为基质制成。
具有高强度、高刚度、低密度等特点，在航空、汽车等领域得到广泛应用。
(2) 玻璃纤维增强聚合物基复合材料：由玻璃纤维作为增强材料，环氧、不饱和聚酯等聚合物作为基质制成。
具有较高的抗拉强度和抗压强度，在建筑、船舶等领域得到广泛应用。
2. 根据成型方式分类：(1) 压缩成型：将预先加工好的增强材料和聚合物基质一起放入模具中，施加压力使其成形。
(2) 注塑成型：将预先加工好的增强材料和聚合物基质混合后注入模具中，通过高温高压使其成形。
(3) 拉伸成型：将预先加工好的增强材料和聚合物基质放置在拉伸机上，通过拉伸使其成形。
五、聚合物基复合材料的应用1. 航空领域：由于聚合物基复合材料具有轻质、高强度等特点，被广泛应用于飞机的机身、翼面等部件制造中。
聚合物基复合材料力学性能考核试卷
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述聚合物基复合材料中纤维增强相和树脂基体相的作用，并说明它们对复合材料力学性能的影响。（10分）
2.描述湿热环境对聚合物基复合材料性能的影响，并提出几种改善湿热性能的方法。（10分）
（）和（）
10.聚合物基复合材料的__________是指在无外力作用下的形状保持能力。
（）
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.聚合物基复合材料的弹性模量只与树脂基体有关。（）
2.碳纤维的拉伸强度高于玻璃纤维。（）
3.热塑性聚合物基复合材料在加热后会永久变形。（）
A.纤维方向
B.树脂类型
C.层合板的堆叠顺序
D.测试速率
（）
10.以下哪些特点属于热塑性聚合物基复合材料？
A.可重塑
B.高耐热性
C.线性热膨胀系数低
D.可以反复加热和冷却
（）
11.以下哪些方法可以用来提高聚合物基复合材料的热稳定性？
A.选择具有高热稳定性的树脂
B.增加纤维的含量
C.使用热稳定剂
D.降低加工温度
1.以下哪些因素会影响聚合物基复合材料的弹性模量？
A.纤维的种类
B.纤维的体积分数
C.树脂的类型
D.制造工艺
（）
2.聚合物基复合材料在哪些情况下可能会发生界面脱粘？
A.过高的固化温度
B.纤维表面处理不当
C.纤维与树脂热膨胀系数不匹配
D.应力集中
（）
3.以下哪些方法可以用来改善聚合物基复合材料的力学性能？
（）
20.以下哪些因素会影响聚合物基复合材料的三点弯曲测试结果？
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 (2)
聚合物基复合材料1. 引言聚合物基复合材料是一种由聚合物基质和填充物组成的复合材料。
它具有优异的物理和化学性质，被广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车制造、建筑和电子行业等。
本文将介绍聚合物基复合材料的概念、制备方法、性能特点以及应用领域。
2. 聚合物基复合材料的概念聚合物基复合材料是指由聚合物基质和其中添加的填充物或增强剂共同构成的复合材料。
聚合物基质可以是热固性树脂或热塑性聚合物，填充物可以是纤维、颗粒或片状材料。
复合材料的制备过程中，通过改变基质和填充物的组成和结构，可以调节复合材料的性能，满足不同的工程应用需求。
3. 聚合物基复合材料的制备方法聚合物基复合材料的制备方法包括浸渍法、注塑法、挤出法和压延法等。
其中，浸渍法是最常用的制备方法之一。
它的基本过程是将填充物浸渍到聚合物基质中，然后通过热固化或化学固化使基质和填充物形成牢固的结合。
注塑法和挤出法适用于制备纤维增强的复合材料，通过将熔融的聚合物基质注塑或挤出到预定的模具中，再经过固化得到复合材料。
压延法适用于制备片状复合材料，通过将预先加热的聚合物基质和填充物经过辊压成型，再进行固化得到复合材料。
4. 聚合物基复合材料的性能特点聚合物基复合材料具有以下几个突出的性能特点：•轻质高强：由于复合材料中填充物的加入，能够明显降低材料的密度，同时保持较高的强度，从而达到轻质高强的特点。
这使得聚合物基复合材料在航空航天和汽车制造等领域中具有广泛应用的潜力。
•优异的机械性能：聚合物基复合材料的机械性能由聚合物基质和填充物的特性共同决定。
填充物可以增加复合材料的刚度和强度，提高其抗拉强度和冲击韧性等性能指标。
与传统材料相比，聚合物基复合材料在机械性能方面表现出色。
•良好的耐热性：聚合物基复合材料中的聚合物基质通常具有良好的耐热性。
这使得复合材料可以在高温环境下工作，例如航空发动机和火箭推进系统中的应用。
•耐腐蚀性好：聚合物基复合材料对大多数化学物质都具有较好的耐腐蚀性。
聚合物基复合材料的特点
聚合物基复合材料的特点
1. 聚合物基复合材料的强度那可是杠杠的！你想想看，就像钢铁侠的战甲一样坚固，能承受巨大的压力和冲击。
比如在航空航天领域，用它来制造零部件，那不就稳如泰山嘛！
2. 它的轻质特性可太牛啦！这就好比一只轻盈的小鸟，灵活又方便。
在汽车制造中，用了它车子跑起来都更轻快啦，不是吗？
3. 聚合物基复合材料的耐腐蚀性也超强啊！就好像穿上了一层坚固的铠甲，面对各种恶劣环境都毫不畏惧。
在化工行业里，它就能长时间稳定工作呢！
4. 它的可设计性多厉害呀！简直就是一个魔法盒子，你想要什么样子就能变成什么样子。
做个独特造型的产品，不是小意思嘛。
5. 聚合物基复合材料的电绝缘性好得很呢！就如同给设备穿上了一层绝缘的保护衣。
在电子电器领域，这可是非常重要的优点呀。
6. 它的耐热性也不容小觑呀！仿若在火中依然能坚强的勇士。
在高温环境下工作，它也能撑住，厉害吧？
7. 还有它的耐磨性能哟！就像一位不知疲倦的勇士，不断战斗却毫发无损。
用在一些磨损大的地方，那可太合适啦。
8. 聚合物基复合材料的减震性能也很棒啊！仿佛是给物体装上了一个减震弹簧。
在一些需要减少震动的地方，它就能发挥大作用呢。
9. 聚合物基复合材料具有这么多让人惊喜的特点，难道不是一种非常了不起的材料吗？在很多领域都能大显身手，真的是超级厉害呀！。
第12章聚合物基复合材料的力学性能
2.压缩弹性模量：在比例极限范围内应力和应变之比。
l 3 P Ef 4bh3 f
2019/4/9
Ef—弯曲弹性模量，MPa； △P—载荷―挠度曲线上初始直线段的载荷增量，N； △f—与载荷增量△P对应的跨距中点处的挠度增量， 9 cm。
f
3PL 2bh 2
12.2.3弯曲试验 试验方法GB1440-83，包括弯曲强度、弯曲弹性模量、 规定挠度下的弯曲应力、弯曲载荷-挠度曲线。 1.弯曲强度：采用简支梁，将试样放在两支点上，在两点 间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破坏时的强 度为弯曲强度。 3PL f 2
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18
12.3.3 平均比热
比热：1g物质升高1℃所吸收的热量。各种物质的比热不同， 同一物质比热的大小与加热时的条件（如温度、压强、体积） 有关，同一物质在不同物态下的比热也不同。 试样的平均比热：
Cp—试样平均比热，J/（g· ℃）；H—凉热计热值，J/℃；t0—落样时量 热计温度，℃；tm—量热计最高温度，℃；M—试验后的试样重量，g； t0—量热计温度修正值，℃；t—试样在保温期的温度，℃。
③层间剪切强度：层压材料中沿层间单位面积上所能承受的 最大剪切载荷，MPa ④断纹剪切强度：沿垂直于板面的方向剪断的剪切强度， MPa ⑤剪切弹性模量：材料在比例极限内剪应力与剪应变之比。
2019/4/9 12
12.2.5 冲击 衡量复合材料在经受高速冲击状态下的韧性或对断裂的抵 抗能力的试验方法。 三种：摆锤式冲击试验（包括简支梁型和悬臂梁型）； 落球式冲击试验； 高速拉伸冲击试验。
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8
12.2.2 压缩 常温下对标准试样的两端施加均匀的、连续的轴向静 压缩载荷。直至破坏或达到最大载荷时，求得压缩性能 参数。试验方法GB1448—83。 1.压缩强度：试样直至破坏或达到最大载荷时所受的最大 压缩应力
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。
聚合物复合材料性能分析
聚合物复合材料性能分析聚合物复合材料是一种结构性材料，由聚合物基质和强化材料构成。
这种材料具有高强度、高刚度、低密度、优良的腐蚀性能和良好的耐热性能等众多优点。
因此，聚合物复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、体育用品等领域。
本文将对聚合物复合材料的性能进行分析。
一、强度与刚度聚合物复合材料的高强度和高刚度使得它广泛应用于结构设计中。
由于聚合物分子间键能较弱，因此聚合物基质材料单独使用往往会出现强度较低、易变形等问题。
为了克服这些问题，聚合物复合材料通常采用一种或多种强化材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与聚合物基质材料复合而成。
这些强化材料能够增加复合材料的强度和刚度，从而使其在受力情况下不易发生变形。
具体来说，强度是指材料在承受外力时的抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
而刚度是指材料抵抗形变的能力。
聚合物复合材料通常具有较高的强度和刚度，并且这些性能可以通过选择合适的强化材料和处理工艺的方式进行调整和改进。
二、密度聚合物复合材料通常具有较低的密度，这意味着在同等体积下，它比传统的金属材料更轻。
这种轻量化的特点使得聚合物复合材料在航空航天、汽车制造、体育用品等领域得到广泛应用。
同时，它的轻量化也可以降低整个产品的重量和成本，并且在燃油效率、运载能力、性能等方面也具有显著的优势。
三、腐蚀性能传统材料常会受到腐蚀的影响，但是聚合物复合材料由于具有耐腐蚀性能，使得其广泛地应用于环境恶劣、易腐蚀的场合。
这种耐腐蚀性能是由于其主要都是由有机物组成，其分子间的键强度小，在环境中比金属的更稳定，具有极强的抗氧化、耐酸、耐碱等特性。
四、耐热性能聚合物复合材料还具有出色的耐热性能，并且可以用于高温环境下的部件制造。
传统的金属材料在高温下容易软化、变形、氧化。
而聚合物复合材料可以在600℃以下的高温环境中工作，其一般具有更好的耐热性能。
总之，聚合物复合材料是一种优秀的材料，具有多种性能优势，与传统的材料相比更具有良好的综合性能。
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。
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74 140
83 180
130 200
110 260
130 150
34 170
3500 10000
2900 8100
0.4 0.1
0.4 0.1
85 240
70 25.4-0.8
ABS FR-ABS
1.05 1.28
45 100
67 130
80 100
大幅提高。含有 25% 玻璃纤维的 FR-POM 的抗拉伸强度是 POM的2倍，弹性模量是POM的3倍，耐疲劳强度是POM的 2倍，在高温下仍具有良好的耐蠕变性、耐老化性。不足的 是耐磨性不如POM。
玻璃纤维增强PPO
聚苯醚（PPO）是一种综合性能优异的工程塑料，但由于 熔融粘度大、加工困难，且易发生应力开裂。往往通过共混 来改善此缺陷，但共混会使其力学性能和耐热性下降，用玻 璃纤维增强可克服这一缺点。 含20%玻璃纤维的FR-PPO，其抗弯曲弹性模量比PPO提 高2倍；在23 oC往复次数为2.5＊106次时，它的弯曲疲劳极 限强度仍能保持28 MPa。
抗拉强度（MPa) 400
比强度（MPa) 50
不锈钢1Cr18Ni9Ti 8
硬铝合金LY12 增强尼龙610 增强尼龙1010 增强PC 增强PP 2.3 1.45 1.23 1.42 1.12
550
470 250 130 140 90
68.8
167.3 179.9 146.3 98.3 80.4
中浸泡时强度不变。
加入３０％经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维后，其热变形温度 显著提高，可达153 ℃，接近纯PP的熔点。
玻璃纤维增强聚酰胺（FR-PA）
可大大改善其耐热性和尺寸稳定性。
纤维含量达30-35%时，抗拉强度可提高2-3倍，
抗压强度可提高1.5倍; 耐热性提高明显，尼龙-6的使用温度为120 oC， 增强后使用温度高达170-180 oC; FR-PA的线膨胀系数比PA降低约25%;
环氧玻璃钢的特点
综合性能最好的玻璃钢。 环氧树脂对玻璃纤维的粘结力强，所得玻璃钢的 界面剪切强度最高；
机械强度高于其他玻璃钢；
尺寸稳定性最好，固化收缩率只有1-2%。 • 环氧树脂粘度大，加工不便； • 成型时需要加热，不便于制造大型制件。
聚酯玻璃钢的特点
突出特点：加工性能好
玻璃纤维增强聚丙烯（FR-PP）
突出特点: 机械强度比纯PP大大提高，当短切玻璃纤达30～40%时，
其抗拉强度达到100 MPa，大大高于工程塑料PC、PA等;
使PP的低温脆性得到了大大改善; ＦＲ-ＰＰ的吸水率小，是POM和PC的十分之一; 耐沸水和水蒸气突出，含２０％短切纤维的ＦＲ-ＰＰ，在 水中煮1500小时，其抗拉强度只降低１０％，在２３℃水
高几倍，热变形温度提高 10-15 o C 。此外，随着玻璃纤维
的增加，线膨胀系数减小，含 20% 玻纤的 FR-AS 线膨胀系 数与金属铝接近。
玻璃纤维增强聚酯PET、PBT
纯聚酯结晶性高，成型时收缩率大、尺寸稳定性差、
耐温性差且质脆。 用玻璃纤维增强后，其机械强度高于其它玻纤增强的热 塑性塑料，抗拉强度为135-145 MPa，弯曲强度为209250 MPa，耐疲劳强度高达52 MPa。 PET的热变形温度为85oC，而FR-PET为240oC，属耐热温度 最高的玻纤增强热塑性塑料。它的耐低温性能超过了FRPA6，且高、低温交替变化时，其物理机械性能变化不大； 耐热老化性超过玻璃钢，并有良好的耐光老化性能。 不足：高温下耐水性差。
耐水性得到改善，PA6吸湿率为4%，FR-PA6降到2%。
不足: FR-PA的耐磨性比PA差。
玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料
聚苯乙烯类塑料包括 PS 、 BS 、 ABS 、 AS 等，多数为橡
胶改性树脂。
玻璃纤维增强后的树脂，机械强度、耐高温性、耐低温 性、尺寸稳定性均大有提高。 如AS的抗拉强度为 66.8-84.4MPa，而含20%玻璃纤维的 FR-AS 的抗拉强度达到 135MPa ，提高近 1 倍，弹性模量提
FR-PPO的热膨胀系数很小，与金属极为接近，其制件与
金属零件配合时，不易产生应力开裂。此外，还具有优异的 电绝缘性。
热塑性塑料及其增强塑料的性能对比
强度、模量单位：MPa 品种 比重 抗拉 强度 抗弯 强度 压缩 强度 弯曲 模量 冲击 强度 热变形 成型收 温度0C 缩率%
PP FR-PP
HDPE FR-HDPE
金属材料的疲劳破坏是没有明显预兆的突发性破坏，而聚合物基复合 材料中纤维与基体的界面能阻止材料受力所致裂纹的扩展。其疲劳破坏
总是从纤维的薄弱环节逐渐扩展到结合面上，破坏前有明显的预兆。大
多数金属材料的疲劳强度极限是其抗张强度的 40-50％。而碳纤维／聚 酯复合材料的疲劳强度极限可达其抗张强度的70-80％。
第六章 聚合物基复合材料
6.1 聚合物基复合材料的性能 6.2 聚合物基复合材料的结构设计 6.3 聚合物基复合材料的应用
高分子材料的力学性能
力学性能的基本指标 高弹性能 粘弹性 聚合物的力学屈服 聚合物的力学强度 摩擦与磨耗 疲劳强度
6.1.1 力学性能的基本指标—应力和应变
50 95
67 110
70 110
95 200
100 130
88 150
3000 8400
2400 8400
0.2 0.4
0.14 0.20
80 96
140 149
0.3-0.6 0.1-0.3
0.5-0.7 0.1-0.3
PET FR-PET
PA66 FR-PA66
1.37 1.63
1.13 1.35
2500 7700
0.1 0.6
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。
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
三种模量间的关系：E = 2G ( 1 + n ) = 3 B (1- 2n)
n 是泊松比：拉伸形变中横向应变与纵向应变的比值
力学性能的基本指标—硬度与强度
硬度是衡量材料表面抵抗机械压力的一种指标。
硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关。
有时用硬度作为抗张强度和弹性模量的一种近似估值。 强度 抗张强度（拉伸强度）:试样断裂前所承受的最大载荷与其截
0.27 0.26 0.25 0.21 0.97 1.5 0.57 1.0
聚合物基复合材料的总体性能(1)
比强度、比模量较高
玻璃纤维复合材料有较高的比强度、比模量。而碳纤维、硼纤维、有 机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度相当于钛合金的3-5倍，它们 的比模量相当于金属的2-4倍。
耐疲劳性能好
☺ 不足
断裂伸长率小；
抗冲击强度差； 横向强度和层间剪切强度低。
6.1.3 玻璃纤维增强热固性塑料的共同特点
玻璃纤维增强热固性塑料 (GFRP) 俗称玻璃钢： 包括聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢和酚醛玻璃钢。 比重小、比强度较高，比铝轻，而比强度比高级合金钢高； 良好的耐腐蚀性，超过不锈钢； 良好的电绝缘性，电阻率和击穿电压都达到绝缘材料标准； 不受电磁作用影响，微波透过性好； 保温、隔热、隔音、减震等。 • 刚性差，弯曲弹性模量只有钢的1/10； • 导热性差； • 易发生光氧老化。
价格便宜。
• 固化收缩率大； • 性脆； • 酚醛树脂对人体皮肤有刺激作用。
各种玻璃钢与金属性能的比较
性能 比重 拉伸强度/MPa 压缩强度/MPa 弯曲强度/MPa 比强度/MPa 导热系数 J/m.h.K 线膨胀系数 *10-6 /oC
聚酯 玻璃钢
1.7-1.9 70-299 210-250 210-350 160 1.038 7
高级合 金
8.0 1280 160 -
玻璃钢型材的导热系数是钢材的1/150，是铝材的1/650
6.1.4 玻璃纤维增强热塑性塑料的性能
与玻璃纤维增强热固性塑料相比，玻璃纤维增强的热塑性塑料比重更小，除 比强度较高外，其蠕变性也大为改善。它与部分金属的比强度比较如下：
材 料 普通钢A3
比 重 7.85
不饱和聚酯中加入引发剂和促进剂后，可在室温固化
成型；使用苯乙烯等稀释剂稀释的树脂粘度低，可采用 各种成型方法加工成型，可制作大型构件。 透光性好，透光率达60-80%，用于制作采光制件 价格便宜
• 固化收缩率大，4-8%
• 耐酸、碱性相对较差
酚醛玻璃钢的特性
耐热性最好的玻璃钢，可在200 oC 长期使用； 耐烧蚀性好，可用于制造宇宙飞船的外壳； 耐电弧性好，用于制作耐电弧绝缘材料；
玻璃纤维增强PC、POM
PC是兼具刚、韧性，透明度较高的工程塑料，常用于汽 车前大灯等照明灯具，不足之处是易产生应力开裂、耐疲劳 性差。用玻璃纤维增强后，耐疲劳强度提高 2-3倍，耐应力 开裂性可提高6-8倍，而耐热性也提高了10-20 oC。
玻璃纤维增强的聚甲醛（POM ）耐疲劳性和抗蠕变性有