聚合物基复合材料基体材料共134页
复合材料及其聚合物基体概论课件
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3、树脂的断裂伸长率与结构的关系 1）大分子链的柔顺性：由C－C键组成的脂肪链是柔性链的代表，具有柔性链结构的树脂，伸长率较大；具有刚性链结构（苯环、萘环、联苯环等）的树脂，具有相当大的刚性，伸长率较小。 2）大分子链间的交联密度：交联密度越大，树脂的伸长率越小，呈现脆性。
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问题1 基体材料在复合材料中所起的作用是什么？
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基体材料在复合材料中的作用
1、粘结作用 基体材料作为连续相，把单根纤维粘成一个整体，使纤维共同承载。 2、均衡载荷、传递载荷 在复合材料受力时，力通过基体传给纤维。 3、保护纤维 在复合材料的生产与应用中，基体可以防止纤维受到磨损、遭受浸蚀。
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复合材料的分类
1、按基体材料类型分为 聚合物基复合材料（PMC） 金属基复合材料（MMC） 无机非金属基复合材料，包括陶瓷基复合材料 和水泥基复合材料（CMC）等 2、按增强材料类型分为 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料 芳纶（Kevlar）纤维增强复合材料 UHMW-PE纤维增强复合材料等 3、按用途分为 结构复合材料、功能复合材料、 结构功能一体化复合材料
2）按用途分类： 纤维、橡胶、塑料（树脂）、涂料、粘结剂 3）按聚集态分类： 玻璃态、高弹态、粘流态
温度
变形
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。
第二章聚合物基复合材料的基体
第二章聚合物基复合材料的基体1．聚合物基体的作用复合材料＝基体+增强剂（填充剂）复合材料的原材料包括基体材料和增强材料聚合物基体是FRP的一个必需组分。
在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体，因而整体性能直接影响复合材料性能。
基体的作用主要包括以下四个部分①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡；②基体决定复合材料的一些性能。
耐热性、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等；③基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。
④基体保护纤维免受各种损伤。
此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向拉伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。
2．聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。
热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等，它们在制成最终产品前，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化学反应固化后，形成不溶不熔的三维网状高分子，这类基体通常是无定形的。
聚合物基体按树脂特性及用途分为：一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。
按成型工艺分为：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。
不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及被称为三大通用型热固性树脂。
它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。
3．聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则：（１）能够满足产品的使用需要；如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。
高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。
(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力；(3)容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。
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。
聚合物复合材料 基体
关键部件：空隙率<0.5% 重要部件：空隙率<1.0%
耐热性、耐溶剂性、耐盐雾和耐天侯老化性能 复合材料中增强体完全被树脂涂敷包埋，因此，树
脂的特性决定了复合材料的耐环境性能。
(2)对增强材料具有较大的粘附力
聚合物在复合材料中的一项重要作用是作为粘合剂将 增强材料、各种填料粘合成一个整体，从而构成一种具有 崭新性能的新材料。这种粘合作用非常重要。 改善其力学性能 基体部分承载，向增强材料传递载荷 保护增强材料免受周围介质、外界环境的侵蚀和磨蚀
调节双键密度增加树脂韧性降低树脂结晶度提高与乙烯基类交联单体的溶解性饱和二元酸名称树脂特性熔点邻苯二甲酸酐苯酐与交联单体苯乙烯相容性好131四氢邻苯二甲酸酐表面发粘得到改善102己二酸韧性好152韧性好133间苯二甲酸强度韧性耐热性和耐腐蚀性好330对苯二甲酸拉伸强度高348内次甲基四氢邻苯二甲酸酐热稳定性和热变形温度高165六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸酐自熄性树脂2393二元醇作用
粘流态树脂 凝胶阶段
凝胶态
定型阶段
具有硬度的 固态
熟 化 阶 段
交联完全 固态树脂
① ②③
（10）不饱和聚酯固化体系
不饱和聚酯：1mol 交联剂：苯乙烯、氯化苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、
2，5-二溴苯乙烯等。用量1.5~3.0mol 引发剂：过氧化物或偶氮化合物，用量1~4% 促进剂：环烷酸钴 增粘剂：MgO，CaO，Ca(OH)2，Mg(OH)2 触变剂：气相法白碳黑（SiO2），用量2~6% 常温固化系统：过氧化甲乙酮+环烷酸钴
(3) 具有良好的工艺
粘度是树脂工艺性能的重要指标。聚合物应有恰当的粘度和流动性， 使复合材料易于加工成型。 粘度过大不易浸渍增强纤维及填料 粘度过小，在成型时易于流失
聚合物基复合材料
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3、手糊工艺过程
（1）原材料准备
1）胶液配制
胶液工艺性：胶液粘度、凝胶时间 手糊工艺进行前，必须进行胶液凝胶时间试验。要使凝胶时间大于或等于所配 胶液施工时间，否则手糊不能顺利进行。
典型配方（质量份） 不饱和树脂：100份；过氧化甲乙酮：2份（引发剂）； 萘酸钴苯乙烯溶液：1~4份（促进剂，加入量与环境温度有关）
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特点
优点： ①不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批量小， 形状复杂产品的生产。 ②设备简单，投资少，设备折旧费低。 ③工艺简单。 ④容易满足产品设计要求。 ⑤制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。
缺点： ①生产效率低，劳动强度大，卫生条件差。 ②产品质量不易控制，性能稳定性不高。 ③产品力学性能较低。
4
聚合物基复合材料的制备和加工
➢ 聚合物基复合材料的制备工艺特点 （1） 材料的形成与制品的成型是同时完成的 材料的制备过程就是制品的生产过程 （2） 复合材料的成型比较方便 一种复合材料可以采用多种方法成型，选择成型方法可根据制品 结构的特点、用途、生产量、成本以及生产条件的综合资料考虑， 选择最经济和最简便的成型工艺
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膜层叠：将增强剂与树脂交替铺层，在高温高压下使树脂熔融并浸渍纤维。
粉末浸渍：将热塑性树脂制成微细粉末，直接分散到纤维束中，热压熔融。
纤维混编可混纺技术：将基体先纺成纤维，再与增强纤维共同纺成混杂纱 线或适当形式的织物。
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预混料中常用的是片状模塑料(即SMC) ，是一类可直接进行模压成 型而不需要事先进行固化、干燥等其它工序的一类纤维增强热固性 (通常为不饱和聚酯材料)模塑料。
SMC是树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚乙 烯包覆起来形成的片状模压成型材料。 树脂糊用不饱和聚脂树脂、 增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、辅料、内脱模剂、着色 剂等混合成。
聚合物基复合材料ppt完美版
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。
复合材料第三章聚合物基复合材料PPT课件
➢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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聚合物基复合材料在中国的发展
中国的复合材料起始于1958年，首先用于军工制品，而后 逐渐扩展到民用。
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§3-2 聚合物基复合材料的分类及性能
一、分 类
聚合物基复合材料 （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 （如右图）。
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二、 性能特点
1. 高比强度、高比模量 2. 可设计性 3. 热膨胀系数低，尺寸稳定 4．耐腐蚀 5．耐疲劳 6.阻尼减震性好
复合材料
2012年春季
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 聚合物基复合材料(PMC)
§3-1 聚合物基复合材料的发展史 聚合物基复合材料：树脂基复合材料（Resin Matrix
Composite ） , 纤 维 增 强 塑 料 （ Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一 类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物 增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。
1949年，研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面 光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。
第四章聚合物基体复合材料
0.4 0.8
0.6 0.8 0.2 0.4 0.14 0.20 0.4 0.10 0.4 0.1 0.1 0.6
63 155
50 127 80 96 140 149 85 240 70 250 83 100
1.3~1.6 0.2~0.8
1.5~2.5 0.3~1.0 0.3~0.6 0.1~0.3 0.5~0.7 0.1~0.3 0.8~2.0 0.3~0.6 0.7~1.4 0.4~0.8 0.4~0.6 0.1~0.3
可以通过手糊、模压、缠绕、拉挤等各种工艺制备复合 材料。可根据制品性能要求和成型工艺方法来选择不同 牌号的树脂。 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）
聚酯
尼龙66
ABS树脂
高强度高模量纤维增强塑料
各种高强、高模纤维增强复合材料性能
常用的热固性树脂其它物理性能
热固性高聚物一直在连续纤维增强树脂基复合材
料中占统治地位。不饱合聚酯树脂、酚醛树脂主
要用于玻璃增强塑料，其中聚酯树脂用量最大，
约占总量的80％，而环氧树脂则一般用作耐腐蚀
性或先进复合材料基体。
传统的聚合物基体，固化前热固性树脂粘度很 低，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。缺点是热固性树脂所用的 预浸料需要低温冷藏，且贮存期较短；成型周 期长，材料的韧性差。
35 85
21 90 70 110 95 200 130 200 110 260 67 130
45 60
20 35 100 130 88 150 130 150 34 170 80 100
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料班级：11050301学号；1105030111姓名：王雪一．聚合物基复合材料的基体聚合物基复合材料的基体是有机聚合物.二．聚合物基复合材料的增强材料（1）玻璃纤维增强树脂基复合材料；(2）天然纤维增强树脂基复合材料；（3）碳纤维增强树脂基复合材料；（4）芳纶纤维增强树脂基复合材料；(5）金属纤维增强树脂基复合材料；(6）特种纤维增强聚合物基复合材料；（7）陶瓷颗粒树脂基复合材料;（8)热塑性树脂基复合材料；（聚乙烯，聚丙烯，尼龙,聚苯硫醚（PPS）,聚醚醚酮（PEEK)，聚醚酮酮（PEKK）)（9)热固性树脂基复合材料；（环氧树脂，聚酰亚胺，聚双马来酰亚胺（PBMI），不饱和聚酯等）(10）聚合物基纳米复合材料三．聚合物基复合材料的制备方法1、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。
所谓的溶胶—凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液,均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶.溶胶—凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合,因其水解和缩合条件温和,因此在制备上显得特别方便。
根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分为以下几类：（1)直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中，在酸、碱或中性盐的催化作用下，让前驱化合物水解，形成半互穿网络。
(2)嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用(3）有机—无机互穿网络2、层间插入法层间插入法是利用层状无机物（如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能，使之作为无机主体,将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基有机—无机纳米复合材料。
层状无机物是一维方向上的纳米材料，其粒子不易团聚且易分散，其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范围1～100 nm内。
层状矿物原料来源极其丰富，而且价廉。
插入法大致可分为以下几种： (1）熔融插层聚合（2）溶液插层聚合（3)聚合物熔融插层 (4）聚合物溶液插层3、共混法共混法类似于聚合物的共混改性，是聚合物与无机纳米粒子的共混，该法是制备纳米复合材料最简单的方法,适合于各种形态的纳米粒子。
聚合物基复合材料基体材料ppt课件
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。
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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