聚合物基复合材料
聚合物基复合材料知识点
聚合物基复合材料知识点概述：聚合物基复合材料是由聚合物基质和填料或增强材料（如纤维）组成的材料。
由于其独特的性能和广泛的应用领域，聚合物基复合材料成为现代工程领域中的重要材料之一。
本文将介绍聚合物基复合材料的相关知识点。
1. 聚合物基质的选择：聚合物基复合材料的性能主要取决于聚合物基质的选择。
常见的聚合物基质包括聚烯烃、聚酰胺、环氧树脂等。
不同的聚合物基质具有不同的化学性质和力学性能，因此在选择聚合物基质时需要考虑材料的具体应用需求。
2. 填料的选择：填料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的填料包括纤维、颗粒和珠状材料等。
填料的选择影响着复合材料的力学性能、耐热性和阻燃性等方面。
纤维增强材料可提供更高的强度和刚度，而颗粒和珠状填料则可改善材料的摩擦特性和耐磨性。
3. 增强材料的选择：增强材料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
不同的增强材料具有不同的强度和刚度特性，在选择增强材料时需要考虑材料的具体应用环境和要求。
4. 复合界面的设计：复合材料中的界面是指填料和基质之间的相互作用界面。
复合界面的设计可以影响材料的耐热性、粘合强度和耐化学腐蚀性等方面的性能。
在复合材料的制备过程中，通常会采用表面粗糙化、化学处理和界面改性等方法来改善复合界面的性能。
5. 制备工艺：制备工艺对于聚合物基复合材料的性能和结构有着重要影响。
常见的制备工艺包括手工层叠法、注塑成型、挤出成型、压制成型等。
不同的制备工艺决定了材料的成型精度、力学性能和表面质量等方面的特性。
6. 应用领域：聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料、电子电气等领域。
其具有轻质高强度、耐腐蚀、隔热隔音等优势，在这些领域中发挥着重要作用。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中被广泛应用于飞机结构件和卫星结构件等。
7. 未来发展趋势：随着科学技术的不断进步，聚合物基复合材料将继续得到发展和应用。
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
纤维增强的聚合物基复合材料一、复合材料1、定义复合材料是一种多相的复合体系，由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料。
2、分类根据组成复合材料的不同物质在复合材料中的形态，可将它们分为基体材料和分散材料。
复合材料按分散材料形式不同可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、晶须增强复合材料等；按基体材料不同可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。
二、纤维增强聚合物基复合材料聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体，添加增强纤维制得的一种复合材料。
它有许多优异的性能：（1）质轻高强。
若按比强度计算（强度与密度的比值），玻璃纤维增强的聚合物基复合材料不仅大大超过碳钢，而且可超过某些特殊合金钢。
特别是有机纤维、碳纤维复合材料有更低的密度和更高的强度。
（2）耐疲劳性能好。
聚合物复合材料中的纤维与基体的界面能阻止裂纹的发展，金属的疲劳强度是其拉伸强度的30~50%，碳纤维/不饱和聚酯复合材料是70~80%。
（3）耐热性强。
虽然聚合物基复合材料的耐热性不及金属基和陶瓷基复合材料，但随着高性能树脂和高性能增强材料的发展，它的耐热性也达到很优异的效果。
甲基二苯乙炔基硅烷树脂为基体的复合材料在500℃下仍能保持较好的力学性能。
（4）介电性能好。
通过选择树脂基体和增强纤维可制备低介电损耗角正切（小于0.005）的复合材料.如，热固性丁苯树脂基、聚酰亚胺树脂基复合材料。
1、聚合物基体目前可供选择的树脂主要有两类：一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等，另一类为热塑性树脂，如尼龙、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺等。
聚合物的选择应考虑：A、基体材料能在结构使用温度范围内正常使用；B、基体材料具有一定的力学性能；C、要求基体材料的断裂伸长率大于或者接近纤维的断裂伸长率，以确保充分发挥纤维的增强作用；D、要求具有一定的工艺性。
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。
聚合物基复合材料的热稳定性研究
聚合物基复合材料的热稳定性研究聚合物基复合材料由于其优异的性能，在众多领域得到了广泛的应用。
然而，其热稳定性是影响其使用性能和寿命的关键因素之一。
因此，对聚合物基复合材料热稳定性的研究具有重要的理论和实际意义。
聚合物基复合材料是由聚合物基体和增强材料组成的多相体系。
常见的聚合物基体包括热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）和热固性聚合物（如环氧树脂、不饱和聚酯树脂等）；增强材料则有纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）、颗粒（如滑石粉、碳酸钙等）等。
不同的基体和增强材料的组合，以及它们之间的界面相互作用，都会对复合材料的热稳定性产生影响。
热稳定性可以从多个方面来衡量。
其中，热分解温度是一个重要的指标。
当聚合物基复合材料受热时，会发生化学键的断裂和重组，导致材料的质量损失和性能下降。
通过热重分析（TGA）等技术，可以测量材料在不同温度下的质量变化，从而确定其热分解温度。
一般来说，热分解温度越高，材料的热稳定性越好。
聚合物基体的化学结构对复合材料的热稳定性起着决定性的作用。
例如，具有芳香环结构的聚合物通常比脂肪族聚合物具有更高的热稳定性。
这是因为芳香环的共轭结构能够增加分子的刚性和热稳定性。
此外，聚合物的分子量和分子量分布也会影响热稳定性。
较高的分子量通常会提高材料的热稳定性，因为分子链之间的缠结和相互作用更强，能够更好地抵抗热分解。
增强材料对聚合物基复合材料的热稳定性也有显著的影响。
以纤维增强复合材料为例，纤维的种类、长度、直径和含量等因素都会影响热稳定性。
碳纤维具有优异的热稳定性，将其加入聚合物基体中可以显著提高复合材料的热分解温度。
这是因为碳纤维不仅本身具有较高的耐热性，还能够起到导热和阻碍热传递的作用，从而延缓基体的热分解。
复合材料中基体与增强材料之间的界面相互作用也不可忽视。
良好的界面结合能够有效地传递应力和热量，提高复合材料的整体性能。
界面处的化学键合、物理吸附和机械嵌合等作用都会影响热稳定性。
例如，通过对纤维进行表面处理，增加其与基体之间的相容性和界面结合强度，可以提高复合材料的热稳定性。
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定义
聚合物基复合材料的定义一、什么是聚合物基复合材料？聚合物基复合材料是由聚合物基质中添加一定比例的增强材料而制成的复合材料。
聚合物基质可以是热固性聚合物、热塑性聚合物或弹性体等。
增强材料可以是纤维、颗粒、薄片等。
聚合物基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，在各个领域得到广泛应用。
二、聚合物基复合材料的分类聚合物基复合材料可以根据增强材料的形式和类型进行分类。
1. 根据增强材料的形式•纤维增强聚合物基复合材料：纤维作为增强材料，如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等。
•颗粒增强聚合物基复合材料：颗粒作为增强材料，如陶瓷颗粒增强复合材料、金属颗粒增强复合材料等。
•薄片增强聚合物基复合材料：薄片作为增强材料，如片状金属增强复合材料、片状陶瓷增强复合材料等。
2. 根据增强材料的类型•碳纤维增强聚合物基复合材料：碳纤维是最常见的增强材料之一，具有轻质、高强度、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
•玻璃纤维增强聚合物基复合材料：玻璃纤维具有良好的绝缘性能、机械性能和化学稳定性，常用于建筑、电子、汽车等领域。
•金属颗粒增强聚合物基复合材料：金属颗粒的添加可以提高复合材料的导热性能和机械强度，适用于导热部件、结构件等领域。
三、聚合物基复合材料的优点聚合物基复合材料相比于传统材料具有以下优点：1.重量轻：聚合物基复合材料具有良好的强度和刚度，同时重量很轻，适用于要求重量轻的产品，如航空航天、运动器材等领域。
2.高强度：通过合理设计和选择增强材料，聚合物基复合材料的强度可以达到甚至超过金属材料，满足各种工程应用的要求。
3.耐腐蚀性好：聚合物基复合材料在大多数腐蚀介质中具有良好的耐腐蚀性，可以代替传统金属材料制作耐腐蚀设备。
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，适用于电气绝缘材料的制造。
5.良好的可塑性：热塑性聚合物基复合材料具有良好的可加工性，可以通过热成型、注塑等工艺制成各种形状的制品。
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
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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。
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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。
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3.阻尼减震性好
复合材料有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振。同时，复合 材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料的振动 阻尼很高，一旦动起来，在较短时间内也可停下来。
4.可设计性好（力学设计、功能设计）
可根据所需制品对性能的要求，通过对原材料的选择、各组分
生活中常见的复合材料
复合材料的组成
复合材料由基体相和增强相两部分组成。
基体相是连续相材 料，把改善性能的增强 相材料粘结在一起，起 粘结剂的作用。 增强相为分散相， 大部分是高强物质，起 提高强度或韧性的作用
Contents
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3-2 芳香族聚酰胺纤维增强塑料
基体材料主要是环氧树脂，其次是热塑性塑料的聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。芳香族聚酰胺 纤维增强环氧树脂的抗拉强度大于GFRP，而与碳纤维增强环氧树脂相似。最突出的特点是有压延 性，与金属相似，而与其他有机纤维则大大不同。 抗拉强度大于GFRP，与碳纤维增强环氧树脂相当，耐冲击性能优于碳纤维增强环氧树脂，具 有压延性，耐疲劳性好于GFRP或金属铝。
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其 他 纤 维 增 强 塑 料
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1-1 玻璃纤维增强环氧树脂
玻璃纤维增强环氧树脂是GFRP中综合性能最好的一种。因环氧树脂的粘结能力最强， 与玻璃纤维复合时，界面剪切强度最高。机械强度高于其他GFRP。环氧树脂固化时无小分子放出 ，故尺寸稳定性最好，收缩率只有1％－2％，环氧树脂的固化反应是放热反应，易产生气泡，但 因添加剂少，很少发生鼓泡现象。 唯一不足的是环氧树脂粘度大，加工不太方便，成型时需要加热，室温下成型会导致环氧树 脂固化反应不完全。不能制造大型制件。
第3章 聚合物基复合材料
CH2 CCOOCH3 CH3
CH2 CH CN
CH2 CHCH CH2
ABS树脂
ABS
CH
CH2
4、聚合物基复合材料的分类：
1）按照增强材料来分：玻璃纤维增强聚合物基复合 材料(GFRP)、碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)、 芳纶纤维增强聚合物基复合材料(KFRP）、硼纤维增 强聚合物基复合材料（BFRP）、碳化硅纤维增强聚 合物基复合材料（SFRP)。 2）按照功能或性能来分：通用型、耐化学腐蚀型、 耐高温型、阻燃型、导电型等。 3）按照聚合物基体的结构和类型来分：热固性树脂、 热塑性树脂、橡胶基等。
热塑性塑料 在加工过程中，一般只发生物理变化，受热变 （线型） 为塑性体，成型后冷却又变硬定型，若再受热 还可改变形状重新成型的塑料。
热固性塑料 在成型过程中发生化学变化，利用塑料在受热 时可流动的特征而成型，并延长时间，使其发 （体型） 生化学反应而成为不熔不溶的网状分子结构， 并固化定型而形成的塑料。
特殊塑料
表3.1 一些聚合物的名称、商品名 称、符号及单体
聚合物 名称 聚氯乙烯 聚丙烯 商品名称 氯纶 丙纶 符号 PVC PP 单体 名称 氯乙烯
CH2 CHCl
结构式
丙烯
CH2 CH CH3
CH2 CH CN
聚丙烯腈
聚己内酰 胺
腈纶
锦纶6 （或尼龙-6）
PAN
PA6
丙烯腈
己内酰胺
O NH
聚己二酰己二 胺 聚对苯二甲酸 乙二醇酯 聚苯乙烯
3.2.3 天然高分子 Source of the Starch
• 淀粉
Application of Starch
•
另外在石油工业、造纸工业、纺织工业等领域中淀粉也常被用做增稠剂、 粘合剂、胶凝剂等不同的用途。
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！。
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
41
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
42
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
36
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
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
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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复合材料的分类
（1）按材料基体性质分
金属基复合材料 热塑性树脂基复合材料 树脂基复合材料 高聚物复合材料 热固性树脂基复合材料 复合材料 非金属基复合材料 橡胶基复合材料 陶瓷基复合材料 碳及碳化物基复合材料 非碳基复合材料
（2）按分散相的形态和配置分类
弥散强化复合材料 颗料分散相复合材料 颗粒增强复合材料 薄片增强复合材料 单项纤维复合材料 连续纤维复合材料 非纺织纤维层复合材料 料 复合材料 三相及多相纤维复合材 三相织物层合复合材料 纤维状分散相复合材料 随机排列 晶须复合材料 定向排列 不连续纤维复合材料 随机排列 短切纤维复合材料 定向排列
第七章聚合物基复合材料
单一的高分子材料往往很难满足生产和科技部门对材料
性能的要求，因而复合高分子材料得以快速发展。
复合材料：是由两种或两种以上不同性质与不同形态的 原材料，通过复合工艺组合而成的多相材料。 通常复合材料中至少有两相，其中一相在复合材料中是 连续的，称为基体，另一相被基体所包容，称为增强相 （或增强材料）。
②复合光敏材料 用感光硬化的塑料复合材料作印刷板代替铅、锌、铜印 刷板近年已获应用。这种板材制作工艺简单迅速、质量轻、 传墨好、耐印率好，成本低、操作条件好。 ③导电复合材料 绝大部分高聚物都是绝缘体，但近年来用各种方法制得 很多导电高分子材料，例，填充石墨和金属在树脂中，制成 可导电导热的功能材料。 ④阻燃及自熄材料 在制备复合材料时加入硼、磷、卤素的有机物或含锑或 其它金属的阻燃剂就可增加材料的阻燃性和自熄性，这类材 料即为阻燃或自熄材料
作为复合材料的高聚物应满足下列要求。
①良好的综合性能
为了使高分子复合材料性能优越，所使用的 高聚物应具有良好的综合性能，要根据填料的特 性和复保材料的使用范围，合理选择高聚物，以 最大限度地发挥高聚物所固有的特性。
②对为胶粘剂将填
料粘合成一个整体，从而构成一种具有崭新性能的新材料。
随着科技的不断发展，对材料的性能要求也越来越高，因此，
新的增强材料不断出现，例高模量的聚酰胺纤维，耐高温的碳化
硅纤维，碳化硼纤维。 表面处理是复合材料的重要工艺手段，它是在玻璃纤维表面 上用称为表面处理剂的物质处理，使玻璃纤维等与合成树脂或塑 料能牢固地粘结在一起，从而提高其各种性能。 表面处理剂（偶联剂）是一种即能与增强材料表面分子作用 后相连结，又能与合成树脂或塑料的表面分子作用后相连接的物
这种粘合作用非常重要，因为对于纤维填料来说，虽然有 很高的轴向拉伸强度，但却不能承受压缩及弯曲载荷，而 短纤维及粉状、粒状材料更不能做为承载材料。但是当它 们被高聚物粘结成一个整体后就可以改善其力学性能。另
外，在这个整体中，高聚物除了部分承载外，还起到传递
载荷作用。
③良好的工艺性能
制造复合材料时希望有较容易的加工成型条件，
剂和阻燃剂等。
（3）热塑性高聚物 热塑性高聚物在软化或熔化状态下，能进行模塑加工， 在冷却至软化点以下能保持模塑成型的形状。热塑性高聚物
的典型代表有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及其
共聚物如ABS等。聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯、聚砜、 聚苯硫醚等。 热塑性高聚物基复合材料与热固性树脂基复合材料相比， 虽然其成型工艺简单、工艺周期短、成本低。但同时其力学 性能、使用温度和老化性能也比较低，热塑性高聚物与纤维 复合可以提高力学强度和弹性模量，提高热变形温度，提高
复合材料增强机理
复合材料可以具有多方面的优异性能，当前受到特别重视的 是它的力学性能，通过加入分散相，可使复合材料的强度超过 未加入分散相的纯基体的几倍到几十倍。 （1）纤维状分散相复合材料 纤维状分散相复合材料具有高强度，首先纤维具有高强度， 而材料的纤维状较之块状强度高，是由于它的原子排列即晶体 排列的完善程度较高，或者是在生产纤维过程中产生的微裂纹 较块状材料少和裂纹方向大致沿着纤维轴向的缘故。 在这类复合材料中，影响强度的主要因素是纤维的强度，纤 维所占的体积分数和纤维与基体的界面结合情况，纤维的作用 是承受载荷，提供强度、基体的作用则是保护和固定纤维，在 纤维端头部分以界面剪切的方式向纤维传递载荷。
以降低设备投资，简化操作和便于制造大型制品，
高聚物应有恰当的粘度，与填料接近的收缩力，同
时热固性树脂应具有适宜的固化时间。
（2）热固性高聚物
作为结构材料的纤维复合材料所用的树脂多为热固
性树脂，包括不饱和聚酯、环氧、酚醛、有机硅和一些 芳杂环树脂，其中前三种用的最多，为了使热固性树脂 固化后，具有某些特殊性能或满足工艺要求，往往在树 脂中加入其它助剂，如引发剂、增韧剂、促进剂、稀释
尺寸稳定性，降低吸水性、抑制应力开裂和改善疲劳性能。
（4）增强材料与表面处理 增强材料是复合材料的主要承力部分，在玻璃纤维作为
增强材料的复合材料中，玻璃纤维则是它的主要承力组分，
它的作用除了减少整体收缩，提高材料的力学强度和弹性 模量外，还可以提高材料的热变形温度和冲击强度，尤其 是材料的拉伸强度提高的更为明鲜。 碳纤维也是复合材料的重要增强材料，它在高性能复合 材料中的应用日扩大，碳纤维与玻璃纤维相比，其增强效 果主要是它的较大刚性与耐腐蚀性。
复合材料即保持了原材料的主要特点，又往往具备原 材料所没有的新的特性，通过形成复合材料，可以对下 列各种性能得以改善，如强度、刚度、韧度、硬度、耐 蚀、耐磨、质量、寿命、外观、耐高低温、减振、导热
或绝热等，由于复合后的性能取决于原材料的种类、形
态、比例、配置及复合工艺条件等，通过人为因素可以 控制这些因素，可望获得不同性能的复合材料，因而复 合材料是一类性能可以设计的新疑材料。
质，它即保护了玻璃纤维等增强材料的表面，又使树脂与增强材
料界面的粘接力大大增加，防止了水分或其它有害成分的侵入。 表面处理剂改变了两者界面状态，使复合材料中的基体与基材间 形成一个坚固的整体。
复合材料的发展趋势
（1）复合材料的功能化
①固体自润滑材料及耐磨复合材料
以复合材料作自润滑材料及耐磨材料，发展很快，在工 业上也得到越来越广泛的应用，自润滑材料是指本身有润 滑作用的结构材料，它们大多在高聚物（聚甲醛、聚苯硫 醚、聚苯、聚四氟乙烯）中加入超增强及起润滑作用的材 料（玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维及二硫化钼、石墨、机 油等）制成。
并导致基体发生破坏。
高聚物基复合材料
（1）对高聚物的要求
高聚物在高分子复合材料中是不可缺少的部分，从
数量上看，高聚物可以是主要成分（如以二硫化钼填 充的尼龙，较少量玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂等） 也可以是次要成份。（如以高聚物粘合的层压木板， 夹层安全玻璃等）。但不论是主要或次要成份。高聚
物的综合性质都对材料综合性能有重大的影响。
颗粒增强复合材料的粒径范围为1μ m-5μ m，体积分数
为0.25-0.90，这种复合材料载荷由基体和颗粒共同承担，
当颗粒比基体硬时，颗粒通过界面用机械约束方式限制基 体变型，产生应力水平较高的流体静应力，随着外载的增 加，这种压力也增大，一直能达到未受约束基体屈服强度 的3倍以上，从而产生强化，当外载再增大时，颗粒将开裂
（2）颗粒状分散相复合材料
颗料状复合材料，按照颗粒的直径和体积分数，又可
分为弥散强化复合材料和颗粒增强复合材料，主要是金
属基的复合材料。 弥散强化复合材料的颗粒直径范围为0.01μ m-0.1μ m， 体积分数为0.01-0.15，这种材料中基体承受大部分载荷， 颗粒的作用是阻碍基体的位错运动，从而使基体被强化。