聚合物基复合材料基体材料
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15
16
3.2.5 其他性能
1）黏附性 树脂的表面张力、润湿能、 能否产生化学键; 固化时体积收缩率， 断裂伸长率
环氧：含多种极性基团；固化收缩小； 酚醛、聚酯：有极性基团，固化时收缩大； 2）固化收缩率
17
3.3 基体材料的工艺性
树脂的工艺性能包括树脂的浸润性、黏结性、流动性 和固化特性（最重要）。 3.3.1 浸润性能
实际强度低于理论强度： 工艺，内应力(杂质、缺陷)
基体材料性能
复合材料性能
9
2）树脂的内聚强度与其结构的关系 内聚强度：线型——体型 交联密度↑，强度↑；但过高，导致脆 性；
3）树脂的断裂伸长率与结构的关系
普弹形变、高弹形变、黏流形变
高弹形变
大分子链的链 段运动引起的
强迫高弹形变
大分子链的柔顺性 分子链间的交联密度
液体对固体的浸润情况在第四章介绍。
纤维表面张力（张力 ，浸润 ） 树脂表面张力 （分子结构即分子间引力 ，内聚能，表面张力 浸润 ） 树脂与纤维间界面张力 （树脂/纤维表面分子间作用力 ，浸润 ） 树脂粘度 ，流动性 ，浸润 ；纤维疏松，浸润
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3.3.2 黏结性能 3.3.3 流动性能
未固化时流动性较好； 固化时，相对分子量增大，同时出现交联，流动 性变差。 增塑剂的存在 3.3.4固化性能
环氧树脂常用活性稀释剂： 501： 2mPa.s
会使交联密度 降低，影响热变形 温度。
苯基缩水甘油醚 690
7mPa.s
4
增韧剂和增塑剂：
增塑剂：减小分子间作用力，不参加固化反应，降 低交联密度；DBP
增韧剂：线型聚合物，有活性端基，在环氧树脂中 加入如聚酰胺、聚硫橡胶、羧基丁腈橡胶和聚酯等； 在酚醛树脂中加入丁腈橡胶等。
3.1.3 基体材料系统的选配原则
①产品性能 ②工艺性能
综合决定 基体材料
③成本及来源
波形瓦；耐腐蚀槽；导弹鼻锥
从成型工艺角度:
手糊成型：聚酯、环氧；
层压、模压、缠绕工艺： 环氧和酚醛；
成本：酚醛<聚酯<环氧
7
8
3.2 基体材料的基本性能
3.2.1 力学性能 1）强度与模量
决定主要因素：分子内和分子间的作用力。 聚ຫໍສະໝຸດ Baidu物材料的破坏，是由主链上的化学键的断裂或是聚 合物分子链间相互作用力的破坏。
高。在链上尽量减少单键，引入共轭双键、三键或环 状结构
2）进行结晶 在主链上引入
都能提高结晶高 聚物的熔融温度， 表3-3
3）进行交联 13
3.2.3 耐腐蚀性
树脂的腐蚀
物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键
影响因素：
树脂结构 树脂含量 树脂固化交联密度 环氧树脂的耐腐蚀性因所用的固化剂不同而不同：
用酸酐固化
胺类固化剂
不同的胺类固化剂，交联键类型不同，固化的树脂耐腐
蚀性也不同。
芳香族二胺 > 脂肪族类固化剂
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3.2.4 电性能
树脂分子由共价键组成，因此是一种优良的电绝缘材料。 影响因素：
树脂大分子链的极性； 一般极性基团越多，极性越大，电绝缘性能越差； 已固化树脂中杂质的存在。
电绝缘材料的高聚物可分为： （1）链节结构对称且无极性基团的高聚物，如PE，PTFE （2）无极性基团，但链节结构不对称的高聚物，如PS，NR等， （3）链节结构不对称且有极性基团的高聚物，如PVC，PA，PF树 指等
还有三聚氰胺甲醛树脂和有机硅树脂 还有热塑性树脂，如聚醚砜，聚苯硫醚
3
2.辅助剂
固化剂、引发剂和促进剂：
稀释剂：降低树脂黏度，分为非活性和活性稀释剂
非活性稀释剂：不参与树脂固化反应，树脂成型中挥发， 加入量为10~60%。丙酮、乙醇、甲苯、苯等；
活性稀释剂：参与树脂固化反应，成为材料成分，加入量 为5~10%。如：苯乙烯（不饱和）、环氧丙烷丁基醚（环氧）
3.1 概述
复合材料力学性能： 纵向拉伸性能，取决于增强材料； 横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能等,主要取决 于基体材料；
复合材料工艺性：取决于基体材料。
1
3.1.1 基体材料的基本组分及其作用
1.聚合物基体
要求：较好的力学性能，介电性能，耐热性能和耐老化 性能，有良好的工艺性能。 •酚醛树脂 加热即固化；
触变剂
它能提高树脂在静止状态下的黏度，在外力作用下 ，如搅拌时，变成流动性液体，因而适合涂刷垂直面。
常用触变剂有活性二氧化硅（白炭黑），加入量一
般为1~3%。
5
填料：改善性能，降低成本。
树脂加入填料可增加树脂的黏度，改变流动特性，降 低树脂固化时的收缩以及增加表面硬度。
如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉等； 一定要烘干后再使用；
影响树脂的凝胶和固化速度，应当注意。
颜料：
用量约0.5~5%
要求：颜色鲜明，有耐热性和耐光性；在树脂中分散良 好，不影响树脂固化。一般选用无机颜料，有机颜料影响 树脂固化。
6
3.1.2 基体材料在复合材料中作用
➢①均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）； ➢②保护纤维，防止纤维磨损； ➢③赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）； ➢④决定复合材料生产工艺、成型方法。
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4）树脂的体积收缩率与其结构的关系
几种树脂的固化收缩率：
环氧
1~2%
聚酯
4~6%
酚醛
8~10%
影响树脂体积收缩的因素：
固化前后树脂系统（树脂、固化剂等）的密度、
基体固化后的网络结构的紧密程度；
固化过程中有无小分子释出
降低收缩率方法：调节树脂大分子链段充分伸直，固化前分子
间填充密实
例如：PMMA/PS+UP 溶解/加热 UP固化收缩率降低 11
固化过程中有小分子析出； 脆性大； 用于粉状塑料和短纤维增强；价格最便宜
2
不饱和聚酯树脂 （第四次课2010）
室温下固化，常压成型， 固化时体积收缩大、耐热性差； 力学性能不如环氧和酚醛树脂，价格低于环氧，比 酚醛贵； 多用于玻纤增强 环氧树脂：
黏结力强，机械强度高， 介电性能优良，耐化学腐蚀性好； 用于碳纤维和硼纤维增强
3.2.2 耐热性能
复合材料耐热性：温度升高，性能变化
聚合物受热变化 物理变化：变形、软化、流动、熔融 化学变化：分子链断裂、交联、氧化、分解
物理耐热性：在一定温度条件下，仍然保持
树脂耐热性
其作为基体材料的强度
化学耐热性：树脂发生热老化时的温度范围
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提高树脂耐热性的途径：
1）增加高分子链的刚性 增加分子链的刚性，高聚物的玻璃化温度相应提
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3.2.5 其他性能
1）黏附性 树脂的表面张力、润湿能、 能否产生化学键; 固化时体积收缩率， 断裂伸长率
环氧：含多种极性基团；固化收缩小； 酚醛、聚酯：有极性基团，固化时收缩大； 2）固化收缩率
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3.3 基体材料的工艺性
树脂的工艺性能包括树脂的浸润性、黏结性、流动性 和固化特性（最重要）。 3.3.1 浸润性能
实际强度低于理论强度： 工艺，内应力(杂质、缺陷)
基体材料性能
复合材料性能
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2）树脂的内聚强度与其结构的关系 内聚强度：线型——体型 交联密度↑，强度↑；但过高，导致脆 性；
3）树脂的断裂伸长率与结构的关系
普弹形变、高弹形变、黏流形变
高弹形变
大分子链的链 段运动引起的
强迫高弹形变
大分子链的柔顺性 分子链间的交联密度
液体对固体的浸润情况在第四章介绍。
纤维表面张力（张力 ，浸润 ） 树脂表面张力 （分子结构即分子间引力 ，内聚能，表面张力 浸润 ） 树脂与纤维间界面张力 （树脂/纤维表面分子间作用力 ，浸润 ） 树脂粘度 ，流动性 ，浸润 ；纤维疏松，浸润
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3.3.2 黏结性能 3.3.3 流动性能
未固化时流动性较好； 固化时，相对分子量增大，同时出现交联，流动 性变差。 增塑剂的存在 3.3.4固化性能
环氧树脂常用活性稀释剂： 501： 2mPa.s
会使交联密度 降低，影响热变形 温度。
苯基缩水甘油醚 690
7mPa.s
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增韧剂和增塑剂：
增塑剂：减小分子间作用力，不参加固化反应，降 低交联密度；DBP
增韧剂：线型聚合物，有活性端基，在环氧树脂中 加入如聚酰胺、聚硫橡胶、羧基丁腈橡胶和聚酯等； 在酚醛树脂中加入丁腈橡胶等。
3.1.3 基体材料系统的选配原则
①产品性能 ②工艺性能
综合决定 基体材料
③成本及来源
波形瓦；耐腐蚀槽；导弹鼻锥
从成型工艺角度:
手糊成型：聚酯、环氧；
层压、模压、缠绕工艺： 环氧和酚醛；
成本：酚醛<聚酯<环氧
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3.2 基体材料的基本性能
3.2.1 力学性能 1）强度与模量
决定主要因素：分子内和分子间的作用力。 聚ຫໍສະໝຸດ Baidu物材料的破坏，是由主链上的化学键的断裂或是聚 合物分子链间相互作用力的破坏。
高。在链上尽量减少单键，引入共轭双键、三键或环 状结构
2）进行结晶 在主链上引入
都能提高结晶高 聚物的熔融温度， 表3-3
3）进行交联 13
3.2.3 耐腐蚀性
树脂的腐蚀
物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键
影响因素：
树脂结构 树脂含量 树脂固化交联密度 环氧树脂的耐腐蚀性因所用的固化剂不同而不同：
用酸酐固化
胺类固化剂
不同的胺类固化剂，交联键类型不同，固化的树脂耐腐
蚀性也不同。
芳香族二胺 > 脂肪族类固化剂
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3.2.4 电性能
树脂分子由共价键组成，因此是一种优良的电绝缘材料。 影响因素：
树脂大分子链的极性； 一般极性基团越多，极性越大，电绝缘性能越差； 已固化树脂中杂质的存在。
电绝缘材料的高聚物可分为： （1）链节结构对称且无极性基团的高聚物，如PE，PTFE （2）无极性基团，但链节结构不对称的高聚物，如PS，NR等， （3）链节结构不对称且有极性基团的高聚物，如PVC，PA，PF树 指等
还有三聚氰胺甲醛树脂和有机硅树脂 还有热塑性树脂，如聚醚砜，聚苯硫醚
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2.辅助剂
固化剂、引发剂和促进剂：
稀释剂：降低树脂黏度，分为非活性和活性稀释剂
非活性稀释剂：不参与树脂固化反应，树脂成型中挥发， 加入量为10~60%。丙酮、乙醇、甲苯、苯等；
活性稀释剂：参与树脂固化反应，成为材料成分，加入量 为5~10%。如：苯乙烯（不饱和）、环氧丙烷丁基醚（环氧）
3.1 概述
复合材料力学性能： 纵向拉伸性能，取决于增强材料； 横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能等,主要取决 于基体材料；
复合材料工艺性：取决于基体材料。
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3.1.1 基体材料的基本组分及其作用
1.聚合物基体
要求：较好的力学性能，介电性能，耐热性能和耐老化 性能，有良好的工艺性能。 •酚醛树脂 加热即固化；
触变剂
它能提高树脂在静止状态下的黏度，在外力作用下 ，如搅拌时，变成流动性液体，因而适合涂刷垂直面。
常用触变剂有活性二氧化硅（白炭黑），加入量一
般为1~3%。
5
填料：改善性能，降低成本。
树脂加入填料可增加树脂的黏度，改变流动特性，降 低树脂固化时的收缩以及增加表面硬度。
如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉等； 一定要烘干后再使用；
影响树脂的凝胶和固化速度，应当注意。
颜料：
用量约0.5~5%
要求：颜色鲜明，有耐热性和耐光性；在树脂中分散良 好，不影响树脂固化。一般选用无机颜料，有机颜料影响 树脂固化。
6
3.1.2 基体材料在复合材料中作用
➢①均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）； ➢②保护纤维，防止纤维磨损； ➢③赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）； ➢④决定复合材料生产工艺、成型方法。
10
4）树脂的体积收缩率与其结构的关系
几种树脂的固化收缩率：
环氧
1~2%
聚酯
4~6%
酚醛
8~10%
影响树脂体积收缩的因素：
固化前后树脂系统（树脂、固化剂等）的密度、
基体固化后的网络结构的紧密程度；
固化过程中有无小分子释出
降低收缩率方法：调节树脂大分子链段充分伸直，固化前分子
间填充密实
例如：PMMA/PS+UP 溶解/加热 UP固化收缩率降低 11
固化过程中有小分子析出； 脆性大； 用于粉状塑料和短纤维增强；价格最便宜
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不饱和聚酯树脂 （第四次课2010）
室温下固化，常压成型， 固化时体积收缩大、耐热性差； 力学性能不如环氧和酚醛树脂，价格低于环氧，比 酚醛贵； 多用于玻纤增强 环氧树脂：
黏结力强，机械强度高， 介电性能优良，耐化学腐蚀性好； 用于碳纤维和硼纤维增强
3.2.2 耐热性能
复合材料耐热性：温度升高，性能变化
聚合物受热变化 物理变化：变形、软化、流动、熔融 化学变化：分子链断裂、交联、氧化、分解
物理耐热性：在一定温度条件下，仍然保持
树脂耐热性
其作为基体材料的强度
化学耐热性：树脂发生热老化时的温度范围
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提高树脂耐热性的途径：
1）增加高分子链的刚性 增加分子链的刚性，高聚物的玻璃化温度相应提