复合材料的力学性能复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理化学方法
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
T,
复合材料的力学性质
形 变 % T, 5 4 3 2 1
增塑剂加入量对刚性高聚物形变增塑剂加入量对刚性高聚物形变-温度的影响 如图，适当加入后，玻璃化温度下降比黏温度下降 快，使高弹区加宽，材料使用范围加大。 实例： PVC只能作塑料，适当加入增塑剂 ▓实例：纯PVC只能作塑料，适当加入增塑剂 后，可以作人造革、鞋、薄膜等。
复合材料的力学性质
前 性能对比 静态强度 A 抗张强度 抗弯强度 动态强度 B 抗疲劳性能 冲击强度 C D E F G H 脆性材料 韧性材料 蠕变强度 热变形温度 线膨胀系数 成型收缩率 吸水率 (2～3)B 脆性材料(2～3)C 韧性材料变化不大 (2～3)D 10～200℃ ＜F ＜G ＜H 非晶偏小 结晶偏大 (2～4)A 后
PP/LDPE 0/100
形 变 %
40/60 60/40 100/0
0/100
形 50/50 变 % 80/20
100/0
PP/LDPE
T,℃ PP/LDPE共混材料 -机械
T,℃ PP/LDPE共混材料DTA
复合材料的力学性质
特例： 特例：以橡胶为改性剂，提高高聚物材料抗冲击性能。 对橡胶的要求： 对橡胶的要求：玻璃化温度必须远低于使用温度；橡胶不溶于刚性高聚物而形成二 相；两种高聚物溶解行为上相似，有利于相互黏着。若三条件达不到，加入第三组分。 效果：原脆性高聚物的冲击强度提高5 10倍。 效果：原脆性高聚物的冲击强度提高5～10倍。
三、高聚物材料的共混改性（blending modification） modification） 高聚物材料的共混改性（
▲本质 同于增强和填充，只是改性剂为其他聚合物。
复合材料的力学性质
●共混的方式
溶液共混 乳液共混 机械混炼
共混的方式
●共混高聚物材料的性质
规律： 规律：取决于原料高聚物的性质及配方，还取决于它们混合的状态。混溶体系的性能 介于两种高聚物性质之间。两相共存，则存在两个玻璃化温度。 ▓实例
关于增塑剂的选择原则 增塑剂与高聚物互溶；不易挥发；制品中存在时间长；无毒、色浅、廉价。 不同PVC材料的增塑剂含量 不同PVC材料的增塑剂含量
材料 、 料 、 料 40 50
性质
增塑剂
(以100 PVC )
材料性能
， PVC性质 PVC性质 性质
材料 薄膜 塑料鞋 人造革
增塑剂
(以100 PVC )
复合材料的力学性质
复合材料的制备方法
化学共聚制备方法 复合材料的制备方法 物理混合制备方法 增塑法 增强法 填充法 高聚物共混法
复合材料的力学性质
一、高聚物的增塑作用
▲高聚物的增塑作用（plasticization） 高聚物的增塑作用（plasticization） 定义： 定义：能使高分子链的柔性或高聚物材料的可塑性增加的作用。 类型：内增塑、外增塑和自动增塑作用 类型： 内增塑作用（ piastization） ▲内增塑作用（internal piastization） 定义： 定义：通过改变高分子链的化学结构（即共聚）达到增塑目的的作用。 ▓实例 利用丁二烯链节的柔性，制备高抗冲聚苯乙烯。 外增塑作用（ plasticization） ▲外增塑作用（external plasticization） 定义： 定义：在刚性高分子链中加入低分子液体或柔性聚合物达到增塑目的的作用。具有该 作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。 作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。 原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低10 倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000 原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000 倍，并且玻璃化温度与黏流温度都降低。 增塑剂的使用对象 增塑剂加入量对柔性高聚物形变增塑剂加入量对柔性高聚物形变-温度曲线的 2 1 4 3 形 变 影响，1 未加增塑剂，2 影响，1-未加增塑剂，2、3、4-为加入增塑剂，其 % 加入量是4 加入量是4＞3＞2。结果加后黏流温度比玻璃化温 度下降快，高弹区变窄，因此，一般不加。
复合材料的力学性质
热固性树脂的增强（通称为玻璃钢） 热固性树脂的增强（通称为玻璃钢） 常用的增强材料： 常用的增强材料：玻璃布、棉布、麻布、合成纤维织物、玻璃纤维等，经过层压而成 型，如机体、船壳等。 ▓实例 由不饱和聚酯制成的玻璃钢与纯树脂、金属等性能的对比
性 能 玻璃钢 1.9 49 1050 15.6 纯树脂 1.3 150 90 0.7 建筑钢材 7.8 350～ 350～420 420～ 420～460 10 铝 2.7 70～110 70～ 70～180 70～ 44
材料性能
性质
10 50
50 60 65 110
性质
性质
弹性
复合材料的力学性质
加入增塑剂对高聚物机械性能的能
材
性 量 加
增塑剂含量
入量
增塑 高聚物 含
聚物
质
的增塑
高聚物材料的增
增 高聚物 加入 量的 剂 加入合 的 加入 的性能对 增 剂 的 高的
塑性塑料的增 增
相对密度 抗压强度，MPa 抗压强度，MPa 抗弯强度，MPa 抗弯强度，MPa 抗冲击强度， MPa
▲填充 填充的作用： 填充的作用：改进高聚物的性能或降低原料成本。 ▓实例 橡胶填充炭黑以提高制品耐磨性和弹性模量； 塑料中填充玻璃纤维以增加强度； 树脂中填充碳酸钙、黏土、木屑等，起增强和降低成本作用。
复合材料的力学性质
形 变 % T, 5 4 3 2 1
增塑剂加入量对刚性高聚物形变增塑剂加入量对刚性高聚物形变-温度的影响 如图，适当加入后，玻璃化温度下降比黏温度下降 快，使高弹区加宽，材料使用范围加大。 实例： PVC只能作塑料，适当加入增塑剂 ▓实例：纯PVC只能作塑料，适当加入增塑剂 后，可以作人造革、鞋、薄膜等。
复合材料的力学性质
前 性能对比 静态强度 A 抗张强度 抗弯强度 动态强度 B 抗疲劳性能 冲击强度 C D E F G H 脆性材料 韧性材料 蠕变强度 热变形温度 线膨胀系数 成型收缩率 吸水率 (2～3)B 脆性材料(2～3)C 韧性材料变化不大 (2～3)D 10～200℃ ＜F ＜G ＜H 非晶偏小 结晶偏大 (2～4)A 后
PP/LDPE 0/100
形 变 %
40/60 60/40 100/0
0/100
形 50/50 变 % 80/20
100/0
PP/LDPE
T,℃ PP/LDPE共混材料 -机械
T,℃ PP/LDPE共混材料DTA
复合材料的力学性质
特例： 特例：以橡胶为改性剂，提高高聚物材料抗冲击性能。 对橡胶的要求： 对橡胶的要求：玻璃化温度必须远低于使用温度；橡胶不溶于刚性高聚物而形成二 相；两种高聚物溶解行为上相似，有利于相互黏着。若三条件达不到，加入第三组分。 效果：原脆性高聚物的冲击强度提高5 10倍。 效果：原脆性高聚物的冲击强度提高5～10倍。
三、高聚物材料的共混改性（blending modification） modification） 高聚物材料的共混改性（
▲本质 同于增强和填充，只是改性剂为其他聚合物。
复合材料的力学性质
●共混的方式
溶液共混 乳液共混 机械混炼
共混的方式
●共混高聚物材料的性质
规律： 规律：取决于原料高聚物的性质及配方，还取决于它们混合的状态。混溶体系的性能 介于两种高聚物性质之间。两相共存，则存在两个玻璃化温度。 ▓实例
关于增塑剂的选择原则 增塑剂与高聚物互溶；不易挥发；制品中存在时间长；无毒、色浅、廉价。 不同PVC材料的增塑剂含量 不同PVC材料的增塑剂含量
材料 、 料 、 料 40 50
性质
增塑剂
(以100 PVC )
材料性能
， PVC性质 PVC性质 性质
材料 薄膜 塑料鞋 人造革
增塑剂
(以100 PVC )
复合材料的力学性质
复合材料的制备方法
化学共聚制备方法 复合材料的制备方法 物理混合制备方法 增塑法 增强法 填充法 高聚物共混法
复合材料的力学性质
一、高聚物的增塑作用
▲高聚物的增塑作用（plasticization） 高聚物的增塑作用（plasticization） 定义： 定义：能使高分子链的柔性或高聚物材料的可塑性增加的作用。 类型：内增塑、外增塑和自动增塑作用 类型： 内增塑作用（ piastization） ▲内增塑作用（internal piastization） 定义： 定义：通过改变高分子链的化学结构（即共聚）达到增塑目的的作用。 ▓实例 利用丁二烯链节的柔性，制备高抗冲聚苯乙烯。 外增塑作用（ plasticization） ▲外增塑作用（external plasticization） 定义： 定义：在刚性高分子链中加入低分子液体或柔性聚合物达到增塑目的的作用。具有该 作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。 作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。 原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低10 倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000 原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000 倍，并且玻璃化温度与黏流温度都降低。 增塑剂的使用对象 增塑剂加入量对柔性高聚物形变增塑剂加入量对柔性高聚物形变-温度曲线的 2 1 4 3 形 变 影响，1 未加增塑剂，2 影响，1-未加增塑剂，2、3、4-为加入增塑剂，其 % 加入量是4 加入量是4＞3＞2。结果加后黏流温度比玻璃化温 度下降快，高弹区变窄，因此，一般不加。
复合材料的力学性质
热固性树脂的增强（通称为玻璃钢） 热固性树脂的增强（通称为玻璃钢） 常用的增强材料： 常用的增强材料：玻璃布、棉布、麻布、合成纤维织物、玻璃纤维等，经过层压而成 型，如机体、船壳等。 ▓实例 由不饱和聚酯制成的玻璃钢与纯树脂、金属等性能的对比
性 能 玻璃钢 1.9 49 1050 15.6 纯树脂 1.3 150 90 0.7 建筑钢材 7.8 350～ 350～420 420～ 420～460 10 铝 2.7 70～110 70～ 70～180 70～ 44
材料性能
性质
10 50
50 60 65 110
性质
性质
弹性
复合材料的力学性质
加入增塑剂对高聚物机械性能的能
材
性 量 加
增塑剂含量
入量
增塑 高聚物 含
聚物
质
的增塑
高聚物材料的增
增 高聚物 加入 量的 剂 加入合 的 加入 的性能对 增 剂 的 高的
塑性塑料的增 增
相对密度 抗压强度，MPa 抗压强度，MPa 抗弯强度，MPa 抗弯强度，MPa 抗冲击强度， MPa
▲填充 填充的作用： 填充的作用：改进高聚物的性能或降低原料成本。 ▓实例 橡胶填充炭黑以提高制品耐磨性和弹性模量； 塑料中填充玻璃纤维以增加强度； 树脂中填充碳酸钙、黏土、木屑等，起增强和降低成本作用。