第四章聚合物基体复合材料要点

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。
渍困难，预浸料制备及制品成型需要在高温高压下
进行；聚碳酸酯或尼龙这样一些工程塑料，因耐热
性、抗蠕变性或耐药品性等方面问题而使应用受到
限制。
通常用20～40%的短纤维增强，拉伸强度可以 提高1～2倍，可明显改变蠕变性能，提高热变 形温度和导热系数，降低线膨胀系数，增加尺
寸稳定性，降低吸湿性，抑制应力开裂，提高
基体的作用
将纤维粘合成整体并使纤维位臵固定，在纤维间
传递载荷，并使载荷均衡；
基体决定复合材料的一些性能。如复合材料的高
温使用性能(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；
基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选
择等。
基体保护纤维免受各种损伤。
第四章 聚合物基复合材料
凡是含有二个以上环氧基的化合物统称为环氧 树脂
在所有的环氧树脂中，工业上用得最广泛的是双 酚A型环氧树脂，占环氧树脂总产量的90 %。环 氧树脂本身是热塑性的线型结构，必须向树脂中 加入固化剂，进行交联固化反应，生成网状结构 的高聚物后（热固性树脂）。
环氧树脂（EP）特点
1）工艺性好。室温操作、固化剂种类多，适用
疲劳强度。短纤维增强塑料可广泛应用于机械
零件、汽பைடு நூலகம்、化工设备等。
耐高温的特种工程塑料通常以连续长纤维增强 热塑性树脂。
典型的热塑性聚合物
1．聚酰胺 2．聚碳酸酯 3．聚醚砜
4. 聚醚醚酮
1．聚酰胺
聚酰胺是具有许多重复的酰胺基 的一类 线型聚合物的总称．通常叫做尼龙。尼龙中的主要 品种是尼龙6和尼龙66
有：橡胶弹性增韧、热塑性树脂增韧、热致液晶
增韧、核壳结构聚合物增韧、刚性纳米粒子增韧 等。
酚醛树脂(PF)
由酚类由酚类（苯酚、甲酚、二甲酚等）和醛类（甲醛、
乙醛、糠醛等），在酸或碱催化剂作用下缩聚而成的树脂 的统称。主要是苯酚和甲醛的缩聚物。
特点：价格低廉、合成方便、固化后具有一些特殊性能，如
良好的机械强度、阻燃性、低发烟和耐热性，尤其是瞬时耐 高温烧蚀性能。缺点是粘附性差；耐碱性差；固化后较脆 主要应用于胶粘剂、涂料及布、纸、玻璃布的层压复合材 料等。
期、粘度、与固化时间均可在很大范围内调节。
2）良好的粘合性。-OH, - C-O-C-使EP可形成
H键等； 3） 收缩性小。 4） 化学稳定性好。 苯环与脂肪羟基不受碱的侵蚀，且耐酸。
单纯的环氧树脂固化后脆性较高，常向体系中加
入增韧剂，改善树脂的抗冲击强度和耐热冲击性 能，减少固化时的反应热和收缩率。但增韧剂的 加入会降低树脂的耐热性、电性能、耐化学腐蚀 性能及某些力学性能。目前环氧树脂的增韧途径
和粘流温度Tf。
高分子材料的柔顺性 聚合物的机械性能 聚合物的电绝缘性、绝热、隔音性能 聚合物的老化
热塑性聚合物状态与温度的关系 1－非晶态聚合物的温度- 形变曲线 2－结晶态聚合物的温度- 形变曲线
聚合物基体介绍
• 热固性基体 • 热塑性基体
热固性基体
通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化 剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固化阶段后，形成不 溶、不熔的三维网状高分子 热固性树脂在初始阶段流动性很好、粘度低，容易浸透增 强体，同时工艺过程比较容易控制。这些树脂几乎适合于 各种类型的增强体。
热塑性聚合物
它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反
复加工而无化学变化。在加热到一定温度时可以软化甚至
流动，从而在压力和模具的作用下成型，并在冷却后硬化 固定。
优点：其高断裂韧性(高断裂应变和高冲击强度) 。
具有预浸料不需冷藏且贮存期无限、成型周期短、
可再成型、易于修补、废品及边角料可再生利用等 优点。 缺点：热塑性基体的熔体或溶液粘度很高，纤维浸
特点：力学性能较好，耐磨性，耐腐蚀性，广
泛的应用于各种机械、电气部件，如轴承、齿轮、 辊轴。
2．聚碳酸酯
聚碳酸酯有下述的化学结构
其中n在100~500的范围内。工业生产的聚碳 酸酯平均分子量为25000—70000。
包括不饱合聚酯树脂、环氧 树脂、酚醛树脂
不饱合聚酯树脂
主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一 类聚合物。不饱和聚酯的种类很多，按化学 结构分类可分为顺酐型、丙烯酸型、和丙烯 酸环氧酯型聚酯树脂。不饱和聚酯树脂在热
固性树指中是工业化较早，产量较多的一类，
它主要应用于玻璃纤维复合材料
不饱合聚酯树脂特点
4.1 聚合物基体
聚合物又称高分子化合物，一般是指相对分子 量在104以上，主要以共价键结合的一类化合物。
例如：纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等
天然高分子化合物，以及以高聚物为基础的合
成材料，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、
涂料与粘接剂等
固态高聚物的性能
高聚物特征温度：玻璃化转变温度 Tg，熔点Tm
本章主要内容
聚合物基体介绍 聚合物基复合材料种类和性能
聚合物基复合材料制备工艺和结构设计
聚合物基复合材料的应用
聚合物基体的复合材料即以聚合物为基体的复合
材料，是结构复合材料中发展最早、研究最多、
应用最广、规模最大的一类。 目前，全世界的所有复合材料生产中，聚合物复 合材料占90%以上。世界的聚合物复合材料生产 量的发展平均增长率为50% 世界聚合物复合材料生产量分布，欧洲共同体和 美国各占1/3，日本占1/10。
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）