复合材料及其制备技术的发展解析

二、树脂基复合材料制备技术的发展
复合材料的发展
第一代复合材料是以玻璃纤维增强复合材料为代表，是目前用量最大、技术最为成 熟的低成本复合材料之一。
第二代树脂基复合材料是以碳纤维增强复合材料为代表。
第三代树脂基复合材料是有机纤维增强复合材料。如以美国杜邦公司的KVlar芳纶 纤维复合材料为代表。这种热熔性液晶聚合物纤维比强度优越，弹性模量是玻璃纤 维的2倍，价格只有碳纤维的1/3，加之其突出的韧性和回弹性是其他纤维所不具备 的，故强材料 之一。
(2)按增强材料形态可分为：连续纤维增强复合材料、短纤维制 品、晶须增强复合材料、颗粒(或填料)填充复合材料、纤维 及颗粒增强增强复合材料和纳米粉体改性复合材料五类；
(3)按增强材料区分：纤维增强复合材料、颗粒(或填料)填充复 合材料和纳米粉体改性复合材料等。
复合材料制备技术的概念
复合材料制备技术是指将两种或多种不同类型、不同性能、不同形态、 不同成分和不同相型的组分材料复合成整体结构的形式，且能发挥出优 良特性材料体系的“合适的复合方法或技术”。复合材料的制造方法或 技术的持点：
一、基本概念
复合材料的基本概念
定义：复合材料是由两种或多种不同类型、不同性能、不同
形态、不同成分和不同相型的组分材料，通过适当的复合方 法，将其组合成一种具有整体结构特性的、使用性能优异的 材料体系。复合材料是由基体相、增强相和界面相三相组成 的。
分类：
(1)按基体分类通常可分为：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、 树脂基复合材料、碳碳复合材料和纳米复合材料五类；
复合材料的发展趋势
智能复合材料：
功能复合材料的最高形式，是在机敏复合材料的基础上向自决策能 力上的发展，依靠外部信息处理系统中增加的人工智能系统，对信息进 行分析，给出决策，指挥执行材料作出优化的动作。
提高复合材料性能的途径
（1）高性能原材料 （2）复合材料的优化设计 （3）制备方法和设计技术
(2)复合材料制造技术的另一个特点是基本上继承了传统的制备工艺，并在 此基础上发展起来，如：树脂基复合材料的手糊工艺．是继承有数千年 历史的裱糊工艺；模压工艺则是继承金属的制造、模锻工艺等；
(3)高新技术在复合材料制造中的广泛应用，使现有的工艺技术不断得到完 善，工作效率明显提高，新的制造方法和技术不断涌现，形成了复合材 料制造技术发展的又一特点。如：在复合材料加工中广泛利用计算机技 术进行选材、制品设计、工艺控制等。新型的液体模塑工艺(如树脂传 递模塑工艺．反应注射模塑工艺等)的出现，电子束固化工艺技术的应 用等都充分说明复合材料发展的这一特点。
(1)主要根据基体相的加工性能不同而选用不同的加工方法。如：树脂基复 合材料选用塑料成型方法或技术； (C/C)复合材料初期采用塑料成型技 术，后期采用陶瓷或金属烧结技术；陶瓷基和金属基复合材料采用陶瓷 和金属材料传统的制造加工技术，而纳米复合材料的制造技术同样也放 在对基体材料的改性技术，另一方面是采用纳米材料生成法制备纳米结 构的基体或增强材料；
二、树脂基复合材料制备技术的发展
复合材料的发展
第五代为PBO纤维增强复合材料。随着材料科学的高速发展，使 众多新材料问世。如美国道化学公司和日本东洋纺织公司合作研制成 功的聚苯并双噁唑(PBO)纤维及其复合材料被称为21世纪超级纤维复 合材料。该纤维无熔点，在高温下不熔融，经热量分析测得的在宅气 中的热分解温度高达650℃；比对位芳酰胺纤维高100℃左右。极限氧 指数为68，在有机纤维中，小于PTFE纤维(95)，而高于聚苯并眯唑 (PDI)纤维。该纤维在与火焰接触后不收缩，移去火焰后基本无残焰， 朽料质地柔软。其密度为(1．54—1．56) ，拉伸强度为5.8GPa，断 裂伸长率为3．5％。可制成短切纤维、织物、毡等，与树脂浸渍性亦 住，加工性能良好．是目前惟一将优越的力学性能、卓越的耐高温性 能和优良的加工性能结合在一起的有机纤维。目前此种纤维增强复合 材料尚处在实验室阶段，但从其展示的使用性能上看，可为21世纪集 耐高温和力学特性于一身的超高性能复合材料．也是一代更新换代的 材料品种。
高技术复合材料的基本概念
制备技术的概念
高技术复合材料制各工艺是在原复合材料制备工艺基础 上，引入高新技术，更适合于材料制备，且技术水平高，产 品技术含量高，性能优越的制备技术。其中包括：计算机选 材设计、预混料制备技术、织物编织技术、新型成型工艺技 术(如树脂传递模塑成型、增强反应注射成型等)、碳碳复合 材料的先驱体浸渍热解技术、纳米复合材料的插层、共混、 原位聚合、溶胶—凝胶、分子自组装等技术，均代表了现代 科学技术发展方向。
高技术复合材料的基本概念
材料的概念与范畴
所谓高技术复合材料是指那些已得到较为广泛应用的，并在实际应 用中已证明其使用性能优良、制造工艺与技术先进、产品技术含量高的材 料品种，以及代表材料科学发展方向的材料体系。如：树脂基复合材料、 碳碳复合材料和纳米复合材料等。其中，树脂基复合材料中高技术材料 主要是指：高性能玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、芳纶 纤维增强复合材料、高拉伸(或超高分子质量)聚乙烯纤维增强复合材料、 陶瓷纤维(晶须)增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、金属纤维、有 机纤维增强功能或超混杂复合材料等。而碳碳复合材料是航天、航空结 构件，导弹、火箭耐烧蚀件等的专用材料。纳米复合材料是日前可实现 商品化生产的纳米技术产品之一，代表着来来材料科学的发展方向。由 于陶瓷基和金属基复合材料尚处于研制阶段，其应用量很小，制备技术 还基于传统材料制造方法，未形成独特的工艺技术，所以来将其列为高 技术材料之列。随着这两种复合材料在制造过程中高新技术的引入．相 信在不远的将来会逐步形成自己独特的工艺技术。
第四代树脂基复合材料是20世纪80年代末美国A11id公司商品化的一种以S900和 S1000为代表的具有超高强度、模量的高拉伸聚乙烯纤维。荷兰研究所和日本东洋 纺织公司联合开发高拉伸聚乙烯纤维，并用其制造出环氧基复合材料，其拉伸强度 3．5GPa、模量达125GPa、比强度比钢大10倍、比碳纤维大4倍、比芳纶纤维大50％， 是20世纪90年代世界上强度最大的纤维，而且其密度最小(0．92kG／m3)，具有可 透射雷达波、介电性极佳、结构强度高等待点，经v50弹道实验表明，该纤维是20 世纪90年代抗弹性最好的弹道材料，故而在兵器上获得了较为广泛的应用．持别是 装甲防护领域更是这种复合材料发挥作用的领域。另外，它还可作为超轻质复合结 构材料和超轻质功能结构材料加以应用。
《复合材料制备新技术》
第一章 复合材料及其制备技术的发展
复合材料的发展趋势
传统材料
复合材料
先进 复合材料
功能 复合材料
智能 复合材料
机敏 复合材料
结构功能一体化 复合材料
机敏复合材料:
具有感知外界作用而且作出适当反应的能力。
机敏复合材料系统包括：传感功能材料、执行功能材料、基体材料、外 部信息处理系统。