《聚合物復合材料》PPT課件

1、聚合物復合材料聚合物復合材料 石光教授、王玉海老師石光教授、王玉海老師 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 教材及參考書教材及參考書 黃麗黃麗 陳曉紅陳曉紅 宋懷河宋懷河 聚合物復合材料聚合物復合材料 中國輕工出版社中國輕工出版社 2006.9(2006.9(教材）教材） 周曦亞周曦亞 復合材料復合材料 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 2005.12005.1 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 第一章第一章 緒論緒論 1.

2、1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 天然復合材料：木材，骨骼、竹子、肌肉、貝殼及其它組織。天然復合材料：木材，骨骼、竹子、肌肉、貝殼及其它組織。 例如例如 木材木材:細胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種成分細胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種成分 構(gòu)成構(gòu)成 木材的微纖絲木材的微纖絲 A. 微纖絲 B. 結(jié)晶區(qū) C. 非結(jié)晶區(qū) 電子顯微鏡下木材管胞壁的分層結(jié)構(gòu)模式電子顯微鏡下木材管胞壁的分層結(jié)構(gòu)模式 ML.胞間層； P.初生壁； S1.次生壁外層 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 例如骨骼：由

3、例如骨骼：由30%的有機質(zhì)和的有機質(zhì)和70%無機質(zhì)所組成，而無機質(zhì)所組成，而 70%的無機質(zhì)當中磷酸鈣占了的無機質(zhì)當中磷酸鈣占了95%。簡單說，鈣質(zhì)約。簡單說，鈣質(zhì)約 占骨骼的占骨骼的65%-70%，是骨的主要成分，是骨的主要成分 。 密質(zhì)骨基體中細小致密的納米羥基磷灰石密質(zhì)骨基體中細小致密的納米羥基磷灰石 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 第一章第一章 緒論緒論 復合材料的優(yōu)點：取長補短、協(xié)同增效、特殊功能。復合材料的優(yōu)點：取長補短、協(xié)同增效、特殊功能。 以天然材料為原料的復合材料：天然纖維與黏土、天然樹以天然材料為原料的復合材料：天然纖維與黏

4、土、天然樹 脂蟲膠與天然纖維、砂石水泥與鋼筋等。脂蟲膠與天然纖維、砂石水泥與鋼筋等。 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 第一章第一章 緒論緒論 聚合物與天然纖維：聚合物與天然纖維：20世紀初，酚醛樹脂與木屑、紙張、世紀初，酚醛樹脂與木屑、紙張、 麻布等。麻布等。 聚合物與玻璃纖維：聚合物與玻璃纖維：20世紀世紀40年代，玻璃鋼年代，玻璃鋼現(xiàn)代復合現(xiàn)代復合 材料發(fā)展的標志。材料發(fā)展的標志。 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 玻璃鋼冷卻塔玻璃鋼冷卻塔 電木板電木板 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研

5、究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 復合材料作為航空航天領(lǐng)域的發(fā)動機殼體材料復合材料作為航空航天領(lǐng)域的發(fā)動機殼體材料 金屬材料是最早應(yīng)用的固體火箭發(fā)動機殼體材金屬材料是最早應(yīng)用的固體火箭發(fā)動機殼體材 料，其中主要是低合金鋼料，其中主要是低合金鋼.其優(yōu)點是成本低、工其優(yōu)點是成本低、工 藝成熟、便于大批量生產(chǎn)藝成熟、便于大批量生產(chǎn),特別是后來在斷裂韌特別是后來在斷裂韌 性方面有了重大突破性方面有了重大突破,因此即便新型復合材料發(fā)因此即便新型復合材料發(fā) 展迅速展迅速,但在質(zhì)量比要求不十分苛刻的發(fā)動機上但在質(zhì)量比要求不十分苛刻的發(fā)動機上 仍大

6、量使用。仍大量使用。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 利用纖維纏繞工藝制造固體發(fā)動機殼體利用纖維纏繞工藝制造固體發(fā)動機殼體,是近是近 代復合材料發(fā)展史上的一個重要里程碑代復合材料發(fā)展史上的一個重要里程碑,但玻但玻 璃鋼比強度仍不是很高璃鋼比強度仍不是很高,彈性模量也偏低彈性模量也偏低,繼繼 后已逐漸為芳綸及碳纖維復合材料取代。后已逐漸為芳綸及碳纖維復合材料取代。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 芳綸是芳族有機纖維

7、的總稱芳綸是芳族有機纖維的總稱, ,最早問世的是美國的凱夫最早問世的是美國的凱夫 拉拉-49,-49,屬于全對位的聚芳酰胺纖維。它的強度是鋁的屬于全對位的聚芳酰胺纖維。它的強度是鋁的2 2 倍倍, ,而密度僅為其而密度僅為其1/2,1/2,彈性模量是彈性模量是E E玻璃纖維的玻璃纖維的2 2倍。因倍。因 此自此自7070年代問世后立即用于美國年代問世后立即用于美國MXMX、“潘興潘興-2-2”等戰(zhàn)略等戰(zhàn)略 戰(zhàn)術(shù)導彈和各種航天用固體發(fā)動機戰(zhàn)術(shù)導彈和各種航天用固體發(fā)動機, ,一度居于統(tǒng)治地位。一度居于統(tǒng)治地位。 前蘇聯(lián)也開發(fā)了多個芳綸品種前蘇聯(lián)也開發(fā)了多個芳綸品種, ,如如CBMCBM、APMOC

8、APMOC性能性能 優(yōu)于美國。優(yōu)于美國。APMOCAPMOC纖維強度比凱夫拉高纖維強度比凱夫拉高38%,38%,模量高模量高20%,20%, 纖維強度轉(zhuǎn)化率己達到纖維強度轉(zhuǎn)化率己達到75以上，以上，是目前實際使用中性是目前實際使用中性 能最高的芳綸纖維能最高的芳綸纖維, ,達到美國第三代碳纖維水平達到美國第三代碳纖維水平, ,已用于已用于 前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)SS-24,SS-25SS-24,SS-25等洲際導彈。據(jù)報道近年來又有新等洲際導彈。據(jù)報道近年來又有新 的發(fā)展的發(fā)展, ,強度已達到強度已達到6.9GPa,6.9GPa,模量接近模量接近200GPa200GPa。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料

9、科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 80年代中期以來，碳纖維開發(fā)迅猛發(fā)展年代中期以來，碳纖維開發(fā)迅猛發(fā)展,性能水平大幅度性能水平大幅度 提高提高,抗拉強度由初期的抗拉強度由初期的2.5GPa提高到目前的提高到目前的7.0GPa,并且并且 有了優(yōu)良的表面處理劑和樹脂基體的配合，強度轉(zhuǎn)化率提有了優(yōu)良的表面處理劑和樹脂基體的配合，強度轉(zhuǎn)化率提 高到高到8595,碳纖維的應(yīng)用使殼體強度和剛度大為改觀碳纖維的應(yīng)用使殼體強度和剛度大為改觀,而大而大 規(guī)模生產(chǎn)又使碳纖維價格有了較大幅度的下降，因此當前規(guī)模生產(chǎn)又使碳纖維價格有了較大幅度的下降，因此當前

10、 先進固體發(fā)動機均優(yōu)先選用碳纖維復合材料殼體。固體發(fā)先進固體發(fā)動機均優(yōu)先選用碳纖維復合材料殼體。固體發(fā) 動機殼體使用的大都是高強中模碳纖維。根據(jù)鍵能和鍵密動機殼體使用的大都是高強中模碳纖維。根據(jù)鍵能和鍵密 度計算得出的單晶石墨理論強度高達度計算得出的單晶石墨理論強度高達15OGPa,因此碳纖維因此碳纖維 進一步開發(fā)的潛力是巨大的進一步開發(fā)的潛力是巨大的,它將是本世紀初固體發(fā)動機它將是本世紀初固體發(fā)動機 殼體的主要材料。殼體的主要材料。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 與液體火箭結(jié)構(gòu)類似，差別在于固體與液

11、體火箭結(jié)構(gòu)類似，差別在于固體 火箭的箭體同時又是發(fā)動機的殼體火箭的箭體同時又是發(fā)動機的殼體 燃料用的高壓容器、直升機旋翼槳葉。燃料用的高壓容器、直升機旋翼槳葉。 隨著新型增強體及基體的應(yīng)用，復合隨著新型增強體及基體的應(yīng)用，復合 材料的發(fā)展進入了新的階段。復合材材料的發(fā)展進入了新的階段。復合材 料不僅應(yīng)用于一般的航空結(jié)構(gòu)件，更料不僅應(yīng)用于一般的航空結(jié)構(gòu)件，更 可用作承力結(jié)構(gòu)件?？捎米鞒辛Y(jié)構(gòu)件。 航天航空飛行器注重結(jié)構(gòu)重量，要求航天航空飛行器注重結(jié)構(gòu)重量，要求 高的比強度、比模量的復合材料。高的比強度、比模量的復合材料。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學

12、研究所 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 各種材料的力學性能各種材料的力學性能 材料名稱相對密 度 /(g/cm3) 拉伸強度 /104 （kg/cm2) 彈性模量 /106 （kg/cm2) 比強度 /107cm 比模量 / 109cm 鋼7.81.032.10.130.27 鋁2.80.470.750.170.26 鈦4.50.961.140.310.25 玻璃纖維復合材料2.01.060.40.530.20 碳纖維/環(huán)氧樹脂 1.451.51.41.030.97 碳纖維/環(huán)氧樹脂 1.61.072.40.671.5 芳綸纖維/環(huán)氧樹脂 1.41.40.81.00.57 硼纖維/環(huán)

13、氧樹脂2.11.382.10.661.0 硼纖維/鋁2.651.02.00.381.75 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.1 1.1 復合材料的發(fā)展史復合材料的發(fā)展史 對復合材料的性能要求：對復合材料的性能要求： 經(jīng)典的碳纖維增強復合材料，要求質(zhì)量輕、強度高、力經(jīng)典的碳纖維增強復合材料，要求質(zhì)量輕、強度高、力 學性能好。學性能好。 復合材料的使用不僅限于增強力學性能，而是將按照對復合材料的使用不僅限于增強力學性能，而是將按照對 產(chǎn)品所提出的用途要求，通過復合設(shè)計使物料在電絕緣產(chǎn)品所提出的用途要求，通過復合設(shè)計使物料在電絕緣 性、化學穩(wěn)定性、

14、熱性能等方面與力學性能一樣達到綜性、化學穩(wěn)定性、熱性能等方面與力學性能一樣達到綜 合性能的提高。此外，生產(chǎn)成本及工藝也很重要。合性能的提高。此外，生產(chǎn)成本及工藝也很重要。 復合材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬：航空、航天，建筑，機復合材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬：航空、航天，建筑，機 械，交通，能源，化工，電子，體育器材及醫(yī)療器材。械，交通，能源，化工，電子，體育器材及醫(yī)療器材。 金屬基、陶瓷基、陶瓷金屬基復合材料的開發(fā)。金屬基、陶瓷基、陶瓷金屬基復合材料的開發(fā)。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 1.2 復合材料的定義、命名及分類復合材料的定義、命名及

15、分類 定義：把兩種以上宏觀上不同的材料，合理地定義：把兩種以上宏觀上不同的材料，合理地 進行復合而制得的一種材料，目的是通過復合進行復合而制得的一種材料，目的是通過復合 來提高單一材料所不能發(fā)揮的各種特性。來提高單一材料所不能發(fā)揮的各種特性。 特點：基體特點：基體連續(xù)相，起連接作用并傳遞應(yīng)連續(xù)相，起連接作用并傳遞應(yīng) 力；增強相分散相，起承受應(yīng)力和顯示功力；增強相分散相，起承受應(yīng)力和顯示功 能的作用；最終以復合的固相材料出現(xiàn)，通過能的作用；最終以復合的固相材料出現(xiàn)，通過 復合使各組分性能互補，獲得原組分不具備的復合使各組分性能互補，獲得原組分不具備的 許多優(yōu)良性能。許多優(yōu)良性能。 華南師范大學化

16、學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 1.2 復合材料的定義、命名及分類復合材料的定義、命名及分類 命名：根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和特性的相互關(guān)命名：根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和特性的相互關(guān) 系來確定名稱，在一定程度上反映事物的特征。系來確定名稱，在一定程度上反映事物的特征。 命名原則：根據(jù)增強材料與基體材料的名稱命命名原則：根據(jù)增強材料與基體材料的名稱命 名，增強材料的名稱放在前面，基體材料的名名，增強材料的名稱放在前面，基體材料的名 稱放在后面，再加上復合材料。如：碳纖維環(huán)稱放在后面，再加上復合材料。如：碳纖維環(huán) 氧樹脂復合材料；或簡寫：碳氧樹脂復合材料；或簡寫

17、：碳/環(huán)氧復合材料，環(huán)氧復合材料， 或強調(diào)某一組成：碳纖維復合材料，環(huán)氧樹脂或強調(diào)某一組成：碳纖維復合材料，環(huán)氧樹脂 復合材料等。復合材料等。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 1.2 復合材料的定義、命名及分類復合材料的定義、命名及分類 復合材料的分類： v按增強材料的形態(tài)分類： 1、纖維狀復合材料：增強材料以纖維狀態(tài)分散于 基體中，有連續(xù)纖維復合及短纖維或晶須狀復合 兩類。 2、粒狀或碎片狀復合材料：增強相是粒狀、碎片 狀材料及其他不規(guī)則性狀分散于基體中。 3、織物狀復合材料：增強相可以是無緯布、二維 織物或多維織物與基體復合。 4、

18、無紡織物（紙、氈、無紡布）復合材料。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 1.2 復合材料的定義、命名及分類復合材料的定義、命名及分類 v按增強纖維種類分類按增強纖維種類分類 1、無機纖維（玻璃纖維、碳纖維及其他陶瓷纖、無機纖維（玻璃纖維、碳纖維及其他陶瓷纖 維、礦物纖維）復合材料。維、礦物纖維）復合材料。 2、有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚脂、有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚脂 纖維、高強度聚烯烴纖維等）復合材料。纖維、高強度聚烯烴纖維等）復合材料。 3、金屬纖維（鎢絲、不銹鋼絲等）復合材料。、金屬纖維（鎢絲、不銹鋼絲等）復合材

19、料。 4、陶瓷纖維（氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖、陶瓷纖維（氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖 維等）復合材料。維等）復合材料。 5、其他，如各種天然織物纖維等。、其他，如各種天然織物纖維等。 混雜纖維復合材料等。混雜纖維復合材料等。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 復合材料的定義、命名及分類復合材料的定義、命名及分類 v按基體材料分類： 1、聚合物基復合材料：以有機聚合物（熱固性樹 脂、熱塑性樹脂及橡膠）維基體制成的復合材料。 2、金屬基復合材料：以金屬為基體制成的復合材 料，如鋼基復合材料，鋁基復合材料，鈦基復合 材料等。 3、陶瓷基復合

20、材料：以陶瓷材料（包括玻璃及水 泥）為基體制成的復合材料。 4、碳基復合材料：用易于在高溫下燒制成碳制材 料的物質(zhì)為基體，和瀝青纖維等復合的材料。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 復合材料的定義、命名及分類復合材料的定義、命名及分類 v按材料的作用分類 1、結(jié)構(gòu)復合材料：用于制造受力構(gòu)件的復合材料。 2、功能復合材料：具有各種特殊性能（如阻尼、導 電、導磁、摩擦、屏蔽等）的復合材料。 纖維增強復合材料在復合材料中用的最多、最廣。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.2 復合材料的定義、命

21、名及分類復合材料的定義、命名及分類 各種組合而的到的復合材料及應(yīng)用各種組合而的到的復合材料及應(yīng)用 增強纖維增強纖維基體基體應(yīng)用應(yīng)用 金屬纖維：鋼、硼、晶須等金屬纖維：鋼、硼、晶須等 有機纖維：人造纖維、尼龍、有機纖維：人造纖維、尼龍、 芳綸等芳綸等 無機纖維：玻璃、碳、碳化無機纖維：玻璃、碳、碳化 硅等硅等 水泥水泥 金屬金屬 樹脂樹脂 橡膠橡膠 建筑建筑 輪胎、傳送帶輪胎、傳送帶 耐高溫、高剛性、尺寸穩(wěn)定耐高溫、高剛性、尺寸穩(wěn)定 性領(lǐng)域性領(lǐng)域 太多太多 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.3 復合材料的特征復合材料的特征 比強度和比模量：高。

22、比強度和比模量：高。 比強度高的材料能承受高的應(yīng)力，比模量高的材比強度高的材料能承受高的應(yīng)力，比模量高的材 料輕且剛性大。料輕且剛性大。 抗疲勞性能：好。抗疲勞性能：好。 疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力作用下疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力作用下 的性能。主要由于缺陷少的碳纖的性能。主要由于缺陷少的碳纖 維的抗疲勞性好，基體材料的塑維的抗疲勞性好，基體材料的塑 性好。一般金屬材料的疲勞強度性好。一般金屬材料的疲勞強度 極限是其抗張強度的極限是其抗張強度的30305050， 碳纖復合材料則為碳纖復合材料則為70708080。 破壞前有明顯前兆。破壞前有明顯前兆。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化

23、學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.3 復合材料的特征復合材料的特征 減震性能：強。減震性能：強。 構(gòu)件的自振頻率與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與彈性模量的構(gòu)件的自振頻率與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與彈性模量的 平方根成正比，自振頻率高，不宜產(chǎn)生共振現(xiàn)象；平方根成正比，自振頻率高，不宜產(chǎn)生共振現(xiàn)象； 大量基體與纖維間的界面對振動有反射和吸收作大量基體與纖維間的界面對振動有反射和吸收作 用，振動阻尼性強，激起振動也能快速衰減。用，振動阻尼性強，激起振動也能快速衰減。 過載安全性：好。過載安全性：好。 高溫性能：好。增強材料的耐高溫性能好。高溫性能：好。增強材料的耐高溫性能好。 具有可設(shè)計性：各向異性，通過改變纖維基體種具有可

24、設(shè)計性：各向異性，通過改變纖維基體種 類，體積含量，纖維排列方向，鋪層次序等就可類，體積含量，纖維排列方向，鋪層次序等就可 以滿足對復合材料結(jié)構(gòu)與性能的各種設(shè)計要求。以滿足對復合材料結(jié)構(gòu)與性能的各種設(shè)計要求。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.4 對高性能復合材料的期望及開發(fā)現(xiàn)狀對高性能復合材料的期望及開發(fā)現(xiàn)狀 1、對高性能復合材料的期望、對高性能復合材料的期望 對通過更高性能的纖維獲得高比強度、高比剛對通過更高性能的纖維獲得高比強度、高比剛 度復合材料的要求。度復合材料的要求。 單向增強復合材料：纖維方向、垂直纖維方向的單向增強復合材料：纖

25、維方向、垂直纖維方向的 剪切強度都依賴于纖維剛性的增大而提高。剪切強度都依賴于纖維剛性的增大而提高。 高比強度、比剛度高比強度、比剛度 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 纖維種類纖維種類熔點熔點/密度密度/(g/cm3)拉伸強度拉伸強度/Gpa彈性強度彈性強度/Gpa E玻璃纖維玻璃纖維7002.553.674 S玻璃纖維玻璃纖維8402.504.684 碳纖維（高強）碳纖維（高強）36501.753.0240 碳纖維（高模）碳纖維（高模）36501.902.5450 氮化硼纖維氮化硼纖維29801.901.490 碳化硅纖維碳化硅纖維29602

26、.553.0200 增強用纖維的性能增強用纖維的性能 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1.4 對高性能復合材料的期望及開發(fā)現(xiàn)狀對高性能復合材料的期望及開發(fā)現(xiàn)狀 對提高高溫特性、耐熱性的要求對提高高溫特性、耐熱性的要求 樹脂基體的耐高溫性能較差，樹脂基體的耐高溫性能較差， 對改進成型方法和成型技術(shù)的要求對改進成型方法和成型技術(shù)的要求 2、高性能復合材料的開發(fā)現(xiàn)狀、高性能復合材料的開發(fā)現(xiàn)狀 開發(fā)新的高性能增強纖維開發(fā)新的高性能增強纖維 開發(fā)高性能纖維增強的成型方法和技術(shù)開發(fā)高性能纖維增強的成型方法和技術(shù) 開發(fā)以混雜帶來的高性能化開發(fā)以混雜帶來的高性

27、能化 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 第二章第二章 基體材料基體材料 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 2.1 概述概述 復合材料是由增強材料和基體材料通過一定的復合材料是由增強材料和基體材料通過一定的 成型工藝，經(jīng)過一定的物理和化學變化過程，成型工藝，經(jīng)過一定的物理和化學變化過程， 復合而成的具有特定性狀的整體材料。復合而成的具有特定性狀的整體材料。 基體材料的作用：使增強材料粘結(jié)成為一個整基體材料的作用：使增強材料粘結(jié)成為一個整 體，向增強材料傳遞載荷（以剪切力的形式），體，向增強材料傳遞載荷

28、（以剪切力的形式）， 保護增強材料免受外界環(huán)境作用和物理損傷。保護增強材料免受外界環(huán)境作用和物理損傷。 基體材料對復合材料性能的影響：拉伸性能，基體材料對復合材料性能的影響：拉伸性能， 壓縮性能，剪切性能，耐熱性能，耐腐蝕性能、壓縮性能，剪切性能，耐熱性能，耐腐蝕性能、 耐濕性能等。耐濕性能等。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 2.1 概述概述 對基體材料性能的要求：對基體材料性能的要求： 與增強材料間的粘接性與增強材料間的粘接性：通過羰基、羧基、羥基通過羰基、羧基、羥基 及其他極性基團與增強材料間形成化學鍵或范德及其他極性基團與增強材料間形成

29、化學鍵或范德 華作用形成完整界面。華作用形成完整界面。 彈性模量、斷裂伸長率與纖維相匹配彈性模量、斷裂伸長率與纖維相匹配:基體的彈性基體的彈性 模量對復合材料縱向拉伸、縱向壓縮性能的影響，模量對復合材料縱向拉伸、縱向壓縮性能的影響， 可用縱向壓縮強度作為評價基體性能的指標。基可用縱向壓縮強度作為評價基體性能的指標?；?體的斷裂伸長率大于纖維時，斷裂發(fā)生在纖維或體的斷裂伸長率大于纖維時，斷裂發(fā)生在纖維或 界面處，使復合材料顯示出較強的承載能力和良界面處，使復合材料顯示出較強的承載能力和良 好的韌性。好的韌性。 良好的工藝性能：良好的工藝性能：包括各組分間的混溶性、流動包括各組分間的混溶性、流動

30、性、成型性。性、成型性。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 2.2 聚合物基體聚合物基體 聚合物：合成樹脂的種類、數(shù)量遠大于聚合物：合成樹脂的種類、數(shù)量遠大于 天然有機高分子。天然有機高分子。 隨著合成工業(yè)的發(fā)展和新的聚合方法的隨著合成工業(yè)的發(fā)展和新的聚合方法的 出現(xiàn)，種類和數(shù)量不斷增長。出現(xiàn)，種類和數(shù)量不斷增長。 包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂、橡膠。包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂、橡膠。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 2.2.1熱固性樹脂基體熱固性樹脂基體 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂(UPR

31、)：unsaturated polyester resin, 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 1、主鏈上含有脂鍵、不飽和雙鍵。、主鏈上含有脂鍵、不飽和雙鍵。 2、具有線性結(jié)構(gòu)，線性不飽和聚酯。、具有線性結(jié)構(gòu)，線性不飽和聚酯。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 3、含有雙鍵，可在加熱、光照、高能輻射、含有雙鍵，可在加熱、光照、高能輻射 及引發(fā)劑作用下與交聯(lián)單體進行共聚，及引發(fā)劑作用下與交聯(lián)單體進行共聚， 固化成具有三維網(wǎng)絡(luò)的體型結(jié)構(gòu)。固化成具有三維網(wǎng)絡(luò)的體型結(jié)構(gòu)。 4、交聯(lián)前后性能變化很大。取決于酸、醇、交聯(lián)前后性能變化很大。取決于酸、醇 的種類及數(shù)量。的種

32、類及數(shù)量。 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 不飽和聚酯樹脂作為玻璃鋼復合材料基 體樹脂 不飽和聚酯樹脂作為涂料 不飽和聚酯樹脂作為膠粘劑 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂（、不飽和聚酯樹脂（UPR) 通常，聚酯化縮聚反應(yīng)是在通常，聚酯化縮聚反應(yīng)是在190220進行，進行， 直至達到

33、預期的酸值（或粘度）。在聚酯化縮直至達到預期的酸值（或粘度）。在聚酯化縮 聚反應(yīng)結(jié)束后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，聚反應(yīng)結(jié)束后，趁熱加入一定量的乙烯基單體， 配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱之為不配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱之為不 飽和聚酯樹脂。飽和聚酯樹脂。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì)不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì) 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 不飽和聚酯樹脂的相對密度在不飽和聚酯樹脂的相對密度在1.111.20 左右，固化時體積收縮率較大，固化樹脂的左右，固化時體積收縮率較大，固化樹脂的 一些物理性質(zhì)如下：

34、一些物理性質(zhì)如下： (1) 耐熱性。絕大多數(shù)不飽和聚酯樹脂的熱變形耐熱性。絕大多數(shù)不飽和聚酯樹脂的熱變形 溫度都在溫度都在5060，一些耐熱性好的樹脂則可，一些耐熱性好的樹脂則可 達達120。 (2) 力學性能。不飽和聚酯樹脂具有較高的拉伸、力學性能。不飽和聚酯樹脂具有較高的拉伸、 彎曲、壓縮等強度。彎曲、壓縮等強度。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì)不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì) (3) 耐化學腐蝕性能。不飽和聚酯樹脂耐水、稀耐化學腐蝕性能。不飽和聚酯樹脂耐水、稀 酸、稀堿的性能較好，耐有機溶劑的性能差，酸、稀堿

35、的性能較好，耐有機溶劑的性能差， 同時，樹脂的耐化學腐蝕性能隨其化學結(jié)構(gòu)同時，樹脂的耐化學腐蝕性能隨其化學結(jié)構(gòu) 和幾何和幾何的不同，可以有很大的差異。的不同，可以有很大的差異。 (4) 介電性能。不飽和聚酸樹脂的介電性能良好。介電性能。不飽和聚酸樹脂的介電性能良好。 化學性質(zhì)化學性質(zhì) 不飽和聚酯是具有多功能團的線型高不飽和聚酯是具有多功能團的線型高 分子化合物，在其骨架主鏈上具有聚酯鏈鍵分子化合物，在其骨架主鏈上具有聚酯鏈鍵 和不飽和雙鍵，而在大分子鏈兩端各帶有羧和不飽和雙鍵，而在大分子鏈兩端各帶有羧 基和羥基基和羥基. 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科

36、學研究所 不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì)不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì) 主鏈上的雙鍵可以和乙烯基單體發(fā)生共聚交聯(lián)主鏈上的雙鍵可以和乙烯基單體發(fā)生共聚交聯(lián) 反應(yīng)，使不飽和聚酯樹脂從可溶、可熔狀態(tài)轉(zhuǎn)反應(yīng)，使不飽和聚酯樹脂從可溶、可熔狀態(tài)轉(zhuǎn) 變成不溶、不熔狀態(tài)。變成不溶、不熔狀態(tài)。 主鏈上的酯鍵可以發(fā)生水解反應(yīng)，酸或堿可以主鏈上的酯鍵可以發(fā)生水解反應(yīng)，酸或堿可以 加速該反應(yīng)。若與苯乙烯共聚交聯(lián)后，則可以加速該反應(yīng)。若與苯乙烯共聚交聯(lián)后，則可以 大大地降低水解反應(yīng)的發(fā)生。大大地降低水解反應(yīng)的發(fā)生。 在酸性介質(zhì)中，水解是可逆的，不完全的，所在酸性介質(zhì)中，水解是可逆的，不完全的，所 以，聚酯能耐酸性介質(zhì)的

37、侵蝕；在堿性介質(zhì)中，以，聚酯能耐酸性介質(zhì)的侵蝕；在堿性介質(zhì)中， 由于形成了共振穩(wěn)定的羧酸根陰離子，水解成由于形成了共振穩(wěn)定的羧酸根陰離子，水解成 為不可逆的，所以聚酯耐堿性較差。為不可逆的，所以聚酯耐堿性較差。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì)不飽和聚酯樹脂的物理和化學性質(zhì) 聚酯鏈末端上的羧基可以和堿土金屬氧化物或聚酯鏈末端上的羧基可以和堿土金屬氧化物或 氫氧化物氫氧化物例如例如MgO，CaO，Ca(OH)2等等反應(yīng)，反應(yīng)， 使不飽和聚酯分子鏈擴展，最終有可能形成絡(luò)使不飽和聚酯分子鏈擴展，最終有可能形成絡(luò) 合物。分

38、子鏈擴展可使起始粘度為合物。分子鏈擴展可使起始粘度為0.11.0Pas 粘性液體狀樹脂，在短時間內(nèi)粘度劇增至粘性液體狀樹脂，在短時間內(nèi)粘度劇增至 103Pas以上，直至成為不能流動的、不粘手的以上，直至成為不能流動的、不粘手的 類似凝膠狀物。樹脂處于這一狀態(tài)時并未交聯(lián)，類似凝膠狀物。樹脂處于這一狀態(tài)時并未交聯(lián)， 在合適的溶劑中仍可溶解，加熱時有良好的流在合適的溶劑中仍可溶解，加熱時有良好的流 動性動性 . 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 二元酸二元酸: :不飽和二元酸和飽和二元酸不飽和二元酸和飽和二元酸 1 1、不飽和二元酸：、不飽和二元酸：

39、主要品種：順丁烯二酸酐（順酐），熔點低，縮主要品種：順丁烯二酸酐（順酐），熔點低，縮 水量小，價廉；順式雙鍵向反式雙鍵（活性更水量小，價廉；順式雙鍵向反式雙鍵（活性更 高，有利于提高固化程度）轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化程度與高，有利于提高固化程度）轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化程度與 反應(yīng)溫度、二元醇類型、聚酯的酸值有關(guān)。反應(yīng)溫度、二元醇類型、聚酯的酸值有關(guān)。 反丁烯二酸：固化速率較快、固化程度較高，制反丁烯二酸：固化速率較快、固化程度較高，制 品熱變形溫度較高。品熱變形溫度較高。 其他品種：順丁烯二酸、氯代順丁烯二酸、其他品種：順丁烯二酸、氯代順丁烯二酸、2-2-次次 甲級丁二酸等。甲級丁二酸等。 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚

40、酯樹脂 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 2、飽和二元酸：、飽和二元酸： 作用：調(diào)節(jié)雙鍵密度，增加韌性、降低結(jié)晶傾向，作用：調(diào)節(jié)雙鍵密度，增加韌性、降低結(jié)晶傾向， 改善在乙烯基類交聯(lián)單體中的溶解性。改善在乙烯基類交聯(lián)單體中的溶解性。 主要品種：鄰苯二甲酸酐（苯酐），剛性、韌性、主要品種：鄰苯二甲酸酐（苯酐），剛性、韌性、 降低結(jié)晶傾向、與苯乙烯良好的相容性。降低結(jié)晶傾向、與苯乙烯良好的相容性。 其他品種：間苯二甲酸、對苯二甲酸、六次甲基其他品種：間苯二甲酸、對苯二甲酸、六次甲基 四氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸、六氯內(nèi)四氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二

41、甲酸、六氯內(nèi) 次甲基四氫鄰苯二甲酸（次甲基四氫鄰苯二甲酸（HET）；脂肪二元酸）；脂肪二元酸 （己二酸、癸二酸等）可提高樹脂韌性。（己二酸、癸二酸等）可提高樹脂韌性。 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 3、不飽和酸和飽和酸的比例、不飽和酸和飽和酸的比例 舉例說明：順酐、苯酐、丙二醇縮聚而成的通用舉例說明：順酐、苯酐、丙二醇縮聚而成的通用 不飽和聚酯不飽和聚酯 順酐：苯酐順酐：苯酐1：1(摩爾比）；摩爾比）； 如如1，則產(chǎn)品凝膠時間、折射率、粘度下降，固，則產(chǎn)品凝膠時間、折射率

42、、粘度下降，固 化樹脂耐熱性提高，耐一般溶劑、耐腐蝕性提化樹脂耐熱性提高，耐一般溶劑、耐腐蝕性提 高；高； 如如1，則固化產(chǎn)品會由于固化不良而力學性能下，則固化產(chǎn)品會由于固化不良而力學性能下 降。降。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 二元醇二元醇 二元醇為聚酯主要醇原料；一元醇用于控制分子鏈二元醇為聚酯主要醇原料；一元醇用于控制分子鏈 長；多元醇可得到高相對分子質(zhì)量、高熔點的枝長；多元醇可得到高相對分子質(zhì)量、高熔點的枝 化聚酯?；埘?。 常用二元醇：常用二元醇：1，2-丙二醇、乙二醇、一縮二乙二丙二醇、乙二醇

43、、一縮二乙二 醇、一縮二丙二醇（固化樹脂韌性增加，但醚鍵醇、一縮二丙二醇（固化樹脂韌性增加，但醚鍵 使耐水性降低）使耐水性降低） 其他二元醇：其他二元醇：2,2-二甲基丙二醇、二酚基丙烷二丙二甲基丙二醇、二酚基丙烷二丙 二醇醚。二醇醚。 加入少量多元醇制成具有支鏈的聚酯，可提高固化加入少量多元醇制成具有支鏈的聚酯，可提高固化 樹脂的耐熱性與硬度，但粘度增加，易于凝膠。樹脂的耐熱性與硬度，但粘度增加，易于凝膠。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 不飽和聚酯樹脂的固化不飽和聚酯樹脂的固化 1、交聯(lián)劑：提供交聯(lián)橋鍵、

44、溶劑作用。、交聯(lián)劑：提供交聯(lián)橋鍵、溶劑作用。 不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂：不飽和聚酯烯類交聯(lián)單體組成：不飽和聚酯烯類交聯(lián)單體組成 的溶液。的溶液。 固化樹脂性能的影響因素固化樹脂性能的影響因素：聚酯樹脂本身結(jié)構(gòu)、交：聚酯樹脂本身結(jié)構(gòu)、交 聯(lián)劑的種類及用量。聯(lián)劑的種類及用量。 交聯(lián)劑的種類和用量交聯(lián)劑的種類和用量直接影響樹脂的工藝性能。直接影響樹脂的工藝性能。 對交聯(lián)劑要求：對交聯(lián)劑要求：高沸點、低粘度，能溶解樹脂呈均高沸點、低粘度，能溶解樹脂呈均 勻溶液，能溶解引發(fā)劑、促進劑及染料；無毒，勻溶液，能溶解引發(fā)劑、促進劑及染料；無毒， 反應(yīng)活性大，能與樹脂共聚成均勻共聚物，共聚反應(yīng)活性大，能與樹

45、脂共聚成均勻共聚物，共聚 物反應(yīng)能在較低溫度下進行。物反應(yīng)能在較低溫度下進行。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 交聯(lián)劑的品種交聯(lián)劑的品種：苯乙烯、乙烯基甲苯、二乙烯基：苯乙烯、乙烯基甲苯、二乙烯基 甲苯、甲基丙烯酸甲脂、鄰苯二甲酸二丙烯脂、甲苯、甲基丙烯酸甲脂、鄰苯二甲酸二丙烯脂、 三聚氰酸三丙烯脂。三聚氰酸三丙烯脂。 苯乙烯：粘度低、混溶性好、對引發(fā)劑促進劑溶苯乙烯：粘度低、混溶性好、對引發(fā)劑促進劑溶 解性好、雙鍵活性大易共聚并生成均勻的共聚解性好、雙鍵活性大易共聚并生成均勻的共聚 物，用量最大。沸點低、易

46、揮發(fā)、毒性大。用物，用量最大。沸點低、易揮發(fā)、毒性大。用 量：量：2050%。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 乙烯基甲苯：固化收縮低，沸點高，揮發(fā)性小，乙烯基甲苯：固化收縮低，沸點高，揮發(fā)性小， 毒性小，產(chǎn)品柔韌性好。毒性小，產(chǎn)品柔韌性好。 二乙烯基苯：非?；顫姟⑹覝匾拙酆?，與等量苯二乙烯基苯：非?；顫?、室溫易聚合，與等量苯 乙烯并用可得到相對穩(wěn)定的樹脂，固化物交聯(lián)乙烯并用可得到相對穩(wěn)定的樹脂，固化物交聯(lián) 密度高，硬度耐熱性好，脆性大。密度高，硬度耐熱性好，脆性大。 甲基丙烯酸甲脂：固化制品透光性、耐候性好

47、；甲基丙烯酸甲脂：固化制品透光性、耐候性好； 樹脂粘度小，利于提高對玻璃纖維的浸潤速度；樹脂粘度小，利于提高對玻璃纖維的浸潤速度； 沸點低揮發(fā)性大，味臭，易自聚。沸點低揮發(fā)性大，味臭，易自聚。 鄰苯二甲酸二丙烯脂：粘度大，活性低，固化產(chǎn)鄰苯二甲酸二丙烯脂：粘度大，活性低，固化產(chǎn) 物熱變形溫度高，介電性好。物熱變形溫度高，介電性好。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 2 2、引發(fā)劑引發(fā)劑：能使單體分子或含雙鍵的線型高分子：能使單體分子或含雙鍵的線型高分子 活化而成為游離基并進行連鎖聚合反應(yīng)。自由活化而成為游離基并

48、進行連鎖聚合反應(yīng)。自由 基聚合反應(yīng)機理?；酆戏磻?yīng)機理。 加入引發(fā)劑的原因加入引發(fā)劑的原因：使反應(yīng)可控、完全，改善工藝：使反應(yīng)可控、完全，改善工藝 性能。性能。 引發(fā)劑種類引發(fā)劑種類：有機過氧化物類：有機過氧化物類 a a、烷基過氧化氫類：、烷基過氧化氫類：R RO OO OH H 如：異丙苯過氧化氫如：異丙苯過氧化氫 C CH3 CH3 OOH 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 b b、過氧化二烷基（二芳基）：、過氧化二烷基（二芳基）： 如：過氧化叔丁基（如：過氧化叔丁基（DTBP ）: : 過氧化二異丙苯（

49、過氧化二異丙苯（DCP ）: : 主要用于高溫主要用于高溫(100C)引發(fā)引發(fā) DCP DTBP 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 c c、過氧化二酰基、過氧化二酰基 如：過氧化二苯甲酰如：過氧化二苯甲酰 （BPO ）： 可單獨用作中溫引發(fā)劑，可單獨用作中溫引發(fā)劑， 也可與叔胺一起用作室溫氧化還原引發(fā)劑。也可與叔胺一起用作室溫氧化還原引發(fā)劑。 d d、過酸脂：、過酸脂： 如：過苯甲酸叔丁脂如：過苯甲酸叔丁脂（BPB ）：用于高溫引發(fā)用于高溫引發(fā) 氧化特戊酸叔丁酯氧化特戊酸叔丁酯BPP用于用于 50C的中溫引發(fā)。的中溫引發(fā)。 其他：過碳酸二脂、酮過

50、氧化物等。其他：過碳酸二脂、酮過氧化物等。 BPB BPO 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 過氧化二碳酸酯過氧化二碳酸酯: 主要用于低溫或中溫主要用于低溫或中溫(3050C)引發(fā)引發(fā) 氧化二碳酸二異丙酯氧化二碳酸二異丙酯IPP:需要在零度以下貯存，且在室溫需要在零度以下貯存，且在室溫 下為半固體狀，目前已較少使用下為半固體狀，目前已較少使用; 過氧化二碳酸二異丁酯過氧化二碳酸二異丁酯IBP 過氧化二碳酸二環(huán)己酯過氧化二碳酸二環(huán)己酯DCPD 過氧化二碳酸二過氧化二碳酸二(對叔丁基環(huán)己酯對叔丁基環(huán)己酯)TBCP 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研

51、究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 過氧化物特性：過氧化物特性： 臨界溫度：具有引發(fā)活性的最低溫度。臨界溫度：具有引發(fā)活性的最低溫度。 半衰期：溫度一定，分解一半所需要的時間。評半衰期：溫度一定，分解一半所需要的時間。評 價活性大小。價活性大小。 使用方法：安全、方便使用方法：安全、方便 用增塑劑（鄰苯二甲酸二用增塑劑（鄰苯二甲酸二 丁脂等）將有機過氧化物調(diào)制成一定濃度的糊狀丁脂等）將有機過氧化物調(diào)制成一定濃度的糊狀 物，使用時再加到樹脂中。物，使用時再加到樹脂中。 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所

52、常常 用用 自自 由由 基基 聚聚 合合 引引 發(fā)發(fā) 劑劑 的的 分分 解解 溫溫 度度 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 不飽和聚酯樹脂制品成型溫度不同，所需要的引不飽和聚酯樹脂制品成型溫度不同，所需要的引 發(fā)劑種類不同：發(fā)劑種類不同： 常溫固化系統(tǒng)：手糊、噴射、注射、澆注及纖維纏繞成型工常溫固化系統(tǒng)：手糊、噴射、注射、澆注及纖維纏繞成型工 藝一般采用常溫固化系統(tǒng)。在常溫條件下穩(wěn)定的有機過氧化藝一般采用常溫固化系統(tǒng)。在常溫條件下穩(wěn)定的有機過氧化 物和促進劑組成的氧化物和促進劑組成的氧化-還原系統(tǒng)，如過氧化甲乙酮還原系統(tǒng)，如過氧化甲乙酮-環(huán)烷酸鈷

53、環(huán)烷酸鈷 及過氧苯甲酰及過氧苯甲酰-叔胺類。叔胺類。 中溫固化系統(tǒng)中溫固化系統(tǒng) 成型溫度在成型溫度在50100。一類由過氧化酯和二酰。一類由過氧化酯和二酰 基過氧化物等分解溫度較高的有機過氧化物和促進劑組成的基過氧化物等分解溫度較高的有機過氧化物和促進劑組成的 氧化氧化-還原系統(tǒng)，另一類是分解溫度較低的過氧化物。國內(nèi)目還原系統(tǒng)，另一類是分解溫度較低的過氧化物。國內(nèi)目 前一般采用過氧化環(huán)己酮、過氧化苯甲酰和環(huán)烷酸鈷組成的前一般采用過氧化環(huán)己酮、過氧化苯甲酰和環(huán)烷酸鈷組成的 固化系統(tǒng)，另一類系由異丙基過氧化氫、過氧化苯甲酰和特固化系統(tǒng)，另一類系由異丙基過氧化氫、過氧化苯甲酰和特 殊促進劑組成的體系

54、。這類體系用于連續(xù)成型的波形瓦、平殊促進劑組成的體系。這類體系用于連續(xù)成型的波形瓦、平 板、拉擠、注射、預浸漬和板、拉擠、注射、預浸漬和SMC（低溫、低壓）等成型工藝（低溫、低壓）等成型工藝 中。中。 高溫固化系統(tǒng)高溫固化系統(tǒng) 成型溫度在成型溫度在100以上，用這類引發(fā)劑必須考慮適以上，用這類引發(fā)劑必須考慮適 用期、樹脂體系在模具中的流動性、反應(yīng)性及制品的物理用期、樹脂體系在模具中的流動性、反應(yīng)性及制品的物理-化化 學性能。主要是用于學性能。主要是用于SMC及及BMC的壓制成型工藝中。的壓制成型工藝中。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽

55、和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 3. 促進劑：促進劑：促進劑是指聚酯樹脂在固化過程中，能降促進劑是指聚酯樹脂在固化過程中，能降 低引發(fā)劑引發(fā)溫度，促使有機過氧化物在室溫下產(chǎn)低引發(fā)劑引發(fā)溫度，促使有機過氧化物在室溫下產(chǎn) 生游離基的物質(zhì)。生游離基的物質(zhì)。 促進劑的作用：不飽和聚酯樹脂用的有機過氧化物臨界溫度促進劑的作用：不飽和聚酯樹脂用的有機過氧化物臨界溫度 都在都在60以上，不能滿足室溫固化要求，只有在還原劑（或以上，不能滿足室溫固化要求，只有在還原劑（或 氧化劑）的存在下，有機過氧化物分解的活化能才能顯著降氧化劑）的存在下，有機過氧化物分解的活化能才能顯著降 低，這樣，有機過氧化物的分解溫度可在室

56、溫下分解，因此，低，這樣，有機過氧化物的分解溫度可在室溫下分解，因此， 由引發(fā)劑與促進劑組成的體系常稱為引發(fā)系統(tǒng)。由引發(fā)劑與促進劑組成的體系常稱為引發(fā)系統(tǒng)。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 促進劑的分類：促進劑的分類： （1）按其對有機過氧化物的效果分類：對過氧化）按其對有機過氧化物的效果分類：對過氧化 物有效的促進劑；對氫化氧化物有效的促進劑；物有效的促進劑；對氫化氧化物有效的促進劑； 對過氧化物及氫氧過化物都效的促進劑。絕大對過氧化物及氫氧過化物都效的促進劑。絕大 多數(shù)的促進劑具有還原性，其作用原理是促使過多數(shù)的促進劑具有還原性，其作用原理

57、是促使過 氧化物形成游離基，并形成反應(yīng)鏈。氧化物形成游離基，并形成反應(yīng)鏈。 （2）按引發(fā)劑促進劑體系分類：過氧化二苯甲酰）按引發(fā)劑促進劑體系分類：過氧化二苯甲酰 -叔胺體系；酮過氧物環(huán)烷酸鈷引發(fā)體系。叔胺體系；酮過氧物環(huán)烷酸鈷引發(fā)體系。 （3）組合促進劑：一種促進劑與另一種促進劑組合）組合促進劑：一種促進劑與另一種促進劑組合 將產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，縮短凝膠時間及固化時間。將產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，縮短凝膠時間及固化時間。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 促進劑的使用方法；用苯乙烯將促進劑配成較稀的促進劑的使用方法；用苯乙烯將

58、促進劑配成較稀的 溶液。溶液。 注意：注意： u 通過引發(fā)劑促進劑的品種及用量選擇，有效控制樹脂的通過引發(fā)劑促進劑的品種及用量選擇，有效控制樹脂的 各項工藝性能。各項工藝性能。 u 配膠時，引發(fā)劑和促進劑不能直接混合，以免引起爆炸。配膠時，引發(fā)劑和促進劑不能直接混合，以免引起爆炸。 通常將引發(fā)劑加到樹脂中攪拌，再加入促進劑攪拌均勻通常將引發(fā)劑加到樹脂中攪拌，再加入促進劑攪拌均勻 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 4 4、有機過氧化物的協(xié)同效應(yīng)、有機過氧化物的協(xié)同效應(yīng) 多種有機過氧化物引發(fā)劑復合，改變樹脂固化工多

59、種有機過氧化物引發(fā)劑復合，改變樹脂固化工 藝，以適應(yīng)自動化、機械化、連續(xù)化生產(chǎn)的需藝，以適應(yīng)自動化、機械化、連續(xù)化生產(chǎn)的需 要。要。 引發(fā)劑之間的配合出現(xiàn)的三種情況：引發(fā)劑之間的配合出現(xiàn)的三種情況： 協(xié)同增效顯著，活性增加：如過氧化二辛酰和過協(xié)同增效顯著，活性增加：如過氧化二辛酰和過 氧化二苯甲酰，過氧化甲乙酮和過氧化二苯甲氧化二苯甲酰，過氧化甲乙酮和過氧化二苯甲 酰等。酰等。 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂 協(xié)同增效較小，引發(fā)活性有一定的增加，如過氧化協(xié)同增效較小，引發(fā)活性有一定的增加，如過氧化 二苯甲酰和

60、過氧化二異丙苯，過氧化二苯甲酰和二苯甲酰和過氧化二異丙苯，過氧化二苯甲酰和 過苯甲酸叔丁脂等。過苯甲酸叔丁脂等。 抑制作用，活性降低：如：過氧化環(huán)己酮和抑制作用，活性降低：如：過氧化環(huán)己酮和2,5-2,5-二二 甲基己烷甲基己烷-2,5-2,5-二過氧化氫等。二過氧化氫等。 5 5、不飽和聚酯固化的特點、不飽和聚酯固化的特點 樹脂的固化：粘流態(tài)樹脂體系發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而轉(zhuǎn)變樹脂的固化：粘流態(tài)樹脂體系發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而轉(zhuǎn)變 成不溶不熔的具有體型網(wǎng)絡(luò)的固態(tài)樹脂的全過成不溶不熔的具有體型網(wǎng)絡(luò)的固態(tài)樹脂的全過 程程 華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所華南師范大學化學與環(huán)境學院材料科學研究所 1、不飽和聚