聚合物基復(fù)合材料 2硼纖維

1、BCl3H2D=10um的的W絲絲B纖維纖維廢氣廢氣電源電源反應(yīng)氣體向熱芯表面擴(kuò)散反應(yīng)氣體向熱芯表面擴(kuò)散 氣體在熱芯表面吸附氣體在熱芯表面吸附氣體在熱芯表面裂解氣體在熱芯表面裂解 尾氣排放尾氣排放+3H23B(s) + 6HCl2BCl32.8.2 硼纖維硼纖維 B纖維實(shí)際上是采用纖維實(shí)際上是采用CVD法在法在 W絲表面沉積了一絲表面沉積了一層純度很高的層純度很高的B層。層。B纖維的特點(diǎn)纖維的特點(diǎn)高強(qiáng)高模，耐高溫，耐中子輻射，主要用于高強(qiáng)高模，耐高溫，耐中子輻射，主要用于PMC和和MMC 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，性能受沉積均勻性影響；價(jià)格昂是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，性能受沉積均勻性影響；價(jià)格昂貴，不宜大

2、量生產(chǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用；常溫下惰性，但高貴，不宜大量生產(chǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用；常溫下惰性，但高溫下易與金屬反應(yīng)，需表面沉積溫下易與金屬反應(yīng)，需表面沉積SiC層層現(xiàn)狀現(xiàn)狀i）以以C絲代替絲代替W絲，或以涂絲，或以涂C或或W的石英玻纖代替的石英玻纖代替B纖維的后處理纖維的后處理化學(xué)處理：利用溶劑進(jìn)行表面浸蝕和拋光化學(xué)處理：利用溶劑進(jìn)行表面浸蝕和拋光表面涂層：涂覆保護(hù)層表面涂層：涂覆保護(hù)層2.8.5 晶須晶須細(xì)小的短纖維細(xì)小的短纖維晶須是以單晶結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的直徑極小的短纖維晶須是以單晶結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的直徑極小的短纖維常見(jiàn)的晶須有：常見(jiàn)的晶須有：陶瓷晶須：碳化硅晶須、氧化鋁晶須、氮化硅晶須陶瓷晶須：碳化硅晶須、

3、氧化鋁晶須、氮化硅晶須金屬晶須：鐵晶須、銅晶須、鎳晶須、鉻晶須金屬晶須：鐵晶須、銅晶須、鎳晶須、鉻晶須聚合物原位生成的晶須聚合物原位生成的晶須碳化硅晶須 碳化硅晶須是一種灰綠色的尺寸極小的單晶纖維 工業(yè)化生產(chǎn)碳化硅晶須是將石英砂和碳粉按一定比例混合，在催化劑的作用下，高溫、惰性氣氛下生產(chǎn) 硅源氣：SiO2SiO（g）+O2 碳源氣：CCO+CH4+C2H2 SiO+CH4 or C2H2SiC+CO+H2第三章第三章 基體材料基體材料基體作用基體作用1. 粘結(jié)、賦形、傳遞載荷、保護(hù)增強(qiáng)材料粘結(jié)、賦形、傳遞載荷、保護(hù)增強(qiáng)材料2. 決定復(fù)合材料的一些性能。如：耐熱性、橫向決定復(fù)合材料的一些性能。如

4、：耐熱性、橫向性能、剪切性能、耐介質(zhì)性能性能、剪切性能、耐介質(zhì)性能3. 決定成型工藝方法及工藝參數(shù)選擇決定成型工藝方法及工藝參數(shù)選擇熱固性基體熱固性基體 發(fā)展最早、應(yīng)用最廣；浸漬增強(qiáng)材料容易；成型麻煩；發(fā)展最早、應(yīng)用最廣；浸漬增強(qiáng)材料容易；成型麻煩；固化過(guò)程復(fù)雜、科研工作量大固化過(guò)程復(fù)雜、科研工作量大一、一、不飽和不飽和聚酯樹(shù)脂（聚酯樹(shù)脂（UP） 不飽和聚酯樹(shù)脂不飽和聚酯樹(shù)脂是是不飽和聚酯不飽和聚酯在乙烯類交聯(lián)單體（如：在乙烯類交聯(lián)單體（如：St）中的溶液。）中的溶液。 由不飽和的二元酸（酐）由不飽和的二元酸（酐）+飽和二元酸（酐）飽和二元酸（酐）+二元二元醇醇 低聚物（線型）低聚物（線型）（

5、稱為不飽和聚酯樹(shù)脂）（稱為不飽和聚酯樹(shù)脂）縮聚縮聚 COOHHOOC+ HOOCCH=CHCOOH+HOCHCH2OHCH3 CO OCHOCH=CHCOCHOCH2CHOCOCH3OCH2OHCH3nUP的合成路線的合成路線不飽和聚酯中加入乙烯基單體，固化不飽和聚酯中加入乙烯基單體，固化速率可以提高速率可以提高30倍，這種快速交聯(lián)，倍，這種快速交聯(lián)，使得使得UP樹(shù)脂得到了廣泛應(yīng)用樹(shù)脂得到了廣泛應(yīng)用不飽和聚酯樹(shù)不飽和聚酯樹(shù) 由不飽和的二元酸（酐）由不飽和的二元酸（酐）+飽和二元酸（酐）飽和二元酸（酐）+二元醇二元醇 低聚物（線型）低聚物（線型） 合成過(guò)程完全遵循線性縮聚反應(yīng)的歷程 逐步聚合 可

6、逆平衡 小分子物質(zhì)的放出順丁烯二酸酐+鄰苯二甲酸酐+丙二醇 酸酐的開(kāi)環(huán)加成，形成羥基酸 羥基酸進(jìn)一步縮合，分子間的縮合反應(yīng) 羥基酸與醇的縮合反應(yīng)等常用的不飽和二元酸常用的不飽和二元酸引入雙鍵引入雙鍵調(diào)節(jié)聚酯的雙鍵密度，在合成不飽和聚酯中采用調(diào)調(diào)節(jié)聚酯的雙鍵密度，在合成不飽和聚酯中采用調(diào)劑不飽和二元酸和飽和二元酸的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)劑不飽和二元酸和飽和二元酸的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)為什么要調(diào)節(jié)聚酯中的雙鍵密度？為什么要調(diào)節(jié)聚酯中的雙鍵密度？例如：例如：不飽和二元酸和飽和二元酸的比例過(guò)低，導(dǎo)致最終的不飽和二元酸和飽和二元酸的比例過(guò)低，導(dǎo)致最終的固化不良，制品的力學(xué)性能下降固化不良，制品的力學(xué)性能下降不飽和二元酸和飽和

7、二元酸的比例過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果呢？不飽和二元酸和飽和二元酸的比例過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果呢？UP制備用原材料制備用原材料二元酸二元酸 順丁烯二酸酐：順丁烯二酸酐：價(jià)廉，熔點(diǎn)低，反應(yīng)時(shí)縮水量少價(jià)廉，熔點(diǎn)低，反應(yīng)時(shí)縮水量少（與誰(shuí)相比所水量少？）（與誰(shuí)相比所水量少？） 反丁烯二酸：反丁烯二酸：反式雙鍵使固化速率提高。（為什反式雙鍵使固化速率提高。（為什么反式雙鍵可以提高固化速率？樹(shù)脂固化后有么反式雙鍵可以提高固化速率？樹(shù)脂固化后有較好的耐熱性、力學(xué)性能、耐腐蝕性較好的耐熱性、力學(xué)性能、耐腐蝕性 反丁烯二酸具有較高的固化程度，使得聚酯分子反丁烯二酸具有較高的固化程度，使得聚酯分子鏈排列規(guī)整，結(jié)晶性能比順

8、酐稍大，與苯乙烯的鏈排列規(guī)整，結(jié)晶性能比順酐稍大，與苯乙烯的相容性稍差相容性稍差 其它類型的不飽和二元酸有：順丁烯二酸、其它類型的不飽和二元酸有：順丁烯二酸、氯代順丁烯二酸、氯代順丁烯二酸、2-次甲基丁二酸、順式甲基丁次甲基丁二酸、順式甲基丁二酸、反式甲基丁二酸等二酸、反式甲基丁二酸等常用的飽和二元酸常用的飽和二元酸鄰苯二甲酸酐：鄰苯二甲酸酐：用于剛性樹(shù)脂中，并賦予樹(shù)脂一定韌性?？捎糜趧傂詷?shù)脂中，并賦予樹(shù)脂一定韌性?？梢越档途埘サ慕Y(jié)晶傾向以降低聚酯的結(jié)晶傾向間苯二甲酸：間苯二甲酸：使樹(shù)脂固化后有更好的力學(xué)性能、堅(jiān)韌性、耐使樹(shù)脂固化后有更好的力學(xué)性能、堅(jiān)韌性、耐 熱性、耐腐蝕性熱性、耐腐蝕性對(duì)苯

9、二甲酸：對(duì)苯二甲酸：使樹(shù)脂固化后拉伸強(qiáng)度高使樹(shù)脂固化后拉伸強(qiáng)度高四氯鄰苯二甲酸酐：四氯鄰苯二甲酸酐：改善樹(shù)脂固化后表面發(fā)黏現(xiàn)象改善樹(shù)脂固化后表面發(fā)黏現(xiàn)象內(nèi)次甲基四氫鄰苯二甲酸酐：內(nèi)次甲基四氫鄰苯二甲酸酐：制備耐熱性樹(shù)脂制備耐熱性樹(shù)脂六氯內(nèi)次甲基鄰苯二甲酸酐：六氯內(nèi)次甲基鄰苯二甲酸酐：制備阻燃樹(shù)脂（具有自熄性）制備阻燃樹(shù)脂（具有自熄性）UP制備用原材料制備用原材料二元醇二元醇 合成合成UP主要用二元醇，一元醇用于調(diào)節(jié)分子量，多元醇主要用二元醇，一元醇用于調(diào)節(jié)分子量，多元醇用于制備大分子量、高熔點(diǎn)聚酯。用于制備大分子量、高熔點(diǎn)聚酯。常用的二元醇有：常用的二元醇有：1，2-丙二醇：制備的丙二醇：制備

10、的UP結(jié)晶傾向小，與結(jié)晶傾向小，與St相容性好，用于相容性好，用于 制備剛性聚酯。制備剛性聚酯。乙二醇：制備的乙二醇：制備的UP有強(qiáng)烈的結(jié)晶傾向，與有強(qiáng)烈的結(jié)晶傾向，與St相容性差相容性差多縮二乙二醇：分子鏈中含有醚鍵，制得的多縮二乙二醇：分子鏈中含有醚鍵，制得的UP有部分水溶性。有部分水溶性。含量過(guò)高，導(dǎo)致與苯乙烯單體的相容性變差含量過(guò)高，導(dǎo)致與苯乙烯單體的相容性變差多元醇：用于提高樹(shù)脂耐熱性和硬度（為什么？）多元醇：用于提高樹(shù)脂耐熱性和硬度（為什么？）UP制備用原材料制備用原材料交聯(lián)單體交聯(lián)單體 常用的交聯(lián)劑有單官能團(tuán)單體、雙官能團(tuán)單體和多常用的交聯(lián)劑有單官能團(tuán)單體、雙官能團(tuán)單體和多官能團(tuán)

11、單體。官能團(tuán)單體。 常用的有：常用的有：St：與與UP相容性好，固化性能好，價(jià)廉相容性好，固化性能好，價(jià)廉乙烯基甲苯：乙烯基甲苯：性質(zhì)活潑，固化速率高，降低吸水率性質(zhì)活潑，固化速率高，降低吸水率二乙烯基苯：二乙烯基苯：性質(zhì)極為活潑，硬度大，脆性也大性質(zhì)極為活潑，硬度大，脆性也大MMA：自聚傾向大，與聚酯中的不飽和鍵共聚的傾向較自聚傾向大，與聚酯中的不飽和鍵共聚的傾向較小，常與小，常與St并用并用烯丙基酯類單體（如鄰苯二甲酸二烯丙基酯）：烯丙基酯類單體（如鄰苯二甲酸二烯丙基酯）：活性低。活性低。 常用于制備模壓料常用于制備模壓料。1 1）牌號(hào)多，用途廣泛，目前用量最大。）牌號(hào)多，用途廣泛，目前用

12、量最大。適合多種成型工藝：適合多種成型工藝：手糊、噴射、手糊、噴射、模壓、纏繞、拉擠成型等。模壓、纏繞、拉擠成型等。2 2） 制備制備PMC時(shí)可室溫成型，成型工藝簡(jiǎn)單，適合制造大型時(shí)可室溫成型，成型工藝簡(jiǎn)單，適合制造大型復(fù)合材料制品。復(fù)合材料制品。3）性能取決于單體類型和比例。）性能取決于單體類型和比例。 飽和二元酸飽和二元酸/不飽和二元酸比例越大，雙鍵比例越小，樹(shù)不飽和二元酸比例越大，雙鍵比例越小，樹(shù)脂韌性越強(qiáng)，耐熱性越差；脂韌性越強(qiáng)，耐熱性越差； 反丁烯二酸（酐）中的反式雙鍵使不飽和聚酯樹(shù)脂有較反丁烯二酸（酐）中的反式雙鍵使不飽和聚酯樹(shù)脂有較快的固化速率和固化溫度，聚酯分子鏈的排列也較規(guī)整

13、；快的固化速率和固化溫度，聚酯分子鏈的排列也較規(guī)整； 不飽和聚酯樹(shù)脂的特點(diǎn)不飽和聚酯樹(shù)脂的特點(diǎn)用對(duì)苯二甲酸制備的不飽和聚酯的拉伸強(qiáng)度高；用對(duì)苯二甲酸制備的不飽和聚酯的拉伸強(qiáng)度高； 用脂肪族二元酸制備的不飽和聚酯的韌性好；用脂肪族二元酸制備的不飽和聚酯的韌性好；用乙二醇制備的不飽和聚酯樹(shù)脂有強(qiáng)烈的結(jié)晶傾向。用乙二醇制備的不飽和聚酯樹(shù)脂有強(qiáng)烈的結(jié)晶傾向。 用多元醇制備的不飽和聚酯樹(shù)脂，可提高樹(shù)脂的耐熱性用多元醇制備的不飽和聚酯樹(shù)脂，可提高樹(shù)脂的耐熱性與硬度。與硬度。 不飽和聚酯樹(shù)脂的固化不飽和聚酯樹(shù)脂的固化 在引發(fā)劑（如：有機(jī)過(guò)氧化物類）、光、高能輻射的作在引發(fā)劑（如：有機(jī)過(guò)氧化物類）、光、高能輻

14、射的作用下，乙烯基類單體（用下，乙烯基類單體（St、乙烯基甲苯、二乙烯基苯等）可、乙烯基甲苯、二乙烯基苯等）可使樹(shù)脂固化。使樹(shù)脂固化。 固化時(shí)加入固化時(shí)加入MMA，可提高樹(shù)脂的耐候性；若加入固化促，可提高樹(shù)脂的耐候性；若加入固化促進(jìn)劑（如：叔胺），可使樹(shù)脂室溫固化。進(jìn)劑（如：叔胺），可使樹(shù)脂室溫固化。 固化的固化的含義含義 固化原理固化原理自由基共聚合反應(yīng)機(jī)理：鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止自由基共聚合反應(yīng)機(jī)理：鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止不飽和聚酯樹(shù)脂的固化不飽和聚酯樹(shù)脂的固化 在引發(fā)劑（如：有機(jī)過(guò)氧化物類）、光、高能輻射的作在引發(fā)劑（如：有機(jī)過(guò)氧化物類）、光、高能輻射的作用下，乙烯基類單體（用下，乙烯基

15、類單體（St、乙烯基甲苯、二乙烯基苯等）可、乙烯基甲苯、二乙烯基苯等）可使樹(shù)脂固化。使樹(shù)脂固化。 固化時(shí)加入固化時(shí)加入MMA，可提高樹(shù)脂的耐候性；若加入固化促，可提高樹(shù)脂的耐候性；若加入固化促進(jìn)劑（如：叔胺），可使樹(shù)脂室溫固化。進(jìn)劑（如：叔胺），可使樹(shù)脂室溫固化。 固化的固化的含義含義 固化原理固化原理自由基共聚合反應(yīng)機(jī)理：鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止自由基共聚合反應(yīng)機(jī)理：鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止固化樹(shù)脂結(jié)構(gòu)示意圖固化樹(shù)脂結(jié)構(gòu)示意圖交聯(lián)鏈的鏈增長(zhǎng)遵循共聚合鏈增長(zhǎng)機(jī)理交聯(lián)鏈的鏈增長(zhǎng)遵循共聚合鏈增長(zhǎng)機(jī)理 交聯(lián)密度、交聯(lián)鏈的長(zhǎng)度、交聯(lián)鏈結(jié)構(gòu)取決于交聯(lián)劑交聯(lián)密度、交聯(lián)鏈的長(zhǎng)度、交聯(lián)鏈結(jié)構(gòu)取決于交聯(lián)劑（固化劑）

16、與（固化劑）與UP中不飽和組分的竟聚率和含量比率中不飽和組分的竟聚率和含量比率 如：用如：用St交聯(lián)的交聯(lián)的UP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密實(shí)（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密實(shí)（St與反丁烯二酸二與反丁烯二酸二乙酯共聚的乙酯共聚的r1=0.30， r2=0.07） 用用MMA交聯(lián)的交聯(lián)的UP其網(wǎng)絡(luò)結(jié)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較松（構(gòu)較松（MMA與反丁烯二酸二與反丁烯二酸二乙酯共聚的乙酯共聚的r1=6.25， r2=0.05） 通用通用UP中中St含量約為含量約為33% 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中交聯(lián)密度大，樹(shù)脂呈現(xiàn)剛性或脆性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中交聯(lián)密度大，樹(shù)脂呈現(xiàn)剛性或脆性。調(diào)節(jié)線型調(diào)節(jié)線型UP中雙鍵間的距離和反式與順式的比例、中雙鍵間的距離和反式與順式的比例、調(diào)節(jié)不同竟聚率的單體組分，可以獲得具有各種交調(diào)節(jié)不同竟聚率的單體組分，可以獲得具有各種交聯(lián)密度和交聯(lián)點(diǎn)不同重復(fù)單元的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備出聯(lián)密度和交聯(lián)點(diǎn)不同重復(fù)單元的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備出多種不同性能的固化樹(shù)脂。多種不同性能的固化樹(shù)脂。固化過(guò)程及固化特征固化過(guò)程及固化特征固化過(guò)程分為三個(gè)階段：固化過(guò)程分為三個(gè)階段：凝膠階段：樹(shù)脂從液態(tài)到