第4章聚合物基復(fù)合材料

1、復(fù)合材料郭連貴郭連貴湖北工程學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院湖北工程學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院4.1 概述概述聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料（PMC）：以有機(jī)聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料組合而成的。4.1 概述概述4.1 概述概述4.1 概述概述4.2 聚合物基體聚合物基體聚合物用作基體材料時(shí)的作用聚合物用作基體材料時(shí)的作用：（1 1）固結(jié)分散的增強(qiáng)體以形成復(fù)合材料的整體固結(jié)分散的增強(qiáng)體以形成復(fù)合材料的整體；（2 2）賦予制件形狀賦予制件形狀；（3 3）保護(hù)增強(qiáng)體不受或少受環(huán)境的不利影響保護(hù)增強(qiáng)體不受或少受環(huán)境的不利影響；（4 4）向增強(qiáng)體傳遞載荷以發(fā)揮承力功能向增強(qiáng)體傳遞載荷以發(fā)揮承力功能。聚合物基

2、體的類型聚合物基體的類型：（1 1）熱固性樹脂熱固性樹脂：受熱軟化，發(fā)生交聯(lián)，：受熱軟化，發(fā)生交聯(lián)，轉(zhuǎn)化不可逆轉(zhuǎn)化不可逆環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、呋喃樹脂環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、呋喃樹脂（2 2）熱塑性樹脂熱塑性樹脂：加熱可變軟或熔化，加熱可變軟或熔化，轉(zhuǎn)化可逆轉(zhuǎn)化可逆聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、氟樹脂聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、氟樹脂4.2 聚合物基體聚合物基體4.2 聚合物基體聚合物基體一、熱固性樹脂一、熱固性樹脂1、不飽和聚酯、不飽和聚酯不飽和聚酯：不飽和聚酯：含有含有非芳族的不飽和鍵非芳族的不飽和鍵,由不飽和二元羧酸或酸酐、飽和二元羧酸或酸酐由不飽和二

3、元羧酸或酸酐、飽和二元羧酸或酸酐與多元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的相對(duì)分子質(zhì)量不高的線型高分子化合物與多元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的相對(duì)分子質(zhì)量不高的線型高分子化合物。HOGOCORCOxOGOCOCHCHCOOHy（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。（3）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(jìn)行共聚，固）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(jìn)行共聚，固化成具有三維網(wǎng)絡(luò)的體型化成具有三維網(wǎng)絡(luò)的體型 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。（4）交聯(lián)前后性能變化很大。取決

4、于酸、醇的種類及數(shù)量。）交聯(lián)前后性能變化很大。取決于酸、醇的種類及數(shù)量。不飽和聚酯樹脂作為玻璃鋼復(fù)合材料基體樹脂玻璃鋼復(fù)合材料基體樹脂、涂料涂料、膠粘劑膠粘劑4.2 聚合物基體聚合物基體2、環(huán)氧樹酯、環(huán)氧樹酯環(huán)氧樹脂指環(huán)氧樹脂指含有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高含有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物分子化合物，環(huán)氧基團(tuán)環(huán)氧基團(tuán)十分活潑十分活潑，可位于分子鏈的末端，可位于分子鏈的末端或中間，能或中間，能與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物溶、不熔的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。4.2 聚合物基體聚合物基體3、酚醛

5、樹酯、酚醛樹酯4.2 聚合物基體聚合物基體4、呋喃樹酯、呋喃樹酯定義定義：分子鏈中含有分子鏈中含有呋喃環(huán)呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。未固化的呋喃樹脂與許多熱塑性。未固化的呋喃樹脂與許多熱塑性和熱固性樹脂有很好的混溶性，可與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合起來和熱固性樹脂有很好的混溶性，可與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合起來進(jìn)行改性。進(jìn)行改性。性能性能：固化后呋喃樹脂：固化后呋喃樹脂耐強(qiáng)酸耐強(qiáng)酸（強(qiáng)氧化性硝酸和硫酸除外）、（強(qiáng)氧化性硝酸和硫酸除外）、強(qiáng)堿強(qiáng)堿 和和有機(jī)溶劑的侵蝕有機(jī)溶劑的侵蝕，在，在高溫下仍很穩(wěn)定高溫下仍很穩(wěn)定，主要用作各種耐化學(xué)腐蝕，主要用作各種耐化學(xué)腐蝕和耐高濁的材料。和耐高濁的材料。環(huán)內(nèi)含有四個(gè)碳原子和

6、一個(gè)氧原子4.2 聚合物基體聚合物基體5、聚酰亞胺樹酯、聚酰亞胺樹酯分子鏈中含有酰亞胺基團(tuán)酰亞胺基團(tuán)的芳雜環(huán)聚合物，是一種半梯形環(huán)鏈結(jié)構(gòu)聚合物。通式：NCC*OOArH2CCH2NAr*不同的芳基不同的芳基 聚酰亞胺對(duì)熱和氧化十分穩(wěn)定，并具有突出的耐輻射性和良好的電絕緣性，它可分為熱固性和熱塑性兩種。是近年來發(fā)展較快的耐高溫樹脂，250度下可長期使用，無氧時(shí)可在300度下使用，零強(qiáng)度溫度達(dá)800度。適于制造航空航天領(lǐng)域的復(fù)合材料。4.2 聚合物基體聚合物基體6、有機(jī)硅樹酯、有機(jī)硅樹酯 有機(jī)硅樹脂是由有機(jī)硅單體（如有機(jī)鹵硅烷）經(jīng)水解縮聚而成的主鏈結(jié)有機(jī)硅樹脂是由有機(jī)硅單體（如有機(jī)鹵硅烷）經(jīng)水解縮

7、聚而成的主鏈結(jié)構(gòu)為構(gòu)為硅氧鍵硅氧鍵的高分子有機(jī)硅化合物。這種主鏈由硅氧鍵構(gòu)成，側(cè)鏈通過硅的高分子有機(jī)硅化合物。這種主鏈由硅氧鍵構(gòu)成，側(cè)鏈通過硅原子與有機(jī)基團(tuán)相連的聚合物，稱為聚有機(jī)硅氧烷。用這類樹脂制造的玻原子與有機(jī)基團(tuán)相連的聚合物，稱為聚有機(jī)硅氧烷。用這類樹脂制造的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在較高的溫度范圍內(nèi)（璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在較高的溫度范圍內(nèi)（200200250250）長時(shí)間連續(xù)）長時(shí)間連續(xù)使用后，仍能使用后，仍能保持優(yōu)良的電性能保持優(yōu)良的電性能，同時(shí)，還具有良好耐電弧性能及憎水防，同時(shí)，還具有良好耐電弧性能及憎水防潮性能。潮性能。4.2 聚合物基體聚合物基體7、三聚氰胺甲醛樹酯、三聚氰胺

8、甲醛樹酯 三聚氰胺和甲醛縮聚而成，氨基塑料，大量用于制造模塑混合料、層壓板材、黏合劑及其他材料，價(jià)格較昂貴。 用玻璃纖維增強(qiáng)的三聚氰胺甲醛層壓板具有高的力學(xué)性能、優(yōu)良的耐熱性和電絕緣性及自熄性。4.2 聚合物基體聚合物基體8、脲醛樹酯、脲醛樹酯 由甲醛和尿素合成，是最重要的氨基樹脂（塑料）。與酚醛樹脂相比，價(jià)格便宜，色澤淺，氣味小，具有較好的抗電弧性，但耐熱性差，吸水量高。脲醛模塑混合料主要用來制作電器配件、瓶蓋，泡沫塑料用于隔熱材料等。4.2 聚合物基體聚合物基體二、熱塑性樹脂二、熱塑性樹脂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線型、分枝型線型、分枝型，遇熱軟化或熔融且可遇熱軟化或熔融且可反復(fù)進(jìn)行反復(fù)進(jìn)行力學(xué)性

9、能力學(xué)性能：具有明顯的力學(xué)松弛現(xiàn)象具有明顯的力學(xué)松弛現(xiàn)象；較大的斷裂延較大的斷裂延伸率伸率；抗沖擊性能好抗沖擊性能好。電學(xué)性能電學(xué)性能：優(yōu)異的絕緣性能，對(duì)腐蝕性介質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)異的絕緣性能，對(duì)腐蝕性介質(zhì)穩(wěn)定。舉舉例例：聚烯烴聚烯烴、聚酰胺聚酰胺、聚酯聚酯、聚碳酸酯聚碳酸酯、聚甲醛聚甲醛、 聚丙烯聚丙烯- -十二烯十二烯- -苯乙烯（苯乙烯（ABSABS樹脂）樹脂）等。等。4.2 聚合物基體聚合物基體1、聚烯烴、聚烯烴包括包括聚乙烯聚乙烯（產(chǎn)量最大）、（產(chǎn)量最大）、聚丙烯聚丙烯、聚苯乙烯聚苯乙烯和和聚丁烯聚丁烯等。等。4.2 聚合物基體聚合物基體2、聚酰胺、聚酰胺定義定義：分子鏈中含有酰胺基團(tuán)（分子鏈

10、中含有酰胺基團(tuán)（尼龍尼龍）性能性能：具有良好的力學(xué)性能具有良好的力學(xué)性能 良好的耐磨性和耐腐蝕性良好的耐磨性和耐腐蝕性較之金屬材料剛性較差，但比拉伸強(qiáng)度高于金屬較之金屬材料剛性較差，但比拉伸強(qiáng)度高于金屬4.2 聚合物基體聚合物基體3、聚碳酸脂、聚碳酸脂定義定義：分子鏈中含有碳酸酯基團(tuán)：分子鏈中含有碳酸酯基團(tuán)的線性聚合物。的線性聚合物。性能性能：硬度高、韌性好，良好耐蠕變性、耐熱性和電絕緣性硬度高、韌性好，良好耐蠕變性、耐熱性和電絕緣性制品易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，耐溶劑和水能力差，高溫下易水解制品易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，耐溶劑和水能力差，高溫下易水解4.2 聚合物基體聚合物基體4、聚甲醛、聚甲醛定義定義：分子鏈

11、中含有（分子鏈中含有（-CH-CH2 2-O-O-）基團(tuán)）基團(tuán)高熔點(diǎn)、高結(jié)晶高熔點(diǎn)、高結(jié)晶 的的熱塑性塑料熱塑性塑料性能性能：優(yōu)異的力學(xué)性能優(yōu)異的力學(xué)性能（力學(xué)性能最接近金屬的塑料）（力學(xué)性能最接近金屬的塑料）很高的比強(qiáng)度和比剛度很高的比強(qiáng)度和比剛度 （在某些場合可以替代鋼、鋁、銅等金屬）（在某些場合可以替代鋼、鋁、銅等金屬）4.2 聚合物基體聚合物基體5、氟樹脂、氟樹脂定義定義：分子鏈中含有氟單體分子鏈中含有氟單體，主要的品種有聚四氟乙烯（，主要的品種有聚四氟乙烯（PTFEPTFE）、聚）、聚三氟氯乙烯（三氟氯乙烯（PCTFEPCTFE）、聚偏氟乙烯（）、聚偏氟乙烯（PVDFPVDF）和聚氟

12、乙烯（）和聚氟乙烯（PVFPVF。應(yīng)用最多為應(yīng)用最多為聚四氟乙烯聚四氟乙烯，分子式為，分子式為()，產(chǎn)量約占氟產(chǎn)量約占氟塑料的。塑料的。性能性能：聚四氟乙烯是高度結(jié)晶的聚合物，分解溫度為：聚四氟乙烯是高度結(jié)晶的聚合物，分解溫度為400400度，可在度，可在度以下長期使用度以下長期使用，具有，具有優(yōu)異的力學(xué)性能優(yōu)異的力學(xué)性能, ,耐化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)耐化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)，能耐王能耐王水及沸騰的氫氟酸水及沸騰的氫氟酸（塑料王）（塑料王）4.2 聚合物基體聚合物基體三、橡膠三、橡膠 橡膠是指具有顯著高彈性的一類高分子化合物，也可用作復(fù)合橡膠是指具有顯著高彈性的一類高分子化合物，也可用作復(fù)合材料的基體材料，包

13、括材料的基體材料，包括天然橡膠天然橡膠和和人造橡膠人造橡膠，如，如丁苯橡膠、氯丁丁苯橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯橡膠橡膠、聚丁二烯橡膠等。等。 不同于樹脂基復(fù)合材料，橡膠基復(fù)合材料除了不同于樹脂基復(fù)合材料，橡膠基復(fù)合材料除了要具有輕質(zhì)高強(qiáng)要具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)的特點(diǎn)外，還外，還應(yīng)具有柔性和較大的彈性應(yīng)具有柔性和較大的彈性。橡膠基復(fù)合材料主要用。橡膠基復(fù)合材料主要用來來制備輪胎、傳動(dòng)皮帶制備輪胎、傳動(dòng)皮帶等。等。4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料一、玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料一、玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料基體樹脂基體樹脂：聚丙烯、聚丙烯、ABSABS樹脂、聚甲醛、聚酰胺、聚酯樹脂、聚甲醛、聚

14、酰胺、聚酯性能改善性能改善：力學(xué)性能、物理化學(xué)性能：力學(xué)性能、物理化學(xué)性能均有明顯提高均有明顯提高突出優(yōu)點(diǎn)突出優(yōu)點(diǎn)：更高的比性能更高的比性能（更小的密度更小的密度）24玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（FR-PPFR-PP）增強(qiáng)方式：增強(qiáng)方式： 玻璃短纖維，含量一般為玻璃短纖維，含量一般為30% - 40%30% - 40%；性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 抗拉強(qiáng)度可達(dá)抗拉強(qiáng)度可達(dá)100 MPa100 MPa 明顯改善明顯改善低溫脆性低溫脆性、抗沖擊性抗沖擊性、熱變形性熱變形性 吸水率小吸水率小4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料25玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺（玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺（FR-P

15、AFR-PA）基體特點(diǎn)：基體特點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐磨性好強(qiáng)度高、耐磨性好、吸水率大、耐熱性差吸水率大、耐熱性差增強(qiáng)方式：玻璃纖維含量增強(qiáng)方式：玻璃纖維含量30% - 35%30% - 35%；性能改進(jìn)：性能改進(jìn)：抗拉強(qiáng)度提高抗拉強(qiáng)度提高2-3 2-3 倍倍 耐熱性、電絕緣性明顯提高耐熱性、電絕緣性明顯提高 耐磨性有所降低耐磨性有所降低常見舉例：常見舉例：玻璃纖維增強(qiáng)尼龍玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6 6（尼龍（尼龍6666、尼龍、尼龍10101010）4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料26玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料（玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料（FR-ABSFR-ABS）基體樹脂：丁二烯基體樹脂

16、：丁二烯- -苯乙烯共聚物（苯乙烯共聚物（BSBS）丙烯腈丙烯腈- -苯乙烯共聚物（苯乙烯共聚物（ASAS）丙烯腈丙烯腈- -丁二烯丁二烯- -苯乙烯共聚物（苯乙烯共聚物（ABSABS）性能改進(jìn)：性能改進(jìn)：強(qiáng)度、彈性模量有成倍提高強(qiáng)度、彈性模量有成倍提高 耐高溫、耐低溫、尺寸穩(wěn)定性等都有所改善耐高溫、耐低溫、尺寸穩(wěn)定性等都有所改善4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料27玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯（玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯（FR-PCFR-PC）基體樹脂：聚碳酸酯（基體樹脂：聚碳酸酯（PCPC） 剛?cè)岵?jì)剛?cè)岵?jì)、易產(chǎn)生應(yīng)力開裂易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐疲勞性差耐疲勞性差性能改進(jìn)：性能改進(jìn)：耐疲勞

17、強(qiáng)度提高耐疲勞強(qiáng)度提高 耐應(yīng)力開裂性能可提高耐應(yīng)力開裂性能可提高 耐熱性比耐熱性比P P提高，線膨脹系數(shù)縮小提高，線膨脹系數(shù)縮小4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料28玻璃纖維增強(qiáng)聚酯（玻璃纖維增強(qiáng)聚酯（FR-PETFR-PET、FR-PBTFR-PBT）基體樹脂：聚苯二甲酸乙二醇酯（基體樹脂：聚苯二甲酸乙二醇酯（PETPET） 聚苯二甲酸丁二醇酯（聚苯二甲酸丁二醇酯（PBTPBT） 結(jié)晶度高結(jié)晶度高、成型收縮率大成型收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差尺寸穩(wěn)定性差性能改進(jìn)：性能改進(jìn)：強(qiáng)度很高強(qiáng)度很高（較其它玻璃增強(qiáng)熱塑性塑料）（較其它玻璃增強(qiáng)熱塑性塑料） 耐高溫性、耐低溫性、電絕緣性都好耐

18、高溫性、耐低溫性、電絕緣性都好 高溫下易發(fā)生水解高溫下易發(fā)生水解4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料29玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛（玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛（FR-POMFR-POM）基體樹脂：聚甲醛（基體樹脂：聚甲醛（POMPOM） 性能較好性能較好性能改進(jìn)：性能改進(jìn)：強(qiáng)度大幅提高強(qiáng)度大幅提高 耐疲勞性和抗蠕變性能提高耐疲勞性和抗蠕變性能提高 耐磨性降低（耐磨性降低（可加入聚四氟乙烯粉末填料改善）4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料30各種塑料與玻璃纖維增強(qiáng)后的各種塑料與玻璃纖維增強(qiáng)后的性能對(duì)比性能對(duì)比4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料31基體樹脂基體樹脂

19、：環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂GFRPGFRP優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1）密度小、比強(qiáng)度高密度小、比強(qiáng)度高：密度為：密度為1.61.62.0g/cm32.0g/cm3 （“玻璃鋼玻璃鋼”：質(zhì)輕而強(qiáng)度高）：質(zhì)輕而強(qiáng)度高）2 2）良好的耐腐蝕性良好的耐腐蝕性： 耐酸、堿、有機(jī)溶劑、海水等；耐酸、堿、有機(jī)溶劑、海水等；3 3）良好的電絕緣性良好的電絕緣性二、玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料（二、玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料（GFRP）4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料32GFRPGFRP缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）剛性差剛性差（彈性模量彈性模量比鋼材小十倍比鋼材小十倍）2 2）

20、耐熱性較低耐熱性較低（連續(xù)使用溫度連續(xù)使用溫度350350以下以下）3 3）導(dǎo)熱性較差導(dǎo)熱性較差（摩擦產(chǎn)生（摩擦產(chǎn)生熱量不易散出熱量不易散出）4 4）容易老化容易老化（日光照射日光照射、空氣氧化空氣氧化、有機(jī)溶劑溶解有機(jī)溶劑溶解）4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料33玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂綜合性能最好的熱固性樹脂基復(fù)合材料綜合性能最好的熱固性樹脂基復(fù)合材料 ！1 1）強(qiáng)度高于其它強(qiáng)度高于其它GFRPGFRP（樹脂黏結(jié)能力強(qiáng)、界面結(jié)合好樹脂黏結(jié)能力強(qiáng)、界面結(jié)合好）2 2）固化收縮率小、制品尺寸穩(wěn)定性好固化收縮率小、制品尺寸穩(wěn)定性好（無副產(chǎn)物）（無副產(chǎn)物）3 3

21、）加工不方便加工不方便 （固化反應(yīng)大多需要加熱）（固化反應(yīng)大多需要加熱）4 4）不易制造大型制件不易制造大型制件4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料34玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂1 1）耐熱性最好耐熱性最好 （200200度以下長期使用度以下長期使用）2 2）良好耐電弧性良好耐電弧性3 3）原料豐富、價(jià)格便宜原料豐富、價(jià)格便宜4 4）脆性大脆性大5 5）強(qiáng)度不如環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料強(qiáng)度不如環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料6 6）收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料35玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂1 1）加工性

22、能好加工性能好（成型容易，可制造大型構(gòu)件）（成型容易，可制造大型構(gòu)件）2 2）透光性好透光性好3 3）固化收縮率大固化收縮率大 （生成小分子化合物）（生成小分子化合物）4 4）耐酸堿性差耐酸堿性差4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料36高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料基體樹脂：基體樹脂：環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂增強(qiáng)材料：增強(qiáng)材料：碳、硼、芳香族纖維、晶須等高強(qiáng)、高模纖維碳、硼、芳香族纖維、晶須等高強(qiáng)、高模纖維性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：密度小密度小、強(qiáng)度模量高強(qiáng)度模量高、熱膨脹系數(shù)小熱膨脹系數(shù)?。恢苽涔に嚭唵沃苽涔に嚭唵?、成型方法多成型方法多；纖維價(jià)格昂貴，使用范圍到限纖維

23、價(jià)格昂貴，使用范圍到限4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料三、其它纖維增強(qiáng)塑料三、其它纖維增強(qiáng)塑料37碳纖維增強(qiáng)樹脂碳纖維增強(qiáng)樹脂: : 強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好硼纖維增強(qiáng)樹脂硼纖維增強(qiáng)樹脂：剛性好剛性好（模量高于碳纖維增強(qiáng)）（模量高于碳纖維增強(qiáng)）KevlarKevlar纖維增強(qiáng)樹脂纖維增強(qiáng)樹脂：良好壓延性、耐沖擊、良好壓延性、耐沖擊、 良好振動(dòng)衰減性、優(yōu)異的耐疲勞性良好振動(dòng)衰減性、優(yōu)異的耐疲勞性4.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料38常見高性能纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂性能對(duì)比常見高性能纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂性能對(duì)比增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維碳纖維碳纖維Kevlar

24、Kevlar纖維纖維硼纖維硼纖維相對(duì)密度相對(duì)密度1.61.61.41.42.02.0拉伸強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度，MPaMPa150015001400140017501750彈性模量，彈性模量，GPaGPa121276761201204.3 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料394.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料制備工藝的特點(diǎn)聚合物基復(fù)合材料制備工藝的特點(diǎn)（1 1）材料的形成和制品的成形是同時(shí)完成的材料的形成和制品的成形是同時(shí)完成的 （簡化制品結(jié)構(gòu)、減輕制品質(zhì)量、降低工藝消耗簡化制品結(jié)構(gòu)、減輕制品質(zhì)量、降低工藝消耗）（2 2）方法多樣、工藝簡便、設(shè)

25、備簡單、成本很低方法多樣、工藝簡便、設(shè)備簡單、成本很低404.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物復(fù)合材料成形方法分類聚合物復(fù)合材料成形方法分類（1）預(yù)浸料預(yù)浸料/預(yù)混料制備預(yù)混料制備（2）接觸成型接觸成型（手糊成型）（手糊成型）（3）壓力成型壓力成型（ 袋壓成型、模壓成型、層壓成型）袋壓成型、模壓成型、層壓成型）（4）纏繞成型纏繞成型（5 5）樹脂傳遞成型樹脂傳遞成型（6 6）注射成型注射成型（7 7）拉擠成型拉擠成型上述各種成形方法之間存在著共性！上述各種成形方法之間存在著共性！414.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工一、預(yù)浸料一、

26、預(yù)浸料 / / 預(yù)混料制備預(yù)混料制備：定向排列：定向排列連續(xù)纖維連續(xù)纖維浸漬樹脂形成浸漬樹脂形成薄片狀半成品薄片狀半成品熱固性預(yù)浸料熱固性預(yù)浸料： 輪鼓纏繞法、陳列排鋪法（輪鼓纏繞法、陳列排鋪法（設(shè)備不同設(shè)備不同） 濕法、干法（濕法、干法（樹脂狀態(tài)不同樹脂狀態(tài)不同）熱塑性預(yù)浸料熱塑性預(yù)浸料： 預(yù)浸漬技術(shù)預(yù)浸漬技術(shù)（樹脂完全浸漬纖維）樹脂完全浸漬纖維） 后浸漬技術(shù)后浸漬技術(shù)（樹脂以粉末等形式存在，（樹脂以粉末等形式存在， 完全浸漬在成型過程中完成完全浸漬在成型過程中完成）42輪鼓纏繞法輪鼓纏繞法預(yù)浸料制備示意圖預(yù)浸料制備示意圖4.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工434

27、.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工：工藝對(duì)象：工藝對(duì)象：不連續(xù)纖維不連續(xù)纖維浸漬或混合樹脂浸漬或混合樹脂制品特征：制品特征：片狀模塑料片狀模塑料（Sheet molding compound，SMC） 塊狀模塑料塊狀模塑料（ Bulk Molding Compound，BMC） 注射模塑料注射模塑料（Injection molding compound，IMC）44 連續(xù)纖維被切成一定長度的短纖維，散落在連續(xù)輸送的涂有含填料的糊狀樹脂的塑料薄膜上，將含有纖維、填料和樹脂混合物的塑料薄膜卷繞起來就成為片狀模塑料（SMC）。4.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)

28、合材料的制備和加工454.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工二、手糊成型工藝二、手糊成型工藝工藝概要工藝概要 模具表面模具表面施加脫模劑、膠衣施加脫模劑、膠衣； 涂刷樹脂液體、鋪增強(qiáng)材料；涂刷樹脂液體、鋪增強(qiáng)材料； 手持手持 輥?zhàn)邮箻渲n增強(qiáng)體、壓實(shí)并驅(qū)除氣泡；輥?zhàn)邮箻渲n增強(qiáng)體、壓實(shí)并驅(qū)除氣泡； 重復(fù)鋪層操作，達(dá)到制品設(shè)計(jì)厚度；重復(fù)鋪層操作，達(dá)到制品設(shè)計(jì)厚度； 固化固化最原始、最簡單最原始、最簡單的制備方法！的制備方法！464.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工474.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工484.

29、4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工494.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工三、噴射成型工藝三、噴射成型工藝工藝概要工藝概要（半機(jī)械化成型方法半機(jī)械化成型方法）樹脂樹脂+ +引發(fā)劑引發(fā)劑、樹脂樹脂+ +促進(jìn)劑促進(jìn)劑 分別分別從噴槍噴出；從噴槍噴出；纖維經(jīng)纖維經(jīng)切斷器切斷器切斷并從噴槍中心噴出；切斷并從噴槍中心噴出；樹脂與纖維一起樹脂與纖維一起同時(shí)均勻沉積同時(shí)均勻沉積在模具上；在模具上；沉積一定厚度后沉積一定厚度后用手輥壓實(shí)除去氣泡用手輥壓實(shí)除去氣泡；固化固化優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高、制品孔隙率小制品孔隙率小缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不易制作小產(chǎn)品不易制

30、作小產(chǎn)品、模具復(fù)雜且成本高模具復(fù)雜且成本高504.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工四、袋壓成型工藝四、袋壓成型工藝（1 1）工藝概要）工藝概要（最早最廣泛用于預(yù)浸料成型最早最廣泛用于預(yù)浸料成型） 將鋪層在模具中鋪放；將鋪層在模具中鋪放； 依次鋪上可剝保護(hù)層、脫模膜、袋膜等；依次鋪上可剝保護(hù)層、脫模膜、袋膜等； 熱壓固化熱壓固化 脫模獲得具有一定結(jié)構(gòu)形狀的制品脫模獲得具有一定結(jié)構(gòu)形狀的制品（2 2）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品兩面光滑產(chǎn)品兩面光滑、能適應(yīng)聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂能適應(yīng)聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂 、產(chǎn)品重量比手糊高產(chǎn)品重量比手糊高（3 3）袋壓分類）袋壓分類：真空袋成型真空袋

31、成型、壓力袋成型壓力袋成型、熱壓袋成型熱壓袋成型514.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工真空袋成型工藝流程真空袋成型工藝流程524.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工壓力袋成型工藝流程壓力袋成型工藝流程534.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工熱壓罐成型工藝流程熱壓罐成型工藝流程544.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工五、模壓成型工藝五、模壓成型工藝（1 1）工藝概要）工藝概要制備具有制品形狀的預(yù)浸料或預(yù)混料半成品；將半成品在模制備具有制品形狀的預(yù)浸料或預(yù)混料半成品；將半成品在模具中熱壓

32、；固化、脫模具中熱壓；固化、脫模（2 2）工藝關(guān)鍵）工藝關(guān)鍵：模壓：模壓 溫度溫度、壓力壓力、時(shí)間時(shí)間554.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工五、模壓成型工藝五、模壓成型工藝（3 3）工藝優(yōu)點(diǎn)）工藝優(yōu)點(diǎn)1 1）制品尺寸精度高制品尺寸精度高；2 2）可大批量生產(chǎn)可大批量生產(chǎn)；3 3）孔隙率低孔隙率低；4 4）原材料成本低原材料成本低（4 4）缺點(diǎn)）缺點(diǎn)1 1）模具費(fèi)用較高模具費(fèi)用較高；2 2）制品性能各向同性制品性能各向同性564.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工六、纏繞成型工藝六、纏繞成型工藝（1 1）工藝概要）工藝概要增強(qiáng)體（增強(qiáng)體（無

33、捻粗紗無捻粗紗）排列在紗架上；）排列在紗架上；粗紗自紗架退繞、通過樹脂槽、繞絲嘴（粗紗自紗架退繞、通過樹脂槽、繞絲嘴（浸漬過程浸漬過程）；）；小車往復(fù)移動(dòng)小車往復(fù)移動(dòng)并帶動(dòng)已浸漬粗沙纏繞在并帶動(dòng)已浸漬粗沙纏繞在回轉(zhuǎn)芯軸回轉(zhuǎn)芯軸上；上；固化、脫模（兩端密閉產(chǎn)品不用脫模，芯模作為固化、脫模（兩端密閉產(chǎn)品不用脫模，芯模作為內(nèi)襯內(nèi)襯）工藝關(guān)鍵工藝關(guān)鍵：纏繞角度與排列密度由芯軸與小車速度之比控制纏繞角度與排列密度由芯軸與小車速度之比控制574.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工六、纏繞成型工藝六、纏繞成型工藝（2 2）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn) 1 1）制品結(jié)構(gòu)性能可達(dá)很高制品結(jié)構(gòu)性能可達(dá)很高

34、； 2 2）可制耐腐蝕、耐壓、耐熱制品可制耐腐蝕、耐壓、耐熱制品；3 3）可制造兩端封閉制品可制造兩端封閉制品；4 4）生產(chǎn)周期短、增強(qiáng)體成本低生產(chǎn)周期短、增強(qiáng)體成本低；（3 3）缺點(diǎn)）缺點(diǎn)1 1）制品限于回轉(zhuǎn)體制品限于回轉(zhuǎn)體； 2 2）纖維不易沿制品長度方向精確排列纖維不易沿制品長度方向精確排列；（4 4）典型產(chǎn)品）典型產(chǎn)品 管道、貯罐、氣瓶、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體管道、貯罐、氣瓶、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體584.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工七、拉擠成型工藝七、拉擠成型工藝（1 1）工藝概要）工藝概要預(yù)置在紗架上的玻璃纖維無捻粗紗經(jīng)樹脂槽浸漬樹脂預(yù)置在紗架上的玻璃纖維無

35、捻粗紗經(jīng)樹脂槽浸漬樹脂預(yù)成型后進(jìn)入預(yù)成型后進(jìn)入加熱模具加熱模具，進(jìn)一步浸漬、固化、定型，進(jìn)一步浸漬、固化、定型 將型材按要求長度切斷將型材按要求長度切斷594.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工七、拉擠成型工藝七、拉擠成型工藝（2 2）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)1 1）生產(chǎn)效率高，可批量生產(chǎn)生產(chǎn)效率高，可批量生產(chǎn)； 2 2）樹脂含量可精確控制樹脂含量可精確控制；3 3）制品軸向性能優(yōu)異制品軸向性能優(yōu)異；4 4）原材料成本低原材料成本低（3 3）缺點(diǎn)）缺點(diǎn)1 1）模具費(fèi)用較高模具費(fèi)用較高；2 2）制品橫斷面恒定制品橫斷面恒定（4 4）典型產(chǎn)品）典型產(chǎn)品 建筑屋頂橫梁、帳篷竿、汽車板簧、

36、電纜管、釣魚竿建筑屋頂橫梁、帳篷竿、汽車板簧、電纜管、釣魚竿604.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工八、樹脂傳遞成型八、樹脂傳遞成型工藝概要工藝概要（閉模低壓成型方法閉模低壓成型方法） 增強(qiáng)體置于上下模之間；增強(qiáng)體置于上下模之間； 合模并將模具夾緊；合模并將模具夾緊； 壓力注射樹脂；壓力注射樹脂； 固化后打開模具，取下產(chǎn)品。固化后打開模具，取下產(chǎn)品。工藝關(guān)鍵：工藝關(guān)鍵：樹脂要充滿模腔樹脂要充滿模腔；注射壓力注射壓力0.4-0.5MPa0.4-0.5MPa614.4 聚合物基復(fù)合材料的制備和加工聚合物基復(fù)合材料的制備和加工九、擠出成型九、擠出成型工藝概要工藝概要（熱塑性塑料主要加工方法熱塑性塑料主要加工方法） 干燥干燥熱塑性塑料粉料熱塑性塑料粉料從料斗進(jìn)入擠出機(jī)加熱料筒；從料斗進(jìn)入擠出機(jī)加熱料筒； 物料隨料筒螺桿旋轉(zhuǎn)而物料隨料筒螺桿旋轉(zhuǎn)而沿螺槽前移沿螺槽前移； 物料受物料受機(jī)械剪切機(jī)械剪切和和料筒加熱料筒加熱而逐漸熔融；而逐漸熔融； 熔融物料受熔融物料受螺桿軸向推力螺桿軸向推力而通過機(jī)頭和口模；而通過機(jī)頭和口模； 與口模形狀相似與口模形狀相似的連續(xù)體冷卻定型。的