復合材料概論課件(共32頁)

1、第二章 復合材料(f h ci lio)的基體(j t) 材料 復合材料(f h ci lio)的基體 金屬 陶瓷 聚合物2. 1 聚合物材料（polymer) 聚合物（polymer)，高分子，分子量高達1萬100萬，由簡單的結(jié)構(gòu)單元組成。2. 1. 1 聚合物的結(jié)構(gòu)與性能 1. 聚合物的結(jié)構(gòu) 聚合物的結(jié)構(gòu)有以下特點： （1）分子量很大 由很大數(shù)目的結(jié)構(gòu)單元組成，分子量高達1萬100萬 有線型、支鏈、網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)1. 聚合物的結(jié)構(gòu)（2）聚合物分子含有官能團、端基 官能團、端基可與其它反應(yīng)基團反應(yīng)，對反應(yīng)后的物理、力學性能影響很大。1. 聚合物的結(jié)構(gòu)（3）聚合物分子間的作用力對于聚合物結(jié)構(gòu)以及復

2、合材料的物理力學性能有密切關(guān)系 一般聚合物的主鏈有一定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由度，具有柔性；聚合物分子間的作用力很強，形成剛性鏈。聚合物的性能 (1)力學性能 聚合物本身就是一類材料，聚合物的力學性能與復合材料的力學性能有密切關(guān)系。2. 聚合物的性能 (2)耐熱性能 耐熱性：材料在一定溫度上限長期使 用，而它的力學性能不低于原來的 80。 聚合物具有剛性分子鏈、結(jié)晶性、交聯(lián)結(jié)構(gòu)，有利于提高耐熱性。2. 聚合物的性能 (3)耐腐蝕性能較好的化學穩(wěn)定性，對酸、堿、鹽溶液、水、有機溶劑有不同的穩(wěn)定性。超過許多金屬及合金材料。2. 聚合物的性能 (4)介電性能良好(lingho)的電絕緣性。聚合物的極性越大，材料

3、(cilio)的介電性能 越差。2. 聚合物的性能(xngnng)（5）其它性能密度減震消音透光隔熱2. 聚合物的性能 成型加工性能好可模塑性、可擠壓性、可延性、可紡性。一次成型。2. 1. 2 聚合物基體的種類、組分和作用（1）聚合物基體的種類熱固性樹脂：分子量較小的液態(tài)或固態(tài)預聚體，固化后，形成不熔不溶的三維網(wǎng)狀高分子。熱塑性樹脂：是線型或有支鏈的高分子，可溶可熔，可反復加工成型。2. 1. 2 聚合物基體的種類、組分和作用熱固性樹脂：基體中使用最多的是不飽和聚酯樹脂，另外還有環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂。熱塑性樹脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。2. 1. 2 聚合物基體的種類、組分和作用（2）聚合

4、物基體的組分聚合物：主要成分輔助材料：固化劑、稀釋劑、催化劑、增韌劑等。 改進工藝、降低成本、擴大應(yīng)用范圍2. 1. 2 聚合物基體的種類、組分和作用 （3）聚合物基體的作用： 1）把纖維粘在一起，形成整體，并使纖維位置固定。 聚合物基體的原始狀態(tài)為低粘度的液體，迅速變成堅固的固體。2. 1. 2 聚合物基體的種類、組分和作用 2）分配纖維間的載荷： 基體在纖維間起分散和傳遞載荷的作用。 3）保護纖維不受環(huán)境影響。 4）決定復合材料的一些性能。 5）決定復合材料成型工藝方法及工藝參數(shù)：熱固性、熱塑性2. 1. 3 不飽和聚酯樹脂(j zh sh zh)2. 1. 3 不飽和聚酯樹脂(j zh

5、sh zh)常用的基體材料，主要用于玻璃纖維(b lixinwi)復合材料。占玻璃纖維復合材料用樹脂總量的80以上。2. 1. 3 不飽和聚酯樹脂 不飽和聚酯是不飽和二元酸和二元醇的結(jié)合物。 通過加入飽和二元酸如苯酐、間苯二甲酸酐或己二酸來調(diào)節(jié)樹脂的不飽和度。2. 1. 3 不飽和聚酯樹脂 1. 不飽和聚酯樹脂的特點（1）工藝性能良好： 室溫下固化，常壓下成型。(突出） 1. 不飽和聚酯樹脂的特點（2）固化后樹脂的綜合性能良好許多牌號通用、專用樹脂 顏色淺彩色制品 透光性好采光瓦彩色制品采光瓦1. 不飽和聚酯樹脂的特點(3) 價格低廉： 價格遠低于環(huán)氧, 略高于酚醛。1. 不飽和聚酯樹脂的特點

6、 不足之處：固化時體積收縮率較大，強度較低。用于民用工業(yè)、生活用品。2. 不飽和聚酯樹脂的組成 主鏈上同時具有重復酯鍵和不飽和雙鍵的一類線型聚合物。 OCACOGOCBC-O A 不飽和二元酸 G 二元醇 B 飽和(boh)二元酸（1）不飽和二元酸 順丁烯二酸酐：熔點(rngdin)低縮水(su shu)量少價廉（1）不飽和二元酸 反丁烯二酸：有較快固化速率，較高的固化程度，較高熱變形溫度，良好的力學性能等。（1）不飽和二元酸順丁烯二酸、衣康酸、中康酸等。（2）飽和二元酸鄰苯二甲酸酐 簡稱苯酐，有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，與交聯(lián)單體苯乙烯有良好的相容性。間苯二甲酸 固化后，有更好的力學性能，表面性能好，制備膠

7、衣（gel coat) 樹脂。（2）飽和二元酸對苯二甲酸：強度高。內(nèi)次甲基四氫鄰苯二甲酸酐：耐熱好。六氯內(nèi)次甲基四氫鄰苯二甲酸酐：自熄性。脂肪二元酸：韌性增加。不飽和酸和飽和酸的比例等摩爾：一般采用摩爾比增大：耐熱、耐腐蝕性能等提 高。摩爾比降低：力學強度下降。（3）二元醇丙二醇：與苯乙烯相容性好。乙二醇：與苯乙烯相容性較差。季戊四醇：耐熱性提高。不飽和聚酯樹脂二元酸和二元醇的種類很多。使用不同的種類、不同的組合、不同的配比就可以確定不同的分子鏈結(jié)構(gòu)得到各種各樣性質(zhì)的樹脂。表2.2是國內(nèi)生產(chǎn)的一些不飽和聚酯樹脂品種。船用樹脂上海 307常州 189剛性、耐水性手糊通用樹脂上海 3193常州 1

8、96耐腐蝕樹脂(shzh)上海 323常州 197彩色(cis)膠衣樹脂 為了使玻璃鋼復合材料有更好的防護性能(xngnng)和美觀性，通常其表面設(shè)計為具有防護和美觀作用的富樹脂層，由不飽和聚酯樹脂固化得到，這就是膠衣層。 彩色膠衣樹脂制造工藝分為分散和配色兩部分，即先將基體樹脂加入氣相二氧化硅分散得到膠衣樹脂，然后加入色漿得到彩色膠衣。 彩色膠衣樹脂 基體樹脂 氣相二氧化硅高速分散 砂磨膠衣樹脂 色漿計算機配色分散檢驗成品 3、不飽和聚酯樹脂的固化 不飽和聚酯樹脂的固化是游離基聚合。通常使用有機過氧化物作催化劑，使不飽和聚酯和苯乙烯單體交聯(lián)固化。 （1 ） 交聯(lián)劑對交聯(lián)劑的要求 高沸點，低粘

9、度，溶解性好。 無毒，反應(yīng)活性大。交聯(lián)劑既是交聯(lián)劑，又是溶劑。（1 ） 交聯(lián)劑 苯乙烯特點：低粘度液體，混溶性好。 雙鍵活性很大，可與不飽和雙鍵 發(fā)生共聚。缺點：沸點低（145），有毒性。用量：2050（1 ） 交聯(lián)劑 乙烯基甲苯沸點高，毒性較小，材料的柔軟性較好。固化時體積收縮率較低。（1 ） 交聯(lián)劑 甲基丙烯酸甲酯特點： 折射率較低。 粘度(zhn d)較小，有利于提高浸潤度。不足(bz)：沸點低 有難聞(nn wn)氣味 固化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較疏松不飽和聚酯樹脂的固化 (1)不飽和聚酯分子在固化前是長鏈形的分子，其分子量一般為10003000，這種長鏈形的分子可以和不飽和單體（如苯乙烯等）交聯(lián)而

10、形成具有復雜結(jié)構(gòu)的龐大的網(wǎng)狀分子。 不飽和聚酯樹脂的固化 (2)不飽和聚酯樹脂固化后主要形成不均勻的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在密度較大的連續(xù)網(wǎng)之間有密度較低的鍵型分子互相聯(lián)結(jié)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子。 這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子具有剛性、回彈性、柔性、抗腐性、耐侯性或阻燃性。（2） 引發(fā)劑 不飽和聚酯樹脂的固化是游離基引發(fā)的共聚合反應(yīng)，如何能使反應(yīng)啟動是問題的關(guān)鍵。單體一旦被引發(fā)，產(chǎn)生游離基，分子鏈即可以迅速增長而形成三向交聯(lián)的大分子。（2） 引發(fā)劑過氧化二苯甲酰異丙苯過氧化氫過氧化二異丙苯過氧化環(huán)己酮過氧化甲乙酮過氧化環(huán)己酮 過氧化環(huán)己酮：是多種氫過氧化物的混合物.（2） 引發(fā)劑臨界溫度 引發(fā)劑具有引發(fā)活性的最低

11、溫度。 過氧化二苯甲酰 70 過氧化二異丙苯 120 過氧化環(huán)己酮 88 過氧化二叔丁基 100（2） 引發(fā)劑半衰期 在給定的溫度下，引發(fā)劑分解一半所需要的時間。 半衰期溫度 半衰期（小時） 70 13 72 10 85 2.1 100 0.4（2） 引發(fā)(yn f)劑十小時半衰期溫度(wnd) 用10小時，使引發(fā)(yn f)劑分解50所需的溫度。（2） 引發(fā)劑常用引發(fā)劑的牌號 1引發(fā)劑 2引發(fā)劑 3引發(fā)劑（2） 引發(fā)劑1#引發(fā)劑：過氧化二苯甲酰（簡稱BPO）溶解在鄰苯二甲酸二丁酯中，成為50%的糊狀物，稱為1#引發(fā)劑。2#引發(fā)劑：過氧化環(huán)己酮溶解在鄰苯二甲酸二丁酯中，成為50%的糊狀物，稱為

12、2#引發(fā)劑。（3） 促進劑促進劑作用 把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。（3） 促進劑促進劑種類 對過氧化物有效：二甲基苯胺、二乙基苯胺。 對氫過氧化物有效：變價的金屬鈷，如環(huán)烷酸鈷，萘酸鈷。（3） 促進劑促進劑牌號 1促進劑 ： 10二甲苯胺的苯乙烯溶液。 2促進劑 ： 810萘酸鈷的苯乙烯溶液。注意： 引發(fā)劑，促進劑不允許直接混合。（4）不飽和聚酯樹脂固化的特點凝膠階段硬化階段完全固化階段（4）不飽和聚酯樹脂固化的特點凝膠階段 從加入促進劑后到樹脂變成凝膠狀態(tài)的一段時間。 影響凝膠時間的因素： 加入量，環(huán)境的溫度和濕度，樹脂體積，交聯(lián)劑蒸發(fā)。（4）不飽和聚酯樹脂固化的特點硬化(ynghu)階

13、段 樹脂從開始(kish)凝膠到一定硬度，能把制品從模具上取下為止的一段時間。（4）不飽和聚酯樹脂(j zh sh zh)固化的特點完全固化階段 用后處理加速。4、不飽和聚酯樹脂的增粘特性增粘劑 堿土金屬氧化物或氫氧化物。增粘過程 短時間內(nèi)粘度迅速增加成為類似凝膠狀物。應(yīng)用 制備模塑料。模塑料模塑料2.2 環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂 環(huán)氧樹脂是一類含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的聚合物。環(huán)氧樹脂 由于活潑環(huán)氧基的存在，環(huán)氧樹脂可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三元網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的、不溶不熔的體型高分子化合物。環(huán)氧樹脂發(fā)展簡史 環(huán)氧樹脂的歷史是從1938年P(guān).Castan 申請瑞士專利開始的，工業(yè)化生產(chǎn)是在四十年

14、代，汽巴公司于1942年研制生產(chǎn)。1946年美國開始大量生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷，于次年開始工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)氧樹脂。 1946年發(fā)表了最初的環(huán)氧粘結(jié)劑，1947年瑞士汽巴公司牌號為Araldite的粘結(jié)劑開始引人注目，環(huán)氧樹脂從此以萬能膠聞名于世。另外SHELL公司的EPON環(huán)氧樹脂作為涂料推向市場，繼而又擴大到電機，機械方面的應(yīng)用，發(fā)展至今已在各個領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。 環(huán)氧樹脂發(fā)展簡史品種繁多，不斷發(fā)展。具有粘結(jié)性能強，力學性能優(yōu)良等特點，是聚合物基復合材料的主要基體之一。一、環(huán)氧樹脂(hun yn sh zh)的特性 （1）類型(lixng)多 樹脂組成、固化劑和改性劑的不同，產(chǎn)品性能、用途差異(ch

15、y)很大，其形態(tài)可從極低的粘度到高熔點的固體.一、環(huán)氧樹脂的特性 （2）固化容易 根據(jù)實際要求選用不同的固化劑和環(huán)氧體系，可在5-180C范圍內(nèi)快速或緩慢固化。 一、環(huán)氧樹脂的特性（3）成型收縮率低 固化時無水或揮發(fā)物發(fā)生，因而收縮率極小,環(huán)氧樹脂是熱固性樹脂中收縮性最小的一種（一般都小于2%）。它的熱膨脹系數(shù)也很?。ㄒ话銥?.010-5/C）。 在膠粘劑中環(huán)氧樹脂膠的收縮率最小，這也是環(huán)氧樹脂膠固化膠接高的原因之一。例如： 酚醛樹脂膠：810% ；有機硅樹脂膠：68%聚酯樹脂膠：48%；環(huán)氧樹脂膠：13%一、環(huán)氧樹脂的特性 （4）粘結(jié)力強 在環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)中具有羥基、醚基和極為活潑的環(huán)氧基，

16、使環(huán)氧樹脂具有很高的粘合力。 a. 羥基和醚鍵等強極性基團使環(huán)氧分子和相鄰界面間產(chǎn)生較強的粘附力； b.環(huán)氧基與含活潑氫的金屬表面反應(yīng)生成強化學鍵。 對金屬、非金屬材料有很高的粘合力。一、環(huán)氧樹脂的特性 （5）機械性能、尺寸穩(wěn)定和耐久性好，耐 熱性好一、環(huán)氧樹脂的特性（6）化學穩(wěn)定性好 耐酸、堿、溶劑、耐水，耐大多數(shù)霉菌。 在固化體系中的醚基、苯環(huán)和脂肪羥基不易受酸堿侵蝕。 在海水、石油、煤油、10%H2SO4、10%HCl、10%HAc、10%NH3、10%H3PO4和30%Na2CO3中可以用兩年； 而在50%H2SO4和10%HNO3常溫浸泡半年； 10%NaOH（100）浸泡(jnpo

17、)一個月。一、環(huán)氧樹脂(hun yn sh zh)的特性（7）電絕緣性好 在寬廣的頻率和溫度范圍內(nèi)有良好的介電性能、介電強度高，耐電弧、耐表面(biomin)漏電。 電絕緣性優(yōu)良：環(huán)氧樹脂的擊穿電壓大于35kv/mm環(huán)氧樹脂的應(yīng)用 涂料工業(yè)：環(huán)氧樹脂在涂料工業(yè)中需用量最大，目前較廣泛使用的水基涂料、粉末涂料和高固分涂料。水基涂料用于汽車車身的陽離子電泳涂料和飲料罐內(nèi)涂；環(huán)氧型粉末涂料是應(yīng)用最早的粉末涂料，目前主要課題是改善烘焙時的保色性并降低烘焙溫度；高固分涂料要求低粘度環(huán)氧樹脂，例如F型環(huán)氧樹脂和海固樹脂。汽車環(huán)氧樹脂的應(yīng)用 電子電氣工業(yè)：低分子環(huán)氧樹脂用于電氣絕緣材料，例如機電產(chǎn)品的浸絕緣

18、處理，澆注為電機定子或萬伏電纜頭，電視機的變壓器中使用的阻燃環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的應(yīng)用 建筑工業(yè)：在冬季施工或水中操作時，采用低溫固化或水下固化可得到粘接力強、耐酸堿和耐久性的效果。環(huán)氧樹脂的應(yīng)用環(huán)氧地坪涂料自從 20 世紀 80 年代末期進入中國市場以來，就憑著它的優(yōu)良附著力，機械強度及防腐蝕性能等呈現(xiàn)出其他類型涂料無法達到的優(yōu)越性。在歐美的工業(yè)、商用地面已被廣泛使用，俗稱“工業(yè)地毯”。 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用水泥地坪 易破、起灰塵、粗糙不光亮、易臟、不易清洗、適用于道路地坪，不適用于工業(yè)地坪。 石地坪 易起灰塵、春季回潮、水份不易散發(fā)、行走聲音大、油脂易滲入不易清洗，必須做打蠟保養(yǎng)。 瓷磚地坪 聲音

19、大、重車行走時易破裂、有線溝、回潮、水份難散發(fā)、易滑，不適合工業(yè)地坪，適用于辦公樓或人行走道。 木板地坪 有線鏠、易發(fā)霉、怕水、易腐壞、不易保養(yǎng)、適用于家居使用。耐磨地坪 耐磨、抗壓，不耐酸堿、易腐蝕、不防水、易受潮、潔凈美觀不夠。 環(huán)氧地坪(d pn) 附著力強、耐磨、高硬度、抗壓、耐酸堿、防霉菌、不起塵、防蝕、防水(fn shu)、防銹、表面光亮、美觀、潔凈、無接縫、維護費用低廉，適用于各種工業(yè)廠房。 環(huán)氧樹脂(hun yn sh zh)的應(yīng)用環(huán)氧地坪具有良好的耐水性，耐油性、耐酸堿性、耐腐蝕等化學特性，同時具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖壓性、耐洗刷性等物理特性。在使用時不易產(chǎn)生裂紋且易清洗、易維

20、修保養(yǎng)、可滿足現(xiàn)代工業(yè)對地坪的需要，是現(xiàn)代工業(yè)地坪最理想的地坪。環(huán)氧樹脂的應(yīng)用 膠粘劑、密封劑和復合材料領(lǐng)域：環(huán)氧樹脂在膠粘劑、密封劑中應(yīng)用最高。在復合材料領(lǐng)域，用石墨纖維或碳纖維、玻璃纖維進行增強，獲得性能優(yōu)異的輕型高強材料。2、環(huán)氧樹脂的種類環(huán)氧樹脂經(jīng)歷50多年的研制與發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)上百種規(guī)格的品種： 雙酚型環(huán)氧樹脂非雙酚型環(huán)氧樹脂 元素環(huán)氧樹脂胺基環(huán)氧樹脂縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂脂環(huán)族、脂肪族環(huán)氧樹脂（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 1 ） 雙酚A型環(huán)氧樹脂雙酚A型環(huán)氧樹脂是應(yīng)用最廣泛的樹脂之一，占環(huán)氧樹脂樹脂總產(chǎn)量的90%。在分子結(jié)構(gòu)中含有羥基和醚鍵，固化過程進一步生成新的OH和O，使固化物具有很高的

21、內(nèi)聚力和粘附力。（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 1） 雙酚A型環(huán)氧樹脂 是環(huán)氧氯丙烷與雙酚A縮聚物，因而稱雙酚A型，又叫雙酚A二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂。（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 1 ） 雙酚A型環(huán)氧樹脂n=0-19n小于2：室溫下為液體。n大于或等于2：大多為固體。組分和分子量不同，產(chǎn)品用途差異甚大，（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 2）雙酚S型環(huán)氧樹脂雙酚S型環(huán)氧樹脂是由雙酚S和過量環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下縮聚得到的耐高溫環(huán)氧樹脂。 雙酚S為淺黃色固體，由東北(dngbi)石化研究所研制，全名為“4，4二羥基二苯雙縮水(su shu)甘油醚環(huán)氧樹脂”，胺類、酸酐(sungn)、咪唑均能固化雙酚S。（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 2）

22、雙酚S型環(huán)氧樹脂 其固化物具有熱變形溫度高、熱穩(wěn)定性能好的特點。這是因為分子中極性強的砜基SO2取代雙酚A中的異丙基，提高了熱穩(wěn)定性；砜基改善了粘附力，增強了環(huán)氧基的開環(huán)活性。（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 3）雙酚F型環(huán)氧樹脂雙酚F型環(huán)氧樹脂是由雙酚F和過量環(huán)氧氯丙烷（1：10），在四甲基氯化銨和NaOH條件下，經(jīng)醚化和閉環(huán)反應(yīng)，縮聚而成的。（1）雙酚型環(huán)氧樹脂 3）雙酚F型環(huán)氧樹脂 雙酚F型環(huán)氧樹脂的粘度低，可用于碳纖維復合材料、玻纖增強塑料以及地下油井的灌封材料。（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂由環(huán)氧氯丙烷與多元醇、多元酸、多元胺等縮合而成的樹脂。隨著中間體的變化，樹脂的結(jié)構(gòu)也隨著改變，不同結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂就

23、有其不同的性能。（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂 1)甘油環(huán)氧樹脂甘油環(huán)氧樹脂是由甘油和環(huán)氧氯丙烷在氫氧化鈉存在下縮合而成的淡黃色低粘度的液體。甘油環(huán)氧樹脂是以脂肪醇為主體的，因此，能溶于醇、醚類及水中。其結(jié)構(gòu)是長鏈脂肪體，因此固化后得到的產(chǎn)物韌性很好。有較高的沖擊強度。（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂 2)酚醛環(huán)氧樹脂是由環(huán)氧氯丙烷與線形酚醛樹脂在氫氧化鈉存在下縮合而成的粘性液體(圖3)。（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂 2)酚醛環(huán)氧樹脂很好的機械強度，優(yōu)良的電絕緣性。高溫性能好。（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂 3)胺基環(huán)氧樹脂芳香族胺類與環(huán)氧氯丙烷縮合產(chǎn)物就是胺基環(huán)氧樹脂 。如589胺基環(huán)氧樹脂 ：（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂3)胺

24、基環(huán)氧樹脂(hun yn sh zh)對氨基苯酚三縮水(su shu)甘油基環(huán)氧樹脂這是由對羥基苯胺(bn n)和環(huán)氧氯丙烷縮聚得到的淺棕色液體，環(huán)氧值為0.87，25粘度為1.55.0 Pa.s。其反應(yīng)活性是雙酚A型環(huán)氧樹脂的10倍，可用酸酐、雙氰雙胺和咪唑固化，中科院化學所生產(chǎn)。（2）非雙酚型環(huán)氧樹脂 3)胺基環(huán)氧樹脂 氨基四官能環(huán)氧樹脂：又稱4，4二氨基二苯醚四縮水甘油基環(huán)氧樹脂，由4，4二氨基二苯甲烷、4，4二氨基二苯醚、4，4二氨基二苯砜在催化劑和堿作用下與環(huán)氧氯丙烷加成縮聚而成。該樹脂為淺黃色液體，環(huán)氧值為0.750.80，由上海合成樹脂廠生產(chǎn)。其平均官能度為33.5，二氨基二苯甲

25、烷、咪唑衍生物、酸酐均能固化氨基四官能環(huán)氧樹脂。固化后樹脂的交聯(lián)密度高，在高溫150老化3萬小時，其膠接強度沒有變化。（3） 元素環(huán)氧樹脂一般環(huán)氧樹脂都是有碳、氫、氧三種元素構(gòu)成的，當引進其他元素以后環(huán)氧樹脂的各方面的性能就會有很大的改變。如引進了鹵素：氟、氯、溴、碘或磷以后環(huán)氧樹脂就具有防火性。如引進了硅、鈦、硼以后環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性、電氣性能都有更進一步提高。（3） 元素環(huán)氧樹脂 1)鹵代二酚基丙烷環(huán)氧樹脂以部分鹵代二酚基丙烷代替二酚基丙烷和環(huán)氧氯丙烷在堿存在下縮聚。（3） 元素環(huán)氧樹脂 1)鹵代二酚基丙烷環(huán)氧樹脂有很高的自熄性（3） 元素環(huán)氧樹脂 2)有機鈦環(huán)氧樹脂有機鈦環(huán)氧樹脂是元素環(huán)

26、氧樹脂之一，它是用正鈦酸丁酯和二酚基丙烷環(huán)氧樹脂分子中的羥基基團進行反應(yīng)而得到的一種新型環(huán)氧樹脂。（4）特種環(huán)氧樹脂 海因樹脂（Hydantoin 環(huán)氧樹脂 Resins）1970年瑞士Ciba Geigy對海因（乙丙酰脲）氮雜環(huán)進行研制，用HCN、NH3、CO2及醛或酮合成海因環(huán)。目前主要的工業(yè)產(chǎn)品是低粘度（1.52.5 Pa.s/25）的5，5一二甲基海因環(huán)氧樹脂，商業(yè)名稱為XB2793，由江蘇丹陽縣河陽化工廠生產(chǎn)。（4）特種(tzhng)環(huán)氧樹脂 海因環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異(yuy)特點： 粘度(zhn d)低，工藝性能好。一般均為1.52.5 Pa.s，比雙酚A的最低粘度1315 Pa.s低

27、得多。 熱穩(wěn)定性能良好，耐高溫，在180上使用5000小時以上，在130使用壽命為40年。 耐高電壓和抗漏電性良好，適合于電氣工業(yè)。 海因環(huán)氧樹脂的極性很強，對碳纖維、玻璃纖維等具有很好的潤濕能力。三、環(huán)氧樹脂的牌號環(huán)氧樹脂的基本名稱仍采用我國已有的習慣名稱，即“環(huán)氧樹脂”。在名稱的前面以一個或二個漢語拼音字母表示類別，再用二位阿拉伯數(shù)字表示品種，二位阿拉伯數(shù)字標出了該品種環(huán)氧樹脂的主要性能環(huán)氧值的平均數(shù)。 環(huán)氧樹脂分子量與軟化點的關(guān)系環(huán)氧樹脂粘度與溫度的關(guān)系四、環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值環(huán)氧值：每100克環(huán)氧樹脂中含有環(huán)氧基的克當量數(shù)。環(huán)氧當量：含義是指含有一克當量環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的克數(shù)。五、環(huán)氧樹脂

28、的固化加入固化劑使線型環(huán)氧樹脂分子交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，成為不溶不熔的材料。由于活潑環(huán)氧基的存在，環(huán)氧樹脂可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三元網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的、不溶不熔的體型高分子化合物。五、環(huán)氧樹脂的固化生產(chǎn)廠家分布在沿海城市, 如天津、上海、江蘇和浙江等地。例如：脂肪多胺： 常州石化廠 間苯二胺： 上海柒化八廠 T31改性胺： 江蘇昆山助劑廠 低分子聚酰胺： 天津延安化工廠 590#改性胺和593#改性胺：上海樹脂廠 793#改性胺： 天津合材所 SK302改性胺： 江陰頤山電子化工材料廠 固化劑種類固化工藝(gngy)歷程 化合物類型(lixng) 固化溫度(wnd)固化劑種類固化劑種類

29、固化劑種類1、胺類固化劑 胺類固化機理胺類固化劑對環(huán)氧樹脂固化作用按親核加成機理進行，每一個活潑氫可以打開一個環(huán)氧基團，使之交聯(lián)固化。1、胺類固化劑脂肪族胺類：室溫固化劑 乙二胺 二乙烯三胺 雙氰胺芳香族胺類：加熱固化 間苯二胺 間苯二甲胺1、胺類固化劑 脂肪族胺類： 乙二胺（EDA）： 反應(yīng)活性大，在常溫迅速固化環(huán)氧樹脂但完全固化需4天左右。它和環(huán)氧樹脂混合后發(fā)熱量大，可使用期短，用量為8%。1、胺類固化劑 脂肪族胺類： 二乙烯三胺（DTA）和三乙烯四胺（TTA） DTA和TTA是低粘度的淺黃色液體，在25一天內(nèi)基本固化環(huán)氧樹脂，4天內(nèi)可以固化完全；在7090固化，則性能較好。 二乙烯三胺用

30、量為9-12%，最佳用量12%；三乙烯四胺用量1014%，最佳用量14%。1、胺類固化劑 芳香胺固化劑芳香胺指胺基直接與芳香環(huán)相連的胺類固化劑，其活性比脂肪胺低，要加溫固化環(huán)氧樹脂。1、 間苯二胺（MPDA）：呈白色晶體，熔點63，用量為1415%，可使用期在25為8小時。固化條件：85，2H；175，1H。熱變形溫度（HDT）150。2、 間苯二甲胺（MXDA）：無色透明液體，凝固點12，使用方便，用量為1620%，可室溫固化。1、胺類固化劑 芳香(fngxing)胺固化劑 3、4，4二氨基(nj)二苯砜（DDS）：淺黃色粉末，熔點178。其活性在芳香胺中最低。三氟化硼絡(luò)合物（甲乙(ji y

31、)酮）可促進DDS固化，可使用期75為3H。固化條件125，2H；200，2H。熱變形溫度為175。 4、 4，4二氨基二苯甲烷（DDM）：白色結(jié)晶，熔點89。用量為27-30%，可使用期25為8H。固化條件80，2H；150，2H。熱變形溫度為148。1、胺類固化劑 計算胺類固化劑的用量2、酸酐類固化劑 酸酐固化劑使用的配方體系粘度低，使用期長，需高溫固化，其固化物有良好熱穩(wěn)定性和電氣性能。 有機酸酐種類按結(jié)構(gòu)可分為：芳香族酸酐、脂肪酸酐和鹵化酸酐等類型。2、酸酐類固化劑 （1）鄰苯二甲酸酐（PA）： 白色晶體，熔點128，用量為3050%； 固化條件：120，24H；160，4H。 熱變形

32、溫度為150； 2、酸酐類固化劑(2）順丁烯二酸酐（MA） 白色晶體，熔點52.8。其酸性強，適用期長，用量為2040%，固化物較脆。2、酸酐類固化劑（3） 均苯四甲酸二酐（PMDA）： 白色結(jié)晶，熔點為286，常溫下不溶于樹脂，與環(huán)氧樹脂反應(yīng)性極強。用量為4555%，固化物的熱變形溫度200，作為耐高溫材料。例如：618#環(huán)氧樹脂 100均苯四甲酸二酐 59四氫糠醇 20將樹脂預熱7589，倒入均苯四甲酸二酐，再混入四氫糠醇溶液，此混合液80有20 min適用期。2、酸酐(sungn)類固化劑 其它(qt)酸酐類固化劑 647#酸酐(sungn)：由雙環(huán)戊二烯與順丁烯二酸酐合成。淺黃色液體，

33、用量為8090%。固化條件150160，8H。天津津東化工廠生產(chǎn)。308桐油酸酐：由桐油改性的順丁烯二酸酐。用量為100200%，固化物柔軟，延伸性好，耐熱差。固化條件：100120，610H。甲基內(nèi)次甲基四氫鄰苯二甲酸酐（MNA）：淺黃色液體，熔點為12以下，用量為80%，其固化物HDT為160，粘度為138厘泊，沸點250。2、酸酐類固化劑 酸酐的用量，根據(jù)一個酸酐基團與另一個環(huán)氧基團進行反應(yīng)，計算如下： 酸酐用量（PHR）=K酸酐分子量樹脂環(huán)氧值其中K=0.61（根據(jù)酸酐的活潑性而定） 3、高分子聚合物類酚醛樹脂，苯胺甲醛樹脂，脲醛樹脂等分別具有活性氫或酸酐基團，因此也可作固化劑。用量可

34、任意變動，硬化后的產(chǎn)物兼有高分子樹脂本身特點。如酚醛樹脂耐熱性較高，固化后的環(huán)氧樹脂的耐熱性也相應(yīng)提高。環(huán)氧樹脂復合材料的應(yīng)用 環(huán)氧樹脂工程塑料主要用于要求強度高、沖擊韌性好、具有一定耐熱性等綜合性能的工程塑料零部件。如火箭尾翼片、穿甲彈彈托、聲納鰭板等。還用作功能性塑料，如電子元件的塑封材料、水潤滑塑料軸承等。 環(huán)氧樹脂層壓塑料主要用作電機、電器的絕緣結(jié)構(gòu)件。其中環(huán)氧覆銅板的用量極大。 環(huán)氧樹脂玻璃鋼主要用作耐腐蝕容器，如貯罐、槽車、電解槽、酸洗塔等，也用作雷達罩。 高性能環(huán)氧復合材料主要用作飛機、衛(wèi)星、航天器等的結(jié)構(gòu)件，固體火箭發(fā)動機殼體，以及高級體育用品如球拍、球捧、釣魚桿、賽艇等。航天

35、飛機空間站、飛機雷達罩化工業(yè)冷卻塔交通業(yè)船舶(chunb)快速(kui s)固化2.3 酚醛樹脂(fn qun sh zh)酚醛樹脂酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物通稱為酚醛樹脂。一般常指由苯酚和甲醛經(jīng)縮聚反應(yīng)而得的合成樹脂。酚醛樹脂酚醛樹脂是工業(yè)上最早生產(chǎn)的一種合成樹脂。由于原料的化學結(jié)構(gòu)、組份用量比以及催化劑的不同，酚醛樹脂可分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩大類。酚醛樹脂酚醛樹脂雖然是最老的一類熱固性樹脂，但由于它原料易得，合成方便，以及酚醛樹脂具有良好的機械強度和耐熱性能，尤其具有突出的瞬時耐高溫燒蝕性能，而且樹脂本身又有廣泛改性的余地，所以目前酚醛樹脂仍廣泛用于制造玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料等復

36、合材料。酚醛樹脂復合材料尤其在宇航工業(yè)方面（空間飛行器、火箭、導彈等）作為瞬時耐高溫和燒蝕的結(jié)構(gòu)材料有著非常重要的用途。一. 酚醛樹脂的種類控制不同的合成條件（如酚和醛的比例，所用催化劑的類型等），可以得到兩類不同的酚醛樹脂：熱固性酚醛樹脂熱塑 性酚醛樹脂 1、熱固性酚醛樹脂熱固性酚醛樹脂是苯酚和甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物。樹脂反應(yīng)后生成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)使它具有很好的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、抗蠕變、尺寸公差小。 1、熱固性酚醛樹脂 原料：苯酚和甲醛 條件：甲醛過量 以堿為催化劑 特點：含有羥甲基結(jié)構(gòu)，可自固化1、熱固性酚醛樹脂 熱固性酚醛樹脂聚合有三個階段：甲階樹脂乙階樹脂丙階樹脂1、熱固性酚醛樹脂A階樹脂(shz

37、h)是熱固性酚醛樹脂的最初(zuch)階段，可溶于酒精甚至水中的狀態(tài),反應(yīng)程度小于凝膠點。1、熱固性酚醛樹脂(fn qun sh zh)B階樹脂反應(yīng)程度接近凝膠點。 樹脂隨著溫度不同，狀態(tài)也不同，受熱時呈橡膠狀能拉絲，冷卻后則成固體。此時的樹脂可部份溶于酒精或丙酮中。1、熱固性酚醛樹脂C階樹脂為熱固性酚醛樹脂的最終階段，樹脂成為不溶不熔的固體物質(zhì)。2、熱塑性酚醛樹脂 原料：苯酚和甲醛 條件：苯酚過量 以酸為催化劑 特點：不含羥甲基結(jié)構(gòu)， 可溶可熔二、酚醛樹脂的固化 1、熱固性酚醛樹脂含羥甲基，自身具有交聯(lián)能力。加熱固化：145175加酸固化：鹽酸、磷酸等。手糊玻璃鋼用酚醛樹脂(熱固性) 質(zhì)量指

38、標： 外 觀： 淡黃至紅棕色透明粘稠液 粘 度(涂一4，秒)： 120200 固含量()： 78 凝膠時間(25，min)：60手糊玻璃鋼用酚醛樹脂(熱固性)特點與用途： 酚醛樹脂粘度低、浸潤性好；具有良好的阻燃性和較好的耐酸性；可常溫固化，也可加熱、加壓固化。 可用于制作耐酸、耐溫的玻璃鋼制品；還可用于化工防腐等。二、酚醛樹脂的固化 2、熱塑性酚醛樹脂不含羥甲基，自身不具有交聯(lián)能力。加固化劑使之交聯(lián)。常用固化劑： 六次甲基四胺（烏洛托品），1013二、酚醛樹脂的固化 外 觀：淺黃色至棕色透明固體軟化(runhu)點：100游離(yul)酚（%）：6揮發(fā)份（%）：1二、酚醛樹脂(fn qun

39、sh zh)的固化熱塑性酚醛樹脂加入8-12%烏洛托品（六次甲基四胺）可加熱固化；可用于制作：火車、汽車、摩托車的剎車片等制動材料、摩擦材料；電氣產(chǎn)品用的膠木粉；燈泡用黏合劑打磨切割用的樹脂砂輪片橡膠耐磨劑，型砂粘接劑阻燃材料三、酚醛樹脂的性能特點密度低，強度較高，具有很高的熱強度。價格低廉。工藝性能好，有甲、乙、丙三個階段，生產(chǎn)的調(diào)節(jié)和控制較方便。耐火焰性好。有較好的電性能。四、酚醛樹脂的應(yīng)用電絕緣材料制備復合材料用于隔熱，耐高溫制備發(fā)泡蜂窩材料膠粘劑2.4 熱塑性樹脂熱塑性樹脂是指具有線型或分枝型結(jié)構(gòu)的有機高分子化合物。這一類樹脂的特點是遇熱軟化或熔融而處于可塑性狀態(tài)，冷卻后又變堅硬，而且

40、這一過程可以反復進行。熱塑性樹脂 典型代表性熱塑性樹脂如聚烯烴、氟樹脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯-丙烯腈等。 熱塑性樹脂 這類塑料雖有許多優(yōu)點，但仍有不少不足之處，如強度、硬度、耐熱性、尺寸精度等較低，熱膨脹系數(shù)較大，力學性能受溫度影響較大，蠕變、冷流、耐負荷變形較大等。 熱塑性樹脂 用玻璃纖維增強熱塑性樹脂而制得的熱塑性玻璃纖維增強復合材料，不僅可使上述缺點得到不同程度的改善，還可使某些性能達到或超過熱固性玻璃纖維增強復合材料的水平，而且仍可以用一般注射方法成型。纖維的含量通常在20%40%。 熱塑性樹脂(shzh) 用（玻璃(b l)）纖維增強熱塑性

41、塑料，可以達到下述效果：提高拉伸、彎曲、壓縮等力學(l xu)強度及彈性模量，改善蠕變性能；提高熱變形溫度；降低線膨脹系數(shù)；降低吸水率，增加尺寸穩(wěn)定性；改善熱導率；提高硬度；抑制應(yīng)力開裂；阻遲燃燒性；改善電性能。熱塑性樹脂 復合材料常用熱塑性樹脂迄今，幾乎所有的熱塑性樹脂皆可用玻璃纖維或其它纖維增強。下面對增強效果比較顯著，并得到廣泛應(yīng)用的樹脂作一介紹。2.5 高性能樹脂 高性能樹脂通常具有優(yōu)良的物理、力學、電學、熱學、耐化學腐蝕等綜合性能，其中尤以耐高溫性能最重要。它們的問世給復合材料提供了高性能的基體材料，促進了復合材料迅速地向高性能復合材料（Advanced Composite Mate

42、rials, ACM）的發(fā)展，從而促使宇航、航空、太空武器、先進軍事武器、電子技術(shù)等以更驚人的速度發(fā)展。 1、聚酰亞胺這類樹脂具有以下特性：在寬廣的溫度范圍內(nèi)保持高的強度。高的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性。優(yōu)良的磨蝕特性。優(yōu)良的電性能，在高溫下電性能基本保持恒定。具有自熄性能，發(fā)煙量小。2、聚砜和聚醚砜具有優(yōu)良的耐熱及耐熱老化性，其優(yōu)良的力學性能可以保持到200；在寬廣的溫度和頻率范圍內(nèi)具有優(yōu)良的電性能；具有優(yōu)良的耐X射線、射線和射線性能；具有優(yōu)良的耐火焰作用；純樹脂制品具有透明性。3、聚苯硫醚聚苯硫醚是目前被認為耐熱性最佳的聚合物之一。它可以在300短期受載，在240時可以長期使用。 它具有特別顯著

43、的耐化學腐蝕性能，經(jīng)高溫、長期在腐蝕介質(zhì)中使用后，聚合物的性能仍然保持(boch)完好。 聚苯硫醚對玻璃、陶瓷、金屬都有較好的粘結(jié)性能，用玻璃纖維增強時，不要求玻璃纖維經(jīng)偶聯(lián)劑處理。它的成型制品(zhpn)性能較好。 4、聚芳醚酮 聚芳醚酮中最重要(zhngyo)的是聚醚醚酮（PEEK），是由4，4-二氟二苯甲酮、對苯二酚、碳酸鉀或碳酸鈉在二苯砜溶劑中合成制得的。PEEK熱變形溫度在160左右，有相當好的熱穩(wěn)定性，它最高長期使用溫度可達200，在200下使用壽命可達5104h左右。PEEK具有優(yōu)良的長期耐蠕變性能和疲勞特性，它在高交變外力作用下經(jīng)幾萬次循環(huán)仍保持完好。第六章 金屬基復合材料金屬

44、基復合材料 金屬基復合材料是以金屬為基體， 以高強度的第二相為增強體而制得的復合材料.6.1 金屬基體材料 金屬基復合材料常用的金屬基體： 鋁及其合金、鎂及其合金、鈦及其合金、銅及其合金、鎳及其合金、不銹鋼和金屬間化合物。6.1 金屬基體材料金屬與非金屬、金屬與金屬之間形成的化合物稱金屬間化合物。 例：鈦鋁、鎳鋁等。高溫合金主要是鎳基、鐵基合金。2.變形鋁合金防銹鋁合金硬鋁合金超硬鋁合金鍛鋁合金（1）防銹鋁合金 主要(zhyo)是AlMn系及AlMg系合金。性能(xngnng)特點是具有優(yōu)良的耐蝕性、塑性和焊接性。 牌號(piho)： LF 二、鈦及鈦合金（一）純鈦 鈦是一種銀白色的金屬，密度

45、小，熔點高，高的比強度和比剛度，較高的高溫強度。鈦的熱膨脹系數(shù)很小，熱應(yīng)力較小，導熱性差，切削、磨削加工性能較差。在空氣中，容易形成薄而致密的惰性氧化膜，在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性優(yōu)良，在海水等介質(zhì)中也具有極高的耐蝕性；鈦在不同濃度的酸（HF除外）以及堿溶液和有機酸中，也具有良好的耐蝕性。 純鈦具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在882.5以上直至熔點具有體心立方晶格，稱為Ti。在882.5以下具有密排六方晶格，稱為Ti。6.2.1金屬基復合材料的種類1. 按基體分類 按基體材料分類： 鋁基復合材料 鎂基復合材料 鈦基復合材料 高溫合金基復合材料 金屬間化合物基復合 材料6.2.1金屬基復合材料的種類 (1) 鋁

46、基復合材料 在金屬基復合材料中應(yīng)用最廣的一種，具有易加工性，價格低廉. (2) 鎳基復合材料 主要用于制造高溫下工作的零部件. (3) 鈦基復合材料 鈦具有比任何其它的結(jié)構(gòu)材料更高的比強度.6.2.1金屬基復合材料的種類 2. 按增強體分類 纖維增強金屬基復合材料 顆粒、晶須增強金屬基復合材料6.2.2金屬基復合材料(f h ci lio)的基本性能1. 高比(o b)強度、高比模量纖維增強金屬基復合材料的比強度、比模量明顯(mngxin)高于金屬基體；顆粒增強金屬基復合材料的比強度雖無明顯增加，但比模量明顯提高。 橫向模量和剪切模量，金屬基復合材料遠高于聚合物基復合材料。6.2.2金屬基復合

47、材料的基本性能2. 導電、 導熱性能 金屬基體在金屬基復合材料中占有很高的體積百分比, 一般在60%以上, 仍保持金屬具有的良好的導熱和導電性.6.2.2金屬基復合材料的基本性能 3. 熱膨脹系數(shù)小， 尺寸穩(wěn)定性好 所用增強體碳纖維、 碳化硅纖維、 硼纖維、 晶須等具有很小的熱膨脹系數(shù). 4. 良好的高溫性能 金屬基體的高溫性能比聚合物高很多， 增強纖維、 晶須、顆粒在高溫下具有很高的強度和模量.6.2.2金屬基復合材料的基本性能 5. 耐磨性好 6. 良好的疲勞性能和斷裂韌性 良好的界面結(jié)合狀態(tài)可有效傳遞載荷, 阻止裂紋的擴展， 提高材料的斷裂韌性. 7. 不吸潮， 不老化，氣密性好 6.2

48、.3 金屬基體在復合材料中的作用 1. 固結(jié)增強體 2. 傳遞和承受載荷 3. 賦予復合材料一定形狀， 保證復合材 料具有一定的可加工性. 4. 復合材料的強度、 剛度、密度、耐高溫、 耐介質(zhì)、 導電、導熱等性能均與基體的相應(yīng)性質(zhì)密切相關(guān). 金屬基體的體積比 金屬基體在復合材料中占有很大的體積比. (1) 連續(xù)纖維增強金屬基復合材料中基體約占50%-70% (2) 顆粒增強金屬基復合材料中基體約占90%-25% ， 多數(shù)為80%-90% (3) 短纖維，晶須增強金屬基復合材料中基體占70%以上， 一般為80%-90%6.3 金屬基復合材料制備工藝 1）固態(tài)法 2）液態(tài)法 3）其它6.3 金屬基

49、復合材料(f h ci lio)制備工藝固態(tài)法是指在制造金屬基復合材料的過程(guchng)中， 基體基本上處于固態(tài).固態(tài)法包括粉末冶金法、固態(tài)熱壓法、 熱等靜壓法、 軋制法、熱擠壓法、熱拉拔(l b)法、 爆炸焊接法等.6.3 金屬基復合材料制備工藝液態(tài)法是指金屬基體處于熔融狀態(tài)下與固態(tài)的增強體復合的制造方法.液態(tài)法包括真空壓力浸漬法、 擠壓鑄造法、 攪拌鑄造法、 液態(tài)金屬浸漬法、 共噴沉積法、 熱噴涂法等.6.3 金屬基復合材料制備工藝 其它方法包括原位自生成、物理氣相沉積、 化學鍍、 電鍍、 復合鍍等.1. 固態(tài)法 (1) 粉末冶金法 粉末冶金工藝：首先采用超聲波或球磨等方法將金屬粉末與

50、增強體混勻， 然后冷壓預成型， 得到復合抷件， 最后通過熱壓燒結(jié)致密化獲得復合材料成品.此法可用于制造顆粒， 短切纖維， 晶須增強金屬基復合材料.1. 固態(tài)法 粉末冶金工藝優(yōu)點: 增強體的體積含量不受限制 制件尺寸可以在較大范圍內(nèi)變化 粉末冶金工藝缺點: 制造成本高受壓機噸位和工作臺面尺寸限制1. 固態(tài)法 (2)固態(tài)熱壓法固態(tài)熱壓法工藝: 在較長時間高溫及一定塑性變形下， 依靠金屬粉末（或箔）之間和金屬粉末（或箔）與增強體之間接觸部位原子間的相互擴散進行復合.固態(tài)熱壓法用于較粗直徑的纖維增強金屬基復合材料.1. 固態(tài)法 (3) 熱等靜壓法 熱等靜壓法工藝: 在高壓容器內(nèi)裝置加熱器， 將金屬基體

51、(粉末或箔)與增強材料(纖維、 晶須、 顆粒)按一定比例混合排布放入金屬包套中， 抽氣密封后裝入熱等靜壓裝置中加熱，加壓，得到金屬基復合材料.1. 固態(tài)法熱等靜壓法的優(yōu)點: 產(chǎn)品組織均勻致密，無縮孔、 氣孔等缺陷， 形狀、 尺寸精確， 性能均勻.熱等靜壓法的缺點:設(shè)備投資大、工藝周期長、成本高.1. 固態(tài)法 (4) 熱軋法、 熱擠壓法、 熱拉拔法 通過熱軋、 擠壓、 拉拔制成板材(bn ci)、管材、 型材、 棒材.1. 固態(tài)(gti)法 (5) 爆炸(bozh)焊接法 爆炸焊接法工藝: 利用炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的強大壓力， 使材料發(fā)生塑性變形， 在基體中和基體與增強體的接觸處產(chǎn)生焊接而成型復合材

52、料. 爆炸焊接法爆炸焊接法的優(yōu)點: 組分材料之間界面發(fā)生反應(yīng)的可能性小.可制造形狀復雜的零件和大尺寸的板材.2. 液態(tài)法 (1) 真空壓力浸漬法 真空壓力浸漬法是在真空和高壓惰性氣體共同作用下， 將液態(tài)金屬壓入增強材料的預制件縫隙中制備金屬基復合材料.2. 液態(tài)法 (2) 擠壓鑄造法擠壓鑄造法: 通過施加外壓使液態(tài)金屬滲入增強材料的預制件縫隙中制備金屬基復合材料的方法. 擠壓鑄造法是液態(tài)法中最重要的一種方法， 它的成本低， 增強材料及其預制件不需進行表面預處理.2. 液態(tài)法 (3) 液態(tài)金屬攪拌鑄造法 液態(tài)金屬攪拌鑄造法: 將顆粒直接加入到基體金屬熔體中， 通過攪拌使顆粒均勻分散， 然后澆鑄成

53、錠抷或鑄件的方法制造顆粒增強金屬基復合材料.2. 液態(tài)法 (4) 共噴沉積法 共噴沉積法: 液態(tài)金屬基體通過特殊的噴嘴在惰性氣體氣流的作用下霧化成細小的液態(tài)金屬流， 同時將增強顆粒加入， 共同噴向成型模具的襯底上， 凝固形成金屬基復合材料.該工藝具有其獨特的優(yōu)點：（1）高致密度，可達到理論的95-98% 。（2）快速凝固，成分均勻，很少或沒有界面反應(yīng)；（3）具有通用性和產(chǎn)品多樣性。（4）工藝流程短，工序簡單，效率高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。 如：鋁基復合材料單坯可達250公斤。3. 原位法 原位法是指在復合材料制造過程中， 增強體不是預先(yxin)放置而是在基體內(nèi)部就地生成和生長的方法.3. 原位

54、法原位法制成的復合材料中增強體與基體之間的相容性好， 具有(jyu)優(yōu)異的高溫力學性能. 選擇基體和增強相生成所需的原材料，如一定粒度的金屬粉末、硼或碳粉，按一定比例混合制成預制體，并加熱到熔化或自蔓延燃燒（SHS）反應(yīng)發(fā)生的溫度時，預制體的組成元素進行放熱反應(yīng)，以生成在基體中彌散(msn)的微觀增強顆粒、晶須和片晶等 。 6.3 金屬基復合材料的應(yīng)用 金屬基復合材料具有高的比強度、 高的比模量、好的韌性，比聚合物基復合材料高的使用溫度， 在航天、 航空、 汽車、 醫(yī)療、體育用品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景.6.3 金屬基復合材料的應(yīng)用航天飛機軌道飛行器中的管狀部件 空間望遠鏡的大型天線支桿汽車部件

55、和內(nèi)燃機連桿火箭發(fā)動機的噴管喉襯在通訊電子業(yè)中，可制作手機、筆記本外殼在汽車制造中，可做方向盤、活塞環(huán)、支架汽車制造業(yè)活塞環(huán)航空領(lǐng)域另外，據(jù)報道第七章 碳碳復合材料C/C復合材料的誕生源自偶然 1958年美國chance一vought航空公司科研人員在測定C纖維增強酚醛樹脂基復合材料中的C纖維含量時，由于實驗過程中的操作失誤，聚合物基體沒有被氧化，反而被熱解，意外地得到了C/C復合材料。在美國空軍的宇宙飛船Dyna一Soar計劃和NASA的阿波羅計劃中得到了發(fā)展。 碳/碳復合材料的發(fā)展第一階段，從C/C復合材料的發(fā)明到上世紀(shj)六十年代中期為開發(fā)階段。1958年，美國(mi u)Unio

56、n Carbide公司用人造絲(再生纖維素)及其織物進行了碳纖維及碳織物的工業(yè)生產(chǎn)，并以商品形式出售產(chǎn)品。1959年，進藤昭男用純聚PAN纖維(xinwi)制得了CF。1964年英國皇家航空研究所(RAE)，在預氧化過程中對纖維施加張力，為制取高強度和高模量CF開辟了新的途徑。在應(yīng)用方面，美法等國制定了“運載火箭材料計劃”、“為C/C噴管尋找機會計劃”等一系列以C/C復合材料為基礎(chǔ)的應(yīng)用開發(fā)計劃。第二階段，六十年代中期到七十年代中期，隨著C/C復合材料開發(fā)研究的逐步深入，進入了工程研究階段。1966年，LVT空間公司己將C/C復合材料用于阿波羅宇宙飛船控制艙光學儀器的熱防護罩和x一20飛行器的

57、鼻錐。1969年，日本東麗公司研究成功特殊的共聚PAN纖維，并結(jié)合美國Union Carbide公司的碳化技術(shù)，生產(chǎn)出高強度、高模量的CF，有力地推動了C/C復合材料的發(fā)展。1971年桑迪亞試驗室制備的C/C復合材料飛行器再入頭錐已成功地獲得應(yīng)用。1974年英國Dunlpo公司的航空分公司首次研制出了C/C復合材料飛機剎車盤，并在協(xié)和號超音速飛機上試飛成功，使每架飛機重量可以減輕544kg，剎車盤的使用壽命提高了5一6倍。第三階段，七十年代中期到八十年代中期為先進的C/C復合材料時期。C/C復合材料的各項研究進一步深入開展，坯體織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計及多向織物加工技術(shù)的成熟，成功地解決了C/C復合材料

58、的各向異性問題，并通過正確選取和設(shè)計增強織物來滿足復雜結(jié)構(gòu)的需要。對C/C復合材料的力學性能、物理性能、抗氧化性能及制備工藝進行了大量細致的研究，建立了豐富的數(shù)據(jù)庫，開始將C/C復合材料用于多元噴管及新一代高推比渦輪發(fā)動機進一步拓寬了C/C復合材料飛機剎車盤的應(yīng)用，先后在數(shù)十種軍、民用飛機中采用碳剎車盤，并將C/C復合材料的應(yīng)用從宇航擴展到了民用。由于C/C復合材料具有良好的生物相容性，八十年代初期，國內(nèi)外還開展了C/C復合材料在生物應(yīng)用上的開發(fā)，諸如人造心臟瓣膜、人造骨關(guān)節(jié)等陸續(xù)投入使用。第四階段，八十年代中期到現(xiàn)在，為C/C復合材料全面推廣應(yīng)用時期。主要目標是提高C/C復合材料性能，降低成

59、本，為此人們對其致密化技術(shù)進行了深入的研究。美國達信特種材料快速致密化(RD)工藝，使制備C/C復合材料剎車盤的時間減少了100倍，這項專利能夠在8h內(nèi)生產(chǎn)出直徑33cm的剎車盤。美國佐治亞理工大學在美國空軍的支持下改進制備C/C復合材料的方法，研究了強制氣體(qt)流動/熱梯度氣體滲入法，使C/C復合材料的沉積速率提高了30倍。 C/C復合材料(f h ci lio)組成碳/ 碳(C/ C) 復合材料：是炭纖維增強炭基體復合 材料的簡稱，結(jié)合了復合材料良好的力學性能、可設(shè)計性及炭質(zhì)材料優(yōu)異的高溫性能, 兼有結(jié)構(gòu)材料與功能(gngnng)材料的特性；基體：可分為熱解炭(CVD 炭) 和浸漬炭兩

60、種增強材料：C纖維或者石墨纖維；一、熱解碳結(jié)構(gòu)熱解碳：是通過使甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯等碳氫化合物裂解得到，其的微觀結(jié)構(gòu)可分為光學粗糙層結(jié)構(gòu)(RL) 、光滑層結(jié)構(gòu)(SL) 和各向同性結(jié)構(gòu)( ISO) 等3 種類型。二、浸漬碳 浸漬碳主要由瀝青和樹脂組成。其中瀝青主要采用天然瀝青和煤瀝青，而樹脂則可采用熱固性樹脂，也可采用熱塑性樹脂。 常用的熱固性樹脂有：酚醛、呋喃、糠醛、糠酮和聚酰亞胺等；熱塑性樹脂有：聚醚醚（PEEK）、聚芳基乙炔、聚苯并咪唑等。其中用量最多的是酚醛和呋喃類樹脂?；瘜W氣相沉積（CVD）chemical vapor deposition CVD法始于20世紀60年代，它是利