22聚合物基體解析課件

1、2.4聚合物基體12.4聚合物基體1 聚合物定義聚合物-Polymer：具有非常大的分子量的化合物(高分子),分子間由結(jié)構(gòu)單元、或單體經(jīng)由共價鍵連接在一起。一般相對分子量高于10000。Polymer-源于希臘字，polys-多；meros-小的單位(part)。很多小單位連結(jié)在一起的這種特別的分子，我們稱之為聚合物。2 聚合物定義聚合物-Polymer：具有非常大的分子量的化按性能分類塑 料纖 維橡 膠涂 料膠粘劑功能高分子以聚合物為基礎，加入（或不加）各種助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或剛性材料。具有可逆形變的高彈性材料。纖細而柔軟的絲狀物，長度至少為直徑的100倍。涂布于物體表面能成堅

2、韌的薄膜、起裝飾和保護作用的聚合物材料能通過粘合的方法將兩種以上的物體連接在一起的聚合物材料具有特殊功能與用途但用量不大的精細高分子材料 高分子材料的種類復合材料基體3按性能分類塑 料纖 維橡 膠涂 料膠粘劑功能高分子以聚合橡膠的發(fā)展4橡膠的發(fā)展4塑料的發(fā)現(xiàn)1869年31歲的印刷工人約翰海阿特發(fā)明賽璐珞1909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂在纖維素中的部分羥根(氫氧根)被硝化后會得到焦木素。焦木素溶于乙醇和乙醚的混合物，再加入樟腦等蒸發(fā)后會得到一種物質(zhì)，它受熱后變軟，冷卻后變硬，這種物質(zhì)被稱為“賽璐璐”。 使塑料從化學實驗室中的珍品一躍而成為公眾關(guān)注的對象，是塑料被引入臺球室這一戲劇性事件引發(fā)的。以前的

3、臺球是用象牙做的，象牙只能來源于死了的大象，數(shù)量自然非常有限。19世紀60年代初，有人懸賞 1萬美元征求臺球的最好代用品。1869年，美國的海厄特利用“賽璐璐”制出了廉價臺球，從而贏得了這筆獎金。從此，賽璐璐被用來制造各種物品，從兒童玩具到襯衫領(lǐng)子中都有賽璐璐。 5塑料的發(fā)現(xiàn)1869年31歲的印刷工人約翰海阿特發(fā)明賽璐珞11855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液，制得第一根人造纖維；1883年，法國人de Chardonnet把硝化纖維素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造絲；纖維的發(fā)展61855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液現(xiàn)代生活中的高分子材料塑料7

4、現(xiàn)代生活中的高分子材料塑料7現(xiàn)代生活中的高分子材料塑料8現(xiàn)代生活中的高分子材料塑料8現(xiàn)代生活中的高分子材料特種塑料9現(xiàn)代生活中的高分子材料特種塑料9現(xiàn)代生活中的高分子材料橡膠10現(xiàn)代生活中的高分子材料橡膠10現(xiàn)代生活中的高分子材料橡膠11現(xiàn)代生活中的高分子材料橡膠11現(xiàn)代生活中的高分子材料纖維12現(xiàn)代生活中的高分子材料纖維12人造心臟人工心臟瓣膜生物材料13人造心臟人工心臟瓣膜生物材料13人造關(guān)節(jié)人工腎生物材料14人造關(guān)節(jié)人工腎生物材料14農(nóng)用塑料：薄膜 灌溉用管建筑工業(yè)：給排水管PVC、HDPE 塑料門窗 涂料油漆 復合地板、家具人造木材、地板 PVC天花板包裝工業(yè)：塑料薄膜：PE、PP、P

5、S、PET、PA等 中空容器：PET、PE、PP等 泡沫塑料：PE、PU等汽車工業(yè)：塑料件、儀表盤、保險機、油箱內(nèi)飾件、坐墊等軍工工業(yè)：飛機和火箭固體燃料（低聚物）、復合纖維等 高分子材料的應用 高分子材料遍及各行各業(yè)，各個領(lǐng)域：包裝、農(nóng)林牧漁、建筑、電子電氣，交通運輸、家庭日用、機械、化工、紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、玩具、文教辦公、家具等等。15 高分子材料的應用 高分子材料遍及各行各業(yè)，各電氣工業(yè)：絕緣材料（導熱性、電阻率）等、導電高分子 電子：通訊光纖、電纜、電線、光盤、手機、電話 家用電器：外殼、內(nèi)膽（電視、電腦、空調(diào)）等醫(yī)療衛(wèi)生中的應用： 人工心臟、人工臟器、人工腎（PU）、 人工肌肉、輸液管

6、、血袋、注射器、 可溶縫合線、藥物釋放等。防腐工程：耐腐蝕性，防腐結(jié)構(gòu)材料。如水管閥門（PTFE）： 230260長期工作，適合溫度高腐蝕嚴重的產(chǎn)品。功能高分子：離子交換樹脂、高分子分離膜、高吸水性樹脂、 光刻膠、感光樹脂、醫(yī)用高分子、液晶高分子、 高導電高分子、電致發(fā)光高分子等。 高分子材料的應用16電氣工業(yè)：絕緣材料（導熱性、電阻率）等、導電高分子 高分子2.4.1聚合物基體的種類、組分和作用1. Composite matrix-聚合物的種類：熱固性基體: 如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬樹脂、不飽和聚酯等，它們在制成最終產(chǎn)品前，通常為分子量較小的液態(tài)或固態(tài)預聚體，經(jīng)加熱或加固化劑發(fā)生化學反應

7、固化后，形成不溶不熔的三維網(wǎng)狀高分子，這類基體通常是無定形的。熱塑性基體: 如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等，它們是一類線形或有支鏈的固態(tài)高分子，可溶可熔，可反復加工成型而無任何化學變化。按樹脂受熱行為172.4.1聚合物基體的種類、組分和作用1. Composit2.4.1聚合物基體的種類、組分和作用1.1.熱固性樹脂特點：傳統(tǒng)的聚合物基體是熱固性的，其最大的優(yōu)點是具有良好的工藝性。(由于固化前，熱固性樹脂粘度很低，因而宜于在常溫常壓下浸漬纖維，并在較低的溫度和壓力下固化成型)；固化后具有良好的耐藥品性和抗蠕變性缺點：預浸料需低溫冷藏且貯存期有限，成型周期長和材料韌性差優(yōu)點：1

8、82.4.1聚合物基體的種類、組分和作用1.1.熱固性樹脂特點2.4.1聚合物基體的種類、組分和作用1.2.熱塑性樹脂特點：具有高斷裂韌性(高斷裂應變和高沖擊強度)，這使得FRP具有更高的損傷容限。預浸料不需冷藏且貯存期無限、成型周期短、可再成型、易于修補、廢品及邊角料可再生利用等優(yōu)點。優(yōu)點：工藝性差。(熔體或溶液粘度很高，纖維浸漬困難，預浸料制備及制品成型需要在高溫高壓下進行)缺點：聚碳酸酯或尼龍這樣一些工程塑料，因耐熱性、抗蠕變性或耐藥品性等方面問題而使應用受到限制。192.4.1聚合物基體的種類、組分和作用1.2.熱塑性樹脂特點2.4.1聚合物基體的種類、組分和作用2. 聚合物基體的組分

9、：聚合物稀釋劑促進劑固化劑增韌劑改進工藝、降低成本、提高性能、擴大應用范圍。202.4.1聚合物基體的種類、組分和作用2. 聚合物基體的組分2.4.1聚合物基體的種類、組分和作用3. 聚合物基體的作用：將纖維粘合成整體并使纖維位置固定，在纖維間傳遞載荷，并使載荷均衡；基體決定復合材料的很多性能。如復合材料的高溫使用性能(耐熱性)、強度、疲勞性能、斷裂韌性、剪切性能、耐介質(zhì)性能(如耐水、耐化學品性能)等；基體決定復合材料成型工藝方法以及工藝參數(shù)選擇等；基體保護纖維免受各種損傷。212.4.1聚合物基體的種類、組分和作用3. 聚合物基體的作用2.4.1聚合物基體的種類、組分和作用4.聚合物基體的選

10、擇：對聚合物基體的選擇應遵循下列原則：(1) 能夠滿足產(chǎn)品的使用需要。如：使用溫度、強度、剛度、耐藥品性、耐腐蝕性等;(2)對纖維具有良好的浸潤性和粘接力;(3)容易操作，如要求膠液具有足夠長的適用期、預浸料具有足夠長的貯存期、固化收縮小等;(4)低毒性、低刺激性;(5)價格合理。222.4.1聚合物基體的種類、組分和作用4.聚合物基體的選擇：2.4.3熱固性樹脂基體1.概述不飽和聚酯樹脂環(huán)氧樹脂酚醛樹脂連續(xù)纖維增強樹脂基復合材料GF增強塑料耐腐蝕性或先進復合材料基體232.4.3熱固性樹脂基體1.概述不飽和聚酯樹脂環(huán)氧樹脂酚醛樹1.1熱固性樹脂基本性能：2.4.2熱固性樹脂基體241.1熱固

11、性樹脂基本性能：2.4.2熱固性樹脂基體241.不飽和聚酯樹脂聚酯包括飽和聚酯和不飽和聚酯。飽和聚酯：沒有非芳族的不飽和鍵不飽和聚酯：含有非芳族的不飽和鍵,由不飽和二元羧酸或酸酐、飽和二元羧酸或酸酐與多元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的相對分子質(zhì)量不高的線型高分子化合物。不飽和聚酯樹脂：在聚酯化縮聚反應結(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飽和聚酯樹脂。具有線型結(jié)構(gòu)、可溶、分子量不高且主鏈上同時具有重復酯鍵及不飽和雙鍵。251.不飽和聚酯樹脂聚酯包括飽和聚酯和不飽和聚酯。25不飽和聚酯樹脂性能特點：1.工藝性能優(yōu)良。這是不飽和聚酯樹脂最大的優(yōu)點。可以在室

12、溫下固化，常壓下成型，工藝性能靈活，特別適合大型和現(xiàn)場制造玻璃鋼制品。2.固化后樹脂綜合性能好。3. 價格低廉。4.缺點是固化時收縮率較大，成型時氣味和毒性大，綜合性能低。主要是GF增強，用于民用和生活用品。26不飽和聚酯樹脂性能特點：1.工藝性能優(yōu)良。這是不飽和聚酯樹脂儲罐管道格柵27儲罐管道格柵27(2)交聯(lián)劑、引發(fā)劑和促進劑(a) 交聯(lián)劑不飽和雙鍵加熱體型結(jié)構(gòu)脆無實用價值溶于烯類單體體型結(jié)構(gòu)產(chǎn)物共聚合性能改善既是溶劑，又是交聯(lián)劑：選擇和用量直接影響著樹脂的工藝性能 以及固化物的性能。苯乙烯，其它還有甲基丙烯甲酯、鄰苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯、三聚氰酸三丙酯等28(2)交聯(lián)劑、引發(fā)劑和促

13、進劑(a) 交聯(lián)劑不飽和雙鍵加熱體型(b) 引發(fā)劑引發(fā)劑一般為有機過氧化物，引發(fā)不飽和樹脂固化反應的進行。29(b) 引發(fā)劑引發(fā)劑一般為有機過氧化物，引發(fā)不飽和樹脂固化反(c) 促進劑把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。促進劑種類很多，各有其適用性。對過氧化物有效的促進劑有：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。30(c) 促進劑把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。促進劑種類很多(3).不飽和聚酯樹脂固化特點不飽和聚酯樹脂的固化是一個放熱反應，其過程可分為三個階段膠凝階段硬化階段完全固化階段對成型工藝起決定性作用，是固化過程最重要的階段。阻聚劑、引發(fā)劑和促進劑的加入量，環(huán)境溫度和濕度，樹脂的體積，交

14、聯(lián)劑蒸發(fā)損失等室溫下，這段時間可能要幾天至幾星期。完全固化通常是在室溫下進行，并可用后處理的方法來加速，如在80 保溫3小時31(3).不飽和聚酯樹脂固化特點不飽和聚酯樹脂的固化是一個放熱2.環(huán)氧樹脂 分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質(zhì)量都不高。 分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。322.環(huán)氧樹脂 分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團環(huán)氧樹脂的性能及特點： 在樹脂基復合材料中，用

15、量僅次于不飽和樹脂。其綜合性能明顯優(yōu)于不飽和樹脂。在受力構(gòu)件、耐堿、電性能要求較高的場合一般使用環(huán)氧樹脂。主要類型: (1) “雙酚A型環(huán)氧樹脂”、又稱“E”型環(huán)氧樹脂 (2) “脂環(huán)族環(huán)氧樹脂” 環(huán)氧樹脂俗稱萬能膠。 堿33環(huán)氧樹脂的性能及特點：堿331. 粘結(jié)力強；2. 固化收縮小，固化體積收縮率1%4%，制品尺寸穩(wěn)定性好；3. 電絕緣性、耐化學腐蝕性能(特別是耐堿性)好；4. 固化物機械強度高；5. 樹脂保存期長，可制成B階樹脂，有良好制造預浸漬制品的特性。樹脂是半熱塑性的，其特點是在室溫下呈硬而脆可部分溶于丙酮。優(yōu)點：環(huán)氧樹脂中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有突出的粘附力

16、環(huán)氧樹脂與固化劑的反應中沒有水或其他揮發(fā)性副產(chǎn)物產(chǎn)生。341. 粘結(jié)力強；樹脂是半熱塑性的，其特點是在室溫下呈硬而脆可1. 價格較高；2. 粘度大(指雙酚A型)，一般不適合噴射成型；3. 固化時間比聚酯長，達到完全固化必須熱處理；4. 固化劑毒性大。缺點：351. 價格較高；缺點：35(1）固化劑；（2）稀釋劑；（3）增韌改性劑；（4）填料；（5）其它。 凡能與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基發(fā)生反應，使樹脂固化的物質(zhì)，統(tǒng)稱為固化劑或硬化劑。常用的有胺類固化劑、酸酐類固化劑、咪唑類固化刑、潛伏性固化劑，以及其他類型的固化劑使用要求應用領(lǐng)域：膠黏劑、涂料、建筑、航空航天復合材料等。36(1）固化劑；凡能與環(huán)氧樹

17、脂中環(huán)氧基發(fā)生反應，使樹脂固化的物涂料高爾夫球桿37涂料高爾夫球桿37酚醛樹脂隨酚類和醛類配比用量不同和使用的催化劑不同所得到的酚醛樹脂分熱固性和熱塑性兩大類。在國內(nèi)，作為纖維增強塑料基體用的酚醛樹脂大多采用熱固性樹脂。酚醛樹脂也叫電木，又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍等顏色，有顆粒、粉末狀 。3.酚醛樹脂38酚醛樹脂隨酚類和醛類配比用量不同和使用的催化劑不同所得到的酚粘附性差、脆性大、機械強度小于環(huán)氧，但價格便宜。酚醛樹脂的含碳量高，可在1000度以上瞬時使用，因此用它制造耐燒蝕材料，做宇宙飛行器載入大氣的防護制件。應用領(lǐng)域：生產(chǎn)壓塑粉、層壓

18、塑料；制造清漆或絕緣、耐腐蝕涂料；制造日用品、裝飾品；制造隔音、隔熱材料等。 常見的高壓電插座、家具塑料把手等等特點及應用加熱即可固化，有無固化劑都可。固化時有小分子析出，體積收縮率大39粘附性差、脆性大、機械強度小于環(huán)氧，但價格便宜。酚醛樹脂的含絕緣板渦輪涂層-耐燒蝕40絕緣板渦輪涂層-耐燒蝕402.4.3 熱塑性樹脂基體概述熱塑性聚合物：是指具有線型或支鏈型結(jié)構(gòu)的有機高分子化合物。這類聚合物可以反復受熱軟化(或熔化)，而冷卻后變硬。常用的熱塑性樹脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚苯硫等。典型的熱塑性聚合物：聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜。412.4.3 熱塑

19、性樹脂基體概述熱塑性聚合物：是指具有線型或支2.4.3 熱塑性樹脂基體聚酰胺主鏈上含有許多重復的酰胺基，用作塑料時稱尼龍，用作合成纖維時我們稱為錦綸，目前聚酰胺品種多達幾十種，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應用最廣泛。 (1) 聚酰胺(PA)有良好的綜合性能，包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強改性，提高性能和擴大應用范圍 。發(fā)展概況：是美國DuPont公司最先開發(fā)用于纖維的樹脂，于1939年實現(xiàn)工業(yè)化。20世紀50年代開始開發(fā)和生產(chǎn)注塑制品，以取代金屬滿足下游工業(yè)制品輕量化、降低成本的要求。種類性能特點422.4.3 熱塑性樹脂基體聚酰胺主鏈上含有許多重復的酰胺基，2.4.3 熱塑性樹脂基體(2) 聚碳酸酯(PC)是一種無色透明的無定性熱塑性材料 耐熱性好，抗沖擊，阻燃性好，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機械性能；折射率高，加工性能好 。不耐強酸，不耐強堿、耐磨性差 。PA是日常常見的一種材料。由于其無色透明和優(yōu)異的抗沖擊性，常見的應用有光碟，眼鏡片，水瓶，防彈玻璃