復(fù)合材料概論第章復(fù)合材料基體材料

1、復(fù)合材料概論第章復(fù)合材料的基體材料第1頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四12.1 金屬材料 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高，特別是航天航空、軍事等尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得單一材料難以滿(mǎn)足實(shí)際工程的要求，這促進(jìn)了金屬基復(fù)合材料的迅猛發(fā)展。第2頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四21與傳統(tǒng)金屬材料相比，金屬基復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛度和耐磨性2與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，金屬基復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，高溫性能好，可焊接3 與陶瓷材料相比，金屬基復(fù)合材料具有高韌性和高沖擊性能、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)第3頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6

2、點(diǎn)21分，星期四3 航空、航天領(lǐng)域輕質(zhì)、高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料：如B/Al復(fù)合材料 電子領(lǐng)域低熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱系數(shù)第4頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四4高體份（60-70%）碳化硅顆粒/鋁基復(fù)合材料電子封裝件 第5頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四5國(guó)產(chǎn)太行戰(zhàn)機(jī)用渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫高性能高鈮鈦鋁合金材料 第6頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四62.1.1 選擇基體的原則金屬與合金品種繁多，目前用作金屬基復(fù)合材料的金屬有：鋁及鋁合金，鎂合金，鈦合金，鎳合金，銅與銅合金，鋅合金，鉛、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物等?；w材料成分的正確選擇對(duì)能

3、否充分組合和發(fā)揮基體金屬和增強(qiáng)物性能特點(diǎn)，獲得預(yù)期的優(yōu)異綜合性能十分重要。第7頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四71金屬基復(fù)合材料的使用要求 2金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn)3基體金屬與增強(qiáng)體的相容性第8頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四81 金屬基復(fù)合材料的使用要求 不同領(lǐng)域、不同工況下對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件的性能要求不同。航天航空領(lǐng)域：高比強(qiáng)度、比模量、尺寸穩(wěn)定性、密度小如：鎂合金和鋁合金作為基體，與高強(qiáng)度、高模量的石墨纖維、硼纖維進(jìn)行復(fù)合。第9頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四9高性能發(fā)動(dòng)機(jī)：高比強(qiáng)度、比模量、耐高溫性、抗氧化如：鈦基合

4、金、鎳基合金以及金屬間化合物作基體，如碳化硅/鈦、鎢絲/鎳基超合金復(fù)合材料用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪葉片、轉(zhuǎn)軸、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)箱體材料。第10頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四10汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)：耐熱、耐磨、導(dǎo)熱、一定高溫強(qiáng)度、成本低廉如：選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維進(jìn)行復(fù)合，如碳化硅/鋁，碳纖維/鋁，氧化鋁/鋁等復(fù)合材料用作發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸套等零件。第11頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四11工業(yè)集成電路：高導(dǎo)熱、低膨脹如：銀、銅、鋁作為基體，與高導(dǎo)熱性、低熱膨脹的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、碳化硅顆粒復(fù)合，用作散熱元件和基板。第12頁(yè)，共73頁(yè)，

5、2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四12 針對(duì)不同的增強(qiáng)體系，應(yīng)充分分析和考慮增強(qiáng)物的特點(diǎn)來(lái)正確選擇基體合金材料。2 金屬基復(fù)合材料組成特點(diǎn)第13頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四13對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料： 基體的主要作用是以充分發(fā)揮增強(qiáng)纖維的性能，基體本身與纖維有良好的相容性和塑性，而不要求基體本身有高強(qiáng)度，可選用鋁、鎂作基體。第14頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四14對(duì)于非連續(xù)纖維增強(qiáng)（顆粒、晶須、短纖維）的金屬基復(fù)合材料： 基體是主要承載物，要求基體有很高的強(qiáng)度，可選用高強(qiáng)度的鋁合金（如，A365，6061，7075）而不用

6、鋁作為基體。第15頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四153 基體金屬與增強(qiáng)物的相容性金屬基復(fù)合材料高溫成型纖維與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面形成反應(yīng)層脆性界面反應(yīng)層受力產(chǎn)生的裂紋引起復(fù)合材料結(jié)構(gòu)破壞界面破壞產(chǎn)生原因：第16頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四16 在選擇基體時(shí)，應(yīng)充分注意與增強(qiáng)物的相容性（特別是化學(xué)相容性），并考慮到盡可能在金屬基復(fù)合材料成型過(guò)程中，抑制界面反應(yīng)。第17頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四17如何增強(qiáng)基體與增強(qiáng)物的相容性？A 對(duì)增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面處理改性B 在金屬基體中添加其他成分C 選擇適宜的成型方法第1

7、8頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四18 注意：在用鐵、鎳作為基體時(shí)，不適宜用碳（石墨）纖維作為增強(qiáng)物。因?yàn)?，鐵、鎳元素在高溫時(shí)能有效促使碳纖維石墨化，破壞了碳纖維的結(jié)構(gòu)，使其喪失原有的強(qiáng)度，而不能提高復(fù)合材料的綜合性能。第19頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四192.1.2 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基體大致可分為輕金屬基體和耐熱合金基體兩大類(lèi)。（1）用于450以下的輕金屬基體鋁、鎂合金（2）用于450700的復(fù)合材料的金屬基體鈦合金（3）用于1000以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物第20頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，

8、5月20日，6點(diǎn)21分，星期四201 用于450以下的輕金屬基體鋁、鎂合金 鋁基和鎂基復(fù)合材料，已廣泛應(yīng)用于航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零件、剎車(chē)盤(pán)等方面。第21頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四21各種牌號(hào)鋁、鎂合金的成分和性能第22頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四222 用于450700以下的復(fù)合材料基體鈦合金 鈦合金具有相對(duì)密度小、耐腐蝕、耐氧化、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，用碳化硅纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料可制成葉片和傳動(dòng)軸等零件用于高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)。第23頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四23鈦合金的成分和性能第24頁(yè)，共7

9、3頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四243 用于1000以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物 鎳基高溫合金廣泛應(yīng)用于各種燃?xì)廨啓C(jī)中，用鎢絲、釷鎢絲增強(qiáng)的鎳基可用于高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。第25頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四25高溫金屬基復(fù)合材料的基體合金成分和性能第26頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四26 目前已有應(yīng)用的功能金屬基復(fù)合材料（不含雙金屬?gòu)?fù)合材料）主要有用于微電子技術(shù)的電子封裝和熱沉材料、高導(dǎo)熱、耐電弧燒蝕的集電材料、耐高溫摩擦的耐磨材料、耐腐蝕的電池極板材料等等。主要選用的金屬基體是純鋁及鋁合金、

10、純銅及銅合金、銀、鉛、鋅等金屬。 功能用金屬基復(fù)合材料所用的金屬基體均具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性和良好的力學(xué)性能，但有熱膨脹系數(shù)大、耐電弧燒蝕性差等缺點(diǎn)。 2.1.3 功能用金屬基復(fù)合材料的基體第27頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四27用于電子封裝：高碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基、銅基復(fù)合材料，高模石墨纖維增強(qiáng)鋁基、銅基復(fù)合材料，硼/鋁復(fù)合材料等。用于耐磨零部件：碳化硅、氧化鋁、石墨顆粒、晶須、纖維等增強(qiáng)的鋁、鎂、銅、鋅、鉛等金屬基復(fù)合材料。用于集成電路：碳纖維、金屬絲、陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁、銅、銀及合金材料。第28頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四282.2 陶瓷材

11、料傳統(tǒng)陶瓷是指陶器和瓷器，主要由含二氧化硅的天然硅酸鹽礦物質(zhì)制成?，F(xiàn)代陶瓷：高純度、高性能的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等。第29頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四29單一的陶瓷存在脆性大，韌性差，很容易因存在的裂紋、空隙、雜質(zhì)等缺陷而破碎。在陶瓷基體中添加其他成分，如陶瓷粒子，纖維或晶須，可提高陶瓷的韌性。第30頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四30 作為基體材料使用的陶瓷，應(yīng)具有：優(yōu)良的耐高溫性質(zhì)、與纖維或晶須之間有良好的界面相容性以及較好的工藝性能等。 常見(jiàn)的陶瓷基體有：微晶玻璃、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。第31頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5

12、月20日，6點(diǎn)21分，星期四311 微晶玻璃微晶玻璃是通過(guò)加入晶核劑等方法，經(jīng)過(guò)熱處理過(guò)程在玻璃中形成晶核，再使晶核長(zhǎng)大而形成的玻璃與晶體共存的均勻多晶材料，又稱(chēng)為玻璃陶瓷。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)與性能與陶瓷、玻璃均不同，其性質(zhì)是由晶相的礦物組成與玻璃相的化學(xué)組成以及它們的數(shù)量決定的，集中了玻璃與陶瓷的特點(diǎn)。典型代表：Li2O-Al2O3-SiO2第32頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四32 微晶玻璃具有熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)較大等特點(diǎn)，同時(shí)還具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。第33頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四33 為獲得力學(xué)性能優(yōu)良的復(fù)合材料，加入的纖維或晶須應(yīng)與

13、基體的熱膨脹系數(shù)及彈性模量匹配，化學(xué)性能相容，并且用于增強(qiáng)的纖維或晶須應(yīng)具有良好的惰性不被基體液相腐蝕。 常見(jiàn)的有：碳纖維、碳化硅纖維（晶須）、氧化鋁纖維增強(qiáng)微晶玻璃基復(fù)合材料。第34頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四34應(yīng)用較多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2，莫來(lái)石（3Al2O3-2SiO2）等。具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等性能，但脆性大。主要的增強(qiáng)物為：陶瓷顆?；蚓ы?。2 氧化物陶瓷第35頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四35 Al2O3（剛玉）典型的純氧化物陶瓷。有較高室溫和高溫強(qiáng)度。 ZrO2使用溫度達(dá)20002

14、200，主要用作耐火坩鍋，反應(yīng)堆的絕緣材料，金屬表面的防護(hù)涂層等。有三種晶型：立方結(jié)構(gòu)（C相）、四方結(jié)構(gòu)（t相）和單斜結(jié)構(gòu)（m相），加入適量的穩(wěn)定劑后，t相可以亞穩(wěn)定狀態(tài)存在于室溫，稱(chēng)部分穩(wěn)定ZrO2。在壓力作用下發(fā)生t-m馬氏體轉(zhuǎn)變，稱(chēng)應(yīng)力誘導(dǎo)相變。這種相變將吸收能量，使裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而實(shí)現(xiàn)增韌，常用的穩(wěn)定劑有MgO、Y2O3等。第36頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四363 非氧化物陶瓷 指不含氧的金屬碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。自然界比較少，需要人工合成，是先進(jìn)陶瓷特別是金屬陶瓷的主要成分和晶相，主要由共價(jià)鍵結(jié)合而成，也有一定的金屬

15、鍵成分。 共價(jià)鍵結(jié)合能比較高材料有高的耐火度、高的硬度（有的接近金剛石）、高的耐磨性，但脆性大，抗氧化能力低。 第37頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四37氮化硅陶瓷(Si3N4) 共價(jià)鍵化合物的原子自擴(kuò)散系數(shù)非常高，高純的Si3N4 的固相燒結(jié)極為困難。因此，常用反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)。前者是將Si3N4粉以適當(dāng)?shù)姆绞匠尚魏?，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行氮化合成(約1350）。后者是將加適當(dāng)?shù)闹鸁齽?(MgO,Al2O3,16001700) 燒結(jié)。第38頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四38氮化硼和氮化鈦陶瓷 氮化硼陶瓷 BN有兩種晶型：六方BN結(jié)構(gòu)，性能與石墨相似

16、，因此有白石墨之稱(chēng)。HBN硬度不高，是唯一易于機(jī)械加工的陶瓷。高溫（15002000)高壓（69103MPa ）下可轉(zhuǎn)化為立方BN(CBN）。CBN的硬度接近于金剛石，是極好的耐磨材料。第39頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四39 氮化鈦陶瓷 TiN是一種新型的結(jié)構(gòu)材料，硬度大、高熔點(diǎn)（2950）、化學(xué)穩(wěn)定性好，而且金黃色金屬光澤。是一種很好的耐火耐磨材料及受人歡迎的代金裝飾材料。 TiN還有導(dǎo)電性，可用作熔鹽電極以及電觸頭等材料；TiN具有較高的超導(dǎo)臨界溫度，還是一種優(yōu)良的超導(dǎo)材料。第40頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四40碳化硅陶瓷材 料制備溫

17、度（）抗彎強(qiáng)度（室溫三點(diǎn)）Mpa密度/gcm-3 彈性模量/MPa線(xiàn)膨脹系數(shù)/(201000)反應(yīng)燒結(jié)SiC160017001594243.093.12380420103 5.24.410-6 熱壓SiC180020007187603.193.2440103 4.810-6 CVD SiC涂層120018007319932.953.21480103 重結(jié)晶SiC160017001702.6206103 燒結(jié)SiC（摻SiCB4C ）195021002803.11 燒結(jié)SiC （摻B）195021005403.14.910-6 第41頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四41碳

18、化硼和碳化鈦陶瓷 碳化硼陶瓷 碳化硼屬于六方晶系。重量輕，硬度高（50GPa，僅次于金剛石），耐磨性好，熱穩(wěn)定性好，耐酸。耐堿性?？捎米鲊娚白欤邢鞴ぞ?，高溫?zé)峤粨Q器、輕型裝甲陶瓷等。 B4C粉末一般用適量的碳還原氧化硼制得：B2O3+CB4C B4C陶瓷難以燒結(jié)，原因是燒成溫度范圍窄，溫度過(guò)低，燒結(jié)不致密，溫度太高易導(dǎo)致B4C分解。第42頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四42碳化硼和碳化鈦陶瓷 碳化鈦陶瓷 碳化鈦結(jié)晶為面心立方晶格（NaCl型)。晶格常數(shù)為0.4319nm，密度為4.934.9 gcm-3 ，熔點(diǎn)為31603250，1.15K時(shí)TiC呈現(xiàn)超導(dǎo)特性，TiC

19、莫氏硬度910，彈性模量322MPa，可用作耐磨材料。 TiC粉末制取方法： 2TiO2+C=Ti2O3+CO Ti2O3+C=2TiO+CO TiO+2C=TiC+CO TiC陶瓷的燒結(jié)方法主要有熱壓法。透明的TiC陶瓷是較好的光學(xué)功能材料。第43頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四43二硅化鉬陶瓷 MoSi2是介于無(wú)機(jī)非金屬與金屬間化合物之間的材料，結(jié)合方式為共價(jià)鍵與金屬鍵。熔點(diǎn)2030，800 以上發(fā)生氧化反應(yīng)形成SiO2保護(hù)層，能阻止氧化的繼續(xù)發(fā)生?？梢宰鳛楦邷剡B接材料。第44頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四442.3.1 基體材料的組分及作

20、用聚合物基體： 基體材料主要成分，決定復(fù)合材料的性能、成型工藝及價(jià)格。（幾乎不是單一的，還包括輔助材料）輔助材料的加入可以改變材料的使用性能，工藝性，成本，應(yīng)用范圍等等。因此輔助材料的研究也極為重要。要求：具有較高的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性能和耐老化性能，并且要施工簡(jiǎn)單，有良好的工藝性能。2.3 聚合物材料第45頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四452 輔助劑：（1）交聯(lián)劑（引發(fā)劑、促進(jìn)劑） 交聯(lián)劑：能在線(xiàn)型分子間起架橋作用從而使多個(gè)線(xiàn)型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。 促進(jìn)或調(diào)節(jié)聚合物分子鏈間共價(jià)鍵或離子鍵形成的物質(zhì)。也稱(chēng)為固化劑。(為什么要用交聯(lián)劑？常用的交聯(lián)劑，

21、p25) 引發(fā)劑：指一類(lèi)容易受熱分解成自由基的化合物，可用于引發(fā)烯類(lèi)、雙烯類(lèi)單體的自由基聚合和共聚合反應(yīng)，也可用于不飽和聚酯的交聯(lián)固化和高分子交聯(lián)反應(yīng)。 （臨界溫度和半衰期，常用的引發(fā)劑，p26） 促進(jìn)劑：與催化劑或交聯(lián)劑并用時(shí)，可以提高反應(yīng)速率的一種用量較少的物質(zhì)。（作用？） 第46頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四46（2）稀釋劑：降低聚合物基體粘度，便于施工。非活性稀釋劑：不參與樹(shù)脂固化反應(yīng)，樹(shù)脂成型中揮發(fā)，加入量為1060%。如：丙酮、乙醇、甲苯、苯活性稀釋劑：不與樹(shù)脂固化反應(yīng)，成為材料成分，加入量為10%。如：苯乙烯（不飽和）、環(huán)氧丙烷丁基醚 第47頁(yè)，共73頁(yè)

22、，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四47（3） 增韌（增塑）劑降低樹(shù)脂剛性、提高塑性，將導(dǎo)致強(qiáng)度和耐熱性下降。如：鄰苯二甲酚酯、聚酰胺 等。（4）觸變劑提高樹(shù)脂在靜止?fàn)顟B(tài)下的粘度，在外力作用下，樹(shù)脂又變成流動(dòng)性液體。適合于大型產(chǎn)品，尤其在垂直面上使用，加入量為13%。如：活性SiO2(白炭黑)、膨潤(rùn)土、聚氯乙烯粉。第48頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四48（5） 填料降低成本，改善性能（降低收縮率，提高表面硬度和耐磨性能、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等）。如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金屬粉。（6） 顏料用量約0.55%要求：顏色鮮明，有耐熱性和耐光性；在樹(shù)脂中分散良好，不影響

23、樹(shù)脂固化。一般選用無(wú)機(jī)顏料，有機(jī)顏料影響樹(shù)脂固化。第49頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四493 基體的作用均衡載荷，傳遞載荷（將單根的纖維粘成整體）；保護(hù)纖維，防止纖維磨損；賦予復(fù)合材料各種特性（耐熱、耐腐蝕、阻燃、抗輻射）；決定復(fù)合材料生產(chǎn)工藝、成型方法。 P21，總結(jié)了三種作用。 基體材料與纖維的膠接強(qiáng)度、基體材料本身的剪切強(qiáng)度和模量。（p21/22）第50頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四504 基體材料的選用原則產(chǎn)品性能工藝性能成本及來(lái)源基體材料綜合決定第51頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四512.3.2 基體材料的

24、結(jié)構(gòu)和性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）分子鏈很大（103105個(gè)結(jié)構(gòu)單元）：線(xiàn)形的，支鏈的，網(wǎng)狀的，均聚和共聚。（2）鏈長(zhǎng)有限的聚合物分子中含有官能團(tuán)或端基。（端基反應(yīng)）（3）聚合物分子間的作用力： 若分子鏈中化學(xué)鍵有一定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由度，則柔性大，反之，則呈剛性。第52頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四52一、力學(xué)性能1. 強(qiáng)度與模量主要因素是分子內(nèi)和分子間的作用力。基體材料的破壞是主鏈上的化學(xué)鍵斷裂或是分子間相互作用力的破壞?；w彈性模量低，纖維受拉時(shí)單獨(dú)受力，纖維單根或單束斷裂；基體彈性模量高，纖維受拉時(shí)由于粘接力作用，纖維表面整體強(qiáng)度高。2. 樹(shù)脂內(nèi)聚強(qiáng)度固化程度提高，分子量增

25、大，內(nèi)聚強(qiáng)度升高；機(jī)械強(qiáng)度增加并達(dá)到穩(wěn)定值；固化程度很高，則樹(shù)脂形變能力減低，呈現(xiàn)脆性性能第53頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四533. 樹(shù)脂斷裂延伸率聚合物形變：普彈形變、高彈形變、粘流形變普彈形變：由聚合物分子的鍵長(zhǎng)和鍵角改變引起， 變形較?。?%）（小應(yīng)力小形變）高彈形變：由大分子鏈的鏈段移動(dòng)引起，是聚合物主 要變形形式（Tg以上）（小應(yīng)力大形變）強(qiáng)迫高彈形變（Tg以下）：在外力作用量夠大，時(shí)間 是夠長(zhǎng)條件下出現(xiàn)（大應(yīng)力大形變） 決定因素：大分子鏈的柔韌性、大分子鏈間的交聯(lián)密度第54頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四544. 樹(shù)脂體積收縮率：

26、物理收縮、化學(xué)收縮固化收縮率：環(huán)氧樹(shù)脂12%；聚酯樹(shù)脂46%；酚醛樹(shù)脂810%影響因素：固化前樹(shù)脂系統(tǒng)（包括樹(shù)脂、固化劑等）的密度； 基體固化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密程度； 固化過(guò)程中有無(wú)小分子釋放。降低收縮率方法：調(diào)節(jié)樹(shù)脂大分子鏈段充分伸直，固化前分子 間填充密實(shí)，固化后有緊密的空間網(wǎng)絡(luò)。第55頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四55 固化是指線(xiàn)型樹(shù)脂在固化劑存在下或加熱條件下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成不溶、不熔，具有體型結(jié)構(gòu)的固態(tài)樹(shù)脂的全過(guò)程。凝膠：定型：熟化： 液態(tài)樹(shù)脂可溶線(xiàn)型小分子 固態(tài)樹(shù)脂不溶不熔體型結(jié)構(gòu)大分子固化粘流態(tài)樹(shù)脂半固態(tài)凝膠失去流動(dòng)性凝膠硬度、形狀表觀(guān)上變硬，一定

27、力學(xué)性能，經(jīng)后處理，穩(wěn)定物理化學(xué)性能p22/23,*固化階段第56頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四56二、耐熱性能復(fù)合材料耐熱性：溫度升高，性能變化物理性能：模量、強(qiáng)度、變形化學(xué)性能：失重、分解、氧化、交聯(lián)樹(shù)脂耐熱性物理耐熱性：在一定溫度條件下，仍然保持 其作為基體材料的強(qiáng)度化學(xué)耐熱性：樹(shù)脂發(fā)生熱老化或交聯(lián)時(shí)的溫度范圍聚合物受熱變化物理變化：變形、軟化、流動(dòng)、熔融化學(xué)變化：分子鏈交聯(lián)、氧化、產(chǎn)生氣體等第57頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四57提高樹(shù)脂耐熱性方法：增加高分子鏈剛性：引入共軛雙鍵、三鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)；進(jìn)行結(jié)晶：-C-O-C-, -OH,

28、-NH2等；進(jìn)行交聯(lián)：交聯(lián)鍵增加，提高分子間作用力。熱穩(wěn)定性：p23第58頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四58三、耐腐蝕性能p24樹(shù)脂的腐蝕物理作用：溶脹或溶解，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，性能下降影響因素：樹(shù)脂結(jié)構(gòu)樹(shù)脂含量樹(shù)脂固化交聯(lián)密度化學(xué)作用：化學(xué)鍵破壞或新的化學(xué)鍵第59頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四59四、介電性能 樹(shù)脂分子由共價(jià)鍵組成，是一種優(yōu)良的電絕緣材料.極性大的分子一般介電常數(shù)也大影響因素：樹(shù)脂大分子的極性：極性增加，電絕緣性下降；固化樹(shù)脂雜質(zhì)含量及種類(lèi)第60頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四602.3.3 熱固性樹(shù)脂基

29、復(fù)合材料樹(shù)脂加熱后產(chǎn)生化學(xué)變化，逐漸硬化成型，再受熱也不軟化，也不能溶解。熱固性樹(shù)脂其分子結(jié)構(gòu)為體型，它包括大部分的縮合樹(shù)脂，熱固性樹(shù)脂有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹(shù)脂等。 第61頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四611. 不飽和聚酯樹(shù)脂聚酯包括飽和聚酯和不飽和聚酯。飽和聚酯：沒(méi)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(duì)分子質(zhì)量不高的線(xiàn)型高分子化合物。不飽和聚酯樹(shù)脂：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，配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱(chēng)之為不飽和聚酯樹(shù)

30、脂。不飽和聚酯樹(shù)脂主要應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料。第62頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四62主要特點(diǎn)：工藝性能好，粘度低可在室溫下成型；價(jià)格低廉；固化時(shí)體積收縮率大，成型時(shí)氣味和毒性較大；耐熱性、強(qiáng)度和模量較低，易變形第63頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四63常用不飽和聚酯樹(shù)脂牌號(hào)主要成分技術(shù)指標(biāo)性能與用途FL191丙二醇/苯乙烯苯酐/順酐酸值：2838 mgKOH/g粘度：0.250.45Pa.S室溫凝膠時(shí)間：1222min耐光通用型樹(shù)脂，適用于平板和波紋板等玻纖增強(qiáng)產(chǎn)品FL189乙二醇/苯酐順酐/苯乙烯2028 mgKOH/g0.250.45Pa.S6.511.5min耐水耐候樹(shù)脂、冷卻塔、衛(wèi)生潔具FL195丙二醇/苯酐/順酐苯乙烯2735 mgKOH/g0.120.22Pa.S3054min高透光率樹(shù)脂、透明板材、采光罩FL198丙二醇/苯酐順酐/苯乙烯2028 mgKOH/g0.450.85Pa.S610min高活性樹(shù)脂、適用于強(qiáng)度高、耐中溫纖維增強(qiáng)塑料第64頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期四642.環(huán)氧樹(shù)脂 分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物， 它們的相對(duì)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(tuán)為其特征，環(huán)氧基團(tuán)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)