聚合物基復(fù)合材料

關(guān)于聚合物基復(fù)合材料第1頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五目錄4.1概述4.2聚合物基體4.3纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料4.4聚合物基復(fù)合材料的制備和加工4.5聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用第2頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.1概述

聚合物基復(fù)合材料（PMC）是以有機(jī)聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料組合而成的。聚合物基體材料雖然強(qiáng)度低，但由于其粘接性能好，能把纖維牢固地粘接起來，同時(shí)還能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，并允許纖維承受壓縮和剪切載荷。而纖維的高強(qiáng)度、高模量的特性使它成為理想的承載體。纖維和基體之間的良好的結(jié)合充分展示各自的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具有許多優(yōu)良特性。第3頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

實(shí)用PMC通常按兩種方式分類。一種以基體性質(zhì)不同分為熱固性樹脂基復(fù)合材料和熱塑性樹脂基復(fù)合材料；另一種按增強(qiáng)劑類型及在復(fù)合材料中分布狀態(tài)分類。如：玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料(俗稱玻璃鋼)、短切玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、芳香族聚酰胺纖維增強(qiáng)塑料、碳化硅纖維增強(qiáng)塑料、礦物纖維增強(qiáng)塑料、石墨纖維增強(qiáng)塑料、木質(zhì)纖維增強(qiáng)塑料等。這些聚合物基復(fù)合材料具有上述共同的特點(diǎn)，同時(shí)還有其本身的特殊性能。第4頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚合物基發(fā)展史兩千多年前，我國就用麻絲和大漆制成了漆器。1839年美國人CharlesGoodyear發(fā)明了橡膠硫化法，而硫化橡膠本身是由橡膠、填料、硫化劑等其他助劑組成的復(fù)合材料，熱固性塑料工業(yè)的發(fā)展和復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展是相輔相成的。熱塑性塑料復(fù)合材料的發(fā)展要滯后一些。最早的應(yīng)用是在PVC的生產(chǎn)中加入了碳酸鈣，目的是降低成本。英國的ICI公司研發(fā)的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍的新生產(chǎn)技術(shù)取得巨大成功，從而帶動(dòng)熱塑性塑料復(fù)合材料的快速發(fā)展。第5頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2聚合物基體玻璃纖維增強(qiáng)型分類復(fù)合材料增強(qiáng)纖維種類碳纖維增強(qiáng)型芳綸纖維增強(qiáng)型基體材料性能通用型耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕型耐高溫型復(fù)合材料成型固化方式常溫常壓固化成型高溫加壓固化成型阻燃型聚合物基體的結(jié)構(gòu)形式熱固性樹脂基復(fù)合材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料第6頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.1熱固性樹脂1.不飽和聚酯樹脂2.環(huán)氧樹脂3.酚醛樹脂第7頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.1.1不飽和聚酯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(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之為不飽和聚酯樹脂。第8頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、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。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，固化成具有三維網(wǎng)絡(luò)的體型

結(jié)構(gòu)。4、交聯(lián)前后性能變化很大。取決于酸、醇的種類及數(shù)量。第9頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五不飽和聚酯的用途：不飽和聚酯樹脂作為玻璃鋼復(fù)合材料基體樹脂不飽和聚酯樹脂作為涂料不飽和聚酯樹脂作為膠粘劑第10頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五不飽和聚酯樹脂的物理和化學(xué)性質(zhì)

物理性質(zhì)不飽和聚酯樹脂的相對密度在1.11~1.20左右，固化時(shí)體積收縮率較大，固化樹脂的一些物理性質(zhì)如下：(1)耐熱性。絕大多數(shù)不飽和聚酯樹脂的熱變形溫度都

在50~60℃，一些耐熱性好的樹脂則可達(dá)120℃。(2)力學(xué)性能。不飽和聚酯樹脂具有較高的拉伸、彎曲、

壓縮等強(qiáng)度。(3)耐化學(xué)腐蝕性能。不飽和聚酯樹脂耐水、稀酸、稀堿的性能較好，耐有機(jī)溶劑的性能差，同時(shí)，樹脂的耐化學(xué)腐蝕性能隨其化學(xué)結(jié)構(gòu)和幾何開關(guān)的不同，可以有很大的差異。(4)介電性能。不飽和聚酸樹脂的介電性能良好。第11頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

化學(xué)性質(zhì)不飽和聚酯是具有多功能團(tuán)的線型高分子化合物，在其骨架主鏈上具有聚酯鏈鍵和不飽和雙鍵，而在大分子鏈兩端各帶有羧基和羥基.

主鏈上的雙鍵可以和乙烯基單體發(fā)生共聚交聯(lián)反應(yīng)，使不飽和聚酯樹脂從可溶、可熔狀態(tài)轉(zhuǎn)變成不溶、不熔狀態(tài)。

主鏈上的酯鍵可以發(fā)生水解反應(yīng)，酸或堿可以加速該反應(yīng)。若與苯乙烯共聚交聯(lián)后，則可以大大地降低水解反應(yīng)的發(fā)生。

在酸性介質(zhì)中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚酯能耐酸性介質(zhì)的侵蝕；在堿性介質(zhì)中，由于形成了共振穩(wěn)定的羧酸根陰離子，水解成為不可逆的，所以聚酯耐堿性較差。第12頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

聚酯鏈末端上的羧基可以和堿土金屬氧化物或氫氧化物[例如MgO，CaO，Ca(OH)2等]反應(yīng)，使不飽和聚酯分子鏈擴(kuò)展，最終有可能形成絡(luò)合物。分子鏈擴(kuò)展可使起始粘度為0.1~1.0Pa·s粘性液體狀樹脂，在短時(shí)間內(nèi)粘度劇增至103Pa·s以上，直至成為不能流動(dòng)的、不粘手的類似凝膠狀物。樹脂處于這一狀態(tài)時(shí)并未交聯(lián)，在合適的溶劑中仍可溶解，加熱時(shí)有良好的流動(dòng)性.第13頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.1.2環(huán)氧樹脂

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，除個(gè)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(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)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。第14頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五定義：

分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的線型有機(jī)高分子化合物。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)第15頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五特點(diǎn)：

相對分子質(zhì)量不高，可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀聚合物。

良好的粘結(jié)性能、力學(xué)性能、耐化學(xué)藥品性、耐氣候性、電絕緣性、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異。

是復(fù)合材料的主要基體。第16頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五環(huán)氧樹脂的特性a、具有多樣化的形式:各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用對形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點(diǎn)固體。

b、固化方便:選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0~180℃溫度范圍內(nèi)固化。c、收縮率低：固化反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)來進(jìn)行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。d、黏附力強(qiáng)：分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵，使對各種物質(zhì)具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時(shí)的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度。可做環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠。第17頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五e(cuò)、力學(xué)性能高：固化后的環(huán)氧樹脂體系具有具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密，其力學(xué)性能高于酚醛樹脂和不飽和聚酯等通用型熱固性樹脂。f、電絕緣性：固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料，是熱固性樹脂中介電性能最好的品種之一。g、化學(xué)穩(wěn)定性好:固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性，其耐腐蝕性優(yōu)于不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學(xué)穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。h、尺寸穩(wěn)定性：上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。i、耐霉菌：固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。第18頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五環(huán)氧樹脂的應(yīng)用土建材料

防腐地坪、防靜電地坪、環(huán)氧砂漿和混凝土制品、高級(jí)路面和機(jī)場跑道、快速修補(bǔ)材料、加固地基基礎(chǔ)的灌漿材料、建筑膠粘劑及涂料等

第19頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五底涂一般是用來抹平地面，修補(bǔ)基層的一些問題，如粉化，鼓泡，同時(shí)還可以進(jìn)行一定的防水處理，中涂是施工產(chǎn)品的重要表現(xiàn)，是耐磨還是防靜電或者是其他要求，一般在中涂采用不同的材料和工藝，面涂一般是調(diào)色和保護(hù)作用。

第20頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五修復(fù)橋梁結(jié)構(gòu)第21頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五電子行業(yè)

高低壓電器、電機(jī)、LED、電子元器件的絕緣及封裝

第22頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.1.3酚醛樹脂優(yōu)點(diǎn)：比環(huán)氧樹脂價(jià)格便宜缺點(diǎn)：吸附性不好、收縮率高、成型壓力高、制品空隙含量高等。大量用于粉狀壓塑料、短纖維增強(qiáng)塑料。少量用于玻璃纖維復(fù)合材料、耐燒蝕材料等，很少使用在碳纖維和有機(jī)纖維復(fù)合材料中。第23頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五酚醛樹脂的發(fā)展歷史1872年德國化學(xué)家拜爾首先合成了酚醛樹脂。1905～1909年，美國科學(xué)家L.H.貝克蘭對酚醛樹脂及其成型工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，1910年在柏林呂格斯工廠建立通用酚醛樹脂公司，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)。是最早合成的一類熱固性樹脂，也是最早工業(yè)化的熱固性樹脂。1911年J.W.艾爾斯沃思提出用六亞甲基四胺固化熱塑性酚醛樹脂，并制得了性能良好的塑料制品，獲得了廣泛的應(yīng)用。1969年，由美國金剛砂公司開發(fā)了以苯酚－甲醛樹脂為原料制得的纖維，隨后由日本基諾爾公司投入生產(chǎn)。酚醛樹脂的生產(chǎn)至今不衰，2006年世界總產(chǎn)量約4015kt，居熱固性樹脂的首位。中國自40年代開始生產(chǎn)，2006年產(chǎn)量為450kt。第24頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.1.4呋喃樹脂糠醛或糠醇本身進(jìn)行均聚或與其它單體進(jìn)行共縮聚而得到的縮聚產(chǎn)物，習(xí)慣上稱為呋喃樹脂。這類樹脂的品種很多，其中以糠醛苯酚樹脂、糠醛丙酮樹脂及糠醇樹脂較為重要。樹脂具優(yōu)良的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、硬度、防水性，主要用于化工廠。阻燃性能良好，但脆性大，粘結(jié)性差。第25頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.1.5其他熱固性樹脂1.聚酰亞胺樹脂：

分子鏈中含有酰亞胺基團(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：不同的芳基第26頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

聚酰亞胺對熱和氧化十分穩(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。第27頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五有機(jī)硅樹脂:

在有機(jī)硅聚合物中，具有實(shí)用價(jià)值和得到廣泛應(yīng)用的主要是由有機(jī)硅單體（如有機(jī)鹵硅烷）經(jīng)水解縮聚而成的主鏈結(jié)構(gòu)為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)鏈通過硅原子與有機(jī)基團(tuán)相連的聚合物，稱為聚有機(jī)硅氧烷。第28頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

有機(jī)硅樹脂則是聚有機(jī)硅氧烷中一類分子量不高的熱固性樹脂。

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)（200~250℃）長時(shí)間連續(xù)使用后，仍能保持優(yōu)良的電性能，同時(shí)，還具有良好的耐電弧性能及憎水防潮性能。第29頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五有機(jī)硅樹脂的性能如下：

（1）熱穩(wěn)定性

有機(jī)硅樹脂的Si-O鍵有較高的鍵能（363kJ/mol），所以比較穩(wěn)定，耐熱性和耐高溫性能均很高。一般說來其熱穩(wěn)定性范圍可達(dá)200～250℃，特殊類型的樹脂可以更高一些。（2）力學(xué)性能

有機(jī)硅樹脂固化后的力學(xué)性能不高，若在大分子主鏈上引進(jìn)氯代苯基，可提高力學(xué)性能。有機(jī)硅樹脂有機(jī)硅樹脂/玻璃纖維層壓板的層間粘接強(qiáng)度較差，受熱時(shí)彎曲強(qiáng)度有較大幅度的下降。若在主鏈中引入亞苯基，可提高剛性、強(qiáng)度及使用溫度。（3）電性能

有機(jī)硅樹脂具有優(yōu)良的電絕緣性能，它的擊穿強(qiáng)度、耐高壓電弧及電火花性能均較優(yōu)異。受電弧及電火花作用時(shí)，樹脂即使裂解而除去有機(jī)基團(tuán)，表面剩下的二氧化硅同樣具有良好的介電性能。第30頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五（4）憎水性

有機(jī)硅樹脂的吸水性很低，水珠在其表面只能滾落而不能潤濕。因此，在潮濕的環(huán)境條件下，有機(jī)硅樹脂玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料仍能保持其優(yōu)良的性能。（5）耐腐蝕性能

有機(jī)硅樹脂玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可耐濃度（質(zhì)量）10%~30%硫酸、10%鹽酸、10%~15%氫氧化鈉、2%碳酸鈉及3%過氧化氫。醇類、脂肪烴和潤滑油對它的影響較小，但耐濃硫酸及某些溶劑（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力較差。第31頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五三聚氰胺甲醛樹脂：

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。第32頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五脲醛樹脂：

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。第33頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.2熱塑性樹脂

樹脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無化學(xué)鍵,加熱熔融、冷卻后硬化，此過程可逆的，可反復(fù)加工成型，占塑料的70%以上。熱塑性樹脂（塑料）通用塑料工程塑料特種工程塑料第34頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五熱塑性樹脂的基本性能

1、力學(xué)性能

決定合成樹脂力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)因素有以下五個(gè)：①大分子鏈的主價(jià)力；②分子間的作用力；③大分子鏈的柔韌性；④分子量；⑤大分子鏈的交聯(lián)密度。熱塑性樹脂與熱固性樹脂在結(jié)構(gòu)上的顯著差別在于前者的大分子鏈為線型結(jié)構(gòu)，而后者的大分子鏈為體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

由于這一結(jié)構(gòu)上的差別，使熱塑性樹脂與熱固性樹脂相比在力學(xué)性能上有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：①具有明顯的力學(xué)松弛現(xiàn)象；②在外力作用下，形變的能力較大，即當(dāng)應(yīng)變速度不大時(shí)，可具有相當(dāng)大的斷裂延伸率；③抗沖擊性能好。第35頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2、電學(xué)性能

熱塑性樹脂的電性能按其大分子的極性不同可分成以下幾類：（1）非極性：這類樹脂如聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等。非極性樹脂具有優(yōu)異的絕緣性能，對腐蝕性介質(zhì)穩(wěn)定，可作為高頻率的電解質(zhì)。（2）弱極性：這類樹脂如聚苯乙烯、聚異丁烯等。弱極性與極性的樹脂可用于中頻率的電工技術(shù)。（3）極性：這類樹脂如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。（4）強(qiáng)極性：這類樹脂如聚酯。

強(qiáng)極性樹脂只能作為低頻率的介電體。第36頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五熱塑性樹脂的應(yīng)用

第37頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.2.1聚烯烴

聚烯烴樹脂是一類發(fā)展最快、品種最多、產(chǎn)量最大的熱塑性樹脂，主要品種有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。第38頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.2.2聚酰胺

聚酰胺商品名又稱尼龍（Nylon）或錦綸。聚酰胺是主鏈上含有許多重復(fù)酰胺基團(tuán)的一大類線型聚合物，品種很多。通常由ω-氨基酸或內(nèi)酰胺開環(huán)聚合而得，或由二元酸和二元胺經(jīng)縮聚反應(yīng)而得。

縮聚聚合開環(huán)聚合第39頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

聚酰胺分子鏈中的酰胺基團(tuán)可以相互作用形成氫鍵，使聚合物有較高的結(jié)晶度和熔點(diǎn)。各種聚酰胺的熔點(diǎn)隨高分子主鏈上酰胺基團(tuán)的濃度和間距而變化，熔點(diǎn)相差較大，約在140~280℃之間。

聚酰胺的熔點(diǎn)雖較高，但其熱變形溫度都較低，長期使用溫度低于80℃。第40頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五由于存在牢固的氫鍵，具有良好的力學(xué)性能，比抗張強(qiáng)度高于金屬，比抗壓強(qiáng)度與金屬相近，可作為替代金屬的材料。因聚酰胺分子中含有的酰胺基團(tuán)極性大，故吸水率較高，電絕緣性能較差。抗張和抗壓強(qiáng)度隨吸濕量增加而降低，伸長率增加。尼龍?jiān)诟蓱B(tài)下的抗沖擊強(qiáng)度較低，隨含水量增加沖擊性能提高。聚酰胺樹脂用玻璃纖維增強(qiáng)后其熱形溫度會(huì)明顯提高，線膨脹系數(shù)也會(huì)降低很多。GF增強(qiáng)抗張強(qiáng)度可提高2-3倍。第41頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五5.當(dāng)采用玻璃纖維增強(qiáng)后，雖不能保證明顯降低吸濕性，但可以明顯改善使用性能。6.彈性模量的增加和蠕變性能的改善，能大大提高聚酰胺吸濕時(shí)的尺寸穩(wěn)定性。聚酰胺對大多數(shù)化學(xué)試劑具有良好的穩(wěn)定性，耐油性較好（如植物油、動(dòng)物油及礦物油），對堿的穩(wěn)定性亦較好，但不耐極性溶劑，如苯酚、甲酚等。第42頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五尼龍的應(yīng)用PA消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖第43頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.2.3聚碳酸酯聚碳酸酯是在分子鏈中含有碳酸酯的一類高分子總稱。-(-O-R-O-CO-)n-根據(jù)R不同，可以是脂肪族、脂環(huán)族、芳香族、或脂肪族－芳香族的聚碳酸酯但從物理性能和加工性來考慮，只有雙酚A型的芳香族聚碳酸酯（PC）獲得工業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用PC主鏈由柔軟的碳酸酯鏈與剛性的苯環(huán)相連接而成為無定形熱塑性樹脂，透明，透光率87-91％第44頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五主要性能：①相對密度為1.20，熔點(diǎn)為220~230℃，可溶于二氯甲烷、間甲酚、環(huán)己酮和二甲基酰胺等，在乙酸乙酯、四氫呋喃和苯中溶脹。②力學(xué)性能十分優(yōu)良，尤其是極好的抗沖擊性能，抗沖擊強(qiáng)度是熱塑性塑料中最好的一種，注射模塑材料的沖擊韌性大于20kJ/㎡，斷裂伸長率為60%，彎曲彈性模量2.2~2.5GPa。③熱變形溫度達(dá)到130~140℃，加GF后HDT可達(dá)150-160℃，具有良好的耐寒性，脆化溫度為-100℃，使用溫度范圍-100-135℃。第45頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五④它的吸水率很低，在較廣的溫度范圍和潮濕條件下，仍具有較好的介電性能。⑤具有良好的電性能以及耐寒、耐熱、自熄等特點(diǎn)，是性能最優(yōu)異的熱塑性塑料之一。⑥制品容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，耐溶劑、耐堿性能差，高溫易水解，摩擦因素大，無自潤滑性，耐磨性和耐疲勞性都較低。⑦PC作為基體樹脂可以和各種纖維、填料復(fù)合成各種功能、增強(qiáng)復(fù)合材料，如導(dǎo)電、增強(qiáng)、高抗沖、半透明復(fù)合材料等。第46頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚碳酸酯的應(yīng)用PC消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖第47頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.2.4聚甲醛分為甲醛的均聚物和與少量其他單體共聚的共聚甲醛兩種。主要為共聚聚甲醛，因?yàn)楹铣晒に嚭唵?，易于成型加工。是一種沒有側(cè)鏈、高密度、高結(jié)晶性的線型聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。熔融溫度為180℃左右，脆化溫度為-40℃，可在-40℃-100℃下長期使用。第48頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚甲醛的力學(xué)性能相當(dāng)好，它具有較高的強(qiáng)度的彈性模量，摩擦系數(shù)小，耐磨性能好。聚甲醛還具有高度抗蠕變和應(yīng)力松弛的能力。聚甲醛尺寸穩(wěn)定性好，吸水率很小，所以吸水率對其力學(xué)性能的影響可以不予考慮。聚甲醛有較好的介電性能，在很寬的頻率和溫度范圍內(nèi)，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值變化很小。聚甲醛的耐熱性較差，在成型溫度下易降解放出甲醛，一般在造粒時(shí)加入穩(wěn)定劑。若不受力，聚甲醛可在140℃下短期使用，其長期使用溫度為85℃。聚甲醛耐氣候性較差，經(jīng)大氣老化后，一般性能均有所下降。但它的化學(xué)穩(wěn)定性非常優(yōu)越，特別是對有機(jī)溶劑，其尺寸變化和力學(xué)性能的降低都很少。受強(qiáng)酸侵蝕，耐候性差，粘結(jié)性差，熱分解與軟化溫度接近，故熔融加工困難。第49頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚甲醛的應(yīng)用POM消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖第50頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.2.2.5氟樹脂氟樹脂是一類由乙烯分子中氫原子被氟原子取代的后的衍生物合成的聚合物。氟樹脂的分子鏈結(jié)構(gòu)中由于有C-F鍵，碳鏈外又有氟原子形成的空間屏蔽效應(yīng)，故其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性、介電性、耐老化性和自潤滑性等。主要的品種有聚四氟乙烯（PTFE）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚氟乙烯（PVF），其中聚四氟乙烯占90%以上等。第51頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚四氟乙烯能在-250~260℃長期連續(xù)使用，它不溶解或溶脹于任何已知的溶劑，即使在高溫下，王水對它也不起作用，俗稱塑料王。它還具有極低的靜摩擦系數(shù)以及優(yōu)異的潤滑性、阻燃性和耐大氣老化性能等，聚四氟乙烯是塑料中摩擦因數(shù)最小者。但不容易成型加工，需用類似于"粉末冶金法"─冷壓與燒結(jié)相結(jié)合的方法加工。聚三氟氯乙烯長期使用的溫度范圍低于聚四氟乙烯，為-200~200℃，但具有較高的硬度、較低的滲透性和良好的耐蠕變性，并且更容易成型加工。第52頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚偏氟乙烯長期使用溫度范圍為-40~150℃，其拉伸強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度都比聚四氟乙烯高得多，是氟樹脂中韌性最好的一種，并且可用于一般熱塑性塑料的加工方法進(jìn)行加工成型。聚氟乙烯最高使用溫度為120℃，具有氟樹脂中最高的拉伸強(qiáng)度和最低的氣體透過系數(shù)，和極優(yōu)異的耐氣候性，在大氣中使用壽命長達(dá)25年，是一種極優(yōu)的耐老化材料。表面敷貼有聚氟乙烯薄膜的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可大大提高室外使用壽命。

第53頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五氟樹脂的應(yīng)用第54頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料

纖維增強(qiáng)材料在現(xiàn)代復(fù)合材料的發(fā)展歷史中，纖維增強(qiáng)材料是最大的功臣，也可以說是現(xiàn)代復(fù)合材料的支柱。最早使用的復(fù)合材料就是玻璃纖維增強(qiáng)塑料，至今在高技術(shù)新材料領(lǐng)域纖維增強(qiáng)復(fù)合材料仍然在發(fā)揮重要的作用。

為了進(jìn)一步提高復(fù)合材料的性能，纖維增強(qiáng)材料的研究與開發(fā)顯得特別活躍，先后開發(fā)出幾十種纖維增強(qiáng)材料。主要有玻璃纖維、芳綸纖維（kevlar纖維）、尼龍纖維、聚乙烯纖維、碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維以及金屬纖維（如鎢、鉬、不銹鋼絲等）。其中在各類復(fù)合材料中得到大量使用的是玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維等。

第55頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料玻璃纖維是由含有各種金屬氧化物的硅酸鹽類，經(jīng)熔融后以極快的速度抽絲而成。性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，應(yīng)用廣泛。質(zhì)地柔軟，可紡織成各種玻璃布、玻璃帶等織物。第56頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五性能特點(diǎn)：玻璃纖維的密度在2.4-2.8g/cm3之間，抗拉強(qiáng)度在3-4.6GPa之間（為高強(qiáng)度鋼的2-3倍），彈性模量在70-110GPa（與鋁和鈦合金模量相當(dāng)），但比強(qiáng)度為12.5-18.4×106cm（為高強(qiáng)度鋼的6-10倍），比模量為2.8~4.0×107cm（略高于高強(qiáng)度鋼）不燃、耐高溫、電絕緣、熱膨脹系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好?？捎脕碇谱鹘^緣材料，纖維內(nèi)窺鏡、光導(dǎo)纖維，還可以做復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。第57頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五

玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料是指玻璃纖維做為增強(qiáng)材料，熱塑性塑料(包括聚酰胺、聚丙烯、低壓聚乙烯、ABS樹脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料)為基體的纖維增強(qiáng)塑料。

玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料除了具有纖維增強(qiáng)塑料的共同特點(diǎn)外，它與玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料相比較，特點(diǎn)是具有更輕的比重，在1.1—1.6之間，為鋼材的1／5—1／6；比強(qiáng)度高，蠕變性大大改善。

第58頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1.1玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯(代號(hào)FR—PP)，特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度大大提高，當(dāng)短切玻璃纖維增加到30％—40％時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)到頂峰，抗拉強(qiáng)度達(dá)到100MPa，大大高于工程塑料，尤其是低溫脆性得到了大大改善，隨玻璃纖維含量提高，低溫時(shí)的抗沖擊強(qiáng)度也有所提高。吸水率很小，是聚甲醛和聚碳酸酯的十分之一。在耐沸水和水蒸氣方面更加突出，含有20％短切纖維的FR—PP，在水中煮1500小時(shí)，其抗拉強(qiáng)度比初始強(qiáng)度降低10％，如在23℃水里浸泡時(shí)強(qiáng)度不變。在高溫、高濃度的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中會(huì)使機(jī)械強(qiáng)度下降。在有機(jī)化合物的浸泡下會(huì)降低機(jī)械強(qiáng)度，并有增重現(xiàn)象。第59頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1.2玻璃纖維聚酰胺聚酰胺是一種熱塑性工程塑料，本身的強(qiáng)度就比一般通用塑料的強(qiáng)度高，耐磨性好，但因吸水率太大，影響了尺寸穩(wěn)定性，耐熱性也較低。用玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰氨，這些性能就會(huì)大大改善。玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺(代號(hào)FR—PA)的品種很多。有玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6(FR—PA6)、玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66(FR—PA66)、玻璃纖維增強(qiáng)尼龍1010(FR—PA1010)等。玻璃纖維的含量達(dá)到30％—35％時(shí)，其增強(qiáng)效果最為理想，抗拉強(qiáng)度可提高2—3倍，抗壓強(qiáng)度提高1.5倍，最突出的是耐熱性提高幅度最大。第60頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五在聚酰胺中加入玻璃纖維后，唯一的缺點(diǎn)是使本來耐磨性好的性能變差了。因?yàn)榫埘０返闹破繁砻婀饣鉂嵍仍胶迷侥湍?。而加入玻璃纖維以后，如果將制品經(jīng)過二次加工或者被磨損時(shí)，玻璃纖維就會(huì)暴露于表面上，這時(shí)材料的磨擦系數(shù)和磨耗量就會(huì)增大。因此，如果用它來制造耐磨性要求高的制品時(shí)，一定要加入潤滑劑。第61頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1.3玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料聚苯乙烯類樹脂目前已成為系列產(chǎn)品，多為橡膠改性樹脂，例如：丁二烯—苯乙烯共聚物(BS)、丙烯腈—苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)等。這些共聚物大大改善了純聚苯乙烯的性能，使原來只是一種通用塑料的聚苯乙烯改性成為工程塑料。耐沖擊性和耐熱性提高了。這些聚合物再用長玻璃纖維或短切玻璃纖維增強(qiáng)后，其機(jī)械強(qiáng)度及耐高、低溫性、尺寸穩(wěn)定性均大有提高。也要加入偶聯(lián)劑，不然聚苯乙烯類塑料與玻璃纖維粘結(jié)不牢。影響強(qiáng)度。第62頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1.4玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯聚(代號(hào)ＦＲ—PC)碳酸酯是一種透明度較高的工程塑料，它的剛韌相兼的特性是其他塑料無法相比的，唯一不足之處是易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐疲勞性差。加入玻璃纖維以后，ＦＲ—PＣ比PＣ的耐疲勞強(qiáng)度提高2—3倍，耐應(yīng)力開裂性能可提高6—8倍，耐熱性比PＣ提高10—20℃，線膨脹系數(shù)縮小為1.6－2.4×10－６ｍ／℃，因而可制成耐熱的機(jī)械零件。第63頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1.5玻璃纖維增強(qiáng)聚酯聚酯作為基體材料主要有兩種，一種是聚苯二甲酸乙二酯(代號(hào)PET)，另一種為聚苯二甲酸丁二酯(代號(hào)PBT)。未增強(qiáng)的純聚酯結(jié)晶性高，成型時(shí)收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差、耐溫性差。質(zhì)脆。用玻璃纖維增強(qiáng)后，機(jī)械強(qiáng)度比其他玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料均高，抗拉強(qiáng)度135-145MPa，抗彎強(qiáng)度209－250MPa，耐疲勞強(qiáng)度達(dá)52MPa。耐熱性提高最大，PET的熱變形溫度為85℃，PR—PFT為240℃，仍能保持機(jī)械強(qiáng)度，是玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料中耐熱溫度最高的一種。耐低溫度性能好，超過了FR—PA6，在溫度高低交替變化時(shí)，機(jī)械性能變化不大；電絕緣性好，可制造耐高溫電器零件；高溫下耐老化性好，勝過玻璃鋼，尤其是耐光老化性能好，所以使用壽命長。不足之處是在高溫下易水解，使機(jī)械強(qiáng)度下降。不適于在高溫水蒸氣下使用。第64頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.1.6玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛(代號(hào)ＦＲ—POＭ)聚甲醛是一種性能較好的工程塑料，加入玻璃纖維后，不但起到增強(qiáng)的作用，而且耐疲勞性和耐蠕變性有很大提高。含有25％玻璃纖維的ＦＲ—PＯＭ的抗拉強(qiáng)度為純PＯM的兩倍、彈性模量為純PＯM的三倍，耐疲勞強(qiáng)度為純PＯM的兩倍，高溫下仍具有良好的耐蠕變性，同時(shí)耐老化性也很好。但不耐紫外線照射，因此在塑料中要加入紫外線吸收劑。不足之處是加入玻璃纖維后其摩接系數(shù)和磨耗量大大提高了，即耐磨性降低了。為了改善其耐磨牡，可用聚四氟乙烯粉末做為填料加入聚甲醛中，或加入碳纖維來改性。第65頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.2破璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料破璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料(代號(hào)GFRP)，玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料是指玻璃纖維(包括長纖維、布、帶、氈等)做為增強(qiáng)材料，熱固性塑料(包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等)做為基體的纖維增強(qiáng)塑料。俗稱玻璃鋼。根據(jù)基體種類不同，可將GFRP分成三類，即玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂。GFRP的突出特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度高。比金屬鋁輕而比強(qiáng)度比高級(jí)合金鋼還高?！安Ａт摗边@個(gè)名稱便由此而來。第66頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五還具有良好的耐腐蝕性，在酸、堿、有機(jī)溶劑、海水中均很穩(wěn)定，良好的電絕緣材料，電阻率和擊穿電壓強(qiáng)度達(dá)到了電絕緣材料的標(biāo)準(zhǔn)，可做為耐高壓的電器零件。不反射無線電波，微波透過性好，可制造掃雷艇和雷達(dá)罩。具有保溫、隔熱、隔音、減振等性能。缺點(diǎn)是剛性差。會(huì)因日光照射空氣中的氧化作用、有機(jī)溶劑的作用產(chǎn)生老化現(xiàn)象，比塑料要緩慢。玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧、酚醛、聚酯樹脂除具有上述共同的性能特點(diǎn)而外，各自有其特殊的性能。第67頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂是GFRP中綜合性能最好的一種。因環(huán)氧樹脂的粘結(jié)能力最強(qiáng)，與玻璃纖維復(fù)合時(shí)，界面剪切強(qiáng)度最高。機(jī)械強(qiáng)度高于其他GFRP。環(huán)氧樹脂固化時(shí)無小分子放出，故尺寸穩(wěn)定性最好，收縮率只有1％－2％，環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，易產(chǎn)生氣泡，但因添加劑少，很少發(fā)生鼓泡現(xiàn)象。唯一不足的是環(huán)氧樹脂粘度大，加工不太方便，成型時(shí)需要加熱，室溫下成型會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)不完全。不能制造大型制件。第68頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂是各種GFRP中耐熱性最好的一種，可在200℃下長期使用，在1000℃以上的高溫下，也可短期使用。是耐燒蝕材料，可做宇宙飛船的外殼。耐電弧性，可用于制做絕緣材料。價(jià)格便宜，原料來源豐富。不足處是性能較脆，機(jī)械強(qiáng)度不如環(huán)氧樹脂。固化時(shí)有小分子副產(chǎn)物放出，故尺寸不穩(wěn)定，收縮率大。對人體皮膚有刺激，會(huì)使手和臉腫脹。第69頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂突出特點(diǎn)是加工性好，加入引發(fā)劑和促進(jìn)劑后，可在室溫下固化成型，由于樹脂中的交聯(lián)劑也起稀釋劑的作用，所以樹脂的粘度大大降低了，可采用各種成型方法進(jìn)行加工成型，可制作大型構(gòu)件，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。它的透光性好，透光率可達(dá)60％－80％，可制作采光瓦。價(jià)格便宜。不足之處是固化時(shí)收縮率大，可達(dá)4％—8％，耐酸、堿性差，不宜制作耐酸堿的設(shè)備及管件。第70頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.3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)塑料主要是指以環(huán)氧樹脂為基體，以各種高強(qiáng)度、高模量的纖維(包括碳纖維、硼纖維、芳香族聚酰胺纖維、各種晶須等)做為增強(qiáng)材料的高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料。該種材料由于受增強(qiáng)纖維高強(qiáng)度、高模量這一性能的影響．致使其具有共同的特點(diǎn)：（1）比重輕、強(qiáng)度高、模量高和低的熱膨脹系數(shù)。是目前力學(xué)性能最好的高分子復(fù)合材料。(2)加工工藝簡單。該種增強(qiáng)塑料可采用ＧＦＲＰ的各種成型方法，如模壓法、纏繞法、手糊法等。（3）價(jià)格昂貴。該種材料唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格比較貴。第71頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.3.1碳纖維增強(qiáng)塑料

碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧塑料是一種強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好的復(fù)合材料，這方面的性能是其他材料無法相提并論的。比重小、剛度大、抗沖擊強(qiáng)度特別突出，耐疲勞強(qiáng)度很大．摩擦系數(shù)很小，這方面性能均超過了鋼材。耐熱性特別好，可在12000℃高溫下經(jīng)受10秒鐘，保持不變。不足之處一是碳纖維與塑料的粘結(jié)性差，且各向異性，這方面不如金屬材料。目前已有解決辦法，使碳纖維氧化和晶須化來提高其粘結(jié)性。用碳纖維編織法來解決各向異性的問題。另一個(gè)不足之處是價(jià)格昂貴，因而雖然有上述一些優(yōu)良性能，但還只是應(yīng)用于宇航工業(yè)，其他領(lǐng)域應(yīng)用較少。第72頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.3.2芳香族聚酰胺纖維增強(qiáng)塑料

基體材料主要是環(huán)氧樹脂，其次是熱塑性塑料的聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。芳香族聚酰胺纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的抗拉強(qiáng)度大于GFRP，而與碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂相似。最突出的特點(diǎn)是有壓延性，與金屬相似，而與其他有機(jī)纖維則大大不同。第73頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.3.3硼纖維增強(qiáng)塑料

硼纖維增強(qiáng)塑料是指硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。該種材料突出的優(yōu)點(diǎn)是剛度外，它的強(qiáng)度和彈性模量均高于碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。是高強(qiáng)度高模量纖維增強(qiáng)塑料中性能最好的一種。第74頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.3.4碳化硅纖維增強(qiáng)塑料

主要是指碳化硅纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。碳化硅纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合時(shí)不需要表面處理，粘結(jié)力就很強(qiáng)，材料層間剪切強(qiáng)度可達(dá)1.2MPa。它的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度為碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的兩倍，如果與碳纖維混合疊層進(jìn)行復(fù)合時(shí)，會(huì)彌補(bǔ)碳纖維的缺點(diǎn)。第75頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.3.4其他纖維增強(qiáng)塑料其他纖維增強(qiáng)塑料是指以石棉纖維、礦錦纖綸、棉纖維、麻纖維、木質(zhì)纖維、合成纖維等為增強(qiáng)材料，以各種熱塑性和熱固性塑料為基體的復(fù)合材料。這方面的復(fù)合材料發(fā)展得比較早．應(yīng)用也比較廣。其中熱固性酚醛塑料與紙、布、棉、木片等纖維的復(fù)合材科，在電器工業(yè)方面做為絕緣材制使用。在機(jī)械工業(yè)中制成各種機(jī)械零件。第76頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.4聚合物基復(fù)合材料的制備和加工生產(chǎn)準(zhǔn)備濕法預(yù)成型（毛坯）固化脫模整修預(yù)浸料干法要求纖維均勻地按設(shè)計(jì)要求分布在制品各個(gè)部分；樹脂適量、均勻地分布在制品各個(gè)部位，并適當(dāng)固化；盡量減少氣泡，降低空隙率，提高制品的致密性；掌握所用樹脂的工藝性能，制定合理的工藝規(guī)范。過程一、主要工藝過程第77頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚合物基復(fù)合材料的制備大致可以分為4個(gè)步驟第78頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五復(fù)合材料的性能在纖維與樹脂體系確定后，主要決定適于成型固化工藝。所謂成型固化工藝包括兩方面的內(nèi)容，一是成型，這就是將預(yù)浸料根據(jù)產(chǎn)品的要求，鋪置成一定的形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀。二是進(jìn)行固化，這就是使已鋪置成一定形狀的疊層預(yù)浸料，在溫度、時(shí)間和壓力等因素影響下使形狀固定下來，并能達(dá)到預(yù)計(jì)的性能要求。第79頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五聚合物基復(fù)合材料的工藝特點(diǎn)

（1）材料的形成與制品的成型是同時(shí)完成的該特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)大型制品一次整體成型，簡化制品結(jié)構(gòu)，并且減少組分零件和聯(lián)接零件的數(shù)量，因而減輕制片質(zhì)量，降低工藝消耗和提高結(jié)構(gòu)件使用性能（2）復(fù)合材料的成型比較方便復(fù)合材料基體及增強(qiáng)材料的特點(diǎn)，可使得一些復(fù)合材料用廉價(jià)簡易設(shè)備和模具，不用加熱和加工工藝的方法，由原材料直接成型出大尺寸的制品。一種復(fù)合材料可以采用多種方法成型，選擇成型方法可根據(jù)制品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、用途、生產(chǎn)量、成本以及生產(chǎn)條件的綜合資料考慮，選擇最經(jīng)濟(jì)和最簡便的成型工藝第80頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五復(fù)合材料制件的設(shè)計(jì)過程根據(jù)制品的要求選材（F、M)根據(jù)單向性能鋪層設(shè)計(jì)根據(jù)材料的工藝性選擇成型方法工裝模具設(shè)計(jì)成型工藝實(shí)驗(yàn)第81頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五第82頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五生產(chǎn)中采用的成型方法有：(1)手糊成型——濕法鋪層成型。(2)真空袋壓法成型。(3)壓力袋成型。(4)樹脂注射和樹脂傳遞成型。(5)噴射成型。(6)真空輔助樹脂注射成型。(7)夾層結(jié)構(gòu)成型。(8)模壓成型。(9)注射成型。(10)擠出成型。(11)纖維纏繞成型。(12)拉擠成型。(13)連續(xù)板材成型。(14)層壓或卷制成型。(15)熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型。(16)離心澆鑄成型。上述(9)．(10)，(15)為熱塑性樹脂基復(fù)合材料成型工藝，分別適用于短纖維增強(qiáng)和連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料兩類。第83頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五1.預(yù)浸料及其制造方法

預(yù)浸料通常是指定向排列的連續(xù)纖維(單向、織物)等浸漬樹脂后所形成的厚度均勻的薄片狀半成品。（1）熱固性預(yù)浸料制造

根據(jù)浸漬設(shè)備或制造方式不同，熱固性FRP預(yù)浸料的制造分輪鼓纏繞法和陣列排鋪法；按浸漬樹脂狀態(tài)分濕法(溶液預(yù)浸法)和干法(熱熔預(yù)浸法)。第84頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五（2）熱塑性預(yù)浸料制備：

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）。第85頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2.手糊成型工藝

手糊工藝：是聚合物基復(fù)合材料制造中最早采用和最簡單的方法。采用手工方法將纖維增強(qiáng)材料和樹脂膠液在模具上鋪敷成型、室溫（或加熱）、無壓（或低壓）條件下固化，脫模成制品的工藝方法。

工藝過程：先在磨具上涂刷一層脫膜劑，然后加入含有固化劑的樹脂混合物，再在其上鋪貼一層按要求剪裁好的纖維織物，用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物，使其均勻浸膠并排除氣泡，再涂刷樹脂混合物和鋪貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過程直至達(dá)到所需厚度為止。然后再固化、脫膜、修邊，得到復(fù)合材料制品。

第86頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五1)脫模劑、膠衣和纖維布2)倒樹脂并趕勻。3)重復(fù)纖維布和樹脂過程。4)固化手糊成型工藝示意圖第87頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五手糊成型示意圖第88頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五第89頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大，批量小，形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)。②設(shè)備簡單，投資少，設(shè)備折舊費(fèi)低。③工藝簡單。④容易滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。⑤制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好。缺點(diǎn)：①生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差。②產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。③產(chǎn)品力學(xué)性能較低。第90頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五二、原材料選擇1.增強(qiáng)材料①無捻粗紗布（方格布）：0.1~0.8mm變形性好，易被樹脂浸透，易排除氣泡，增厚效率高。②加捻布（平紋布、斜紋布、緞紋布、單向布）0.05~0.6mm表面平整、氣密性好；價(jià)格貴、不易浸透樹脂、增厚效果差③玻璃布帶；④短切纖維；⑤表面氈；⑥短切氈樹脂浸透性好，氣泡容易排除，變形性好，施工方便，制品含膠量高60~80%，防滲效果好。第91頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2.樹脂1）要求①粘度適宜，0.2~0.8Pa.S，對玻纖有良好浸潤性；②在室溫下凝膠、固化，并且無低分子物產(chǎn)生；③無毒或低毒；④價(jià)格便宜，來源廣泛。2）常用樹脂：不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂3）輔助材料①稀釋劑②填料（降低成本，提高性能）③觸變劑（適用垂直面施工，活性SiO2）④顏料（一般選用無機(jī)顏料，有機(jī)顏料影響固化）第92頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五1.原材料準(zhǔn)備三、手糊工藝過程1）膠液配制膠液工藝性：膠液粘度、凝膠時(shí)間手糊工藝進(jìn)行前，必須進(jìn)行膠液凝膠時(shí)間試驗(yàn)。要使凝膠時(shí)間大于或等于所配膠液施工時(shí)間，否則手糊不能順利進(jìn)行。不飽和樹脂配方（質(zhì)量份）樹脂：100份；過氧化甲乙酮：2份（引發(fā)劑）；萘酸鈷苯乙烯溶液：1~4份（促進(jìn)劑，加入量與環(huán)境溫度有關(guān)）第93頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2）增強(qiáng)材料準(zhǔn)備玻纖布裁剪：圓環(huán)形制品玻布沿徑向45°剪裁第94頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2）增強(qiáng)材料準(zhǔn)備玻纖布裁剪：圓錐形制品玻布裁成扇形第95頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五玻纖布裁剪圓環(huán)形制品圓錐形制品玻布沿徑向45°剪裁玻布裁成扇形布的拼接對接（表面質(zhì)量要求高的產(chǎn)品）搭接3）膠衣糊準(zhǔn)備可選用專用膠衣糊制作表面層，提高表面層質(zhì)量（外觀、性能）第96頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2.糊制1）表面層（膠衣層、富樹脂層）厚度：0.25~0.5mm，或300~500g/m2涂刷（二遍，互相垂直）：噴涂表面氈（材料）第97頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2）增強(qiáng)層材料：玻璃布或短切氈拼接對接（注意對接縫錯(cuò)開）搭接二次固化拼接（d≥7mm,固化發(fā)熱量太大，制品易變形或分層）特殊處理彎角或凹凸處：玻布剪開，壓平直角：先填觸變樹脂，然后糊制凸字：先用樹脂澆注，然后糊制第98頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五3.固化（凝膠-----定型-----熟化）固化方式常溫固化：溫度＞15℃（25~30℃）；濕度≤80%（15~30℃，8~24h）加熱固化：烘箱、固化爐、模具加熱、紅外線加熱（60~80℃，1~2h）固化度丙酮萃取法硬度法（巴氏硬度）＞15第99頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.脫模：氣脫、頂脫、水脫5.后處理修整：除去毛邊、飛刺、修補(bǔ)表面及內(nèi)部缺陷，鉆孔裝配：機(jī)械連接、膠接表面涂飾第100頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五1.膠衣起皺、龜裂、變色四、手糊制品缺陷及原因原因：起皺①膠衣層太??；②固化劑不足；③氣溫太低；④膠衣層厚度不均；⑤膠衣層固化不足龜裂①膠衣層太厚；②固化時(shí)熱量過大；③固化劑用量過多；變色①固化劑用量過多；②膠衣流掛；③顏色分離；④膠衣層厚度不均第101頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2.制品收縮原因：①拐角處圓弧半徑過??；②脫模劑用量太多；③制品局部厚度過大；④膠衣層厚度不均，后固化加熱不均第102頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五3.制品翹曲和變形原因：①固化劑用量過大②制品太??；③制品厚度不均勻或不對稱；④樹脂集聚；⑤脫模太早，樹脂固化度不夠；⑥后處理過早或溫度不均第103頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五符合制品尺寸、精度、外觀要求足夠的剛度、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性較小的熱容量，有效利用熱能；與制品熱膨脹系數(shù)匹配質(zhì)量輕，便于搬運(yùn)，維護(hù)方便一、模具基本要求模具與輔助材料第104頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五①木材；②石膏；③水泥；④石蠟；⑤泡沫塑料（不脫模內(nèi)芯）；⑥可溶性鹽（AlPO4（60~70%）+NaCO3

（30~40%）+NaBO2

（5~8%）），80℃溶于水；⑦低熔點(diǎn)金屬58%Bi+42%Sn，熔點(diǎn)135℃；⑧玻璃鋼⑨金屬：鋼材、鑄鋁，不能用銅（銅鹽可妨礙樹脂固化）二、模具材料第105頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五單模三、模具結(jié)構(gòu)形式陰模（制品外表面光潔）陽模（制品內(nèi)表面光潔）對合模制品雙面光潔拼裝模（組合模）大型模具，由小塊模具拼裝而成a.陰模示意圖b.陽模示意圖c.對模示意圖第106頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五1.脫模劑四、輔助材料油脂類：硅酯、黃油、凡士林、石蠟溶液類：聚乙烯醇（乙醇水溶液）薄膜類：PVC、PE、PA脫模劑要求：不腐蝕模具，不影響樹脂固化，對樹脂粘附力??；成膜時(shí)間短，成膜均勻、光滑；使用溫度高于樹脂固化溫度；操作簡便，使用安全，價(jià)格便宜第107頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五2.隔離材料（保護(hù)復(fù)合材料不受污染）：PVC、PA薄膜3.透氣材料、吸膠材料：玻璃布、吸膠紙、吸膠氈4.真空袋材料：氣球步、橡膠袋、尼龍薄膜5.密封材料：膠條、膠帶第108頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五圖4-5手糊玻璃鋼制品舉例第109頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五3.噴射成型工藝

噴射成型一般是將分別混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側(cè)測(或在噴槍內(nèi)混合)噴出，同時(shí)將玻璃纖維無捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出，與樹脂一起均勻沉積到模具上。持沉積到一定厚度，用手輥滾壓，使纖維浸透樹脂、壓實(shí)并除去氣泡，最后固化成制品。第110頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五玻璃纖維無捻粗紗聚酯樹脂加熱引發(fā)劑促進(jìn)劑靜態(tài)混合切割噴槍模具噴射成型固化脫模噴射成型工藝流程圖第111頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.袋壓成型工藝

袋壓成型是將手糊成型的未固化制品，通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力，使制品在壓力下密實(shí)，固化。

袋壓成型法的優(yōu)點(diǎn)是：①產(chǎn)品兩面光滑；②能適應(yīng)聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂；③產(chǎn)品重量比手糊高。袋壓成型分壓力袋法和真空袋法2種：

壓力袋法：壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋，固定好蓋板，然后通入壓縮空氣或蒸汽（0.25～0.5MPa），使制品在熱壓條件下固化。

真空袋法：是將手糊成型未固化的制品，加蓋一層橡膠膜，制品處于橡膠膜和模具之間，密封周邊，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除，制品表面更加致密。第112頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五5.模壓成型工藝模壓成型工藝:是將一定量的預(yù)混料或預(yù)浸料加入金屬對模內(nèi)，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。是廣泛使用的對熱固性樹脂和熱塑性樹脂都適用的纖維復(fù)合材料成型方法。第113頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五金屬對模準(zhǔn)備涂脫模劑模壓成型模塑料、顆粒樹脂短纖維固化脫模后處理檢驗(yàn)制品加熱、加壓加熱冷卻模壓成型工藝流程圖第114頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五6.纏繞成型工藝

一種將浸漬了樹脂的紗或絲束纏繞在回轉(zhuǎn)芯模上。常壓下在室溫或較高溫度下固化成型的一種復(fù)合材料制造工藝。是一種生產(chǎn)各種尺寸回轉(zhuǎn)體的簡單有效的方法。第115頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五纏繞工藝流程圖紗團(tuán)集束膠液配制浸膠烘干絡(luò)紗膠紗紗綻張力控制縱、環(huán)向纏繞芯?？v、環(huán)向纏繞張力控制加熱粘流固化脫模打模噴漆成品濕法纏繞成型工藝干法纏繞成型工藝第116頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五7.拉擠成型工藝

將浸漬過樹脂液的連續(xù)纖維束或帶狀織物在牽引裝置作用下通過成型模定型，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面和長度不受限制的復(fù)合材料型材的方法。第117頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.5聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用

目前應(yīng)用的復(fù)合材料主要有金屬基、陶瓷基和聚合物基三個(gè)大類，由于前兩類復(fù)合材料價(jià)格昂貴，主要用于宇航、航空工業(yè)部門，一般工業(yè)應(yīng)用尚不多見。在三類復(fù)合材料中，聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用最廣，發(fā)展也最快。例如在汽車、船舶、飛機(jī)、通訊、建筑、電子電氣、機(jī)械設(shè)備、體育用品等各個(gè)方面部有應(yīng)用。第118頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五4.5.1玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)的應(yīng)用(1)GFRP在石油化工工業(yè)中的應(yīng)用石油化工工業(yè)利用GFRP的特點(diǎn)，解決了許多工業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)健問題，尤其是耐腐蝕性和降低設(shè)備維修費(fèi)等方向。GFRP管道和罐車是原油陸上運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。聚酯和環(huán)氧GFRP均可做輸油管和儲(chǔ)油設(shè)備，以及天然氣和汽油GFRP罐車和貯槽。海上采油平臺(tái)上的配電房可用鋼制骨架和GFRP板組裝而成。板的結(jié)構(gòu)是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料加GFRP蒙面。這樣的材料質(zhì)輕、強(qiáng)度高、剛度好，而且包裝運(yùn)輸也很方便。能合理利用平臺(tái)的空間并減輕載荷，同時(shí)還有較好的熱和電的絕緣性能?；瘜W(xué)工業(yè)生產(chǎn)也是離不開GFRP的。用GFRP制成的風(fēng)機(jī)葉片，不僅延長了使用的壽命，而且還大大地降低了電耗量。第119頁，共129頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)58分，星期五(2)GFRP在建筑業(yè)中的應(yīng)用建筑業(yè)使用GFRP，主要是代替鋼筋、樹木、水泥、磚等。并己占有相當(dāng)?shù)牡匚弧Ｆ渲袘?yīng)用最多的是GFRP透明瓦，這是一種聚酯樹脂浸漬玻璃布?jí)褐贫傻?。波形瓦主要用于工廠采光，其次是作街道、植物園、溫泉、商亭等的頂篷，GFRP板應(yīng)用于貨棧的屋頂、建