《先進(jìn)復(fù)合材料及其應(yīng)用》(全套課件97P)

《先進(jìn)復(fù)合材料及其應(yīng)用》

1上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系2目錄陶瓷基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料混雜纖維復(fù)合材料§2.

基體材料—概述基體的作用:

固結(jié)增強(qiáng)相，均衡載荷和傳遞應(yīng)力,保持基本性質(zhì)。選材原則：

強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能，只作一般性考慮。

兩者相容性，環(huán)境適應(yīng)性，工藝性，重點(diǎn)考慮。

3上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系相容性：

化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，潤濕性好，膨脹系數(shù)差要小，以確保兩相界面具有足夠的結(jié)合力。環(huán)境適應(yīng)性：

耐熱、耐蝕、抗老化和適當(dāng)?shù)挠捕?。工藝性?/p>

制備是否方便，成本是否合適、低廉等。4上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系52.3陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷是指陶器和瓷器，也包括玻璃、水泥、搪瓷、磚瓦等人造無機(jī)非金屬材料。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。

目的：增韌基體材料：新型陶瓷

?Al2O3、ZrO2、MgO、SiO2、莫來石

?TiC、SiC?Si3N4?TiB2、Be2B、Be4B?MoSi26上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系§2.3

基體材料—

陶瓷基材料7§2-3.陶瓷基復(fù)合材料

一、增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理負(fù)載轉(zhuǎn)移：高彈纖維承受比基體更大的應(yīng)力，強(qiáng)度、韌性提高。預(yù)應(yīng)力效應(yīng)：纖維熱膨脹系數(shù)高于基體時，基體受預(yù)壓應(yīng)力而強(qiáng)化。拔出效應(yīng)：復(fù)合材料破斷，纖維從基體中拔出要消耗部分能量。

裂紋擴(kuò)展受阻：纖維阻止裂紋擴(kuò)展，消耗部分能量。

裂紋轉(zhuǎn)向：裂紋尖端受阻鈍化而轉(zhuǎn)向，要消耗更多的表面能。

纖維斷裂：高強(qiáng)度纖維斷裂，要消耗更大的能量。

8二、各種纖維增強(qiáng)陶瓷基1．金屬纖維

W、Mo、Ta、Nb、Cr、Fe、Ni、Co、不銹鋼絲。如：Mo、Ta/Al2O3

；W/TiC、TaC、HfC、ZrCW、Mo/ZrO2、ThO2

；W（涂SiC）/Si3N4

2．陶瓷纖維

C、SiC(W)、B4C(W)

、BN、Al2O3(W)纖維或晶須?？膳cAl2O3、ZrO2、SiC、Si3N4陶瓷復(fù)合。(1)性能特點(diǎn)使用溫度范圍廣，高溫強(qiáng)度高，耐熱沖擊，抗儒變。9(2)、影響增強(qiáng)效果的因素?

尺寸因素纖維過細(xì)反應(yīng)活性高，過粗相當(dāng)于裂紋。20～30μm好。長纖維增強(qiáng)效果好，晶須長/徑>5為好。?

排列方向:與主應(yīng)力平行。?

纖維（晶須）含量及均勻性含量↗：斷裂韌性↗，但密度，強(qiáng)度↘。均勻性↗：強(qiáng)度↗，斷裂韌性影響不大。10?

相容性纖維熱膨脹系數(shù)應(yīng)略大于基體。纖維彈性模量應(yīng)高于基體。兩相化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，陶瓷基以共價鍵化合物為好。如SiC、Si3N4、BN等。?

界面性質(zhì)界面結(jié)合力應(yīng)適中。11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。12常見的陶瓷基體有：

微晶玻璃、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等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。131微晶玻璃微晶玻璃是通過加入晶核劑等方法，經(jīng)過熱處理過程在玻璃中形成晶核，再使晶核長大而形成的玻璃與晶體共存的均勻多晶材料，又稱為玻璃陶瓷。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)。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)，同時還具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。典型代表：Li2O-Al2O3-SiO214

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。15應(yīng)用較多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2，莫來石（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殹?氧化物陶瓷163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，主要由共價鍵結(jié)合而成，也有一定的金屬鍵成分。

共價鍵結(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。17氮化硅陶瓷(SI3N4)

共價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)姆绞匠尚魏螅诘獨(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,Al2O3,1600~1700℃)燒結(jié)。18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，因此有白石墨之稱。HBN硬度不高，是唯一易于機(jī)械加工的陶瓷。高溫（1500～2000℃)高壓（6~9×103MPa）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。19

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。201．瓷漿澆鑄法短纖維混合分散在陶瓷漿體中，澆鑄，吸水，干燥，燒結(jié)。工藝簡單，成本低，增強(qiáng)效果有限。（致密度不夠）2．熱壓燒結(jié)法短纖維與陶瓷粉末混合，模壓成型，熱壓燒結(jié)。結(jié)合力好，但纖維易受損。成型工藝3．浸漬法長纖維編織或纏繞成型，浸漬陶瓷漿，干燥燒結(jié)。工藝簡單，燒結(jié)密度低。

21發(fā)展方向：

1．

高性能陶瓷纖維和晶須的制備技術(shù)。

2．

纖維和晶須的表面處理技術(shù)。

3．

長纖維陶瓷復(fù)合材料的制備技術(shù)。

4．

界面結(jié)合強(qiáng)度與材料強(qiáng)度韌性的關(guān)系。

5．

復(fù)合比與材料強(qiáng)度韌性的關(guān)系。

6．

重視纖維晶須和顆粒共復(fù)合的協(xié)同效應(yīng)。

7.玻璃--陶瓷基體的研究。四．

應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向金屬基體上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系22232.1金屬材料

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對材料性能的要求越來越高，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足實際工程的要求，這促進(jìn)了金屬基復(fù)合材料的迅猛發(fā)展。241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)25

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)26§2-2.金屬基復(fù)合材料

一、基本性能與種類增強(qiáng)的形式包括連續(xù)纖維、短纖維、晶須和顆粒。1、性能與下列材料相比：

?

金屬及合金高的比強(qiáng)度，比剛度。

?

聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐熱性好。

?

陶瓷基復(fù)合材料高韌性和高沖擊強(qiáng)度。272、種類(1)、按金屬基體分

?

鋁基：d=2.7f.c.c.Tm=660℃塑性韌性好，易加工；熔點(diǎn)低，可避免與纖維過度反應(yīng)；強(qiáng)化效果好，價廉。

?

鎳基：d=8.9f.c.c.Tm=1453℃高溫性能好，可加工成薄膜，抗氧化性好。

?

鈦基：d=4.51h.c.p.(b.c.c.)Tm=1668℃

更高的比強(qiáng)度，比模量，耐腐蝕。(Tα/β=883℃)28(2)、按增強(qiáng)劑形態(tài)分

?

顆粒:（體積比>20%粒徑>1μm）增強(qiáng)效果較低。

?

層片：二維方向↗，垂直片方向↘（裂紋核心）。

?

纖維：單向明顯↗，橫向影響不大。3、纖維選擇要點(diǎn)

?

高強(qiáng)度、高模量。（明顯高于金屬基體）

?

耐熱性高（如：KF不宜選用）

?

價格低（比較突出的制約因素）

?

相容性好（膨脹系數(shù)相近，高溫惰性）292.1.1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能否充分組合和發(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。301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311金屬基復(fù)合材料的使用要求

不同領(lǐng)域、不同工況下對復(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。32高性能發(fā)動機(jī)：高比強(qiáng)度、比模量、耐高溫性、抗氧化如：鈦基合金、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)動機(jī)葉片、渦輪葉片、轉(zhuǎn)軸、火箭發(fā)動機(jī)箱體材料。33汽車發(fā)動機(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)動機(jī)活塞、缸套等零件。34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。35

針對不同的增強(qiáng)體系，應(yīng)充分分析和考慮增強(qiáng)物的特點(diǎn)來正確選擇基體合金材料。2金屬基復(fù)合材料組成特點(diǎn)36對于連續(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。37對于非連續(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)度的鋁合金而不用鋁作為基體。383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：39

在選擇基體時，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)合材料成型過程中，抑制界面反應(yīng)。40如何增強(qiáng)基體與增強(qiáng)物的相容性？A對增強(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41

注意：在用鐵、鎳作為基體時，不適宜用碳（石墨）纖維作為增強(qiáng)物。因為，鐵、鎳元素在高溫時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。422.1.2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。（1）用于450℃以下的輕金屬基體——鋁、鎂合金（2）用于450～700℃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431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、汽車發(fā)動機(jī)零件、剎車盤等方面。442用于450~700℃以下的復(fù)合材料基體——鈦合金

鈦合金具有相對密度小、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軸等零件用于高性能航空發(fā)動機(jī)。453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)動機(jī)葉片。46

目前已有應(yīng)用的功能金屬基復(fù)合材料（不含雙金屬復(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、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47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。水泥基復(fù)合材料上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系4849§2-4.水泥基復(fù)合材料

一、水泥的基本特性與增強(qiáng)方法剛/柔比高；抗壓/抗拉比高；。增強(qiáng)（韌）方法：

?

加入高強(qiáng)度集料——

混凝土

?

纖維增韌（要求纖維粗，較長）

?

聚合物改性浸漬填充、聚合物取代或部分取代水泥基體。501、混凝土以水泥為基，加入砂、石，鋼筋。骨料要求強(qiáng)度高，耐堿性好，與基體有良好的結(jié)合，價廉。鋼筋與水泥相容性好，耐堿。為提高鋼筋強(qiáng)度和結(jié)合力，近年來要求冷拉、表面軋槽。二、水泥基復(fù)合材料種類512、纖維增強(qiáng)水泥可用纖維見下表：為防止Ca(OH)2和水對纖維的不利影響，水泥中需摻入礦渣、火山灰或粉煤灰等活性填料。技術(shù)要點(diǎn)：基體強(qiáng)度要高強(qiáng)度取決于基體，選高標(biāo)號水泥。膨脹系數(shù)要適當(dāng)af>am

，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。纖維足量纖維相互交錯搭接，產(chǎn)生疊加效應(yīng)。彈性模量要匹配Ef>Em52533、

聚合物改性

(1)、聚合物浸漬將已干固的混凝土構(gòu)件，浸入聚合物單體或預(yù)聚體溶液中使其滲入空隙，通過加熱聚合、固化形成聚合物填充。提高密度、強(qiáng)度和韌性。

(2)、聚合物混凝土（可歸入聚合物基復(fù)合材料）聚合物完全取代水泥，作為集料的結(jié)合劑。常用聚合物：環(huán)氧、脲醛、糠醛、聚酯樹脂等。性能好，價格較高。應(yīng)用：如人造石54(3)、聚合物水泥混凝土特點(diǎn)：抗折強(qiáng)度明顯↗，抗壓強(qiáng)度↘。韌性↗，剛度、脆性↘?？?jié)B透性、耐侵蝕性↗。粘補(bǔ)性好。工藝簡單，成本低。

聚合物部分取代水泥。要求聚合物具有親水性，在水中或能溶解或能分散成乳液。加入狀態(tài)可以是單體、聚合物乳液、聚合物粉末。55三、

成型工藝1、混凝土設(shè)計與施工設(shè)計過程：原料選擇→工程計算→實驗校核調(diào)整初定配方：水:灰:砂:石

0.5:1:1.5:3實驗校核：強(qiáng)度實驗與和易性實驗調(diào)整：提高水泥標(biāo)號或用量，可提高強(qiáng)度。提高水量、降低石料用量，可提高和易性。最終配方中水泥用量、W/C需滿足耐久性要求。56最終配方滿足耐久性要求聚合物基復(fù)合材料上海大學(xué)材料學(xué)院電子信息材料系57582.1.1基體材料的組分及作用聚合物基體：基體材料主要成分，決定復(fù)合材料的性能、成型工藝及價格。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，并且要施工簡單，有良好的工藝性能。2.1聚合物材料592輔助劑：（1）交聯(lián)劑（引發(fā)劑、促進(jìn)劑）

交聯(lián)劑：能在線型分子間起架橋作用從而使多個線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鍵或離子鍵形成的物質(zhì)。也稱為固化劑。

引發(fā)劑：指一類容易受熱分解成自由基的化合物，可用于引發(fā)烯類、雙烯類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)。

促進(jìn)劑：與催化劑或交聯(lián)劑并用時，可以提高反應(yīng)速率的一種用量較少的物質(zhì)。60（2）稀釋劑：降低聚合物基體粘度，便于施工。非活性稀釋劑：不參與樹脂固化反應(yīng)，樹脂成型中揮發(fā)，加入量為10~60%。如：丙酮、乙醇、甲苯、苯活性稀釋劑：不與樹脂固化反應(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61（3）增韌（增塑）劑降低樹脂剛性、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）觸變劑提高樹脂在靜止?fàn)顟B(tài)下的粘度，在外力作用下，樹脂又變成流動性液體。適合于大型產(chǎn)品，尤其在垂直面上使用，加入量為1~3%。如：活性SiO2(白炭黑)、膨潤土、聚氯乙烯粉。62（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0.5~5%要求：顏色鮮明，有耐熱性和耐光性；在樹脂中分散良好，不影響樹脂固化。一般選用無機(jī)顏料，有機(jī)顏料影響樹脂固化。633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。644基體材料的選用原則①產(chǎn)品性能②工藝性能③成本及來源基體材料綜合決定652.1.2基體材料的結(jié)構(gòu)和性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）分子鏈很大（103~105個結(jié)構(gòu)單元）：線形的，支鏈的，網(wǎng)狀的（2）鏈長有限的聚合物分子中含有官能團(tuán)或端基（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。66一、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。纖維彈性模量低，纖維受拉時單獨(dú)受力，纖維單根或單束斷裂；纖維彈性模量高，纖維受拉時由于粘接力作用，纖維表面整體強(qiáng)度高。2.樹脂內(nèi)聚強(qiáng)度固化程度提高，分子量增大，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，則樹脂形變能力減低，呈現(xiàn)脆性性能673.樹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和鍵角改變引起，變形較?。?%）高彈形變：由大分子鏈的鏈段移動引起，是聚合物主要變形形式（Tg以上）強(qiáng)迫高彈形變（Tg以下）：在外力作用量夠大，時間是夠長條件下出現(xiàn)決定因素：大分子鏈的柔韌性、大分子鏈間的交聯(lián)密度684.樹脂體積收縮率：物理收縮、化學(xué)收縮固化收縮率：環(huán)氧樹脂1~2%；聚酯樹脂4~6%；酚醛樹脂8~10%影響因素：固化前樹脂系統(tǒng)（包括樹脂、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；固化過程中有無小分子釋放。降低收縮率方法：調(diào)節(jié)樹脂大分子鏈段充分伸直，固化前分子間填充密實，固化后有緊密的空間網(wǎng)絡(luò)。69

固化是指線型樹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)樹脂的全過程。凝膠：定型：熟化：

液態(tài)樹脂可溶線型小分子

固態(tài)樹脂不溶不熔體型結(jié)構(gòu)大分子固化粘流態(tài)樹脂半固態(tài)凝膠失去流動性凝膠時間＜手糊時間凝膠硬度、形狀表觀上變硬，一定力學(xué)性能，經(jīng)后處理，穩(wěn)定物理化學(xué)性能固化階段70二、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、氧化聚合物受熱變化物理變化：變形、軟化、流動、熔融化學(xué)變化：分子鏈交聯(lián)、氧化、產(chǎn)生氣體等71提高樹脂耐熱性方法：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,-NH2等；進(jìn)行交聯(lián)：交聯(lián)鍵增加，提高分子間作用力。72三、耐腐蝕性能樹脂的腐蝕物理作用：溶脹或溶解，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，性能下降影響因素：樹脂結(jié)構(gòu)樹脂含量樹脂固化交聯(lián)密度化學(xué)作用：化學(xué)鍵破壞或新的化學(xué)鍵73四、介電性能分子由共價鍵組成，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：樹脂大分子的極性：極性增加，電絕緣性下降；固化樹脂雜質(zhì)含量及種類742.1.3

熱固性樹脂基復(fù)合材料樹脂加熱后產(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。熱固性樹脂其分子結(jié)構(gòu)為體型，它包括大部分的縮合樹脂，熱固性樹脂有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹脂等。75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。不飽和聚酯樹脂主要應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料。76主要特點(diǎn)：工藝性能好，粘度低可在室溫下成型；價格低廉；固化時體積收縮率大，成型時氣味和毒性較大；耐熱性、強(qiáng)度和模量較低，易變形77常用不飽和聚酯樹脂牌號主要成分技術(shù)指標(biāo)性能與用途FL191丙二醇/苯乙烯苯酐/順酐酸值：28~38mgKOH/g粘度：0.25~0.45Pa.S室溫凝膠時間：12~22min耐光通用型樹脂，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20~28mgKOH/g0.25~0.45Pa.S6.5~11.5min耐水耐候樹脂、冷卻塔、衛(wèi)生潔具FL195丙二醇/苯酐/順酐苯乙烯27~35mgKOH/g0.12~0.22Pa.S30~54min高透光率樹脂、透明板材、采光罩FL198丙二醇/苯酐順酐/苯乙烯20~28mgKOH/g0.45~0.85Pa.S6~10min高活性樹脂、適用于強(qiáng)度高、耐中溫纖維增強(qiáng)塑料78

分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，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。79

酚類化合物與醛類化合物縮聚而得的樹脂，一般常指由苯酚和甲醛經(jīng)縮聚反應(yīng)而得的合成樹脂。苯酚

甲醛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(lán)等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱堿，遇強(qiáng)酸發(fā)生分解，遇強(qiáng)堿發(fā)生腐蝕。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有機(jī)溶劑中。80特點(diǎn)：耐高溫性、耐酸性、機(jī)械強(qiáng)度較高、低煙低毒用途：主要用于生產(chǎn)壓塑粉、層壓塑料；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、人造板、鑄造、耐火材料等。812.1.4

熱塑性樹脂基復(fù)合材料熱塑性聚合物是指具有線型或支鏈型結(jié)構(gòu)的那一類有機(jī)高分子化合物，這類聚合物可以反復(fù)受熱軟化（或熔化），而冷卻后變硬。熱塑性聚合物在軟化或熔化狀態(tài)下，可以進(jìn)行模塑加工，當(dāng)冷卻至軟化點(diǎn)以下時能保持模塑成型的形狀。82聚乙烯聚苯乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚酰胺（尼龍）83聚碳酸酯聚甲醛聚對苯二甲酸乙二醇酯84

與熱固性樹脂基復(fù)合材料比，熱塑性聚合物基復(fù)合材料在力學(xué)性能、使用溫度、老化性能方面處于劣勢，而在工藝簡單、工藝周期短、成本低、相對密度小等方面占優(yōu)勢。85?

具有較高的比強(qiáng)度和比模量。?

抗疲勞性能好，安全性高。?

減振、隔音、保溫、隔熱。?

彈性模量不夠高、斷裂延伸率小、抗沖擊強(qiáng)度差、橫向強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度低。?

手工勞動強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定。一.聚合物基體材料的基本性能

86二.

品種1、GF增強(qiáng)熱固性塑料（GFRP）----玻璃鋼聚合物基復(fù)合材料——

熱固性聚合物基體主要為不飽和聚酯、環(huán)