聚合物基复合材料精选课件.ppt

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1、关于聚合物基复合材料关于聚合物基复合材料第一页，本课件共有129页目录4.1 概述 4.2 聚合物基体4.3 纤维增强聚合物复合材料4.4 聚合物基复合材料的制备和加工4.5 聚合物复合材料的应用第二页，本课件共有129页4.1 概述 聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。第三页，

2、本课件共有129页 实用实用PMCPMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如：玻一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如：玻璃纤维增强热固性塑料璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增

3、强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。第四页，本课件共有129页聚合物基发展史两千多年前，我国就用麻丝和大漆制成了漆器。两千多年前，我国就用麻丝和大漆制成了漆器。18391839年年美美国国人人Charles Charles GoodyearGoodyear发发明明了了橡橡胶胶硫硫化化法法，而而硫硫化化橡橡胶胶本本身身是是由由橡橡胶胶、填填料料、硫硫化化剂剂等等其其他他助助剂剂组组成成的的复复合材料，合材料，热热固固性性塑塑料

4、料工工业业的的发发展展和和复复合合材材料料工工业业的的发发展展是是相相辅辅相相成成的。的。热热塑塑性性塑塑料料复复合合材材料料的的发发展展要要滞滞后后一一些些。最最早早的的应应用用是是在在PVCPVC的生产中加入了碳酸钙，目的是降低成本。的生产中加入了碳酸钙，目的是降低成本。英英国国的的ICIICI公公司司研研发发的的玻玻璃璃纤纤维维增增强强尼尼龙龙的的新新生生产产技技术术取取得巨大成功，从而带动热塑性塑料复合材料的快速发展。得巨大成功，从而带动热塑性塑料复合材料的快速发展。第五页，本课件共有129页4.2 聚合物基体玻璃纤维增强型玻璃纤维增强型分类分类复复合合材材料料增强纤维种类增强纤维种类

5、碳纤维增强型碳纤维增强型芳纶纤维增强型芳纶纤维增强型基体材料性能基体材料性能通用型通用型耐化学介质腐蚀型耐化学介质腐蚀型耐高温型耐高温型复合材料成型复合材料成型固化方式固化方式常温常压固化成型常温常压固化成型高温加压固化成型高温加压固化成型阻燃型阻燃型聚合物基体的聚合物基体的结构形式结构形式热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料第六页，本课件共有129页4.2.1 热固性树脂第七页，本课件共有129页4.2.1.1 不饱和聚酯聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键。饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键。不饱

6、和聚酯：含有非芳族的不饱和键不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。为不饱和聚酯树脂。第八页，本课件共有129页结构特点：结构特点：1 1、主链上

7、含有脂键、不饱和双键。、主链上含有脂键、不饱和双键。2 2、具有线性结构，线性不饱和聚酯。、具有线性结构，线性不饱和聚酯。3 3、含有双键，可在加热、光照、高能辐射及引发剂作用、含有双键，可在加热、光照、高能辐射及引发剂作用 下与交联单体进行共聚，固化成具有三维网络的体型下与交联单体进行共聚，固化成具有三维网络的体型 结构。结构。4 4、交联前后性能变化很大。取决于酸、醇的种类及数量。、交联前后性能变化很大。取决于酸、醇的种类及数量。第九页，本课件共有129页不饱和聚酯的用途：1.不饱和聚酯树脂作为玻璃钢复合材料基体树脂2.不饱和聚酯树脂作为涂料3.不饱和聚酯树脂作为胶粘剂第十页，本课件共有1

8、29页不饱和聚酯树脂的物理和化学性质不饱和聚酯树脂的物理和化学性质 物理性质 不饱和聚酯树脂的相对密度在1.111.20左右，固化时体积收缩率较大，固化树脂的一些物理性质如下：(1)耐热性。绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都 在5060，一些耐热性好的树脂则可达120。(2)力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。(3)耐化学腐蚀性能。不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关开关的不同，可以有很大的差异。(4)介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。第十一页，本课件共有129页 化学性质 不饱和聚酯是具有

9、多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基.主链上的双键可以和乙烯基单体发生共聚交联反应，使不饱和聚酯树脂从可溶、可熔状态转变成不溶、不熔状态。主链上的酯键可以发生水解反应，酸或碱可以加速该反应。若与苯乙烯共聚交联后，则可以大大地降低水解反应的发生。在酸性介质中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，由于形成了共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的，所以聚酯耐碱性较差。第十二页，本课件共有129页 聚酯链末端上的羧基可以和碱土金属氧化物或氢氧化物例如MgO，CaO，Ca(OH)2等反应，使不饱和聚酯分子链

10、扩展，最终有可能形成络合物。分子链扩展可使起始粘度为0.11.0Pas粘性液体状树脂，在短时间内粘度剧增至103Pas以上，直至成为不能流动的、不粘手的类似凝胶状物。树脂处于这一状态时并未交联，在合适的溶剂中仍可溶解，加热时有良好的流动性.第十三页，本课件共有129页4.2.1.2 环氧树脂 分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。第十四

11、页，本课件共有129页定义：定义：分子中含有两个或两个以上环氧基团的线型有机高分子化合物。环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构 第十五页，本课件共有129页特点：特点：相对分子质量不高，可与多种类型的固化剂发生交联反应形成三维网状聚合物。良好的粘结性能、力学性能、耐化学药品性、耐气候性、电绝缘性、尺寸稳定性优异。是复合材料的主要基体。第十六页，本课件共有129页环氧树脂的特性a a、具有多样化的形式、具有多样化的形式:各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从

12、极低的粘度到高熔点固体。高熔点固体。b b、固化方便、固化方便:选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在01800180温度范围内固化。温度范围内固化。c c、收缩率低：固化反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基、收缩率低：固化反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于很低的收缩性（小于2%2%）。d d、黏附力强：

13、分子链中固有的极性羟基和醚键，使对各种物质具、黏附力强：分子链中固有的极性羟基和醚键，使对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。可做环氧结构胶。小，这也有助于提高粘附强度。可做环氧结构胶。第十七页，本课件共有129页e e、力学性能高：、力学性能高：固化后的环氧树脂体系具有具有很强的内聚固化后的环氧树脂体系具有具有很强的内聚力，分子结构致密，其力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚力，分子结构致密，其力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。酯等通用型热固性树脂。f f、电绝缘性：、电

14、绝缘性：固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料，是热固性树脂中介耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料，是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。电性能最好的品种之一。g g、化学稳定性好、化学稳定性好:固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，其耐腐蚀性优于不饱和聚酯树脂、酚耐酸性和耐溶剂性，其耐腐蚀性优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。像固化环氧体系的其它性能一样，醛树脂等热固性树脂。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用化

15、学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。h h、尺寸稳定性：、尺寸稳定性：上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。有突出的尺寸稳定性和耐久性。i i、耐霉菌：、耐霉菌：固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。的热带条件下使用。第十八页，本课件共有129页环氧树脂的应用土建材料土建材料 防腐地坪、防静电地坪、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场防腐地坪、防静电地坪、

16、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场跑道、快速修补材料、加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等跑道、快速修补材料、加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等 第十九页，本课件共有129页底涂一般是用来抹平地面，修补基层的一些问题，如底涂一般是用来抹平地面，修补基层的一些问题，如粉化，鼓泡，同时还可以进行一定的防水处理，中涂粉化，鼓泡，同时还可以进行一定的防水处理，中涂是施工产品的重要表现，是耐磨还是防静电或者是其是施工产品的重要表现，是耐磨还是防静电或者是其他要求，一般在中涂采用不同的材料和工艺，面涂一他要求，一般在中涂采用不同的材料和工艺，面涂一般是调色和保护作用。般是调色和保护作用。第

17、二十页，本课件共有129页修复桥梁结构修复桥梁结构第二十一页，本课件共有129页电子行业 高低压电器、电机、LED、电子元器件的绝缘及封装 第二十二页，本课件共有129页4.2.1.3 4.2.1.3 酚醛树脂酚醛树脂优点：比环氧树脂价格便宜优点：比环氧树脂价格便宜缺点：吸附性不好、收缩率高、成型压力高、制品空隙含缺点：吸附性不好、收缩率高、成型压力高、制品空隙含量高等。量高等。大量用于粉状压塑料、短纤维增强塑料大量用于粉状压塑料、短纤维增强塑料。少量用于玻璃纤维复合材料、耐烧蚀材料等，很少使用在少量用于玻璃纤维复合材料、耐烧蚀材料等，很少使用在碳纤维和有机纤维复合材料中。碳纤维和有机纤维复合

18、材料中。第二十三页，本课件共有129页酚醛树脂的发展历史酚醛树脂的发展历史1872年德国化学家拜尔首先合成了酚醛树脂。19051909年，美国科学家L.H.贝克兰对酚醛树脂及其成型工艺进行了系统的研究，1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司，实现了工业生产。是最早合成的一类热固性树脂，也是最早工业化的热固性树脂。1911年J.W.艾尔斯沃思提出用六亚甲基四胺固化热塑性酚醛树脂，并制得了性能良好的塑料制品，获得了广泛的应用。1969年，由美国金刚砂公司开发了以苯酚甲醛树脂为原料制得的纤维，随后由日本基诺尔公司投入生产。酚醛树脂的生产至今不衰，2006年世界总产量约4015kt，居热固性树

19、脂的首位。中国自40年代开始生产，2006年产量为450kt。第二十四页，本课件共有129页4.2.1.4 呋喃树脂糠醛或糠醇本身进行均聚或与其它单体进行共缩聚而得到的缩聚产物，习惯上称为呋喃树脂。这类树脂的品种很多，其中以糠醛苯酚树脂、糠醛丙酮树脂及糠醇树脂较为重要。树脂具优良的耐热性、化学稳定性、硬度、防水性，主要用于化工厂。阻燃性能良好，但脆性大，粘结性差。第二十五页，本课件共有129页4.2.1.5 其他热固性树脂1.聚酰亚胺树脂：分子链中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物，是一种半梯形环链结构聚合物。通式：不同的芳基不同的芳基第二十六页，本课件共有129页 聚酰亚胺对热和氧化十分稳定，并具

20、有突出的耐辐射性和良好的电绝缘性，它可分为热固性和热塑性两种。是近年来发展较快的耐高温树脂，250度下可长期使用，无氧时可在300度下使用，零强度温度达800度。适于制造航空航天领域的复合材料。第二十七页，本课件共有129页有机硅树脂:在有机硅聚合物中，具有实用价值和得到广泛应用的主要是由有机硅单体（如有机卤硅烷）经水解缩聚而成的主链结构为硅氧键的高分子有机硅化合物。这种主链由硅氧键构成，侧链通过硅原子与有机基团相连的聚合物，称为聚有机硅氧烷。第二十八页，本课件共有129页 有机硅树脂则是聚有机硅氧烷中一类分子量不高的热固有机硅树脂则是聚有机硅氧烷中一类分子量不高的热固性树脂。性树脂。用这类树

21、脂制造的玻璃纤维增强复合材料，在较高的用这类树脂制造的玻璃纤维增强复合材料，在较高的温度范围内（温度范围内（200250200250）长时间连续使用后，仍能保持）长时间连续使用后，仍能保持优良的电性能，同时，还具有良好的耐电弧性能及憎水防优良的电性能，同时，还具有良好的耐电弧性能及憎水防潮性能。潮性能。第二十九页，本课件共有129页有机硅树脂的性能如下：有机硅树脂的性能如下：（1）热稳定性 有机硅树脂的Si-O键有较高的键能（363kJ/mol），所以比较稳定，耐热性和耐高温性能均很高。一般说来其热稳定性范围可达200250，特殊类型的树脂可以更高一些。（2）力学性能 有机硅树脂固化后的力学性

22、能不高，若在大分子主链上引进氯代苯基，可提高力学性能。有机硅树脂有机硅树脂/玻璃纤维层压板的层间粘接强度较差，受热时弯曲强度有较大幅度的下降。若在主链中引入亚苯基，可提高刚性、强度及使用温度。（3）电性能 有机硅树脂具有优良的电绝缘性能，它的击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异。受电弧及电火花作用时，树脂即使裂解而除去有机基团，表面剩下的二氧化硅同样具有良好的介电性能。第三十页，本课件共有129页（4）憎水性 有机硅树脂的吸水性很低，水珠在其表面只能滚落而不能润湿。因此，在潮湿的环境条件下，有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料仍能保持其优良的性能。（5）耐腐蚀性能 有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料

23、可耐浓度（质量）10%30%硫酸、10%盐酸、10%15%氢氧化钠、2%碳酸钠及3%过氧化氢。醇类、脂肪烃和润滑油对它的影响较小，但耐浓硫酸及某些溶剂（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力较差。第三十一页，本课件共有129页三聚氰胺甲醛树脂：三聚氰胺和甲醛缩聚而成，氨基塑料，大量用于制造模塑混合料、层压板材、黏合剂及其他材料，价格较昂贵。用玻璃纤维增强的三聚氰胺甲醛层压板具有高的力学性能、优良的耐热性和电绝缘性及自熄性。第三十二页，本课件共有129页脲醛树脂：由甲醛和尿素合成，是最重要的氨基树脂（塑料），与酚醛树脂相比，价格便宜，色泽浅，气味小，具有较好的抗电弧性，但耐热性差，吸水量高。脲醛模塑混合

24、料主要用来制作电器配件、瓶盖，泡沫塑料用于隔热材料等。第三十三页，本课件共有129页4.2.2 热塑性树脂 树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键键,加热熔融、冷却后硬化，此过程可逆的，可反复加工成型，加热熔融、冷却后硬化，此过程可逆的，可反复加工成型，占塑料的占塑料的70%70%以上。以上。热塑性树脂（塑料）热塑性树脂（塑料）通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料特种工程塑料特种工程塑料第三十四页，本课件共有129页热塑性树脂的基本性能1、力学性能 决定合成树脂力学性能的结构因素有以下五个：大分子链的主价力；分子间的作用力；大分子链的

25、柔韧性；分子量；大分子链的交联密度。热塑性树脂与热固性树脂在结构上的显著差别在于前者的大分子链为线型结构，而后者的大分子链为体型网状结构。由于这一结构上的差别，使热塑性树脂与热固性树脂相比在力学性能上有以下几个显著特点：具有明显的力学松弛现象；在外力作用下，形变的能力较大，即当应变速度不大时，可具有相当大的断裂延伸率；抗冲击性能好。第三十五页，本课件共有129页2、电学性能 热塑性树脂的电性能按其大分子的极性不同可分成以下几类：（1）非极性：这类树脂如聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等。非极性树脂具有优异的绝缘性能，对腐蚀性介质稳定，可作为高频率的电解质。（2）弱极性：这类树脂如聚苯乙烯、聚异丁烯

26、等。弱极性与极性的树脂可用于中频率的电工技术。（3）极性：这类树脂如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。（4）强极性：这类树脂如聚酯。强极性树脂只能作为低频率的介电体。第三十六页，本课件共有129页热塑性树脂的应用第三十七页，本课件共有129页4.2.2.1 4.2.2.1 聚烯烃聚烯烃 聚烯烃树脂是一类发展最快、品种最多、产量最大聚烯烃树脂是一类发展最快、品种最多、产量最大的热塑性树脂，主要品种有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、的热塑性树脂，主要品种有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。聚苯乙烯等。第三十八页，本课件共有129页4.2.2.2 聚酰胺 聚酰胺商品名又称尼龙（Nyl

27、on）或锦纶。聚酰胺是主链上含有许多重复酰胺基团的一大类线型聚合物，品种很多。通常由-氨基酸或内酰胺开环聚合而得，或由二元酸和二元胺经缩聚反应而得。缩聚聚合开环聚合第三十九页，本课件共有129页 聚酰胺分子链中的酰胺基团可以相互作用形成氢键，使聚合物有较高的结晶度和熔点。各种聚酰胺的熔点随高分子主链上酰胺基团的浓度和间距而变化，熔点相差较大，约在140280之间。聚酰胺的熔点虽较高，但其热变形温度都较低，长期使用温度低于80。第四十页，本课件共有129页1.由于存在牢固的氢键，具有良好的力学性能，比抗张强度高于金属，比抗压强度与金属相近，可作为替代金属的材料。2.因聚酰胺分子中含有的酰胺基团极

28、性大，故吸水率较高，电绝缘性能较差。3.抗张和抗压强度随吸湿量增加而降低，伸长率增加。尼龙在干态下的抗冲击强度较低，随含水量增加冲击性能提高。4.聚酰胺树脂用玻璃纤维增强后其热形温度会明显提高，线膨胀系数也会降低很多。GF增强抗张强度可提高2-3倍。第四十一页，本课件共有129页5.当采用玻璃纤维增强后，虽不能保证明显降低吸湿性，但可以明显改善使用性能。6.弹性模量的增加和蠕变性能的改善，能大大提高聚酰胺吸湿时的尺寸稳定性。聚酰胺对大多数化学试剂具有良好的稳定性，耐油性较好（如植物油、动物油及矿物油），对碱的稳定性亦较好，但不耐极性溶剂，如苯酚、甲酚等。第四十二页，本课件共有129页尼龙的应用

29、PAPA消费结构图消费结构图第四十三页，本课件共有129页4.2.2.3 聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯是在分子链中含有碳酸酯的一类高分子总称。-(-O-R-O-CO-)n-根据R不同，可以是脂肪族、脂环族、芳香族、或脂肪族芳香族的聚碳酸酯但从物理性能和加工性来考虑，只有双酚A型的芳香族聚碳酸酯（PC）获得工业化和实际应用PC主链由柔软的碳酸酯链与刚性的苯环相连接而成为无定形热塑性树脂，透明，透光率87-91第四十四页，本课件共有129页主要性能：相对密度为1.20，熔点为220230，可溶于二氯甲烷、间甲酚、环己酮和二甲基酰胺等，在乙酸乙酯、四氢呋喃和苯中溶胀。力学性能十分优良，尤其是极好的抗冲击

30、性能，抗冲击强度是热塑性塑料中最好的一种，注射模塑材料的冲击韧性大于20kJ/，断裂伸长率为60%，弯曲弹性模量2.22.5GPa。热变形温度达到130140，加GF后HDT可达150-160，具有良好的耐寒性，脆化温度为-100，使用温度范围-100-135。第四十五页，本课件共有129页它的吸水率很低，在较广的温度范围和潮湿条件下，仍具有较好的介电性能。具有良好的电性能以及耐寒、耐热、自熄等特点，是性能最优异的热塑性塑料之一。制品容易产生应力开裂，耐溶剂、耐碱性能差，高温易水解，摩擦因素大，无自润滑性，耐磨性和耐疲劳性都较低。PC作为基体树脂可以和各种纤维、填料复合成各种功能、增强复合材料

31、，如导电、增强、高抗冲、半透明复合材料等。第四十六页，本课件共有129页聚碳酸酯的应用PCPC消费结构图消费结构图第四十七页，本课件共有129页4.2.2.4 聚甲醛聚甲醛分为甲醛的均聚物和与少量其他单体共聚的共聚甲醛两种。主要为共聚聚甲醛，因为合成工艺简单，易于成型加工。是一种没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物，具有优异的综合性能。熔融温度为180 左右，脆化温度为-40，可在-40 -100下长期使用。第四十八页，本课件共有129页聚甲醛的力学性能相当好，它具有较高的强度的弹性模量，摩擦系数小，耐磨性能好。聚甲醛还具有高度抗蠕变和应力松弛的能力。聚甲醛尺寸稳定性好，吸水率很小，所以吸水

32、率对其力学性能的影响可以不予考虑。聚甲醛有较好的介电性能，在很宽的频率和温度范围内，它的介电常数和介质损耗角正切值变化很小。聚甲醛的耐热性较差，在成型温度下易降解放出甲醛，一般在造粒时加入稳定剂。若不受力，聚甲醛可在140下短期使用，其长期使用温度为85。聚甲醛耐气候性较差，经大气老化后，一般性能均有所下降。但它的化学稳定性非常优越，特别是对有机溶剂，其尺寸变化和力学性能的降低都很少。受强酸侵蚀，耐候性差，粘结性差，热分解与软化温度接近，故熔融加工困难。第四十九页，本课件共有129页聚甲醛的应用POMPOM消费结构图消费结构图第五十页，本课件共有129页4.2.2.5 氟树脂 氟树脂是一类由乙

33、烯分子中氢原子被氟原子取代的后的衍生物合成的聚合物。氟树脂的分子链结构中由于有C-F键，碳链外又有氟原子形成的空间屏蔽效应，故其具有优异的化学稳定性、耐热性、介电性、耐老化性和自润滑性等。主要的品种有聚四氟乙烯（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。第五十一页，本课件共有129页聚四氟乙烯能在-250260长期连续使用，它不溶解或溶胀于任何已知的溶剂，即使在高温下，王水对它也不起作用，俗称塑料王。它还具有极低的静摩擦系数以及优异的润滑性、阻燃性和耐大气老化性能等，聚四氟乙烯是塑料中摩擦因数最小者。但不容易成型加工，需用

34、类似于粉末冶金法冷压与烧结相结合的方法加工。聚三氟氯乙烯长期使用的温度范围低于聚四氟乙烯，为-200200，但具有较高的硬度、较低的渗透性和良好的耐蠕变性，并且更容易成型加工。第五十二页，本课件共有129页聚偏氟乙烯长期使用温度范围为-40150，其拉伸强度、抗压强度都比聚四氟乙烯高得多，是氟树脂中韧性最好的一种，并且可用于一般热塑性塑料的加工方法进行加工成型。聚氟乙烯最高使用温度为120，具有氟树脂中最高的拉伸强度和最低的气体透过系数，和极优异的耐气候性，在大气中使用寿命长达25年，是一种极优的耐老化材料。表面敷贴有聚氟乙烯薄膜的玻璃纤维增强复合材料可大大提高室外使用寿命。第五十三页，本课件

35、共有129页氟树脂的应用第五十四页，本课件共有129页4.3纤维增强聚合物复合材料 纤维增强材料纤维增强材料 在现代复合材料的发展历史中，纤维增强材料是最大的功在现代复合材料的发展历史中，纤维增强材料是最大的功臣，也可以说是现代复合材料的支柱。最早使用的复合材料就臣，也可以说是现代复合材料的支柱。最早使用的复合材料就是玻璃纤维增强塑料，至今在高技术新材料领域纤维增强复合是玻璃纤维增强塑料，至今在高技术新材料领域纤维增强复合材料仍然在发挥重要的作用。材料仍然在发挥重要的作用。为了进一步提高复合材料的性能，纤维增强材料的研究与为了进一步提高复合材料的性能，纤维增强材料的研究与开发显得特别活跃，先后

36、开发出几十种纤维增强材料。主要有开发显得特别活跃，先后开发出几十种纤维增强材料。主要有玻璃纤维、芳纶纤维（玻璃纤维、芳纶纤维（kevlarkevlar纤维）、尼龙纤维、聚乙烯纤维、纤维）、尼龙纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及金属纤维（如碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及金属纤维（如钨、钼、不锈钢丝等）。其中在各类复合材料中得到大量使用钨、钼、不锈钢丝等）。其中在各类复合材料中得到大量使用的是玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。的是玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。第五十五页，本课件共有129页4.3.1 玻璃纤维增强热塑性塑料玻

37、璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类，经熔融后以极玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类，经熔融后以极快的速度抽丝而成。快的速度抽丝而成。性能优异的无机非金属材料，应用广泛。性能优异的无机非金属材料，应用广泛。质地柔软，可纺织成各种玻璃布、玻璃带等织物。质地柔软，可纺织成各种玻璃布、玻璃带等织物。第五十六页，本课件共有129页性能特点：玻璃纤维的密度在性能特点：玻璃纤维的密度在2.4-2.8 g/cm2.4-2.8 g/cm3 3之间，之间，抗拉强度在抗拉强度在3-4.6GPa3-4.6GPa之间（为高强度钢的之间（为高强度钢的2-32-3倍），倍），弹性模量在弹性模量在70-110GPa

38、70-110GPa（与铝和钛合金模量相当），但（与铝和钛合金模量相当），但比强度为比强度为12.5-18.41012.5-18.4106 6cmcm（为高强度钢的（为高强度钢的6-106-10倍），倍），比模量为比模量为2.84.0102.84.0107 7cmcm（略高于高强度钢）（略高于高强度钢）不燃、耐高温、电绝缘、热膨胀系数小、化学稳不燃、耐高温、电绝缘、热膨胀系数小、化学稳定性好。定性好。可用来制作绝缘材料，纤维内窥镜、光导纤维，还可可用来制作绝缘材料，纤维内窥镜、光导纤维，还可以做复合材料的增强材料。以做复合材料的增强材料。第五十七页，本课件共有129页 玻璃纤维增强热塑性塑料是指

39、玻璃纤维做为增强玻璃纤维增强热塑性塑料是指玻璃纤维做为增强材料，热塑性塑料材料，热塑性塑料(包括聚酰胺、聚丙烯、低压聚乙包括聚酰胺、聚丙烯、低压聚乙烯、烯、ABSABS树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料料)为基体的纤维增强塑料。为基体的纤维增强塑料。玻璃纤维增强热塑性塑料除了具有纤维增强塑料的玻璃纤维增强热塑性塑料除了具有纤维增强塑料的共同特点外，它与玻璃纤维增强热固性塑料相比较，特共同特点外，它与玻璃纤维增强热固性塑料相比较，特点是具有更轻的比重，在点是具有更轻的比重，在1.11.61.11.6之间，为钢材的之间，为钢材的1 151516 6；比强

40、度高，蠕变性大大改善。；比强度高，蠕变性大大改善。第五十八页，本课件共有129页4.3.1.1 4.3.1.1 玻璃纤维增强聚丙烯玻璃纤维增强聚丙烯玻璃纤维增强聚丙烯玻璃纤维增强聚丙烯(代号代号FRPP)FRPP)，特点是机械强度大大提高，特点是机械强度大大提高，当短切玻璃纤维增加到当短切玻璃纤维增加到30304040时，其强度达到顶峰，抗拉时，其强度达到顶峰，抗拉强度达到强度达到100MPa100MPa，大大高于工程塑料，尤其是低温脆性得到了，大大高于工程塑料，尤其是低温脆性得到了大大改善，随玻璃纤维含量提高，低温时的抗冲击强度也有所大大改善，随玻璃纤维含量提高，低温时的抗冲击强度也有所提高

41、。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。在耐沸水和水蒸气方面更加突出，含有蒸气方面更加突出，含有2020短切纤维的短切纤维的FRPPFRPP，在水中煮，在水中煮15001500小时，其抗拉强度比初始强度降低小时，其抗拉强度比初始强度降低1010，如在，如在2323水里浸水里浸泡时强度不变。在高温、高浓度的强酸、强碱中会使机械强度泡时强度不变。在高温、高浓度的强酸、强碱中会使机械强度下降。在有机化合物的浸泡下会降低机械强度，并有增重现象。下降。在有机化合物的浸泡下会降低机械强度，并有增重现象。第五十九页，本课件共有129页4.3.1

42、.2 4.3.1.2 玻璃纤维聚酰胺玻璃纤维聚酰胺聚酰胺是一种热塑性工程塑料，本身的强度就比一般通用聚酰胺是一种热塑性工程塑料，本身的强度就比一般通用塑料的强度高，耐磨性好，但因吸水率太大，影响了尺寸塑料的强度高，耐磨性好，但因吸水率太大，影响了尺寸稳定性，耐热性也较低。用玻璃纤维增强的聚酰氨，这些稳定性，耐热性也较低。用玻璃纤维增强的聚酰氨，这些性能就会大大改善。玻璃纤维增强聚酰胺性能就会大大改善。玻璃纤维增强聚酰胺(代号代号FRPA)FRPA)的的品种很多。有玻璃纤维增强尼龙品种很多。有玻璃纤维增强尼龙6(FRPA6)6(FRPA6)、玻璃纤维增、玻璃纤维增强尼龙强尼龙66(FRPA66)

43、66(FRPA66)、玻璃纤维增强尼龙、玻璃纤维增强尼龙1010(FR1010(FRPA1010)PA1010)等。等。玻璃纤维的含量达到玻璃纤维的含量达到30303535时，其增强效果最为理想，时，其增强效果最为理想，抗拉强度可提高抗拉强度可提高2323倍，抗压强度提高倍，抗压强度提高1.51.5倍，最突出的是倍，最突出的是耐热性提高幅度最大。耐热性提高幅度最大。第六十页，本课件共有129页在聚酰胺中加入玻璃纤维后，唯一的缺点是使本来在聚酰胺中加入玻璃纤维后，唯一的缺点是使本来耐磨性好的性能变差了。因为聚酰胺的制品表面光耐磨性好的性能变差了。因为聚酰胺的制品表面光滑，光洁度越好越耐磨。而加入

44、玻璃纤维以后，如滑，光洁度越好越耐磨。而加入玻璃纤维以后，如果将制品经过二次加工或者被磨损时，玻璃纤维就果将制品经过二次加工或者被磨损时，玻璃纤维就会暴露于表面上，这时材料的磨擦系数和磨耗量就会暴露于表面上，这时材料的磨擦系数和磨耗量就会增大。会增大。因此，如果用它来制造耐磨性要求高的制品时，一定因此，如果用它来制造耐磨性要求高的制品时，一定要加入润滑剂。要加入润滑剂。第六十一页，本课件共有129页4.3.1.3 4.3.1.3 玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改性树脂，聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改性树脂，例如：丁二

45、烯例如：丁二烯苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(BS)(BS)、丙烯腈、丙烯腈苯乙烯共聚苯乙烯共聚物物(AB)(AB)、丙烯腈一丁二烯、丙烯腈一丁二烯苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(ABS)(ABS)等。这些等。这些共聚物大大改善了纯聚苯乙烯的性能，使原来只是一种通共聚物大大改善了纯聚苯乙烯的性能，使原来只是一种通用塑料的聚苯乙烯改性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性用塑料的聚苯乙烯改性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。这些聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强提高了。这些聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后，其机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高。后，其机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有

46、提高。也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤维粘结不也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤维粘结不牢。影响强度。牢。影响强度。第六十二页，本课件共有129页4.3.1.4 4.3.1.4 玻璃纤维增强聚碳酸酯玻璃纤维增强聚碳酸酯玻璃纤维增强聚碳酸酯聚玻璃纤维增强聚碳酸酯聚(代号代号PC)PC)碳酸酯是一碳酸酯是一种透明度较高的工程塑料，它的刚韧相兼的特性是其种透明度较高的工程塑料，它的刚韧相兼的特性是其他塑料无法相比的，唯一不足之处是易产生应力开裂、他塑料无法相比的，唯一不足之处是易产生应力开裂、耐疲劳性差。加入玻璃纤维以后，耐疲劳性差。加入玻璃纤维以后，PP比比P P的的耐疲劳强度提

47、高耐疲劳强度提高2323倍，耐应力开裂性能可提高倍，耐应力开裂性能可提高6868倍，耐热性比倍，耐热性比P P提高提高1020 1020 ，线膨胀系数缩小，线膨胀系数缩小为为1.61.62.4102.410 ，因而可制成耐热的机械，因而可制成耐热的机械零件。零件。第六十三页，本课件共有129页4.3.1.5 4.3.1.5 玻璃纤维增强聚酯玻璃纤维增强聚酯聚酯作为基体材料主要有两种，一种是聚苯二甲酸乙二酯聚酯作为基体材料主要有两种，一种是聚苯二甲酸乙二酯(代号代号PET)PET)，另一种为聚苯二甲酸丁二酯，另一种为聚苯二甲酸丁二酯(代号代号PBT)PBT)。未增强的纯聚酯结晶性高，成型时收缩率

48、大，尺寸稳定性差、未增强的纯聚酯结晶性高，成型时收缩率大，尺寸稳定性差、耐温性差。质脆。用玻璃纤维增强后，机械强度比其他玻璃纤耐温性差。质脆。用玻璃纤维增强后，机械强度比其他玻璃纤维增强热塑性塑料均高，抗拉强度维增强热塑性塑料均高，抗拉强度135-145MPa135-145MPa，抗弯强度，抗弯强度209209250MPa250MPa，耐疲劳强度达，耐疲劳强度达52MPa52MPa。耐热性提高最大，。耐热性提高最大，PETPET的热变形的热变形温度为温度为85 85 ，PRPFTPRPFT为为240 240 ，仍能保持机械强度，是玻，仍能保持机械强度，是玻璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一

49、种。耐低温度性能璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一种。耐低温度性能好，超过了好，超过了FRPA6FRPA6，在温度高低交替变化时，机械性能变化不，在温度高低交替变化时，机械性能变化不大；电绝缘性好，可制造耐高温电器零件；高温下耐老化性好，大；电绝缘性好，可制造耐高温电器零件；高温下耐老化性好，胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性能好，所以使用寿命长。不足胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性能好，所以使用寿命长。不足之处是在高温下易水解，使机械强度下降。不适于在高温水蒸之处是在高温下易水解，使机械强度下降。不适于在高温水蒸气下使用。气下使用。第六十四页，本课件共有129页4.3.1.6 4.3.1.6 玻璃

50、纤维增强聚甲醛玻璃纤维增强聚甲醛玻璃纤维增强聚甲醛玻璃纤维增强聚甲醛(代号代号POPO)聚甲醛是一种性能聚甲醛是一种性能较好的工程塑料，加入玻璃纤维后，不但起到增强的作用，较好的工程塑料，加入玻璃纤维后，不但起到增强的作用，而且耐疲劳性和耐蠕变性有很大提高。含有而且耐疲劳性和耐蠕变性有很大提高。含有2525玻璃纤维玻璃纤维的的PP的抗拉强度为纯的抗拉强度为纯P PM M的两倍、弹性模量为纯的两倍、弹性模量为纯P PM M的三倍，耐疲劳强度为纯的三倍，耐疲劳强度为纯P PM M的两倍，高温下仍具有的两倍，高温下仍具有良好的耐蠕变性，同时耐老化性也很好。但不耐紫外线照良好的耐蠕变性，同时耐老化性也