《复合材料的基体材料精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合材料的基体材料精选PPT.ppt（64页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、复合材料的基体材料第1页，讲稿共64张，创作于星期日2.1 2.1 金属材料金属材料百度百科：百度百科：金属是一种具有金属是一种具有光泽光泽（即对可见光强烈反射）、（即对可见光强烈反射）、富有富有延展性延展性、容易、容易导电导电、导热导热等性质的物质。金属的等性质的物质。金属的特质跟金属晶体内含有自由电子有关。特质跟金属晶体内含有自由电子有关。自然界中，绝大多数金属以自然界中，绝大多数金属以化合态化合态存在，少数金存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属之间的连结是金属之间的连结是金属键金属键，因此随意更换位置都，因此随意更换位置都可再重新建立连结，
2、这也是金属延展性良好的原因。可再重新建立连结，这也是金属延展性良好的原因。2第2页，讲稿共64张，创作于星期日铝合金：铝合金：性质决定用途性质决定用途性质决定用途性质决定用途地壳中含量最高；密度小（地壳中含量最高；密度小（地壳中含量最高；密度小（地壳中含量最高；密度小（2.72.72.72.7）；导电好（仅次于银、铜）；导热）；导电好（仅次于银、铜）；导热）；导电好（仅次于银、铜）；导热）；导电好（仅次于银、铜）；导热好；延展性佳；性质活泼；耐腐蚀性强；银白色光泽；光反射率高；好；延展性佳；性质活泼；耐腐蚀性强；银白色光泽；光反射率高；好；延展性佳；性质活泼；耐腐蚀性强；银白色光泽；光反射率高
3、；好；延展性佳；性质活泼；耐腐蚀性强；银白色光泽；光反射率高；良好的吸音性能；耐低温良好的吸音性能；耐低温良好的吸音性能；耐低温良好的吸音性能；耐低温在在在在19191919世纪非常珍贵；世纪非常珍贵；世纪非常珍贵；世纪非常珍贵；自然界中主要以自然界中主要以自然界中主要以自然界中主要以铝硅酸盐铝硅酸盐铝硅酸盐铝硅酸盐矿石存在；矿石存在；矿石存在；矿石存在；-Al-Al-Al-Al2 2 2 2O O O O3 3 3 3，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱；，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱；，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱；，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱；红宝石（红宝石（红宝石（红宝石（
4、Cr+3Cr+3Cr+3Cr+3 ）；蓝宝石（）；蓝宝石（）；蓝宝石（）；蓝宝石（Fe+2Fe+2Fe+2Fe+2，或，或，或，或Ti+4Ti+4Ti+4Ti+4 ）；）；）；）；-Al-Al-Al-Al2 2 2 2O O O O3 3 3 3，多孔，表面积大，活性高；，多孔，表面积大，活性高；，多孔，表面积大，活性高；，多孔，表面积大，活性高；3第3页，讲稿共64张，创作于星期日镁合金：镁合金：性质决定用途性质决定用途性质决定用途性质决定用途镁：镁：镁：镁：地壳中含量高；密度小（地壳中含量高；密度小（地壳中含量高；密度小（地壳中含量高；密度小（1.741.741.741.74）；用量第）；
5、用量第）；用量第）；用量第3 3 3 3的结构材料；的结构材料；的结构材料；的结构材料；主要用途是：制造铝合金，压模铸造（与锌形成合金），钢铁生产中脱主要用途是：制造铝合金，压模铸造（与锌形成合金），钢铁生产中脱主要用途是：制造铝合金，压模铸造（与锌形成合金），钢铁生产中脱主要用途是：制造铝合金，压模铸造（与锌形成合金），钢铁生产中脱硫处理硫处理硫处理硫处理镁合金：镁合金：镁合金：镁合金：密度最小的金属结构材料密度最小的金属结构材料密度最小的金属结构材料密度最小的金属结构材料应用于航空航天工业、军工领域、交通领域应用于航空航天工业、军工领域、交通领域应用于航空航天工业、军工领域、交通领域应用于
6、航空航天工业、军工领域、交通领域、3C3C3C3C领域等；领域等；领域等；领域等；4第4页，讲稿共64张，创作于星期日钛合金：钛合金：性质决定用途性质决定用途性质决定用途性质决定用途 地壳中含量第地壳中含量第地壳中含量第地壳中含量第10101010；密度；密度；密度；密度4.54.54.54.5；无磁；无磁；无磁；无磁；耐中高温度（耐中高温度（耐中高温度（耐中高温度（600600600600度）；比强度居于金属之首；度）；比强度居于金属之首；度）；比强度居于金属之首；度）；比强度居于金属之首；主要用途是：航空航天、航海、生物医学、主要用途是：航空航天、航海、生物医学、主要用途是：航空航天、航海
7、、生物医学、主要用途是：航空航天、航海、生物医学、高档体育生活用品、白色颜料（高档体育生活用品、白色颜料（高档体育生活用品、白色颜料（高档体育生活用品、白色颜料（TiOTiOTiOTiO2 2 2 2）；）；）；）；5第5页，讲稿共64张，创作于星期日镍合金：镍合金：性质决定用途性质决定用途性质决定用途性质决定用途 密度密度密度密度8.98.98.98.9；铁磁性；抗腐蚀；可高度磨光；铁磁性；抗腐蚀；可高度磨光；铁磁性；抗腐蚀；可高度磨光；铁磁性；抗腐蚀；可高度磨光；主要用途是：合金（不锈钢）、催化剂、货币、主要用途是：合金（不锈钢）、催化剂、货币、主要用途是：合金（不锈钢）、催化剂、货币、主
8、要用途是：合金（不锈钢）、催化剂、货币、防腐镀层、记忆合金、磁头；防腐镀层、记忆合金、磁头；防腐镀层、记忆合金、磁头；防腐镀层、记忆合金、磁头；6第6页，讲稿共64张，创作于星期日铜合金：铜合金：性质决定用途性质决定用途 密度密度密度密度8.98.98.98.9；无磁性；导电、导热仅次于银；无磁性；导电、导热仅次于银；无磁性；导电、导热仅次于银；无磁性；导电、导热仅次于银；主要用途是：电气工业（电力输送、电机、通讯电缆）、主要用途是：电气工业（电力输送、电机、通讯电缆）、主要用途是：电气工业（电力输送、电机、通讯电缆）、主要用途是：电气工业（电力输送、电机、通讯电缆）、电子工业（印刷电路、集成
9、电路）电子工业（印刷电路、集成电路）电子工业（印刷电路、集成电路）电子工业（印刷电路、集成电路）能源石化；交通运输；机械冶金；能源石化；交通运输；机械冶金；能源石化；交通运输；机械冶金；能源石化；交通运输；机械冶金；轻工业；（印刷、造纸、钟表）轻工业；（印刷、造纸、钟表）轻工业；（印刷、造纸、钟表）轻工业；（印刷、造纸、钟表）紫铜紫铜紫铜紫铜（纯铜）；（纯铜）；（纯铜）；（纯铜）；黄铜（黄铜（黄铜（黄铜（铜锌）；铜锌）；铜锌）；铜锌）；白铜白铜白铜白铜（铜镍）；（铜镍）；（铜镍）；（铜镍）；青铜青铜青铜青铜（除锌镍以外，主（除锌镍以外，主（除锌镍以外，主（除锌镍以外，主要有锡青铜、铝青铜）要有
10、锡青铜、铝青铜）要有锡青铜、铝青铜）要有锡青铜、铝青铜）7第7页，讲稿共64张，创作于星期日8铁合金：铁合金：性质决定用途性质决定用途 密度密度密度密度7.97.97.97.9；铁磁性；抗腐蚀；铁磁性；抗腐蚀；铁磁性；抗腐蚀；铁磁性；抗腐蚀；主要用途是：主要用途是：主要用途是：主要用途是：最大用途是用于炼钢；最大用途是用于炼钢；最大用途是用于炼钢；最大用途是用于炼钢；也大量用来制造铸铁和煅铁。也大量用来制造铸铁和煅铁。也大量用来制造铸铁和煅铁。也大量用来制造铸铁和煅铁。铁和其化合物还用作磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭铁和其化合物还用作磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭铁和其化合物还用作磁铁、染料（
11、墨水、蓝晒图纸、胭铁和其化合物还用作磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。脂颜料）和磨料（红铁粉）。脂颜料）和磨料（红铁粉）。脂颜料）和磨料（红铁粉）。还原铁粉大量用于冶金。还原铁粉大量用于冶金。还原铁粉大量用于冶金。还原铁粉大量用于冶金。第8页，讲稿共64张，创作于星期日第9页，讲稿共64张，创作于星期日第10页，讲稿共64张，创作于星期日2.1.1 选择基体的原则选择基体的原则1金属基复合材料的使用要求金属基复合材料的使用要求使用性能要求是选择的最重要依据！航空、航天高强度、高模量、高稳定性镁、铝合金基；高性能发动机同时耐高温、抗氧化钛、镍基和金属间化合物基；汽车发动机耐
12、热、耐磨、成本低铝基；集成电路散热好、低膨胀银、铜、铝基11第11页，讲稿共64张，创作于星期日2、组成特点组成特点增强物性质和增强机理不同，基体材料选择原则不同！连续增强型：纤维是主要承载体，基体应充分发挥增强纤维性能，基体具有很好的相容性，具有很好塑性；非连续增强型：基体为主要承载物，基体的强度对复合材料具有决定性影响；12第12页，讲稿共64张，创作于星期日3基体金属与增强物相容性基体金属与增强物相容性高温反应会产生界面反应层，受力时易产生脆性断裂，破坏材料；同时，不同反应的反应产物亦不同；例：铁、镍基不宜选碳纤维为增强体（会石墨化）；因此，通常应抑制界面反应！13第13页，讲稿共64张
13、，创作于星期日1 450以下轻金属铝合金、镁合金2 450700金属基体钛合金：密度小，耐腐蚀，耐氧化，强度高高性能发动机31000以上的金属基体镍基、铁基和金属间化合物；2.1.2 2.1.2 结构复合材料的基体结构复合材料的基体14第14页，讲稿共64张，创作于星期日2.1.3 功能用金属基复合材料功能用金属基复合材料电子封装：铝基和铜基耐磨元件：铝、镁、锌、铜、铅等；电触头：铝、铜、银及合金；15第15页，讲稿共64张，创作于星期日2.3 陶瓷材料陶瓷材料陶器陶器瓷器（釉）瓷器（釉）16第16页，讲稿共64张，创作于星期日陶瓷的历史陶瓷的历史陶瓷，china；陶器；瓷器；名扬海外；17第
14、17页，讲稿共64张，创作于星期日182.3 陶瓷材料陶瓷材料传统陶瓷指：陶器和瓷器，也包括玻璃、水泥、搪瓷、砖瓦等硅酸盐材料；此外，还包括：碳化物，硼化物和氮化物；特点：为共价键或离子键，高熔点、高硬度，化学性质稳定，耐热，抗老化；但是，脆性大！和金属的区别？和金属的区别？第18页，讲稿共64张，创作于星期日1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，坛、盆、罐、盘、碟、碗、刀等。2、艺术（工艺）陶瓷：如花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、陈设品等。3、工业陶瓷：指应用于各种工业的陶瓷制品。建筑一卫生陶瓷 化工（化学）陶瓷 电瓷：电力工业输电线路上的绝缘子。特种陶瓷：功能陶瓷：具有电磁、光、声、超导、化学和生
15、物特性等应用应用第19页，讲稿共64张，创作于星期日几种陶瓷材料几种陶瓷材料1 玻璃玻璃特点；非晶态；玻璃化转变温度；软化温度；2 玻璃陶瓷玻璃陶瓷非晶晶化；热膨胀系数小；力学性能好，导热系数大；20第20页，讲稿共64张，创作于星期日3氧化物陶瓷基体氧化物陶瓷基体作为基体材料使用的作为基体材料使用的氧化物陶瓷氧化物陶瓷主要有主要有A12 2OO3 3，MgOMgO，SiOSiO2 2，ZrOZrO2 2，莫来石等，它们的熔点在莫来石等，它们的熔点在2000 以以上。上。氧化物陶瓷氧化物陶瓷主要为主要为单相多晶结构单相多晶结构单相多晶结构单相多晶结构，除晶相外，可，除晶相外，可能还含有少量能还
16、含有少量气相气相(气孔气孔)。微晶微晶微晶微晶氧化物的强度较高，氧化物的强度较高，粗晶粗晶粗晶粗晶结构时，晶界面上结构时，晶界面上的的残余应力残余应力较大，对强度不利。较大，对强度不利。21第21页，讲稿共64张，创作于星期日 氧化铝仅有一种热动力学氧化铝仅有一种热动力学稳定的相态稳定的相态，即，即-Al2O3，属六方晶系。属六方晶系。(1)氧化铝陶瓷基体氧化铝陶瓷基体(2)氧化镁陶瓷基体氧化镁陶瓷基体 物理性质物理性质:白色粉末，无臭、无味，不溶于水和白色粉末，无臭、无味，不溶于水和乙醇乙醇，熔点熔点2852，沸点，沸点3600，氧化镁有高度耐火绝缘性，氧化镁有高度耐火绝缘性能。能。应用：应
17、用：用作白色颜料的标准。轻质氧化镁主要用作白色颜料的标准。轻质氧化镁主要用作制备用作制备陶瓷陶瓷、搪瓷搪瓷、耐火坩锅耐火坩锅和和耐火砖耐火砖的原料。的原料。22第22页，讲稿共64张，创作于星期日(3)氧化锆陶瓷基体氧化锆陶瓷基体以氧化锆以氧化锆(ZrOZrO2 2)为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。氧化锆密度氧化锆密度5.65.9 g/cm3，熔点熔点2175。由于氧化锆具有由于氧化锆具有可逆相变可逆相变可逆相变可逆相变，故在氧化锆陶瓷的烧结过，故在氧化锆陶瓷的烧结过程中加入适量程中加入适量CaO、MgO等与等与ZrO2结构近似的氧化物作为结构近似的氧化物作为稳
18、定剂稳定剂，形成稳定的，形成稳定的立方相立方相立方相立方相结构。结构。稳定的氧化锆陶瓷的稳定的氧化锆陶瓷的比热容比热容和和导热系数导热系数导热系数导热系数小，小，韧性好韧性好韧性好韧性好，化学稳定性化学稳定性良好，高温时具有良好，高温时具有抗酸性和抗碱性抗酸性和抗碱性。氧化锆氧化锆氧化锆氧化锆在室温为在室温为单斜相，单斜相，在在1100形成四方晶体，形成四方晶体，在在1900形成立方晶体。形成立方晶体。23第23页，讲稿共64张，创作于星期日-Al2O3被被氧化锆氧化锆粉体粉体增韧增韧增韧增韧，其原理是：，其原理是：氧化锆粒子氧化锆粒子从单斜相向四方相从单斜相向四方相从单斜相向四方相从单斜相向
19、四方相形态转变，从而导致体形态转变，从而导致体积改变，吸收能量，减缓微观裂纹尖端的应力集中，积改变，吸收能量，减缓微观裂纹尖端的应力集中，从而起到从而起到增韧氧化铝增韧氧化铝增韧氧化铝增韧氧化铝的作用。的作用。24第24页，讲稿共64张，创作于星期日4 非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷非氧化构陶瓷是指非氧化构陶瓷是指不含氧不含氧的的氮化物氮化物氮化物氮化物、碳化物碳化物碳化物碳化物、硼化硼化硼化硼化物物物物和和硅化物硅化物硅化物硅化物。它们的特点是它们的特点是耐火性耐火性耐火性耐火性和和耐磨性耐磨性好，好，硬度高硬度高硬度高硬度高，但，但脆性脆性脆性脆性也很强。也很强。25第25页，讲稿共64张，创作
20、于星期日碳化物碳化物和和硼化物硼化物硼化物硼化物的的抗热氧化温度抗热氧化温度约约9001000。氮化物氮化物略低些，略低些，硅化物硅化物的表面能形成的表面能形成氧化硅膜氧化硅膜氧化硅膜氧化硅膜，所以，所以抗抗抗抗热氧化温度热氧化温度热氧化温度热氧化温度达达13001700。氮化硼氮化硼氮化硼氮化硼具有类似石墨的具有类似石墨的六方结构六方结构六方结构六方结构，在，在高温高温高温高温(1360)和和高压高压高压高压作用下可转变成作用下可转变成立方结构立方结构的的 氮化硼，耐热温度氮化硼，耐热温度高达高达2000 ，硬度极高，可作为金刚石的代用品。硬度极高，可作为金刚石的代用品。26第26页，讲稿共
21、64张，创作于星期日5、陶瓷材料的制备工艺粉料制备成型烧成干燥与排塑加工第27页，讲稿共64张，创作于星期日粉体的制备粉体的制备v粉体的制备方法：粉碎法：机械粉碎，气流粉碎;杂质多 合成法：固相法，液相法和气相法；纯度好，粒度可控，均匀性好，颗粒微细 第28页，讲稿共64张，创作于星期日v固相法：通过固相到固相的变化来制造粉体。如：固相反应法、热分解法、火花放电法、溶出法等。v液相法：共同点是以均相溶液为出发点，通过各种方法使溶质与溶剂分离，溶质形成一定大小和形状的颗粒，得到所需粉末的前躯体，热解后得到粉体。如：水热法、沉淀法、水解法、喷雾法、沉淀法、乳液法、蒸发溶剂热解法等。v气相法：直接用
22、气体或通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米颗粒。如；溅射法、化学气相反应法、气体中蒸发法、化学气相凝聚法等。第29页，讲稿共64张，创作于星期日配料配料 已知化学计量的配料计算配料 根据化学成分的配料计算 干混混料 注意加料程序和混料磨介的使用 湿混第30页，讲稿共64张，创作于星期日成型成型 陶瓷粉体、坯料进一步加工成坯体的这一过程称为成型 成型分为：干压成型、等静压成型、热压铸成型、塑性成型等 干压成型最常用：其工艺过程控制相对简单、容易掌控(需要进行塑化、造粒处理)第31页，讲稿共64张，创作于星期日干燥与排塑干燥与排塑 热空气干
23、燥干燥 电热干燥 辐射干燥（高频、微波、红外）排除黏合剂，为烧成创造条件排塑 使坯体获得一定的机械强度 避免粘合剂在烧成时的还原作用第32页，讲稿共64张，创作于星期日烧结原理及工艺烧结原理及工艺v烧结是指多孔状陶瓷胚体在高温条件件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。升温阶段保温阶段冷却阶段第33页，讲稿共64张，创作于星期日影响烧结的因素影响烧结的因素气氛盐类选择及煅烧条件添加剂烧结温度成型压力粉料粒度影响因素第34页，讲稿共64张，创作于星期日烧结方法：烧结方法：v反应烧结（加入气相或液相以获得一定强度和精度）v热压烧结（加压）v常压烧结（常压）v热等静压（高温恒压）v气
24、氛烧结（防氧化，加气）v放电等离子体烧结v微波烧结v爆炸烧结第35页，讲稿共64张，创作于星期日高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。性的
25、高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能。可比拟、不可取代的优异性能。按用途一般将通用高分子材料分为五类，即塑料、橡胶、纤维、涂料按用途一般将通用高分子材料分为五类，即塑料、橡胶、纤维、涂料和黏合剂。和黏合剂。聚合物材料聚合物材料36第36页，讲稿共64张，创作于星期日橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力下可产生较大形变，除去外力能迅速恢复原状。柔性好，在外力下可产生较大形变，除去外力
26、能迅速恢复原状。高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝制得。纤维的次后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分。其分子间塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料
27、和热塑性塑料；性分为热固性塑料和热塑性塑料；高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质。根据成膜物质不同，分为高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。37第37页，讲稿共64张，创作于星期日2.4 聚合物基体材料聚合物基体材料 1 1种类种类 用于复合材料的用于复合材料的聚合物基体聚合物基体有多种
28、分类有多种分类方法，如按方法，如按树脂热行为树脂热行为可分为可分为热固性热固性及及热塑性热塑性两类。两类。2.4.1 聚合物基体种类、组分和作用聚合物基体种类、组分和作用38第38页，讲稿共64张，创作于星期日热塑性基体热塑性基体热塑性基体热塑性基体如如聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯、聚酰胺聚酰胺聚酰胺聚酰胺、聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯、聚醚砜聚醚砜聚醚砜聚醚砜、聚醚醚酮聚醚醚酮聚醚醚酮聚醚醚酮等，它们是一类等，它们是一类线形线形线形线形或或有支链有支链有支链有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。工成型而无任何化学变化。热塑性聚合物的形态
29、特征热塑性聚合物的形态特征热固性基体热固性基体热固性基体热固性基体如如环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂、酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂、双马树脂双马树脂双马树脂双马树脂、不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯不饱和聚酯等，等，它们在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固态它们在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固态预聚体预聚体预聚体预聚体，经经加热加热加热加热或或加固化剂加固化剂加固化剂加固化剂发生化学反应固化后，形成不溶不熔的发生化学反应固化后，形成不溶不熔的三维网状三维网状高分子高分子，这类基体通常是，这类基体通常是无定形无定形无定形无定形的。的。热固性聚合物的形态特征热固性聚合物的形
30、态特征39第39页，讲稿共64张，创作于星期日 2 2组分组分 主要成分是主要成分是聚合物聚合物此外，还包括辅助材料：此外，还包括辅助材料：固化剂、增韧剂、稀释剂和催化剂等；固化剂、增韧剂、稀释剂和催化剂等；40第40页，讲稿共64张，创作于星期日3.3.基体的作用主要包括以下四个部分基体的作用主要包括以下四个部分将纤维将纤维粘合成整体粘合成整体并使纤维并使纤维位置固定位置固定，在纤维间，在纤维间传递载荷传递载荷，并，并使使载荷均衡载荷均衡；基体决定基体决定复合材料的一些性能复合材料的一些性能。如复合材料的。如复合材料的高温使用性能高温使用性能高温使用性能高温使用性能(耐耐热性热性)、横向性能
31、横向性能横向性能横向性能、剪切性能剪切性能剪切性能剪切性能、耐介质性能耐介质性能耐介质性能耐介质性能(等；等；基体决定复合材料成型基体决定复合材料成型工艺方法工艺方法工艺方法工艺方法以及以及工艺参数工艺参数工艺参数工艺参数选择等。选择等。基体保护纤维基体保护纤维免受免受免受免受各种各种损伤损伤损伤损伤。此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向纵向纵向纵向拉伸拉伸拉伸拉伸、尤其是、尤其是压缩性能压缩性能压缩性能压缩性能，疲劳疲劳疲劳疲劳性能，性能，断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性等。等。41第41页，讲稿共64张，创作于星期日2.4
32、.2 聚合物的结构与性能聚合物的结构与性能1聚合物的结构聚合物的结构单个聚合物分子的化学结构和立体化学结构，包括单个聚合物分子的化学结构和立体化学结构，包括重复单元的本性重复单元的本性重复单元的本性重复单元的本性、端端端端基本性基本性基本性基本性、可能的支化和胶联与结构顺序中、可能的支化和胶联与结构顺序中缺陷的本性缺陷的本性缺陷的本性缺陷的本性，以及高分子的，以及高分子的大小和形态大小和形态大小和形态大小和形态；分子链包含大数目的结构单元，每个结构单元相当于一个小分子；分子链包含大数目的结构单元，每个结构单元相当于一个小分子；含有官能团或端基，与其它反应基团的含有官能团或端基，与其它反应基团的
33、反应反应反应反应对其物理性能和力学性对其物理性能和力学性能影响很大；能影响很大；分子间作用力分子间作用力分子间作用力分子间作用力与聚集态结构和材料的物理性能密切相关；与聚集态结构和材料的物理性能密切相关；42第42页，讲稿共64张，创作于星期日2聚合物的性能聚合物的性能力学性能力学性能“温度温度-时间时间-环境环境-载荷载荷”决定因素：分子内和分子间的作用力；决定因素：分子内和分子间的作用力；结构决定性能：结构决定性能：结构上：热塑性树脂为线性结构；结构上：热塑性树脂为线性结构；热固性树脂为网状结构；热固性树脂为网状结构；性能上性能上（热塑性树脂）：明显的力学松弛；大形变；良好的热塑性树脂）：
34、明显的力学松弛；大形变；良好的抗冲击性能；抗冲击性能；第43页，讲稿共64张，创作于星期日耐热性：耐热性：刚性分子链、结晶性、交联结构可以改善耐热性：刚性分子链、结晶性、交联结构可以改善耐热性：1）选用能产生交联结构的聚合物；）选用能产生交联结构的聚合物；2）增加分子链的刚性：少单键；多双键、三键或环状）增加分子链的刚性：少单键；多双键、三键或环状结构；结构；3）选用结晶能力大的聚合物；）选用结晶能力大的聚合物；热稳定性热稳定性失效形式：降解和交联失效形式：降解和交联提高途径：提高途径：1）提高键能；）提高键能；2）尽可能引入芳环和杂环；）尽可能引入芳环和杂环；第44页，讲稿共64张，创作于星
35、期日 2.4.3热固性树脂热固性树脂 优点优点优点优点：具有：具有良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性。由于固化前，由于固化前，热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂粘度很低，因而宜于粘度很低，因而宜于在常温常压下在常温常压下浸渍浸渍纤维，并纤维，并在较低的温度和压力在较低的温度和压力下固化成型；下固化成型；缺点：缺点：预浸料预浸料预浸料预浸料需需低温冷藏低温冷藏低温冷藏低温冷藏且且贮存期有限贮存期有限贮存期有限贮存期有限，成型周期长成型周期长和和材料材料韧性差韧性差。热固性热固性在在连续纤维增强树脂连续纤维增强树脂连续纤维增强树脂连续纤维增强树脂基复合材料中占统治地位。基复合材
36、料中占统治地位。不饱合聚酯树脂不饱合聚酯树脂不饱合聚酯树脂不饱合聚酯树脂、酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂主要用于主要用于玻璃增强塑料玻璃增强塑料，其中，其中聚酯聚酯聚酯聚酯树脂树脂树脂树脂用量最大，约占总量的用量最大，约占总量的80，而，而环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂则一般用作则一般用作耐腐蚀耐腐蚀性性或或先进复合材料先进复合材料基体。基体。第45页，讲稿共64张，创作于星期日耐腐蚀性能耐腐蚀性能性能酚醛聚酯环氧有机硅吸水率,24h(%)0.120.360.150.600.100.14少弱酸影响轻微轻微无轻微强酸影响被侵蚀被侵蚀被侵蚀被侵蚀弱碱影响轻微轻微无轻微强碱影响分解分解轻微被侵蚀
37、有机溶剂的影响部分侵蚀部分侵蚀耐侵蚀部分侵蚀常用热固性树脂的耐化学腐蚀性能第46页，讲稿共64张，创作于星期日性能酚醛聚酯环氧有机硅密度，g/cm31.301.321.101.461.111.231.701.90吸水率,24h(%)0.120.360.150.600.100.14少热变形温度，788260100120线膨胀系数，10-6/60808010060308洛氏硬度，M12011510045收缩率，%810461248对玻璃、陶瓷、金属粘接力优良良好优良较差常用热固性树脂的其它物理性能其他物理性能其他物理性能第47页，讲稿共64张，创作于星期日1不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂(1)不饱和
38、聚酯树脂及其特点不饱和聚酯树脂及其特点不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂是指有是指有线型结构线型结构线型结构线型结构的，主链上同时具有的，主链上同时具有重重重重复酯键复酯键复酯键复酯键及及不饱和双键不饱和双键的一类聚合物。的一类聚合物。不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂在在热固性树指热固性树指中是工业化较早，产量中是工业化较早，产量较多的一类，它主要应用于较多的一类，它主要应用于玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料。由于树脂的由于树脂的收缩率高收缩率高收缩率高收缩率高且且力学性能较低力学性能较低力学性能较低力学性能较低，因
39、此很少用它，因此很少用它与与碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维制造复合材料。制造复合材料。第48页，讲稿共64张，创作于星期日主要优点主要优点主要优点主要优点：、工艺性能良好工艺性能良好工艺性能良好工艺性能良好，如室温下，如室温下粘度低粘度低粘度低粘度低，可以，可以在室温下固化在室温下固化，在，在常压下成型常压下成型，颜色浅颜色浅颜色浅颜色浅，可以制作，可以制作彩色制品彩色制品，有，有多种措施来调节其工艺多种措施来调节其工艺性能性能等；等；、固化后树脂的、固化后树脂的综合性能综合性能综合性能综合性能良好，并有良好，并有多种专用树脂多种专用树脂多种专用树脂多种专用树脂适应适应不同用不同用途途的需要；的需要
40、；、价格低廉价格低廉价格低廉价格低廉，其价格远低于，其价格远低于环氧树脂环氧树脂，略高于，略高于酚醛树脂酚醛树脂。主要缺点主要缺点主要缺点主要缺点：固化时固化时体积收缩率体积收缩率体积收缩率体积收缩率较大，成型时较大，成型时气味和毒性气味和毒性气味和毒性气味和毒性较大，较大，耐热耐热耐热耐热性、性、强度强度强度强度和和模量模量模量模量都较低，易都较低，易变形变形变形变形，因此很少用于，因此很少用于受力较强受力较强的制品中。的制品中。第49页，讲稿共64张，创作于星期日(2)交联剂、引发剂和促进剂交联剂、引发剂和促进剂 (a)交联剂交联剂 不饱和聚酯不饱和聚酯分子链中含有分子链中含有不饱和双键不
41、饱和双键不饱和双键不饱和双键，因而，因而在热的作用下在热的作用下通过通过这些双键，这些双键，大分子链之间大分子链之间大分子链之间大分子链之间可以可以交联交联交联交联起来，变成起来，变成体型结构体型结构体型结构体型结构。但这种。但这种交联产物交联产物很很脆脆脆脆，没有什么优点，无实用价值。，没有什么优点，无实用价值。实际中常把实际中常把线型不饱和聚酯线型不饱和聚酯线型不饱和聚酯线型不饱和聚酯溶于溶于烯类单体烯类单体烯类单体烯类单体中，使中，使聚酯中的双聚酯中的双键间键间发生发生共聚合反应共聚合反应共聚合反应共聚合反应，得到，得到体型产物体型产物体型产物体型产物，以改善，以改善固化后树脂固化后树脂
42、的性能。的性能。烯类单体烯类单体烯类单体烯类单体在这里既是在这里既是溶剂溶剂溶剂溶剂，又是，又是交联剂交联剂交联剂交联剂。交联剂交联剂交联剂交联剂的选择和用量直接影响着树脂的性能和工艺的选择和用量直接影响着树脂的性能和工艺第50页，讲稿共64张，创作于星期日(b)引发剂引发剂 引发剂一般为引发剂一般为有机过氧化物有机过氧化物有机过氧化物有机过氧化物，它的，它的特性特性通常用通常用临界温度临界温度临界温度临界温度和和半衰半衰半衰半衰期期期期来表示。来表示。临界温度临界温度临界温度临界温度是指是指有机过氧化物有机过氧化物具有引发活性的具有引发活性的最低温度最低温度最低温度最低温度。在此温度下，过氧
43、化物开始以可察觉的速度在此温度下，过氧化物开始以可察觉的速度分解分解分解分解形成形成游离基游离基，从，从而引发而引发不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂以可以观察的速度以可以观察的速度进行固化进行固化进行固化进行固化。半衰期半衰期半衰期半衰期是指是指在给定的温度条件在给定的温度条件下，下，有机过氧化物有机过氧化物分解一半分解一半分解一半分解一半所需所需要的时间。要的时间。第51页，讲稿共64张，创作于星期日(c)促进剂促进剂 促进剂的促进剂的作用作用作用作用是把是把引发剂引发剂的的分解温度分解温度分解温度分解温度降到降到室温以下室温以下室温以下室温以下。对对氢过氧化物氢过氧
44、化物氢过氧化物氢过氧化物有效的促进剂有效的促进剂大都是具有大都是具有变价的金属钴变价的金属钴变价的金属钴变价的金属钴，如，如环烷酸环烷酸环烷酸环烷酸钻钻钻钻、萘酸钴萘酸钴萘酸钴萘酸钴等。等。为了操作方便，配制准确，常用为了操作方便，配制准确，常用苯乙烯苯乙烯苯乙烯苯乙烯将将促进剂促进剂促进剂促进剂配成较稀的溶液。配成较稀的溶液。第52页，讲稿共64张，创作于星期日(3)不饱和聚酯树脂的固化特点不饱和聚酯树脂的固化特点 不饱和聚酯树脂的固化不饱和聚酯树脂的固化是一个是一个放热反应放热反应放热反应放热反应，其，其过程过程可分为可分为三个阶段：三个阶段：(a)胶凝阶段：胶凝阶段：胶凝阶段：胶凝阶段：
45、从加入促进剂后到树脂变成凝胶状态的从加入促进剂后到树脂变成凝胶状态的一段时间，受一段时间，受成分成分、温度温度、湿度湿度湿度湿度等影响。等影响。(b)b)硬化阶段：硬化阶段：硬化阶段：硬化阶段：从树脂从树脂从树脂从树脂开始胶凝到一定硬度，开始胶凝到一定硬度，开始胶凝到一定硬度，开始胶凝到一定硬度，能把制品能把制品能把制品能把制品从模从模具上取下为止具上取下为止的一段时间。的一段时间。的一段时间。的一段时间。(c)c)完全固化阶段：完全固化阶段：完全固化阶段：完全固化阶段：可能几天至几星期，可可能几天至几星期，可升温升温升温升温来加速。来加速。来加速。来加速。第53页，讲稿共64张，创作于星期日
46、(4)不饱和聚酯树脂的增粘特性不饱和聚酯树脂的增粘特性 在在碱土金属氧化物碱土金属氧化物或或氢氧化物氢氧化物不饱和聚树脂很快稠化，形成不饱和聚树脂很快稠化，形成凝胶凝胶凝胶凝胶状状状状物，这种物质称为物，这种物质称为增粘剂增粘剂增粘剂增粘剂。增粘剂可使增粘剂可使粘度粘度 0.1 1.0 Pa s短时间内短时间内剧增至剧增至103 Pa s，直至成，直至成为为能流动能流动能流动能流动的、的、不粘手不粘手不粘手不粘手的类似的类似凝胶状凝胶状凝胶状凝胶状物，过程为物，过程为增粘过程增粘过程增粘过程增粘过程。树脂处于树脂处于凝胶状凝胶状凝胶状凝胶状时并时并未交联未交联未交联未交联，在合适的溶剂中仍，在
47、合适的溶剂中仍可溶解可溶解可溶解可溶解，加热，加热时有良好的时有良好的流动性流动性流动性流动性。利用的利用的增粘特性增粘特性增粘特性增粘特性来制备来制备聚酯预混料聚酯预混料聚酯预混料聚酯预混料，片状，片状模压料模压料(SMC)和团状和团状模压料模压料，其中，片状，其中，片状模压料模压料可以进行可以进行自动化自动化、机械化机械化、连续大量生连续大量生产产，并且用它可以，并且用它可以压制大型制品压制大型制品。第54页，讲稿共64张，创作于星期日 2环氧树脂环氧树脂含有含有二个以上环氧基二个以上环氧基二个以上环氧基二个以上环氧基的的高聚物高聚物统称为统称为环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂。按原料组分
48、而言，有按原料组分而言，有双酚型双酚型双酚型双酚型环氧树脂，环氧树脂，非双酚型非双酚型非双酚型非双酚型环氧树脂以环氧树脂以及及脂肪族脂肪族脂肪族脂肪族环氧化合物等环氧化合物等新型环氧树脂新型环氧树脂。环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂是是线型结构线型结构的，必须加入固化剂使它变为的，必须加入固化剂使它变为不溶不熔不溶不熔不溶不熔不溶不熔的网状结构的网状结构的网状结构的网状结构的树脂才有用处。的树脂才有用处。凡能与凡能与环氧树脂中环氧树脂中环氧基环氧基环氧基环氧基发生反应，使树脂固化的物质，统发生反应，使树脂固化的物质，统称为称为固化剂固化剂固化剂固化剂或或硬化硬化硬化硬化剂；剂；固化剂的种类很多
49、，通常有固化剂的种类很多，通常有胺类胺类胺类胺类固化剂、固化剂、酸酐类酸酐类酸酐类酸酐类固化剂、固化剂、咪唑咪唑咪唑咪唑类类类类固化刑、固化刑、潜伏性潜伏性潜伏性潜伏性固化剂，以及固化剂，以及其他类型其他类型其他类型其他类型的固化剂。的固化剂。第55页，讲稿共64张，创作于星期日 3酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂系酚醛树脂系酚醛缩合物酚醛缩合物酚醛缩合物酚醛缩合物，它主要应用于，它主要应用于胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂、涂料涂料涂料涂料及及布、布、布、布、纸纸纸纸、玻璃布的、玻璃布的层压复合材料层压复合材料层压复合材料层压复合材料等。等。酚醛树脂的酚醛树脂的优点优点优点优点是比环氧树脂是比环氧树脂价格便
50、宜价格便宜价格便宜价格便宜，但有，但有吸附性不好吸附性不好吸附性不好吸附性不好、收收收收缩率高缩率高缩率高缩率高、成型压力高成型压力高成型压力高成型压力高、制品、制品空隙含量高空隙含量高空隙含量高空隙含量高等缺点。因此较少用酚醛树等缺点。因此较少用酚醛树脂来制造脂来制造碳纤维复合材料碳纤维复合材料。固化方法固化方法固化方法固化方法有两种：有两种：(一一)加热固化加热固化加热固化加热固化，不加任何固化剂，仅仅通过加热的办法，依靠，不加任何固化剂，仅仅通过加热的办法，依靠酚醛本身的酚醛本身的羟甲基羟甲基羟甲基羟甲基等等活性基团活性基团，进行化学反应而固化：，进行化学反应而固化：(二二)通过通过加入