聚合物基复合材料

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1、第二节聚合物基复合材料（PMC）1.1聚合物基体1.2PMC界面1.3PMC制备工艺1.4PMC性能与应用聚合物基复合材料（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。实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不

2、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(俗称玻璃钢)、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料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、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具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料(FRP)，而为各种目的加入各种填料的高分子材料不在这里论及。1.1聚合物基体聚合物基体是纤维增强塑料的一个

3、必需组分，在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体。因而基体性能直接影响复合材料性能。基体的主要作用包括将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均匀；决定复合材料的一些性能。如复合材料的高温使用性能(耐热性)、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等；决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择；保护纤维免受各种损伤。此外对复合材料一些性能有重要影响，如纵向位伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。1、分类用于复合材料的聚

4、合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变比。热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等，它们在制成最终产品前，通常为分于量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化剂发生化学反应固化后，形成不溶不熔的三维网状高分子。2、热塑性基体原则上．所有的热塑性树脂，如聚烯烃、聚醚、聚酰胺、聚脂、聚砜等都可作为复合材料基体。普通的热塑性基体包括通用塑料，如聚丙烯(PP

5、)、ABS树脂和工程塑料等。它们通常用20一40％的短纤维增强，拉伸强度和弹性模量可提高1—2倍，可明显改善蠕变性能，提高热变形温度和导热系数，降低线膨胀系数，增加尺寸稳定性，降低吸湿率，抑制应力开裂、提高疲劳性能。这些短纤维增强的热塑性塑料作为工程材料广泛用于机械零部件、汽车、化工设备等。而耐高温的特种工程塑料作为先进复合材料基体，通常以连续纤维增强，其典型品种的结构和物性数据列于表4—4。聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶性热塑性树脂，其玻璃化转变温度为143度，熔点为334度，结晶度与其加工热历史有

6、关，一般在20一40％，最大结晶度为48％。PEEK具有优异的力学性能和耐热性，其在空气中的热分解温度达6500C，加工温度在370一4200C，以PEEK为墓体的复合材料可在2500C的高温下长期使用。在室温下，PEEK的模量与环氧树脂相当，强度优于环氧，而断裂韧性极高(比韧性环氧树脂还寓一个数量级以上)。PEEK耐化学腐蚀性可与环氧树脂媲美．而吸湿宰比环氧低得多。PEEK耐绝大多数有机溶剂和酸碱，除液体氢氟酸、浓硫酸等个别强质子酸外，PEEK不为任何溶剂所溶解。此外，PEEK还具有优秀的阻燃性、极低

7、的发烟串和有毒气体释放率，以及极好的耐辐射性。碳纤维(AS—4)增强PEEK的第二代产品称ACP—2，耐疲劳性超过环氧／碳纤维复合材料．耐冲击性好，在室温下具有很良好的耐蛹变性能。APc—2的层间断裂韧性很高，(G1c＞L8KJ／m’)。PEEK基复合材料已经在飞机结构上大量使用。聚醚砜(PES)是一种非晶聚合物，其玻璃化转变温度高达225nC，可在1800c温度下长期使用。但是，由于PEs的耐溶剂性差，限制了它在飞机结构等领域的应用，但PES基复合材料的在电子产品、雷达天线罩、靶机蒙皮等方面得到大量应

8、用，它也可用于宇宙飞船的关键部件。聚酰按酰亚胺(PAI)是一种熔体粘度很高的热塑性树脂，通常也称假热塑性树脂。它具有优异的耐热性，其玻璃化温度Tg可达280℃，长期使用温度达240℃。3、热固性基体热固性基体(不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等)在连续纤维增强树脂基复合材料中一直占统治地位。不饱合聚酯树脂、酚醛树脂主要用于玻璃增强塑料，其中聚酯树脂用量最大，约占总量的80％，而环氧树脂则一般用作耐腐蚀性或先进复合材料基体。几种热固性树脂．