聚合物基体教学提纲.ppt

《聚合物基体教学提纲.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第二章　复合材料的基体材料复合材料的原材料包括基体材料和增强材料。基体材料主要包括以下三部分：金属基体材料、陶瓷基体材料和聚合物基体材料1聚合物基体材料21．聚合物基体的作用聚合物基体是FRP的一个必需组分。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，因而整体性能直接影响复合材料性能。3基体的作用主要包括以下四个部分①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡；②基体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；4③基体

2、决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。④基体保护纤维免受各种损伤。此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向拉伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。52．聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。6热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、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化。热塑性聚合物的形态特征7按聚集态结构不同，这类固态高分子有非晶(或无定形)和结晶两类，而后者的结晶也是不完全的，通常的结晶度在20一85％范围。8热固性

3、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，通常为分子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，这类基体通常是无定形的。热固性聚合物的形态特征9聚合物基体按树脂特性及用途分为：一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。按成型工艺分为：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。10由于不同的成型工艺对树脂的要求不同，如粘度、适用期、凝胶时间、固化温度、增粘等，因而不同工艺应选用不同型号树脂。113．固态高聚物的性能固态高聚物的力学性能强烈依赖于温度和加载速率

4、(时间)，下图为典型高聚物的模量与温度关系。典型高聚物的模量随温度变化热塑性非晶高聚物热塑性结晶半晶高聚物热固性高聚物12高聚物存在三个特征温度：玻璃化转变温度Tg，熔点Tm和粘流温度Tf。13在Tg以下，高聚物为硬而韧或硬而脆的团体(玻璃态)，模量随温度变化很小；热塑性非晶高聚物热塑性结晶半晶高聚物热固性高聚物14温度达到Tg附近时，非晶高聚物转变成软而有弹性的橡胶态而半晶高聚物转变为软而韧的皮革态；热塑性非晶高聚物热塑性结晶半晶高聚物15温度继续升高，高聚物达到流动温度Tf(非晶)或Tm（结晶)而成为高粘度的流体(粘流态)；热塑性非晶高聚物热塑性结晶半晶高

5、聚物16热固性高聚物则由于不能熔融而在比较高的温度下发生分解。热固性高聚物17热塑性高聚物的玻璃化温度基本是固定的，而热固性高聚物的玻璃化温度随交联度增加而增加，当交联度很高时，热固性高聚物达到Tg后可能无明显的软化现象。184．聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则：（１）能够满足产品的使用需要；如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。19(2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力；(3)容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。(4)

6、低毒性、低刺激性。(5)价格合理。20传统的聚合物基体是热固性的，其最大的优点是具有良好的工艺性。由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于在常温常压下浸渍纤维，并在较低的温度和压力下固化成型；固化后具有良好的耐药品性和抗蠕变性；21热固性树脂的缺点是预浸料需低温冷藏且贮存期有限，成型周期长和材料韧性差。22热塑性基体的最重要优点是其高断裂韧性(高断裂应变和高冲击强度)，这使得FRP具有更高的损伤容限。23此外，热塑性树脂基体复合村料，还具有预浸料不需冷藏且贮存期无限、成型周期短、可再成型、易于修补、废品及边角料可再生利用等优点。24热塑性基体的缺点：①、是热塑

7、性基体的熔体或溶液粘度很高，纤维浸渍困难，预浸料制备及制品成型需要在高温高压下进行，②、聚碳酸酯或尼龙这样一些工程塑料，因耐热性、抗蠕变性或耐药品性等方面问题而使应用受到限制。25二、热固性基体热固性基体(主要是不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂)一直在连续纤维增强树脂基复合材料中占统治地位。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。26（一）热固性树脂下表为一些常用的热固性树脂其它物理性能27一．不饱和聚酯树脂(1)不饱和聚酯树脂及其特点不饱和聚酯树脂是指有线型结构的

8、，主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的