医学课件-聚合物基复合材料教学课件.ppt

1、.1主要内容主要内容p绪论绪论 聚合物及其特性，聚合物基复合材料的发展、特点及分类聚合物及其特性，聚合物基复合材料的发展、特点及分类p聚合物基体材料聚合物基体材料 热固性树脂、热塑性树脂热固性树脂、热塑性树脂p聚合物基复合材料的制造工艺聚合物基复合材料的制造工艺p聚合物复合材料的界面聚合物复合材料的界面p聚合物基复合材料的性能聚合物基复合材料的性能.2绪绪 论论 聚合物材料的基本特征聚合物材料的基本特征v聚合物又称高分子化合物，一般是指相对分子量在聚合物又称高分子化合物，一般是指相对分子量在10104 4以上，以上，主要以共价键结合的一类化合物。主要以共价键结合的一类化合物。v工程应用中分为两

2、类：天然聚合物：棉花、淀粉；合成聚工程应用中分为两类：天然聚合物：棉花、淀粉；合成聚合物：塑料、合成纤维、合成橡胶。合物：塑料、合成纤维、合成橡胶。v聚合物材料相对于低分子材料的特征：聚合物材料相对于低分子材料的特征：1.1.聚合物是由许多相同基本结构的重复单元通过共价键连接在一起，聚合物是由许多相同基本结构的重复单元通过共价键连接在一起，具有庞大的相对分子量。具有庞大的相对分子量。2.2.高聚物分子链的结构形态较复杂高聚物分子链的结构形态较复杂,按其几何形状可分为线型结构、支按其几何形状可分为线型结构、支链结构和体型结构。链结构和体型结构。3.3.高分子链之间的次价力（范德华力、氢键等）相互

3、作用，结合成晶高分子链之间的次价力（范德华力、氢键等）相互作用，结合成晶态或非晶态的结构。态或非晶态的结构。4.4.高分子聚合物中还包含有多种添加剂，如抗氧化剂、填料等。这些高分子聚合物中还包含有多种添加剂，如抗氧化剂、填料等。这些添加剂使得高分子的大分子链结构变得更加复杂。添加剂使得高分子的大分子链结构变得更加复杂。.3绪绪 论论聚合物基复合材料的发展简史聚合物基复合材料的发展简史v第一阶段第一阶段:1940:194019601960，现代先进复合材料的开始。，现代先进复合材料的开始。1940:1940:玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料 玻璃钢；玻璃钢；1946:1946:玻璃纤维增强尼龙。

4、玻璃纤维增强尼龙。v第二阶段第二阶段:1960-1980:1960-1980，现代先进复合材料的开发时期，现代先进复合材料的开发时期，复复合材料的种类不断增加。基体材料合材料的种类不断增加。基体材料:热固性树脂；增强材热固性树脂；增强材料料:硼纤维、碳纤维，硼纤维、碳纤维，7070年代出现了年代出现了KevlarKevlar纤维、碳化硅纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维。纤维、氧化铝纤维。v第三阶段第三阶段:1980-:1980-现代复合材料的成熟应用时期。现代复合材料的成熟应用时期。19821982出出现了先进热塑性复合材料。现了先进热塑性复合材料。v复合材料不仅在航空航天领域，而且在几乎所有工业

5、和民复合材料不仅在航空航天领域，而且在几乎所有工业和民用领域得到应用。用领域得到应用。.4绪绪 论论 聚合物基复合材料的特点聚合物基复合材料的特点1.1.高的比强度、高的比模量高的比强度、高的比模量2.2.热膨胀系数低，尺寸稳定热膨胀系数低，尺寸稳定.5绪绪 论论 聚合物基复合材料的特点聚合物基复合材料的特点3.3.耐疲劳性能好耐疲劳性能好 金属材料的疲劳极限多为静态抗拉强度的金属材料的疲劳极限多为静态抗拉强度的30-50%30-50%，PMCPMC的疲的疲劳极限多为静态抗拉强度的劳极限多为静态抗拉强度的70-80%70-80%，PMCPMC的破坏有明显的预的破坏有明显的预兆，可以事先检测出来

6、。兆，可以事先检测出来。4.4.耐腐蚀性能好耐腐蚀性能好 耐酸碱、耐盐水等腐蚀，用于制备化工设备防腐管道。耐酸碱、耐盐水等腐蚀，用于制备化工设备防腐管道。5.5.减振性能好减振性能好 6.6.工艺性能好工艺性能好7.7.其它良好的性能其它良好的性能可设计性，良好的电绝缘性能可设计性，良好的电绝缘性能,特殊的光学或电磁学性能。特殊的光学或电磁学性能。.6绪绪 论论 聚合物基复合材料的特点聚合物基复合材料的特点 8.8.经济性差经济性差 原材料与生产成本都比较高。原材料与生产成本都比较高。9.9.湿热环境下的性能降低湿热环境下的性能降低 吸湿与老化现象。吸湿与老化现象。10.10.冲击韧性差冲击韧

7、性差 一般为脆性材料，断裂韧性低。各种冲击可导致内部损伤，一般为脆性材料，断裂韧性低。各种冲击可导致内部损伤，甚至破坏。甚至破坏。.7 聚合物基复合材料的分类聚合物基复合材料的分类v 按基体可分为：热固性树脂复合材料，热塑性树脂复合材料按基体可分为：热固性树脂复合材料，热塑性树脂复合材料v 按增强相类型及其在复合材料中的分布来分按增强相类型及其在复合材料中的分布来分聚合物基复合材料聚合物基复合材料 连续纤维连续纤维 按纤维形态按纤维形态 不连续纤维不连续纤维 长纤维（毡）长纤维（毡）短切纤维短切纤维纤维增强纤维增强 单向单向 按铺层方式按铺层方式 角铺层角铺层 织物织物 三维三维 玻璃纤维玻璃

8、纤维 按纤维种类按纤维种类 碳纤维碳纤维 芳纶纤维芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等超高分子量聚乙烯纤维等晶须增强晶须增强 碳化硅晶须、氧化铝晶须等碳化硅晶须、氧化铝晶须等层片增强层片增强 云母、玻璃、金属等云母、玻璃、金属等 粒子增强粒子增强 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等氧化铝、碳化硅、石墨、金属等.8聚合物基体材料聚合物基体材料 聚合物材料的介绍聚合物材料的介绍 热固性树脂热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不

9、会软化，不溶、不熔。软化，不溶、不熔。其高分子聚合物属于三维体型网状结构。其高分子聚合物属于三维体型网状结构。常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。热塑性树脂热塑性树脂加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。冷却后变硬，再加热可软化。冷却后变硬，再加热可软化。其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂等。聚碳酸脂等

10、。.9聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基体材料的选用原则聚合物基体材料的选用原则 复合材料中：基本材料的性质，加工性质，复合材料的复合材料中：基本材料的性质，加工性质，复合材料的性质。性质。基体材料选用的基本原则：基体材料选用的基本原则：1 1 基体材料自身的性能。力学性能、耐热性能、耐腐蚀基体材料自身的性能。力学性能、耐热性能、耐腐蚀性能等方面满足产品的使用要求。性能等方面满足产品的使用要求。2 2 对增强纤维有良好的浸润性与粘附力。对增强纤维有良好的浸润性与粘附力。3 3 具有良好的工艺性能：容易操作，胶液具有足够长的具有良好的工艺性能：容易操作，胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长

11、的贮藏期、固化收缩小等。适用期、预浸料具有足够长的贮藏期、固化收缩小等。4 4 低毒性、低刺激性。保证生产工人的安全。低毒性、低刺激性。保证生产工人的安全。5 5 来源方便、价格合理。来源方便、价格合理。.10聚合物基体材料聚合物基体材料热固性基体热固性基体 传统的聚合物基体材料是热固性树脂传统的聚合物基体材料是热固性树脂 最大的优点就是具有良好的工艺性能，由于固化前热固性最大的优点就是具有良好的工艺性能，由于固化前热固性树脂的粘度低，因此适合于常温常压下浸渍增强纤维，并在树脂的粘度低，因此适合于常温常压下浸渍增强纤维，并在较低温度下固化成型，而且固化后具有很好的性能。较低温度下固化成型，而且

12、固化后具有很好的性能。缺点：热固性树脂所用的预浸料需要低温冷藏，且贮存期缺点：热固性树脂所用的预浸料需要低温冷藏，且贮存期较短；成型周期长，材料的韧性差。较短；成型周期长，材料的韧性差。作复合材料基体的热固性树脂：作复合材料基体的热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯、聚酰环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺（亚胺树脂、双马来酰亚胺（BMIBMI）树脂等等。树脂等等。环氧树脂：环氧树脂：C C纤维增强纤维增强酚醛树脂、不饱和聚酯树脂：酚醛树脂、不饱和聚酯树脂：GFGF纤维增强纤维增强.11基体树脂基体树脂聚酯树脂聚酯树脂环氧树脂环氧树脂酚醛

13、树脂酚醛树脂双马树脂双马树脂聚酰亚胺聚酰亚胺工艺性工艺性力学性能力学性能耐热性耐热性韧韧 性性成型收缩率成型收缩率价价 格格好好比较好比较好80 差差中中低低好好优秀优秀120-180差差 好好小小中中比较好比较好比较好比较好 180差差大大低低好好好好230 比较好比较好-中中较差较差好好260260 316比较好比较好-高高应用范围应用范围主要用玻璃主要用玻璃纤维增强，纤维增强，用于绝大部用于绝大部分 的分 的PMC制品、结构制品、结构件如汽车、件如汽车、船舶、化工船舶、化工电子等电子等使用范围最使用范围最广，性能最广，性能最好，用于主好，用于主承力结构或承力结构或耐腐蚀制品耐腐蚀制品如飞

14、机、宇如飞机、宇航等航等多用于玻璃多用于玻璃纤维增强，纤维增强，发烟率低，发烟率低，用于烧蚀材用于烧蚀材料，如飞机料，如飞机内部装饰、内部装饰、电器材料等电器材料等具有良好的具有良好的性能，中等性能，中等使用温度，使用温度，部分代替环部分代替环氧树脂，用氧树脂，用于飞机结构于飞机结构材料材料具有最好的具有最好的耐热性，用耐热性，用于耐高温结于耐高温结构，如卫星、构，如卫星、空间飞行器空间飞行器构件构件典型热固性典型热固性PMC 性能比较性能比较聚合物基体材料聚合物基体材料.12聚合物基体材料聚合物基体材料 树树 脂脂性性能能酚酚醛醛树树脂脂环环氧氧树树脂脂聚聚酯酯树树脂脂密密 度度，g g/c

15、 cm m3 3拉拉伸伸强强度度，M MP Pa a拉拉伸伸模模量量，G GP Pa a延延伸伸率率，%24 hr 吸吸水水率率，%热热变变形形温温度度，热热膨膨胀胀系系数数，1 10 0-5 5/K K固固化化收收缩缩率率1 1.3 30 0 1 1.3 32 24 42 2 6 64 4 3 3.2 21 1.5 5 2 2.0 00 0.1 12 2 0 0.3 36 67 78 8 8 82 26 6 8 88 8 1 10 01 1.1 10 0 1 1.4 40 03 34 4 1 10 05 52 2.0 0 4 4.4 41 1.0 0 3 3.0 00 0.1 15 5 0

16、0.6 60 06 60 0 1 10 00 05 5.5 5 1 10 04 4 6 61 1.2 2 1 1.3 35 55 5 1 13 30 02 2.7 75 5 4 4.1 11 1.0 0 3 3.5 50 0.0 08 8 0 0.1 15 51 10 00 0 2 20 00 04 4.6 6 6 6.5 51 1 2 2典型热固性树脂浇注体性能数据典型热固性树脂浇注体性能数据.13聚合物基体材料聚合物基体材料环氧树脂环氧树脂(Epoxy Resin,EP)v 环氧树脂是指分子式中含有两个或两个以环氧树脂是指分子式中含有两个或两个以上环氧基团的高分子聚合物的总称。上环氧基团的

17、高分子聚合物的总称。CHCH Ov 环氧树脂优点环氧树脂优点 1 1 工艺性好。室温操作、固化剂种类多，适用期、粘度、工艺性好。室温操作、固化剂种类多，适用期、粘度、与固化时间均可在很大范围内调节。与固化时间均可在很大范围内调节。2 2 韧性好。固化后的韧性约为酚醛树脂的韧性好。固化后的韧性约为酚醛树脂的7 7倍。倍。3 3 良好的粘合性。良好的粘合性。-OHOH，-C-O-C-C-O-C-使使EPEP可形成可形成H H键等键等。4 4 收缩性小。固化时无其它产物，一般收缩性小。固化时无其它产物，一般2%2%。5 5 化学稳定性好。苯环与脂肪羟基不受碱的侵蚀，且耐酸。化学稳定性好。苯环与脂肪羟

18、基不受碱的侵蚀，且耐酸。v 工业上用得最广泛的是双酚工业上用得最广泛的是双酚A A型环氧树脂，其产量约占环型环氧树脂，其产量约占环氧树脂总产量的氧树脂总产量的90%90%，属于第一类。，属于第一类。.14聚合物基体材料聚合物基体材料环氧树脂的分类环氧树脂的分类.15聚合物基体材料聚合物基体材料 固化剂固化剂:环氧树脂本身是热塑性的线型结构，所以必须向树环氧树脂本身是热塑性的线型结构，所以必须向树脂中加入第二组分，才能进行交联固化反应，生成网状结构的脂中加入第二组分，才能进行交联固化反应，生成网状结构的高聚物后才能应用。所加的第二组分即为固化剂。高聚物后才能应用。所加的第二组分即为固化剂。按固化

19、按固化反应反应按固化按固化温度温度按固化按固化剂结构剂结构固化剂固化剂反应型：固化剂分子直接与环氧树脂官能团反应，反应后反应型：固化剂分子直接与环氧树脂官能团反应，反应后 成为交联环氧树脂的一部分。成为交联环氧树脂的一部分。催化型：促进环氧树脂固化，不参与至交联环氧树脂中。催化型：促进环氧树脂固化，不参与至交联环氧树脂中。潜伏型：室温下不与环氧树脂反应，但温度升高后可迅速潜伏型：室温下不与环氧树脂反应，但温度升高后可迅速 与之反应。与之反应。高温型：高温型：100 以上以上中温型：中温型：60 100 室温型：室温型：20 低温型：低于低温型：低于 5 胺类胺类酸酐类酸酐类树脂类树脂类固化分为

20、三个阶段：固化分为三个阶段：A A粘流态的树脂粘流态的树脂B B凝胶（不能流动）凝胶（不能流动）C C三维网状固体三维网状固体.16聚合物基体材料聚合物基体材料不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂(Unsaturated Polyster Resin,UP)不饱和聚酯树脂：指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体中的溶液。不饱和聚酯树脂：指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体中的溶液。不饱和聚酯：由不饱和二元酸（或酸酐）、饱和二元羧酸（或不饱和聚酯：由不饱和二元酸（或酸酐）、饱和二元羧酸（或酸酐）与多元醇缩聚而成的相对分子量不高的聚合物。分子为线酸酐）与多元醇缩聚而成的相对分子量不高的聚合物。分子为线型结构。型结构。O

21、 C O OHO-R-OH+R O HO-R-O-C-R-C-OH C O二元醇二元醇 二元酸酐二元酸酐 羟基酸羟基酸.17聚合物基体材料聚合物基体材料不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂(UP)羟基酸分子间的缩聚：羟基酸分子间的缩聚：2HOROCORCOOH HOROCORCOOROCORCOOH+H2O羟基酸与二元醇进行缩聚反应：羟基酸与二元醇进行缩聚反应：HOROCORCOOH+HOROH HOROCORCOOROH+H2O 由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩聚反应相同。聚反应相同。不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、

22、光不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化成具有三维网络的体型结构。成具有三维网络的体型结构。.18聚合物基体材料聚合物基体材料不饱和聚酯树脂的分类不饱和聚酯树脂的分类1 1 通用型不饱和聚酯树脂，多用于手糊成型复合材料制品。通用型不饱和聚酯树脂，多用于手糊成型复合材料制品。2 2 柔韧型不饱和聚酯树脂，可单独使用或与通用型混合，冲柔韧型不饱和聚酯树脂，可单独使用或与通用型混合，冲击强度高。击强度高。3 3 弹性不饱和聚酯树脂，有较高的弯曲强度和较低的弯曲模弹性不饱和聚酯树脂，有较

23、高的弯曲强度和较低的弯曲模量，韧性好。量，韧性好。4 4 耐化学腐蚀型不饱和聚酯树脂，用间苯二甲酸替代邻苯二耐化学腐蚀型不饱和聚酯树脂，用间苯二甲酸替代邻苯二甲酸或将双酚甲酸或将双酚A A引入不饱和聚酯分子中，耐腐蚀性能提高。引入不饱和聚酯分子中，耐腐蚀性能提高。5 5 阻燃型不饱和聚酯树脂，在通用型中加入阻燃剂，或在合阻燃型不饱和聚酯树脂，在通用型中加入阻燃剂，或在合成树脂时，使用一种含有阻燃元素的单体或交联剂。成树脂时，使用一种含有阻燃元素的单体或交联剂。6 6 耐热型不饱和聚酯树脂，热变形温度达到耐热型不饱和聚酯树脂，热变形温度达到110-120110-120。7 7 光稳定型和耐气候型

24、不饱和聚酯树脂，添加紫外线吸收剂，光稳定型和耐气候型不饱和聚酯树脂，添加紫外线吸收剂，提高了耐候性和光稳定性。提高了耐候性和光稳定性。8 8 低收缩不饱和聚酯树脂。低收缩不饱和聚酯树脂。.19聚合物基体材料聚合物基体材料不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂(UP)不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺简单，适合于大型异形部件的制造。简单，适合于大型异形部件的制造。不饱和聚脂树脂在固化程中不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段：可分为三个阶段：1 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。2 2 定型：从凝胶到

25、具有一定硬度和固定的形状。定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。3 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。加热几小时或在室温中放置几周。不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为：不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为：1 1 可以有效地控制反应速度。可以有效地控制反应速度。2 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。3 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。引发剂：能使单体分子或含双键的线

26、型高分子活化而成为引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为游离基并进行连锁聚合反应的物质。游离基并进行连锁聚合反应的物质。.20聚合物基体材料聚合物基体材料酚醛树脂酚醛树脂(Phenolic resin,PF)酚醛树脂：由酚类（苯酚、甲酚、二甲酚等）和醛类（甲酚醛树脂：由酚类（苯酚、甲酚、二甲酚等）和醛类（甲醛、乙醛、糠醛等），在酸或碱催化剂作用下缩聚而成的树醛、乙醛、糠醛等），在酸或碱催化剂作用下缩聚而成的树脂的统称。脂的统称。.21聚合物基体材料聚合物基体材料酚醛树脂酚醛树脂(PF)酚与醛的质量比略小于酚与醛的质量比略小于 1 1：热固性的酚醛树脂。：热固性的酚醛树脂。特点：可溶

27、于丙酮、乙醇，加热即固化，固化温度为特点：可溶于丙酮、乙醇，加热即固化，固化温度为150150 170170。酚与醛的质量比稍大于酚与醛的质量比稍大于 1 1：线型的热塑性的酚醛树脂。线型的热塑性的酚醛树脂。酚醛树脂的特点：酚醛树脂的特点：1 1 价格低廉价格低廉 2 2 耐烧蚀耐烧蚀 3 3 粘附性差粘附性差 4 4 耐碱性差耐碱性差 5 5 固化后较脆固化后较脆.22聚合物基体材料聚合物基体材料酚醛树脂酚醛树脂(PF)酚醛树脂固化：热固性酚醛树脂可以在加热条件下固化。酚醛树脂固化：热固性酚醛树脂可以在加热条件下固化。OH OH CH2OH CH2OH CH2OH +HO CH2 OH+H2

28、O CH2OH CH2OH酚醛树脂固化可以在酸性条件下固化。酚醛树脂固化可以在酸性条件下固化。酚醛树脂也可以在较低温度或室温下固化，但需在树脂中加酚醛树脂也可以在较低温度或室温下固化，但需在树脂中加入合适的无机酸或有机酸，工业上称为酸类固化剂。入合适的无机酸或有机酸，工业上称为酸类固化剂。常用的酸类固化剂有：盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、苯酚磺酸常用的酸类固化剂有：盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、苯酚磺酸或其它的磺酸。或其它的磺酸。.23聚合物基体材料聚合物基体材料酚醛树脂酚醛树脂(PF)改性酚醛树脂：在酚醛树脂中加入一些其它元素或基团，改性酚醛树脂：在酚醛树脂中加入一些其它元素或基团，以改善其性能的不足，

29、特别是提高韧性与耐碱性。以改善其性能的不足，特别是提高韧性与耐碱性。环氧改性酚醛树脂：提高其抗拉强度约环氧改性酚醛树脂：提高其抗拉强度约100100MPaMPa、抗冲击抗冲击强度强度3 3 4 4倍。倍。有机硅改性酚醛树脂：提高其使用温度至有机硅改性酚醛树脂：提高其使用温度至200200 260260，作为瞬时耐高温材料等。作为瞬时耐高温材料等。二甲苯改性酚醛树脂：改善其工艺性能。二甲苯改性酚醛树脂：改善其工艺性能。聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂：提高其韧性，增韧作用。聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂：提高其韧性，增韧作用。在酚醛树脂结构中引入硼元素，可提高其耐热性和烧蚀在酚醛树脂结构中引入硼元素，可提高其

30、耐热性和烧蚀性。性。.24聚合物基体材料聚合物基体材料热塑性树脂热塑性树脂 热塑性树脂：加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工热塑性树脂：加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。冷却后变硬，再加热可软化。其高分子聚合物属成各种形状。冷却后变硬，再加热可软化。其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。于线型或支链型分子结构。常用的热塑性树脂常用的热塑性树脂 聚烯烃树脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯（聚烯烃树脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯（PVCPVC）、）、聚聚苯乙烯、聚碳酸脂等。苯乙烯、聚碳酸脂等。氟树脂：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟树脂：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙

31、烯、聚氟乙烯。氟乙烯。聚酰胺树脂（尼龙）聚酰胺树脂（尼龙）：尼龙：尼龙6666、尼龙、尼龙6 6等。等。聚酯树脂（涤纶）、聚甲醛树脂、聚丙烯腈聚酯树脂（涤纶）、聚甲醛树脂、聚丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯苯乙烯树脂等。乙烯树脂等。.25聚合物基体材料聚合物基体材料热塑性树脂热塑性树脂聚丙烯：聚丙烯：1954年首次合成，年首次合成，1957年工业化生产。年工业化生产。聚丙烯在工业上是丙烯在氯化钛聚丙烯在工业上是丙烯在氯化钛-氯二乙基铝催化剂的作用氯二乙基铝催化剂的作用下进行配位聚合而得：下进行配位聚合而得：CH3 n CH2 CH CH3 CH2 CH n 聚丙烯分子链是头尾相接的线型结构，其分子链具

32、有全同立聚丙烯分子链是头尾相接的线型结构，其分子链具有全同立构、间规立构和无规立构三类。构、间规立构和无规立构三类。聚丙烯有较好的耐热性（约聚丙烯有较好的耐热性（约100），特别是有突出的抗弯），特别是有突出的抗弯曲性能和抗疲劳性能，但蠕变性能较曲性能和抗疲劳性能，但蠕变性能较PVC和尼龙差。和尼龙差。.26聚合物基体材料聚合物基体材料热塑性树脂热塑性树脂聚氯乙烯：工业用主要为非晶结构（故无明显的熔点），其聚氯乙烯：工业用主要为非晶结构（故无明显的熔点），其软化点约为软化点约为 80。聚氯乙烯在工业上由氯乙烯通过游离基型加聚反应而得：聚氯乙烯在工业上由氯乙烯通过游离基型加聚反应而得：Cl n

33、CH2 CHCl CH2 CH n 聚氯乙烯自身具有良好的机械性能、耐候性和阻燃性。聚氯乙烯自身具有良好的机械性能、耐候性和阻燃性。聚氯乙烯有较高的化学稳定性，有良好的耐酸、碱性能，并聚氯乙烯有较高的化学稳定性，有良好的耐酸、碱性能，并耐大多数油类、脂肪和醇类的侵蚀；但不耐芳烃类、酮类和酯耐大多数油类、脂肪和醇类的侵蚀；但不耐芳烃类、酮类和酯类的侵蚀。用于生产塑料薄膜、人造革等。类的侵蚀。用于生产塑料薄膜、人造革等。.27聚合物基体材料聚合物基体材料热塑性树脂热塑性树脂l聚四氟乙烯（塑料王、特氟隆）聚四氟乙烯（塑料王、特氟隆）n CF2=CF2 CF2 CF2 nl 聚四氟乙烯是氟树脂中最为重

34、要、用途最广泛的一种。其产聚四氟乙烯是氟树脂中最为重要、用途最广泛的一种。其产量约占全部氟树脂的量约占全部氟树脂的 85-90%。l 由于链结构中有由于链结构中有C-F键，碳链外又有氟原子形成的空间屏蔽键，碳链外又有氟原子形成的空间屏蔽效应，因此具有非常优异的化学稳定性、耐热性、耐老化性和效应，因此具有非常优异的化学稳定性、耐热性、耐老化性和自润滑性等。自润滑性等。.28聚合物基体材料聚合物基体材料热塑性树脂热塑性树脂l聚酰胺树脂（尼龙）聚酰胺树脂（尼龙）聚酰胺上主链上含有酰胺基团（聚酰胺上主链上含有酰胺基团（NHCO）的高分子材料。的高分子材料。l 合成可通过氨基与羧基的缩聚反应得到：合成可

35、通过氨基与羧基的缩聚反应得到：二元胺与二元酸的线型缩聚反应二元胺与二元酸的线型缩聚反应x H2N(CH2)nNH2+x HOOC(CH2)m-2 COOH H NH(CH2)n NHCO(CH2)m-2 CO x OH+(2x-1)H2O 尼龙尼龙 nm，其中其中 n为二元胺的碳原子数，为二元胺的碳原子数，m为二元羧酸中的碳原为二元羧酸中的碳原子数，子数，尼龙尼龙66，尼龙尼龙11 等。等。.29聚合物基体材料聚合物基体材料热塑性树脂热塑性树脂 氨基酸或内酰胺的线型缩聚制取聚酰胺氨基酸或内酰胺的线型缩聚制取聚酰胺x H2N(CH2)n-1COOH H NH(CH2)n-1-COx OH+(x-

36、1)H2O称为尼龙称为尼龙n，尼龙尼龙6。O H聚酰胺的特点是分子链中的聚酰胺的特点是分子链中的 C-N 基团上的基团上的 H 能够与另一个能够与另一个分子的酰胺基团的链段上羧基形成具有相当强作用力的氢键。分子的酰胺基团的链段上羧基形成具有相当强作用力的氢键。H CH2 C NCH2 熔点大于熔点大于200 O 热变形温度较低热变形温度较低 H O 长期使用温度低于长期使用温度低于100 CH2 C NCH2.30聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料 把各种各样的添加剂添加到聚合物材料中，使之把各种各样的添加剂添加到聚合物材料中，使之形成能满足实用要

37、求的材料，已成为高分子材料应形成能满足实用要求的材料，已成为高分子材料应用中的一大特征。用中的一大特征。使用辅助材料（添加剂）的目的有两个方面使用辅助材料（添加剂）的目的有两个方面 使制品尽量达到所要求的性能。使制品尽量达到所要求的性能。改善加工条件或降低生产成本。改善加工条件或降低生产成本。常用辅助材料有交联单体引发剂、促进剂、脱模常用辅助材料有交联单体引发剂、促进剂、脱模剂、填料、触变剂等。剂、填料、触变剂等。.31聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料表表 2-4 添加剂与聚合物的常用混合方法添加剂与聚合物的常用混合方法 聚合物的聚合物的物理形态物理形态添加剂的添加剂的物理

38、形态物理形态预混合方法预混合方法后混合方法后混合方法实实 例例 粉粉 状状液体或粉状液体或粉状液体或粉状液体或粉状高速旋涡掺合高速旋涡掺合捏和及挤出捏和及挤出不需要不需要PVC 成型用粒料成型用粒料PVC 管材挤出用管材挤出用配合料配合料 粒粒 状状母粒母粒粉末粉末(低浓度低浓度)粉末粉末(高浓度高浓度)翻滚混合翻滚混合翻滚混合翻滚混合浆式搅拌浆式搅拌不需要不需要不需要不需要密炼或辊炼密炼或辊炼及挤出及挤出用色母粒进行着色用色母粒进行着色用颜料进行着色用颜料进行着色填充母料填充母料 块状块状(片状片状)母料或粉状母料或粉状或液体或液体开放式辊炼或开放式辊炼或密炼机密炼密炼机密炼挤出挤出橡胶加式

39、中的混炼橡胶加式中的混炼式序式序 液液 体体粉末粉末球磨混合或开球磨混合或开放式混合放式混合不需要不需要糊状糊状 PVC 配合料配合料.32聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料交联单体交联单体不饱和聚酯树脂是由不饱和聚酯与交联单体两部分组成不饱和聚酯树脂是由不饱和聚酯与交联单体两部分组成的溶液，因此交联单体的种类、用量、性能对固化树脂性能的溶液，因此交联单体的种类、用量、性能对固化树脂性能影响很大。常用的交联单体有苯乙烯影响很大。常用的交联单体有苯乙烯(St)St)、甲基丙烯酸甲甲基丙烯酸甲酯酯(MMA)MMA)和邻苯一甲酸二丙烯酯和邻苯一甲酸二丙烯

40、酯(DAP)DAP)。甲基丙烯酸甲酯经常与苯乙烯并用作交联单体，最大的优甲基丙烯酸甲酯经常与苯乙烯并用作交联单体，最大的优点是改进固化树脂的耐候性。点是改进固化树脂的耐候性。粘度较小，有利于浸渍增强材料的结合。粘度较小，有利于浸渍增强材料的结合。折射率较低，使固化树脂与玻璃纤维的折射率接近，折射率较低，使固化树脂与玻璃纤维的折射率接近，从而使制品有较好的透光性。从而使制品有较好的透光性。沸点低、易挥发，并用后固化树脂的体积收缩率比沸点低、易挥发，并用后固化树脂的体积收缩率比单独用苯乙烯的固化树脂大。单独用苯乙烯的固化树脂大。.33聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复

41、合材料用辅助材料引发剂引发剂 引发剂是能使单体分子或含有双键的线型高分子活化而成引发剂是能使单体分子或含有双键的线型高分子活化而成为自由基并进行连锁聚合的物质。为自由基并进行连锁聚合的物质。一般为有机过氧化物，其通式为：一般为有机过氧化物，其通式为：R RO OO OH H 或或 R R O OO OR R，可以看作具有不同有机取代基的过氧化氢的衍生物。可以看作具有不同有机取代基的过氧化氢的衍生物。这类化合物的化学性质很不稳定，属于极易燃易爆危险品。这类化合物的化学性质很不稳定，属于极易燃易爆危险品。引发剂类型：引发剂类型：二酰基过氧化合物二酰基过氧化合物 最常用的是过氧化二苯甲酰。这类引发剂

42、既可用于室温固最常用的是过氧化二苯甲酰。这类引发剂既可用于室温固化，也可用于加热固化。化，也可用于加热固化。.34 酮过氧化物酮过氧化物这是一类最常用的不饱和聚酯树脂的过氧化物引发剂。经这是一类最常用的不饱和聚酯树脂的过氧化物引发剂。经常碰到的是过氧化甲乙酮和过氧化环己酮，一般用于室温固化常碰到的是过氧化甲乙酮和过氧化环己酮，一般用于室温固化不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂。二烷基过氧化物二烷基过氧化物这类过氧化物多用于热固性片状模塑料和团状模塑料。其这类过氧化物多用于热固性片状模塑料和团状模塑料。其代表性的化合物有过氧化二特丁基、过氧化二异丙苯等。代表性的化合物有过氧化二特丁基、过氧化二异丙苯等

43、。过氧酯过氧酯 常用的过氧酯有过苯甲酸叔丁酯、过碳酸二异丙酯等，它常用的过氧酯有过苯甲酸叔丁酯、过碳酸二异丙酯等，它们可在很宽的温度范围内（约们可在很宽的温度范围内（约70-15070-150）进行固化树脂。）进行固化树脂。聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料.35v 选用引发剂要考虑的因素：选用引发剂要考虑的因素：树脂特性树脂特性要与树脂所反应性相匹配。树脂反应性强时，选用的引发要与树脂所反应性相匹配。树脂反应性强时，选用的引发剂活性要高。剂活性要高。适用期适用期配制好的引发剂胶液必须保证有效地浸渍增强材料，应在配制好的引发剂胶液必须保证有效地浸渍

44、增强材料，应在胶液的存放期内使用。胶液的存放期内使用。成型温度成型温度分为三种类型分为三种类型t 低温到常温（低温到常温（3030以下）。在此温度区，有机过氧化以下）。在此温度区，有机过氧化物与促进剂并用才能构成氧化物与促进剂并用才能构成氧化-还原引发体系，这是由还原引发体系，这是由于引发剂的临界温度高于此温度。于引发剂的临界温度高于此温度。聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料.36v 选用引发剂要考虑的因素：选用引发剂要考虑的因素：t中温固化（中温固化（50-10050-100）。在此温度区，有机过氧化物可单）。在此温度区，有机过氧化物可单独使用。

45、独使用。t高温固化（高温固化（120 120以上）。用于高温固化使用的有机过氧以上）。用于高温固化使用的有机过氧化物通常在室温下稳定，并可长期贮存，不需要促进剂。化物通常在室温下稳定，并可长期贮存，不需要促进剂。固化速度固化速度树脂的固化速度是由引发剂的活性、引发剂与促进剂的用树脂的固化速度是由引发剂的活性、引发剂与促进剂的用量和成型温度决定的。引发剂的用量常常是树脂质量的量和成型温度决定的。引发剂的用量常常是树脂质量的1-4%1-4%。其它助剂的影响其它助剂的影响其它添加剂的加入往往对引发剂效果产生一定的影响。有其它添加剂的加入往往对引发剂效果产生一定的影响。有的填料起促进作用，会缩短树脂的

46、凝胶期，而有的填料则起阻的填料起促进作用，会缩短树脂的凝胶期，而有的填料则起阻滞作用，会延长树脂的凝胶期。滞作用，会延长树脂的凝胶期。聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料.37聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料 促进促进剂剂 促进剂是一类以提高过氧化物引发剂分解成自由基速率的促进剂是一类以提高过氧化物引发剂分解成自由基速率的化合物，它以一种可控的方式加速了不饱和聚酯树脂的固化。化合物，它以一种可控的方式加速了不饱和聚酯树脂的固化。表表 2-5 促进剂对不饱和聚酯树脂固化速度的影响促进剂对不饱和聚酯树脂固化速度的影响引发剂及其用量引发

47、剂及其用量促进剂及其用量促进剂及其用量固化时间固化时间过氧化甲乙酮，过氧化甲乙酮，2%-48 hr过氧化甲乙酮，过氧化甲乙酮，2%环烷酸钴，环烷酸钴，0.01%84 min过氧化甲乙酮，过氧化甲乙酮，2%-28 hr过氧化甲乙酮，过氧化甲乙酮，2%环烷酸钴，环烷酸钴，0.01%60 min 当固化温度较低时，需要使用促进剂。因为一般过氧化物当固化温度较低时，需要使用促进剂。因为一般过氧化物的临界温度都在的临界温度都在6060以上，必须通过促进剂使过氧化物的临以上，必须通过促进剂使过氧化物的临界温度降低，才能满足树脂在室温固化的要求。界温度降低，才能满足树脂在室温固化的要求。.38聚合物基复合材

48、料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料填料填料 填料是加入树脂中用以改善复合材料的某种性能或降低成填料是加入树脂中用以改善复合材料的某种性能或降低成本而其本身又具有相对惰性的固体物质。本而其本身又具有相对惰性的固体物质。v在树脂中加入填料的作用：在树脂中加入填料的作用：降低树脂的固化收缩率和热膨胀系数；降低树脂的固化收缩率和热膨胀系数；改善制品的耐热性、电性能、耐磨性、表面平滑性、光洁改善制品的耐热性、电性能、耐磨性、表面平滑性、光洁性及遮盖力等性及遮盖力等;提高粘度或赋于触变性；提高粘度或赋于触变性；改善材料的物理、机械性能，如硬度、压缩强度等；改善材料的物理、机械性能，如硬度、压缩强度等；

49、改善操作工艺性；改善操作工艺性；相对地减少树脂的用量，降低成本。相对地减少树脂的用量，降低成本。.39聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料 填料填料 填料的种类：填料的种类：无机填料：轻质碳酸钙、水合氧化铝、粘土、二氧化硅等；无机填料：轻质碳酸钙、水合氧化铝、粘土、二氧化硅等；金属填料：铁、铜、铝、铅等金属粉末，可增加复合材料的金属填料：铁、铜、铝、铅等金属粉末，可增加复合材料的导热性、导电性、对磁场的感应和防幅射等；导热性、导电性、对磁场的感应和防幅射等；碳和石墨也作为导电填料。碳和石墨也作为导电填料。.40聚合物基复合材料用辅助材料聚合物基复合材料用辅助材料填料填料v 填料

50、对复合材料性能的影响：填料对复合材料性能的影响：填料对树脂耐腐蚀性能的影响填料对树脂耐腐蚀性能的影响复合材料的耐腐蚀性能主要取决于基体材料的性能，在树复合材料的耐腐蚀性能主要取决于基体材料的性能，在树脂中加入各种填料，对腐蚀性能脂中加入各种填料，对腐蚀性能 的影响很大。的影响很大。填料对树脂阻燃性能的影响填料对树脂阻燃性能的影响在树脂中加入填料时，由于填料能够吸收树脂燃烧过程中在树脂中加入填料时，由于填料能够吸收树脂燃烧过程中的部分热量，因而对树脂的燃烧有一定的延缓作用，使树脂具的部分热量，因而对树脂的燃烧有一定的延缓作用，使树脂具有一定的自熄性。有一定的自熄性。对树脂其它性能的影响对树脂其它