高性能热塑性复合材料与制备技术-绪论

1、LOGO简述简述 树脂基复合材料的主要应用：树脂基复合材料的主要应用：航空航天、体育器材、医疗器械、建筑、航空航天、体育器材、医疗器械、建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域 1924年，年，W.H. carothers研制成功了研制成功了聚醋酸乙烯脂聚醋酸乙烯脂30年代后期，热塑性树脂得到了快速发展年代后期，热塑性树脂得到了快速发展 1937年年，英国的，英国的ICI公司首先获得了公司首先获得了高压聚乙烯高压聚乙烯 1938年年，美国的杜邦公司发明了，美国的杜邦公司发明了尼龙尼龙66 1939年年，实现了，实现了聚乙烯聚乙烯的工业化生产的工业化生产 1

2、953年年，德国的，德国的K.Zleger研制成功研制成功低压聚乙烯低压聚乙烯，1957年正式工业化生产年正式工业化生产 50年代年代，实现了，实现了聚丙烯聚丙烯的工业化生产的工业化生产随着石油和化学工业的发展热塑性树脂发展速度加快，为热塑性树脂基复合材料随着石油和化学工业的发展热塑性树脂发展速度加快，为热塑性树脂基复合材料的发展奠定了基础的发展奠定了基础热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是以是以热塑性树脂热塑性树脂为基体为基体,以以纤维及其织物纤维及其织物为增强材为增强材料，通过适当的料，通过适当的成型方法成型方法而成的一种新材料而成的一种新

3、材料热塑性树脂基复合材料的发展一直伴随着热塑性树脂的发展而向前推进热塑性树脂基复合材料的发展一直伴随着热塑性树脂的发展而向前推进聚醚醚铜PEEK聚醚砜PES几种高性能热塑性树脂几种高性能热塑性树脂聚苯硫醚PPS聚醚酰亚胺PEI分类 按树脂基体及复合后的性能 高性能复合材料 通用型复合材料 以优良纤维增强高性能热塑性树脂。例：碳纤维、芳纶纤维 聚苯硫醚、聚醚酮 特点：比强度、比模量高，能在200以上长期使用 以玻纤及制品增强一般通用的热塑性树脂。例：PP、PE、PVC 热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述增强材料在复合材料中的形状 短纤维增强热塑性复合材料 连续纤维增强热塑 性 复 合

4、材 料 长纤维粒料 短纤维粒料 长0.2-0.7mm，均匀无定向分布在树脂基体中，纤维含量30，各向同性。 连续纤维毡或布，按铺层方向分布，属非均质材料一般说，用连续纤维增强的热塑性复合材料的力学性能优于短纤维增强的复合材料。热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述1951年年，美国的，美国的Bradt首先制备出首先制备出短切玻璃纤维增强聚丙烯短切玻璃纤维增强聚丙烯复合材料复合材料20世纪世纪60年代中期年代中期螺杆式注射机被广泛使用后，短纤维增强热塑性树脂基复合材螺杆式注射机被广泛使用后，短纤维增强热塑性树脂基复合材料才得以大规模生产和应用料才得以大规模生产和应用早期的热塑性树脂基体一般

5、选用早期的热塑性树脂基体一般选用聚丙烯聚丙烯(PP)、聚乙烯聚乙烯(PE)、聚苯乙烯聚苯乙烯(PS)、聚氯聚氯乙烯乙烯(PVC)等通用热塑性树脂作为基体材料；等通用热塑性树脂作为基体材料；增强材料主要是增强材料主要是玻璃纤维玻璃纤维优点：韧性好、成型工艺简单、制造周期短；优点：韧性好、成型工艺简单、制造周期短；缺点：热变形温度低、刚性差缺点：热变形温度低、刚性差主要主要应用应用于电器、电子、五金工具、汽车等工业用品的于电器、电子、五金工具、汽车等工业用品的非承力构件非承力构件热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述短纤维增强热塑性树脂基复合材料短纤维增强热塑性树脂基复合材料与短纤维增强热塑

6、性树脂基复合材料不同，长纤维增强热塑性树脂基复合材料中的纤维可与短纤维增强热塑性树脂基复合材料不同，长纤维增强热塑性树脂基复合材料中的纤维可以平行排列和分散，纤维的长度不被破坏，长度均匀统一，纤维含量较高以平行排列和分散，纤维的长度不被破坏，长度均匀统一，纤维含量较高( (一般一般30%)30%)，其力学性能远远高于短纤维增强热塑性树脂基复合材料其力学性能远远高于短纤维增强热塑性树脂基复合材料性能特点性能特点：刚性高、抗冲击性能好、重量轻、可以一次成型、热膨胀系数：刚性高、抗冲击性能好、重量轻、可以一次成型、热膨胀系数 在汽车工业领域已经显示出巨大的竞争优势在汽车工业领域已经显示出巨大的竞争优

7、势热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述长纤维长纤维增强热塑性树脂基复合材料增强热塑性树脂基复合材料美国于美国于20世纪世纪60年代年代就开始了熔融法制备长纤维增强热塑性树脂基复合就开始了熔融法制备长纤维增强热塑性树脂基复合材料片材的工艺研究材料片材的工艺研究70年代中期年代中期，以，以Asdel为商品名的中为商品名的中长玻璃纤维毡增强聚丙烯长玻璃纤维毡增强聚丙烯的热塑性树脂的热塑性树脂基复合材料片材的出现，揭开了长纤维增强热塑性树脂基复合材料的序基复合材料片材的出现，揭开了长纤维增强热塑性树脂基复合材料的序幕幕20世纪世纪80年代初年代初，以，以聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）为代表的特

8、种工程塑料的商品化为代表的特种工程塑料的商品化 航天、航空工业对航天、航空工业对高耐热性高耐热性和和高韧性高韧性树脂及复合材料的急迫需求树脂及复合材料的急迫需求 连续纤维的浸渍连续纤维的浸渍问题得到解决问题得到解决连续纤维增强热塑性树脂基复合材料取得了突破性的进展连续纤维增强热塑性树脂基复合材料取得了突破性的进展,以以APC-1和和APC-2为代为代表的连续纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料相继问世表的连续纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料相继问世热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述连续纤维连续纤维增强热塑性树脂基复合材料增强热塑性树脂基复合材料连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的纤维

9、为连续状态，其力学性能大大增加连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的纤维为连续状态，其力学性能大大增加,可以应可以应用于承载能力更高的场合，己成为当今航天航空新材料的研究重点和发展方向用于承载能力更高的场合，己成为当今航天航空新材料的研究重点和发展方向以通用塑料和工程塑料为基体的连续纤维增强热塑性树脂基复合材料也已经开始用于汽以通用塑料和工程塑料为基体的连续纤维增强热塑性树脂基复合材料也已经开始用于汽车部件、体育用品、石油化工等领域工业品的制造车部件、体育用品、石油化工等领域工业品的制造Xperion公司采用模压成型工艺生产的用于固定空客A330/A340飞机室内侧壁板的碳纤维/聚醚酰亚胺横杆扣

10、件装置Xperion Aerospace GmbH公司（德国）已经生产出3万多个这样的扣件，这些复合材料扣件代替了传统的铝制扣件，重量减轻约50%，生产成本降低了21%，预计两年后，部件不合格率将小于0.1%。 横杆支架热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述连续纤维连续纤维增强热塑性树脂基复合材料增强热塑性树脂基复合材料Bico AG公司（瑞士）采用模压成型的床用弹簧发条（25mm宽，70mm长，1.4mm厚）到2007年为止，平均每年生产140万根 Xperion/CDI公司的第一批产品将是用于梦想787飞机的吊顶部件（行李架，包括C形件和L形件）可能会采用碳纤维/PEEK或碳纤维/P

11、EEK单向预浸带制成采用模压成型的C型和T型梁热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料发展概述热塑性复合材料优点与应用热塑性复合材料优点与应用跨度为12m的CF/PEKK扭转盒荷兰航空工业部门联合荷兰Delft大学、Twente大学以及空客公司在2008年制定TAPAS (Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structure)工程计划，大力发展热塑性复合材料在飞机主要结构件上的应用。 15min热压成型的纵梁采用对接接头的正弦波横梁热塑性复合材料优点与应用热塑性复合材料优点与应用(1)密度小、强度高 (2)性能可设计性 钢 7.8 g/cm3, 热

12、固性 1.72.0 g/cm3热塑性 1.11.6 g/cm3 与热固性复合材料相比，热塑性树脂种类多，可选择性大，其可设计性好。 热塑性复合材料的物理性能、化学性能及力学性能都可以根据使用要求，通过合理的选择材料及工艺来设计。热塑性复合材料性能特点热塑性复合材料性能特点(3)耐热性(4)耐化学腐蚀性 一般地认为其耐热性比热固性树脂差。热塑性复合材料耐热性一般在100左右。用玻纤增强后的热塑性塑料的使用温度可大大提高。例如：尼龙6的热变形温度为50左右，增强后可提高到190以上，高性能热塑性复合材料的耐热可达250以上 导热系数：0.30.36 w/m.k 与热固性复合材料相当 复合材料的耐化

13、学腐蚀性能一般取决于基体材料的特性。耐腐蚀性较好的热塑性树脂有：氟塑料、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等 热塑性复合材料的耐水性普遍比热固性复合材料好。 热塑性复合材料性能特点热塑性复合材料性能特点 (5)电性能 (6)加工性能复合材料的电性能取决于树脂基体和增强材料的性能，其电性能可以根据使用要求进行设计。热塑性复合材料具有良好的介电性能，优于热固性复合材料，不受电磁作用，不反射无线电波。热塑性复合材料的工艺性能优于热固性复合材料，它可以多次成型，废料可回收利用等。热塑性复合材料性能特点热塑性复合材料性能特点课程主要内容与参考教材课程主要内容与参考教材参考教材参考教材1.高性能树脂基体高性能树脂基体 陈祥宝陈祥宝 主编主编2. 高分子复合材料加工工程高分子复合材料加工工程 （美）（美）R.S. 戴夫，戴夫， A.C. 鲁斯主鲁斯主编