复合材料-第二章

1、复合材料-第二章Contents金属基体材料金属基体材料1陶瓷基体材料陶瓷基体材料2 聚合物基体材料聚合物基体材料4 无机胶凝材料无机胶凝材料31.1.聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂性能性能: 热稳定性和氧化稳定性好热稳定性和氧化稳定性好 耐辐射性能和介电性能好耐辐射性能和介电性能好聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂加聚型聚酰亚胺树脂加聚型聚酰亚胺树脂:热固性热固性热塑性聚酰亚胺树脂热塑性聚酰亚胺树脂缩聚型聚酰亚胺树脂缩聚型聚酰亚胺树脂不同类型聚酰亚胺的热稳定性不同类型聚酰亚胺的热稳定性缩聚性缩聚性热塑性热塑性乙炔基封端乙炔基封端双马来酰亚胺双马来酰亚胺温度温度/oC质量保留率质量保留率/%(2h）(1) 缩

2、聚型聚酰亚胺树脂缩聚型聚酰亚胺树脂二酐二酐 二胺二胺 聚酰胺酸聚酰胺酸v 聚酰胺酸的环化在高温下进行，聚酰胺酸的熔点接近环化反聚酰胺酸的环化在高温下进行，聚酰胺酸的熔点接近环化反应的温度，沉析作用影响树脂的流动性，不适用于模压和层应的温度，沉析作用影响树脂的流动性，不适用于模压和层压成型工艺。压成型工艺。v 环化时有小分子放出，很少用作复合材料的基体树脂环化时有小分子放出，很少用作复合材料的基体树脂BTDA和各种芳香二胺合成的聚酰亚胺和各种芳香二胺合成的聚酰亚胺单体的化学结构影响缩聚型聚酰亚胺树脂的热稳定性单体的化学结构影响缩聚型聚酰亚胺树脂的热稳定性(2) 加聚型聚酰亚胺树脂加聚型聚酰亚胺树

3、脂端基带不饱和基团低相对质量聚酰亚胺端基带不饱和基团低相对质量聚酰亚胺.成型加工时通过不饱和端基进行固化成型加工时通过不饱和端基进行固化,固化时无挥固化时无挥发性物质放出发性物质放出双马来双马来酰亚胺酰亚胺(BMI)树脂树脂加工性能好加工性能好,耐热性和耐辐射性优于环氧树脂耐热性和耐辐射性优于环氧树脂马来酸酐马来酸酐常见常见BMI单体的熔点单体的熔点BMI树脂的性能树脂的性能BMI树脂的改性：树脂的改性：BMI树脂缺点：熔点高、溶解性差、成型温度高、树脂缺点：熔点高、溶解性差、成型温度高、 固化物脆性大固化物脆性大改性方法：烯丙基化合物共聚改性、芳香二胺化合物改性方法：烯丙基化合物共聚改性、芳

4、香二胺化合物 扩链改性、环氧树脂改性、热塑性树脂增扩链改性、环氧树脂改性、热塑性树脂增 韧改性、氰酸酯树脂改性韧改性、氰酸酯树脂改性烯丙基化合物共聚改性烯丙基化合物共聚改性烯丙基化合物与烯丙基化合物与BMIBMI单体共聚后的预聚物易溶于低沸点单体共聚后的预聚物易溶于低沸点溶剂、黏附性好、稳定性好溶剂、黏附性好、稳定性好固化物耐热性好，韧性强，机械性能和介电性好固化物耐热性好，韧性强，机械性能和介电性好芳香二胺化合物扩链改性芳香二胺化合物扩链改性BMIKerimid601 E玻璃布复合材料的性能玻璃布复合材料的性能环氧树脂改性环氧树脂改性BMI改性后，工艺性能好，对增强材料的黏附力改性后，工艺性

5、能好，对增强材料的黏附力增强，韧性增强，耐热性降低增强，韧性增强，耐热性降低热塑性树脂增韧改性热塑性树脂增韧改性BMI氰酸酯树脂改性氰酸酯树脂改性改性后，韧性、耐热性、耐水性、介电性、力学性、改性后，韧性、耐热性、耐水性、介电性、力学性、耐磨性、尺寸稳定性都比较好耐磨性、尺寸稳定性都比较好降冰片烯封端聚降冰片烯封端聚酰亚胺树脂酰亚胺树脂(PMR树脂）树脂）纳迪克二酸单甲酯纳迪克二酸单甲酯3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二甲酯二苯甲酮四羧酸二甲酯4,4-二氨基二苯基甲烷二氨基二苯基甲烷不同温度热老化不同温度热老化PMR-15聚酰亚胺聚酰亚胺复合材料的质量损失复合材料的质量损失371oC343oC3

6、16oCHM-S/PMR-15复合材料的性能复合材料的性能性能未后固化在343oC后固化16h室温316oC316oC抗弯强度/MPa12624831103抗弯模量/GPa185104173层间剪切强度/MPa592244乙炔封端聚乙炔封端聚酰亚胺树脂酰亚胺树脂热氧化稳定性、耐湿热性、介电性好，热氧化稳定性、耐湿热性、介电性好，3-乙炔基苯胺乙炔基苯胺芳香二胺芳香二胺芳香二酐芳香二酐2.2.聚苯并咪唑聚苯并咪唑(PBI)(PBI)树脂树脂PBIPBI热稳定性好热稳定性好(270-300(270-300o oC C长期使用长期使用),),优良的低温性能优良的低温性能(-196(-196o oC

7、C不发脆不发脆,-252,-252o oC C力学性能好力学性能好),),介电性、耐辐射介电性、耐辐射性、不燃性优良性、不燃性优良合成：合成：二元酸酯二元酸酯四元胺四元胺P143PBI的热失重曲线的热失重曲线N2空气空气玻璃纤维增强的玻璃纤维增强的PBI树脂复合材料的力学性能树脂复合材料的力学性能复合材料的高温弯曲强度复合材料的高温弯曲强度3.3.氰酸酯树脂氰酸酯树脂树脂的分子结构中含有二个或二个以上的氰酸酯官能团的，树脂的分子结构中含有二个或二个以上的氰酸酯官能团的，在热或催化剂作用下进行三环化反应，生成含有三嗪环的在热或催化剂作用下进行三环化反应，生成含有三嗪环的体型结构大分子体型结构大分

8、子氰酸酯固化物：氰酸酯固化物：TgTg（240-290240-290o oC C），介电损耗角正切值低（），），介电损耗角正切值低（），力学性能好，吸水率低，成型时收缩率低，力学性能好，吸水率低，成型时收缩率低，177177o oC C固化且无小分固化且无小分子放出子放出单体的合成：单体的合成：氰酸酯树脂的固化机理：氰酸酯树脂的固化机理：金属盐和酚催化固化。金属离子将氰酸酯分子聚集在周围，金属盐和酚催化固化。金属离子将氰酸酯分子聚集在周围，酚羟基与金属离子周围的氰酸酯经亲核加成生成亚胺碳酸酯，酚羟基与金属离子周围的氰酸酯经亲核加成生成亚胺碳酸酯，继续与两个氰酸酯加成，最后闭环脱去一个分子形成三

9、嗪环继续与两个氰酸酯加成，最后闭环脱去一个分子形成三嗪环酚酚,有 机 金有 机 金属盐催化属盐催化氰酸酯树脂与其他树脂的力学性能比较氰酸酯树脂与其他树脂的力学性能比较氰酸酯树脂的介电性能氰酸酯树脂的介电性能4.4. 聚苯乙烯吡啶聚苯乙烯吡啶(PSP)(PSP)树脂树脂耐高温的热固性树脂耐高温的热固性树脂, ,高温下力学性能和加工高温下力学性能和加工工艺都较好工艺都较好, ,燃烧时毒性低燃烧时毒性低( (降解产物主要是二降解产物主要是二氧化碳氧化碳) )合成合成: :2，4，6-三甲基吡啶三甲基吡啶 芳香二醛芳香二醛高温固化高温固化: :200200o oC C固化固化: :固化条件对固化条件对

10、PSP树脂性能的影响树脂性能的影响5.5. 苯并环丁烯苯并环丁烯 (BCB)(BCB)树脂树脂合成合成: :4-羧基苯并环丁烯羧基苯并环丁烯4，4-二氨基二苯甲烷二氨基二苯甲烷1，3-二氨基二氨基-4，6-二羟基苯二羟基苯合成全碳氢二苯并环丁烯合成全碳氢二苯并环丁烯: :二乙烯基苯二乙烯基苯 二溴代苯二溴代苯合成合成1,2-1,2-二二(4-(4-苯并环丁烯苯并环丁烯) )乙烷乙烷: :合成与炔基连接的二苯并环丁烯乙烷合成与炔基连接的二苯并环丁烯乙烷: :苯并环丁烯树脂的性能苯并环丁烯树脂的性能: :热变形温度高热变形温度高, ,玻璃化温度高玻璃化温度高, ,吸湿率低吸湿率低, ,复合材料复合

11、材料成型工艺性好成型工艺性好, ,固化时无小分子放出固化时无小分子放出, ,作高性能复合作高性能复合材料的基体材料的基体. .苯并环丁烯树脂固化物的性能苯并环丁烯树脂固化物的性能6.6. 聚醚醚酮聚醚醚酮(PEEK)(PEEK)对苯二酚对苯二酚4,4-4,4-二氟苯酮二氟苯酮性能：半结晶性聚合物性能：半结晶性聚合物, ,最高结晶度最高结晶度48%48%；重均相对分；重均相对分子质量子质量(2.3-3.5)(2.3-3.5)10104 4；吸水率；吸水率0.15%0.15%；热稳定性好，熔；热稳定性好，熔点点334334o oC C，Tg 143Tg 143o oC C，热变形温度，热变形温度1

12、60160o oC C，200200o oC C以下使以下使用寿命长达用寿命长达50000h50000h；韧性好，断裂延伸率大于；韧性好，断裂延伸率大于40%40%；化；化学稳定性；阻燃性好；介电性能好学稳定性；阻燃性好；介电性能好用途：高性能复合材料的基体树脂用途：高性能复合材料的基体树脂7.7. 聚砜（聚砜（PSFPSF）和聚芳醚砜）和聚芳醚砜双酚双酚A A型聚砜型聚砜非双酚非双酚A A型聚砜型聚砜聚芳醚砜聚芳醚砜聚砜的合成聚砜的合成聚芳醚砜的合成聚芳醚砜的合成二氯二二氯二 苯基砜苯基砜双酚双酚A的碱金属盐的碱金属盐芳磺酰氯芳磺酰氯聚砜的性能聚砜的性能非结晶聚合物；熔融加工性好；耐氧化性好

13、；耐辐射性好；非结晶聚合物；熔融加工性好；耐氧化性好；耐辐射性好；热稳定性好，热稳定性好， Tg 143Tg 143o oC C，热变形温度，热变形温度175175o oC C；柔韧性；柔韧性好，机械强度高好，机械强度高三种商品聚砜的性能三种商品聚砜的性能8.8. 聚苯醚（聚苯醚（PPOPPO）合成合成(2)氧化法氧化法（1）4-溴溴-2，6-二甲基酚氧银盐聚合法二甲基酚氧银盐聚合法性质性质白色无定形粉末，密度白色无定形粉末，密度1.06g/cm1.06g/cm3 3，相对分子质量，相对分子质量6000-120006000-12000；耐热性好，软化点高于；耐热性好，软化点高于300300o oC C，Tg Tg 215215o oC C，热变形温度，热变形温度190190o oC C，热分解温度，热分解温度350350o oC C以上，以上，在在120120o oC C下长期使用；耐水性好；吸湿率低；尺寸稳定下长期使用；耐水性好；吸湿率低；尺寸稳定性好性好9.9. 聚苯硫醚（聚苯硫醚（PPSPPS）耐腐蚀性、耐热性、耐蠕变性、与增强耐腐蚀性、耐热性、耐蠕变性、与增强材料的黏合性、