聚合物基复合材料教案课件

会计学1聚合物基复合材料会计学1聚合物基复合材料2链 节： 聚合物链状分子中的重复结构单元。聚合度： 大分子中的链节数目。分子量： 链节分子量与聚合度的乘积。聚合反应： 加聚反应（反应过程无副产物）、 缩聚反应（反应过程产生低分子化合物）有无反应副产物与聚合物收缩率的关系？第1页/共100页2链 节： 聚合物链状分子中的重复结构单元。第1页/共1003大分子链分类（化学成分）：a．碳链大分子： 主链全部由碳原子构成；b.杂链大分子： 主链中除了碳外，还有O、N、S、P等c.元素有机大分子： 主链无碳原子（Si、O、N、Al、B、P） 且侧链为有机取代基；d.元素无机大分子：主链无碳原子，且侧链无有机取代基。第2页/共100页3大分子链分类（化学成分）：第2页/共100页41.1.2结构特征（1）聚合物链的结构：包括空间构型、构象

和形态。a.聚合物链空间构型：指聚合物链中原子或原子团

在空间的排列方式。当分子链的侧基为氢原子时，只有一种链结构。当分子链侧基除了氢原子外包含其它原子或原子团时，根据其在分子链中占据位置的不同，有三种空间构型。第3页/共100页41.1.2结构特征第3页/共100页5图4.1聚合物链的三种空间构型三种空间构型：

全同立构：其它原子或原子团只占据分子链的一侧

间同立构：其它原子或原子团相间占据分子链的两侧

无规立构：其它原子或原子团无规律地分布在分子链的两侧第4页/共100页5图4.1聚合物链的三种空间构型三种空间构型：第4页/共6b.聚合物链的构象：以单键连接的原子由于热运动，两个原子可以在保持键角、键长不变的前提下作相对旋转，称为单键内旋，由此而产生的聚合物链的空间形态称为聚合物链的构象。图4.2聚合物链的构象

第5页/共100页6b.聚合物链的构象：图4.2聚合物链的构象第5页/共7实际聚合物链的构象：带有不同形式和大小的侧基，很难发生单键内旋，而是以几个单键为一个独立单元进行内旋转，形成链段运动。高频率链段运动可以随时改变聚合物链构象，使线性分子链在空间呈卷曲状。在拉力作用下可以伸展拉直，外力除去后又缩回到原来卷曲状，从而使聚合物具有柔性。聚合物的柔性主要受构成单键的元素、分子链的侧基或支链、链节数、温度等的影响。第6页/共100页7实际聚合物链的构象：第6页/共100页8c.聚合物链的形态：线型及支化型：构成线性聚合物，具有高弹性和热塑性， 又称为热塑性聚合物，如涤纶、尼龙、生胶等。交联型及网络型：构成体型聚合物，具有较高的强度和热固性， 又称为热固性聚合物，如酚醛树脂、环氧树脂等。图4.3聚合物链的形态第7页/共100页8c.聚合物链的形态：图4.3聚合物链的形态第7页/共19（2）聚合物链的聚集态聚合物大分子通过分子间作用力（范德华力、氢键）聚集而成，按照大分子排列的有序程度，聚合物聚集态有晶态、非晶态和混合态三种。对于混合态，可用结晶区域所占百分数表示聚合物结晶程度，称为结晶度。图4.4聚合物的聚集态（a和b为晶态结构，c为混合态，d为非晶态）第8页/共100页9（2）聚合物链的聚集态图4.4聚合物的聚集态（a和b10影响聚合物结晶度因素：冷却速度、单体复杂程度、链空间构型和链形态冷却慢、单体简单、侧基原子或原子团极性大，容易结晶聚集态分子链特点性能特点晶态规则排列，分子间作用力大，运动困难熔点、相对密度、强度高，刚性、耐热性好非晶态无规则排列，运动容易弹性、延伸率和韧性好混合态介于以上两者之间介于以上两者之间表5.1聚合物的结晶度与性能的关系

第9页/共100页10影响聚合物结晶度因素：聚集态分子链特点性能特点晶态规则排11强 度：取决于聚合物分子内和分子间相互作用力；实际强度较低（杂质、内部缺陷等）弹性模量：与温度有关（低于玻璃化转变温度时模量较高） 温度高于玻璃化转变温度时迅速降低热膨胀系数：随温度增加而成非线性增加；高于金属和陶瓷

(环氧树脂50-100x10-6/K，不饱和聚酯100-200x10-6/K)耐热性：聚合物致命弱点，受热时发生物理及化学变化 （软化、熔融、环化、交联、降解、氧化、水解）耐化学腐蚀：优于金属但不如陶瓷；热导率：热的不良导体电导率：电的不良导体。1.1.3聚合物的一般性能特点第10页/共100页11强 度：取决于聚合物分子内和分子间相互作用力；1.12聚合物用作基体材料时的要求：

黏附力大、固化收缩率小、有良好物理性能匹配聚合物用作基体材料时的作用：

（1）固结分散的增强体以形成复合材料的整体； （2）赋予制件形状； （3）保护增强体不受或少受环境的不利影响； （4）向增强体传递载荷以发挥承力功能。聚合物基体的类型：（1）热固性树脂：受热软化，发生交联，转化不可逆

环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂（2）热塑性树脂：加热可变软或熔化，转化可逆

聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、氟树脂第11页/共100页12聚合物用作基体材料时的要求：第11页/共100页131.2热固性聚合物1.2.1环氧树脂（1）环氧树脂的定义指含有两个或者两个以上的环氧基团的有机高分子化合物，环氧基团十分活泼，可位于分子链的末端或中间，能与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三维网状结构的高聚物。环氧树脂最早出现于20世纪三十年代且于40年代工业化，已广泛用于碳纤维增强复合材料，是PMC最重要的载体。第12页/共100页131.2热固性聚合物第12页/共100页14（2）环氧树脂的性能力学性能：固化后有优异的力学性能；电性能：绝缘性能优良，高介电性、耐表面漏电、耐电弧化学稳定性：很强化学稳定性，耐酸、耐碱、耐溶剂等突出尺寸稳定性和环境耐久性（耐酶菌，可湿热环境使用）第13页/共100页14（2）环氧树脂的性能第13页/共100页15（3）环氧树脂的工艺性可供选择的品种多样：有多种多样的环氧树脂、固化剂和改性剂体系，可以适应各种应用范围所提出的要求；固化方便：选用不同环氧树脂品种、不同的固化剂和固化剂配方，可以在０～１８０度范围内的不同温度下进行固化；黏附力强：结构中羟基和醚键对各种物质均有很强黏附力；固化收缩率：固化反应直接进行，没有水或者其它挥发性副产物放出，所以固化收缩率低（小于２％）。第14页/共100页15（3）环氧树脂的工艺性第14页/共100页16（４）环氧树脂的分类环氧树脂种类繁多，根据分子结构大体可分为五大类：缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂。复合材料工业上使用量最大的是缩水甘油醚类环氧树脂，其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主第15页/共100页16（４）环氧树脂的分类第15页/共100页171.2.2酚醛树脂定义：酚类和醛类的缩聚产物，常指由苯酚和甲醛经缩聚而得到的树脂，是最早发明的一类热固性树脂。性能：良好机械强度、突出的瞬时耐高温烧蚀性能应用：最老热固性树脂，但原料易得、合成方便、性能突出且有广泛改性的余地，仍广泛用于玻璃纤维、碳纤维增强的复合材料，在宇航工业方面作为瞬时耐高温和烧蚀的结构材料有重要用途（空间飞行器、火箭、导弹等）。第16页/共100页171.2.2酚醛树脂定义：酚类和醛类的缩聚产物，常指由18第17页/共100页18第17页/共100页191.2.3不饱和聚酯树脂(unsaturatedpolyesterresins,UPR或UP)（1）定义不饱和二元酸(或酸酐)或它们与饱和二元酸(或酸酐)组成的混合酸与多元醇缩聚而成，通常在190～220℃进行。（2）化学性质 结构：骨架主链上有聚酯链键和不饱和双键，

大分子链两端各带有羧基和羟基。 酸性介质：水解是可逆的，能耐酸性介质的侵蚀； 碱性介质：水解不可逆的，耐碱性较差。第18页/共100页191.2.3不饱和聚酯树脂(unsaturatedpo20（3）物理性质密度：约1.11～1.20g/cm3，固化时体积收缩率较大耐热性：热变形温度约50～60℃，耐热性好的可达120℃力学性能：具有较高拉伸、弯曲、压缩等强度耐化学腐蚀性能：耐水、稀酸、稀碱较好，耐有机溶剂差介电性能：介电性能良好第19页/共100页20（3）物理性质第19页/共100页211.2.4呋喃树脂定义：分子链中含有呋喃环结构。未固化的呋喃树脂与许多热塑性和热固性树脂有很好的混溶性，可与环氧树脂或酚醛树脂混合起来进行改性。性能：固化后呋喃树脂耐强酸（强氧化性硝酸和硫酸除外）、强碱

和有机溶剂的侵蚀，在高温下仍很稳定，主要用作各种耐化学腐蚀和耐高浊的材料。环内含有四个碳原子和一个氧原子第20页/共100页211.2.4呋喃树脂环内含有四个碳原子和一个氧原子第2022耐化学腐蚀材料：可用来制备防腐蚀胶泥，用作化工设备衬里或其它耐腐材料。

耐热材料：玻璃纤维增强呋喃复合材料耐热性比一般的玻璃纤维增强酚醛复合材料高，可在150℃左右长期使用。

与环氧树脂或酚醛树脂混合改性：将呋喃树脂与环氧树脂或酚醛树脂混合使用，可改进玻璃纤维增强呋喃复合材料的力学性能以及制备时的工艺性能，已广泛用来制备化工反应器的搅拌装置、贮槽及管道等化工设备。第21页/共100页22耐化学腐蚀材料：可用来制备防腐蚀胶泥，用作化工设备衬里或231.2.5有机硅树脂

有机硅树脂是聚有机硅氧烷中一类分子量不高的热固性树脂。用这类树脂制造的玻璃纤维增强复合材料，在较高的温度范围内（200～250℃）长时间连续使用后，仍能保持优良的电性能，同时，还具有良好耐电弧性能及憎水防潮性能。第22页/共100页231.2.5有机硅树脂

第22页/共100页24

（1）热稳定性：耐热性和耐高温性能均很高，热稳定性范围可达200～250℃

（Si-O键有较高的键能：363kJ/mol）。（2）力学性能：有机硅树脂固化后的力学性能不高，若在大分子主链上引进氯代苯基，可提高力学性能。第23页/共100页24 （1）热稳定性：耐热性和耐高温性能均很高，热稳定性范围25（3）电性能：具有优良的电绝缘性能（击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异）。受电弧及电火花作用时，树脂即使裂解而除去有机基团，表面剩下的二氧化硅同样具有良好的介电性能。

（4）憎水性：吸水性很低（水珠在表面只能滚落而不能润湿，因此潮湿环境下复合材料仍能保持其优良性能）。第24页/共100页25（3）电性能：具有优良的电绝缘性能（击穿强度、耐高压电26（5）耐腐蚀性能：有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料可耐浓度10%～30%硫酸、10%盐酸、10%～15%氢氧化钠、2%碳酸钠及3%过氧化氢。醇类、脂肪烃和润滑油对它影响较小，但耐浓硫酸及某些溶剂（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力较差。第25页/共100页26（5）耐腐蚀性能：有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料可耐浓度27结构特点：线型、分枝型，遇热软化或熔融且可反复进行力学性能： ①具有明显的力学松弛现象； ②较大的断裂延伸率； ③抗冲击性能好。电学性能：优异的绝缘性能，对腐蚀性介质稳定。举 例：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、

聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS树脂）等。1.3热塑性聚合物1.3.1热塑性聚合物第26页/共100页27结构特点：线型、分枝型，遇热软化或熔融且可反复进行1.3281.3.2聚烯烃包括聚乙烯（产量最大）、聚丙烯、聚苯乙烯和聚丁烯等1.3.3聚酰胺定义：分子链中含有酰胺基团（尼龙）性能：具有良好的力学性能 良好的耐磨性和耐腐蚀性较之金属材料刚性较差，但比拉伸强度高于金属第27页/共100页281.3.2聚烯烃第27页/共100页291.3.4聚碳酸酯（PC）

O定义：分子链中含有（-ORO-C-）基团的线性聚合物。性能：硬度高、韧性好，良好耐蠕变性、耐热性和电绝缘性

制品易产生应力开裂，耐溶剂和水能力差，

高温下易水解第28页/共100页291.3.4聚碳酸酯（PC）第28页/共100页301.3.5聚甲醛定义：分子链中含有（-CH2-O-）基团

高熔点、高结晶的热塑性塑料性能：优异的力学性能（力学性能最接近金属的塑料）

很高的比强度和比刚度

（在某些场合可以替代钢、铝、铜等金属）第29页/共100页301.3.5聚甲醛第29页/共100页311.3.6氟树脂定义：分子链中含有氟单体，应用最多为聚四氟乙烯，分子式为－(ＣＦ２－ＣＦ２)ｎ－，产量约占氟塑料的９０％。性能：聚四氟乙烯是高度结晶的聚合物，分解温度为400度，可在２６０度以下长期使用，具有优异的力学性能,耐化学腐蚀性极强，能耐王水及沸腾的氢氟酸（塑料王）第30页/共100页311.3.6氟树脂第30页/共100页321.4橡胶橡胶是指具有显著高弹性的一类高分子化合物，也可用作复合材料的基体材料，包括天然橡胶和人造橡胶，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶等。不同于树脂基复合材料，橡胶基复合材料除了要具有轻质高强的特点外，还应具有柔性和较大的弹性。橡胶基复合材料主要用来制备轮胎、传动皮带等。第31页/共100页321.4橡胶第31页/共100页33（1）按聚合物基体的结构形式分类（最重要的分类方法）

热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基

复合材料（2）按增强体类型分类

纤维增强、晶须增强、颗粒增强

聚合物基复合材料；（3）按增强纤维种类分类

玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、其它纤维增强聚合物基复合材料（4）按基体材料性能分类

通用型、耐化学介质腐蚀型、耐高温型、阻燃型

聚合物基复合材料1.5聚合物基复合材料的分类第32页/共100页33（1）按聚合物基体的结构形式分类（最重要的分类方法）1.34第33页/共100页34第33页/共100页35

2.1聚合物基复合材料制备方法分类

2.2聚合物基复合材料的制造工艺§2聚合物基复合材料的制备和加工

第34页/共100页352.1聚合物基复合材料制备方法分类§2聚合物362.1.1聚合物基复合材料制备工艺的特点（1）材料的形成和制品的成形是同时完成的（简化制品结构、减轻制品质量、降低工艺消耗）（2）方法多样、工艺简便、设备简单、成本很低2.1聚合物基复合材料制备方法分类第35页/共100页362.1.1聚合物基复合材料制备工艺的特点2.1聚合372.1.2聚合物复合材料成形方法分类（1）预浸料/预混料制备（2）接触成型（手糊成型）（3）压力成型（袋压成型、模压成型、层压成型）（4）缠绕成型

（5）树脂传递成型

（6）注射成型

（7）拉挤成型上述各种成形方法之间存在着共性！第36页/共100页372.1.2聚合物复合材料成形方法分类第36页/共1038图4.5复合材料制品的生产流程图

第37页/共100页38图4.5复合材料制品的生产流程图第37页/共100页392.2聚合物基复合材料的制造工艺2.2.1预浸料/预混料制备（1）预浸料：定向排列连续纤维浸渍树脂形成薄片状半成品

热固性预浸料：轮鼓缠绕法、陈列排铺法（设备不同） 湿法、干法（树脂状态不同）

热塑性预浸料：预浸渍技术（树脂完全浸渍纤维）

后浸渍技术（树脂以粉末等形式存在，

完全浸渍在成型过程中完成）第38页/共100页392.2聚合物基复合材料的制造工艺第38页/共100页40图4.6轮鼓缠绕法预浸料制备示意图第39页/共100页40图4.6轮鼓缠绕法预浸料制备示意图第39页/共10041（2）预混料：工艺对象：不连续纤维浸渍或混合树脂制品特征：片状模塑料（Sheetmoldingcompound，SMC）

块状模塑料（BulkMoldingCompound，BMC）

注射模塑料（Injectionmoldingcompound，IMC）第40页/共100页41（2）预混料：第40页/共100页422.2.2手糊成型（HandLay-up）（1）工艺概要模具表面施加脱模剂、胶衣；涂刷树脂液体、铺增强材料；

手持

辊子使树脂浸渍增强体、压实并驱除气泡；重复铺层操作，达到制品设计厚度；固化最原始、最简单的制备方法！第41页/共100页422.2.2手糊成型（HandLay-up）第4143图4.7手糊成型工艺使用的模具及成型示意图第42页/共100页43图4.7手糊成型工艺使用的模具及成型示意图第42页/共44（2）优点

1）适合少量生产； 2）设备投资少；

3）可制形状复杂产品； 4）可进行材料设计（3）缺点

1）劳动密集型生产； 2）增强体含量不太高（4）典型产品

舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、建筑模型第43页/共100页44（2）优点第43页/共100页452.2.3树脂传递成型（ResinTransferMolding，RTM）（1）工艺概要（闭模低压成型方法）增强体置于上下模之间；合模并将模具夹紧；压力注射树脂；固化后打开模具，取下产品。工艺关键：树脂要充满模腔；注射压力0.4-0.5MPa第44页/共100页452.2.3树脂传递成型（ResinTransfer46

图4.8树脂传递成型示意图第45页/共100页46

图4.8树脂传递成型示意图第45页/共100页47（2）优点

1）增强体含量较高； 2）劳动强度低；

3）成型周期较短； 4）产品大型化（3）缺点

1）不易制作小产品； 2）模具复杂且成本高（4）典型产品

小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳第46页/共100页47（2）优点

第46页/共100页482.2.4喷射成型（１）工艺概要（半机械化成型方法）树脂+引发剂、树脂+促进剂

分别从喷枪喷出；纤维经切断器切断并从喷枪中心喷出；树脂与纤维一起同时均匀沉积在模具上；沉积一定厚度后用手辊压实除去气泡；固化（２）优点：生产效率高、制品孔隙率小（３）缺点：不易制作小产品、模具复杂且成本高第47页/共100页482.2.4喷射成型第47页/共100页49图4.9喷射成型原理图第48页/共100页49图4.9喷射成型原理图第48页/共100页502.2.5袋压成型（1）工艺概要（最早最广泛用于预浸料成型）将铺层在模具中铺放；依次铺上可剥保护层、脱模膜、袋膜等；热压固化脱模获得具有一定结构形状的制品（2）袋压分类： 真空袋成型、压力袋成型、热压袋成型（3）真空袋成型： 排除蒸汽、包埋空气、其它挥发物第49页/共100页502.2.5袋压成型第49页/共100页51图4.10真空袋成型原理图第50页/共100页51图4.10真空袋成型原理图第50页/共100页522.2.６缠绕成型（1）工艺概要增强体（无捻粗纱）排列在纱架上；粗纱自纱架退绕、通过树脂槽、绕丝嘴（浸渍过程）；小车往复移动并带动已浸渍粗沙缠绕在回转芯轴上；固化、脱模（两端密闭产品不用脱模，芯模作为内衬）工艺关键：缠绕角度与排列密度由芯轴与小车速度之比控制第51页/共100页522.2.６缠绕成型第51页/共100页53图4.11湿法缠绕的工艺原理图

第52页/共100页53图4.11湿法缠绕的工艺原理图第52页/共100页54图4.12缠绕成型绕线示意图第53页/共100页54图4.12缠绕成型绕线示意图第53页/共100页55（2）优点

1）制品结构性能可达很高；

2）可制耐腐蚀、耐压、耐热制品；

3）可制造两端封闭制品；

4）生产周期短、增强体成本低；（3）缺点

1）制品限于回转体；

2）纤维不易沿制品长度方向精确排列；

（4）典型产品

管道、贮罐、气瓶、固体火箭发动机壳体第54页/共100页55（2）优点第54页/共100页562.2.7拉挤成型（1）工艺概要预置在纱架上的玻璃纤维无捻粗纱经树脂槽浸渍树脂预成型后进入加热模具，进一步浸渍、固化、定型将型材按要求长度切断第55页/共100页562.2.7拉挤成型第55页/共100页57图4.13拉挤成型工艺原理第56页/共100页57图4.13拉挤成型工艺原理第56页/共100页58（2）优点

1）生产效率高，可批量生产； 2）树脂含量可精确控制；

3）制品轴向性能优异； 4）原材料成本低（3）缺点

1）模具费用较高； 2）制品横断面恒定（4）典型产品

建筑屋顶横梁、帐篷竿、汽车板簧、电缆管、钓鱼竿第57页/共100页58（2）优点第57页/共100页592.2.8模压成型（1）工艺概要制备具有制品形状的预浸料或预混料半成品；将半成品在模具中热压；固化、脱模

工艺关键：模压温度、压力、时间第58页/共100页592.2.8模压成型第58页/共100页60图4.14模压成型工艺原理第59页/共100页60图4.14模压成型工艺原理第59页/共100页61（2）工艺优点

1）制品尺寸精度高； 2）可大批量生产；

3）孔隙率低； 4）原材料成本低（3）缺点

1）模具费用较高； 2）制品性能各向同性第60页/共100页61（2）工艺优点第60页/共100页622.2.9挤出成型

工艺概要（热塑性塑料主要加工方法）干燥热塑性塑料粉料从料斗进入挤出机加热料筒；物料随料筒螺杆旋转而沿螺槽前移；物料受机械剪切和料筒加热而逐渐熔融；熔融物料受螺杆轴向推力而通过机头和口模；

与口模形状相似的连续体冷却定型。第61页/共100页622.2.9挤出成型第61页/共100页63图4.15挤出成型工艺示意图第62页/共100页63图4.15挤出成型工艺示意图第62页/共100页642.2.10反应注射成型（1）工艺概要两种组分在混合区低压混合（0.5MPa）；低压注射到闭模中（0.5-1.5MPa）；模具中反应成型工艺关键：在一种组分内加入磨碎玻纤原丝（增加强度）第63页/共100页642.2.10反应注射成型（1）工艺概要第63页/共165图4.16反应注射成型示意图第64页/共100页65图4.16反应注射成型示意图第64页/共100页66（2）优点

1）工艺成本较低； 2）可快速生产（固化快）

3）可制造大尺寸、形状复杂制品；（3）缺点

采用磨碎玻璃纤维增强原料费用高（4）主要产品

汽车仪表盘、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件第65页/共100页66（2）优点第65页/共100页672.2.11树脂膜熔浸成型（1）工艺概要将增强物与树脂片交替铺放在模具内；用真空袋包覆铺层并抽真空；

加热熔化树脂并流浸增强物；经过一段时间使其固化第66页/共100页672.2.11树脂膜熔浸成型（1）工艺概要第66页/共68图4.17树脂膜熔浸成型示意图

第67页/共100页68图4.17树脂膜熔浸成型示意图第67页/共100页69（2）优点

1）空隙率低，纤维含量高； 2）较预浸法成本低（3）缺点

1）模具能经受一定温度； 2）尚未推广

（4）典型产品

飞机雷达罩、舰艇声纳整流罩第68页/共100页69（2）优点

1）空隙率低，纤维含量高； 2）较703.1纤维增强聚合物基复合材料一般性能特点3.1.1力学性能（1）力学性能特点

比强度高（密度小）

性能各向异性（短纤维增强时各向同性）

性能分散性大（影响因素太多）（2）静态拉伸性能：完全弹性形变（无屈服点、塑性区）第69页/共100页703.1纤维增强聚合物基复合材料一般性能特点第69页/共71图4.18纤维增强聚合物基复合材料应力应变曲线CFRP(HM)：高模碳纤维；CFRP(HT)：高强碳纤维；KFRP：Kevlar纤维；GFRP：玻璃纤维第70页/共100页71图4.18纤维增强聚合物基复合材料应力应变曲线第70页72

轴向拉伸强度和模量：随纤维体积分数增大而增大

横向拉伸强度和模量：主要由基体和界面控制

弯曲强度和弹性模量：性能分散性较大

剪切强度和模量：与界面和基体材料有关，有方向性第71页/共100页72轴向拉伸强度和模量：随纤维体积分数增大而增大73

（3）高温力学性能：主要由基体控制图4.19FRP的高温力学性能UP：不饱和聚酯EP：环氧树脂PEEK：聚醚醚酮PI：聚酰亚胺第72页/共100页73 （3）高温力学性能：主要由基体控制图4.19FRP的74（4）疲劳性能

疲劳破坏：低于静态强度极限动载荷，作用一段时间的破坏

S-N曲线：最大应力与循环次数关系曲线

影响因素：纤维类型；基体类型；铺层形式；界面性质；

载荷形式；平均应力；应力频率；环境条件

FRP疲劳强度：与静态强度比值约0.22-0.41（循环107）第73页/共100页74（4）疲劳性能第73页/共100页75图4.20FRP与金属铝的疲劳性能对比KF：Kevlar纤维；BF：硼纤维；S-GF：高强玻璃纤维；E-GF：E玻璃纤维；EP：环氧树脂第74页/共100页75图4.20FRP与金属铝的疲劳性能对比第74页/共1076（5）冲击韧性

冲击试验：测量标准冲击试样

破坏所需能量

DI指数：裂纹扩展能QP与裂纹引发能Qi之比

DI=QP/Qi

QP+Qi=Q（Q：冲击破坏所吸收能量）

DI越大，材料韧性越好；对完全脆性材料，DI=0

第75页/共100页76（5）冲击韧性第75页/共100页77图4.21冲击试验中的典型加载历程第76页/共100页77图4.21冲击试验中的典型加载历程第76页/共100页78FRP的能量吸收方式：纤维脱胶、纤维拔出、纤维破坏、基体变形和开裂、分层裂纹图4.22纤维复合材料中裂纹扩展模式第77页/共100页78FRP的能量吸收方式：图4.22纤维复合材料中裂纹扩展79纤维非常显著地影响破坏模式 （韧性纤维较脆性纤维有更高的冲击强度）基体变形要吸收较多的能量 （较之热固性，热塑性基体有较大塑性变形而冲击强度高）纤维与基体界面粘结强度强烈地影响冲击破坏模式 （纤维脱胶可吸收大量能量）第78页/共100页79纤维非常显著地影响破坏模式第78页/共100页80

材料体积比（Vol%）冲击强度（KJ/m2）石墨/EPKavlar-40/EPS–GF/EPBF/EP4130合金钢4340合金钢2024–T3铝合金6061–T6铝合金556572601146936937859221584153表4.3各种材料的典型冲击强度第79页/共100页80材料体积比冲击强度石墨/EP5813.1.2物理及化学性能（1）电性能：介于增强纤维和基体树脂电性能之间 （树脂品种、纤维表面处理等影响电性能）

水的影响：很大(潮湿环境或者水中浸泡电阻下降很大)第80页/共100页813.1.2物理及化学性能第80页/共100页82（2）热性能 导热性能：良好隔热材料 热膨胀系数：在一定温度范围内有较好尺寸稳定性 热变形温度：很差（不超过250度）（3）耐热性（温度对力学性能影响）

较大温度依赖性（常温下较好，温度升高急剧下降）第81页/共100页82（2）热性能第81页/共100页83（4）阻燃性及耐火性：依赖于基体树脂（5）光学性能：取决于基体和增强体对光透过性和折射性（6）耐化学腐蚀性：优良耐化学腐蚀性（7）耐候性：户外使用时抵抗各种气候因素的能力

（日光、O2、O3、热、雨、风、沙、盐雾）

FRP耐候性：表面失去光泽、起毛、变黄、纤维外露

力学性能无显著变化(就力学性能而言优秀)第82页/共100页83（4）阻燃性及耐火性：依赖于基体树脂第82页/共100页843.2玻璃纤维增强热塑性树脂（FR-TP）3.2.1玻璃纤维增强热塑性树脂

基体树脂：聚丙烯、ABS树脂、聚甲醛、聚酰胺、聚酯

性能改善：力学性能、物理化学性能均有明显提高

突出优点：更高的比性能（更小的密度）第83页/共100页843.2玻璃纤维增强热塑性树脂（FR-TP）第83页/共85玻璃纤维增强聚丙烯（FR-PP）

增强方式：玻璃短纤维，含量一般为30%-40%； 性能特点：抗拉强度可达100MPa

明显改善低温脆性、抗冲击性、热变形性

吸水率小第84页/共100页85玻璃纤维增强聚丙烯（FR-PP）第84页/共100页86玻璃纤维增强聚酰胺（FR-PA） 基体特点：强度高、耐磨性好、吸水率大、耐热性差 增强方式：玻璃纤维含量30%-35%； 性能改进：抗拉强度提高2-3倍

耐热性、电绝缘性明显提高

耐磨性有所降低 常见举例：玻璃纤维增强尼龙6（尼龙66、尼龙1010）第85页/共100页86玻璃纤维增强聚酰胺（FR-PA）第85页/共100页87玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料（FR-ABS） 基体树脂：丁二烯-苯乙烯共聚物（BS） 丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS） 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） 性能改进：强度、弹性模量有成倍提高

耐高温、耐低温、尺寸稳定性等都有所改善第86页/共100页87玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料（FR-ABS）第86页/共188玻璃纤维增强聚酯（FR-PET、FR-PBT） 基体树脂：聚苯二甲酸乙二醇酯（PET） 聚苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

结晶度高、成型收缩率大、尺寸稳定性差 性能改进：强度很高（较其它玻璃增强热塑性塑料）

耐高温性、耐低温性、电绝缘性都好

高温下易发生水解第87页/共100页88玻璃纤维增强聚酯（FR-PET、FR-PBT）第87页/893.2.2玻璃纤维增强热塑性树脂对比表4.4各种塑料与玻璃纤维增强后的性能对比第88页/共100页893.2.2玻璃纤维增强热塑性树脂对比第88页/共10090基体树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂GFRP优点：

1）密度小、比强度高：密度为1.6～2.0g/cm3

（“玻璃钢”：质轻而强度高）

2）良好的耐腐蚀性：耐酸、碱、有机溶剂、海水等；

3）良好的电绝缘性3.3玻璃纤维增强热固性树脂（GFRP）第89页/共100页90基体树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂3.3玻璃91

GFRP缺点：

1）刚性差

（弹性模量比钢材小十倍）

2）耐热性较低

（连续使用温度350℃以下）

3）导热性较差

（摩擦产生热量不易散出）

4）容易老化 （日光照射、空气氧化、有机溶剂溶解）第90页/共100页91 GFRP缺点：第90页/共100页92玻璃纤维增强环氧树脂

综合性能最好的热固性树脂基复合材料！

1）强度高于其它GFRP（树脂黏结能力强、界面结合好）

2）固化收缩率小、制品尺寸稳定性好（无副产物）

3）加工不方便（固化反应大多需要加热）

4）不易制造大型制件第91页/共100页92玻璃纤维增强环氧树脂第91页/共100页93玻璃纤维增强酚醛树脂

1）耐热性最好（200度以下长期使用）

2）良好耐电弧性

3）原料丰富、价格便宜

4）脆性大

5）强度不如环氧树脂基复合材料

6）收缩率大、尺寸稳定性差第92页/共100页93玻璃纤维增强酚醛树脂第92页/共100页94玻璃纤维增强聚酯树脂

1）加工性能好 （成型容易，可制造大型构件）

2）透光性好

3）固化收缩率大

（生成小分子化合物）

4）耐酸碱性差第93页/共100页94玻璃纤维增强聚酯树脂第93页/共100页953.4.1高强度、高模量纤维增强塑料 基体树脂：环氧树脂 增强材料：碳、硼、芳香族纤维、晶须等高强、高模纤维 性能特点：密度小、强度模量高、热膨胀系数小；

制备工艺简单、成型方法多；

纤维价格昂贵，使用范围到限3.4其它纤维增强塑料第94页/共100页953.4.1高强度、高模量纤维增强塑料3.4其它纤维增96

碳纤维增强树脂:

强度、刚度、耐热性均好

硼纤维增强树脂：刚性好（模量高于碳纤维增强）

Kevlar纤维增强树脂：良好压延性、耐冲击、

良好振动衰减性、优异的耐疲劳性第95页/共100页96 碳纤维增强树脂: 强度、刚度、耐热性均好第95页97表4.6常见高性能纤维增强环氧树脂性能对比增强纤维碳纤维Kevlar纤维硼纤维相对密度1.61.42.0拉伸强度，MPa150014001750弹性模量，GPa1276120第96页/共100页97表4.6常见高性能纤维增强环氧树脂性能对比增强纤维碳纤983.4.2其它纤维增强塑料 其它纤维：石棉、矿物、棉、麻、木质、合成纤维 基体材料：热塑性、热固性树脂 应用现状：发展早、应用广（参阅教材５１页内容）第97页/共100页983.4.2其它纤维增强塑料第97页/共100页993.5玻璃纤维增强聚合物基复合材料应用材料密度，g/cm3拉伸强度，MPa弯曲模量，MPa用途尼龙661.3718291轴承、齿轮等精密件、电工件、汽车仪表等ABS1.2810177化工装置、管道、容器等聚苯乙烯1.289591汽车内装、收音机机壳、空调叶片等聚碳酸酯1.4313084耐磨、绝缘仪表等表4.7常见玻璃纤维增强热塑性树脂的性能和用途第98页/共100页993.5玻璃纤维增强聚合物基复合材料应用材料密度，g/100表4.8常见玻璃纤维增强热固性树脂的性能和用途基体树脂聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂双马来酰亚胺聚酰亚胺工艺性力学性能耐热性价格韧性成形收缩率好比较好80℃低差中好优秀120~180℃中比较好小比较好比较好约180℃低差大好好230℃中比较好

比较好好240~310℃高比较好

应用范围用于绝大部分玻璃纤维增强制品一般要求的结构,如汽车、船舶、化工、电器、电子等适用范围广，性能最好，用于主承力结构或耐腐蚀性制品等，如飞机、宇航等发烟率低，用于烧蚀材料、飞机内部装饰、电工材料等具有良好的性能、中等使用温度、部分代替环氧，用于飞机结构材料具有最好的耐热性，用于耐高温结构，如卫星等空间飞行器的构件第99页/共100页100表4.8常见玻璃纤维增强热固性树脂的性能和用途基体树脂101感谢您的观看！第100页/共100页101感谢您的观看！第100页/共100页会计学102聚合物基复合材料会计学1聚合物基复合材料103链 节： 聚合物链状分子中的重复结构单元。聚合度： 大分子中的链节数目。分子量： 链节分子量与聚合度的乘积。聚合反应： 加聚反应（反应过程无副产物）、 缩聚反应（反应过程产生低分子化合物）有无反应副产物与聚合物收缩率的关系？第1页/共100页2链 节： 聚合物链状分子中的重复结构单元。第1页/共100104大分子链分类（化学成分）：a．碳链大分子： 主链全部由碳原子构成；b.杂链大分子： 主链中除了碳外，还有O、N、S、P等c.元素有机大分子： 主链无碳原子（Si、O、N、Al、B、P） 且侧链为有机取代基；d.元素无机大分子：主链无碳原子，且侧链无有机取代基。第2页/共100页3大分子链分类（化学成分）：第2页/共100页1051.1.2结构特征（1）聚合物链的结构：包括空间构型、构象

和形态。a.聚合物链空间构型：指聚合物链中原子或原子团

在空间的排列方式。当分子链的侧基为氢原子时，只有一种链结构。当分子链侧基除了氢原子外包含其它原子或原子团时，根据其在分子链中占据位置的不同，有三种空间构型。第3页/共100页41.1.2结构特征第3页/共100页106图4.1聚合物链的三种空间构型三种空间构型：

全同立构：其它原子或原子团只占据分子链的一侧

间同立构：其它原子或原子团相间占据分子链的两侧

无规立构：其它原子或原子团无规律地分布在分子链的两侧第4页/共100页5图4.1聚合物链的三种空间构型三种空间构型：第4页/共107b.聚合物链的构象：以单键连接的原子由于热运动，两个原子可以在保持键角、键长不变的前提下作相对旋转，称为单键内旋，由此而产生的聚合物链的空间形态称为聚合物链的构象。图4.2聚合物链的构象

第5页/共100页6b.聚合物链的构象：图4.2聚合物链的构象第5页/共108实际聚合物链的构象：带有不同形式和大小的侧基，很难发生单键内旋，而是以几个单键为一个独立单元进行内旋转，形成链段运动。高频率链段运动可以随时改变聚合物链构象，使线性分子链在空间呈卷曲状。在拉力作用下可以伸展拉直，外力除去后又缩回到原来卷曲状，从而使聚合物具有柔性。聚合物的柔性主要受构成单键的元素、分子链的侧基或支链、链节数、温度等的影响。第6页/共100页7实际聚合物链的构象：第6页/共100页109c.聚合物链的形态：线型及支化型：构成线性聚合物，具有高弹性和热塑性， 又称为热塑性聚合物，如涤纶、尼龙、生胶等。交联型及网络型：构成体型聚合物，具有较高的强度和热固性， 又称为热固性聚合物，如酚醛树脂、环氧树脂等。图4.3聚合物链的形态第7页/共100页8c.聚合物链的形态：图4.3聚合物链的形态第7页/共1110（2）聚合物链的聚集态聚合物大分子通过分子间作用力（范德华力、氢键）聚集而成，按照大分子排列的有序程度，聚合物聚集态有晶态、非晶态和混合态三种。对于混合态，可用结晶区域所占百分数表示聚合物结晶程度，称为结晶度。图4.4聚合物的聚集态（a和b为晶态结构，c为混合态，d为非晶态）第8页/共100页9（2）聚合物链的聚集态图4.4聚合物的聚集态（a和b111影响聚合物结晶度因素：冷却速度、单体复杂程度、链空间构型和链形态冷却慢、单体简单、侧基原子或原子团极性大，容易结晶聚集态分子链特点性能特点晶态规则排列，分子间作用力大，运动困难熔点、相对密度、强度高，刚性、耐热性好非晶态无规则排列，运动容易弹性、延伸率和韧性好混合态介于以上两者之间介于以上两者之间表5.1聚合物的结晶度与性能的关系

第9页/共100页10影响聚合物结晶度因素：聚集态分子链特点性能特点晶态规则排112强 度：取决于聚合物分子内和分子间相互作用力；实际强度较低（杂质、内部缺陷等）弹性模量：与温度有关（低于玻璃化转变温度时模量较高） 温度高于玻璃化转变温度时迅速降低热膨胀系数：随温度增加而成非线性增加；高于金属和陶瓷

(环氧树脂50-100x10-6/K，不饱和聚酯100-200x10-6/K)耐热性：聚合物致命弱点，受热时发生物理及化学变化 （软化、熔融、环化、交联、降解、氧化、水解）耐化学腐蚀：优于金属但不如陶瓷；热导率：热的不良导体电导率：电的不良导体。1.1.3聚合物的一般性能特点第10页/共100页11强 度：取决于聚合物分子内和分子间相互作用力；1.113聚合物用作基体材料时的要求：

黏附力大、固化收缩率小、有良好物理性能匹配聚合物用作基体材料时的作用：

（1）固结分散的增强体以形成复合材料的整体； （2）赋予制件形状； （3）保护增强体不受或少受环境的不利影响； （4）向增强体传递载荷以发挥承力功能。聚合物基体的类型：（1）热固性树脂：受热软化，发生交联，转化不可逆

环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂（2）热塑性树脂：加热可变软或熔化，转化可逆

聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、氟树脂第11页/共100页12聚合物用作基体材料时的要求：第11页/共100页1141.2热固性聚合物1.2.1环氧树脂（1）环氧树脂的定义指含有两个或者两个以上的环氧基团的有机高分子化合物，环氧基团十分活泼，可位于分子链的末端或中间，能与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三维网状结构的高聚物。环氧树脂最早出现于20世纪三十年代且于40年代工业化，已广泛用于碳纤维增强复合材料，是PMC最重要的载体。第12页/共100页131.2热固性聚合物第12页/共100页115（2）环氧树脂的性能力学性能：固化后有优异的力学性能；电性能：绝缘性能优良，高介电性、耐表面漏电、耐电弧化学稳定性：很强化学稳定性，耐酸、耐碱、耐溶剂等突出尺寸稳定性和环境耐久性（耐酶菌，可湿热环境使用）第13页/共100页14（2）环氧树脂的性能第13页/共100页116（3）环氧树脂的工艺性可供选择的品种多样：有多种多样的环氧树脂、固化剂和改性剂体系，可以适应各种应用范围所提出的要求；固化方便：选用不同环氧树脂品种、不同的固化剂和固化剂配方，可以在０～１８０度范围内的不同温度下进行固化；黏附力强：结构中羟基和醚键对各种物质均有很强黏附力；固化收缩率：固化反应直接进行，没有水或者其它挥发性副产物放出，所以固化收缩率低（小于２％）。第14页/共100页15（3）环氧树脂的工艺性第14页/共100页117（４）环氧树脂的分类环氧树脂种类繁多，根据分子结构大体可分为五大类：缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂。复合材料工业上使用量最大的是缩水甘油醚类环氧树脂，其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主第15页/共100页16（４）环氧树脂的分类第15页/共100页1181.2.2酚醛树脂定义：酚类和醛类的缩聚产物，常指由苯酚和甲醛经缩聚而得到的树脂，是最早发明的一类热固性树脂。性能：良好机械强度、突出的瞬时耐高温烧蚀性能应用：最老热固性树脂，但原料易得、合成方便、性能突出且有广泛改性的余地，仍广泛用于玻璃纤维、碳纤维增强的复合材料，在宇航工业方面作为瞬时耐高温和烧蚀的结构材料有重要用途（空间飞行器、火箭、导弹等）。第16页/共100页171.2.2酚醛树脂定义：酚类和醛类的缩聚产物，常指由119第17页/共100页18第17页/共100页1201.2.3不饱和聚酯树脂(unsaturatedpolyesterresins,UPR或UP)（1）定义不饱和二元酸(或酸酐)或它们与饱和二元酸(或酸酐)组成的混合酸与多元醇缩聚而成，通常在190～220℃进行。（2）化学性质 结构：骨架主链上有聚酯链键和不饱和双键，

大分子链两端各带有羧基和羟基。 酸性介质：水解是可逆的，能耐酸性介质的侵蚀； 碱性介质：水解不可逆的，耐碱性较差。第18页/共100页191.2.3不饱和聚酯树脂(unsaturatedpo121（3）物理性质密度：约1.11～1.20g/cm3，固化时体积收缩率较大耐热性：热变形温度约50～60℃，耐热性好的可达120℃力学性能：具有较高拉伸、弯曲、压缩等强度耐化学腐蚀性能：耐水、稀酸、稀碱较好，耐有机溶剂差介电性能：介电性能良好第19页/共100页20（3）物理性质第19页/共100页1221.2.4呋喃树脂定义：分子链中含有呋喃环结构。未固化的呋喃树脂与许多热塑性和热固性树脂有很好的混溶性，可与环氧树脂或酚醛树脂混合起来进行改性。性能：固化后呋喃树脂耐强酸（强氧化性硝酸和硫酸除外）、强碱

和有机溶剂的侵蚀，在高温下仍很稳定，主要用作各种耐化学腐蚀和耐高浊的材料。环内含有四个碳原子和一个氧原子第20页/共100页211.2.4呋喃树脂环内含有四个碳原子和一个氧原子第20123耐化学腐蚀材料：可用来制备防腐蚀胶泥，用作化工设备衬里或其它耐腐材料。

耐热材料：玻璃纤维增强呋喃复合材料耐热性比一般的玻璃纤维增强酚醛复合材料高，可在150℃左右长期使用。

与环氧树脂或酚醛树脂混合改性：将呋喃树脂与环氧树脂或酚醛树脂混合使用，可改进玻璃纤维增强呋喃复合材料的力学性能以及制备时的工艺性能，已广泛用来制备化工反应器的搅拌装置、贮槽及管道等化工设备。第21页/共100页22耐化学腐蚀材料：可用来制备防腐蚀胶泥，用作化工设备衬里或1241.2.5有机硅树脂

有机硅树脂是聚有机硅氧烷中一类分子量不高的热固性树脂。用这类树脂制造的玻璃纤维增强复合材料，在较高的温度范围内（200～250℃）长时间连续使用后，仍能保持优良的电性能，同时，还具有良好耐电弧性能及憎水防潮性能。第22页/共100页231.2.5有机硅树脂

第22页/共100页125

（1）热稳定性：耐热性和耐高温性能均很高，热稳定性范围可达200～250℃

（Si-O键有较高的键能：363kJ/mol）。（2）力学性能：有机硅树脂固化后的力学性能不高，若在大分子主链上引进氯代苯基，可提高力学性能。第23页/共100页24 （1）热稳定性：耐热性和耐高温性能均很高，热稳定性范围126（3）电性能：具有优良的电绝缘性能（击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异）。受电弧及电火花作用时，树脂即使裂解而除去有机基团，表面剩下的二氧化硅同样具有良好的介电性能。

（4）憎水性：吸水性很低（水珠在表面只能滚落而不能润湿，因此潮湿环境下复合材料仍能保持其优良性能）。第24页/共100页25（3）电性能：具有优良的电绝缘性能（击穿强度、耐高压电127（5）耐腐蚀性能：有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料可耐浓度10%～30%硫酸、10%盐酸、10%～15%氢氧化钠、2%碳酸钠及3%过氧化氢。醇类、脂肪烃和润滑油对它影响较小，但耐浓硫酸及某些溶剂（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力较差。第25页/共100页26（5）耐腐蚀性能：有机硅树脂玻璃纤维增强复合材料可耐浓度128结构特点：线型、分枝型，遇热软化或熔融且可反复进行力学性能： ①具有明显的力学松弛现象； ②较大的断裂延伸率； ③抗冲击性能好。电学性能：优异的绝缘性能，对腐蚀性介质稳定。举 例：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、

聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS树脂）等。1.3热塑性聚合物1.3.1热塑性聚合物第26页/共100页27结构特点：线型、分枝型，遇热软化或熔融且可反复进行1.31291.3.2聚烯烃包括聚乙烯（产量最大）、聚丙烯、聚苯乙烯和聚丁烯等1.3.3聚酰胺定义：分子链中含有酰胺基团（尼龙）性能：具有良好的力学性能 良好的耐磨性和耐腐蚀性较之金属材料刚性较差，但比拉伸强度高于金属第27页/共100页281.3.2聚烯烃第27页/共100页1301.3.4聚碳酸酯（PC）

O定义：分子链中含有（-ORO-C-）基团的线性聚合物。性能：硬度高、韧性好，良好耐蠕变性、耐热性和电绝缘性

制品易产生应力开裂，耐溶剂和水能力差，

高温下易水解第28页/共100页291.3.4聚碳酸酯（PC）第28页/共100页1311.3.5聚甲醛定义：分子链中含有（-CH2-O-）基团

高熔点、高结晶的热塑性塑料性能：优异的力学性能（力学性能最接近金属的塑料）

很高的比强度和比刚度

（在某些场合可以替代钢、铝、铜等金属）第29页/共100页301.3.5聚甲醛第29页/共100页1321.3.6氟树脂定义：分子链中含有氟单体，应用最多为聚四氟乙烯，分子式为－(ＣＦ２－ＣＦ２)ｎ－，产量约占氟塑料的９０％。性能：聚四氟乙烯是高度结晶的聚合物，分解温度为400度，可在２６０度以下长期使用，具有优异的力学性能,耐化学腐蚀性极强，能耐王水及沸腾的氢氟酸（塑料王）第30页/共100页311.3.6氟树脂第30页/共100页1331.4橡胶橡胶是指具有显著高弹性的一类高分子化合物，也可用作复合材料的基体材料，包括天然橡胶和人造橡胶，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶等。不同于树脂基复合材料，橡胶基复合材料除了要具有轻质高强的特点外，还应具有柔性和较大的弹性。橡胶基复合材料主要用来制备轮胎、传动皮带等。第31页/共100页321.4橡胶第31页/共100页134（1）按聚合物基体的结构形式分类（最重要的分类方法）

热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基

复合材料（2）按增强体类型分类

纤维增强、晶须增强、颗粒增强

聚合物基复合材料；（3）按增强纤维种类分类

玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、其它纤维增强聚合物基复合材料（4）按基体材料性能分类

通用型、耐化学介质腐蚀型、耐高温型、阻燃型

聚合物基复合材料1.5聚合物基复合材料的分类第32页/共100页33（1）按聚合物基体的结构形式分类（最重要的分类方法）1.135第33页/共100页34第33页/共100页136

2.1聚合物基复合材料制备方法分类

2.2聚合物基复合材料的制造工艺§2聚合物基复合材料的制备和加工

第34页/共100页352.1聚合物基复合材料制备方法分类§2聚合物1372.1.1聚合物基复合材料制备工艺的特点（1）材料的形成和制品的成形是同时完成的（简化制品结构、减轻制品质量、降低工艺消耗）（2）方法多样、工艺简便、设备简单、成本很低2.1聚合物基复合材料制备方法分类第35页/共100页362.1.1聚合物基复合材料制备工艺的特点2.1聚合1382.1.2聚合物复合材料成形方法分类（1）预浸料/预混料制备（2）接触成型（手糊成型）（3）压力成型（袋压成型、模压成型、层压成型）（4）缠绕成型

（5）树脂传递成型

（6）注射成型

（7）拉挤成型上述各种成形方法之间存在着共性！第36页/共100页372.1.2聚合物复合材料成形方法分类第36页/共10139图4.5复合材料制品的生产流程图

第37页/共100页38图4.5复合材料制品的生产流程图第37页/共100页1402.2聚合物基复合材料的制造工艺2.2.1预浸料/预混料制备（1）预浸料：定向排列连续纤维浸渍树脂形成薄片状半成品

热固性预浸料：轮鼓缠绕法、陈列排铺法（设备不同） 湿法、干法（树脂状态不同）

热塑性预浸料：预浸渍技术（树脂完全浸渍纤维）

后浸渍技术（树脂以粉末等形式存在，

完全浸渍在成型过程中完成）第38页/共100页392.2聚合物基复合材料的制造工艺第38页/共100页141图4.6轮鼓缠绕法预浸料制备示意图第39页/共100页40图4.6轮鼓缠绕法预浸料制备示意图第39页/共100142（2）预混料：工艺对象：不连续纤维浸渍或混合树脂制品特征：片状模塑料（Sheetmoldingcompound，SMC）

块状模塑料（BulkMoldingCompound，BMC）

注射模塑料（Injectionmoldingcompound，IMC）第40页/共100页41（2）预混料：第40页/共100页1432.2.2手糊成型（HandLay-up）（1）工艺概要模具表面施加脱模剂、胶衣；涂刷树脂液体、铺增强材料；

手持

辊子使树脂浸渍增强体、压实并驱除气泡；重复铺层操作，达到制品设计厚度；固化最原始、最简单的制备方法！第41页/共100页422.2.2手糊成型（HandLay-up）第41144图4.7手糊成型工艺使用的模具及成型示意图第42页/共100页43图4.7手糊成型工艺使用的模具及成型示意图第42页/共145（2）优点

1）适合少量生产； 2）设备投资少；

3）可制形状复杂产品； 4）可进行材料设计（3）缺点

1）劳动密集型生产； 2）增强体含量不太高（4）典型产品

舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、建筑模型第43页/共100页44（2）优点第43页/共100页1462.2.3树脂传递成型（ResinTransferMolding，RTM）（1）工艺概要（闭模低压成型方法）增强体置于上下模之间；合模并将模具夹紧；压力注射树脂；固化后打开模具，取下产品。工艺关键：树脂要充满模腔；注射压力0.4-0.5MPa第44页/共100页452.2.3树脂传递成型（ResinTransfer147

图4.8树脂传递成型示意图第45页/共100页46

图4.8树脂传递成型示意图第45页/共100页148（2）优点

1）增强体含量较高； 2）劳动强度低；

3）成型周期较短； 4）产品大型化（3）缺点

1）不易制作小产品； 2）模具复杂且成本高（4）典型产品

小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳第46页/共100页47（2）优点

第46页/共100页1492.2.4喷射成型（１）工艺概要（半机械化成型方法）树脂+引发剂、树脂+促进剂

分别从喷枪喷出；纤维经切断器切断并从喷枪中心喷出；树脂与纤维一起同时均匀沉积在模具上；沉积一定厚度后用手辊压实除去气泡；固化（２）优点：生产效率高、制品孔隙率小（３）缺点：不易制作小产品、模具复杂且成本高第47页/共100页482.2.4喷射成型第47页/共100页150图4.9喷射成型原理图第48页/共100页49图4.9喷射成型原理图第48页/共100页1512.2.5袋压成型（1）工艺概要（最早最广泛用于预浸料成型）将铺层在模具中铺放；依次铺上可剥保护层、脱模膜、袋膜等；热压固化脱模获得具有一定结构形状的制品（2）袋压分类： 真空袋成型、压力袋成型、热压袋成型（3）真空袋成型： 排除蒸汽、包埋空气、其它挥发物第49页/共100页502.2.5袋压成型第49页/共100页152图4.10真空袋成型原理图第50页/共100页51图4.10真空袋成型原理图第50页/共100页1532.2.６缠绕成型（1）工艺概要增强体（无捻粗纱）排列在纱架上；粗纱自纱架退绕、通过树脂槽、绕丝嘴（浸渍过程）；小车往复移动并带动已浸渍粗沙缠绕在回转芯轴上；固化、脱模（两端密闭产品不用脱模，芯模作为内衬）工艺关键：缠绕角度与排列密度由芯轴与小车速度之比控制第51页/共100页522.2.６缠绕成型第51页/共100页154图4.11湿法缠绕的工艺原理图

第52页/共100页53图4.11湿法缠绕的工艺原理图第52页/共100页155图4.12缠绕成型绕线示意图第53页/共100页54图4.12缠绕成型绕线示意图第53页/共100页156（2）优点

1）制品结构性能可达很高；

2）可制耐腐蚀、耐压、耐热制品；

3）可制造两端封闭制品；

4）生产周期短、增强体成本低；（3）缺点

1）制品限于回转体；

2）纤维不易沿制品长度方向精确排列；

（4）典型产品

管道、贮罐、气瓶、固体火箭发动机壳体第54页/共100页