复合材料基础

绪论和基本概念复合材料:由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合成一种新的固体材料先进复合材料:专指可用于主承力结构或次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。特点：1）高的比强度和比模量；2）各向异性和可设计性；

3）良好的抗疲劳特性；4）减振性良好；

5）赋予新功能——功能材料；6）易于大面积整体成形材料性能比较材料密度g/cm3拉伸强度MPa拉伸模量GPa钢7.81100210铝2.850075钛4.51500120AFRP1.31800100CFRP1.52400260～360PFRP1.43200180AFRP—AramidFiberReinforcedPlastic(芳纶复合材料)CFRP—CarbonFiberReinforcedPlastic(碳纤维复合材料)PFRP—PBOFiberReinforcedPlastic(聚苯并噁唑纤维复合材料)1.2先进复合材料的分类按照用途可以分为结构复合材料和功能复合材料

结构复合材料主要用作承力和次承力结构，要求它质量轻、强度和刚度高。且能耐受一定温度，在某种情况下还要求有膨胀系数小、绝热性能好和耐介质腐蚀等其他性能 功能复合材料是指除力学性能以外还提供其他物理性能的复合材料，是由功能体和基体组成。主要包括具有电、磁、光、热、声、机械（阻尼、摩擦）等功能按照基体不同可分为：聚合物基复合材料（热固性树脂基、热塑性树脂基）、金属基复合材料（轻金属基、高熔点金属基、金属间化合物基）、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料按照增强体形式不同分为：纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、片材增强复合材料和层叠式复合材料1.2先进复合材料的分类树脂基复合材料＜500℃（老化）

金属基复合材料＜1250℃

（界面）陶瓷基复合材料＜

1650℃

（脆性）碳/碳复合材料＞3000℃（氧化）

基体（树脂）结构复合材料传递载荷粘结保护纤维界面增强体（纤维）承力——复合材料组成与作用复合材料的性能特点？民机发展目标安全性抗疲劳可设计耐腐蚀高比强经济性舒适性环保性先进树脂基复合材料轻量化高可靠长寿命高效能吸能强高阻尼性能优越性复合材料既是一种材料，又是一种结构可设计非均匀性各向异性结构多重性可设计抗疲劳耐腐蚀大面积整体成型易于实现结构/功能一体化设计先导制造关键材料基础自动化制造低成本工艺新材料与新结构整体化成型结构设计方法提高结构效率与降低成本高效取证分析评价保障无损检测与评价技术设计/制造一体化数字化制造三.先进复合材料研发动态第二章新型增强材料引言——力学作用树脂复合材料+界面纤维?纤维与树脂的宏观力学匹配，即纤维的强度、模量、延伸率与树脂的强度、模量、韧性等性能关系影响复合材料力学性能，包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等。??引言——物理/化学作用增强材料与基体的物理/化学相容性主要反映在界面作用及影响。1)物理相容性：浸润性、热膨胀系数匹配、界面区扩散、渗透特性等；2)化学相容性：极性、界面区键合反应等；3)纤维与树脂的细观力学匹配：界面粘结、界面相模量及其梯度等。增强体形式纤维、织物（单向、2D、3D）、片状、颗粒、晶须对位芳酰胺聚芳酯聚苯并噁唑聚乙烯聚乙烯醇刚性分子链柔性分子链新型增强纤维有机纤维氧化铝纤维玻璃纤维无机纤维碳纤维碳化硅纤维引言——纤维主要品种——典型纤维品种及性能性能指标高分子系碳纤维无机系芳纶聚乙烯聚苯并噁唑芳酯聚芳酯PAN基碳纤维碳化硅纤维玻璃纤维Kevlar-49Kevlar-129标准T300高强高模高强中模密度(g/cm3)1.451.440.961.561.411.761.911.812.742.54强度(GPa)2.803.403.435.803.273.533.825.492.802.43模量(GPa)10996.698.028074.523058829427072.5伸长率(%)2.53.34.02.53.91.50.71.91.43.3比强度(10cm)19.32436.537.224.020.020.030.310.012比模量(10cm)7.76.810.418.05.413.031.016.29.62.9引言1.碳纤维(CF-Carbonfiber)分类制造结构性能与发展应用需求1.碳纤维——分类PAN基CF（90%以上）、沥青基CF、粘胶基CF酚醛基、聚乙烯醇基、聚酰亚胺基（实验室研制）1k~24k称为小丝束CF（宇航级）48k~480k以上为大丝束CF（民用级）高性能CF（先进复合材料）、通用级CF（隔热、密封、制动等）、活性CF（吸附）、气相生长CF（导电、电极）、纳米CF（储能、功能）碳纤维：C含量>95%，不完全石墨结晶沿纤维轴向排列的多晶无机非金属纤维材料按原丝种类按丝束大小按性能和功能1.碳纤维——制造碳化原丝预氧化石墨化表面处理和上浆以PAN为例1.碳纤维——制造碳化原丝预氧化石墨化200～300℃空气，分段控温，张力取向12000～1600℃惰气氛（N2)，700℃结构转化敏感温度纯度高，碱、碱土金属、铁总含量在80×10－6以下均一单纤、纤维间各项性能指标CV值小，线性结构提高含C量99～100%，石墨微晶网平面（La）增大，层间距减小，择优取向度提高→模量显著增加，形成石墨结构形成梯形结构（氧做桥梁）:结合氧8%~10%（氧桥型、羰基型、羟基型、配位型)→碳化CO、CO2、H2O逸出；芳构化梯形结构热解、热缩聚，非碳元素（N、O、H）逸出，C量>95%，碳富集逐步转化成乱层石墨结构表面处理和上浆2500～3000℃惰气氛（Ar)

层片微晶原纤单丝

(200Å)(25个层片）(500Å)(5-10)

层间C-C：3.5Å层内C-C：1.42Åm1.碳纤维——结构结晶条带原纤1.碳纤维——结构各平行层堆积不规则，层与层碳原子之间没有固定的空间位置关系，缺乏三维有序性，呈乱层石墨结构高模量碳纤维的石墨微晶尺寸↑、取向度↓，三维有序性↑沥青属于软碳，易石墨化转变为三维有序结构；PAN和粘胶属于硬碳，较难石墨化而以二维乱层石墨结构为主乱层石墨结构表面活性基团很少，呈憎液性，与基体树脂树脂润湿性很差，复合材料层间剪切强度ILSS低（50～70MPa）

，达不到设计、实用要求，处理后达90MPa以上（性能转化效率提高）。表面处理目的：改善CF表面极性，提高两相界面润湿性处理方法：液相氧化（硝酸、阳极）；气相氧化（臭氧、空气、氧等离子）；涂层、沉积、接枝、气液双效（先涂层后氧化）等表面处理上浆剂多是环氧树脂，分油溶性、水溶性两种上浆量：0.4~0.8%，高于1%是CF僵硬，过少易产生毛丝上浆1.碳纤维——制造应力-应变(线性,无屈服)高强,高模各向异性

max1.4%（0.8～2.0）；E↑，max↓物理低膨胀率(负或零)-0.07～0.009×10-6/℃低频导电(50Hz),高频屏蔽(电磁波2-18GHz)自润滑性,耐磨性化学空气中>400℃易氧化，惰性气体>2000℃不氧化耐酸碱性强抗辐射表面活性低（界面性能表面处理）力学

CFMetal1.碳纤维——性能比重小（1.7~2.1）模量高（200～700GPa）强度高（3～7GPa）热膨胀系数小（0左右），尺寸稳定性好具有电磁屏蔽功能热导率高惰性气氛中耐热性优异耐疲劳（震动衰减性），使用寿命长自润滑，耐磨损X—射线透过性好生物相容性好1.碳纤维——性能FiberTypeTensileStrength

(MPa)TensileModulus

(Gpa)Elongation

(%)Diameter(μm)Density(g/cm3)T30035302301.581.76T400HB44102501.871.8T700SC49002302.171.8T800HB54902941.95.11.81T1000GB63702942.25.31.8T100070602942.45.11.82M4027403920.66.51.81M5024504900.561.91M35JB45103431.3101.75M55JB40205400.881.91M60JB38205880.781.93东丽CF性能高性能CF的断裂伸长率有极大提高，脆性得到一定改善。例如T1000（2.4%）比T300（1.5%）提高60%左右；CF拉伸强度、弹性模量、纤度等性能分散性（批内和批间CV值）减小。1.碳纤维——性能的发展1.碳纤维——性能的发展碳纤维直径↓，拉伸强度↑。T800直径（5.3μm）比T300（7μm

）细24%，拉伸强度提高了44%；脆性材料，拉伸强度是各类缺陷及分布的函数，拉伸强度随试样标距(长度)增加而下降（尺寸效应），但标距变化不影响纤维模量。拉伸强度试样标距S玻璃T300Kevlar49理论值模量/GPa1020强度/GPa180实测值模量沥青基CF800GPaPAN基CF500GPa强度石墨晶须20GPaCF3～7GPaCF拉伸强度与理论值（180GPa）相差甚远，仍有很大提高潜力；1.碳纤维——性能的发展2.玻璃纤维（GF）GF与其它纤维相比，其价格便宜，品种多，适合编织制成各种玻璃织物如玻璃纤维布，因而广泛应用于航空航天领域，尤其是民用领域，如建筑材料、交通工具、体育用品等玻璃纤维增强复合材料中。2.玻璃纤维（GF)应用最早和最为广泛的无机纤维于19世纪末美国康宁公司研发成功，20世纪40年代出现玻璃纤维增强塑料（GFRP）得到大量使用。2.1GF的组成与结构组成以SiO2为主,含有碱金属氧化物(Al2O3,CaO,MgO,B2O3等)结构无定型离子结构，是一种过冷液体，无固定熔点。普通(A-GF)耐化学药品(C-GF)耐碱(AR-GF)电工用(E-GF)高强型(S-GF)高模型(M-GF)耐高温GF低介电(D-GF)碱金属氧化物含量小于1%，应用普遍（占用量90%）碱金属氧化物含量小于0.3%，强度比E-GF高33%，模量高20%，高温保持率高碱金属氧化物含量接近0，模量比E-GF高60%，强度与E-GF相当宽频高透波，适用于雷达罩的增强材料石英GF(99.5%SiO2)和高硅氧GF(91~99%SiO2)，1000℃耐烧蚀2.2GF的分类（按使用特性）

应力-应变曲线呈线性

bt

E

max3.3%

应变率敏感

绝缘(50Hz),透波(高频1010Hz)

正温度效应(线膨胀系数4.8×10-6/℃）

密度2.54g/cm3力学性能物理性能2.3GF的性能GF直径为5～9μm，密度2.4～2.8g/cm3之间，抗拉强度3～4.6GPa之间（为高强度钢的2～3倍），弹性模量70～110GPa（与铝和钛合金模量相当）应变％拉伸应力3．81．00．355.9环氧树脂E玻璃纤维高强CF高模CF玄武岩纤维玄武岩是由火山喷发岩浆冷却形成，一般为黑色、黑棕色岩石玄武岩矿石呈六方柱状节理发育，易于开采我国的黑龙江、四川、山西、山东、辽宁、河北、云南、浙江、湖北、海南岛、台湾等省份玄武岩矿石储量都很丰富火山作用矿石结构玄武岩纤维概述玄武岩纤维概述玄武岩矿石粉碎熔融拉丝纤维收卷短纤维带纤维类型密度/g·㎝-3

抗拉强度/MPa弹性模量/GPa伸长率/%玄武岩纤维2.6～2.83000～484080～953.1E-玻纤2.543100～380070～754.7S-玻纤2.54～2.574020～465083～865.3碳纤维1.783500～6000230～6000.7～2.0芳纶1.452900～340070～1402.8～3.6玄武岩纤维与其他纤维性能对比

玄武岩纤维性能3.芳纶(AF-Aramidfiber)

有机纤维，以Kevlar(KF)为主3.芳纶(AF)(1)组成

聚对苯二甲酰对苯二胺(液晶纺丝)(2)结构

沿轴向排布规则的褶叠片晶体结构叠层结构模型低温溶液缩聚、界面缩聚、乳液缩聚，不能本体熔融缩聚（熔融温度高于分解温度）提高分子量的因素（纯度、比例、副反应、溶解度）力学性能拉伸:

t-呈线性关系压缩:

c-非线性，有屈服各向异性（横向强度低）

ntE=122GPa

max——2.4%物理性能负的温度效应-2×10-6/℃耐火焰,不熔

T=427℃不熔，但碳化分解耐水性较差（易吸湿）高频介电性（106Hz

）优

t

c3.芳纶(AF)3.芳纶(AF)芳纶纤维的密度仅为1.44g/cm3，其抗拉强度高达3.4GPa，模量为59～190GPa。柔韧性好，抗冲击（防弹），与其它有机纤维比（聚乙烯、尼龙、聚酯）耐热性较高，Kevlar49纤维长期在150℃下抗拉强度不下降，427℃下不分解，耐酸碱。抗压强度低，制成的聚合物基复合材料层间抗剪强度较低，一般与其他纤维混杂使用，多用于缠绕成型的各种壳体4.超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)

UltraHighMolecularWeightPolyEthylene(1)UHMWPE原料结构与性能UHMWPE是乙烯在Ziglar-Natta催化剂作用下，低压聚合得到平均分子量300万左右（普通PE纤维的10～60倍）大分子间作用力——色散力为主内聚能密度为259J/cm3，结构规整易结晶（高密度PE），晶体理论强度值δc为31GPa，Ec为316GPa晶格中分子链——平面锯齿型，分布较窄，支链短而少，ρ为0.96～0.98g/cm3配位聚合，立构规整聚合物（2）UHMWPE的制备以>106的粉末状UHMWPE为原料，采用稀溶液凝胶纺丝、超倍热拉伸法（100倍以上）UHMWPE溶剂、抗氧剂与助剂UHMWPE稀溶液初生态凝胶纤维干凝胶纤维UHMWPE纤维工艺流程

高压固态挤出法高剪切应力诱导结晶取向得到纤维

溶液流动诱导结晶法靠压力梯度和边界流使溶液流动，在种晶末端和周围产生结晶（2）UHMWPE的制备原料选择

原料性能要求：大，分布窄，颗粒度＜200μm，分布均一，堆砌密度0.35～0.45g/cm3均质凝胶溶液

UHMWPE难溶解，常规情况下，150℃长时间连续搅拌将导致下降，η增加脱泡难（？？）。

关键：选择溶剂（溶解度参数）和

凝胶原丝溶液浓度5％～20％，UHMWPE从初生态聚合物原料的折叠链堆砌和分子链间、分子内部缠结到解缠结，大分子伸展初生态凝胶原丝

凝胶原丝溶液在纺丝温度下，经喷头挤压进入低温气体后直接进入水浴冷却成形——原丝超倍热拉伸

初生态凝胶原丝干凝胶

丝条强度较低，拉伸倍数＞20倍

使PE结晶结构折叠链结构伸直链结构 影响拉伸倍数的因素：（1）聚合物初始浓度：过低（＜0.1％），不能形成凝胶； 过高，则分子缠结明显，不利于拉伸

（2）增大，则拉伸倍数增加（3）分布窄，则拉伸倍数增加

（4）拉伸温度高，有利于增加拉伸倍数 拉伸的三个阶段：（1）初期阶段

90～130℃，拉伸倍数＜15倍结构变化：发生肩颈拉伸,片晶折叠链结构变为纤维结构（2）中期阶段

143～145℃，纤维变形性能增大，拉伸倍数提高（3）后期阶段

>143℃,聚集微纤维分裂，分子重排成伸直链(3)UHMWPE的性能特点U-PE芳纶聚酯CFPA6冲击强度σ/ρU-PECF比强度-比模量E/ρ芳纶BFPAE-GF不锈钢常温拉伸倍数与E关系50100150500200Eλ应力-应变

芳纶U-PE聚酯PAσ目前比强度最高的有机纤维极限使用温度：100-130℃

LOI：16.5蠕变较大高强纤维中耐疲劳性、耐磨性最高，耐冲击性优良表面能低，不易与基体粘结5.PBO纤维

聚对亚苯基苯并双噁唑(Polybenzoxazole-Fiber)5.PBO纤维

PBO纤维是聚对亚苯基苯并双噁唑纤维，商品名叫Zylon

由二氨基间苯二酚与对苯二甲酸和五氧化磷（脱水剂）在多聚磷酸溶剂中缩聚，制得光学各向异性的液晶溶液，先经干喷湿纺制成高强初纺丝（AS),或再在600℃氮气中热处理得到高模量（HM）PBO纤维二氨基间苯二酚对苯二甲酸PBO合成路线+HOHNH2NHO2HClCOOHHOOC2PBOOOnNN缩聚PBO纤维与其它高性能纤维性能对比拉伸强度MPa拉伸模量GPa伸长率%密度g/cm3吸湿率%LOI%耐热性℃PBO-AS58001803.51.542.068650对位芳纶28001092.41.454.529550间位芳纶65017221.384.529400钢纤维28002001.47.80----碳纤维35002301.51.76------玻璃纤维2800753.32.54------聚酯110015251.380.417260Dyneema33001203.50.97016.5150PBO的应力-应变曲线应变（％）00123456123456PBO-ASPBO-HMCopoly-AramidAramidAramid（HM)CarbonDyneema应力（GPa)6.硼纤维

（BF-BoronFiber）6.硼纤维（BF-BoronFiber)最早是1959年美国AVCO公司开发的硼纤维，其采用直径为12微米左右的钨丝加热，通入三氯化硼和氢气作为反应气体，在1000～1300℃温度下在钨丝上沉积50～60微米厚的硼层，因此硼纤维直径为100～140微米，中心含有钨丝芯。由于有钨芯，硼纤维的密度为2.4～2.6g/cm3，与玻璃纤维相当。其拉伸强度为3.4～5.2GPa，而模量则达400GPa，为玻璃纤维的4～6倍硼纤维耐高温氧化性差，在与某些金属（如钛及钛合金）复合时会产生界面反应，影响复合材料的性能。为了提高硼纤维的性能，一般在纤维的表面要沉积一层3～7微米的陶瓷层，如碳化硅或碳化硼。采用CVD法制备的硼纤维价格昂贵，应用范围有限，一般只用于航空航天领域的聚合物基和金属基复合材料。6.硼纤维（BF)(1)组成与制造

a)组成

BF—在底丝（钨丝或铝丝）上均匀沉积一层硼构成的纤维

b)制备方法（两种）

——先用硼砂（硼的氧化物）制得三氯化硼(BCl3)气体，再用氢气混合加热（1160℃），氢还原BCl3得到纯硼，扩散到钨丝上，获得以钨丝为底丝的BF纤维。卤化法

——用有机硼（三乙基硼B(C2H5)3或硼烷化合物

B2H6或B5H15）在高温下分解，沉积到底丝上， 制得BF

底丝——铝丝、钨丝、碳丝

Al——沉积过程温度<600℃（熔点）(2)BF特性

拉伸δ-ε脆性断裂（同CF、GF、KF）

模量高400GPa（比CF、GF、KF均高）

强度较高3500MPa

ρ＝2.2（碳芯）ρ＝2.5（钨芯）有机金属法强度高成本高7.含硅化合物系列纤维硫化硅纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维及晶须等（1）碳化硅纤维(SiCF)CH3SiCH3ClClSiCH3CH3CH3H3CCH3CH3CH3CH3CH3CH3SiSin有机硅烷法（类似PANCF制备）有机硅烷正硅烷聚有机硅烷催化剂光辐射溶解抽丝预氧化碳化200℃1300℃真空SiC由聚硅烷纺丝制成纤维，经后处理获得组成

超微SiC粒子的一种多晶纤维制造方法（两种）

——SiC沉积到底丝上得到SiCF

SiCF特性

性能通用级HVR级NL-400HVR级NL-500碳涂层NL-607长丝直径（微米）丝束数（根/束)纤度(g/1000m)拉伸强度(GPa)拉伸模量(MPa)伸长率(%)密度(kg/cm3)电阻率(•cm)热膨胀系数(10-6/K)比热(J/(kg•K))介电常数14/12250/500105/21030002201.42550103~1043.11140914250/500110/22028001801.62300106~107----6.51450021030002201.425000.5~5.0----20~301450021030002201.425500.83.1114012Nicalon

SiC纤维的品种和主要性能气相沉积法（CVD法，类似BF制备)晶须是一种直径为零点几至几个微米的针状单晶体纤维材料。在单晶体中的原子排列非常整齐，几乎没有多晶材料中存在的各种缺陷，如杂质、空穴和位错等，因此从强度而言，晶须的强度接近理论极限。如果晶须能够象上述的纤维那样可以非常长，则是最理想的增强纤维。遗憾的是，至今也无法使晶须生长成为长纤维，其长度一般为几十微米至几毫米。因此尽管强度非常高，但晶须也无法单独作为结构材料使用，一般作为复合材料的增强材料。（2）晶须（Whisker）与纤维增强材料相似，无机非金属晶须的密度低，其性能比金属晶须更优越，比强度和比模量是金属晶须的几倍甚至十几倍。进入工业化生产并在复合材料中得到应用的主要是陶瓷晶须，碳化硅晶须、氧化铝晶须、氮化硅晶须等，特别是碳化硅晶须。（2）晶须金属晶须：铁、镍、铬、铜、钛、银等；氧化物晶须：氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化铍、氧化钇、莫莱石等；碳化物晶须：碳化硅、碳化钛、碳化硼和碳化锆等；氮化物晶须：氮化硼、氮化硅、氮化钛和氮化铝等；硼化物晶须：硼化钛、硼化锆、硼化铬等；无机盐类晶须：钛酸铝、钛酸钾、硼酸铝和硫酸钙等。（2）SiC晶须制备方法

SiO2(或稻壳)和碳粉坩埚中处理(1450～1600℃氮气)SiC晶须

反应式

SiO2+3CSiC+2CO

主要性能催化剂Fe,Co,Ni日本东海タヲ木中国矿业大学上海硅研所直径(微米)长度(μm)密度(kg/cm3)直晶率拉伸模量(GPa)拉伸强度(MPa)杂质含量(%)生产能力(吨/月)0.1～1.050～2003.19－300～1400400～700<150.1～1.050～2003.17－2100490<110.5～1.2720－91－－<10.50.2～2.0720－－－－<0.40.2SiC晶须的主要特性（3）氮化硅纤维组成

Si-C－N纤维Si3N4纤维有机氮硅（六甲基二硅氮烷）N2中反应无色透明聚硅氮烷烧成Si3N4纤维二甲基二氯硅烷与甲基二氯硅烷混合氨解聚氮硅烷熔纺不熔化聚氮硅烷烧成1200℃)Si－C－N厂家纤维名密度(g/cm3)直径（μm）拉伸强度（MPa)拉伸模量（GPa)备注日本东燃Dow-corningCoRhone-Poulene国防科技大学Si3N4纤维HPZFDBE-RAMICSi-C-N纤维2.52.322.482.40_108~1510~1215152.51.75~1.852.061.81.5~1.8250140~175165~220220140~165开发中试销中开发中试销中研究中氮化硅纤维的品牌和特征性能（3）氮化硅纤维第三章基体材料张佐光李敏

概述含义:分类复合材料中用于粘结增强材料的粘结剂金属基体（铝、铜等）非金属基体（陶瓷、碳基体）聚合物基体（热塑性、热固性基体）力学上物理上化学上粘结纤维、保护纤维、传递应力耐热性、电性能（极性基团）等耐溶剂性、耐水性、老化性能基体的作用概述剪切破坏形貌树脂基体承剪FF树脂与纤维粘结强度树脂基体内聚强度基体的作用概述复合材料电性能耐热性能耐湿性能阻燃性能耐化学性能tgδ,εTg

,TdM∞,DxOI,D4抗烧蚀性能减振性能树脂基体作用概述基体的作用一般来说，基体材料是多组分材料，了解多组分的作用，对于开发新基体材料及合理使用基体材料及分析成型过程中出现的问题和产品质量都是及其重要的。基体材料通常有以下组分（就热固性聚合物基体或树脂基体而言）

1.粘料：主要是合成树脂，如环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺树脂等。

2.固化剂（含催化剂、引发剂）：促进或调节固化反应物质

作用：使树脂由低分子物转化为体型交联结构，树脂基体固化才能获得强度，化学稳定性和良好介电性

催化剂：在较低温度下促进固化反应，加快固化反应速度

作用：降低固化温度，提高反应活性

说明：树脂体系不同，固化剂、促进剂等也不同树脂体系中一般不同时存在两种配合剂

(固化剂的种类及用量将在介绍具体基体时讲)

基体材料的组成及其作用

3.稀释剂：能够降低树脂粘度的物质

作用：降低树脂粘度，利于施工稀释剂有两大类型活性稀释剂：能与树脂反应，成型过程不挥发（10－20％）非活性稀释剂：不能与树脂反应，成型过程挥发，应尽量挥发掉（大于30－80％）4.增韧剂：为了降低树脂固化后的脆性，提高抗冲击强度和延伸率而加入树脂中的一种添加剂

作用：增加韧性，提高冲击强度5.增塑剂：用以改善树脂及其工艺性能及固化物的延伸率的一种低挥发物质，是一种低分子液体，粘度小，起稀释作用，不与树脂参加固化反应，只起降低交联度和刚性的作用，同时还会导致强度、耐热性下降

作用：改善工艺性，降低树脂基体脆性基体材料的组成及其作用

6.触变剂：使树脂在胶液静止时有较大的稠度，在外力作用下又变成低稠度液体的物质

作用：防止流胶，增加静态粘度触变现象：静态下增加粘度，动态下粘度变小常用触变剂：白碳黑SiO2（1－3％）7.填料

作用：改善性能，降低成本。如增加树脂粘度，改善流动性减少固化收缩率和增加表面硬度等常用填料：瓷土，石英粉，云母粉等提高耐磨性：二硫化钼提高导电性：金属粉末

8.其它：着色剂（颜料）0.5－5％防老剂基体材料的组成及其作用传统的树脂体系环氧树脂酚醛树脂聚酯树脂新型热固性树脂体系双马来酰亚胺

聚酰亚胺多官能团环氧（四、五）新型热塑性环氧体系

PEEK聚醚醚酮

PPS聚苯硫醚复合材料的聚合物基体1.环氧树脂

①化学结构

Ⅰ二酚基丙烷（双酚A）型环氧树脂

Ⅱ三官能团树脂：1－缩水甘油醚，4－二缩水甘油胺环氧树脂复合材料的聚合物基体Ⅲ四官能团树脂：四缩水甘油胺4’4－二胺基二苯甲烷Ⅳ酚醛环氧－线性酚醛树脂与环氧氯丙烷缩合而成②交联机理：以双酚A为例

a）叔胺固化（阴离子型）

b)多元胺(伯胺)(仲胺)

羟基与环氧基反应(仲胺)(叔胺)c)酸酐（需有醇羟基）邻苯二甲酸酐醇羟基邻苯二甲酸环氧树脂基体酚醛树脂不饱和聚酯树脂粘结力大小中工艺性好（5kg/cm3)差(加压高，50－100kg/cm3）中好（常压）收缩性小（1－2％）大（8－10％）中（4－6％）耐热性中上高（瞬间高，烧蚀）差韧性好差中价格高低中(低）2.几种基体的性能比较1.双马来酰亚胺（BMI)①化学结构酸酐双马来酸多元胺典型的新型树脂体系双马来酰亚胺Ar：合成反应（见上）交联反应：本身加热反应（两端含有反应性活性双键）210℃加热交联双马来酰亚胺树脂

双马来酰亚胺与芳香二胺反应加热②性能

a交联BMI不溶不熔

bρ：1.35～1.4g/cm3cTg

：250～300℃dεmax：

1.0～2.0％

e使用温度150～200℃（177℃）

f较脆改性

③种类不同系列双马来酰亚胺2.聚醚醚酮（PEEK）

①化学结构用4,4-二氟苯酮、对苯二酚和碳酸钠或硝酸钾为原料，以苯酚为溶剂缩聚而成。②性能

a可熔可溶

bρ：1.26（非晶态）～1.32/cm3（晶态）

cTg

：143℃，Tm：300℃dE：4GPa屈服应力>100MPaeεmax

：1.0～2.0％

f使用温度220～310℃成型温度360～400℃典型的新型树脂体系

含义

主链上含有酰亚胺环的一类聚合物

3聚酰亚胺树脂PI典型的新型树脂体系特点PI性能高温：联苯二酐与对苯二胺合成的PI低温：PI在－269℃液态氮中不脆裂燃烧：PI具有自熄性能，烟密度低Ⅱ机械性能作塑料（未填充）σbt>100MPaE：3~4GPa聚酰亚胺树脂（PI)具有突出的综合性能在合成上具有多种途径具有广泛的应用领域Ⅰ全芳香PI薄膜（均苯型）σbt>170MPa基体（联苯型）σbt>400MPa纤维：200GPa~500GPa

Ⅲ物理性能热膨胀系数：αL

：2×10－5～3×10－5/℃，联苯高达10－6/℃耐辐照性：薄膜在5×10－9rad剂量辐照后，86％保持强度纤维在5×10－9rad剂量辐照后，90％保持强度电性能：介电性优良ε：～3.4

引入氟或把空气以纳米尺寸分散在PI中ε：2.5

介电强度：100～300KV/mm

体积电阻：1017·cm这些性能在宽广的强度范围与频率范围保持较高水平Ⅳ化学性能耐溶剂性：一些PI不溶于有机溶剂对稀酸稳定耐水解性差：有利于回收原料二酐和二胺某些结构的PI可耐水解：120℃，500hⅤ其它性能

PI在极高真空下放气量很少

PI元素可用于餐具，卫生器具某些PI有生物相容性聚酰亚胺树脂PI

含义

主链上含有两个官能基的二元酚衍生物

商品单体结构式如下：

4氰酸酯树脂CE典型的新型树脂体系特点单体在79-106℃熔化成低粘度液体（＜0.05Pa·s）有较好的韧性和较高的Tg

收缩率低介电常数和损耗因子低不因