第 3 章 基体材料.ppt

第 3 章 基体材料 本章主要内容 概 述 一、基体材料 1.基体材料的性能直接影响复合材料的性能，基体的工艺性决定复合材料的成型方法与工艺参数的选择。 2.聚合物基体将增强材料粘成整体，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡。 3.复合材料的横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐热性能和耐介质性能等都与基体有着密切关系。  概 述 二、基体材料的基本组分 组分包括聚合物和辅助剂。 1. 聚合物基体树脂 1)聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工艺及产品的价格等都有直接影响。 2）酚醛树脂 3）不饱和聚酯树脂 4）环氧树脂 5）新型热固性树脂，如双马来酰亚胺树脂，氰酸酯树脂，聚酰亚胺树脂等。 6）高性能热塑性树脂，如聚醚砜，聚苯硫醚，聚酰亚胺，聚芳醚酮等。 概 述 二、基体材料的基本组分 2. 辅助剂 1)固化剂、引发剂与促进剂。 2)稀释剂，分为非活性和活性两大类。 3)增韧剂、增塑剂。 4)触变剂。 5)填料，改善性能，降低成本。 6)颜料，制造彩色的复合材料制品。 概 述 三、基体材料在复合材料中的作用 1.基体通过界面与纤维成为一个整体，以应力的形式向纤维传递载荷。 2.基体保护纤维免受外界环境的化学作用和物理损伤。 3.基体像隔膜一样，将纤维彼此隔开。这样，即使个别纤维断裂，裂纹也不会迅速从一根纤维扩展到其它纤维。 4.复合材料的耐热性、耐腐蚀性、阻燃性、抗辐射、耐溶剂及吸湿性，复合材料的工艺性以及制件的成型方法都取决于基体。 概 述 四、基体材料系统的选配原则 1. 使用性。 首先要考虑的条件。 2. 工艺性能。 考虑树脂基体的操作工艺性。 3. 经济性。 从成型工艺看，手糊成型多采用聚酯和环氧树脂，层压、模压、缠绕工艺多采用环氧和酚醛树脂，注射、挤出工艺多采用热塑性树脂。 从成本考虑，酚醛树脂聚酯树脂环氧树脂。 概 述 一、聚合物的特征 聚合物一般是指相对分子质量在104以上，主要以共价键结合的化合物。具有以下特征： 1.聚合物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质量，其相对分子质量具有多分散性，通常以平均相对分子质量表示。 2.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、支链结构和体型结构。 3.高分子链之间以次价力相互作用，结合成为晶态或非晶态的结构，并且晶态和非晶态结构可以同时存在于一种高聚物之中。 4.在高分子材料中，高聚物内还含有其他多种添加剂，如：抗氧剂、填料等，使大分子链结构变得更加复杂。 概 述 二、聚合物的物理状态 高聚物中按分子排列状态可分为晶体和非晶体。在同一高聚物中，可以同时兼有晶体和非晶体两种结构。 非晶体聚合物无一定的熔点，在不同的温度下，可以呈现不同的物理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。 概 述 三、 聚合物的溶解与溶胀 高聚物的溶解过程具有特殊性，溶解过程缓慢，某些高聚物只能停留在溶胀阶段，而不可以无限溶胀(溶解)。 聚合物在低分子溶剂中进行溶解时，首先是低分子溶剂向高聚物大分子链中扩散，进入柔顺卷曲的大分子链之间，发生溶剂化作用，使大分子之间的作用力减弱，聚合物体积膨胀，但形状仍基本保持不变，即溶胀，是溶解的第一阶段，此后，若溶剂分子再继续大量进入，则溶剂分子与大分子链的作用也随之增强，大分子链间的作用力进一步减弱，分子间的距离继续拉大，最终导致聚合物大分子链彼此间分离，扩散在溶剂中形成均一的溶液，这样就完成了溶解过程。从溶胀到溶解是聚合物溶解的第二阶段。 一般来讲，对于线型聚合物，如生橡胶等，均能在溶剂中溶解，而线型分子一旦发生交联，则只能在溶剂中溶胀而不能溶解。如硫化橡胶，当交联密度足够大时，则与大多数体型聚合物一样，既不溶胀也不溶解。 基体材料的基本性能 一、力学性能 1.强度和模量。 决定聚合物强度的主要因素是分子内和分子间的作用力。 2.树脂的内聚强度与其结构的关系。 3.树脂的断裂伸长率与结构的关系。 高分子化合物的形变分为普通形变、高弹形变及粘流形变等。普通形变由有机分子的键长和键角改变引起的。高弹形变由大分子链的链段移动引起的。强迫高弹形变的出现主要取决于两个因素：大分子链的柔韧性和大分子链间的交联密度。 4.树脂的体积收缩率与其结构的关系。 影响树脂体积收缩的因素，固化前树脂系统（包括树脂和固化剂等）的密度、基体固化后的网络结构的紧密程度、固化过程有无小分子放出等。 环氧树脂 1%-2% 聚酯树脂 4%-6% 酚醛树脂 8%-10% 基体材料的基本性能 二、耐热性能 复合材料在温度升高时，其性能