聚合物基体第一章.ppt

复合材料聚合物基体 主讲教师：陈娟 王冬至 办公室：材料东楼212室 办公电话:(8973)6751 答疑时间：周二下午16:00-17:00 举例 汽车座椅 儿童玩具 风机叶片 中央空调 输油管道 复合材料聚合物基体-树脂 树脂是一种俗称，指制造塑料制品所用的高分子原料，凡未经加工的任何高聚物都可称为树脂。 作为复合材料基体的树脂 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂 聚烯烃树脂 氟树脂 聚酰胺树脂 、、、、 主要内容 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂 其他类型的热固性树脂 热塑性树脂 高性能树脂 §1.1 引言 1.不饱和聚酯树脂 具有优良的机械性能，电学性能和耐腐蚀性能，原料易得，加工工艺简便，实用价值高，因而其生产和加工工业发展极为迅速。 不同的原料及配比的UPR可用于注塑纽扣（尤其是珠光纽扣）、清漆、格栅等的制备。 二战开始1941 （1939～1945）军用需要促进了聚酯树脂工业的发展，特别是玻璃纤维增强UPR（俗称聚酯玻璃钢）。 最大的用途是制造军用航空雷达天线罩 1945年 二战结束后，发现了室温固化剂 1947年 阻聚剂（避免了在使用过程中发生凝胶） 1998年，全世界UPR产量达到220万t 2）UPR应用领域的新突破 体现在能制备大体积的车辆结构部件，使玻纤增强的UPR成为钢的代用品。 法国用于保险杠、机罩、尾板等车辆部分。 美国三家公司组成汽车复合材料国际财团，主要任务是研究汽车用复合材料。 德国汽车工业用的UPR年消费量1.7万t。 基本概念 官能度 热塑性和热固性 加成聚合和缩合聚合 连锁聚合和逐步聚合 交联、引发剂、促进剂、阻聚剂 聚合度 分子量和分子量分布 加成聚合和缩合聚合 连锁聚合和逐步聚合 聚合度的高低对机械强度影响显著，聚合度达到40-80，聚合物才能有实用的强度，到250之前，聚合物的强度与聚合度大致成正比上升。超过250以后，随聚合度上升，强度增加趋势减弱，聚合度达到600以上时，对强度变化影响已不大。 原材料 一 、合成原理 组成：不饱和二元酸或酸酐（反丁烯二酸、顺丁烯二酸 酐等）、饱和二元酸或酸酐、二元醇 聚酯化反应的历程完全与二元醇的线型缩聚反应的历程相同。 二、原料对聚酯性能的影响 二元酸 1）不饱和酸：顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸 2）饱和酸：邻苯二甲酸酐，间苯二甲酸酐、己二酸 使用酸组分优先考虑两个目的： ① 提供不饱和度 ② 使饱和度间有一定间隔 不饱和酸满足第一个要求；饱和二元酸满足第二个要求 1）不饱和二元酸 顺酸与反酸结构不同，生成的聚酯性能上有差异，在固化过程中，反式双键较顺式双键活泼，有利于提高固化反应的速度，因而产品力学性能更为优良，耐化学腐蚀性也好。 解决矛盾的办法：顺反异构化（异构化的程度与反应条件有关） ①反应温度高，异构化程度也高 ②反应进行到低酸值，异构化的转化率增大 所以采用在反应后期升温至200℃左右，恒温反应1h的措施，来达到提高异构化的目的。 2）饱和二元酸 加入目的 ①调节分子链中的双键密度，降低树脂的脆性，增加柔顺性 ②改善聚酯在烯类单体中的溶解度，并降低成本 a 邻苯二甲酸酐 最常用的饱和二元酸酐 二元醇（一元醇用作分子链长控制剂，多元醇） 1）乙二醇 对称结构，结晶性强，与苯乙烯相容性差 解决方法： ① 分子链端酰化 作用：降低结晶性，提高固化物的耐水性及电性能 ② 在乙醇中添加丙二醇 作用：破坏对称性，从而降低结晶倾向，使所得的聚酯和苯乙烯混溶性良好，提高硬度、热变形温度 2）丙二醇 1，2－丙二醇： 分子结构中有不对称甲基，因而结晶倾向较少， 与交联剂苯乙烯有良好的相容性，固化后有良好的物 理化学性能。 3）一缩二乙二醇，一缩二丙二醇 作用：制备基本上无结晶的聚酯，增加UP的柔韧性 缺点：醚键增加了亲水性，使得耐水性降低 4）季戊四醇 作用：少量的季戊四醇使制得的UP带有支链， 提高固化树脂的耐热性和硬度。 缺点：少量的季戊四醇即可使体系粘度有较大幅度 的提高，并易于凝胶。 5）二酚基丙烷（双酚A）与环氧丙烷制得二酚基丙烷二丙二醇醚 作用：使UP有良好的耐腐蚀性能，特别是良好的耐碱性 但必须与丙二