复合材料概论第02章基体材料revised2010冬雷芳.ppt

聚合物基复合材料—— 　　热固性聚合物基体主要为不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂，以及少量的耐高温聚酰亚胺树脂，其中的研究工作集中在合成新型树脂，同时也对其结构表征和固化过程进行了研究。 热塑性聚合物基体除聚丙烯外，还有常用的工程塑料，如聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜和热塑性聚酰亚胺等的合成，改性和表征等。 * 聚碳酸酯 聚甲醛 聚对苯二甲酸乙二醇酯 * 与热固性树脂基复合材料比，热塑性聚合物基复合材料在力学性能、使用温度、老化性能方面处于劣势，而在工艺简单、工艺周期短、成本低、相对密度小等方面占优势。 * ? 具有较高的比强度和比模量。 ? 抗疲劳性能好，安全性高。 ? 减振、隔音、保温、隔热。 ? 弹性模量不够高、断裂延伸率小、抗冲击强度差、横向强度、层间剪切强度低。 ? 手工劳动强度大，质量不稳定。 一. 聚合物基体材料的基本性能 * 二.? 品种 1、GF增强热固性塑料（GFRP）---- 玻璃钢 * ⑴、聚酯玻璃钢 加工性能最好。低粘度，可室温固化；价低，用量占80% 。 ⑵、环氧玻璃钢 综合力学性能最好，耐蚀性好；粘度大，施工困难。 ⑶．酚醛玻璃钢 耐热性最好, 350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐电弧。 * 2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点： ⑴、比重最轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高 ⑶、热学性能大大改善50% ⑷、尺寸稳定性提高 * 3、高强度纤维增强塑料 * ⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性差，价格昂贵。 ⑵、芳纶纤维增强塑料 ? 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。 ? 抗拉强度与C纤维相当，冲击强度远高于C纤维； 振动衰减是玻璃钢的4～5倍。 ? 抗压性能差。 * ⑶、B纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比C纤维还贵。 ⑷、SiC纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。 碳纤维头盔 地铁闸瓦 * 芳纶纤维增强 C纤维增强 混杂纤维复合材料 上海大学材料学院电子信息材料系 * * §2-5. 混杂纤维复合材料 一、复合思想的延伸 二、常用纤维的性能缺陷 玻璃纤维GF 碳纤维CF 芳纶纤维KF 疲劳寿命短 冲击强度低 易老化 弹性模量低 破坏应变小 横向强度，抗压差 不导电 导电 不导电 膨胀系数正 膨胀系数负 膨胀系数负 30元/Kg 1000元/Kg 300元/Kg * 三、混杂实例 飞机机翼、直升机旋翼，可选价廉的GF制作整体，用CF或KF补强 翼尖、翼缘。 快艇船壳用GF，边缘用KF提高刚度。 大型板壳体，内用GF外包CF制成夹层。 电器外壳，要求表面不带静电，并具有抗干扰屏蔽作用，可在玻 璃钢内加入CF。 航天器上要求尺寸稳定的构件，如摄影机支架，太阳能帆板架， 卫星接收发射天线等。由于在-160～+100℃之间工作，可采用 CF+GF、KF+GF配合，制成零膨胀系数的混杂复合材料。 * 本章习题： 1、制备金属基复合材料如何有效选择基体？ 2、选择金属基体时，如何增强基体与增强物的相容性？ 3、常用的陶瓷基体主要有哪些类型，各有什么特点？ 4、聚合物基体的主要作用是什么？ 5、什么是热塑性树脂？什么是热固性树脂？ * * 传统的陶瓷是指陶器和瓷器，也包括玻璃、水泥、搪瓷、砖瓦等人造无机非金属材料。由于这些材料都是以含二氧化硅的天燃硅酸盐矿物质，如粘土、石灰石、砂子等为原料制成的，所以陶瓷材料也是硅酸盐材料。随着现代科学技术的发展，出现了许多性能优异的新型陶瓷，它们不仅含有氧化物，还有碳化物、硼化物和氮化物等。 陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量电子。一般而言，陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性、抗老化性皆佳。通常陶瓷是绝缘体，在高温下也可以导电，但比金属导电性差得多。虽然陶瓷的许多性能优于金属，但它也存在致命的弱点，即脆性强，韧性差，很容易因存在裂纹、空隙、杂质等细微缺陈而破碎，引起不可预测的灾难性后果，因而大大限制了陶瓷作为承载结构材料的应用。 * 陶瓷基复合材料方面的研究工作，如热压烧结的碳化硅晶须增强氧化硅，或碳化硅基体的复合材料；氧化锆颗粒增强碳化物陶瓷复合材料等的制备科学和结构性能研究。 作为基体材料使用的陶瓷，应具有：优良的耐高温性质、与纤维或晶须之间有良好的界面相容性以及较好的工艺性能等。 * * * 目前主要集中在以轻金属（如铝、镁、钛）等为基体的