复合材料学 教学课件 ppt 作者 张以河 主编第1章.ppt

第一章 复合材料基体 第一节 概述 复合材料的原材料包括基体材料和增强材料。基体材料主要包括以下三类：聚合物基体材料、金属基体材料和陶瓷基体材料。 一、聚合物基体 用于复合材料的聚合物基体可分为热固性树脂基体、热塑性树脂基体和橡胶基体。 二、陶瓷基体 （一）传统陶瓷 （二）特种陶瓷 （四）氧化物陶瓷 （五）非氧化物陶瓷 三、金属基体 一、热固性树脂基体 热固性树脂是指在加热、加压下或在固化剂、紫外光作用下，进行化学反应，交联固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂。这种树脂在固化前一般为分子量不高的固体或粘稠液体；在成型过程中能软化或流动，具有可塑性，可制成一定形状，同时又发生化学反应而交联固化；有时放出一些副产物，如水等。此反应是不可逆的，一经固化，再加压加热也不可能再度软化或流动；温度过高，则分解或碳化。这也就是与热塑性树脂的基本区别。 （一）不饱和聚酯树脂 1．性能特点 （1）工艺性能优良。这是不饱和聚酯树脂最大的优点。可以在室温下固化，常压下成型，工艺性能灵活，特别适合大型和现场制造玻璃钢制品。 （2）固化后树脂综合性能好。力学性能指标略低于环氧树脂，但优于酚醛树脂。耐腐蚀性，电性能和阻燃性可以通过选择适当牌号的树脂来满足要求，树脂颜色浅，可以制成透明制品。 （3）品种多，适应广泛，价格较低。 （4）缺点是固化时收缩率较大，贮存期限短，含苯乙烯，有刺激性气体，长期接触对身体健康不利。 2．物理和化学性质 3．不饱和聚酯树脂的固化机理 不饱和聚酯树脂的固化过程可分为三个阶段，分别是： 1）凝胶阶段（A阶段）：从加入固化剂、促进剂以后算起，直到树脂凝结成胶冻状而失去流动性的阶段。该阶段中，树脂能熔融，并可溶于某些溶剂（如乙醇、丙酮等）中。这一阶段大约需要几分钟至几十分钟。 2）硬化阶段（B阶段）：从树脂凝胶以后算起，直到变成具有足够硬度，达到基本不粘手状态的阶段。该阶段中，树脂与某些溶剂（如乙醇、丙酮等）接触时能溶胀但不能溶解，加热时可以软化但不能完全熔化。这一阶段大约需要几十分钟至几小时。 3）熟化阶段（C阶段）：在室温下放置，从硬化以后算起，达到制品要求硬度，具有稳定的物理与化学性能可供使用的阶段。该阶段中，树脂既不溶解也不熔融。我们通常所指的后期固化就是指这个阶段。这个阶段通常是一个很漫长的过程。通常需要几天或几星期甚至更长的时间。 （二）环氧树脂 1．性能特性 （1）形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 （2）固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0~180℃温度范围内固化。 （3）粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 （4）收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其他挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。 （5）力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。 （6）电性能。固化后的环氧树脂是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。 （7）化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其他性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。 （8）尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。 （9）耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。 2．分类 根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类： 1）缩水甘油醚类环氧树脂 2）缩水甘油酯类环氧树脂 3）缩水甘油胺类环氧树脂 4）线型脂肪族类环氧树脂 5）脂环族类环氧树脂 4．环氧树脂在复合材料中的应用 汽车：玻璃钢车壳、地板、槽车、控制系统仪器仪表电器零部件、显示器、汽车干式点火线圈、防滑粒方向盘套、环氧树脂局部加强材料。 工厂设备：玻璃钢氧气瓶、贮槽、容器、管道、模具、螺旋浆、织机箭杆、飞机蜂窝结构件、引擎盖、辊筒、轴、电磁线圈、先导阀、泵阀、建筑工程结构件、机用传动装置部件。 （三）酚醛树脂 1．性能 （1）高温性能： （2）粘结强度： （3）高残碳率： （4）低烟低毒 （5）抗化学性 （6）热处理 2．应用 （1）压塑粉? （2）增强酚醛塑料? （3）酚醛涂料? （4）酚醛胶?　 （5）酚醛纤维? （四）呋喃树脂 1. 分类 （1）糠醛苯酚树脂。 （2）糠醛丙酮树脂。 （3）糠醇树脂。 2. 呋喃树脂的