材料导论-复合材料

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1、4.4聚合物基复合材料聚合物基复合材料是复合材料中研究最早、发展最快的一类复合材料，自上世纪初产生了酚醛树脂基复合材料到现在，聚合物基复合材料已形成从原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检测等较完整的工业体系。树脂基复合材料发展速度很快，性能不断提高，应用领域日益扩大，在现代复合材料中占有重要地位。一、复合材料聚合物基体热固性树脂基体：使用温度高、不易发生蠕变、耐腐蚀性好、强度高、减震性好；缺点是不能再生使用，成型要求固化时间长、后加工麻烦、不易修理，因而成本较高。热塑性树脂基体：可以再生使用，加工周期短

2、，因而可提高工效、节约能源；耐温性和尺寸稳定性不如热固性复合材料。（1）不饱和聚酯树脂(UPE)：具有线型结构的、可溶的、分子量不高，而主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的有机高分子化合物。热固性树脂，为（不）饱和二元酸(或酸酐）和多元醇的缩聚产物。特点①固化迅速，且能在常温下固化，无挥发性副产物；②粘度低，浸渍性好；③介电性、抗电弧性优良；④耐腐蚀性好。缺点：固化收缩较大，固化不当时，固化放热收缩产生裂纹。顺酸双环戊二烯羧基羟基170℃发生裂解特点：①固化方便、具有好的尺寸稳定性和耐久性；②粘附力强；③固化过

3、程中收缩性较低；④具有较高的机械强度；⑤电性能好，⑥热稳定性好，具有优良的耐酸性、耐碱性和耐溶剂性。缺点：价格高，粘度大，固化时间比聚酯长，固化剂毒性大。（2）环氧树脂：分子中含有两个或两个以上环氧基团有机高分子化合物。复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是缩水甘油醚型环氧树脂，而其中又以由二酚基丙烷（双酚A）与环氧氯丙烷缩聚而成的二酚基丙烷型环氧树脂（双酚A型环氧树脂）为主。（3）酚醛树脂——酚醛树脂是最早的一类热固性树脂，它原料易得，合成方便，价格便宜；电绝缘性好；具有良了的机械强度和耐热性能，尤其具有突

4、出的瞬时耐高温烧蚀性能。（4）热塑性树脂：具有线型或支链型结构的有机高分子化合物，受热软化（或熔化），冷却变硬且此过程可以反复进行的树脂。聚丙烯酰胺（1）手糊成型法：用手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，铺糊在敞开模具上，经固化和脱模即可获得制品。设备简单、投资少、制品尺寸和形状不受限制，但生产效率低，产品质量不易控制，且劳动条件差。适宜生产小批量、大尺寸、品种变化多的制品。一般用来成型汽车壳体、船身、贮槽、卫生间、机身蒙皮、火箭外壳、隔音板等。二、聚合物基复合材料的成型方法（2）喷射成型：利用喷枪将短切纤维及胶

5、液同时喷到模具上而制得复合材料制品。固态热塑喷射成型液态热塑喷射成型（3）树脂传递（树脂压注）模塑法：树脂传递模塑法（ResinTransferMoulding）简称RTM法，它是将液态树脂注入到事先铺有增强材料的闭合模中，在闭合模中浸渍增强材料而获得复合材料制品的方法。（4）缠绕成型法：将浸渍过树脂的连续纤维或布带缠绕到一定形状的芯模上，达到一定厚度后，通过固化脱膜得到制品。液态树脂（5）模压成型工艺1)纤维料模压：将预混（预浸）的高强度短纤维模压料装在金属模具中加热加压成型制品。2)预成型坯模压：先将短切纤

6、维制成与制品形状和尺寸相似的预成型坯，然后将其放入模具中倒入树脂混合物，在一定温度压力下成型。适用于制造大型、高强、异形、深度较大、壁厚均匀的制品。3)SMC（SHEETMOULDINGCOMPOUNDS）模压法：将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料，然后将多层片材叠合后放入模具中加热加压成型制品。适于大面积制品成型，目前在汽车工业、浴缸制造等方面得到了迅速发展。三、聚合物基复合材料基本性能（1）比强度高玻璃纤维增强塑料（FRP）复合材料有较高的比强度高，FRP的密度在1.4～2.2g/cm3之间，

7、约为钢的1/4～1/5之间，而强度与一般碳素钢相近，因而比强度高。材料密度（g/cm3）拉伸强度(103MPa)弹性模量(105MPa)比强度(105cm)比模量(105cm)钢7.81.032.10.130.27铝合金2.80.470.750.170.26钛合金4.50.961.140.210.25玻璃纤维复合材料2.01.060.40.530.20碳纤维Ⅱ/环氧复合材料1.451.51.41.030.97碳纤维Ⅰ/环氧复合材料1.61.072.40.671.5有机纤维/环氧复合材料1.41.40.81.00

8、.57硼纤维/环氧复合材料2.11.382.10.661.0硼纤维/铝复合材料2.651.02.00.380.57金属材料和聚合物基复合材料的性能（2）耐疲劳性能好纤维与基体界面能阻止材料受力所致裂纹的扩展。（3）减震性好受力结构自振频率与结构材料比模量的平方根成正比。复合材料比模量高，故具有高的自振频率。同时，复合材料界面具有吸振能力，使材料的振动阻尼很高。（4）FRP的电性能FRP