汽车轻量化用树脂基复合材料

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1、汽车轻量化树脂基复合材料材料学院高分子系一.树脂基复合材料的组成二.树脂基复合材料的主要成型工艺三.树脂基复合材料的主要性能四.树脂基复合材料在汽车上的应用五．树脂基复合材料发展趋势六．研究仪器及设备七．研究重点八．申请实验基地益处树脂基复合材料概念：也称纤维增强塑料（FRP），它是以合成树脂（热固性树脂和热塑性树脂）为基体，以纤维（玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维等）为增强材料，经成型工艺复合而成的复合材料。树脂基复合材料开发应用，各国的发展途径有所不同。美国首先在军工方面应用，二次大战后逐渐转为民用为主。西欧各国则直接从发展民用开始(如波形板、防腐材料

2、、卫生洁具等)兼顾军工。就全世界而言，目前已形成了从原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检验等较完整的工业体系，与其它工业相比，发展速度很快。一.树脂基复合材料的组成树脂基体依据树脂的化学结构、成型工艺和热行为，可将树脂分为热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂:初加热时软化，可塑造成型，但固化后再加热时将不再软化，也不溶于溶剂。高性能热固性树脂基复合材料所采用的基体主要有环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。热塑性树脂:加热时会软化和熔融，可塑造成型，冷却后即成型并保持即得形状，这一过程具有重复性。热塑性基体树脂主要有聚酰胺、高压乙烯、聚四氟乙烯

3、、聚丙烯、聚碳酸酯，聚酰亚胺、聚醚砜（PES）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等热塑性树脂和热固性树脂在分子结构上的显著差别就是前者是线型结构而后者为体型网状结构。当今复合材料的树脂基体仍以热固性树脂为主。（1）热固性树脂基复合材料高性能热固性树脂基复合材料所采用的基体主要有环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。①环氧树脂环氧树脂:指含有两个或两个以上环氧基团，以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并通过环氧基团发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三维网状结构的高聚物。环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子中含有活泼的环

4、氧基团，使它们可与多种类型的固化剂反应。固化剂：主要有胺和有机酸酐两类。固化剂的种类和结构不同，其固化反应的历程和机理也就不同，所以其固化物的性能也不同。芳香胺类固化剂固化产物具有优异的力学性能，较高的热变形温度，耐腐蚀性能和介电性能，在复合材料，塑料，染料及胶黏剂等生产中得到了广泛的应用。在树脂基复合材料工业中,用量最大的环氧树脂种类是缩水甘油醚型环氧树脂,其中以双酚A环氧树脂为主。双酚A型环氧树脂：由环氧氯丙烷与二酚基丙烷缩聚而成的聚合物，它具有一般聚合物的通性。采用不同的合成条件可以制得不同相对分子质量的树脂，平均相对分子质量一般是300-2000，其结构式

5、如图下所示。图1.双酚A型环氧树脂的结构式式中，n=0-19。它易溶于酮类、酯类、苯、甲苯等有机溶剂，不溶于水、醇和乙醚。反应活性极大的环氧基是环氧树脂最重要的官能团。环氧基的含量是控制和鉴定环氧树脂质量的主要手段之一,也是环氧树脂固化体系配方设计的主要依据之一。环氧基含量的表示方法主要有三种：环氧当量，环氧值和环氧基的质量分数。环氧树脂具有以下一些优良特性:·粘附力强:环氧树脂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,而环氧树脂固化时收缩性低也有助于形成一种强韧的,内应力较小的粘合键。由于固化反应没有挥发性副产物放出,所以在成型时不需要高压或

6、除去挥发性副产物所耗费的时间,这也就更进一步提高环氧树脂体系的粘结强度。·收缩性低:环氧树脂和所用的固化剂反应时通过直接加成来进行的,没有水或其他挥发性副产物放出。它和不饱和聚酯树脂相比,在固化过程中显示出很低的收缩性(小于2%)。·化学稳定性好: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。与其他树脂体系的一样,化学稳定性取决于所选用的树脂和固化剂类型,适当的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。②乙烯基酯树脂乙烯基酯树脂：是通过不饱和酸与低分子量聚合物分子链中的活性点进行反应，得到聚合物中有端基或侧基不饱和双键。骨架聚合物：通常是

7、二酚基丙烷型环氧树脂不饱和酸：丙烯酸、甲基丙烯酸或丁烯酸等由于可选用一系列不同的低分子量聚合物作为骨架与一系列不同类型的不饱和酸进行反应,因此可合成一系列不同类型的乙烯基酯树脂。图2乙烯基树脂的分子结构从以上化学结构可以看出，乙烯基树脂兼有两种热固性树脂的特点：环氧部分的苯环提供了优良的机械性能和耐热性能；环氧部分的羟基提供了粘结性以及和其他不饱和化合物进行改性的部分；侧羟基可以提高双键的反应性；聚酯不饱和酸中的双键提供了进行游离基加聚反应的能力，使乙烯基树脂具有不饱和聚酯的固化特性。此外，环氧部分的醚键，不饱和酸部分的取代基的作用以及酯键数量的减少都赋予乙烯基树

8、脂优异的耐