第3 章 基体材料.ppt

第 3 章 基体材料本章主要内容概述1基体材料的基本性能2基体材料的工艺性3复合材料用树脂基体4高性能树脂基体5耐腐蚀复合材料用树脂基体6概 述一、基体材料一、基体材料1.基体材料的性能直接影响复合材料的性能，基体的 工艺性决定复合材料的成型方法与工艺参数的选择 2.聚合物基体将增强材料粘成整体，在纤维间传递载 荷，并使载荷均衡 3.复合材料的横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、 耐热性能和耐介质性能等都与基体有着密切关系 概 述二、基体材料的基本组分二、基体材料的基本组分组分包括聚合物和辅助剂1. 聚合物基体树脂1)聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工 艺及产品的价格等都有直接影响2）酚醛树脂3）不饱和聚酯树脂4）环氧树脂5）新型热固性树脂，如双马来酰亚胺树脂，氰酸酯树脂，聚酰亚 胺树脂等6）高性能热塑性树脂，如聚醚砜，聚苯硫醚，聚酰亚胺，聚芳醚 酮等概 述二、基体材料的基本组分二、基体材料的基本组分2. 辅助剂1)固化剂、引发剂与促进剂2)稀释剂，分为非活性和活性两大类3)增韧剂、增塑剂4)触变剂5)填料，改善性能，降低成本6)颜料，制造彩色的复合材料制品。

概 述三、基体材料在复合材料中的作用三、基体材料在复合材料中的作用1.基体通过界面与纤维成为一个整体，以应力的形式 向纤维传递载荷2.基体保护纤维免受外界环境的化学作用和物理损伤 3.基体像隔膜一样，将纤维彼此隔开这样，即使个 别纤维断裂，裂纹也不会迅速从一根纤维扩展到其它纤维4.复合材料的耐热性、耐腐蚀性、阻燃性、抗辐射、 耐溶剂及吸湿性，复合材料的工艺性以及制件的成型方法都 取决于基体概 述四、基体材料系统的选配原则四、基体材料系统的选配原则1. 使用性首先要考虑的条件2. 工艺性能考虑树脂基体的操作工艺性3. 经济性从成型工艺看，手糊成型多采用聚酯和环氧树脂，层 压、模压、缠绕工艺多采用环氧和酚醛树脂，注射、挤出工 艺多采用热塑性树脂从成本考虑，酚醛树脂300℃,长期使用温度-200-300℃，耐高温达400℃；③具有优越的热老化性能，热和热氧化稳定性随着亚氨基（-NH）含量增加而提高；④树脂在空气中热失重，是由亚甲基(-CH2)的破坏造成的树脂相对分 子质量影响其高温性能(相对分子质量 ，复合材料的耐热性 )⑤乙炔封端的聚酰亚胺具有优异的热氧化稳定性，介电性能，良好的 耐湿热性能。

高性能树脂基体Ø 聚酰亚胺应用1. 薄膜：是聚酰亚胺最早的商品之一用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的Upilex系列等透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底板2. 涂料：作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用3. 先进复合材料：用于航天、航空器及火箭部件，是最耐高温的结构材料之 一例如美国的超音速客机计划所设计的速度为2.4M，飞行时表面温度为177℃，要求 使用寿命为60000h 4. 纤维：弹性模量仅次于碳纤维，作为高温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物 高性能树脂基体Ø 聚酰亚胺应用5. 泡沫塑料：用作耐高温隔热材料6. 工程塑料：有热固性也有热塑型，热塑型可以模压成型也可以用注射成型 或传递模塑主要用于自润滑、密封、绝缘及结构材料广成聚酰亚胺材料已开始应用 在压缩机旋片、活塞环及特种泵密封等机械部件上7. 胶黏剂：用作高温结构胶广成聚酰亚胺胶粘剂作为电子元件高绝缘灌封 料已生产8. 分离膜：用于各种气体对，如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等的分离 ，从空气烃类原料气及醇类中脱除水分9. 在微电子器件中的应用：用作介电层进行层间绝缘，作为缓冲层可以减少 应力、提高成品率。

作为保护层可以减少环境对器件的影响，还可以对a-粒子起屏蔽作 用，减少或消除器件的软误差（soft error）10. 湿敏材料：利用其吸湿线性膨胀的原理可以用来制作湿度传感器 高性能树脂基体v高性能热塑性树脂ü 热塑性树脂一般为线型高分子化合物、它们可溶于适当溶剂中 ，或者受热熔化(结晶型)、软化(非晶型)，而冷却时又固化为原 来的状态ü 热塑性树脂具有断裂韧性好、抗冲击性强、成型工艺简单、成本低等优点，近年来发展迅速ü 聚酮类树脂、聚芳硫醚树脂、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、 聚酰胺酰亚胺、聚砜、热致液晶高分子、聚苯并咪唑高性能树脂基体v聚酮类树脂ü 主要产品聚醚醚酮(PEEK)，结构式为ü 性能：优良的力学性能、韧性、耐辐射性能及阻燃性能等ü 应用：电子器材、军用设备、电线、电缆、航空工业等领域应用高性能树脂基体v 热塑性聚酰亚胺 主要有两个品种：杜邦公司的N-polymer和Eymyd 特点：Tg=240℃，使用温度-40~100℃，有较高的结晶度和熔点，热稳 定性及热氧化稳定性能好，具有良好的机械性能，耐油性，耐溶剂性等缺点：酰胺化过程中形成小分子，需要较长时间除去；亲水性强，吸 水后尺寸稳定性差及热变形温度较低等，但以纤维材料增强后，上述缺陷 可以得到明显的提高。

N-polymer高性能树脂基体v聚醚酰亚胺 聚醚酰亚胺(PEI)结构式：PEI具有较高的Tg（215℃），使用温度160-180℃及 较低的成型、加工温度热变形温度198-208℃高性能树脂基体v 聚酰胺酰亚胺 聚酰胺酰亚胺(PAI)结构式：特点：PAI具有优异的韧性，250℃以下具有良好的力学性能，耐高 温性能好，热变形温度高（269℃），耐化学介质性能缺点：吸湿率高，不宜在高温湿态条件下应用（熔体黏度大，加工困难 ）高性能树脂基体v聚砜（PSU） 根据分子结构不同，聚砜树脂主要有三种类型，即聚 砜(双酚A型聚砜)、聚芳醚砜和聚醚砜高性能树脂基体v聚砜（PSU）▲ 聚砜树脂一般为双酚A类聚砜，优良的耐热性 、电性能、柔韧性及耐老化性▲ 聚芳醚砜中含有联苯结构，耐热性最好▲ 对一般无机酸、碱、盐等溶液都很稳定，但不 耐某些极性有机溶剂如酮类、芳香烃、卤化烃等高性能树脂基体v热致液晶高分子 多为聚酯类高分子，如Amoco公司的Xydar，其结构 如下：特点：耐高温，阻燃性非常好在熔融状态下呈现有序 结构，按一定的方向取向，易于流动，所以粘度及收缩率较 小，力学性能优良耐腐蚀复合材料用树脂基体复合材料用于防腐工程，其耐腐蚀性主要由基体树脂决 定。

主要有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂和聚酯树脂 v酚醛树脂1）固化过程在酸性催化剂作用下，苯酚过量生成缩聚物，为热塑性酚醛树脂；在碱性催化剂作用下，甲醛过量生成缩聚物，为热固性酚醛树脂（用于防 腐工程）2）性能含有大量苯环，由亚甲基(-CH2)连接，还含有大量的极性-OH，分子链 刚性大，呈体型结构，较好的耐热性耐腐蚀复合材料用树脂基体v呋喃树脂分子结构中含呋喃环 的一类合成树脂的总称 主要有三种：糠醇树脂糠醛-丙酮树脂由糠醛与丙酮在氢氧化钠催化条件下，40-65℃缩聚反应而成固 化后的树脂具有很好的耐酸、耐碱和耐热性，广泛应用于防腐蚀与金属 的附着力差，与环氧树脂配合使用可改善耐腐蚀复合材料用树脂基体v呋喃树脂糠醛-丙酮-甲醛树脂由糠醛-丙酮单体在氢氧化钠催化下缩合至初缩物，再与甲醛作用，在 硫酸作用下缩合而成以上三种呋喃树脂含有呋喃环、双键、羰基及相邻碳原子上的活泼氢， 因此在酸和碱的作用下（打开双键、失水等），易形成不溶、不熔的网状 结构性能：属于热固性树脂，固化交联时要放出低分子物质，因此固化时体 积收缩率大，伸长率低，呈现脆性固化物分子链节上是-CH2和饱和的C-C键，因此耐无机酸、碱。

还 具有良好的耐热性，一般可在120-140℃长期使用但是呋喃环上含有 双键，在某些条件下有开环倾向，不抗氧化。