热塑性复合材料的特点.

纤维增强热塑性材料FRTP简述

张月 20090546

材料科学与工程学院090201

摘要：

热塑性复合材料是以玻璃纤维，碳纤维，芳烃纤维及其他材料增强各种热塑性树脂的总称，国外称其为FRTP。先进的纤维增强热塑性复合材料纤维增强热塑性树脂复合材料，具韧性耐蚀性和抗疲劳性高，成型工艺简单周期短，材料利用率高（无废料），预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展。近20年来，随着刚性、耐热性及耐介质性能好的芳香族热塑性树脂基体的出现，以及具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等优异性能碳纤维、芳伦纤维、碳氟纤维（PTFE）等高性能纤维的发展，使先进热塑性复合材料克服了一般FRTP使用温度低，模量小，强度差等缺点，使其在航空航天等高科技领域获得越来越多的应用。

关键字：浸渍、成型工艺

Fiber Reinforced Thermoplastic Material FRTP Briefly

ZhangYue 20090546

Material science and engineering college 090201 Abstract:

Thermoplastic composite material is glass fiber, carbon fiber, aromatic fiber and other materials increase the floorboard of all sorts of thermoplastic resin, foreign called the FRTP. Advanced fiber reinforced thermoplastic composite fiber reinforced thermoplastic resin composites, with toughness corrosion resistance and fatigue resistance is high, the molding process simple cycle short, material utilization high (no waste), prepreg deposit environment and time unlimited superior performance and got rapid development. Over the past 20 years, with rigidity, heat resistance and

resistance to medium performance good aromatic thermoplastic resin matrix appearance, and has high strength, high modulus, high temperature resistance, corrosion resistance, and other excellent performance carbon fiber, and aromatic Aaron fiber, fluorocarbon fiber (PTFE), and other high performance fiber development, so as to make advanced thermoplastic composite materials to overcome the general FRTP use low temperature, modulus is small, the strength of the shortcomings of, make its in aerospace and other high-tech areas get more and more applications.

Key word: dip, molding technology

一、FRTP的种类及其成形方法

FRTP按其纤维增强形态如下所示。具有代表性的增强纤维有玻纤、碳纤及芳烃纤维等。

二、预浸渍工艺

FRTP与热固性纤维复合材料一样,可以首先制成预浸料。FRTP预浸料按其形态可分为纤维束、纤维细带、片材、粒料、树脂单体几种。

1.溶剂浸渍法

这种方法是把热塑性树脂溶解在某合适的溶剂,使其粘度下降到一定的水平,随后用传统的热固哇树脂的浸渍方法浸渍纤维或纤维细带。这种方法有下列几个缺点：浸渍多余溶剂的贮存问题；不能制造高性能热塑性复合材料（抗溶剂性）；环境污染；溶剂的再利用需要投资。但是它可以采用用的加工设备,提供一个低成本的浸渍各种编织材料的工艺,与其他工艺形成互补。因此,目前溶剂浸渍工艺

仍然是制造热塑性复合材料预浸料的一种重要方法。

2.熔融浸渍法

这种方法是采用加热使热塑性树脂熔融来浸渍纤维或织物。

有三种基本方法：

2.1薄膜层合法。这是至今应用最为广泛,使用最久的一种浸渍法。这种方法

是把热塑性树脂通过吹塑而制成薄膜,然后把纤维或织物（包括毡）与薄

膜隔层交替堆积铺放,通过加热加压使纤维或织物得到浸渍。

2.2粉末包覆法。这是一种解决高粘度熔体难流动的有效方法,把热塑性树脂

加工成5um左右粉末,使用某种形式的硫化床方法使粉末吸附在纤维或

织物表面上,然后加热烧结,使粉末粘附在纤维表面上。对于碳纤维可以采

用静电喷涂硫化技术,也可以用树脂粉末直接铺放在织物上,按设计的层

数铺叠,经加热加压复合、冷却后定型。

2.3熔融包覆法,这是一种传统的浸渍方法,类似于生产电缆护套线的相似工

艺,熔融体从挤压机挤出进入十字型的模头中,使纤维包覆一层熔体

3.纤维合并工艺法

这是一种把热塑性树脂纤维与增强纤维混杂一起,在纺织过程中,共同编织成一束丝或布,然后在成型加热加压过程中使增强纤维得到比较好的浸渍。这种方法的浸渍效果较好,但要避免采用使脆性纤维损伤的织造工艺。目前又发展一种用热塑性树脂纤维包缠增强纤维的纺织工艺。利用包缠手段,将连续增强纤维作为芯纱,外层包覆纤维状的热塑性树脂。

4.湿法造纸工艺法

这种方法是仿湿法造纸技术的工艺法,称为Radtite法,也称Siurry法,是在造纸机上开发的。把长度6~25mm的玻璃纤维,也可使用其他纤维或填料,和粉末树脂一起放人混合机或分散槽内加水混合均匀；用泵将其打到多孔的传动带上扩散,在多孔带上减压脱水（真空脱水）,待发泡体破碎后即形成湿毡,通过干燥后变成干毡,可以把干毡卷于卷筒上,直接送到成型工厂,或把干毡在连续层压机上连续加压,制成热塑性SMC,这种SMC厚度为0.5~4mm。

5.RTM

与热固性树脂一样,目前利用热塑性单体的RTM技术发展甚速,利用单体或

预聚体所具有的初始分子量小,熔体粘度低及流动性好的特点,使纤维与之一边浸渍,一边发生化学反应从而得到了理想的浸渍效果。

6.熔体拉挤法

这种方法是英国ICI公司于1984年开发成功的,不同于熔融包覆法。主要采用特殊结构的拉挤模头,使纤维束通过这一充满高熔体的模头时,反复多次承受交替的变化,促使纤维与熔体强制性的浸渍,达到相当理想的浸渍效果,是目前公认的最有效的浸渍法。当前市场上供应的Verton的长纤维增强粒料就是用这方法生产的。缺点是产量低、成本高。

7.浆态浸渍工艺

浆态浸渍工艺是近几年研究较多的一种工艺,将热塑性树脂和合适的悬浮剂配成悬浮液,让纤维通过悬浮液使树脂粉末均匀地分布在纤维束或带内,然后加热烘去悬浮剂,同时使树脂熔融,冷却凝固后即得到预浸料。往往在悬浮液中加适量的表面活性剂。

三、成型工艺

生产出质量良好的预浸料,仅仅完成了热塑性复合材料的第一步。要完成最终复合材料制品,还必须采用合适的成型工艺。目前已有20多种成型热塑性复合材料的方法。热塑性复合材料的成型工艺机理与热固性复合材料是不同的,前者是靠冷却降温后达到定型产品,而后者是固化剂固化成型。主要成型方法有下列5大类。

1.热压成型

把各色各样的预浸料按不同方式加热加压制成复合材料制品。这种成型法生产费用低,成型周期短,方法简单。按模具材料及加压形式又可分五种

1.1对合模压法

这是一种常用的热压成型法,通常采用金属对模。把预浸料加热熔融后,两个匹配的对模之间加压成型,冷却一定程度取出即为制品。模具必须仔细设计，模具料腔设计裕度要准确,要计及材料的收缩率,否则会造成制品受力不均,纤维分布不均,不密实等。

1.2隔膜法

这种方法是用超塑性铝薄膜或聚酞亚胺薄膜包在工件两面,然后放在模具

上,在另一面上加压,将工件压在模具上成型制品。

1.3液压法

与隔膜法相似,不同的是在工件上是橡胶薄膜,橡胶薄膜固定在液压机的

一个压头上,在橡胶薄膜上是液压油一类的液体介质。有时要在片材上铺放一层耐热橡胶,防止液压薄膜在高温时破裂。液压成型压力可达70Mpa,所用橡胶片厚度接近13mm。液压成型的特点是模具高低部位压力均匀,缺点是成型温度不够高。

1.4橡胶模具模压法。

与1.1法相似,仅用柔性橡胶阳模代替金属阳模,这种方法的优点是能使模具上的压力较均匀，模具压力大。缺点是使用温度受到一定的限制,不适合做形状复杂的制品。

1.5高压釜法

在高压釜内成型使片材和模具间的料腔处于真空或常压状态,由料腔内外的压力差把片材压靠模具上,使成型制品。如果高压釜是常压,内腔是真空,即为真空成型法。

按压制的材料又可分：

a.预浸料压制法,把各种预浸料按设计要求叠层并加温加压制成制品。

b.薄膜叠合压制法,将纤维织物（如毡等）与热塑性树脂薄膜交替铺设在模

具内按设计要求设层数然后加温加压直接制成制品。树脂薄膜可以挤出吹塑薄膜,也可用溶剂在专门设备上干燥制成薄膜。

2.纤维缠绕成型

热塑性纤维复合材料的纤维缠绕成型与热固性复合材料不同,缠绕时要把预浸纱（带）加热到软化点,并在与芯模的接触点上加一只加热压辊。近年来国外许多公司致力于新型缠绕成型工艺的研究,开发出了几种很有特色的成型方法。其中有一步成型法,即纤维通过热塑性树脂粉末沸腾硫化床制成预浸料（纱或带）,然后直接缠绕在芯模上。还有通电加热成型法,即对碳纤维预浸纱（带）直接通电,预浸纱一端接正极,芯模接地,靠通电发热使热塑性树脂熔化,使纤维纱（带）缠绕成制品。第三种是用机器人进行缠绕,提高缠绕自动化程度和制品的精度,因而受到了极大的重视。

3.拉挤成型

类似热固性复合材料,拉挤成型可以生产出截面形状多变的复合材料制品。在拉挤成型中,材料被预加热,然后牵引通过一个模具或多个模具,经冷却后成型

最终形状的制品。这种成型技术既适合于预浸料,更适合于边牵引纤维边通过各种设备加入热塑性树脂,再通过一个或多个模具制成复合材料制品,加热塑性树脂的备,可以采用树脂挤出机加熔融的树脂,也可采用树脂粉末沸腾硫化床把树脂粉末在纤维上。类似拉挤成型的还有一种老式的注射成型法,先把热塑性树脂包覆纤维制成粒料,然后用粒料通过注射机注射成型复合材料制品。

结语：

FRTP现已成为广泛替代传统橡胶和部分塑料的极具发展前景的新型材料。FRTP由于成形周期短所以降低了生产成本。目前大部分热塑性复合材料是用长纤维增强的,纤维含量约为50%~75%。热塑性注射模塑工艺通常用短纤维做增强材料,纤维含量约为25%。就纤维长度来说,一般认为纤维较长,复合材料的力学性能较好,但加工性能较差。热塑性复合材料的最大特点是加工性能好,树脂贮存期不限,生产周期短,废料可回收及热成型性能好等。不足之处是纤维浸渍较差和模塑温度及压力高。后两者可使生产成本上升。假如纤维工业能跟上复合材料工业的发展,热塑性复合材料的性能就能得到充分发掘,大规模的工业生产为期不远。总而言之,日前热塑性复合材料种类层出不穷,用途日益广泛,这是复合材料今后

发展的一种趋势。

参考文献：

1 唐伟家.2003年全球热塑性弹性体需求旺盛.弹性体,2003,13(2):34

2 李明.世界热塑性弹性体发展方向.橡塑技术及装备2003,29(8):8

3 顾朝霞，王惠民.世界TPE市场动向及国内EPDM/PP TPE市场前景.石油化工技术经济,2000,16(3):50～55

4 文兴译.21世纪技术——热塑性弹性体.现代橡胶技术,2003,30（6）:7～12

5 李清.AES公司Santoprane热塑性弹性体.化工新型材料,2002,30(3):43

6 何京.国外热塑性弹性体发展预测.现代橡塑,2004,30(3):39

7 崔小明.SBS的生产应用及市场分析.合成材料老化与应用,2004,33(1):41～

8 陈国,刘文冰,王永利.热塑性弹性体材料的研究进展与市场前景.化工新型材料,2001,29(8):8

9 徐帜焕.热塑性弹性体的进展.现代塑料加工应用,2001,(1):61

10 王正岩.聚烯烃热塑性弹性体的生产与应用发展.化工技术经济,2003,21(10):9～11

复合材料总思考题及参考答案

复合材料概论总思考题一．复合材料总论 1.什么是复合材料？复合材料的主要特点是什么？ ①复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 ②1）组元之间存在着明显的界面；2）优良特殊性能；3）可设计性；4)材料和结构的统一 2.复合材料的基本性能（优点）是什么？——请简答6个要点（1）比强度，比模量高（2）良好的高温性能（3）良好的尺寸稳定性（4）良好的化学稳定性（5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性（6）良好的功能性能 3.复合材料是如何命名的？如何表述？举例说明。4种命名途径 ①根据增强材料和基体材料的名称来命名，如碳纤维环氧树脂复合材料 ②(1) 强调基体：酚醛树脂基复合材料（2）强调增强体：碳纤维复合材料（3）基体与增强体并用：碳纤维增强环氧树脂复合材料（4）俗称：玻璃钢 4.常用不同种类的复合材料(PMC，MMC，CMC)各有何主要性能特点？ PMC MMC CMC（陶瓷基）使用温度60~250℃400~600℃1000~1500℃ 材料硬度低高最高强度较高较高较高耐老化性能差中优导热性能差好一般耐化学腐蚀性能好差好生产工艺难易程度成熟居中最复杂生产成本最低居中最高 5.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？3个层次答：1、一次结构：由集体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层复合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何三次结构：指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。 2、①单层材料设计：包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能； ②铺层设计：包括对铺层材料的铺层方案作出合理安排，该层次决定层合板的性能； ③结构设计：最后确定产品结构的形状和尺寸。 6.试分析复合材料的应用及发展。答：①20世纪40年代，玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后，纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料。至60年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。 ②随着航空航天技术发展，对结构材料要求比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对不同需求，出现了高性能树脂基先进复合材料，标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆续出现金属基和陶瓷基先进复合材料。 ③经过60年代末期使用，树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构，今年来又逐步进入其他工业领域。

复合材料的发展和应用

复合材料的发展和应用复合材料的发展和应用具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候论文格式论文范文毕业论文全球复合发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电气、、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道

的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。 2、碳纤维 3、芳纶纤维 20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。 4、超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。 5、热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连

复合材料特性

（1）力学性能石墨烯被认为是迄今为止强度最高的物质，添加石墨烯可以增加聚合物的力学性能。拓展石墨烯的改性范围，开发出多种的增强复合材料变得尤为重要。改性的程度有许多影响因素，例如强相的浓度和在基质中的分布状态，界面粘合性和增强相的长径比等。石墨稀纳米片和聚合物基体之间的界面粘合性强，是进行有效加固的关键。局部两相间不相容性可能由于石墨稀对基体的附着力差而降低应力转移几率，导致了一个较低的机械性能复合材料。可使用氢键和范德华力非共价键改善界面相互作用，提高聚合物基体机械性能[1]。尽管些物理相互作用可以提高复合材料的性能，在外部受力下填料与基体之间相对移动是不可避免的。这限制了材料的最大使用强度。为了缓解该问题，关键是选择有效的手段，提高界面与基体间的抗剪切强度。改善填料与基体之间靠共价键形成的应力传递。例如，利用GO表面的羟基（-OH）与聚氨酯链上的端部的-NCO基团反应，形成聚氨甲酸酯键(-NH-CO)而共价键合到聚氨酯上。（2）导电导热性能石墨烯的导电性能是目前已知导电材料中最好的，其载流子迁移率达15000 cm2·V- 1·s- 1[ 2]。这个数值是目前已知具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍，是商用硅片迁移率的10倍以上。石墨烯具有高导电性，当加入到聚合物基体中，可导电的石墨烯分散在基体中形成导电网络，可以大大提高复合材料的导电性。复合材料表现出导电性随石墨烯含量的增加呈现一种非线性增长。石墨烯的导热性能很高，在室温下为3000W·M-1·K-1，已被用来作为基体填充物，以改善聚合物的热导率和热稳定性。片状石墨稀的二维片层结构在聚合物较低的界面热电阻，从而产生更好的导电性增强聚合物复合材料。其他因素，例如石墨稀片的长径比，取向和分散，基体的种类等也将影响复合材料的热性能。（3）热稳定性热稳定性是复合材料的另一个重要性能，可以通过在聚合物基体中嵌入石墨烯来实现。高的热稳定性和层状结构的石墨烯的加入，会使复合材料热性能显著提高。Ramanathan等[3]系统研究发现石墨烯的加入可以使聚甲基丙烯酸甲酯的模量、强度、玻璃化转变温度和热分解温度大幅度提高。并且石墨烯的作用效果远远好于单壁碳纳米管和膨胀石墨。（4）气体阻隔性能石墨烯的加入相对于原始的聚合物可以显着减少气体对聚合物复合材料的透过率。各种研究表明,气体渗透性降低可能由于石墨稀长径比和高表面积,以及在聚合物基体中形成的“弯曲通道”效应 (tortuous path effect)，从而有效的阻隔了气体分子的扩散和穿透。Pinto等[4]研究了聚乳酸/石墨稀复合材料对氧气和氮气的阻隔性。结果表明，与未加入石墨稀前相比在复合物中使用0.4%(重量)添加量可以使复合材料对氧气的透过量下降三倍,对氮气的透过量下降四倍。（5）吸附性能众所周知，吸附强烈依赖于孔隙结构和表面面积，以及吸附剂的官能团。石

航空航天复合材料技术发展现状

航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标，目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚

复合材料期末考试复习题(汇编)

1.复合材料的分类方法？复合材料的分类方法也很多。常见的有以下几种。按基体材料类型分类聚合物基复合材料以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料。金属复合材料以金属为基体制成的复合材料，如铝墓复合材料、铁基复合材料等。无机非金属基复合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。按增强材料种类分类玻璃纤维复合材料。碳纤维复合材料。有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、翩纤维等)复合材料。此外，如果用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的复合材料称为“混杂复合材料”。混杂复合材料可以看对免戈趁两种或多种单一纤维复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。按增强材料形态分类连续纤维复合材料作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处。短纤维复合材料短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料。粒状填料复合材料微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料。编织复合材料以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。按用途分类复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。 2.举例说明复合材料在现代工业中的应用？ <1>建筑工业中，复合材料广泛应用于各种轻型结构房屋，建筑装饰、卫生洁具、冷却塔、储水箱、门窗及其门窗构件、落水系统和地面等。 <2>化学工业中，复合材料主要应用于防腐蚀管、罐、泵、阀等。 <3>交通运输方面，如汽车制造业中，复合材料主要应用于各种车身结构件、引擎罩、仪表盘、车门、底板、座椅等；在铁路运输中用于客车车厢、车门窗、水箱、卫生间、冷藏车、储藏车、集装箱、逃生平台等。

碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡

第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

SMC复合材料的应用和特点

SMC复合材料是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料。主要原料由GF (专用纱)、UP (不饱和树脂)、低收缩添加剂，MD (填料)及各种助剂组成。它在二十世纪六十年代初首先出现在欧洲，在1965年左右，美、日相继发展了这种工艺。我国于80年代末，引进了国外先进的SMC生产线和生产工艺。SMC复合材料及其SMC模压制品，具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性。所以SMC制品的应用范围相当广泛。现在发展趋势是SMC复合材料最终取代BMC材料。材料中以纤维增强材料应用广、用里大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500C时仍能保持足够的强度。

材料成型工艺灵活，其结构和性能具有很强的可设计性。用模具一次成型法制造各种构件，可提高结构强度，通过纤维种类和不同排布的设计，可提高构件不同部位的性能。通过调节复合材料各组分的成分、构成及排列方式，既可使构件在不同位置承受不同的作用力，还可制成兼有刚性、韧性和塑性等矛盾性能的复合材料多功能产品，这些都是传统材料所不具备明显海洋气候的地下环境时其腐蚀危害更为明显，再加上地铁工程的杂散电流腐蚀，大大降低了金属材料的使用年限。的优点。复合材料疏散平台与电缆支架的应用技术中，复合材料性能的“可设计性”起到很大作用。杭州金盟道路设施有限公司是一家专注于复合材料检查井盖以及复合材料整体技术解决方案的国家高新技术企业。在SMC复合材料的应用中我们也有丰富的经验，如果想了解更多复合材料产品，可以登录我们官网咨询。

复合材料的发展前景,发展与应用

复合材料的发展及应用随着科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高,越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要。这时候复合材料就出现在了这百家争鸣的舞台上。基本概论复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。此定义来自ISO。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。从上述定义中可以看出，复合材料是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。所以我们可根据增强材料与基体材料的名称来给复合材料命名，增强基体复合材料。如：玻璃钎维环氧树脂复合材料，可写作玻璃/环氧复合材料。分类与性能按增强材料形态分类可分为（1）连续纤维复合材料；（2）短纤维复合材料；（3）粒状填料复合材料；（4）编织复合材料。按增强纤维种类分类可分为（1)玻璃纤维复合材料；（2）碳纤维复合材料；（3）有机，金属，陶瓷纤维复合材料。在此篇文章中主要讨论以基体材料分类的几种复合材料。1.聚合物基复合材料——比强度，比模量大；耐疲劳性好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；

有很好的加工工艺性。2金属基复合材料——高比强度，高比模量；导热，导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮，不老化，气密性好。此外还有陶瓷，水泥基复合材料，都有与上类似的特点。基体材料一：金属材料选择基体的原则：使用要求，组成特点，基体金属与增强物的相容性。结构复合材料的基体：450℃以下的轻金属基体（“铝基和镁基”用于航天飞机，人造卫星，空间站，汽车发动机零件，刹车盘等）；450-700℃的复合材料的金属基体（“钛合金”用于航天发动机）；1000℃以上的高温复合材料的金属基体（“镍基，铁基耐热合金和金属间化合物”用于燃气轮机）。二：陶瓷材料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，它们不含有大量的电子。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。常用的陶瓷基体主要包括玻璃（无机材料高温烧结），玻璃陶瓷，氧化物陶瓷（MgO，Al2O3，SiO2，莫来石等），非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物和硅化物等）。三：聚合物材料

复合材料的种类定义

复合材料的种类、定义复合材料的定义复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组分材料虽然保待其相对独立性。但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进.在复合材料中，通常有一相为连续相。称为基体;另一相为分散相，称为增强相(增强体)。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的。两相之间存在着相界面。分欣相可以是增强纤维，也可以是顺村状成弥散的坡料。从上述的定义中可以看出。复合材料可以是一个连续物理相与一个连续分散相的复合。也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。若复合产物为液体或气体时，就不能称为复合材料。复合材料既可以保持原材料的某些特点，又能发挥组合后的新特征.它可以根据需要进行设什。从而最合理地达到使用所要求的性能。复合材料的分类随着材料品种不断增加，人们为了更好地研究和使用材料，需要对材料进行分类.材料的分类方法较多。如按材料的化学性质分类，有金属材料、非金属材料之分;如按物理性质分类,有绝缘材料、磁性材料、透光材料、半导体材料、导电材料等。按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包装材料等。复合材料的分类方法也很多。常见的有以下几种。按基体材料类型分类聚合物基复合材料以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料。金属从复合材料以金属为基体制成的复合材料，如铝墓复合材料、铁基复合材料等。无机非金属基复合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。按增强材料种类分类玻璃纤维复合材料。碳纤维复合材料。有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、翩纤维等)复合材料。此外，如果用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的复合材料称为“混杂复合材料”。混杂复合材料可以看对免戈趁两种或多种单一纤维复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。按增强材料形态分类连续纤维复合材料作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边

复合材料

1、复合材料的定义、分类、命名定义：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的固体材料。命名：（1）基体材料名称与增强体材料并用（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主（3）强调基体时以基体材料的名称为主分类：按基体材料分：聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥基复合材料，碳基复合材料；按增强材料形态分为以下三类（1）、纤维增强复合材料： a.连续纤维复合材料 b.非连续纤维复合材料（2）、颗粒增强复合材料：包括微米颗粒和纳米颗粒；（3）、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。（4）、层叠复合材料按材料作用分两类 ①功能复合材料：使用的是材料的光、电、磁、热、声等非力学性能 ②结构复合材料：应用的材料的力学性能 2、复合材料都有哪些部分组成，各部分的作用是什么？复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；基体的作用是将增强体粘合成整体并使复合材料具有一定的形状，传递外界作用力、保护增强体免受外界的各种侵蚀破坏作用。当然也决定复合材料的某些性能和加工工艺另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增强，故常称为增强体(也称为增强材料、增强相等，功能复合材料中也称功能体)。相界面是一个具有一定厚度的，结构随组分而异、与基体和增强体明显不同的新相。界面区的范围是从增强体内部性质不同的一点开始，到基体内整体性质相一致的点之间的区域。界面是基体和增强体之间连接的纽带，是应力及其他信息传递的桥梁。它的结构、性能以及结合强度等因素，直接关系到复合材料的性能。 3、复合材料都有哪些性能特点？（1）比强度、比模量高（2）良好的抗疲劳性能（3）优良的高温性能（4）减震性好（5）破断安全性好。 4、复合材料的界面定义是什么，包括哪些部分？复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。包括：基体表面区，相互渗透区，增强剂表面区 5、复合材料界面具有哪些效应，都有哪些界面理论？界面的效应： (1)传递效应界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用。 (2)阻断效应结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。 (3)不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。

复合材料的发展和应用的论文

复合材料的发展和应用的论文全球复合材料发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃

常用复合材料介绍

非金属材料及复合材料学习目标：了解非金属材料和复合材料的种类、性能特点及应用，特别是塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的性能特点及应用。本章导读：塑料与橡胶为有机高分子材料，与金属相比质量轻，具有金属材料不可比拟的特殊性能，使用极为广泛；陶瓷为无机非金属材料，具有高硬度、耐蚀的性能，除日用陶瓷外，工业上使用的特种陶瓷更具有其独特的性能，在机械加工、航空航天、化学工业等领域都有应用；复合材料是由两种或多种材料组成的多相材料，具有较好的综合性能，其应用越来越受到广泛的重视，大家熟悉的玻璃钢、塑钢门窗、羽毛球拍等，都是用复合材料制造的。第一节塑料与橡胶塑料与橡胶属高分子材料，目前，全世界合成高分子材料的年产量按体积计已超过钢铁材料，并正以每年14%的速度增长，其使用领域广泛，涉及工业制造及日常生活。高分子材料是由若干原子按一定规律重复地连接而成的长链分子，长链分子的最大伸直长度可达毫米级，其分子量一般大于5000。高分子材料按来源可分为天然高分子（天然橡胶、蚕丝、皮革、木材等）和合成高分子化合物（塑料、橡胶等）。合成高分子化合物是由一种或几种单体（简单结构的低分子化合物）聚合而成的，因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。如聚乙烯分子就是由单体乙烯经聚合反应连接而成： n（CH2=CH2）—— --[ CH2—CH2 ]-- n 乙烯聚乙烯高分子化合物的化学组成一般并不复杂，是由重复连接的结构单元组成的，这种重复连接的结构单元称为“链节”，如聚乙烯中的 --[ CH-2—CH2 ]--。大分子链之间存在的相互作用力使链节连接起来，其连接方式决定了高分子化合物的性能。一、塑料 1．塑料的组成塑料的主要组成是合成树脂和添加剂。合成树酯是具有可塑性的高分子化合物的统称，它是塑料的基本组成物，它决定了塑料的基本性能，塑料中合成树酯含量一般为30%~100%。树酯在塑料中还起粘结剂的作用，许多塑料的名称是以树酯来命名的，如聚苯乙烯塑料的树酯就是聚苯乙烯；添加剂的作用主要是改善塑料的某些性能或降低成本，常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂等。

复合材料的特点及应用

复合材料的特点及应用定义：复合材料是由两种或多种不同类型、不同性能、不同形态、不同成分和不同相型的组分材料，通过适当的复合方法，将其组合成一种具有整体结构特性的，使用性能优异的材料体系。复合材料品种较多，按基本分类通常为：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料、碳/碳复合材料和纳米复合材料。在这里，且介绍我们从事的树脂基复合材料。树脂基复合材料主要由树脂基体、增强材料、填料与助剂组成。一、常用的热固性树脂基本有：不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、有机硅树脂等。见表1 表1几种热固性树脂及复合材料的主要特性和用途二、树脂基复合材料常用的增强材料有玻璃纤维及其织物、芳纶纤维及其织物、碳纤维及其织物、高拉伸聚乙烯纤维及其织物以及其他高性能纤维及其织物等。三、树脂基复合材料的主要特点 1.材料的形成与制品的成型同时完成。利用复合材料形成和制品成型同时完成的特点，可以实现大型制品一次性成型，从而简化了制品结构并且减少了组成零件和联接零件的数量，这对减轻制品质量，降低工艺消耗和提高结构使用性能十分有利。 2.制品轻质高强、具有突出的比强度、比模量纤维增强制品相对密度仅有1.4～2.0，只有普通钢的1/4～1/6，比铝合金还轻1/3。而机械强度却达到或超过普通钢的水平。玻璃纤维增强的环氧复合材料拉伸强度和弯曲强度均在400Mpa以上。碳纤维增强的环氧树脂比强度、比模量见表2

表2 1.03×）× 0.13×0.27× 可见复合材料的比强度比钢高3～8倍，比模量高3～6倍。 3.尺寸稳定性好 4.优越的耐热、耐高温特性。一般其热变形温度在150℃～260℃之内。 5.电性能优良由于复合材料具备的优良的电性能，其制品不存在电化学腐蚀和杂散电流腐蚀，可广泛地用于制造仪表、电机及电器中的绝缘零部件，以提高电气设备的可靠性并延长其使用寿命。此外，制品在高频作用下良好的介电性和微波透过性，已用于制造多种雷达罩等高频绝缘产品。 6.卓越的耐腐蚀性对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质具有良好的化学稳定性，特别是在强的非氧化性酸和相当广泛的PH值范围内的介质中具有良好的稳定性。 7.可设计性、可配制性显著鉴于复合材料的上述优越特性，多用于制造机械结构件、绝缘件、高频受力件和其他功能性结构部件。

复合材料高性能聚氨酯

高性能聚氨酯/玻纤复合材料（GRPU）刘锦春青岛科技大学高分子科学与工程学院 Liujinchun2001@https://www.360docs.net/doc/7c2571981.html,

1、聚氨酯/玻纤复合材料简介近年来，聚氨酯树脂以其韧性好、固化快、无苯乙烯烟雾等优点使其复合材料脱颖而出。随着人们对聚氨酯成型技术的掌握和在控制其反应性以延长其适用期方面的进步，聚氨酯已进入长期由不饱和聚酯和乙烯基酯树脂主宰的复合材料领域。在过去，聚氨酯复合材料主要是用结构反应注射法（SRIM）成型的汽车内饰件和外部件，如皮卡车箱、车底板、行李架、内门板等（聚氨酯经过发泡）。然而在近几年中，聚氨酯复合材料发展了拉挤、缠绕、真空灌注和长纤维喷射等技术，主要用不发泡的聚氨酯复合材料来制造窗框、浴缸、电灯杆和卡车、越野车的大型部件等。聚氨酯拉挤聚氨酯拉挤一般具有低粘度、中度至高度反应性、良好的冲击强度和韧性以及短梁剪切性能。与其他材料相比，用聚氨酯拉挤可产生多种效益。它可以提高制品中玻璃纤维含量而使制品强度大大提高。例如，用玻璃纤维与聚氨酯树脂拉挤窗框，所得窗框的强度比PVC窗框高8倍，其导电性比铝低40倍，因而绝缘性能好得多。同时，因为聚氨酯拉挤窗框的脆性更小，它们不会开裂而经久耐用。高性能聚氨酯/玻璃纤维复合材料是一种以高硬度聚氨酯弹性体为基体材料,玻璃行为为增强材料,采用连续拉挤工艺生产的一种具有高强度、高模量、轻质高分子复合材料。聚氨酯拉挤技术的产品不仅比传统材料具有更高的强度、更好的隔热保温效果，而且更轻质环保。其应用领域十分宽广，从最初的华丽浴缸，到冲浪和滑雪板，再到今天的窗框、集装箱地板等创新应用，聚氨酯复合材料已融入了我们日常生活的方方面面。据报道，在过去的几年中，中国对于复合材料的需求已呈现逐步增长的态势。复合材料是一种高科技材料，是将几种材料的特性整合成为一种具有卓越新性能的全方位解决方案。正是因为材料的独特性能，比如轻质、高强度和刚性、以及能够帮助实现更高的成本效率和生态责任，所以聚氨酯复合材料已备受各行业的关注。尤其是在建筑和运输行业，创新的技术与应用，更是备受瞩目。 2、聚氨酯/玻纤复合材料性能特点经过数年开发，国外聚氨酯拉挤成型已实现商业化。在聚氨酯拉挤过程中，可以使用更多的增强纤维，使制品强度大大增高。同时，由于聚氨酯本身优异的

复合材料的发展和应用(1)

复合材料的发展和应用(1) 全球复合材料发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，20XX年欧洲的复

合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。20XX年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，20XX年的总产量约为145万吨，预计20XX年总产量将达180万吨。从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。20XX年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到20XX年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在20XX年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，

复合材料种类

1.2.2石墨烯/聚合物纳米复合材料种类最近几年，以聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、环氧树脂、硅橡胶等为基体的石墨烯复合材料的研究都有所报道。其中出现了较多，关于石墨烯在高分子基体中达到纳米水平分散的研究。这里简要介绍一些主要的石墨烯/聚合物纳米复合材料。（1）聚苯胺（PANI）/石墨烯纳米复合材料聚苯胺（PANI）/石墨烯纳米纤维复合材料是用原位聚合方法，在酸性条件下,氧化石墨烯与苯胺单体聚合得到的[1]。然后，使用水合肼还原不同氧化石墨烯质量比的PANI/氧化石墨烯复合材料。最后，对还原的PANI再氧化和质子化生成PANI/石墨烯纳米复合材料。Bhadra等[2]也报道过纯PANI这种类型的热降解。PANI和PANI/石墨烯复合材料样品在同一温度范围内质量损失分别是40%和25%。结果表明，PANI/石墨烯纳米复合材料热稳定性较之纯的PANI提高了。同时，复合材料的导电率也有很大的增加。（2）聚氨酯/石墨烯纳米复合材料使用原位聚合的方法制备功能化的石墨烯（FGS）/水性聚氨酯（WPU）纳米复合材料[3]。由于FGS粒子在WPU基体中的均匀分散使纳米复合材料电导率比初始WPU增加了105倍。由于导电通道的形成，在高分子基体中引发了电导率的突变。当填充FGS仅为2%(Wt)时，可得到渗滤阀值。（3）环氧树脂/石墨烯纳米复合材料 Kuilla等[4]用原位插层聚合制备了环氧树脂石墨烯纳米复合材料环氧树脂的热导率很小。但是，加入石墨烯后其热导率得到了显著提高。填充5%(Wt)GO 的环氧树脂基复合材料其热导率是1W/mK，这是纯环氧树脂热导率的4倍。当填充20%(Wt)GO的环氧树脂基复合材料其热导率增加到6.44W/mK。这些结果表明石墨烯复合材料用于散热是一种很有前途的热界面材料。（4）聚碳酸酯/石墨烯纳米复合材料通过熔融复合法，制备石墨和功能化石墨烯（FGS）增强的聚碳酸酯(PC)复合材料[5]。聚碳酸酯/石墨烯纳米复合材料中，FGS呈现高度的片状剥离状态。导电性能测试表明，产生导电性渗流阈值时FGS 的添加量比石墨的添加量要低。PC/ FGS纳米复合材料的拉伸模量高于纯PC的拉伸模量。并且，随着FGS 的填充复合材料的热膨胀系数（CTE）大幅度地下降。（5）聚乙烯醇（PV A）/石墨烯纳米复合材料 Liang 等[6]报道了用水作为溶剂，把GO加入PV A基体中制备出PV A/石墨烯纳米复合材料。PV A/石墨烯纳米复合材料的机械性能优于纯PV A。例如，GO 含量仅为0.7 wt%时，拉伸强度和杨氏模量分别增加了76%和62%。这是由于石墨烯片层的大的宽高比，PV A 基体中石墨烯片层分子水平的分散和石墨烯与PV A 间氢键引起的强界面粘结。

热塑性复合材料在飞机上的应用

热塑性复合材料在飞机上的应用张磊杨卫平张丽（中航工业一飞院，西安）Ｔhe applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft 摘要：阐述了热固性复合材料的缺点，分析了热塑性复合材料的优势，并介绍了其在国内、外军用飞机和民用飞机上的应用情况，指出了国内外的差距，最后对国内纤维增强热塑性复合材料的发展提出了建议。 Abstract: In this study we analyzed the disadvantage of thermosetting matrix composites, the advantage of thermoplastic matrix composites and introduced the applications of thermoplastic matrix composites on aircraft. In addition we pointed out the gap and summarized the research orientation of thermoplastic matrix composites. 关键词：热塑性、热固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗冲击性 Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance 复合材料按树脂类型可分为热固性复合材料和热塑性复合材料。目前国内外飞机上，大量使用的复合材料为热固性复合材料，包括机翼、机身等主要承力构件。但是热固性复合材料通常采用热压罐生产工艺，成型时间长，而且在材料运输、存储、工艺准备、实施等方面要求都比较严格，因此生产成本比较高。另外热固性复合材料对冲击比较敏感，设计和使用时要重点考虑冲击对结构性能的影响。而热塑性复合材料在这些方面都有一定优势，所以近年来其逐步受到重视[1]。 1 热塑性复合材料的优点与热固性复合材料相比，热塑性复合材料主要有以下优点[2～5]：（1）韧性、损伤容限性能、抗冲击，抗裂纹扩展等性能较好。由于热塑性树脂分子链的运动能力比热固性树脂强得多，因此热塑性树脂的韧性普遍要高很多，有利于改善复合材料的抗冲击损伤能力。以碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料为例，其压缩后冲击强度（CAI）值高达342 MPa，与第一代环氧复合材料170 MPa，增韧环氧复合材料250 MPa的平均水平相比，优势明显；（2）成型周期短，生产效率高，节约成本。热固性复合材料主要的成型方法是预浸料/热压罐工艺，热压罐固化消耗大量的能源和时间，增加制造成本，而热塑性复合材料的成型过程仅仅发生加热变软和冷却变硬的物理变化，只需升温、加压成型、冷却即可完成制备过程，可采用热压成型工艺，故成型周期短、生产效率高、成本低。另外，热塑性复合材料在材料运输、存储、工艺准备、实施等比热固性复合材料要求低，因此生产成本更低。两种材料生产制造对比见下表1；表1 热固性和热塑性复合材料对比属性热固性复合材料热塑性复合材料材料运输材料低温运输，并需要温度监控材料普通运输材料存储1、低温存储，-18℃以下存储； 2、材料力学性能寿命，一般12个月； 3、工艺性能寿命，一般240小时； 1、室温存储，一般库房即可； 2、材料力学性能寿命无要求； 3、工艺实施无特殊要求；