6 纤维增强聚合物-木材复合材料20100118
6FRP增强木质复合材料
6.1 引言
纤维增强聚合物基（FIBER-REINFORCED POLYMER 简称FRP）-木质复合材料是纤维增强聚合物作为增强物增强木材所获得的性能优越的先进工程木质复合材料。复合材料同时具备纤维增强体和木材的优点。木材是一种多功能结构用材料，可以加工成诸如锯材、单板、刨花、木片和纤维等不同形态的木制材料。这些木制材料再通过胶粘剂，胶合成各种形式的结构木质复合材料，包括：集成材（glulam）、结构复合材（SCL）、工字梁和结构栅栏。木材还具有高的性价比和强重比。FRP也是一种多功能材料，它由合成纤维和聚合树脂构成，有时又被称作先进纤维复合物（AFCs）。与木材相比，FRP具有更高的强度和刚度，因此它可用于传统木质复合材料的增强。通过合理的材料结构设计，增强后的工程木质复合材料表现出更好的性能，与传统工程材料相比，具备许多潜在的优良性能。经FRP增强后，工程木质材料的一些性能可以得到提高：
●强度或刚度的提高。
●降低材料力学性能的变异性，允许更大的设计值。
●使得低等材质树种和速生材可用于工程产品。
●减小木构件的尺寸，降低其重量。
●增加产品的韧性、适用性和耐疲劳性能。
●提高材料的耐久性和尺寸稳定性。
对于用于增强结构用木质材料的增强材料的研究已有40多年的历史。早期的研究主要集中于金属增强材料，包括：钢条、预应力钢丝绳、钢板以及铝板等等。使用金属作为增强物的主要问题是木材和增强材料之间的不兼容性。如，用铝板增强木梁，当含水率变化几个百分点时，金属-木材界面便会发生剥离。金属是弹性材料，而木材属粘弹性材料；另外，两种材料的吸湿膨胀和刚度差别很大，这易导致胶层的剥离或胶层附近区域木材的拉伸破坏。
与传统金属增强材料不同，纤维增强聚合物可以作为结构用木质材料良好的增强材料。FRP和木材都是粘弹性材料；另外，两种材料之间的材料加工过程也存在相似之处（例如树脂的固化过程）。因此，如果设计合理，可以将FRP和木材之间的不相容性降低到最小程度。较之金属，FRP作为增强材料的又一优点是
其生产工序易于和木质复合材料生产工序相结合。
FRP增强木质复合材料的发展将会扩大工程木质复合材料在建筑结构以及非建筑结构中的应用。就FRP本身而言，它是一种性能优越的修复木材的材料，能够延长木质材料的使用寿命。FRP增强木质复合材料的强重比比混凝土或钢筋要高得多。从材料和技术的角度而言，FRP增强木质材料表现出卓越的强度性能。木材工业和相关的科研机构对这一新型木质材料给予了很大的关注。由几个研究机构和企业共同出资在缅因大学组建了一流的研究中心——先进工程木质复合材料研究中心（AEWC）。AEWC主要是研究FRP-木质混合复合材料。一种商用的FRP-木质复合材料――FIRP集成材（使用拉挤成型的FRP作为增强物）已经被申请了专利，1995年9月的建筑官员国际会议（International Conference of Building Officials，ICBO）发表了该新型木制品评估报告ER-5100。由美国缅因大学，美国木制工程材料联合会（APA），美国FRP复合材料市场开发联合会（MDA），共同制定的FRP增强集成材标准-AC280”(Acceptance Criteria for Fiber-Reinforced-Polymer Glued-Laminated Timber Using Mechanics-Based Models，AC280) 通过了国际标准委员会(International Code Council ，ICC-ES)的评估，新标准于2005年三月一号生效。在2005年7月份先进工程木制复合材料第三届国际会议上，与会者阐述了木材/FRP复合的最新的研究成果和发展现状。FRP增强木质复合材料一定会使结构木质材料和木质复合材料发生变革。
这里主要介绍：
（1）介绍纤维增强聚合物及其制造过程的背景信息；
（2）讨论先进FRP-木质混合复合材料的制造技术；
（3）举例说明FRP-木质混合复合材料在建筑结构中的应用。
6.2 纤维增强聚合物
纤维增强聚合基复合材料包括用单向或多向纤维增强树脂基体所得的一系列复合材料。FRP复合材料沿着纤维排列方向力学性能最佳。与木材相比，FRPs具有很高的拉伸强度和刚度。当载荷加载到复合材料上时，纤维起主要承载作用，树脂使载荷分散到结构中的所有纤维。起增强作用的纤维和树脂基体的复合较之单一组分更为有用。将纤维在模具或薄板内单方向排列，这样得到的单向层板具有最大的强度和刚度。如果纤维是随机排列的，那么层板平面内各个方向上的性
能相同。FRP复合材料的性能并不是其组分性能的简单叠加。树脂和纤维在性能上互补，多数树脂拉伸强度低，但是却具有很好的粘着性和延展性；细纤维具有很高的拉伸强度高却易于破坏。以下章节将详细介绍常用于FRP制作工艺的纤维和树脂，不同的FRP编织工艺也会有涉及。
6.2.1增强用纤维
当一种材料变形成纤维后，它的强度和刚度会比材料呈整体时的强度和刚度提高很多，这是由于分子沿纤维方向优先取向，和纤维的缺陷减少的原因。例如：E－玻璃钢整体的拉伸强度为0.22－0.84×106psi（1.5－5.8GPa），而玻璃呈纤维状时的拉伸强度是10.48×106psi（72.3 GPa）。
增强用纤维的直径通常为3－20μm，与人们头发的直径相仿。它们可以是连续的细丝和不连续的纤维（碎纤维）。连续纤维是长纤维，它们在强度和刚度上均达到最大值，这是由于它们的各项异性得到控制，表面缺陷少、尺寸小，而且由纤维承载的载荷沿着纤维的方向。连续纤维通常以纤维束形式供应，如原丝、无捻粗砂或纱线。原丝是同时拉制的略加粘合的无捻单丝束，包含一根以上的纤维。无捻粗砂是平行原丝不加捻而并合的集束体。纱线是单丝或原丝所制的有捻纺织材料。无捻粗砂是最常见的纤维形态，可以切断、编织或再加工成新的形态用于复合材料的制造，如机织物、针织物、编织物及毡片。毡片由短切原丝或连续原丝结合在一起的非机织薄片状制品，各方向强度一致。连续原丝毡片是不断的将连续原丝缠绕在移动带上，再用化学粘结剂加以固定而成。
非连续纤维（短纤维或短切纤维）由无捻粗砂纤维切得，长度约为1.5－2.5in （2.81－6.35cm）。长度与直径的比值（L/D）称作纵横比（aspect ratio）或长径比（slenderness ratio）。非连续纤维的纵横比对其增强的复合材料性能有显著影响。短切原丝毡片是将非连续纤维随机分布，由树脂粘合而成。由这些随机排列的短切纤维制得的FRP复合材料在层板平面内几乎各向同性。与连续纤维复合材料相比，短切纤维复合材料强度较低，并且不能像连续增强物那样能有效的降低树脂基体的蠕变。然而，短切纤维在模压产品上获得良好的应用，因为短切纤维更易形成产品所需的轮廓形状。
用于聚合物基体的纤维增强物主要有三种，玻璃纤维、碳/石墨纤维以及合成纤维（卡夫拉纤维、芳纶纤维）。复合材料产业使用的纤维大部分是玻璃纤维。
这种纤维的基本组成是：碳、硅、氧、氮，这些组成成分都是具有很强的共价键、密度小、热稳定性高和自然界中含量丰富的特征。依据纤维种类、纤维直径、涂层化学性质和纤维形态，可以获得一系列性能和表现各异的产品。表11.1列举了一些常用增强用纤维的主要性能。
玻璃纤维19世纪30年代，玻璃纤维得以商业化应用。几乎所有商用玻璃的主要成分都是硅、二氧化硅（55－72％）。玻璃的其它成分组成包括：Al2O3，和MgO。硅不会熔化，但在2000℃时开始分解。对于许多工业应用，它都是非常优良的玻璃制造原料。玻璃纤维有很多优点，硬度高、耐腐蚀好、呈惰性、质量轻，柔韧性好和价格便宜。然而，在生产过程中需要高温，能耗大。所有的玻璃纤维刚度相似，但是强度和环境降解抵抗性能有所不同。较为常用的纤维为：E-玻璃纤维，S-玻璃纤维，C-玻璃纤维。其它类型的玻璃纤维有：D-玻璃纤维，A-玻璃纤维或AR-玻璃纤维。E-玻璃纤维能够在低成本的基础上提供足够的强度，对复合材料来说，它更经济，因此E-玻璃纤维使用最为广泛。E玻璃纤维是优秀的电绝缘体，并且可以设计成具有优良的耐水性能及耐高温和耐化学试剂的材料。S-玻璃纤维强度最高，适用于有高性能要求的场合使用，如要求材料具有高强度和刚度的航天航空工业。然而，S-玻璃纤维的成本是E-玻璃纤维的3－4倍，这限制了S-玻璃纤维的应用。C-玻璃纤维由于比E-玻璃纤维具备更加良好的耐酸碱腐蚀性能，常用于耐腐蚀性产品中。D-玻璃纤维用于绝缘材料，例如：作为高压陶瓷绝缘材料的中心增强材料。A-玻璃纤维仅在少数领域中使用。
玄武岩纤维玄武岩连续纤维是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，在1450－1500℃熔融后，通过喷丝板拉伸成的连续纤维。类似于玻璃纤维,其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间,纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武岩纤维为非晶态物质，其使用温度范围大，导热系数低，吸湿能力低且不随温度变化，这就保证了它在使用过程中的热稳定性；玄武岩纤维无毒、不易燃、耐化学腐蚀性好，并具有较好的力学性能，可用于制备热绝缘材料、声绝缘材料、抗震材料、过滤材料和复合材料等。
玄武岩矿石主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2 等多种氧化物陶瓷成分组成，因此，玄武岩纤维在耐高温性、化学稳定性、耐腐蚀性、导热性、绝缘性等许多技术指标方面优于玻璃纤维；玄武岩纤维的使用温度范围
为：-269－900℃，而玻璃纤维为-60－450℃。用玄武岩纤维增强的复合材料，在很多方面可以与S-玻璃纤维或芳纶复合材料相媲美玄武岩连续纤维与E玻璃纤维相比具有更高的使用温度和杨氏模量。它的软化点为960℃，最高使用温度达到650℃；玄武岩纤维在100℃～250℃下可提高拉伸强度30％，而玻璃纤维却下降23％。玄武岩纤维在热水作用下也能保持较高强度，例如在70℃热水作用下一般玻璃纤维不到200h 便会失去强度，而玄武岩纤维的强度可保持1200h；在100％相对湿度下，玄武岩连续纤维的强度并未降低，而玻璃纤维却降低了30％；玄武岩纤维及其制品具有很高的隔热、隔音和结构特性，是高效隔热、隔音材料。
由于玄武岩中含有一些特殊组分，具有与玻璃纤维不同的化学成分和特定性能，其防水性与耐腐蚀性明显提高；与E－玻璃纤维相比具有更加稳定的化学性能，特别是在碱性和酸性介质中更加明显。经过大量的试验发现，玄武岩纤维在饱和Ca（OH）2溶液以及在水泥等碱性介质中能保持高度的稳定性，可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料，制作桥梁等大型建筑的结构件。重要的是玄武岩纤维具有较高的抗酸碱腐蚀，这就大大提高了玄武岩纤维使用的可靠性和使用效率。
玄武岩纤维及其复合材料可以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升级具有重要的推动作用。它既是21世纪符合生态环境要求的绿色材料，又是一个在世界高技术纤维行业中可持续发展的有竞争力的新材料产业。尤其是我国已经拥有自主知识产权的玄武岩纤维制造技术及工艺，并且以“后来居上”的后发展优势达到了国际领先水平，因此，大力发展玄武岩纤维及其复合材料产业无疑具有重要的意义。
碳/石墨纤维碳纤维，也称为石墨纤维，具有强度高，质轻和耐化学腐蚀性能。现代碳纤维的生产始于十九世纪六十年代。通常碳纤维是由下面三种原料生产：聚合丙稀腈（PAN），沥青和人造纤维（C6H10O5）n。碳纤维可以用三种不同的方法生产：气态原料、液态原料和固体原料。气态法是过渡金属元素的碳氢化合物或有机化合物，液态法使用柏油、高粘度人造树脂或沥青，固态法使用聚合丙稀腈或人造纤维等聚合物纤维。对于三种主要的碳纤维，人造纤维产纤维产率最低（约为25%），并且初始模量最小。然而，它的优势是作为增强材料
用于金属基复合材料中时具有优良的性能。与聚合丙稀腈（PAN）和沥青相比，它密度较低。
较之人造丝制得的碳纤维，由PAN生产的碳纤维具有更高的强度，同时导电性能也更好。用沥青生产碳纤维有两个主要优点：出产率较高、生产速度较快。然而，沥青制造的碳纤维比起PAN制造的碳纤维脆性高、密度大，导致某些性能的降低。沥青碳纤维的价格低于PAN碳纤维，但是其强度也较低。碳纤维的最高使用温度为600—1000℉（315—537℃）。碳纤维的强度和刚度都高于玻璃纤维。碳纤维的应力腐蚀（静态疲劳）现象不显著。碳纤维是良好的电导体，限制碳纤维应用的最大因素是成本高。为了更具有竞争性以及先进复合材料进入新的应用领域，随着市场需求的不断增加碳纤维的价格会逐渐下降。材料供应商对在未来10年中碳纤维复合材料成本下降持乐观态度。
在用作复合材料的增强材料之前，碳纤维需要经历若干处理阶段以确保其与基体树脂体系的相容性。第一步是对纤维表面进行氧化或化学处理以在表面引进能与树脂基体结合的功能基团（OH,NH2,COOH等）；第二步是使用偶联剂或resin precursor对氧化后纤维表面进行上浆或涂覆。
表11.1 常用FRP增强纤维的性能
纤维直径
（μm
）
密度
(g/cm3)
拉伸模量
（GPa）
拉伸强度
（GPa）
延张性
（％）
热膨胀变异系
数（10-6/℃）
热导率
（W/m/℃）
Specific heat
(J/Kg/K)
E玻璃纤维
C玻璃纤维
S玻璃纤维
D玻璃纤维PAN 碳纤维Pith 碳纤维Rayon 碳纤维卡布拉纤维29 卡布拉纤维49 卡布拉纤维149 Spectra 900 8－14
－
10
－
7－10
10－11
6.5
12
12
－
38
2.54
2.49
2.49
2.14
1.67--1.09
2.20
1.53--1.66
1.44
1.48
1.47
0.97
72.4
68.9
85.5
55.0
228—517
345
44－393
62
131
179
117
3.54
3.16
4.59
2.50
1.72--
2.97
1.72
0.62—2.20
2.76
2.80－
3.79
3.62
2.58
1.8--3.2
4.8
5.7
4.7
0.3--1.0
0.4--0.9
1.5--
2.5
3—4
2.2—2.8
1.9
4－5
5.0
7.2
5.6
3.1
-0.1－-1.0
－0.9－-1.6
－
-2
-2
－
－
1.3
－
－
－
20—140
－
38
－
0.04－0.5
－
－
840
780
940
－
925—950
－
－
－
1.420
－
－
聚合纤维聚合纤维有时称之为有机纤维，通常是将聚合物链沿着纤维轴向排列制作而成。如果工艺适当，聚合纤维同样具有高强度和刚度，良好的耐化学性和低密度等性能。最著名的聚合纤维是芳纶纤维，1971年DuPont第一次使其商业化，商品名为卡夫拉（Kavelar）。Kavelar纤维是芳香族聚酰胺，简称为
poly（聚对苯二甲酰对苯二胺），其中的芳香环链使得Kavelar纤维具有高刚性。通常Kavelar纤维能表现出高的比强度和比刚度或比韧性，同时也具有良好的热稳定性，低蠕变和耐化学性好等优点。Kavelar纤维已成功的在不同的结构上应用，包括：先进复合材料，橡胶增强材料，弹道保护，摩擦材料以及绳子/缆绳等。Spectra纤维是另一种使用定向聚乙烯制得的聚合纤维。此纤维的优点是具有良好的耐化学性，密度小，然而其最大的工作温度却相对较低(212℉，100℃)。还有其它的一些聚合纤维包括芳香环共聚酯和芳香环杂环聚合纤维，但是它们的商业使用都很有限。
其它纤维其它纤维，如硼纤维和碳化硅纤维，也可用于纤维增强聚合物复合材料。硼纤维是通过化学蒸汽在钨丝上的沉积制得，通常具有高强度、高刚度和低密度的性能。硼纤维产率低，是目前成本最高的纤维之一。碳化硅纤维具有高强度、刚度和耐高温等优良性能，其成本跟硼纤维一样高。它们均被用作金属和聚合物树脂基体的增强材料。
6.2.2 聚合物基体（树脂）
聚合物基体通常占FRP复合材料的30－40％。基体的作用是将纤维粘接在一起，维持纤维的方向，在FRP复合材料使用时，在纤维之间传递载荷，并且承载横向和层间剪切应力。基体同时起到保护纤维免受环境影响和机械磨损的作用。基体控制FRP的蠕变性能。选择树脂的基本原则是综合考虑树脂的成本，性能和生产工艺。聚合物基体分为两种类型：热塑性和热固性。热塑性树脂能够通过反复加热和冷却在液态和固态之间改变形态，反之亦然；而热固性树脂则不能返回到原来的形态。
不同的树脂适合不同场合的使用。热塑性树脂在存储期间不发生聚合，因而对存放时间没有限制，并且使用方便、易于通过粘结、溶剂粘合等修复而且可以回收使用。然而，热塑性树脂液体流动性差，难加工生产，且易于蠕变。热固性树脂粘度低，这有利于纤维的湿法生产工序，并且热固性树脂在发生聚合后热稳定性高，耐化学腐蚀性和抗蠕变能力强。但是，缺点是不可循环使用，脆性大且不能二次成型。
热塑性树脂如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和热塑性聚酯等已被用于木纤维/
聚合物复合材料（WPCs）—木塑的制造中。这种材料用木纤维作为增强材料，热塑性树脂为基体。纤维增强树脂生产中大部分使用热固性树脂，因为它具备低粘度、良好的纤维浸润性能、较低的生产温度和低成本等优点。本章节主要讨论FRP产品中常用的热固性树脂。常见的热固性树脂是聚酯树脂、乙烯脂树脂、环氧树脂、和酚醛树脂。这些树脂主要性能见表11.2
表11.2 常用树脂的相关性能
树脂密度
（g/cm3）拉伸模量
（GPa）
拉伸强度
（MPa）
压缩强
度
（MPa）
延展率
（％）
热膨胀
系数
（10-6/
℃）
热导率
（W/m
/℃）
固化收
缩率
（％）
规定温度
（J/Kg/K）
玻璃
转化
温度
T g（℃）
聚酯树脂乙烯树脂环氧树脂酚醛树脂
1.10－
1.50
1.15
1.10－
1.40
1.25－1.4
1.2－4.5
3.0－
4.0
2－6
――
40－90
65－90
35－130
55
90－250
127
100－
200
――
2－5
1－5
1－8.5
1.8
60－
200
53
45－
70
――
0.2
――
0.1－
0.2
――
4－12
1－6
1.5
1.1
――
――
1250－
1800
――
50－
110
100－
150
50－
250
――聚酯树脂聚酯树脂在建筑市场上应用最为广泛的热固性树脂。这种树脂价格相对较低，易于操作使用，具有较好机械性能，导电性能和化学性能。不饱和聚酯树脂粘度小，可以溶解于活性单体，如：苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯。这些溶剂通常在浸渍纤维时使用，可以降低树脂粘度，提高浸润，改善固化后FRP内的交联程度。通过加热或引入自由基引发剂（有机过氧化物），使得不饱和树脂和单体发生交联反应，低粘度溶液转变成三维的热塑性聚合体。使用过氧化物和适当的催化剂，交联反应在常温下亦可发生。饱和组分与不饱和组分的比率控制着树脂交联反应的程度，进而决定了产品的硬度。
聚酯树脂可用于多种生产工序：手糊成型、模压成型、树脂传递模塑和注射成型。玻璃纤维是聚酯基体最常用的增强纤维。由于聚酯具有一定程度的耐火性、较高的耐冲击性和耐磨性，可以改善产品的表面性能、耐化学性强，常被用于户外（防紫外线、耐久性、颜色的保持力强、抵抗纤维腐蚀等）。
乙烯脂树脂就机械性能和成本而言，乙烯脂树脂是较易制造的聚酯与后续高性能环氧树脂间的过渡。乙烯树脂是由羧酸（通常是甲基丙烯酸）和环氧树脂合成的。典型的商用树脂仅在末端是不饱和基团（而不是在链的中间），具有侧羟
基，末端无端羧基和羟基，因此乙烯脂树脂不易受到化学腐蚀。与聚酯相比，乙烯树脂收缩率小，不易吸水，耐化学性强。可根据使用情况选用不同的乙烯树脂。环氧树脂环氧树脂是19世纪40年代开发的，由于其具备适应范围广、力学性能优越、耐腐蚀能力强、耐化学药品性好和尺寸稳定性高等优点，而得到大规模的使用，如：蜂巢式建筑、飞机机身、导弹和机器设备制造上。多数环氧树脂都是由苯酚和表氯醇反应制得的，过氧化聚丁二烯环是参加反应的组分之一。与聚酯相比，环氧树脂在中等温度下具有更小的收缩率和更高的强度和刚度。环氧树脂通常固化缓慢，在完全固化后脆性大。可以通过添加添加剂使其更坚韧，添加剂包括：热塑性树脂或是多功能环氧化物。环氧树脂的价格通常是乙烯基树脂的两倍。
酚醛树脂酚醛树脂是木材工业主要使用的胶粘剂。因此，作为木质复合材料增强体的，由酚醛树脂制得的FRPs必须与木质材料具有更好的相容性。酚醛树因温度改变引起的尺寸变化小，具有极好的物理和机械耐久性。酚醛树脂胶粘效果好，为无烟产品，且不易燃烧。酚醛树脂常用于片状模压法、缠绕法和拉挤法F工艺中。处理酚醛树脂比其它热固性树脂复杂，因为在树脂固化过程中要排除树脂内部的水份。酚醛树脂常使用弹性橡胶或是间苯二酚改性，酚醛－间苯二酚甲醛树脂常用于制作FRP和作为黏合剂在其它领域使用。
聚氨酯聚氨酯在使用中以多种形式出现如：涂层、弹性体、泡沫和胶粘剂。但是，它们都是基于有机聚氨酯和多羟基化合物的放热反应。作为内外涂层材料使用的聚氨酯，硬度大、柔韧性好、耐化学性强、固化速度快。作为胶黏剂，聚氨酯抗冲击性好，固化速度快，对不同界面的粘结性强。聚二苯基甲烷二异氰酸酯—一种聚氨酯胶，在人造板行业应用广泛。与酚醛树脂胶相似，聚氨酯胶的尺寸稳定性高、具有极好的物理、化学耐久性。
6.2.3 填料和添加剂
填料是FRP复合材料中最便宜的组分。加入填料的目的是降低成本和改善性能。适当的填料可以提高其尺寸稳定性、耐水性、耐候性、表面平滑性、刚度及烟火抑制性。无机填料的使用在扩展，最常见的是碳酸钙、高岭土、三氧化二铝和硫酸钙。其它常用的有硅土、滑石粉和云母。
在FRP制造中还常使用添加剂。添加剂的使用增加了材料的成本，但因为它能提高材料的性能，使FRP的可加工性得以增强。研究表面，添加剂可以增强材料的耐火性、抗放射性、透气能力、粘度控制、导电性以及硬度。如，抗氧化剂可以抑制聚合物的氧化和降解。塑化剂可以改善材料的加工性能，拓展物理、机械性能的变化范围。热或UV稳定剂可以阻止聚合物的降解以及UV辐射引起的物理性能的变化。着色剂为制品提供颜色。在聚酯的生产中，常使用过氧化甲乙酮作为室温下的催化剂或引发剂，而对于热固化磨具则使用过氧化苯（甲）酰。
6.2.4 FRP制造
FRP加工方法可以分为两类：敞口铸型工艺和闭合铸型工艺。对于敞口铸型工艺，产品在单侧模具中成型，常用的有手糊成型技术和喷射成型技术。闭合铸型工艺包括纤维缠绕成型技术、拉挤成型技术、模压成型技术、热压罐成型技术、RTM成型技术和挤出成型技术。工艺类型的选择取决于基体和纤维的种类、产品成型和树脂固化温度、生产率、最终产品质量和性能以及成本。短切原丝片常用于手糊法工艺和一些闭合铸型工艺。以下将对每一种加工方法作简要介绍。
手糊法：手糊法也称作湿铺法，是制造FRP制品最常用的、最便宜的成型方法。图11.1显示了手糊法的工艺流程。模具首先用脱模剂进行处理，常用的脱模剂有石蜡、聚乙烯醇和硅树脂，具体选用哪种，这依据于材料的类型。脱模剂固化后，在制作增强体之前，使用凝胶涂层，这可以提高FRP制品的表面质量。按规格裁切的连续原丝纤维，以毡片、编织粗砂或织品的形式手工铺入模具中。随后加入催化剂，粘度为1000—1500。使用锯齿状手工滚筒将空气赶出。固化过程一般是在室温下完成的，最后在模具中拉出制品。喷射法是一种半机械化的手糊法，用以代替手糊法。喷射法所使用的树脂粘度为500—1000。使用喷枪将树脂定量喷到纤维编织物上。一般的，喷射法中，纤维含量为15%，而手糊法为25%。手糊法和喷射法具有设备投机少，操作简便，制品可设计性好以及空隙率低等优点。但其属劳动密集型产业、生产效率低、挥发性有机物的排放量高、固化时间长，并且制品质量不易保证和控制。
预浸渍法：预浸渍法是将树脂均匀的注入到增强纤维中，在模压成型之前发生预固化以获得最佳的加工性能。用的最多的是环氧树脂系统，也可使用热塑性基质。预固化体由滚筒导入，切断排列、层层累积直到获得预期厚度。需要使用
高压发生器和真空泵，以提供预固化体进一步固化所需的温度和压力。该法简化了FRP制造工艺。与手糊法相比，纤维的分布更加均匀，含量也有所提高。预浸渍法的主要缺点是预固化体的制造及固化设备的引进会增加成本。与手糊法一样，预浸渍法的效率较低，属劳动密集型。
袋压工艺：纤维和树脂基体被封装在隔膜中，通过隔膜施加均匀压力，使纤维得以密实，并排除基体中的多余树脂、空气及挥发性物质。压力可通过真空泵或气压泵供给。对于高温高压的场合，往往需要使用高压锅模具。层料两侧使用脱模剂以便于与模具分离。通常还有一空气层，辅助真空分布，并为挥发性物质及多余树脂的输出提供通道。使用袋压工艺，可以获得多种形式的制品，它是制造高质量产品的一种比较经济的方法。
模压工艺：模具由相匹配的阴、阳金属模具构成。在开放状态下，将纤维和树脂置入模具中，通过水压闭合模具，纤维树脂在热和压力的作用下发生固化。材料固化后，释放压力，取出制品。为了保证制品的质量与改善模压工艺条件，有时在模压前对料进行加热，使其预成型，这样可以缩短模压时间，减少空气对制品的影响。模压工艺使用的材料可以是连续纤维，纤维编织物，预浸料坯或短切纤维。不同种类、不同形态的纤维可混合用于产品的制造。热固性和某些热塑性树脂可用于模压工艺。模压法制得的产品不适用作为一些主要构件使用，因为它的纤维含量不会太高。然而，很多模压制品都可以用于次构件上。
拉挤成型：拉挤工艺是一种连续的自动化生产工艺，是制造高纤维含量、低成本复合材料的一种重要方法，此法制得的FRP截面形状一致。拉挤工艺中，使用牵引装置进纱，粗纱经由树脂槽时，得以完全的浸渍。湿纤维通过金属成型模具时，树脂发生固化，复合体获得与模具形状一样的外轮廓。通常，复合体发生皱缩与模具壁脱离，送入切割装置中获得需要的尺寸。对于特定的应用，常使用无线电波发生器对材料进行预加热。RF加热器的位置通常位于树脂槽与预压机之间。图11.4显示了拉挤法的工艺流程。拉挤工艺常使用无捻粗砂和连续原丝毡片。研究表明，聚酯、乙烯树脂、环氧树脂及酚醛树脂等多种树脂都可用于拉挤工艺中。拉挤法是一种连续工艺，生产效率相对较高，但同时也存在一些限制：
1.无捻粗砂或连续纤维的长度小；
2.纤维含量有限；
3.产品截面形状一定，当使用标准加热头时，产品厚度受到限制；
4.对于较厚截面产品，空隙率难以控制。
树脂传递模塑（RTM）：将增强纤维制成一定形状后放入模具中。在模具闭合锁紧后，在一定压力下将树脂注入模具，树脂在浸渍纤维时充满所有孔隙，贯穿纤维并覆盖其表面。在模具充满后，通过加热使树脂发生反应，胶粘固化。图15是树脂传递模塑工艺简图。可用于RTM工艺的树脂种类很多，像聚酯、乙烯树脂、环氧树脂及酚醛树脂等。RTM工艺的优点是挥发分少、表面质量高、生产速度快及尺寸容许误差小。
真空辅助树脂传递模塑(V ARTM)：V ARTM工艺使用的模具是树脂传递模塑工艺所用模具的下半部分，外配一韧性袋。图11.6显示了其工作过程。将由干纤维制得的增强纤维置于模具中。真空装置与模具开口相连，它可以迫使树脂进入模具。使用真空袋在材料表面施加压力。在真空泵的作用下，树脂源源流入模具浸透纤维直至复合材料完全固化。在此过程中通过控制韧性袋，可以得到我们想要的产品形态，质量好，精度高。V ARTM与RTM的主要不同点是前者使用真空装置完成树脂的注入，由单一模具配以韧性袋并可完成整个制造过程。使用真空装置进行树脂的导入可有效的减少材料的孔隙。19世纪80年代，bill seemann 发明了SCRIMP工艺，它是VARTM的一个特列，适合与制造厚度较大的复合层板，且能达到与薄层板（如3.17mm）相同的质量。
纤维缠绕成型：纤维缠绕法是大批量的自动化生产工艺，适用于制造管、轴及压力容器等圆柱形制品。图11.7显示了该法的典型工艺过程。缠绕机使供料架上的纤维通过树脂槽，再将浸渍树脂的纤维均匀地、有规律地缠绕到一个可旋转的芯模上。绕丝眼往复运动中，芯模连续旋转。纤维方向角度可通过调整芯模转动速度与绕丝眼线性运动速度，使其在5—90°间变动。FRP所使用的缠绕角的大小取决于材料的强度要求。缠绕成型工艺的主要优点有：（1）生产率高，（2）不同方向的强度均可加以控制，（3）可获得不同尺寸的制品。
6.2.5纤维和聚合物基体的相容性
FRP的力学性能如何取决于载荷是否能从纤维良好传递到基体材料，而后者受纤维和基体复合界面性能影响很大。纤维和聚合物基体间的相容性是制造纤维
增强聚合物的关键。大多数纤维增强聚合物的破坏都是由于纤维和基质界面粘结不好而造成的。导致这一情况的原因可能是树脂的浸渍性不好或纤维与基质间缺乏化学相容性和反应力。纤维增强聚合物复合材料的成功生产取决于纤维—基体复合界面的质量。为提高纤维和树脂基体复合界面的粘结性能，常用助剂对纤维表面进行处理，改善其表面性能。这些处理或过程称之表面修饰。
表面修饰的方法很多。单丝出炉后立即使用润滑剂或抗静电助剂对其进行保护，防止其通过导向滚筒或缠绕设备时发生破坏。在树脂注入时常使用偶联剂来改善纤维上树脂渗透，同时增加纤维与基体之间的粘结状况，进而提高FRP材料的整体强度。纤维经过修饰后，树脂的浸润速度加快，因而可以节省制造时间。不同的使用场合，修饰所使用的化学药剂可能不同。对于同一种纤维，基质不同，所选用的修饰药剂也可能不同。经过修饰，FRP在使用过程中，纤维可免于受水分的影响。
纤维与树脂基质的相容性可通过界面粘结强度及树脂在纤维表面的浸润性来衡量。纤维树脂系统的表面能与树脂在纤维表面的浸润性直接相关。常采用接触角来描述液体在固体表面的浸润性。界面粘结强度则可有层间剪切实验进行简略的估测。在微观力学水平，可通过微观粘结实验，或单根纤维的拉伸实验来计算界面粘结强度。
6.3 FRP标准
数家专业性的组织都加入到制定出版FRP的规范，标准，测试方法和说明书的行列。这些组织包括美国石油机构（API）、美国机械工程委员会（ASME）、美国水利工程机构（AWWA）、和美国安全保险实验室（UL）。美国国家工程委员会（ASCE）技术委员会、结构塑料复合材料委员会（SCAP），从事FRP复合材料的设计和制造。从事于桥梁与结构建筑的美国各州公路与运输协会（AASHTO）拥有一个技术委员会制定FRP材料在桥梁运用中的设计准则。美国材料测试协会（ASTM）出版了一些工业上普遍认可的FRP测试方法。一些ASTM工作者正从事用作修复材料和螺纹钢筋的FRP的测试方法。例如：ASTM 协会 D 20.18.01（用于混凝土的FRP ）是制定FRP 螺纹钢筋和修复材料的测试标准。ASTM协会D20.18.02正开发拉挤成型FRP形态的标准测试方法。ASTM 协会D30.30.01(国内工程复合材料)回顾了FRP复合材料制品用于建筑领域可能
参照的一些标准。
ASTM标准中规定了一些实验方法，用于FRP不同性能的测定。FRP主要的三项力学性能是：拉伸强度、压缩强度和层间剪切强度。另外，疲劳、材料内的空隙率和耐久性能对于增强木质复合材料也很重要。
拉伸强度对于设计FRP增强木质材料最为重要，ASTM中有三种拉伸强度的测试方法适用于FRP的拉伸测试。ASTM D638，塑料拉伸性能的标准测试方法；ASTM D3093 ,聚合树脂复合材料的标准测试方法；ASTM D5083，增强热塑性塑料使用直边样品拉伸性能的标准测试方法。ASTM D638主要是用于测试低模量纤维复合材料，该测试方法多适用于由多层纤维毡层积而成的FRP复合材料；ASTM D3039适用于高弹性模量复合材料，如：碳纤维和芳纶纤维。ASTM D5083设计适用于质量控制测试（QC）.与ASTM D638和ASTM D3093不同的是，ASTM D5083测试方法使用的试件较简单，直边长方形无棱角。由于试件无棱角，在测试过程中破坏常发生于夹具位置上，因而夹具对于测试结果有很大的影响。相比ASTM D638和ASTM D3039，ASRM D5083的测试方法得到的拉伸强度低、变异性大。
ASTM D3410是定向或横向纤维－树脂复合材料的标准测试方法，ASTM D695 是热固性树脂的压缩性能标准测试方法，经修正用于测试FRP的压缩性能。ASTM D 3410标准更适合于FRP性能的检测。ASTM D 3410中对于压缩性能测试有三种设计方法：赛拉尼斯(一种醋脂纤维,俗称人造丝) 装置测试方法；美国伊利诺斯州技术研究协会（IITRI）装置；四点弯曲装置。IITRI装置法是使用的最为广泛压缩测试方法。ASTM D 695是专门为低弹性模量增强或非增强塑料提供的测试方法。
剪切强度测试用来评估树脂和增强纤维之间的胶接性能。许多ASTM 标准都可用于评估FRP材料的剪切强度。ASTM D2344，短梁法测定平行纤维复合材料的层间剪切强度，该标准描述了FRP表面剪切强度测试方法，而不是真正的FRP层间剪切强度。因此本标准测试结果对于质量控制比较有用，但不能用于材料的设计标准。ASTM D5379中有另一种剪切测试方法，ASTM D5379是使用有V形凹口的梁试件测试复合材料剪切性能的标准，使用本标准测得的数值比使用ASTM D2344获得的要小75％。
工业界使用两种标准测试方法测试纤维和树脂之间的相容性能，而这种相容性在很大程度上取决于纤维的表面修饰。ASTM D3914是拉挤成型玻璃增强树脂杆状体的剪切强度测试标准，ASTM D4475是使用短梁的测试方法测试拉挤成型增强塑料杆状体表面水平剪切强度的标准。
FRP内部的空隙率与其强度直接相关。FRP内的空隙和气孔都被认作缺陷，降低了材料的强度。因而，材料内部空隙越少，材料的质量越好。材料内部空隙的测试可遵照ASTM D2734增强塑料空隙率测试标准。
当材料在结构应用中承受循环载荷时，耐疲劳性能是一项重要的性能，例如用于桥梁建筑上。用于评估FRP的耐疲劳性能的标准有：ASTM D3479，树脂基复合材料的拉伸－拉伸疲劳性能标准；ASTM E739应力－寿命（SN）和应变—寿命疲劳值线性统计分析；ASTM E1049疲劳分析中循环计数实践。
FRP可在有水或盐水的环境下使用，暴露其中或直接接触。因此，FRP的抗海洋或耐腐蚀性尤为重要，以下列出了耐久性实验标准：
ASTM D1141 海水标准规范；
ASTM D 1193 腐蚀性水标准规范；
ASTM D2247 相对湿度达100％环境下涂层抗水性能实用手册；
ASTM G53 有水或无水条件下进行非金属碳电弧曝光试验应用标准；
ASTM G23 非金属材料光和水暴露试验（荧光，紫外光）应用标准；
6.4 FRP增强工程木质复合材料
利用FRP增强工程木质材料或工程木质复合材料有许多方法。FRP增强工程木质复合材料的优点在5.4.1 绪论中已有描述。研究和实验评估都在进行，以寻找FRP增强木质复合材料的最好方法。需要解决的一些问题:
1.有那些工程木质产品需要、适合使用FRP增强？
2.怎样进行增强？
3.是否具有经济可行性？
近几年来，已有一些增强工艺被提出来并申请了专利，同时许多FRP增强工程木质材料的新技术也公开发布。以下是对FRP增强工程木质复合材料不同的可能性和技术的讨论。
6.4.1 增强集成材（Glulam）
FRP增强集成材将会对集成材工业产生巨大的影响。集成材是将层板胶粘在一起，制作成较大构件的工程木质材料。集成材的设计和生产能够有效利用森林资源。因为梁横截面上的应力沿高度方向不同，所以低强度的木材可用于低应力的区域，而高强度的可用于高应力的区域。由于FRP材料比木材而言具有很高的拉伸强度，因而在高拉伸区域可采用FRP材料以增强集成材梁和集成材的整体强度和性能。
集成材多用于梁结构中，承受弯曲力矩。实践表明集成材梁在拉伸一侧易受到拉伸破坏。因此，在集成材拉伸侧胶粘FRP层可获得最佳增强效果，提高梁的弯曲强度。图11.8是典型的FRP增强集成材的构型。最外面一层木材叠片称为缓冲层，用于保护FRP在生产和使用期间不受损坏，同时也保护FRP免受可能性火灾的威胁。
在上个十年中，对于FRP增强集成材进行了很多研究。Davalos等（1992），使用玻璃纤维/乙烯树脂FRP增强小径级黄杨集成材的拉伸区域，并对增强效果进行了讨论。Tingley和Leichti（1993）使用拉挤成型卡芙拉纤维、碳纤维FRP 对低等级美国黄松集成材的拉伸区域进行增强。Sonti等（1995）使用拉挤成型玻璃纤维/乙烯树脂FRP增强黄杨集成材的受拉伸区域。Dailey等对使用拉挤成型玻璃纤维/间苯二酚改性酚醛树脂FRP增强拉伸区域的集成材进行了研究。缅因大学AEWC研究中心对FRP增强花旗松和铁杉集成材进行了深入的研究，并开发了一种计算机模型RELAM，用于预测增强集成材的强度和刚度。
至今为止的所有研究表明增强后的集成材强度有很大的提高，刚度也有相应的提高，不过增强程度高低，取决于不同的FRP含量和种类。一般，静曲强度（MOR）的提高可达120％，刚度、弹性模量（MOE）提高为20％。研究表明，FRP增强木材的蠕变性能主要还是由木材支配的，Dagher等（1998）还指出增强后的集成材尽管承载能力增强，但在蠕变性能上与传统的集成材相当，没有明显的提高。
FRP增强集成材的加工，将直接影响到产品的性能和集成材的成本。一种较为简单的方法是使用胶粘剂将一层或是多层FRP（通常是3.17mm厚或是更薄些）胶粘到木材层上。这一加工过程不需要对传统的集成材制造过程进行任何的改
变。胶粘剂必需能够将FRP和木材胶粘在一起。尽管预浸料坯生产工艺前景广阔，但目前最常用的FRP是使用拉挤成型工序生产。
成本问题是FRP增强集成材进入市场的主要问题。由于FRP材料比木材贵，总体的成本将比未增强的材料成本高。考虑到要降低FRP增强集成材的成本，需要考虑几个方面：（1）降低复合材料各个组成部分的成本；（2）降低复合材料生产工序上的成本。
从材料的角度上看，FRP增强使得低级木材可用于制作集成材梁。在FRP 增强集成材中使用低等级的材质，可以有效的降低成本。人们也应当努力降低用于木质复合材料上FRP材料的成本。利用低成本的胶粘剂胶粘FRP和木材，也可以降低成本。
另外的有效降低FRP增强集成材整体成本的方法，是从生产制作工序上着手。制作FRP的生产工序和木质复合材料的生产工序有很多相似之处。二者都使用热固性树脂，FRP树脂基的固化机理与集成材和其它木质复合材料胶黏剂的固化过程都相似。因此，将增强纤维直接用于集成材，而不使用拉挤成型制作的FRP可以很大程度的降低成本。这方面的研究正在进行，将来会有许多改进的先进技术。
FRP增强集成材运用于各个不同的领域。以下是缅因大学AEWC研究中心FRP增强集成材的使用例子：
图11.09为一座建于1997年坐落于缅因州West seboeis的桥梁，桥全长为13.4m，宽4.9m。这是一座FRP增强集成材梁式桥，拥有集成材桥面。这一设计可承载载荷为765KN。所用集成材由红松制造而成。增强FRP拉伸强度达到827000KPa，拉伸模量45.5GPa。
图11.10 为FRP增强集成材的另一例子，位于缅因州bar harbor 的bar harbor 游艇俱乐部码头。这个步行码头长37.8m，宽 1.5m，码头的设计的实用载荷为4.1KPa。集成材使用红松制造。使用的FRP强度与坐落于缅因州West seboeis的桥梁性能相同。该码头使用FRP增强集成材的造价比使用钢结构造价降低了25%。
图11.11为建于1996年，位于缅因州的FRP层积增强的桥面板。通常在小跨度桥梁建筑上使用应力钢条，将木质层积材纵向拉紧。玻璃纤维增强树脂
（GFRP）作为替代应力系统用于此桥梁上。该桥长4.9m，宽7.3m，使用铁杉集成材制造而成。GFRP拉伸强度116KN，拉伸模量41.4GPa。研究表明，经过两年半的使用，桥梁甲板的初始预应力保持在原来的86%，且表现稳定，无须重新施预应力。而在相同环境条件下的钢筋结构应力系统，在初始的两个月内就得进行两次恢复应力，在第二次恢复应力之后的27个月后，预应力损失了67%。
图11.12和11.13为增强集成材在商业建筑上的应用实例。图11.12显示，FRP 材料布施于拉伸侧最外层板和第二块层板之间。在这种应用中，FRP的用量一般为0.5%和1.5%。图11.13为增强集成材在完整的屋顶结构中的应用。
6.4.2 增强结构人造板
结构人造板，如结构胶合板，OSB，作为墙板、屋顶衬板、地板广泛用于民用和商业建筑上。同时也大量用于非建筑用途上，例如：海运集装箱、有轨电车、卡车车厢底板、混凝土模具、托盘，集装架和箱柜等。以上使用要求人造板具有良好的弯曲性能，如高的力矩承载能力和刚度。在结构人造板的表面附着FRP 增强材料可提高其的弯曲强度和刚度。图11.4为1972年APA研究报告中增强试件的增强构型。这是一种三明治人造板，由玻璃纤维增强树脂和胶合板构成。研究结果表明，在平行于纹理表面，附着的FRP增强的刚度范围为14-70%，强度为22-88%，增强情况取决于胶合板的相对厚度、增强纤维的类型和重量。
通过黏附FRP的方法可以增强不同类型的人造板。Bulleit（1985）研究了使用FRP增强大片刨花板和碎料刨花板。然而，由于增强人造板的表面增加了较昂贵的FRP增强层，使得增强结构板比传统人造板更加昂贵，高成本限制了增强人造板的应用。
FRP可置于人造板的中心，用于增强人造板的剪切强度。对于胶合板，这种增强技术可以十分容易实施，只需在配板中增加FRP层。对于OSB，则需要对生产工序做出相应的调整以达到把增强材料加入中心部分的目的。提高OSB性能的另一种方法是在OSB的生产阶段加入玻璃纤维。
考虑到增强成本，在结构人造板的终端使用时，使用FRP增强结构人造板更为有效。例如，用于剪力墙结构，由于在人造板的边缘需要高的握钉力以提供足够的剪切强度，因此在人造板的边缘增加FRP是一种可行的方法，它使得整个
剪力墙性能得以整体的提高。除此之外，通过引入FRP使人造板在尺寸稳定性，耐久性，和防火性能等方面都有很大的提高。
6.4.3 增强LVL和工字梁
工字梁是工程木质材料成员中的重要一员。广泛用于民用建筑的楼板框架，屋顶和商业建筑结构上。工字梁的破坏可以发生在：下翼缘的拉伸破坏，上翼缘的压缩破坏和发生在腹板的剪切破坏。由于，工字梁是高度工程化的材料，因而，上述任何破坏模式都可能发生，因此，FRP对于工字梁增强的效果可能没有对集成材和结构人造板那么明显。在工字梁的应用中，最大的拉伸载荷和压缩载荷发生在翼缘上。因此增强LVL翼缘的拉伸强度，可以提高材料的抗弯能力。一项使用FRP增强工字梁翼缘的研究表明，添加两层737g的非定向E玻璃纤维到25.4mm厚的美国南方松LVL上，平均拉伸强度可提高24%。
同时，FRP增强LVL可通过翼缘的厚度有效防止腹板-翼缘的切割破裂。FRP 可以用于增强工字梁的腹板，以提高腹板的剪切强度和刚度。图11.5为使用FRP 增强工字梁翼缘和腹板的概念性样式构造。
FRP增强工字梁的研究，同时表明使用FRP增强允许利用低等级锯材制作工字梁的翼缘。Tingley（1999）表示，使用0.33%的增强材料增强翼缘的横截面，可以使所需材料等级拉伸强度由16.6Mpa降低到8.3MPa，并且材料的设计自由度提高了25%。
在工字梁的应用中，为了实现复合材料结构板的木地板系统结构行动，工字梁上翼缘性能要求具备很高的握钉力。因此在上翼缘添加层FRP能够增强握钉力，提高楼板的整体性能。然而，在市场接受FRP增强之前还需要进一步的评估。
6.4.4其他工程木质产品的增强
FRP同样适用于其它木质产品性能提高。已经有学者展开对FRP增强锯材的研究，Pleurisy、Triantafillou（1992）进行了碳纤维/环氧树脂FRP增强杉木的研究。同年，Triantafillou、Pleurisy还研究了碳纤维/环氧树脂FRP增强山毛榉的效果。Abdel-Magid等（1994），使用碳纤维/环氧树脂FRP和卡芙拉纤维/环氧树
脂FRP在拉伸方向增强50.8×101.6mm冷杉梁。所有的这些研究表明，材料在力学性能方面获得很大的提高，但是相应的成本同时大大地增加。
研究表面，FRP可成功的用于拖车货板、卡车底板和其它运阔叶材输集装箱的增强。传统上，卡车底板因为其对强度有较高要求，一般使用相对较贵的高等级白橡层板。观察发现，破坏常发生在底板钩形接缝附近。因此，可以底板下表面胶贴薄FRP层对其进行增强，同时使低等级树种亦可使用。与通常使用的高质量白橡层板相比，增强底板的重量要小得多。综合考虑原始材料成本以及运输能耗，FRP增强底板与传统材料相比，总成本得以降低。同时，增强板的结构性能也得以提高。
FRP还可以用来增强电线杆。明尼苏达多大学正展开一项研究工程，将纤维增强体用于空心电线杆。基本构造是增强纤维缠绕在圆棒上，外层由木单板覆盖。FRP增强电线杆将拥有更高的强度，且因为其空心构造质量也较小，同时还可降低造价。
衬板和甲板托板也可用FRPs来进行增强。托板产品一般要求具有高的强度、刚度和耐久性。衬板一般用较厚的木板（比如50.8mm）制造。它的应用也将有利增加表面光滑、提高强重比高。FRP增强衬板可以减小其厚度、节省存放空间、提供更高的强重比，获得更为光滑的表面。用于材料搬运系统的甲板托板也可以获得同样的效果。FRP同样可以用于增强混凝土模具、集装箱以及其它工业木制品。但是，还需要进行研究，确定最适合应用的FRPs种类，提高产品的附加值。
6.4.5 木结构修复
对现有材料和结构的修复是FRP复合材料的一个主要应用方面。FRPs对混凝土结构的翻新已取得成功。使用多年的木结构木构件，会因为缺乏维护而发生破坏，过载、有害物质或气候条件也会引起表面的降级。这些木结构件包括木质桥梁、电线杆、临水桩基以及其它木结构木构件。破坏会导致强度的严重下降，因此使用一段时间后的木构件必须替换。由于完全替换费用较高，需寻求一种更为有效的替代方式。由于桥梁需承载车辆的重量，提高木桥梁的抗弯和剪切强度以提高其承载能力是必要的。对现有木构件进行增强，而非替换可能是一种有效的解决措施。使用FRP增强体不仅节约了时间和成本，使原有构件得以继续使用，还带来了一些附加值，质轻、防腐、高强度。使用FRP增强实施恢复的方
复合材料的界面改性
界面及界面改性方法 界面结合强度低，则增强纤维与基体很容易分离，在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象，起不到增强作用；但界面结合强度太高，则增强纤维与基体之间应力无法松弛，形成脆性断裂。 在研究和设计界面时，不应只追求界面粘结而应考虑到最优化和最佳综合性能。 1、聚合物基复合材料界面 界面结合有机械粘接与润湿吸附、化学键结合等。 大多数界面为物理粘结，结合强度较低，结合力主要来自如色散力、偶极力、氢键等物理粘结力。 偶联剂与纤维的结合（化学反应或氢键）也不稳定，可能被环境（水、化学介质等）破坏。一般在较低温度下使用，其界面可保持相对稳定。增强剂本身一般不与基体材料反应。 聚合物基复合材料界面改性原则： 1）在聚合物基复合材料的设计中，首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性。一般可采取延长浸渍时间，增大体系压力、降低熔体粘度以及改变增强体织物结构等措施。２）适度的界面结合强度 ３）减少复合材料中产生的残余应力 ４）调节界面内应力和减缓应力集中 聚合物基体复合材料改性方法 １、颗粒增强体在热塑性聚合物基体加入两性相溶剂(增容剂)，则能使液晶微纤与基体间形成结合良好的界面 ２、纤维增强体复合材料界面改善 a)纤维表面偶联剂 b)涂覆界面层 c)增强体表面改性 2、金属基复合材料界面 金属基体在高温下容易与增强体发生不同程度的界面反应，金属基体多为合金材料，在冷却凝固热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。 金属基复合材料界面结合方式有化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合。总的来讲，金属基体复合材料界面以化学结合为主，有时也会出现几种界面结合方式共存。 金属基体复合材料的界面有3种类型：第一类界面平整、组分纯净，无中间相。第二类界面不平直，由原始组分构成的凸凹的溶解扩散型界面。第三类界面中含有尺寸在亚微米级的界面反应物。多数金属基复合材料在制备过程中发生不同程度的界面反应。 金属基复合材料的界面控制研究方法： 1）对增强材料进行表面涂层处理在增强材料组元上预先涂层以改善增强材料与基体的浸润性，同时涂层还应起到防止发生反应的阻挡层作用。 2）选择金属元素改变基体的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻挡层来控制界面反应。尽量避免选择易参与界面反应生成脆硬界面相、造成强界面结合的合金元素 3）优化制备工艺和参数金属基体复合材料界面反应程度主要取决于制备方法和工艺参数，因此优化制备工艺和严格控制工艺参数是优化界面结构和控制界面反应的有效途径。 3、陶瓷基复合材料的界面 陶瓷基体复合材料指基体为陶瓷材料的复合材料。增强体包括金属和陶瓷材料。界面结合方式与金属基体复合材料基本相同，有化学结合、物理结合、机械结合和扩散结合，其中以化学结合为主，有时几种结合方式同时存在。 陶瓷基体复合材料界面控制方法
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。
聚合物基复合材料试题
第一章 聚合物合金的概念、合金化技术的特点？ 聚合物合金：有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系 合金化技术的特点:1、开发费用低，周期短，易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。 热力学相容性和工艺相容性的概念？ 热力学相容性：达到分子程度混合的均相共混物，满足热力学相容条件的体系。 工艺相容性：使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。 如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性？ 1、共混体系的混合自由能（ΔG M ）满足ΔG M =ΔH M -TΔS M <0 2、聚合物间的相互作用参数χ 12 为负值或者小的正值。 3、聚合物分子量越小，且两种聚合物分子量相近。 4、两种聚合物的热膨胀系数相近。 5、两种聚合物的溶度参数相近。 *思考如何从改变聚合物分子链结构入手，改变聚合物间的相容性？ 1、通过共聚使分子链引入极性基团。 2、对聚合物分子链化学改性。 3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。 4、形成IPN或交联结构。 5、改变分子量。 第二章 *列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素，并说明分别是如何影响的？ 组分比：含量高的组分易形成连续相； 黏度比：黏度低的组分流动性较好，容易形成连续相； 内聚能密度：内聚能密度大的聚合物，在共混物中不易分散，容易形成分散相；溶剂类型：连续相组分会随溶剂的品种而改变； 聚合工艺：首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。 说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响？
共混体系中聚合物间的工艺相容性越好，它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合，两相间的过渡区越宽，相界面越模糊，分散相微区尺寸越小。完全相容的体系，相界面消失，微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系，聚合物之间相互扩散的倾向很小，相界面和明显，界面黏接力很差，甚至发生宏观的分层剥离现象。 什么是嵌段共聚物的微相分离？如何控制嵌段共聚物的微相分离结构？ 微相分离：由化学键相连接的不同链段间的相分离 控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制 *简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。 特性：1、两种分子链的分布是不均匀的，从相区到界面形成一浓度梯度；2、分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合的平均密度；3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。 作用：力的传递效应；光学效应；诱导效应。 第三章 简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。 形变机理：银纹化和剪切带形变 特点：1、橡胶的存在有利于发生屈服形变；2、力学性能受形变机理影响 简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。 定量研究：高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变 影响因素：树脂基体；应力和应变速率；温度；橡胶含量；拉伸取向 简述橡胶增韧塑料的增韧机理，并列举实例加以说明。 多重银纹化增韧理论：在橡胶增韧的塑料中，由于橡胶粒子的存在，应力场不再是均匀的，橡胶粒子起着应力集中的作用。（脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差） 银纹-剪切带增韧机理：银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。（ABS 拉伸过程中既有发白现象，又有细颈形成） 试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。 1、增韧剂种类不同； 2、增韧的对象不同； 3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同； 4、改善聚合物合金性能的效果不同； 5、增韧机理不同； 6、对两相界面黏结强度的要求是相同 第四章
聚合物基复合材料复习要点 增强材料
聚合物基复合材料 高分子专业考试复习资料 现已完结，另有小抄版本稍后更新 第二章增强材料 2.2玻璃纤维 2.21分类 (1)根据化学组成(含碱量)分为：1%以下的无碱纤维,2%-6%的低碱纤维,10%-16%的有碱纤维。 (2)根据外观形状分为：长纤维、短纤维、空心纤维、卷曲纤维。 (3)根据纤维特性分为：高强度(S)、高模量(M)、耐高温、耐碱(G)、普通纤维。 2.2.1成分与作用:氧化硅SiO2：物质基础、骨架 氧化铝Al2O3 ：降析晶和膨胀系数,提高稳定性和强度 氧化钙氧化镁：降低高温时粘度，促进熔化、澄清、提高拉丝速度 氧化硼B2O3 氧化铁Fe2O3 碱金属；助熔，提高流动性 2.2.2玻璃纤维物理化学性能： 物理性能：直径5~20微米，密度2.4~2.7 g/cm3；力学性能影响因素（P11）；耐热性高，绝缘性取决于组成、温度和湿度 化学性能：直径越小，稳定性越低；碱金属氧化物含量越高，稳定性越低 2.2.3玻璃纤维及制品的生产工艺：（1）坩埚法（2）池窑法 2.2. 3.1池窑法：多种原材料按不同比例混合均匀送入池窑熔化成玻璃液，玻璃液经过澄清，降温后流入支路上的铂铑合金漏板。漏板上布满了100～4000个的小孔，玻璃被拉丝机从这些小孔中拉出，即成玻璃纤维。 池窑法的优点：省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；池窑容量大，生产能力高；对窑温、液压、压力、流量和漏板温度可实现自动化集中控制，所得产品质量稳定；适用于采用多孔大漏板生产粗玻璃；废产品易于回炉。 2.3芳纶纤维：芳香族聚酰胺树脂纺成的纤维 分类：全芳族聚酰胺纤维；杂芳族聚酰胺纤维 2.3.1芳纶纤维的制备： 2.3.2芳纶纤维的结构与性能 结构：线型刚性伸直链，分子间氢键，高度结晶，超分子结构 性能：优异的拉伸强度、拉伸模量，低密度，优良的减震性能，耐磨性、耐冲击性、抗疲劳性、尺寸稳定性，良好的耐化学腐蚀性，低膨胀、低导热、不燃、不熔以及优良的介电性能。 2.4碳纤维 2.4.1分类：聚丙烯腈基碳纤维；沥青基碳纤维；纤维素基碳纤维；酚醛基碳纤维；其它有机纤维基碳纤维 2.4.2国产碳纤维存在的主要问题：1）原丝质量与国外比还存在差距。2）大部分国产碳纤维未经过表面处理，制成复合材料层间剪切强度偏低。3）尚未形成经济规模，价格太贵，成本组成不合理。4）品种单一、规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口。 2.4.3碳纤维的制造方法：基本步骤：1）纤维化，聚合物熔化或溶解后制成纤维；2）稳定（氧化或热固化），200~450o C空气中进行；3）碳化，1000~2000o C惰性气体保护，含碳量85~99%；4）石墨化，2500o C以上氩气保护，含碳量99%以上 2.4.4原丝的制备：a.聚合 加入共聚单体的目的：①使原丝予氧化时既能加速大分子的环化，又能缓和纤维化学反应的激烈程度，使反应易于控制；②并可大大提高预氧化及碳化的速度；③有利于预氧化过程的牵伸。共聚单体的种类：在众多的共聚单体中，不饱和羧酸类：如甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸、顺丁烯二酸、甲基反丁烯酸等占有重要位置。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料 摘要：聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。本文简单的介绍了聚合物基复合材料，描述了其作为一种新材料的性能特点，并详细描述了其发展历史及应用。 关键词：聚合物、复合材料、应用、历史 1、聚合物基复合材料 复合材料是指：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。 (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。（2）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。（3）分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着界面。分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。 聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。 而聚合物基复合材料一般都具有以下特性： 1. 比强度、比模量大。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标，比强度越高，同一零件的自重越小；比模量越高，零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的
复合材料试题B卷及答案
2014学年度第 一 学期课程考试 《复合材料》本科 试卷(B 卷) 注意事项:1、 本试卷共 六 大题,满分100分,考试时间90分钟,闭卷; 2、 考前请将密封线内各项信息填写清楚; 3、 所有答案必须写在试卷上,做在草稿纸上无效; 4.考试结束,试卷、草稿纸一并交回。 一、 选择 题分,(30每题2分) 【得分: 】 1、复合材料中的“碳钢”就是( ) A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。 B 、玻璃纤维增强塑料。 C 、碳纤维增强塑料。 D 、氧化铝纤维增强塑料。 2、材料的比模量与比强度越高( ) A 、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C 、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D 、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3、在体积含量相同情况下,纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料( ) A 、前者成本低 B 、前者的拉伸强度好 C 、前者原料来源广泛 D 、前者加工更容易 4、Kevlar 纤维( ) A 、由干喷湿纺法制成。 B 、轴向强度较径向强度低。 C 、强度性能可保持到1000℃以上。 D 、由化学沉积方法制成。 5、碳纤维( ) A 、由化学沉积方法制成。 B 、轴向强度较径向强度低。 C 、强度性能可保持到3000℃以上。 D 、由先纺丝后碳化工艺制成。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在:( ) A 、120℃以下 B 、180℃以下 C 、250℃以下 D 、250℃以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响,原因之一就是( ) A 、环氧树脂吸湿变脆。 B 、水起增塑剂作用,降低树脂玻璃化温度。
聚合物基复合材料制备方法
摘自课本《聚合物基复合材料》,针对的是聚合物基纳米复合材料的制备方法。 1、溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。所谓的溶胶-凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液，均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。溶胶-凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合，因其水解和缩合条件温和，因此在制备上显得特别方便。根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分为以下几类： （1）直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中，在酸、碱或中性盐的催化作用下，让前驱化合物水解，形成半互穿网络。（2）嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用在聚合物侧基或主链末端引入能与无机组分形成共价键的基团，就可赋予其具有可与无机组分进行共价交联的优点，可明显增加产品的弹性模量和极限强度。在良好溶解的情况下，极性聚合物也可与无机物形成较强的物理作用，如氢键。 （3）有机-无机互穿网络在溶胶-凝胶体系中加入交联单体，使交联聚合和前驱物的水解与缩合同步进行，就可形成有机-无机同步互穿网络。用此方法，聚合物具有交联结构，可减少凝胶的收缩，具有较大的均匀性和较小的微区尺寸，一些完全不溶的聚合物可以原位生成均匀地嵌入到无机网络中。 溶胶-凝胶法的特点是可在温和条件下进行，可使两相分散均匀，通过控制前驱物的水解-缩合来调节溶胶-凝胶化过程，从而在反应早期就能控制材料的表面与界面性能，产生结构极其精细的第二相。存在的问题是在凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，从而会影响材料的力学和机械性能。另外，该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的，因而这种方法受到一定限制。 2、层间插入法 层间插入法是利用层状无机物(如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能，使之作为无机主体，将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基有机-无机纳米复合材料。层状无机物是一维方向上的纳米材料，其粒子不易团聚且易分散，其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范
聚合物基复合材料复习3
1.聚合物基复合材料（PMC）的组成 (1) 基体 热固性基体(thermosetting matrix)： i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好 ii) 交联固化后成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆 iii) 制备过程伴有复杂化学反应 热塑性基体(thermoplastic matrix)： i) 熔体粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差 ii) 线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好 iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象 (2) 增强体 主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等 由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较差，增强体多经过表面处理与表面改性，以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用，使其组成复杂化。 2.复合材料的结构(structure of composites) ①无规分散（弥散）增强结构（含颗粒、晶须、 短纤维）(randomly oriented) ②连续长纤维单向增强结构（单向板）(aligned) ③层合(板)结构(二维织布或连续纤维铺层，每层 不同) ④三维编织体增强结构 ⑤夹层结构(sandwich structure) ⑥混杂结构(hybrid structure) 3.复合材料的界面 1)界面现象：①表面吸附作用与浸润 ②扩散与粘结（含界面互穿网络结构） ③界面上分子间相互作用力（范氏力和化学键合力） 2). 复合材料的界面形成过程 PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同，它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点，使复合材料界面形成过程十分复杂，理论上可分为三个阶段。（1）第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。 i) 界面设计与控制的重要手段 ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分 iii) 为第二阶段作准备 （2）第二阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程 i) 接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种 特殊的浸润过程 ii) 界面形成与发展的关键阶段 （3）第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应 i) 界面的固定（亚稳态、非平衡态） ii) 界面的稳定（稳态、平衡态）
聚合物基复合材料复习
1.聚合物基复合材料的组成 (1) 基体 热固性基体： i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好 ii) 交联固化后成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆 iii) 制备过程伴有复杂化学反应 热塑性基体： i) 熔体粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差 ii) 线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好 iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象 (2) 增强体 主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等 由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较差，增强体多经过表面处理与表面改性，以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用，使其组成复杂化。 3.复合材料的界面 1)界面现象：①表面吸附作用与浸润 ②扩散与粘结（含界面互穿网络结构） ③界面上分子间相互作用力（范氏力和化学键合力） 2). 复合材料的界面形成过程 PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同，它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点，使复合材料界面形成过程十分复杂，理论上可分为三个阶段。（1）第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。 i) 界面设计与控制的重要手段 ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分 iii) 为第二阶段作准备 （2）第二阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程 i) 接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种 特殊的浸润过程 ii) 界面形成与发展的关键阶段 （3）第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应 i) 界面的固定（亚稳态、非平衡态） ii) 界面的稳定（稳态、平衡态） 在复合材料界面形成过程中涉及： i) 界面间的相互置换：如，润湿过程是一个固-液界面置换固-气表面的过程 ii) 界面间的相互转化：如，固化过程是固-液界面向固-固界面转化的过程后处理过程：固-固界面自身完善与平衡的过程 3）复合材料界面结构与性能特点 i) 非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样。界面区至少包括： 基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分 ii ) 具有一定厚度的界面相（层），其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化，具有“梯度”材料的性能特征
复合材料聚合物基体考试整理
济南大学复合材料聚合物基体考试整理 复材1108班 第一章（12分） 不饱和聚酯树脂：是指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体(例如苯乙烯)中的溶液。不饱和聚酯：是由不饱和二元酸或酸酐、饱和二元酸或酸酐，二元醇经缩聚反应合成的相对分子质量不高的聚合物。 不饱和聚酯树脂的合成方法：熔融缩聚法、溶剂共沸脱水法、减压法、加压法。不饱和聚酯树脂的合成过程包括：线型不饱和聚酯的合成、用苯乙烯稀释聚酯。不饱和聚酯树脂固化的三个阶段：凝胶、定型、熟化。 最常用的交联单体：是苯乙烯。 酸值：中和一定量的不饱和聚酯树脂所消耗的氢氧化钾的毫克数。 固化：粘流态树脂体系发生交联反应而转变成为不溶、不熔的具有体型网络结构的固态树脂的全过程。 引发剂：是能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为游离基并进行连锁聚合反应的物质。 有机过氧化物的通式为：R-O-O-H或R-O-O-R。其中的R基团可以是：烷基、芳基、酰基、碳酸酯基。 有机过氧化物的特性是用：活性氧含量、临界温度、半衰期来表征的。 通用型不饱和聚酯树脂具有下列技术指标：粘度、酸值、凝胶时间、固体含量。工业上生产不饱和聚酯树脂的方法有：一步法、二步法。 增粘剂：能使不饱和聚酯树脂粘度增加的物质。 阻聚剂：使单体与不饱和聚酯不能发生聚合反应的物质。 不饱和聚酯树脂的固化是一种游离基型共聚反应，具有链引发、链增长 链终止三个游离基型聚合反应的特点。 影响树脂增粘过程的因素：树脂的起始粘度、不饱和聚酯的结构、增粘剂的种类与用量、体系的水分含量、填料的种类。 常用的交联剂分为：单官能团单体、双官能团单体、多官能团单体。 酸酐中的反式双键比顺式双键活泼。 第二章（6分） 环氧树脂：指分子中含有两个或两个以上环氧基团的那一类有机高分子化合物。环氧树脂分5类：缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、线型脂肪族类、脂环族类。 环氧值：是指每100g树脂中所含环氧基的克当量数。 环氧当量：含有1克当量环氧基的环氧树脂的克数。 半衰期：在给定温度下，有机过氧化物分解一半所需要的时间。 常用的脂肪族胺类固化剂有：二乙烯三胺（H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2）、三乙烯四胺（H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2）、四乙烯五胺（H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2）。 用于环氧树脂的固化剂有两类：反应性固化剂、催化性固化剂。 E-44表示主要组成物质为：二酚基丙烷，环氧平均值为0.44。 稀释剂：用来降低环氧树脂的粘度。主要有两种：活性稀释剂、非活性稀释剂。增韧剂：能够改善环氧树脂固化物的抗冲击强度、耐热冲击性能。主要分为：活性增韧剂、非活性增韧剂。 第三章（4分）
聚合物基复合材料
纤维增强的聚合物基复合材料 一、复合材料 1、定义 复合材料是一种多相的复合体系，由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料。 2、分类 根据组成复合材料的不同物质在复合材料中的形态，可将它们分为基体材料和分散材料。复合材料按分散材料形式不同可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、晶须增强复合材料等；按基体材料不同可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。 二、纤维增强聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体，添加增强纤维制得的一种复合材料。 它有许多优异的性能：（1）质轻高强。若按比强
度计算（强度与密度的比值），玻璃纤维增强的聚合物基复合材料不仅大大超过碳钢，而且可超过某些特殊合金钢。特别是有机纤维、碳纤维复合材料有更低的密度和更高的强度。（2）耐疲劳性能好。聚合物复合材料中的纤维与基体的界面能阻止裂纹的发展，金属的疲劳强度是其拉伸强度的30~50%，碳纤维/不饱和聚酯复合材料是70~80%。（3）耐热性强。虽然聚合物基复合材料的耐热性不及金属基和陶瓷基复合材料，但随着高性能树脂和高性能增强材料的发展，它的耐热性也达到很优异的效果。甲基二苯乙炔基硅烷树脂为基体的复合材料在500℃下仍能保持较好的力学性能。（4）介电性能好。通过选择树脂基体和增强纤维可制备低介电损耗角正切（小于0.005）的复合材料.如，热固性丁苯树脂基、聚酰亚胺树脂基复合材料。 1、聚合物基体 目前可供选择的树脂主要有两类：一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等，另一类为热塑性树脂，如尼龙、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺等。 聚合物的选择应考虑：A、基体材料能在结构使用温度范围内正常使用；B、基体材料具有一定的力学
聚合物基复合材料的界面研究进展
大学研究生课程论文 题目聚合物基复合材料的界面研究进展成绩 专业材料工程 课程名称、代码1512011080405 年级 姓名学号 时间年月 任课教师
聚合物基复合材料的界面研究进展 【摘要】界面的好坏是直接影响复合材料性能的关键因素之一。当复合材料受到外力作用时，除增强材料和基体受力外，界面亦起着极其重要的作用。本文主要综述无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、原位复合材料的界面特性及其改性方法，并简要介绍了各种复合材料的增强机理，界面相容性。 【关键词】聚合物；复合材料；综述；增强 1 前言 界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相(界面相)组成，它们各自都有其独特的结构、性能与作用，增强相主要起承载作用，基体相主要起连接增强相和传载作用，界面是增强相和基体相连接的桥梁，同时是应力的传递者[1]。目前对增强相和基体相的研究已取得了许多成果，但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入，其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难，描述的理论尚不完整，尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能[2]，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能，因此随着复合材料科学和应用的发展，复合材料界面及其力学行为将越来越受到重视。 复合材料的强度、刚性及韧性是代表其物理机械性能的重要指标，对复合材料进行界面改性使两相界面具有合适的粘附力，形成一个相互作用匹配且能顺利传递应力的中间模量层，以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域[3]。 2 无机刚性粒子增强聚合物基复合材料及其界面 无机刚性粒子增强聚合物是近年来研究的热点，它克服了以往用弹性体、热塑性树脂增韧聚合物时在韧性提高的同时刚性下降的缺点。常用的无机刚性粒子[4]有CaCO3、SiC、BaSO4、滑石、硅石灰、蒙脱土以及煤灰等。欧玉春[5]等提出刚性粒子增强增韧聚合物的界面结构模型，即在均匀分散的刚性粒子周围嵌入具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面相，以便在材料经受破坏时能引发银纹，终止裂缝的扩展。在一定形态结构下它还可引发基体剪切屈服，从而消耗大量冲击能，又能较好地传递所承受的外应力，达到既增强又增韧的目的。 在PP/CaCO3复合体系中用酯酸类偶联剂在刚性粒子表面引入柔性或弹性界面层，降低
聚合物基复合材料考试答案
1聚合物基复合材料的定义、特征、结构模式。 聚合物基复合材料：是以有机聚合物为基体，以颗粒、纤维等为增 强材料组成的复合材料 特征：1比强度和比模量高，比强度（抗拉强度与密度之比）和比模 量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且刚性大。2 良好的抗 疲劳性能疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复合材料能有效地 阻止疲劳裂纹的扩展。3、减振性能好在工作过程中振动问题十分突出，复合材料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收作用。且 自振动频率高，不易产生共振4、高温性能好复合材料在高温下强度 和模量基本不变5、各项异性和可设计性。6、成型加工性好复合材 料可成型任意型面的零件7、其它优点与其它类材料相比，聚合物基 复合材料耐化学腐蚀、导电、导热率低等特点。 缺点：1耐湿热性差2.材料性能分散性差3.价格过高 复合材料的结构①无规分散（弥散）增强结构（含颗粒、晶须、短 纤维）②连续长纤单向增强结构（单向板）③层合(板)结构(二维 织布或连续纤维铺层，每层不同)④三维编织体增强结构⑤夹层结 构（蜂窝夹层等）⑥混杂结构 2、复合材料的界面效应有哪些？怎么影响材料的性能。 界面在复合材料中所起到的效应： 1、传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用。 2、阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、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 4、散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生 散射和吸收。 5、诱导效应：一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常 是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由 此产生一些现象 3.试说明玻璃纤维、碳纤维与芳纶纤维表面处理方法的相同点和不 同点。 相同点是都需要在高温下处理，改善纤维的微结构，使纤维与界面 和基体更加匹配。包括化学键理论，润湿理论，表面形态理论，可
复合材料试题B卷及答案精编版
复合材料试题B卷及答 案 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
2014学年度第 一 学期课程考试 《复合材料》本科 试卷（B 卷） 注意事项：1. 本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。 一、选择题(30 分，每题2分) 【得 分： 】 1.复合材料中的“碳钢”是（ ） A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。 B 、玻璃纤维增强塑料。 C 、碳纤维增强塑料。 D 、氧化铝纤维增强塑料。 2.材料的比模量和比强度越高（ ） A 、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C 、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D 、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ） A 、前者成本低 B 、前者的拉伸强度好 C 、前者原料来源广泛 D 、前者加工更容易
4、Kevlar纤维（） A、由干喷湿纺法制成。 B、轴向强度较径向强度低。 C、强度性能可保持到1000℃以上。 D、由化学沉积方法制成。 5、碳纤维（） A、由化学沉积方法制成。 B、轴向强度较径向强度低。 C、强度性能可保持到3000℃以上。 D、由先纺丝后碳化工艺制成。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（） A、120℃以下 B、180℃以下 C、250℃以下 D、250℃以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（） A、环氧树脂吸湿变脆。 B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。 C、环氧树脂发生交联反应。 D、环氧树脂发生水解反应。 8、玻璃纤维（） A、由SiO 玻璃制成。 B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。 2 C、其强度比整块玻璃差。 D、价格贵、应用少。 9、生产锦纶纤维的主要原料有（） A、聚碳酸酯。 B、聚丙烯腈。 C、尼龙。 D、聚丙烯。 10、晶须（） A、其强度高于相应的本体材料。 B、长径比一般小于5。 C、直径为数十微米。 D、含有很少缺陷的长纤维。 11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（）。 A．玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料 B．玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料
复合材料试题B卷及答案
2014学年度第一学期课程考试 《复合材料》本科试卷（B卷） 注意事项：1. 本试卷共六大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。 一、选择题(30分，每题2分)【得 分：】 1.复合材料中的“碳钢”是（） A、玻璃纤维增强Al基复合材料。 B、玻璃纤维增强塑料。 C、碳纤维增强塑料。 D、氧化铝纤维增强塑料。 2.材料的比模量和比强度越高（） A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B、制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（） A、前者成本低 B、前者的拉伸强度好 C、前者原料来源广泛 D、前者加工更容易 4、Kevlar纤维（） A、由干喷湿纺法制成。 B、轴向强度较径向强度低。 C、强度性能可保持到1000℃以上。 D、由化学沉积方法制成。 5、碳纤维（） A、由化学沉积方法制成。 B、轴向强度较径向强度低。 C、强度性能可保持到3000℃以上。 D、由先纺丝后碳化工艺制成。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（） A、120℃以下 B、180℃以下 C、250℃以下 D、250℃以上
7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（） A、环氧树脂吸湿变脆。 B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。 C、环氧树脂发生交联反应。 D、环氧树脂发生水解反应。 8、玻璃纤维（） A、由SiO 玻璃制成。 B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。 2 C、其强度比整块玻璃差。 D、价格贵、应用少。 9、生产锦纶纤维的主要原料有（） A、聚碳酸酯。 B、聚丙烯腈。 C、尼龙。 D、聚丙烯。 10、晶须（） A、其强度高于相应的本体材料。 B、长径比一般小于5。 C、直径为数十微米。 D、含有很少缺陷的长纤维。 11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（）。 A．玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料 B．玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料 C．聚酰胺材料 D．聚酰胺基玻璃纤维复合材料 12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是（）。 A．碳纤维 B．氧化铝纤维 C．玻璃纤维 D．碳化硅纤维 13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（）。 A．环氧树脂 B．不饱和聚酯 C．酚醛树脂 D．尼龙14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（） A．预浸料制造 B．制件的铺层 C．固化及后处理加工 D．干燥 15、有关环氧树脂，说法正确的是（） A、含有大量的双键 B、使用引发剂固化 C、使用胺类固化剂固化 D、属于热塑性塑料 二、判断题(20分，每题2分)【得分：】 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（） 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（） 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（） 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（） 5、复合材料具有可设计性。（）
(1)纤维增强聚合物基复合材料界面残余热应力研究
纤维增强聚合物基复合材料界面残余热应力研究 赵若飞 周晓东 戴干策 (华东理工大学聚合物加工室上海200237) 摘要:本文综述了聚合物基纤维复合材料界面残余热应力的形成、测定方法和各种理论分析方法。阐述了残余应力对界面粘结强度以及复合材料断裂韧性和强度的影响,最后对界面残余应力的控制方法作了评述。 关键词:聚合物基纤维复合材料 残余热应力 界面 1 前 言 聚合物基纤维复合材料的基体和增强纤维的热 膨胀系数存在很大的差异,而复合材料有相当部分 是在升温条件下成型的,当温度降低时,由于基体和 纤维的体积收缩率不同,会产生热残余应力,热固性 树脂在固化过程中发生体积收缩也会形成残余应 力。复合材料的残余应力同时存在于基体、纤维和 界面上,基体中的应力会使基体的性质发生变 化[1、2],使基体的耐冲击性、疲劳强度、压缩强度等下 降,甚至会引起基体的破坏。纤维中主要存在轴向 压缩残余应力,可能引起纤维发生曲折[3]。界面相 的残余应力有径向压缩或拉伸应力、环向拉伸应力 和界面剪切应力[4、5],这些应力都会对界面的粘结强 度和纤维的脱粘产生重要的影响[6～8]。 界面相残余应力的存在显然严重影响复合材料 的宏观性能,因此,人们一直希望能定量测定它,但 是界面层的厚度很小,属于微结构(纳米结构),而且界面存在材料的内部,所以难以直接测量残余应力[9]。纤维和基体中的残余应力则可采用各种实验方法来测定,例如光弹性法[2、10]、Ramman光谱法[11]、纤维总应变法[12]、碳纤维电阻率法[13]、单丝拔除法[14]等,可以通过测定邻近界面的基体或纤维中的残余应力来得到界面残余应力。另一方面,三十年来发展了有限元分析等各种理论分析方法研究复合材料残余应力[15～21],使人们对界面残余应力有了深入的认识。 近年来热塑性树脂基复合材料得到发展和广泛应用,人们对聚合物基复合材料的界面残余应力的研究越来越重视,这是因为与热固性树脂基复合材料相比,这种热塑性树脂在加工冷却过程中多伴有结晶的形成,与纤维的体积收缩比具有更大的差异[1、22] ,可能形成较大的界面残余应力。 2 残余应力的形成 聚合物基纤维复合材料有不少是在高于环境温度(150～300℃)的条件下加工,当体系温度降低时,会由于树脂和纤维的体积收缩不匹配而造成残余应力,表1列举了几种纤维和树脂的热膨胀系数和温度变化时的体积收缩率。由表1可见玻璃纤维是各向同性的,而碳纤维和凯芙拉纤维的横向和纵向热膨胀系数差别很大,当升温时沿纤维纵向收缩,横向膨胀。环氧树脂在固化过程中,伴随着化学反应体积发生收缩,产生残余应力,体积收缩率随树脂类型的不同在1%-6%范围内,固化完成后,环氧树脂随温度的降低继续发生一定的体积收缩,热膨胀系数在较窄的温度范围内(50～150℃)可看作常数(40～80ppm/℃)[24]。热塑性树脂在温度达到固化温度时(T c或者T g),体积收缩开始产生热应力,在达到固化温度以前,热塑性树脂仍然是熔体,虽然也有很大的体积收缩但却不产生残余应力,非晶型热塑性树脂的体积收缩率与环氧树脂相差不大,而结晶型的体积收缩率则相当高。 FRP/CM 2000.No.4
聚合物基复合材料的界面研究进展
深圳大学研究生课程论文 题目聚合物基复合材料的界面研究进展成绩 专业材料工程 课程名称、代码1512011080405 年级 姓名学号 时间年月 任课教师
聚合物基复合材料的界面研究进展 【摘要】界面的好坏是直接影响复合材料性能的关键因素之一。当复合材料受到外力作用时，除增强材料和基体受力外，界面亦起着极其重要的作用。本文主要综述无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、原位复合材料的界面特性及其改性方法，并简要介绍了各种复合材料的增强机理，界面相容性。 【关键词】聚合物；复合材料；综述；增强 1 前言 界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相(界面相)组成，它们各自都有其独特的结构、性能与作用，增强相主要起承载作用，基体相主要起连接增强相和传载作用，界面是增强相和基体相连接的桥梁，同时是应力的传递者[1]。目前对增强相和基体相的研究已取得了许多成果，但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入，其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难，描述的理论尚不完整，尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能[2]，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能，因此随着复合材料科学和应用的发展，复合材料界面及其力学行为将越来越受到重视。 复合材料的强度、刚性及韧性是代表其物理机械性能的重要指标，对复合材料进行界面改性使两相界面具有合适的粘附力，形成一个相互作用匹配且能顺利传递应力的中间模量层，以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域[3]。 2 无机刚性粒子增强聚合物基复合材料及其界面 无机刚性粒子增强聚合物是近年来研究的热点，它克服了以往用弹性体、热塑性树脂增韧聚合物时在韧性提高的同时刚性下降的缺点。常用的无机刚性粒子[4]有CaCO3、SiC、BaSO4、滑石、硅石灰、蒙脱土以及煤灰等。欧玉春[5]等提出刚性粒子增强增韧聚合物的界面结构模型，即在均匀分散的刚性粒子周围嵌入具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面相，以便在材料经受破坏时能引发银纹，终止裂缝的扩展。在一定形态结构下它还可引发基体剪切屈服，从而消耗大量冲击能，又能较好地传递所承受的外应力，达到既增强又增韧的目的。 在PP/CaCO3复合体系中用酯酸类偶联剂在刚性粒子表面引入柔性或弹性界面层，降低了添加刚性粒子所引起的材料韧性下降的程度；同时由于界面层的引入，使三相复合体系在较低的橡胶含量下具有较高的模量和冲击强度。欧玉春[6]等报道了PP/三元乙丙橡胶(EPDM)/
复合材料聚合物基体与纤维考试整理
复合材料聚合物基体与纤维考试整理 绪论（标注（次要）二字表示老师未提及可删） 题型：选择、名词解释、简答、问答、图表（上课分析过的） 热塑性树脂：具有线型或支链型大分子结构的树脂 热固性树脂：最终具有体型大分子结构的树脂 高分子定义：由重复结构单元通过聚合反应而获得的，以共价键形式连接的，分子量1万以上的同系物或者是化合物。 复合材料：由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分经过一定的成型加工工艺而得到的一种多相固体材料。 树脂的定义：没有添加加工助剂没有成型的高分子化合物。 树脂与高分子区别、联系：树脂是高分子，但高分子不一定是树脂 第一章不饱和聚酯树脂(UPR) 一、聚酯是主链上含有酯键的高分子化合物总称，一般由二元羧酸和二元醇经缩聚反应而成。 定义：不饱和聚酯树脂是指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体(例如苯乙烯)中的溶液 合成原理：不饱和聚酯是由不饱和二元羧酸(或酸酐)、饱和二元羧酸(或酸酐)与多元醇缩聚而成。 注意：生产时：聚合反应；固化时：连锁聚合，自由基加成 原料：1、不饱和二元酸作用：提供双键2、饱和二元酸的作用：a、增加与交联单体的相容性b、降低UP的结晶性能c、改善UPR的特定性能3、多元醇作用（常见为12丙二醇）：以降低结晶倾向，改善与苯乙烯的相容性，提高固化物的耐水性及电性能。 四、不饱和酸与饱和酸的比例 1、一般情况下，顺酐和苯酐等摩尔比投料， 2、若顺酐/苯酐的摩尔比增加UPR凝胶时间、折光率和粘度下降，而固化树脂的耐热性提高，以及一般的耐溶剂、耐腐蚀性能也提高， 3、若顺酐/苯酐的摩尔比降低UPR 固化不良，力学强度↓。合成特殊性能要求的聚酯，可以适当增加顺酐/苯酐的比例 五、不饱和聚酯的相对分子质量对固化树脂性能的影响 在合成UP时二元醇约过量5%～10% (摩尔)，其分子量在1000～3000左右，UP的分子量对UPR的性能有影响。 不饱和聚酯的缩聚度n=7～8（酸值30～25，分子量为2000～2500左右）时，固化树脂具有较好的物理性能。 1－热 1－抗弯模量；2－抗弯强度；3－抗拉强度