复合材料聚合物基体B卷

（07B卷）

一、填空题（每小题2分，共50分）

1、双酚A型环氧树脂分子结构通式是__________。

2、氢氧化钠在环氧树脂合成过程中既是___环氧基与酚羟基加成_______的催化剂，又是__氯醇在闭环过程中托HCL________的催化剂。

3、三大热固性树脂中___酚醛树脂_______是工业化较早，产量较多的一类，主要应用于玻璃纤维复合材料。

4、不饱和聚酯树脂的合成过程包括_线型不饱和聚酯的合成_和_苯乙烯稀释聚酯_两部分。

5、不饱和聚酯树脂的固化可分为____凝胶__，___定型____和____熟化______三个阶段。

6、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_，__连增长__和____链终止______三个游离基型聚合反应特点。

7、写出用于不饱和聚酯树脂的引发剂过氧化二苯甲酰的分子式：__________。

8、我们把一些能促使有机过氧化物在室温下就能分解而产生游离基的物质称为___有机过氧化物促进剂_______。

9、写出环氧氯丙烷与苯胺的加成反应式__________。

10、合成高相对分子质量的固态环氧树脂（E-10、E-06等）都采用____二步______法。

11、从合成环氧树脂的加料顺序来看，一般合成低相对分子质量树脂均采用___碱_______后加法，而合成高相对分子质量树脂均采用___环氧氯丙烷_______后加法。

12、酚醛多环氧树脂是由____线性酚醛树脂______和____环氧氯丙烷______缩聚而成，合成方法也可分为一步法和二步法。

13、缩水甘油胺类环氧树脂的特点是多官能度，环氧当量高，交联密度大，耐热性显著提高，主要缺点是有一定____脆性______。

14、环氧树脂的固化剂可分为两类：一类是___催化性的固化剂_______，如叔胺、三氟化硼络合物等；另一类称为___反应性固化剂_______，如多元伯胺，多元羧酸，多元硫醇等。

15、环氧值为0.51的618号环氧树脂，用苯酐作固化剂的用量为___64_______。

16、分别写出DMP-10，DMP-30的分子结构式__________，__________。

17、环氧树脂的增韧剂有两种，即___非活性_______增韧剂，____活性______增韧剂。

18、一般苯酚表现为___三____官能度的单体，甲醛表现为___二___官能度的单体。

19、合成一阶酚醛树脂的原料甲醛和苯酚的摩尔比一般控制在____1.1~1.5:1______，合成二阶酚醛树脂的原料甲醛和苯酚的摩尔比一般控制在___0.8~0.86:1_______。

20、写出在酸性条件下，苯酚和甲醛的缩聚反应__________。

21、合成高邻位的线型酚醛树脂其PH值一般控制在__ph=4~7________。

22、热塑性酚醛树脂模压料广泛采用的固化剂是__六次甲基四胺___，其分子结构式为___。

23、酚醛树脂改性的途径主要有一___封锁酚羟基_______，二___引进其他组分______。

24、呋喃树脂的主要原料是__糠醛_其来源于农副产品，如棉籽壳、__稻壳_玉米芯____等。

25、由一般有机硅树脂制成的玻璃钢主要缺点是___粘结性差，强度低______。

二、选择题(每小题2.5分，共20分)。

1、环氧当量为170的环氧树脂，其环氧值是___B_______。A 、0.44 B、0.59 C、0.51

2、高邻位热塑性酚醛树脂的最大优点是固化速度约比一般的热塑性酚醛树脂快__________ 倍 A 、5 B、 2-3 C、10

3、热塑性酚醛树脂外观为___C_ A、白色固体 B、棕色液体 C、松香状固体

4、热固性酚醛树脂可通过加热固化，其固化温度一般控制在____B______左右 A、175℃B、90℃ C、160℃

5、工业上制取不饱和聚酯树脂常用的不饱和酸是_A。A、顺酐 B、对苯二甲酸 C、乙酸

6、间位取代基的酚类会___A____邻对位的取代活性。 A、增加B、降低C、不影响

7、工业上通用不饱和聚酯树脂中苯乙烯的质量含量在__________之间，即苯乙烯/双键的摩尔比在1.6-2.4之间。 A、10-20% B 、30-40% C、33-60%

8、酚醛树脂产品具有很多优良的性能，尤其具有突出的___D______性能，故在宇航工业方面有非常重要的用途。 A、绝缘性 B 、高强度 C、耐高温烧蚀

三、名词解释(每小题3分，共15分)。

1、固化

2、有机过氧化物的临界温度

3、E-51环氧树脂

4、完全固化体系

5、呋喃树脂

四、简答题（每小题5分，共15分）。

1、环氧树脂固化剂中，脂肪族多元伯胺固化剂的优点和最大的缺点是什么?并写出三个常见的品种。

2、说说环氧树脂的用途和分子结构特点，并简述它具有的一些性能和特性。

3、试写出热固性酚醛树脂的两步合成反应。第一步是甲醛和苯酚发生的加成反应;第二步是羟甲酚的缩聚反应。

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

金属基复合材料基体材料

金属基复合材料基体材料姓名：xx 班级：xx 学号：xx 学院：xx

金属基复合材料基体材料金属基复合材料是上世纪60年代发展起来的一门相对较新的材料科学，是复合材料的一个分支。随着航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，这些都有力地促进了先进复合材料的迅速发展。电子、汽车等民用工业的迅速发展又为金属基复合材料的应用提供了广泛的前景。特别是近年来，由于复合材料成本的降低，制备工艺逐步完善，在21世纪金属基复合材料将会得到大规模的生产和应用。本文主要介绍金属基复合材料的基体材料。一、金属机体的作用：固结增强体，与增强体一道构成复合材料整体，保护纤维使之不受环境侵蚀；传递和承受载荷，在颗粒增强金属基复合材料中基体是主要承载相，在纤维增强金属基复合材料中，基体对力学性能的贡献也远大于在聚合物基体和陶瓷基体在复合材料中的贡献；赋予复合材料一定形状，保证复合材料具有一定的可加工性;复合材料的强度、刚度、耐高温、耐介质、导电、导热等性能均与基体的相应性质密切相关。二、金属基体占得比重：基体在复合材料中占有很大的体积百分数。在连续纤维增强金属基复合材料中基体约占50%一70％的体积，一般占60%左右最佳。颗粒增强金属基复合材料中根据不同的性能要求，基体含量可在90%一25％范围内变化，多数额粒增强金属基复合材料的基体约占80%一90％。而晶须、短纤维增强金属基复合材料基体含量在70％以上，一般在80一90％。三、金属基体的优势：金属是最古老、最通用的工程材料之一，它们有许多成熟的成型、加工、连接方法可供金属基复合材料借鉴。在使用寿命、性能测试等方面有丰富的技术资料；对金属基体自身的性能积累有丰富的数据，对它们在使用中的优缺点拥有丰富的经验。弹性模量和耐热性高；强度高，还可以通过各种工程途径来进行强化；塑性、韧性好，是强而韧（strong and tough)的材料; 电、磁、光、热、弹等性能好，有应用于多功能复合材料的发展潜力。四、金属基体的种类金属与合金的品种繁多，目前用作金属基体材料的主要有铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅、钛铝金属间化合物等。五、金属基体选取的原则基体材料成分的正确选择，对能否充分组合和发挥基体金属和增强物的性能特点，获得预期的优异综合性能满足使用要求十分重要。所以，在选择基体金属时应考虑以下几方面：

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-基体材料

HPU-CMSE
第3章基体材料
材料科学与工程学院高分子专业
https://www.360docs.net/doc/f111081289.html,

第三章 PMC基体材料
本章教学目的：
?熟悉基体材料的基本性能 ?了解基体材料的工艺性 ?掌握不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂性能、用途、合成及固化过程 ?了解高性能树脂性能和用途
本章重点难点：
不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂性能、用途、合成及固化过程
2

3.1 概述
力学-纵向拉伸
复合材料：复材料基体+增强体 +其他添加剂
性能成型工艺
聚合物基体是合物基体 FRP的一个必需组分。在复合材料成型过的个必组分在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体，因而整体性能整体性能直接影响复合材料性能。
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
1. 聚合物基体基体材料主要成分决定复合材料的性能成型工艺及价格基体材料主要成分，决定复合材料的性能、成型工艺及价格。要求：具有较高的力学性能、介电性能、耐热性能和耐老化性能，并且要施工简单，有良好的工艺性能。聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
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3.1 概述
3.1.1 基体材料组分及作用
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、
聚醚醚酮等，它们是等它们是一类线形或有支链的固态高分子类线形或有支链的固态高分子，可可
溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。按聚集态结构不同，这类固态高分子有非晶(或无定形)和结晶两类，而后者的结晶也是不完全的，通常的结晶度在20-85％范围。％范围
热塑性聚合物的形态特征
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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

聚合物复合材料课后总结

聚合物复合材料课后总结什么是复合材料？这个概念很难说清。由于缺乏严格的定义以及近年来人们用词的随意，模糊了复合材料的概念。关于复合材料有许多种定义。一种定义为：“a mixture of two or more materials that are distinct in composition and form, each being present in significant quantities (e.g., >5%)” (两种或多种不同组成、不同存在形式材料的混合物，各以显著的量存在)。另一定义为：“the union of two or more diverse materials to attain synergistic or superior qualities to those exhibited by individual members”（两种或多种不同材料的结合体，可获得协同的或优于个别材料的质量）。美国ASM的工程材料手册中的定义为：“a combination of two or more materials differing in form or composition on a macroscale. The constituents retain their identities…and can be physically identified.”（两种或多种不同组成、不同存在形式在宏观水平上的结合体。各组分保持各自的特征，并可用物理方法鉴别）。这里“宏观”、“各自特征”是两个关键。不符合这两个关键词的混合物将不被视为复合材料。例如固溶体，是两种材料在原子水平上的混合物，不能算作复合材料。但“宏观”是个什么概念？毫米级还是微米级还是纳米级？橡胶与塑料的混合一般不认为复合材料，原因有二。第一因为橡胶分散相的尺寸在微米级以下，不能视为宏观存在；第二因为橡胶与塑料同属高分子材料，不能视为不同材料的混合。但近年来又出现了“纳米复合材料”，其中有一种是纳米尺寸的无机粒子在塑料中的混合物。纳米尺寸能够称得上“宏观”吗？人们近年来还提出“分子复合材料”，即同系列聚合物棒状分子与线团状分子的混合物。既是分子水平的混合，又是同一种材料，也称为复合材料。但在本书的学习中，我们不必理会复合材料的确切定义，只将讨论的内容限定在ASM规定的材料范围之内。人类从很早的时期起就认识到将两种或多种材料混合使用的益处。13世纪的蒙古包就是将动物筋、木头和丝用粘合剂粘在一起制成的。在更早的时期，人们就懂得将稻草混入泥巴来盖房子，这一技术直到今日还在我国农村使用。古埃及人已懂得制造轻便坚固的三合板，中世纪的欧洲人用合层的金属片制造盾牌。大自然也创造了不少天然复合材料：如木材、竹子、骨头等。第二次世界大战期间，诞生了玻璃纤维与聚酯树脂的复合材料。这标志着先进复合材料时代的到来。最早的复合材料被用于制造飞机的门的档板，还用于制造导弹外壳。人们从这种高比强度（强度/密度）、高比刚度（模量/密度）的材料中看到了巨大的前途，开始有意识地开发复合材料，希望能够替代铝和钛等金属。从五十年代起，开始致力于纤维的研制，并开发出高性能的S型玻璃纤维。1963年，硼纤维问世，以后又相继开发出碳纤维、二氧化铍纤维、石墨纤维、芳香尼龙纤维、氧化铝纤维等。纤维可以加入到聚合物基体，也可以加入到金属基体或陶瓷基体，开创出一代高性能的复合材料。为有别于传统的与天然的复合材料，我们称此类材料为先进复合材料。复合材料可以金属、陶瓷、聚合物中任一种材料为基体，可以三种材料中的任一种为增强材料，如图4-1所示。一种复合材料的分类法就是以基体分类，将复合材料分为三大类：金属基复合材料（MMC），陶瓷基复合材料（CMC）和聚合物基复合材料（PMC）。碳材料比较特殊，所以可以单列一类，称为碳基复合材料。本章中我们着重介绍聚合物基复合材料，简单介绍碳基复合材料，陶瓷基和金属基复合材料将放到陶瓷和金属的专章中介绍。

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

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

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

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

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

聚合物基体论文

苯并噁嗪树脂的研究进展摘要：针对苯并噁嗪树脂的特性，综述了近年来苯并噁嗪树脂的单体合成、树脂改性、固化机理及催化研究、工业应用。关键词：苯并噁嗪树脂，苯并噁嗪，应用，合成，性能，改性，固化研究 1.引言苯并噁嗪单体是以酚类化合物、胺类化合物和甲醛为原料合成的苯并六元杂环化合物。聚苯并噁嗪树脂作为一种新型酚醛树脂，不仅具有优异的耐热性和阻燃性，而且克服了传统酚醛树脂在成形固化过程中释放小分子的缺点以及在分子设计中有更大的灵活性。此外，聚苯并噁嗪树脂还具有良好的机械及电气性能，并且吸水率极低。因此，苯并噁嗪树脂可用于航空航天、电子电器、汽车工业等领域，具有广阔的应用前景和研究价值。然而，苯并噁嗪树脂具有显著的缺点，如热固化温度高，固化诱导期及固化时间长，交联密度低，并且表现出明显的脆性，导致苯并噁嗪树脂在工业应用中的受限。围绕这些问题，研究人员分别从单体合成、树脂改性、固化机理及催化研究、工业应用等方面进行深入研究，取得了一定的成果。 2. 苯并噁嗪单体合成研究 2.1合成方法比较对苯并噁嗪的合成表明：随反应条件不同，产物在成环率等方面存在很大差别，成环率的大小对苯并噁嗪树脂的各项性能起到决定性的影响。自20世纪40年代末以来，Ishida等就对酚类、醛类和胺类化合物的合成进行了研究，合成了一系列的苯并噁嗪预聚物。其中Ishida[1~4]等用得较多的就是溶液法，将酚类、醛类和胺类反应物溶解于适宜的溶剂中进行合成，聚合过程完成后再蒸发溶剂，干燥，制得产物。采用的溶剂主要有二噁烷、甲苯、乙醇等。各种文献报道的加料顺序和反应条件各有不同，但成环率均较高。值得关注的是用二噁烷作溶剂，用聚甲醛代替通常使用的甲醛溶液，合成的含苯并噁嗪基的硅偶

复合材料聚合物基体-济南大学材料学院

《复合材料聚合物基体》课程介绍一、课程简介《复合材料聚合物基体》是复合材料与工程专业的专业必修课，是一门承上启下的关键课程。本课程的教学目的是培养学生掌握复合材料聚合物基体材料的组成-结构-性能的关系、相关的合成固化原理与方法，为学生进一步学习复合材料与工程专业的后续课程以及从事复合材料领域的生产和科研奠定坚实的基础。在掌握本课程所涉及的有机化学、高分子化学、高分子物理等理论的基础上，学习科学思维方法和研究问题的方法，达到开阔思路、激发探索和创新精神、增强理论分析能力与实践能力的目的。课程的主要教学内容分为六章，根据各章内容可归纳为六大部分，即：1、不饱和聚酯树脂；2、环氧树脂；3、酚醛树脂；4、其他类型热固性树脂；5、热塑性树脂；6、高性能树脂。通过本课的教学，要求熟悉各种复合材料聚合物基体的结构特点与配方；掌握三大热固性树脂（不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂）和通用热塑性树脂的合成原理及合成方法；对各种聚合物基体在复合材料生产过程中的一些共性和规律有较全面和系统的理解与认识，并具有初步应用的能力。二、教学内容改革与教学条件完善《复合材料聚合物基体》课程涉及热固性树脂、热塑性树脂以及高性能树脂，涵盖了所有的树脂基体，覆盖面广。另外，随着新材料领域的发展，新品种、新类型的基体材料层出不穷，教学内容亟待更新。针对这两个特点，课程组进行了教学内容的优化和改革。例如，对于一些陈旧的目前生产实际中已经淘汰的知识略讲甚至不讲；对于一些行业发展新动向，适时的增加新的内容，如在第五章热塑性树脂中，利用科研课题成果，增加有关木塑复合材料的知识。通过教学内容的优化与改革，扩大了课程的信息量，有利于突出重点和强调难点。本课程的教学手段均采用多媒体教学法，在授课过程中根据各章节的特点，通过实例、图片、录像等元素的适当引入，因材施教。如：第一章，采用实例“196#不饱和聚酯树脂的配方设计”，帮助学生理解不饱和聚酯的配方设计原则；第五章，增加实物图片，使抽象的概念形象化。另外，通过项目实验或观看生产录像，让学生了解如何进行科研，如何解决实际问题，为学生将来的工作和学习奠定基础。

(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

第二章聚合物基复合材料的基体

第二章聚合物基复合材料的基体 1．聚合物基体的作用复合材料＝基体+增强剂（填充剂）复合材料的原材料包括基体材料和增强材料聚合物基体是FRP的一个必需组分。在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体，因而整体性能直接影响复合材料性能。基体的作用主要包括以下四个部分 ①将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均衡； ②基体决定复合材料的一些性能。耐热性、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等； ③基体决定复合材料成型工艺方法以及工艺参数选择等。 ④基体保护纤维免受各种损伤。此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向拉伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。 2．聚合物基体材料的分类用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等，它们在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化剂发生化学反应固化后，形成不溶不熔的三维网状高分子，这类基体通常是无定形的。聚合物基体按树脂特性及用途分为：一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。按成型工艺分为：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂等。不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及被称为三大通用型热固性树脂。它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。 3．聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应遵循下列原则：（１）能够满足产品的使用需要；如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高FRP力学性能。 (2)对纤维具有良好的浸润性和粘接力； (3)容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮存期、固化收缩小等。 (4)低毒性、低刺激性。 (5)价格合理。传统的聚合物基体是热固性的，其最大的优点是具有良好的工艺性。由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于在常温常压下浸渍纤维，并在

聚合物基复合材料的界面研究进展

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