聚合物树脂基复合材料
聚合物基复合材料知识点
聚合物基复合材料知识点概述：聚合物基复合材料是由聚合物基质和填料或增强材料（如纤维）组成的材料。
由于其独特的性能和广泛的应用领域，聚合物基复合材料成为现代工程领域中的重要材料之一。
本文将介绍聚合物基复合材料的相关知识点。
1. 聚合物基质的选择：聚合物基复合材料的性能主要取决于聚合物基质的选择。
常见的聚合物基质包括聚烯烃、聚酰胺、环氧树脂等。
不同的聚合物基质具有不同的化学性质和力学性能，因此在选择聚合物基质时需要考虑材料的具体应用需求。
2. 填料的选择：填料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的填料包括纤维、颗粒和珠状材料等。
填料的选择影响着复合材料的力学性能、耐热性和阻燃性等方面。
纤维增强材料可提供更高的强度和刚度，而颗粒和珠状填料则可改善材料的摩擦特性和耐磨性。
3. 增强材料的选择：增强材料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
不同的增强材料具有不同的强度和刚度特性，在选择增强材料时需要考虑材料的具体应用环境和要求。
4. 复合界面的设计：复合材料中的界面是指填料和基质之间的相互作用界面。
复合界面的设计可以影响材料的耐热性、粘合强度和耐化学腐蚀性等方面的性能。
在复合材料的制备过程中，通常会采用表面粗糙化、化学处理和界面改性等方法来改善复合界面的性能。
5. 制备工艺：制备工艺对于聚合物基复合材料的性能和结构有着重要影响。
常见的制备工艺包括手工层叠法、注塑成型、挤出成型、压制成型等。
不同的制备工艺决定了材料的成型精度、力学性能和表面质量等方面的特性。
6. 应用领域：聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料、电子电气等领域。
其具有轻质高强度、耐腐蚀、隔热隔音等优势，在这些领域中发挥着重要作用。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中被广泛应用于飞机结构件和卫星结构件等。
7. 未来发展趋势：随着科学技术的不断进步，聚合物基复合材料将继续得到发展和应用。
聚合物基复合材料的结构和性能
• ②层合板的力学性能
复 合
单向板有5个弹性常数：纵向弹性模量、横向弹性模量、纵 向剪切模量、纵向泊松比、横向泊松比（独立变量有四个）
材 料
单向板有5个强度参数：纵向拉伸强度、纵向压缩强度、横
工 程
向拉伸强度、横向压缩强度、纵横剪切强度
常
数
影响层合板的力学性能的因素：单向板的力学性能、铺层 角度、铺层比例及铺层的顺序（具体示例见教材196页表 12-5）
4.5 4.6
介电损耗 正切 0.004~0.0
09
0.002
0.008~0.0 1
⑥断裂性能 与纤维、基体、界面的物理性能密切相关
单向板纵向拉伸的三种破坏模式： ① 基体断裂； ② 界面脱粘； ③ 纤维断裂，
单向板横向拉伸的三种破坏模式： ① 基体破坏； ②界面脱粘； ③ 纤维破坏
⑧层合板的燃烧性能 层合板的燃烧性能与复合材料体系有关，
在强酸、强碱介质浸泡下，层合板弯曲强度下降明显
介质对层合板的影响顺序为： H2SO4<HCL<NH4OH<HNO3<NaOH<王水 层合板对盐类、苯、甲醇、乙醇、丙酮、各种燃油、润 滑剂、液压油、防水液有很好的耐腐蚀性能
冲击实验中的典型加载历程
• ③湿热综合作用 聚合物基体通过扩散方式吸收湿气，使得对纤维的支撑削 弱，从而导致复合材料的力学性能降低，同时传递剪切载 荷的能力降低
⑦ 层合板的电性能
材料
介电常数
玻璃/环氧 4.2~4.7 树脂
石英玻璃/ 环氧树脂
玻璃/双马 来酰亚胺
2.8~3.7 4.0~4.4
介电损耗 角正切 0.007~0.0
14
0.006~0.0 13
树脂基复合材料的发展史
树脂基复合材料的发展史树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。
这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。
以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。
树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。
从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。
第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。
1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。
1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。
1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。
60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。
在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。
1961年片状模塑料（Sheet Molding Compound, 简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。
1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。
拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期实现了连续化生产，在70年代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。
除圆棒状制品外，还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。
聚合物基复合材料实例
聚合物基复合材料实例一、引言聚合物基复合材料是一种具有优异性能的材料，其广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域。
本文将介绍几个聚合物基复合材料的实例，以展示其在不同领域的应用。
二、汽车领域1.碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造轻量化零部件，如车身、底盘等。
与传统的金属车身相比，这种复合材料可以降低汽车的重量，并提高其燃油效率和行驶性能。
2.热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造汽车内饰件，如仪表板、门板等。
与传统的塑料内饰相比，这种复合材料可以提高汽车内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
三、航空航天领域1.碳纤维增强环氧树脂复合材料碳纤维增强环氧树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机结构件，如机翼、尾翼等。
与传统的金属结构相比，这种复合材料可以降低飞机的重量，并提高其飞行速度和燃油效率。
2.热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机内部结构件，如座椅、壁板等。
与传统的塑料结构相比，这种复合材料可以提高飞机内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
四、建筑领域1.玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料是一种具有优异耐久性和抗紫外线性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造建筑外墙板、屋顶板等。
与传统的混凝土、砖墙相比，这种复合材料可以降低建筑物的重量，并提高其耐久性和抗紫外线能力。
2.聚氨酯/玻璃纤维布层板聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异隔音性和保温性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料聚合物基复合材料是一种由聚合物基体和强化材料组成的复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料等领域。
聚合物基复合材料的研究和应用已经成为材料科学领域的热点之一。
首先，聚合物基复合材料的基本组成是聚合物基体和强化材料。
聚合物基体通常采用树脂类材料，如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等，而强化材料则可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
这些强化材料可以有效地提高复合材料的强度和刚度，使其具有优异的力学性能。
其次，聚合物基复合材料具有许多优越的性能。
首先是轻质性能，由于聚合物基体的密度较低，加上强化材料的高强度，使得复合材料具有很高的比强度和比刚度。
其次是耐腐蚀性能，聚合物基复合材料在恶劣环境下具有良好的耐腐蚀性能，可以替代传统的金属材料。
此外，聚合物基复合材料还具有良好的设计自由度，可以根据实际需求进行定制加工，满足不同领域的应用需求。
再次，聚合物基复合材料的制备工艺多样。
常见的制备工艺包括手工层叠、注塑成型、压缩成型等，其中注塑成型是目前应用最广泛的工艺之一。
通过不同的制备工艺，可以得到不同性能的聚合物基复合材料，满足不同领域的需求。
最后，聚合物基复合材料的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，聚合物基复合材料被广泛应用于飞机机身、发动机零部件等；在汽车制造领域，聚合物基复合材料被应用于车身结构、内饰件等；在建筑材料领域，聚合物基复合材料被应用于地板、墙板、梁柱等。
可以说，聚合物基复合材料已经成为现代工程领域不可或缺的材料之一。
综上所述，聚合物基复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，具有广阔的应用前景。
随着材料科学的不断发展，相信聚合物基复合材料将会在更多领域展现其无穷魅力。
树脂基复合材料简介-2022年学习资料
©传统的聚合物基体是热固性的，-o优点：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，并在较低的温度和压力下固化成型；-©固化后具有良好的耐蚀性和抗蠕变性；-⊙缺点：预浸料需低温冷 且贮存期有限，成型周期长和-材料韧性差。-6
热塑性树脂-。1具有线形或支链结构的有机高分子化合物。特点是预-热软化或熔融而处于可塑性状态，冷却后又变坚 。-2成型利用树脂的熔化、流动，冷却、固化的物理过程-变化来实现的，过程具有可逆性，能够再次加工。-。3聚 状态为晶态和非晶态的混合，结晶度在20%-85%-b-热塑性高聚物模量与-结晶度增大-整责！-温度关系-0 -冻-Tg:玻璃化转变温度，-,GPa-10-Tf:流动温度-Tm:粘流温度-熔点-Tg温度-6
三·树脂基复合材料的制备成型工艺方法-预浸料-预混料-纤维、树脂、添加剂等原料-二步法：降低孔隙-率，提高 匀性-预成型-固化-一步法：工艺简单，-但复合材料中会存-在孔洞，均匀性差-脱模-整修-10
成型工艺主要方法-3-手糊成型-喷射成型-袋压成型-5-缠绕成型-拉挤成型-树脂传递模成型-11
四·树脂基复合材料的应用举例-20世纪60年代美国空军材料研究所将B纤维增强环氧树脂复-合材料命名为先进复 材料-先进树先进树脂基复合材料在军用飞机上的应用20多年来-走过了一条由小到大由弱到强，由少到多，由结构受 到增-加功能的道路。第三代歼击机如法国的Raflae、j-瑞典的JAs一-39,树脂基复合材料用量分别达4 %和30%，第四代歼击机-如美国的F.22和F一35，树脂基复合材料用量分别达24%和-30%以上。F一2 飞机主要应用耐热150℃以上IM7中模量碳纤-维增强韧性BMI复合材料，应用的主要部位包括前、中机身，-机 蒙皮，框，梁，壁板等，成型工艺技术主要为热压罐和-RTM成型。-12
树脂基复合材料
树脂基复合材料树脂基复合材料是一种将多种共性结合在一起的新型材料，由纤维增强树脂基体和复合材料完成。
复合材料有着良好的力学性能、较少的收缩性和减震性，具有重量轻、抗拉强度高的特点，是现代航空航天设计中非常重要的一种材料。
树脂基复合材料是由聚合物树脂和纤维材料组成的。
聚合物树脂能够在正常使用温度范围内具有很好的机械性能和耐久性，而纤维材料则使电性能、热稳定性和疲劳耐久性等性能得到明显提高。
加工过程中，纤维材料能够把聚合物树脂均匀地分散在一起，这样可以使复合材料具有更高的强度和更强的感应响应。
树脂基复合材料具有很多优势。
首先，它具有较高的强度与轻质，重量轻，耐腐蚀，耐冲击，电气绝缘，耐湿热，机械性能稳定，施工容易，可再利用，价格低，安全性高等特点，激发了工程师的创新精神，从而使得复合材料在现代航空行业中变得越来越受欢迎。
其次，复合材料还具有很好的机械性能，其附加的纤维材料提高了韧性、抗拉强度、耐水蚀等特性，可以有效地提升工程结构的强度，从而实现高效可靠的航空设计。
复合材料也有一些缺点，其中最重要的是它的价格较高。
现代航空航天设计中经常使用复合材料，但由于它的价格昂贵，往往会给航空公司造成负担，削弱它们的竞争力。
另外，由于复合材料表面细小的纤维以及其物理性质的不稳定性，树脂基复合材料的力学性能也存在一定的局限性。
尽管复合材料存在一些缺点，但其积极的作用和优点已经被广泛地认识到。
复合材料表现出良好的机械性能和耐久性，并且具有体积小、质量轻、力学性能高、价格低等特点，运用在航空航天设计中得到广泛应用，其应用将使航空航天工程的范围更加广泛。
综上所述，树脂基复合材料是一种具有很多优势的新型材料，具有良好的力学性能、较少的收缩性和减震性，并且还具有重量轻、抗拉强度高等优点，在现代航空航天设计中得到广泛应用，它的应用将为航空航天研究和设计带来更多可能性。
树脂基复合材料名词解释
树脂基复合材料名词解释树脂基复合材料是一类由树脂（resin）作为基体材料，通过与其他增强材料（如玻璃纤维、碳纤维等）混合形成的新型材料。
这种复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此在航空航天、汽车制造、建筑等领域得到广泛应用。
以下是树脂基复合材料相关的一些重要名词解释：1.树脂（Resin）：树脂是树脂基复合材料的基体材料，一般为聚合物，如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等。
树脂的选择会影响到复合材料的性能。
2.增强材料（Reinforcement）：在树脂基复合材料中，增强材料起到增加材料强度和刚度的作用。
常用的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
3.层合板（Laminate）：多层树脂基复合材料的构件，每一层由树脂和增强材料组成，通过层层叠加形成。
4.预浸料（Prepreg）：预浸料是一种在生产过程中，树脂已经浸润到增强材料中的材料。
它通常在工厂中制备好，便于现场加工。
5.固化（Curing）：树脂基复合材料在制备过程中，树脂需要固化（硬化），以形成最终的硬质结构。
这一过程通常通过加热或加入催化剂来实现。
6.热固性树脂（Thermosetting Resin）：这类树脂在加热后会发生固化，形成硬而稳定的结构。
环氧树脂就是一种常见的热固性树脂。
7.热塑性树脂（Thermoplastic Resin）：这类树脂在受热后可多次软化和固化，适用于多次成型。
聚酰亚胺树脂是一种常见的热塑性树脂。
8.复合材料的破坏模式：包括拉伸、压缩、剪切等多种破坏模式，根据应用需求选择合适的增强方向和层合结构。
树脂基复合材料的不同组合可以产生各种性能，使其成为许多工程应用中理想的材料之一。
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3.2 热固性树脂的基本性质
3.2.2 酚醛树脂
蚀性能以及广泛的改性余地。 固化：热固化或酸固化 改性途径：封锁酚羟基、引入其他组份隔离或包围酚羟基。 应用领域： ◆ 环氧改性酚醛树脂（高强度玻璃钢、涂层、模压等）；
特点：耐高温、不熔性、阻燃性、突出的瞬时高温耐烧
◆ 有机硅改性酚醛树脂（高温使用、耐烧蚀材料）；
4.2有机纤维
4.3无机纤维及晶须
Contents
5.1、聚合物(树脂)基复合材料 5.1.1 聚合物基体 5.1.2 聚合物复合材料 5.2、金属基复合材料 5.2.1 金属基体 5.2.2 金属基复合材料
5.1
聚合物基复合材料
5.1.1聚合物基体
(1)概述 (2)聚合物基体的作用及类型 (3)热固性树脂 (4)热塑性树脂
② 热塑性
包括聚酰亚胺、双马来酰亚胺、热塑性酚醛树脂、聚醚醚酮以及聚醚醚 酮等。
(3) 热固性树脂
3.1 基本概念
热固性： 在加热或固化剂、引发剂、促进剂的作用下 发生交联而变成不溶不熔的网状结构。交联反应 不可逆，只能一次成型加工。
3.2 热固性树脂的基本性质 3.2.1 环氧树脂 特点：具有优异的力学、电学、化学稳定性和 尺寸稳定性、环境耐久性；品种多、固化方便、 粘附力强、固化收缩率低.
(2)聚合物基体的作用及类型
2.1、聚合物的作用
① 固结分散的增强体以形成复合材料整体和赋予制做的形状； ② 保护增强体不受或少受环境的不利影响； ③ 在复合材料受力时向增强体传递载荷使他们发挥承力功能； ④ 决定复合材料的加工性能.
2.2、聚合物的类型
① 热固性
包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及热固性酚醛树脂等；
3.2 热固性树脂的基本性质
不饱和聚酯树脂性能：
● 物理性质：
耐 热 性 － 热变形温度、膨胀系数 力学性能 － 较高的拉伸、弯曲和压缩强度 介电性能 － 良好
● 化学性能： 耐酸耐水性较好、耐碱性和耐有机溶剂性能次之；
耐化学腐蚀性受化学结构和几何形态的影响。
3.2 热固性树脂的基本性质
● 应用（乙烯基酯树脂）： １、粘合剂 ２、耐化学腐蚀玻璃钢制品 ３、浴室管道胶衣层 ● 发展方向
第五章 结构复合材料
Review of HPF
4.1碳纤维
碳纤维的制造（聚丙烯腈先驱丝法、纤维素先驱丝法以及沥青基碳纤维） 碳纤维的性能及应用 芳纶（PPTA、PBA的制备及性能） 超高分子量聚乙烯纤维 特种玻璃纤维（制备方法、性能与应用） 硼纤维 氧化铝纤维 碳化硅纤维 晶须 （制备方法） （制备方法、性能与应用） （制备方法、性能与应用） （制备方法）
超细聚酰亚胺树脂粉--结合剂
聚双马来酰亚胺（BMI）
BMI性能
● ● ● ● ● ●
BMI树脂密度低(1.35—1.4g／cm3)； 玻璃转变温度介于EP和PI之间(250-300℃)； 成型温度比PI低，可在EP的固化温度内固化； 无挥发物，无小分子，是酸性加成反应； 需后固化(250℃)，后固化之后的性能比EP好； 耐老化性能好，制品在220℃经1000 h老化后，各项重 要性能基本保持不变； 在250℃经5000 h热老化后，强度下降50％； 耐辐射性好，经Y射线5x109tad剂量照射，力学性能 无明显变化。
1) 致力于开发低苯乙烯或无苯乙烯树脂; 2) 以汽车为中心的FRP的再循环利用; 3) 将大型的手工铺汽车成型方法改换为充气膨胀法或RTM成 型法; 4) 挖掘产品的新用途(如防水衬里材料等)。
3.3 高性能热固性树脂
特点：具有优良的物理、力学、电学、热学和耐化学腐蚀等 性能。如：使用温度范围宽、阻燃、尺寸稳定等。
3.2 热固性树脂的基本性质
分 类：缩水甘油醚、缩水甘油酯、缩水甘油胺、线性 脂肪族、环形脂肪族； 工业指标：环氧值、环氧当量、室温粘度、软化点Βιβλιοθήκη 氯含量、挥发分、适用期、贮存期等；
固化途径：★加入固化剂（反应或催化）交联；
★环氧基团之间直接交联； ★环氧基团与芳香和脂肪羟基交联。 应用领域： 电气绝缘材料、固态或热态涂料、层压复合材料。
浸渍玻璃布的层压制品和浸渍漆等； ★ 在航空航天工业中，BMI树脂层压件制成航天器的隔热层、导弹耐烧蚀壳体、 飞机雷达罩、尾舵部件、各种耐热电子元件等；
★ 在电气工业中，作为F级(155℃，复合硅有机聚酯漆)、H级(180℃，复合薄
膜、聚酰亚胺漆) 绝缘材料； ★ 在机械工业中，作为刹车片、减震器、轴承、垫圈、密封件等。
● ●
3.3 高性能热固性树脂
BMI性能
BMI分子端基含有活泼双健，它可以进行游离基自聚 或共聚反应形成均聚物或共聚物。
● ●
与PI相比，它们的性能不相上下，但BMI的合成工艺
简单，后加工容易，成本低，可以方便地制成各种复合 材料制品。但是BMI固化物较脆。
BMI树脂的应用
★ 在聚合物基复合材料制备中，BMI用作纤维增强和无机粒料填充的模塑料、
◆ 硼改性酚醛树脂（空间技术领域的耐烧蚀材料）
3.2 热固性树脂的基本性质
3.2.3 不饱和聚酯树脂(UPR,UP)
不饱和聚酯树脂特点：
（1）由不饱和聚酯与交联单体构成，具有酯键和不饱和双 键；
（2）不饱和聚酯：不饱和二元酸和饱和二元酸混合成； （3）交联单体：苯乙烯、乙烯基甲苯、二乙烯甲苯、甲基 丙烯酸甲酯和邻苯二甲酸二烯丙酯。
种类：耐高温、耐辐射以及耐热性能优良的树脂
图为热固性树脂、热塑性树脂、硫和硫加树脂三套工艺包膜控释肥产品
3.3 高性能热固性树脂
3.3.1 聚酰亚胺(PI)
特点：耐高温，对热和氧非常稳定，有突出的耐辐射和良 好的导电性能和耐腐蚀特点。 类型：缩聚型（c型PI）－－ PMR聚酰亚胺 加聚型（a型PI）－－ PMR－11、15、20聚酰亚胺
5.1.2聚合物基体复合材料
(1)复合材料的制造 (2)复合材料的结构和性能
树脂基体及其复合材料
冷却塔
玻璃钢水箱
风力发电机叶片
(1)概述
1.1 聚合物的结构特征与性能
聚合物是巨型的链状分子，骨架由碳原子共价键结 合形成； 分子链可由相同或不同的结构单元构成； 聚合反应：缩合反应、加聚（加成）反应； 结 构：线型、支链型、网状或梯型