高分子基复合材料
复合材料中的基体材料
复合材料中的基体材料复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料，其中一种材料称为基体材料。
基体材料在复合材料中起到支撑和固定增强材料（通常是纤维或颗粒）的作用。
基体材料的选择对复合材料的性能和应用起着至关重要的作用。
下面将介绍一些常见的基体材料及其特点。
1.金属基体材料：金属基体材料主要是指铝、镁、钛等金属材料。
金属基复合材料具有高强度、高刚度、优良的导热性、良好的耐腐蚀性和可加工性等优点。
金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶制造和建筑等领域。
2.高分子基体材料：高分子基体材料主要是指树脂类材料，如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
高分子基复合材料具有重量轻、绝缘性能好、抗腐蚀性能好等特点。
高分子基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电器等领域。
3.陶瓷基体材料：陶瓷基体材料主要是指氧化铝、氧化硅、碳化硅等无机材料。
陶瓷基复合材料具有高硬度、高耐磨性、抗高温等特点。
陶瓷基复合材料广泛应用于制造耐火材料、摩擦材料和高温结构材料等领域。
4.碳基体材料：碳基体材料主要是指碳纤维、炭黑等碳材料。
碳基复合材料具有重量轻、高强度、高刚度、耐高温、导电性能好等特点。
碳基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
5.纳米基体材料：纳米基体材料主要是指纳米颗粒、纳米管、纳米片等纳米材料。
纳米基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，如高强度、高硬度、低摩擦系数等。
纳米基复合材料在材料科学领域具有重要的应用前景。
总之，基体材料是复合材料中重要的组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的性能和应用范围。
随着科技的发展，不断有新型的基体材料涌现，为复合材料的开发和应用带来了新的可能性。
高分子材料的分类
高分子材料的分类高分子材料分类标准有：①按来源分类②按应用分类③按应用功能分类④高分子主链结构分类等等高分子材料按来源分类:高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。
高分子材料按应用分类:高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。
①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。
其分子链间次价力小，分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。
有天然橡胶和合成橡胶两种。
②纤维分为天然纤维和化学纤维。
前者指蚕丝、棉、麻、毛等。
后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得.纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物.③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。
其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。
通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。
④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。
分为天然和合成胶粘剂两种。
应用较多的是合成胶粘剂。
⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。
根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。
⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。
它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。
高分子复合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。
⑦功能高分子材料。
功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。
已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。
高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。
但是各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺,可以制成塑料,也可制成纤维，比如尼龙就是如此。
高分子复合材料在航天领域的应用研究
高分子复合材料在航天领域的应用研究导言航天工程是人类追求科技进步和探索未知的重要途径之一。
作为航天领域的重要组成部分，材料科学的发展对于提升航天工程的性能和可靠性起着至关重要的作用。
高分子复合材料以其优异的物理性能和化学特性，成为了航天领域的首选材料之一。
本文将探讨其在航天领域的应用研究以及未来的发展趋势。
第一章高分子复合材料的基本概述1.1 高分子复合材料的定义高分子复合材料是由高分子基体和增强材料（如纤维、颗粒等）组成的材料。
高分子基体是指具有高分子结构的聚合物，增强材料则是在基体中起到增强作用的材料。
高分子复合材料具有轻质、高强度、高耐热、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航天工程中。
1.2 高分子复合材料的特点高分子复合材料具有多样的物化性能，适应了航天领域对材料的多方面需求。
其独特的特点包括：- 轻质高强度：由于增强材料的加入，高分子复合材料具有优异的强度-重量比。
这使得航天器的负载能力更高，且重量更轻。
- 耐高温、耐低温性能：高分子复合材料具有较低的热膨胀系数和良好的热稳定性，能够在极端温度条件下保持其性能稳定。
- 耐腐蚀性：高分子复合材料对酸、碱、盐等腐蚀物质具有良好的抵抗能力，可以保护航天器不受外界环境的损害。
第二章高分子复合材料在航天领域的应用2.1 航天器结构件高分子复合材料在航天器的结构件中有着广泛的应用。
例如，航天器外壳、机翼、蒙皮等结构件可以采用高分子复合材料制造，以提高航天器的强度和耐热性能。
同时，高分子复合材料的轻质特性可以降低航天器总体重量，提高整体性能。
2.2 航天器隔热材料由于在航天过程中面临极端的温度条件，航天器的隔热材料对于保护其内部设备的正常运作至关重要。
高分子复合材料具有良好的隔热性能，因此被广泛应用于航天器的隔热材料中。
例如，碳纤维复合材料能够有效降低热量传导，保护航天器免受高温的影响。
2.3 航天器绝缘材料在航天器中，电子设备的正常运行需要有良好的电气绝缘材料。
高分子复合材料的研究和应用
高分子复合材料的研究和应用随着科技的不断进步，高分子复合材料在各个领域中应用越来越广泛。
高分子复合材料是由高分子基质和多种纤维增强材料、无机材料等加工制成的材料。
这种材料的优点是具有潜在的机械性能、耐腐蚀性能、热稳定性能、振动耐受性能等，因此在汽车、飞机、船舶、纺织、建筑、医疗、电子、环境保护、水净化等领域得到广泛应用。
本文将简要介绍高分子复合材料的种类、特点以及应用。
高分子复合材料种类高分子复合材料包括热固性塑料增强材料、热塑性塑料增强材料、橡胶增强材料、粘结增强材料、纤维增强材料等。
其中，纤维增强材料是最常见和应用最广泛的。
常见的纤维增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶等。
碳纤维的强度和模量比钢铁更高，因此在航空航天和赛车等领域中得到广泛应用。
采用碳纤维增强材料制造的飞机和赛车，能减轻重量，提高速度和性能。
玻璃纤维的使用范围更广泛。
它是一种低成本的增强材料，具有优异的生物相容性和化学稳定性。
采用玻璃纤维制成的船舶、管道和储罐等能够耐受海水、化学物质等环境的腐蚀和侵蚀。
芳纶是一种聚酰亚胺纤维，具有高强度和高温稳定性能。
采用芳纶增强材料制成的防弹衣、防火服、高温设备等能够保护人员和设备的安全。
高分子复合材料特点高分子复合材料的特点主要体现在以下几个方面：1.轻质：高分子复合材料具有较低的密度，比金属轻。
2.高强度：由于增强材料的加入，高分子复合材料的强度比单一高分子材料高数倍。
3.耐腐蚀性：高分子复合材料在酸碱、盐水等环境下有较强的耐腐蚀性。
4.耐磨性：高分子复合材料具有良好的耐磨性，适用于易磨损的物品。
5.耐高低温性：高分子复合材料在高温和低温环境下也能保持高强度和稳定性。
高分子复合材料应用高分子复合材料在各个领域中广泛应用。
以汽车工业为例，高分子复合材料可以用于车身和车架的制造，比常规钢铁结构减轻60%的重量，减少了燃料消耗和废气排放，同时提高了车身的刚性和安全性。
在医疗领域，高分子复合材料可以用于制造人工器官、骨骼修复材料等，这些材料具有生物相容性，可以更好的适应人体环境。
新型复合材料的种类有哪些
新型复合材料的种类有哪些复合材料是由两种或以上不同性质的材料组合而成，形成了新的材料。
在新材料领域，复合材料具有许多独特的特性，如轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损、导电、导热、隔热、阻燃等。
因此，复合材料在许多领域中得到了广泛应用，如航空、汽车、建筑、体育用品、医疗设备等。
下面是常见的新型复合材料种类及其特点。
一、纳米复合材料纳米复合材料是由纳米颗粒和基质材料组成的。
纳米颗粒的尺寸在1-100纳米之间，因其具有高比表面积和量子效应等独特的性质，可以在材料基质中形成新的界面和相互作用。
这些特性使得纳米复合材料具有优异的力学性能、导电性能、热稳定性和化学稳定性等。
例如，纳米碳管复合材料在导电性和力学性能方面具有优异的表现，可用于电子器件和结构材料。
二、高分子基复合材料高分子基复合材料是以高分子材料为基体，添加其他材料而形成的材料。
这种复合材料具有高分子材料的特性，如可塑性、韧性、耐化学性、耐热性等，并且由于添加了其他材料，具有更高的强度、硬度、导电性、导热性等性能。
例如，碳纤维增强聚合物复合材料在航空、航天等领域中得到了广泛应用。
三、金属基复合材料金属基复合材料是由金属基体和其他材料组成的。
这种复合材料通常具有优异的力学性能和导热性能，但也容易发生热膨胀不匹配和腐蚀等问题。
为解决这些问题，近年来出现了许多新型金属基复合材料，如纳米晶金属复合材料、金属基纤维复合材料、金属基碳纤维复合材料等。
四、陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体，添加其他材料而形成的材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性等特性，因此在航空航天、能源、化工、医疗等领域中得到了广泛应用。
例如，碳化硅纤维增强陶瓷复合材料可以用于高温部件和高速机械设备。
五、纤维增强复合材料纤维增强复合材料是由纤维和基质组成的。
纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，基质可以是聚合物、金属、陶瓷等。
纤维增强复合材料具有高强度、高刚度、轻质等特性，因此广泛应用于汽车、航空、体育器材等领域。
高分子及复合材料
高分子及复合材料
一、高分子材料基本概念
有机高分子物质包括天然和人工合成两大类 高分子化合物是指分子量很大的化合物。高分子物质与低分 子物质之间并没有严格的界限，一般把分子量低于500的化 合物称为低分子化合物，而分子量高于5000的化合物称为高 分子化合物。
二、 高分子材料的性能
1、重量轻 2.高弹性 滞弹性
械强度低，刚性差，易老化。
2.橡胶：橡胶具有良好的物理、力学性能和耐腐蚀性能，可 作为金属设备的衬里或复合衬里中的防渗层。橡胶和盐酸生 成固有的保护膜，许多年来橡胶衬里的钢管、容器已成为盐 酸输送、贮运的“标准”设备。
四、复合材料
1．复合材料的性能特点
(1)比强度和比刚度高 (2)抗疲劳性能好 (3)减振能力强 (4)高温性能好 (5)断裂安全性高
高分子及复合材料
2．分类
(1)玻璃纤维复合材料 (2)碳纤维复合材料 (3)硼纤维复合材料 (4)金属纤维复合材料
高分子及复合材料
环保设 备
1)蠕变 2)应力松弛 3)滞后与内耗
4．塑性与受迫弹性
5．强度与断裂
高分子及复合材料
高分子及复合材料
二、 高分子材料的性能（续）
6．韧性 7．减摩、耐磨性 8．绝缘性 9．耐热性 10．耐蚀性 11．老化
高分子及复合材料
三、常见高分子非金属材料种类
1.常用塑料：大多数塑料具有良好的化学稳定性，在酸、碱、 盐等化学介质中相当稳定，有些塑料的耐腐蚀性甚至优于金 属材料。塑料易于加工成型，具有良好的耐腐性和自润滑性， 具有优良的电绝缘性。但塑料耐热性低，热膨胀系数大，机
高分子复合材料的研究与应用
高分子复合材料的研究与应用1. 前言高分子复合材料是一种重要的新型材料，由多种功能材料复合而成，不仅具有优异的力学性能，而且还具有优越的化学、热学、电学和光学性能，被广泛应用于航空、汽车、建筑、电子、医疗、环保等领域。
本文主要介绍高分子复合材料的研究与应用。
2. 高分子复合材料的定义和分类高分子复合材料是多种功能材料在高分子基体中复合而成的一种材料。
根据高分子所占的比例可以将其分为高分子增强复合材料和复合高分子材料两类。
高分子增强复合材料是一类以高分子为主要载体，加入纤维增强材料或者颗粒填料，使其在强度、刚性及耐温、抗腐蚀等性能方面得到提升；复合高分子材料则是以两种不同的高分子复合而成，使其具有不同的性质及功能。
3. 高分子复合材料的性能和制备方法高分子复合材料具有优异的物理化学性能和力学性能。
其中，根据其应用领域的不同，对其性能需求也不同。
例如，航空领域对材料的轻质化、高强度、高温性能有很高的要求，而医疗领域则对其生物相容性要求较高。
制备高分子复合材料的方法包括热压法、注塑法、石墨烯增强高分子复合材料等。
其中，注塑法制备的高分子复合材料可以达到良好的成型效果和结构性能，但其生产成本较高。
热压法制备的高分子复合材料具有高度的机械性能和成型效果，但在大规模生产时可能存在一定的困难。
石墨烯增强高分子复合材料具有超强的物理化学性能，热稳定性和导电性能，被广泛应用于领域，但其生产成本也较高。
4. 高分子复合材料的应用领域高分子复合材料具有优异的性能，在很多领域都有广泛的应用。
以下将介绍一些主要应用领域：4.1 航空领域高分子复合材料具有轻量化、高强度、高刚度、优异的热稳定性、耐腐蚀性和良好的阻燃性等特点，使其成为航空领域的研究热点。
其主要应用于航空器的结构件和引擎零部件，如机身、翼面、尾翼、桨叶、轮框等，可以显著提高飞机的性能和安全性。
4.2 汽车领域高分子复合材料在汽车领域的应用也非常广泛，包括车身结构、发动机罩、内饰装饰板、燃油箱等。
高分子复合材料的制备及性能研究
高分子复合材料的制备及性能研究高分子复合材料是由高分子材料与其他物质（如纤维增强材料、填充物等）混合制备而成的一种新型材料。
其具有很强的韧性、刚性和耐磨性等性能，在各个领域都有广泛的应用。
本文将从制备方法和性能研究两方面探讨高分子复合材料的相关内容。
一、制备方法高分子复合材料的制备方法多种多样，常见的包括溶液法、热压法、挤出法和共混法等。
其中，溶液法是最常用的一种制备方法。
首先将高分子材料和其他添加剂（如纤维增强材料、填充物等）溶解在适当的溶剂中，制备成溶液。
然后将溶液倒入模具中，通过蒸发溶剂使溶液凝胶化，最后将凝胶进行热处理，得到高分子复合材料。
此外，热压法也是制备高分子复合材料常用的方法之一。
在这种方法下，高分子材料和其他添加剂在高温高压下经过热压而形成。
热压法制备的高分子复合材料具有较高的密度和较好的机械性能，适用于一些对材料密度要求较高的领域。
挤出法是一种较为简便的制备方法。
通过将高分子材料与其他添加剂在一定温度下混合熔融，然后将熔融物通过挤出机进行挤出而制备成型。
挤出法制备的高分子复合材料表面光滑，密度均匀，广泛应用于塑料制品的制备中。
共混法是将高分子材料与其他添加剂通过机械混合等方式进行制备。
与传统的填充法相比，共混法不需要对添加剂进行表面处理，简化了制备工艺，提高了生产效率。
共混法制备的高分子复合材料具有较好的加工性能和良好的力学性能。
二、性能研究高分子复合材料的性能研究是评价其优劣的关键，常见的性能指标包括力学性能、热学性能和电学性能等。
力学性能是高分子复合材料最基本的性能之一，包括强度、韧性、刚度等。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，韧性是指材料在受力下发生塑性变形并能恢复原状的能力，刚度是指材料抵抗形变的能力。
研究人员通过拉伸、压缩、弯曲等实验研究高分子复合材料的力学性能，并通过测试仪器得到相关数据进行分析。
热学性能是指材料在高温下的性能表现，包括热稳定性、热导率和膨胀系数等。
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交联
固化反应时，由于树脂黏度极大，致使固化反应不完全、 不均匀，固化树脂结构复杂、不均匀，实际强度远低于理论 值
双马树脂（BMI）——加工性能类似环氧树脂，耐热性和耐
辐射性优于EP
O
O
R’=-CH2-， -O-，
N
R'
N
-SO2等
固化活性基团 O
O
（由马来酸酐和二元胺缩聚而成） 固化活性基团
BMI树脂固化物性能：
优良的耐热性和力学性能， Tg=250-300oC， 不溶不熔、刚性大、脆性大 密度高（1.35-1.4g/cm3), 吸湿率与EP相当
OH
3
CH2OH + R'Si(OR)3
CH2OH
O
OH
R' Si OCH2
O
+ 3ROH
CH2OH
改性方法：有机硅单体先与酚醛混合，在浸渍、烘干及压制过 程中完成交联
硼改性酚醛
（1）引进柔性-B-O-键，树脂韧性改善；
（2）固化物中有含硼三维网络，制品耐烧蚀性能和耐中子性
能提高
（3）热稳定性好
（4）玻纤增强复合材料的耐高温性能和耐烧蚀性能优良
热塑性酚醛树脂的固化
常用的固化剂：六次甲基四胺、多聚甲醛、适当交联的热固 性酚醛
热塑性酚醛广泛用于制备模压料，主要采用六次甲基四 胺固化（固化速度快、固化物刚度及尺寸稳定性好，固化时 无水分子放出，制品电性能好）
3、酚醛树脂的改性
改性缘由：
（1）热固性树脂性脆；（2）酚羟基易吸水，制品的耐潮 湿性差，致使其介电性能、机械性能下降；（3） 酚羟基 易热及紫外氧化；（4）与树脂的粘结性能不高
O
OH
OH
CH2OH + CH CH OH
OH
CH2O
+ H2O
CH
O H2C
OH
CH2OCH2 CH OH
有机硅改性酚醛——利用有机硅树脂优良的耐热性和耐潮湿性 改性酚醛，以制备耐热性和耐水性酚醛
如：用Si(OR)4改性酚醛制备的 玻纤复合材料在200oC仍有良好 的热稳定性
改性目的：
提高韧性、改善与增强材料的粘结性能、提高耐潮湿性能、 耐温性能
改性思路：
封锁酚羟基；引入第三组分
聚乙烯醇缩醛改性酚醛——提高粘结力、改善韧性、降低固化
速率以降低成型压力
OH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
OH
O CH O
+ OH
CH2OH
R
CH2OH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
O
O CH O
O
OH CH2
R
OH CH2
CH2
CH2
O
O
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
O CH O
R
双酚A环氧改性酚醛——集环氧优良的粘结性和酚醛优良的耐
（共混改性）
热性于一体。用于层压、模压制品、 涂层、结构粘结剂、浇注料等。
OH + CH2 CH O
OH
CH2OH + CH2 CH
四、 酚醛树脂
• 由酚和醛缩聚而成，分线型酚醛树脂和体型酚醛树脂 • 原料易得、合成方便、应用广泛、大多应用在量大价廉的
场合。如：（1）纸质层压（模压）板、磨阻材料、绝缘 材料、砂轮粘结剂等；（2）玻纤增强塑料 • 良好的力学性能、瞬时耐高温耐烧蚀性能突出，在宇航领 域用作空间飞行器、火箭、导弹等方面 • 良好的可改性性能
1、酚醛树脂的合成
+ 酚（苯酚、甲酚、
二甲酚等）
醛（甲醛、乙醛、 酸
糠醛、丙烯醛等） 或碱
酚醛树脂
热固性酚醛 （一阶酚醛）的合成
甲醛（2官能度） 苯酚（3官能度）= 1.1-1.5
碱性条件（NaOH、Ba（OH）2、氨 水等）
苯酚与甲醛加成反应生成羟甲酚，羟甲酚之间缩聚形 成体型酚醛
热塑性酚醛 （二阶酚醛）的合成
芳香二酐和芳香二胺在强极性溶剂中缩聚形成聚酰胺 酸预聚物，再高温环化形成PI
CO N
CO
CO N
CO
不溶不熔，加工困难
n
加聚型PI——克服了缩聚型PI加工上的困难
（1）加聚型PI是指端基带有不饱和基团的低相对分子量PI， 如：双马来酰亚胺树脂（BMI树脂，双马树脂）、降冰片烯 封端酰亚胺。
（2）成型加工时通过不饱和端基进行固化，固化时无小分子 放出，利于复合材料成型加工
2、酚醛树脂的固化
热固性酚醛树脂的固化
首先，澄清碱性酚醛合成过程中的几个概念： （1）A阶酚醛：可熔、可溶 （凝胶前） （2） B阶酚醛：半溶 （凝胶化） （3）C阶酚醛：不溶、不熔的体型结构 （4）凝胶速度：由A阶转化为B阶的速度 （5）固化速度：由B阶转化为C阶的速度
热固化——加热（~175oC)、加压
结构，固化前低粘度（工艺性好）， 固化时无小分子放出
O NR
CH3
O
C
O
N
CH3
N
苯并噁嗪
O N
CH3
O
C
N
CH3
五、高性能树脂
1. 聚酰亚胺（ PI）树脂
CO N
CO N
CO
CO
n
突出的热稳定性（长期使用温度250oC）和氧化性能； 优异的耐辐射性和介电性能； 分缩聚型、加聚型、热塑性三种
缩聚型PI——不溶不熔，加工困难，需两步法加工
二苯醚改性酚醛——优良的耐热性和绝缘性，良好的耐辐
射性和耐氟利昂性能
芳烷基醚甲醛树脂
CH3 OH
Cl2 CH3
ClCH2
CH3OH
CH2Cl
CH3OCH2
CH2OCH3
OCH2 OH - CH2O
热固性树脂
CH2O H+ CH2O 热塑性树脂
优良的耐热老化性能 良好的耐酸碱性能
聚苯并噁嗪树脂——苯并噁嗪单体开环聚合生成酚醛树脂
甲醛（2官能度）
＜
苯酚（3官能度）
1
强酸性条件（PH＜3）
强酸性条件下，苯酚与甲醛缩聚生成二酚基甲烷，二 酚基甲烷间通过酚羟基的对位间连接（缩聚）形成线型酚 醛；
中等酸性条件并在锌、镉、锰、钴等特殊金属盐催化下， 酚环可通过邻位间连接形成高邻位热塑性酚醛树脂。
热塑性酚醛需加固化剂（如：六次甲基四胺）固化，才可 形成体型酚醛
（5）但湿态性能下降，可用双酚A （或部分）代替苯酚制备
酚醛树脂来改善
CH2OH
OH
3
+ H3BO3
O BO O
(CH2O)n
O BO O
CH2OH CH2OH
CH2OH
鉬改性酚醛——制备新型耐烧蚀性树脂，热分解温度460-
560oC,用以制备火箭、导弹等耐烧蚀、热防护材料
二甲苯改性酚醛——改善耐水性和耐碱性