电子工艺材料第4章高分子复合材料
高分子材料和复合材料ppt课件
复合材料玻璃钢
玻璃钢冷却塔 玻璃钢游艇 玻璃钢产品在化工 石油 建筑 体育 国防 航空航天工业包括神 州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用
三 橡胶
主要成分是聚异戊二 烯
天然橡胶 通 丁苯橡胶
橡
用 橡
顺丁橡胶
胶
胶 氯丁橡胶
合成橡胶 特 种 橡 胶
聚硫橡胶 硅橡胶
1;3丁二烯的加聚反应 nCH2=CH-CH=CH2催→化剂[ CH2-CH=CH-CH2 ]n
天然橡胶主要成 分的结构：
聚异戊二烯
想一想
根据天然橡胶
的
Байду номын сангаас
的结构特点;说说它的性质可能有哪些不足
聚合反应而成
黏胶纤维
醋酸纤维 涤纶 锦纶 睛纶 丙纶 维纶 氯纶
各种合成纤维制品
科学探究
灼烧情况
纯棉 布
容易燃烧;有烧纸的气味;灰烬用手一触即破碎
羊毛
接近火焰时先卷缩 有烧毛发的焦糊味 灰烬为黑色 膨胀易碎的颗粒
尼龙 布
接近火焰时迅速卷缩;燃烧缓慢;有特殊气味;趁热可以拉成丝; 灰烬为灰褐色玻璃球状;不易破碎
聚氯乙稀PVC
聚乙烯PE
聚丙烯PP
生产生活中的塑料
聚苯乙烯PS 脲醛塑料电玉
聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 聚四氟乙烯PTFE
二 纤维
棉花 麻主要成分是纤维素
天然纤维
羊毛 蚕丝主要成分是蛋白质
纤
利用自然界里不能
维
人造纤维 纺织的纤维经过化 学处理和机械加工
导电高分子复合材料综述
导电高分子复合材料综述导电高分子复合材料是一种结合了导电填料和高分子基体的非金属导电材料。
由于其优异的导电性能和高分子材料的良好工艺性能，导电高分子复合材料在电子、电器、电磁波屏蔽、静电防护等领域得到了广泛应用。
本文将从导电填料、高分子基体、制备方法和应用领域等方面综述导电高分子复合材料的研究进展。
导电填料是导电高分子复合材料中的关键组成部分。
目前常用的导电填料包括金属填料、碳黑、导电纤维和导电聚合物等。
金属填料具有良好的导电性能，但其加工性差，易生锈。
碳黑填料性能稳定，但存在聚集现象，导致流变性能下降。
导电纤维可以提供较高的导电性能，但通常与高分子基体的相容性较差。
导电聚合物由于能够形成连续的导电网络，并且可以与高分子基体较好地相容，因此成为近年来发展的研究热点。
高分子基体对导电高分子复合材料的力学性能、导电性能和工艺性能等起着重要影响。
常用的高分子基体包括聚合物树脂、热塑性弹性体和热塑性聚合物等。
聚合物树脂由于具有良好的力学性能和化学稳定性，因此广泛应用于导电高分子复合材料。
热塑性弹性体由于可以在一定温度范围内恢复弹性，因此在导电弹性体材料中得到了广泛应用。
热塑性聚合物由于具有良好的工艺性能，在导电高分子复合材料中也得到了较好的应用效果。
制备方法是影响导电高分子复合材料性能的关键因素之一、常用的制备方法包括溶液共混法、熔融共混法、反应挤出法和电沉积法等。
溶液共混法通过将导电填料和高分子基体溶解在适当的溶剂中，然后通过挥发溶剂的方式获得导电高分子复合材料。
熔融共混法是将导电填料和高分子基体在高温下混炼，然后通过冷却固化得到复合材料。
反应挤出法是通过聚合反应实现导电高分子复合材料的制备。
电沉积法是将金属填料等导电材料沉积在高分子基体上来制备导电高分子复合材料。
导电高分子复合材料在电子、电器、电磁波屏蔽、静电防护等领域具有广阔的应用前景。
在电子和电器领域，导电高分子复合材料可以用于生产导电薄膜、导线、印刷电路板等；在电磁波屏蔽领域，导电高分子复合材料可以用于制备导电涂层和导电材料；在静电防护领域，导电高分子复合材料可以用于制备静电消除器和防静电材料。
高分子纳米复合材料课件.ppt
最重要的是界面组元。界面组元具有以下两个特点：首先是原
子密度相对较低，其次是邻近原子配位数有变化。因为界面在
纳米结构材料中所占的比例较高，以至于对材料性能产生较大
影响。
高分子纳米复合材料课件
五、纳米复合材料（nanocomposites）
1、纳米复合材料的分类
复合材料的复合方式可以分为四大类：
①、0-0型复合
利用宏观量子隧道效应，可以解释纳米镍粒子在低温下继续 保持超顺磁性的现象。这种纳米颗粒的宏观量子隧道效应和量子 尺寸效应，将会是未来微电子器件发展的基础，它们确定了微电 子器件进一步微型化的极限。
高分子纳米复合材料课件
三、纳米材料的制备方法
可分为物理法和化学法两大类。 1、物理方法 ①、真空冷凝法
例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属 此列。
高分子纳米复合材料课件
4、宏观量子隧道效应 微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效
应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生性能变化，称为宏观量子隧道效应。
第一节 高分子纳米复合材料概述
一、纳米材料与纳米技术
1、纳米材料 是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构
成的复合材料。 ①、纳米结构
以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造 的一种新结构体系，称为纳高分米子纳结米构复合体材料系课件。
②、纳米材料 纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。 从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：
衡合金固态分解、溶胶-凝胶法、气相沉积法、快速凝固法、晶晶 化法、深度塑性变形法等。
复合材料的基本概念和类型
复合材料的基本概念和类型复合材料是指由两种或两种以上材料组成的一种新型材料，是材料科学中的一个重要领域。
而复合材料的广泛应用也为科技工业带来了诸多机遇。
本文将就复合材料的基本概念和类型作出一番探讨。
一、基本概念复合材料是指两种或两种以上的材料经过物理或化学方法制备而成的一种材料。
它的构成成分必须具备两个及以上的相分离的组分，且其中一种组分是连续的。
而另一种组分则可以以各种形式分散在其中。
从复合材料的特性来看，其必须具备如下四个特点：1.具有两种及以上的材料2.材料之间有着明显的边界3.各种材料在复合材料中的存在，各自发挥着自己最优秀的性能4.具有优秀的综合性能在实际应用中，复合材料已成为一种重要的工程材料，它可以在一定程度上替代单体材料。
其最大的优势在于它兼具各种材料的优点，避免了各种单体材料在使用过程中的短处。
二、类型1. 针织复合材料针织复合材料是指在织造的过程中通过一些特殊的方法把两种或多种不同的材料缠绕在一起的材料。
针织复合材料可以使得材料具有某些特定的力学性能，如硬度，柔软度，弹性等等。
而虽然针织复合材料制作过程较为复杂，但由于所用材料广泛，且成本低廉，因此它是一种相对常用的复合材料。
2. 粘合复合材料粘合复合材料是指在生产之前，材料被进行标准化的涂层或其他处理方法，以使材料能够在制造工艺中互相连接。
该种复合材料强度高，可耐大变形，与大多数其他传统材料相比具有显著的优点。
不过，该种复合材料的缺点在于，它的制造成本相对较高。
3. 高分子复合材料高分子复合材料是指以高分子材料为基础，通过物理或化学方法在其中添加一些其他材料，形成的一种新型材料。
高分子复合材料具有可调节的强度、硬度和绝缘性能等特点，所以在制造各种塑料、工程塑料和弹性体等方面应用十分广泛。
而且，该种复合材料的制造成本相对较低，也使得它成为了重要的材料之一。
4. 金属复合材料金属复合材料是指由两种或两种以上的金属组成的一种新型材料。
复合材料-第四章复合材料界面
（1）物理因素
例1 粉末冶金制备的W丝/Ni，钨在镍中有很大的固溶度，在1100℃左右使用50小时后，钨丝发生溶解，造成钨丝直径仅为原来的60%，大大影响钨丝的增强作用，如不采取措施，将产生严重后果。为此，可采用钨丝涂覆阻挡层或在镍基合金中添加少量合金元素，如钛和铝，可以起到一定的防止钨丝溶入镍基合金的作用。
如何防止碳在镍中先溶解后析出的问题，就成为获得性能稳定的Cf / Ni的关键。
例2 碳纤维增强镍基复合材料。在800℃高温下，在界面碳先溶入镍，而后又析出，析出的碳是石墨结构，密度增大而在界面留下空隙，给镍提供了渗入碳纤维扩散聚集的位置。而且随温度的提高镍渗入量增加，在碳纤维表层产生镍环，严重损伤了碳纤维，使其强度严重下降。
4.2.1 聚合物基复合材料的界面
1.界面的形成 聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段： ①基体与增强纤维的接触与浸润过程； 增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。 ②聚合物的固化阶段。聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。
1
2
复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域，这一区域由五个亚层组成。
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归为以下几种效应。……P61
复合材料界面设计的原则(总的原则)
界面粘结强度要保证所受的力由基体通过界面传递给增强物，但界面粘结强度过高或过弱都会降低复合材料的强度。
高分子复合材料的制备及其应用现状
高分子复合材料的制备及其应用现状高分子复合材料，一种由两种或以上的不同材料通过化学或物理方法结合制成的新材料，具有很高的物理性能和化学稳定性，被广泛应用于汽车、航空航天、电子等多个领域。
一、高分子复合材料的制备方法高分子复合材料的制备方法种类繁多，包括熔融法、浸渍法、光聚合法等，下面介绍其中几种常见的制备方法。
1.熔融法熔融法是将两种或以上的熔融状态的物质混合，在高温下进行熔融、混合、均质，然后冷却成型。
这种方法适用于生产塑料制品和高分子复合材料。
其优点是过程简单，易于控制；缺点是可能会有某些成分损失。
2.浸渍法浸渍法是将填充物与高分子材料互先浸渍，然后干燥、压制、加热等一系列工艺制成复合材料。
这种方法适用于生产玻璃纤维增强材料、碳纤维增强材料等。
其优点是制备工艺简单，成型周期短；缺点是可能会带来一些浪费。
3.光聚合法光聚合法是将高分子预聚物、交联剂和光引发剂等在光聚合反应中生成高分子复合材料。
这种方法适用于生产北极虾壳骨质骨组织增生传导复合材料、干扰素等。
其优点是制备过程简单，灵活性高，适应性强；缺点是对光源的要求较高，而且光源需带有一定的紫外光。
二、高分子复合材料的应用现状高分子复合材料已经广泛应用于汽车、航空航天、电子、建筑等多个领域，下面简单介绍几个应用领域。
1.汽车领域高分子复合材料主要应用于汽车轻量化，降低车身重量，提高燃油经济性和环保性能。
在汽车零部件中，高分子复合材料因其结构精密、大小可调、抗震抗压性能强，而被广泛应用于车身和内部功能模块。
2.航空航天领域高分子复合材料被广泛应用于航空航天领域的制造和维护，其中最突出的应用是在飞机和航天器的结构件中。
高分子复合材料还可以用来制造无损探测传感器，电池和供电系统等。
3.建筑领域高分子复合材料应用于建筑领域，主要是作为建筑材料的增量。
通过使用高分子复合材料，可以降低建筑物的重量，提高其抗地震性能和节能性能。
4.电子领域高分子复合材料在电子领域的应用主要是用于制造高分子介电材料，例如电容器、电缆、太阳能电池器件、半导体器件等等。
第4章复合材料的界面
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第四页，编辑于星期六：二十一点 三十四分。
界面通常包含以下几个部分：
化学因素：与界面化学作用有关
连续界面反应；纤维侧、基体侧
交换式界面反应；元素交换（基体中至少两种元素）
暂稳态界面反应；氧化层，不稳定
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第二十五页，编辑于星期六：二十一点 三十四 分。
3、残余应力
物理相容性，主要是热膨胀系数匹配
此外，金属基体要有足够的韧性和强度。
有关金属基复合材料的界面控制研究主要有以下两方面：
如：表面的几何形状、分布状况、纹理结构； 表面吸附气体和蒸气程度；表面吸水情况，杂质存在；
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第八页，编辑于星期六：二十一点 三十四分。
由于界面区相对于整体材料所占比重甚微，欲单独对某一性能 进行度量有很大困难。
因此常借于整体材料的力学性能来表征界面性能，如层间剪切
强度(ILSS)就是研究界面粘结的良好办法； 再配合断裂形貌分析等即可对界面的其他性能进行研究。
(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、耐热性等。
(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，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性7和耐
高分子陶瓷复合材料简介
(二)晶态高聚物形变与温度的关系
高度结晶的高聚物，具有明确的熔点Tm,温度达到Tm之后， 材料转变为流体，进入粘流态，此时， Tm也就是粘流温度。
形变
若相对分子质量太大，非晶区 的粘流温度Tf高于晶区的熔点 Tm则晶区熔融后将出现高弹 态，直至温度升高Tf到才进入 粘流态。
1
2
温度 Tg Tm Tf
单轴取向
双轴取向 26
非晶态：分子取向 大尺寸（整链）；小尺寸（链段） 大尺寸取向 小尺寸取向 27
晶态：聚集态结构变化 机理：晶面滑移为主 片晶折 叠链→伸直链 （微丝结构）
第三节、温度对高聚物结构性能的影响
(一)线型无定形高聚物形变与温度的关系 Tg玻璃化温度 Tf粘流化温度 •塑料的高聚物 Tg要高； Tf 不要 太高， Tg—Tf 范 围不要太大。 •橡胶的高聚物Tg要低； Tf 较高, Tg—Tf 范围要求宽。 28
2
（二）高分子化合物的分类及命名
按材料的性能 和用途分类 按聚合物分子 结构分类
塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、功能高分子等。 碳链聚合物：大分子主链全部由碳原子组成。如，聚乙 烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。 杂链聚合物：大分子主链上除碳原子外，还有氧、硫、 氮等元素。如，聚酯、聚醚、聚酰胺、聚胺酯 元素有机聚合物：大分子主链上没有碳原子，由硅、硼、 铝、氧、氮、硫等元素组成，但侧基由有机基团组成。 如，有机硅橡胶、有机硅树脂。
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复合材料性能比较: (1)强度和模量
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
复合材料性能比较:(1)强度和模量
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
(2)化学稳定稳定性
金属材料不耐酸、Cl-腐蚀 金属材料不耐硫化腐蚀 塑料具有良好的耐腐蚀性能 陶瓷具有良好的耐硫腐蚀性能
料称为复合构料”。（偏重结构）
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
材料的优缺点组合示意图
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
复合材料的特点
(1)复合材料是由两种或两种以上不同性 能的材料组元通过宏观或微观复合形成的 一种新型材料，组元之间存在着明显的界 面（相界面）。
(2)复合材料中各组元不但保持各自的固 有特性而且可最大限度发挥各种材料组元 的特性，并赋予单一材料组元所不具备的 优良持殊性能。
按增强相的形状分 零维（颗粒） 一维（纤维） 二维（片状或平面织物） 三维（立体织物）
按用途分 结构复合材料 功能复合材料 智能复合材料
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
复合材料性能特点
比强度和比模量高 比强度＝强度/密度 比模量＝模量/密度
化学稳定性好 减摩、耐摩和自润滑性能好 耐热性高 高韧性和高抗热冲击性、导电和导热性 其它特殊性能：优良的电器绝缘材料
第一节 复合材料的定义和分类
什么是复合材料：
国际标准化组织曾在塑料名词术语的定义
中，把复合材料定义为：“由两种以上物理和
化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相
体系”。（偏重性能）
有人认为：“由连续相的基体(如聚合物—
树脂、金属、陶瓷等)与分散相的增强材料(如
各种纤维、织物及粉末填料等)组合的多相材
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
纤维性能比较
纤维的柔韧性及断裂 都没有屈服 Kevlar49是韧性断裂， 其它为脆性断裂
比性能
CF的比模量最高
GF的比模量最低
PE的比强度和比模量配合最好
热稳定性
CF的耐高温性能最好
Kevalr49最差
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
二 晶须
晶须(wisker)是指 具有一定长径比 (—般大于10)和截 面积小于52×10－ 5cm2的单晶纤维 材料。晶须是含 缺陷很少的单晶 短纤维，其拉伸 强度接近其纯晶 体的理论强度。
（3）复合材料具有可设计性。
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
复合材料的分类
按基体分类 聚合物基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 石墨基复合材料（碳/碳复合材料） 水泥基复合材料
按增强相种类分 颗粒 晶须 纤维
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
无机非金 属基复合 材料
复合材料的分类
二、无机纤维
玻璃纤维：有碱(>12%),中碱(6-12%), 低碱(26%)，无碱(<2%) 特点：耐腐蚀、高温；便宜；不耐磨、易折断
碳纤维：热膨胀系数小；耐高温蠕变；自润滑、 导电性高；价格高
硼纤维：在钨丝表面沉积B 氧化铝纤维：耐热性和抗氧化性好；密度大 SiC纤维
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
玻璃纤维的成分和性能
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
碳纤维的性能
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
氧化铝纤维的性能
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
SiC纤维的性能
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
金属纤维
金属纤维 钢纤维
特点：导电性和导热性好，塑性和 抗冲击性能好。
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
Kevlar纤维的化学稳定性
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
2、聚乙烯纤维
特点：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、 自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘 等多种优异性能。但熔点较低(约135)，高温容 易蠕变
用途：缆绳、武器装甲、防弹背心、航天航空
部件
电子工艺材料第4章高分子复合材
料
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
三 颗粒
刚性颗粒增强体或陶瓷颗粒增强体。具有高强 度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石 墨等非金属颗粒，如碳化硅、氧化铝、氮化硅、 碳化硼、石墨、细金刚石等。 作用：提高耐磨、耐热、强度、模量和韧性 的作用。
延性颗粒增强体，主要为金属颗粒。 作用：增强材料的韧性。但高温力学性能会
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
(3)减摩、耐磨和自润滑性能
碳纤维可以增加石棉的摩擦系数，也 可以降低塑料的摩擦系数。还可以增强 聚合物材料耐磨性能 PVC增加3.8倍 PTFE增加3倍 PP增加2倍
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(3)耐热性能
耐热性是指材料在一定的温度上限内 能长期使用，而其力学性能保持不低于 80％的一种性能指标。 目前聚合物基复合材料的最高耐温上限 为350 ℃，金属基复合材料的耐温性较 好，350－1100℃。 SiC Al2O3/陶瓷复合材料：1200－1400℃ SiC/Si3N4复合材料：1500℃
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复合材料的用途
机械 汽车 化学化工 航空航天 建筑 日常生活
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第二节 复合材料的增强相
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
增强相的种类
纤维及织物：有机和无机纤维、金 属纤维
晶须：氧化物、氮化物和硼化物 颗粒：陶瓷和金属
有所下降。
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
第三节 增强相的表面处理
作用：改善增强材料与基体的浸渍性相与界面的结合强度
聚合物基复合材料
（1）偶联剂处理：有机硅烷，钛酸脂
（2）等离子处理：
复合材料，对纤维进行表面处理的目的主要 是改善纤维的浸润性，抑制纤维与金属基体之间界面发生 反应形成界面反应层，如利用化学气相沉积技术在硼纤维 表面沉积形成碳化硅或碳化硼涂层，可以抑制热压成型时 硼纤维与钱之间的界面反应。对氧化铝纤维表面则可沉积 镍或镍合金层。
电子工艺材料第4章高分子复合材 料
一、有机纤维
1、kevlar纤维：芳香族酰胺纤维 特点：高强度、高模量，韧性好，密度低 Kevlar49：聚对苯撑对苯二甲胺
Kevlar29：聚对苯酰胺
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电子工艺材料第4章高分子复合材 料
Kevlar纤维的物理性能
电子工艺材料第4章高分子复合材 料