8聚合物基复合材料制备方法解析PPT课件
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聚合物基复合材料的缺点和问题(共3张PPT)
第2页，共3页。
(3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (1)材料工艺的稳定性差 (1)材料工艺的稳定性差 (2)材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步的性能，质量不易控制
THANKS!!! (3)长期耐温与耐环境老化性能不好
(3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 (3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (1)材料工艺的稳定性差 (1)材料工艺的稳定性差 (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 聚合物基复合材料的缺点和问题 聚合物基复合材料的缺点和问题 聚合物基复合材料的缺点和问题 (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 (2)材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步的性能，质量不易控制 (3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (1)材料工艺的稳定性差
聚合物基复合材料的缺点和问题
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• (1)材料工艺的稳定性差 • (2)材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步
的性能，质量不易控制 • (3)长期耐温与耐环境老化性能不好 • (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维 Nhomakorabea强复合材料
是脆性材料，抗冲击性低 • (5)横向强度和层间剪切强度不好等 。
第3页，共3页。
(3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (1)材料工艺的稳定性差 (1)材料工艺的稳定性差 (2)材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步的性能，质量不易控制
THANKS!!! (3)长期耐温与耐环境老化性能不好
(3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 (3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (1)材料工艺的稳定性差 (1)材料工艺的稳定性差 (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 聚合物基复合材料的缺点和问题 聚合物基复合材料的缺点和问题 聚合物基复合材料的缺点和问题 (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维增强复合材料是脆性材料，抗冲击性低 (2)材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步的性能，质量不易控制 (3)长期耐温与耐环境老化性能不好 (1)材料工艺的稳定性差
聚合物基复合材料的缺点和问题
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• (1)材料工艺的稳定性差 • (2)材料性能的分散性大：材料和产品是同时完成的，许多因素会影响到每一步
的性能，质量不易控制 • (3)长期耐温与耐环境老化性能不好 • (4)抗冲击性能低：大多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小，纤维 Nhomakorabea强复合材料
是脆性材料，抗冲击性低 • (5)横向强度和层间剪切强度不好等 。
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8-聚合物基复合材料制备方法
喷射成型工艺
3. 工艺流程
喷射成型工艺
4. 工艺控制 1）树脂凝胶时间 2）树脂/玻纤=（2.5~3.5）/1（质量比） 3）胶衣树脂凝胶 第N层
（2mm）
第一层
（1mm）
辊压
第二层
（2mm）
辊压……
最后一层（先喷树脂，后铺表面毡）
4）喷射速率：2~10Kg/min 5）树脂粘度：0.3~0.8Pa.S，含胶量约60% 6）玻纤为无捻粗纱，短切长度25~50mm
手糊成型工艺
三、手糊工艺过程
1. 原材料准备 1）胶液配制
胶液工艺性：胶液粘度、凝胶时间 手糊工艺进行前，必须进行胶液凝胶时间试验。要使凝胶时 间大于或等于所配胶液施工时间，否则手糊不能顺利进行。
不饱和树脂配方（质量份） 树脂：100份；过氧化甲乙酮：2份（引发剂）； 萘酸钴苯乙烯溶液：1~4份（促进剂，加入量与环境温度有关）
加热
预浸料熔融
粘流态
固化
高弹态
玻璃态
加压作用：压实预浸料，制备结构均匀、致密复合材料 加压时机：粘流态与高弹态区间 加压太早：树脂流失过多 加压太迟：树脂已进入高弹态，树脂结构不致密
袋压成型
3. 真空封装材料铺叠顺序 专家系统：控制热压罐成型工艺过程
固化模型
流动模型：树脂流动特性 热化学模型：树脂体系吸热、放热过程 空隙模型：成型缺陷 内应力模型：收缩应力、热应力
手糊成型工艺 3. 固化（凝胶-----定型-----熟化）
固化方式
常温固化：温度＞15℃ （25~30℃）；湿度 ≤80% （15~30℃，8~24h） 加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外 线加热 （60~80℃，1~2h）
丙酮萃取法 硬度法（巴氏硬度） ＞15
《复合材料》PPT课件(2024)
优异的抗疲劳性能
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
2024/1/26
03
良好的减震性能
Hale Waihona Puke 复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
16
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
2024/1/26
25
建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建 筑结构部件，如梁、板 、柱和墙体等，具有轻 质、高强度和耐腐蚀等 优点。
2024/1/26
建筑材料
复合材料还可作为建筑 材料使用，如复合地板 、复合门窗和复合墙板 等，具有美观、环保和 耐用等特点。
装饰装修
复合材料也可用于建筑 装饰装修领域，如吊顶 、隔断和家具等，具有 多样化的外观和优良的 性能。
X射线衍射（XRD）
分析复合材料的晶体结构和相组成，确定增 强体和基体的晶体类型。
2024/1/26
透射电子显微镜（TEM）
揭示复合材料内部微观结构，如增强体的分 布、取向和缺陷等。
原子力显微镜（AFM）
研究复合材料表面纳米级形貌和力学性质。
20
宏观性能测试方法
拉伸试验
测定复合材料的拉伸强度、弹性模量 和断裂伸长率等力学性能指标。
性能变化。
疲劳试验
2024/1/26
研究复合材料在交变应力作用下的疲 劳性能，预测其疲劳寿命和疲劳强度
。
耐化学腐蚀试验
测试复合材料在不同化学介质中的耐 腐蚀性能，评估其耐酸、耐碱、耐盐 雾等能力。
加速老化试验
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
2024/1/26
03
良好的减震性能
Hale Waihona Puke 复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
16
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
2024/1/26
25
建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建 筑结构部件，如梁、板 、柱和墙体等，具有轻 质、高强度和耐腐蚀等 优点。
2024/1/26
建筑材料
复合材料还可作为建筑 材料使用，如复合地板 、复合门窗和复合墙板 等，具有美观、环保和 耐用等特点。
装饰装修
复合材料也可用于建筑 装饰装修领域，如吊顶 、隔断和家具等，具有 多样化的外观和优良的 性能。
X射线衍射（XRD）
分析复合材料的晶体结构和相组成，确定增 强体和基体的晶体类型。
2024/1/26
透射电子显微镜（TEM）
揭示复合材料内部微观结构，如增强体的分 布、取向和缺陷等。
原子力显微镜（AFM）
研究复合材料表面纳米级形貌和力学性质。
20
宏观性能测试方法
拉伸试验
测定复合材料的拉伸强度、弹性模量 和断裂伸长率等力学性能指标。
性能变化。
疲劳试验
2024/1/26
研究复合材料在交变应力作用下的疲 劳性能，预测其疲劳寿命和疲劳强度
。
耐化学腐蚀试验
测试复合材料在不同化学介质中的耐 腐蚀性能，评估其耐酸、耐碱、耐盐 雾等能力。
加速老化试验
聚合物基复合材料
表面修饰
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
聚合物基复合材料ppt完美版
1、网状结构 楔、高压绝缘子、带电操作工具等。
第二阶段是聚合物的固化。 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的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
2、层状结构，两种组分均为二维连续相 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，
含碳量99%左右的称为石墨纤维。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善
和增强。
的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力
第二阶段是聚合物的固化。
(2)在交通运输方面的应用
其他因素（表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等）。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
• 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、 陶瓷基和金属基复合材料。
• 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强
复合材料、粒子增强复合材料和层状复合 SiC颗粒
增
材料。
强 相
• 3、按复合材料的性能分类，可分为结构
三 种
类
复合材料和功能复合材料。
Al2O3片
挤出成型工艺示意图
（4）挤拉成型
将预浸纤维连续地通过模具，挤出多余的 树脂，在牵伸条件下进行固化。
（5）连续成型
把连续纤维不断地浸滞树脂并通过口模和 固化炉固化成棒、板或其他型材。
（6）袋压成型
在模具上放置预浸料后，通过软的薄膜施 加压力而固化成型。
九、界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间 化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。
第二阶段是聚合物的固化。 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的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
2、层状结构，两种组分均为二维连续相 玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，
含碳量99%左右的称为石墨纤维。
增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善
和增强。
的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力
第二阶段是聚合物的固化。
(2)在交通运输方面的应用
其他因素（表面形状与光滑程度、纤维的含量与形态、固化剂的种类和用量、着色剂、填料的种类与含量等）。
增强剂（相）与基体之间存在着明显界面。
二、复合材料的分类
• 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、 陶瓷基和金属基复合材料。
• 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强
复合材料、粒子增强复合材料和层状复合 SiC颗粒
增
材料。
强 相
• 3、按复合材料的性能分类，可分为结构
三 种
类
复合材料和功能复合材料。
Al2O3片
挤出成型工艺示意图
（4）挤拉成型
将预浸纤维连续地通过模具，挤出多余的 树脂，在牵伸条件下进行固化。
（5）连续成型
把连续纤维不断地浸滞树脂并通过口模和 固化炉固化成棒、板或其他型材。
（6）袋压成型
在模具上放置预浸料后，通过软的薄膜施 加压力而固化成型。
九、界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间 化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。
复合材料第三章聚合物基复合材料PPT课件
7
➢第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复
合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运 飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树 脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前 缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结 构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。
8
聚合物基复合材料在中国的发展
中国的复合材料起始于1958年，首先用于军工制品，而后 逐渐扩展到民用。
11
12
§3-2 聚合物基复合材料的分类及性能
一、分 类
聚合物基复合材料 （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 （如右图）。
13
二、 性能特点
1. 高比强度、高比模量 2. 可设计性 3. 热膨胀系数低，尺寸稳定 4．耐腐蚀 5．耐疲劳 6.阻尼减震性好
复合材料
2012年春季
1
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前言
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2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 聚合物基复合材料(PMC)
§3-1 聚合物基复合材料的发展史 聚合物基复合材料：树脂基复合材料（Resin Matrix
Composite ） , 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。
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。
➢第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复
合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运 飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树 脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前 缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结 构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。
8
聚合物基复合材料在中国的发展
中国的复合材料起始于1958年，首先用于军工制品，而后 逐渐扩展到民用。
11
12
§3-2 聚合物基复合材料的分类及性能
一、分 类
聚合物基复合材料 （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 （如右图）。
13
二、 性能特点
1. 高比强度、高比模量 2. 可设计性 3. 热膨胀系数低，尺寸稳定 4．耐腐蚀 5．耐疲劳 6.阻尼减震性好
复合材料
2012年春季
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2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 聚合物基复合材料(PMC)
§3-1 聚合物基复合材料的发展史 聚合物基复合材料：树脂基复合材料（Resin Matrix
Composite ） , 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。
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。
聚合物基复合材料制备方法
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。
聚合物基复合材料基体材料ppt课件
影响树脂体积收缩的因素是固化前树脂系统密度、基体 固化后的网络结构的紧密程度、固化过程有无小分子析出等。
降低树脂固化收缩率主要原理是调节树脂大分子链充分 伸直，使其固化后有紧密的空间网络。
如在未固化的聚酯树脂体系中加入甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯、聚邻苯二甲酸二稀丙酯等，这个体系在固化前，由 于溶解或加热，其大分子链能充分地伸长，从而使聚酯树脂 在固化后形成紧密的空间网络结构，使固化收缩率只有1％。
这种改善不饱和聚酯树脂收缩率的办法，在大型复合 材料制件生产中得到了应用。
17
3.2.2 耐热性能（温度升高时，其性能的变化）
物理耐热性：指树脂在一定条件下仍然能保留其 作为基体材料的强度，包括模量、强度、变形等；
化学耐热性：是树脂在发生热老化时的温度范围， 包括失重、分解、氧化等。 提高树脂耐热性的途径有： 1）增加高分子链的刚性
2
基体的黏度、使用期直接影响增强材料 的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。
因此，研究和了解基体材料的构成、作 用和性能是十分重要的。
3
3.1.1基体材料的基本组分及其作用
1）聚合物基体 聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工
艺及产品的价格都有直接影响。
作为复合材料树脂的要求
①力学性能
5、可用水和醇的混合溶剂，良
5、机械和电性能优良
操作方便
6、固化物无异味，能用于 6、可用于多种手段实现固化
6、价格低廉
食品行业
5
三大热固性树脂的特点
酚醛树脂
环氧树脂
不饱和聚酯树脂
缺 1.固化比不饱和聚酯树脂慢， 1.固化剂毒性太大，操作应 1.一般空气中氧的存在会防
到完全固化需较长时间
十分注意
降低树脂固化收缩率主要原理是调节树脂大分子链充分 伸直，使其固化后有紧密的空间网络。
如在未固化的聚酯树脂体系中加入甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯、聚邻苯二甲酸二稀丙酯等，这个体系在固化前，由 于溶解或加热，其大分子链能充分地伸长，从而使聚酯树脂 在固化后形成紧密的空间网络结构，使固化收缩率只有1％。
这种改善不饱和聚酯树脂收缩率的办法，在大型复合 材料制件生产中得到了应用。
17
3.2.2 耐热性能（温度升高时，其性能的变化）
物理耐热性：指树脂在一定条件下仍然能保留其 作为基体材料的强度，包括模量、强度、变形等；
化学耐热性：是树脂在发生热老化时的温度范围， 包括失重、分解、氧化等。 提高树脂耐热性的途径有： 1）增加高分子链的刚性
2
基体的黏度、使用期直接影响增强材料 的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。
因此，研究和了解基体材料的构成、作 用和性能是十分重要的。
3
3.1.1基体材料的基本组分及其作用
1）聚合物基体 聚合物是基体的主要组分，它对复合材料的技术性能、成型工
艺及产品的价格都有直接影响。
作为复合材料树脂的要求
①力学性能
5、可用水和醇的混合溶剂，良
5、机械和电性能优良
操作方便
6、固化物无异味，能用于 6、可用于多种手段实现固化
6、价格低廉
食品行业
5
三大热固性树脂的特点
酚醛树脂
环氧树脂
不饱和聚酯树脂
缺 1.固化比不饱和聚酯树脂慢， 1.固化剂毒性太大，操作应 1.一般空气中氧的存在会防
到完全固化需较长时间
十分注意
复合材料聚合物基体
具有多种结构和性能。
聚合物基体的分类
根据聚合物的来源和化学结构， 可分为天然聚合物和合成聚合物 两大类。常见的聚合物基体包括 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
聚合物基体的性能
聚合物基体具有良好的加工性、 韧性、耐化学腐蚀性和电绝缘性 等。同时，聚合物的性能可通过 改变其化学结构、分子量、添加
剂等进行调控。
热导率
基体材料应具备较低的热导率，以减少热量在复 合材料中的传递，提高隔热性能。
热膨胀系数
与增强纤维相匹配的热膨胀系数有助于减少温度 变化引起的内应力。
环境因素影响
耐候性
聚合物基体应具有良好的耐候性，能抵抗紫外线、氧 化、酸碱等环境因素的侵蚀。
耐化学腐蚀性
基体材料应具备优异的耐化学腐蚀性，以在腐蚀性环 境中保持性能稳定。
热固性聚合物基体
1 2 3
不可逆的固化过程
热固性聚合物基体在加热时会发生交联反应，形 成三维网络结构，一旦固化就无法再次加工。
优异的耐热性和耐化学腐蚀性
热固性聚合物基体固化后具有较高的耐热性和耐 化学腐蚀性，适用于高温和腐蚀性环境下的复合 材料。
广泛的应用领域
热固性聚合物基体被广泛应用于建筑、船舶、化 工等领域。
聚合物基体的作用
聚合物作为复合材料的基体，对于复合材料的性能起着至关重要的 作用，如力学性能、热稳定性、耐腐蚀性等。
研究意义
深入研究聚合物基体的性能及其与增强材料之间的相互作用，有助 于优化复合材料的性能，推动复合材料领域的发展。
聚合物基体概述
聚合物的定义
聚合物是由大量重复单元通过共 价键连接而成的高分子化合物，
增强作用
提高力学性能
聚合物基体能够有效地增强复合材料 的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度 和冲击韧性等。
聚合物基体的分类
根据聚合物的来源和化学结构， 可分为天然聚合物和合成聚合物 两大类。常见的聚合物基体包括 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
聚合物基体的性能
聚合物基体具有良好的加工性、 韧性、耐化学腐蚀性和电绝缘性 等。同时，聚合物的性能可通过 改变其化学结构、分子量、添加
剂等进行调控。
热导率
基体材料应具备较低的热导率，以减少热量在复 合材料中的传递，提高隔热性能。
热膨胀系数
与增强纤维相匹配的热膨胀系数有助于减少温度 变化引起的内应力。
环境因素影响
耐候性
聚合物基体应具有良好的耐候性，能抵抗紫外线、氧 化、酸碱等环境因素的侵蚀。
耐化学腐蚀性
基体材料应具备优异的耐化学腐蚀性，以在腐蚀性环 境中保持性能稳定。
热固性聚合物基体
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不可逆的固化过程
热固性聚合物基体在加热时会发生交联反应，形 成三维网络结构，一旦固化就无法再次加工。
优异的耐热性和耐化学腐蚀性
热固性聚合物基体固化后具有较高的耐热性和耐 化学腐蚀性，适用于高温和腐蚀性环境下的复合 材料。
广泛的应用领域
热固性聚合物基体被广泛应用于建筑、船舶、化 工等领域。
聚合物基体的作用
聚合物作为复合材料的基体，对于复合材料的性能起着至关重要的 作用，如力学性能、热稳定性、耐腐蚀性等。
研究意义
深入研究聚合物基体的性能及其与增强材料之间的相互作用，有助 于优化复合材料的性能，推动复合材料领域的发展。
聚合物基体概述
聚合物的定义
聚合物是由大量重复单元通过共 价键连接而成的高分子化合物，
增强作用
提高力学性能
聚合物基体能够有效地增强复合材料 的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度 和冲击韧性等。
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量 小，形状复杂产品的生产。 ②设备简单，投资少，设备折旧费低。 ③工艺简单。 ④容易满足产品设计要求。 ⑤制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。
缺点：①生产效率低，劳动强度大，卫生条件差。
②产品质量不易控制，性能稳定性不高。 ③产品力学性能较低。
8
➢手糊成型工艺
二、原材料选择
1. 增强材料
①无捻粗纱布（方格布）：0.1~0.8mm 变形性好，易被树脂浸透，易排除气泡，增厚效率高。 ②加捻布（平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布） 0.05~0.6mm 表面平整、气密性好；价格贵、不易浸透树脂、增厚效 果差 ③玻璃布带；④短切纤维；⑤表面毡； ⑥短切毡
树脂浸透性好，气泡容易排除，变形性好，施工方 便，制品含胶量高60~80%，防渗效果好。
9
➢手糊成型工艺
2. 树脂
1）要求
①粘度适宜，0.2~0.8Pa.S，对玻纤有良好浸润性； ②在室温下凝胶、固化，并且无低分子物产生； ③无毒或低毒； ④价格便宜，来源广泛。
2）常用树脂：不饱和聚酯、环氧树脂
3）辅助材料 ①稀释剂 ②填料（降低成本，提高性能） ③触变剂（适用垂直面施工，活性SiO2） ④颜料（一般选用无机颜料，有机颜料影响固 化）
1. 胶衣起皱、龟裂、变色
原因： 起皱 ①胶衣层太薄；②固化剂不足；③气温太低； ④胶衣层厚度不均；⑤胶衣层固化不足
龟裂 ①胶衣层太厚；②固化时热量过大； ③固化剂用量过多；
变色 ①固化剂用量过多；②胶衣流挂； ③颜色分离；④胶衣层厚度不均
19
➢手糊成型工艺 2. 制品收缩
原因： ①拐角处圆弧半径过小； ②脱模剂用量太多； ③制品局部厚度过大； ④胶衣层厚度不均，后固化加热不均
拼接 搭接 二次固化拼接（d≥7mm,固化发热量太 大，制品易变形或分层） 弯角或凹凸处：玻布剪开，压平
特殊处理 直角：先填触变树脂，然后糊制 凸字：先用树脂浇注，然后糊制
16
➢手糊成型工艺
3. 固化（凝胶-----定型-----熟化）
固化方式
常温固化：温度＞15℃ （25~30℃）；湿度 ≤80% （15~30℃，8~24h）
3）胶衣糊准备
可选用专用胶衣糊制作表面层，提高表面层质量（外观、性 能）
14
➢手糊成型工艺
2. 糊制
1）表面层（胶衣层、富树脂层） 厚度：0.25~0.5mm，或300~500g/m2 涂刷（二遍，互相垂直）：喷涂 表面毡（材料）
15
➢手糊成型工艺
2. 糊制
2）增强层 材料：玻璃布或短切毡 对接（注意对接缝错开）
20
➢手糊成型工艺
3. 制品翘曲和变形
原因： ①固化剂用量过大 ②制品太薄； ③制品厚度不均匀或不对称； ④树脂集聚； ⑤脱模太早，树脂固化度不够； ⑥后处理过早或温度不均
21
➢模具与辅助材料 一、模具基本要求
符合制品尺寸、精度、外观要求 足够的刚度、强度、热稳定性 较小的热容量，有效利用热能；与制品热膨 胀系数匹配 质量轻，便于搬运，维护方便
加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外 线加热 （60~80℃，1~2h）
固化度 丙酮萃取法 硬度法（巴氏硬度） ＞15
17
➢手糊成型工艺
4. 脱模：气脱、顶脱、水脱 5. 后处理
修整：除去毛边、飞刺、修补表面及内部缺陷，钻孔 装配：机械连接、胶接 表面涂饰
18
➢手糊成型工艺 四、手糊制品缺陷及原因
复合材料常用成型方法；复合材料固化成型过程
本章课时安排：4学时
3
6.1 概述 一、主要工艺过程
➢过程
生产准备
湿 法
预成型 （毛坯）
固化
脱模
整修
预浸料 干
➢要求
法
纤维均匀地按设计要求分布在制品各个部分；
树脂适量、均匀地分布在制品各个部位，并适当固化；
尽量减少气泡，降低空隙率，提高制品的致密性；
掌握所用树脂的工艺性能，制定合理的工艺规范。
一、定义
手糊成型又称接触成型，采用手工方法将纤维增强材 料和树脂胶液在模具上铺敷成型、室温（或加热）、无 压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。
工艺流程
模具清理
涂脱模剂
涂胶衣
胶液配制
补强层制作 增强层制作 表面层制作 织物剪裁
固化
脱模
切边加工 产品检验
7
➢手糊成型工艺
特点
优点： ①不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批
4
二、成型工艺种类
手糊成型 真空袋压法成型 压力袋成型 树脂注射和树脂传递成型 喷射成型 层压成型 模压成型 缠绕成型 热压罐成型
5
三、成型工艺的选择
①产品外形构造和尺寸大小 ②材料性能和产品质量要求 ③生产批量大小及供应时间要求 ④企业可能提供的设备条件及资金 ⑤综合经济效益，保证企业盈利
6
6.2 各种成型工艺方法简介 ➢手糊成型工艺
10
➢手糊成型工艺 三、手糊工艺过程
1. 原材料准备
1）胶液配制
胶液工艺性：胶液粘度、凝胶时间 手糊工艺进行前，必须进行胶液凝胶时间试验。要使凝胶时 间大于或等于所配胶液施工时间，否则手糊不能顺利进行。 不饱和树脂配方（质量份） 树脂：100份；过氧化甲乙酮：2份（引发剂）； 萘酸钴苯乙烯溶液：1~4份（促进剂，加入量与环境温度有关）
第六章 聚合物基复合材料成型工艺
整体概述
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2
本章教学目的：
1. 了解复合材料各种成型工艺 2. 掌握常用成型方法（手糊法、层压法、喷射法等） 3. 了解模具及辅助材料 4. 了解复合材料固化成型过程
本章重点难点：
23
➢模具与辅助材料 三、模具结构形式
单模 阴模（制品表面光洁） 阳模（制品内表面光洁）
11
➢手糊成型工艺 2）增强材料准备
玻纤布裁剪：玻布沿径向45°剪裁
圆环形制品
12
➢手糊成型工艺 2）增强材料准备
玻纤布裁剪：玻布裁成扇形
圆锥形制品
13
➢手糊成型工艺
2）增强材料准备
玻纤布裁剪 圆环形制品 圆锥形制品
玻布沿径向45°剪裁 玻布裁成扇形
布的拼接 对接（表面质量要求高的产品） 搭接
22
➢模具与辅助材料 二、模具材料
①木材；②石膏；③水泥；④石蜡； ⑤泡沫塑料（不脱模内芯）； ⑥可溶性盐（AlPO4（60~70%）+NaCO3 （30~40%） +
NaBO2 （5~8%） ），80℃溶于水； ⑦低熔点金属58%Bi+42%Sn，熔点135 ℃； ⑧玻璃钢 ⑨金属：钢材、铸铝，不能用铜（铜盐可妨碍树脂固化）
缺点：①生产效率低，劳动强度大，卫生条件差。
②产品质量不易控制，性能稳定性不高。 ③产品力学性能较低。
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➢手糊成型工艺
二、原材料选择
1. 增强材料
①无捻粗纱布（方格布）：0.1~0.8mm 变形性好，易被树脂浸透，易排除气泡，增厚效率高。 ②加捻布（平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布） 0.05~0.6mm 表面平整、气密性好；价格贵、不易浸透树脂、增厚效 果差 ③玻璃布带；④短切纤维；⑤表面毡； ⑥短切毡
树脂浸透性好，气泡容易排除，变形性好，施工方 便，制品含胶量高60~80%，防渗效果好。
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➢手糊成型工艺
2. 树脂
1）要求
①粘度适宜，0.2~0.8Pa.S，对玻纤有良好浸润性； ②在室温下凝胶、固化，并且无低分子物产生； ③无毒或低毒； ④价格便宜，来源广泛。
2）常用树脂：不饱和聚酯、环氧树脂
3）辅助材料 ①稀释剂 ②填料（降低成本，提高性能） ③触变剂（适用垂直面施工，活性SiO2） ④颜料（一般选用无机颜料，有机颜料影响固 化）
1. 胶衣起皱、龟裂、变色
原因： 起皱 ①胶衣层太薄；②固化剂不足；③气温太低； ④胶衣层厚度不均；⑤胶衣层固化不足
龟裂 ①胶衣层太厚；②固化时热量过大； ③固化剂用量过多；
变色 ①固化剂用量过多；②胶衣流挂； ③颜色分离；④胶衣层厚度不均
19
➢手糊成型工艺 2. 制品收缩
原因： ①拐角处圆弧半径过小； ②脱模剂用量太多； ③制品局部厚度过大； ④胶衣层厚度不均，后固化加热不均
拼接 搭接 二次固化拼接（d≥7mm,固化发热量太 大，制品易变形或分层） 弯角或凹凸处：玻布剪开，压平
特殊处理 直角：先填触变树脂，然后糊制 凸字：先用树脂浇注，然后糊制
16
➢手糊成型工艺
3. 固化（凝胶-----定型-----熟化）
固化方式
常温固化：温度＞15℃ （25~30℃）；湿度 ≤80% （15~30℃，8~24h）
3）胶衣糊准备
可选用专用胶衣糊制作表面层，提高表面层质量（外观、性 能）
14
➢手糊成型工艺
2. 糊制
1）表面层（胶衣层、富树脂层） 厚度：0.25~0.5mm，或300~500g/m2 涂刷（二遍，互相垂直）：喷涂 表面毡（材料）
15
➢手糊成型工艺
2. 糊制
2）增强层 材料：玻璃布或短切毡 对接（注意对接缝错开）
20
➢手糊成型工艺
3. 制品翘曲和变形
原因： ①固化剂用量过大 ②制品太薄； ③制品厚度不均匀或不对称； ④树脂集聚； ⑤脱模太早，树脂固化度不够； ⑥后处理过早或温度不均
21
➢模具与辅助材料 一、模具基本要求
符合制品尺寸、精度、外观要求 足够的刚度、强度、热稳定性 较小的热容量，有效利用热能；与制品热膨 胀系数匹配 质量轻，便于搬运，维护方便
加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外 线加热 （60~80℃，1~2h）
固化度 丙酮萃取法 硬度法（巴氏硬度） ＞15
17
➢手糊成型工艺
4. 脱模：气脱、顶脱、水脱 5. 后处理
修整：除去毛边、飞刺、修补表面及内部缺陷，钻孔 装配：机械连接、胶接 表面涂饰
18
➢手糊成型工艺 四、手糊制品缺陷及原因
复合材料常用成型方法；复合材料固化成型过程
本章课时安排：4学时
3
6.1 概述 一、主要工艺过程
➢过程
生产准备
湿 法
预成型 （毛坯）
固化
脱模
整修
预浸料 干
➢要求
法
纤维均匀地按设计要求分布在制品各个部分；
树脂适量、均匀地分布在制品各个部位，并适当固化；
尽量减少气泡，降低空隙率，提高制品的致密性；
掌握所用树脂的工艺性能，制定合理的工艺规范。
一、定义
手糊成型又称接触成型，采用手工方法将纤维增强材 料和树脂胶液在模具上铺敷成型、室温（或加热）、无 压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。
工艺流程
模具清理
涂脱模剂
涂胶衣
胶液配制
补强层制作 增强层制作 表面层制作 织物剪裁
固化
脱模
切边加工 产品检验
7
➢手糊成型工艺
特点
优点： ①不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批
4
二、成型工艺种类
手糊成型 真空袋压法成型 压力袋成型 树脂注射和树脂传递成型 喷射成型 层压成型 模压成型 缠绕成型 热压罐成型
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三、成型工艺的选择
①产品外形构造和尺寸大小 ②材料性能和产品质量要求 ③生产批量大小及供应时间要求 ④企业可能提供的设备条件及资金 ⑤综合经济效益，保证企业盈利
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6.2 各种成型工艺方法简介 ➢手糊成型工艺
10
➢手糊成型工艺 三、手糊工艺过程
1. 原材料准备
1）胶液配制
胶液工艺性：胶液粘度、凝胶时间 手糊工艺进行前，必须进行胶液凝胶时间试验。要使凝胶时 间大于或等于所配胶液施工时间，否则手糊不能顺利进行。 不饱和树脂配方（质量份） 树脂：100份；过氧化甲乙酮：2份（引发剂）； 萘酸钴苯乙烯溶液：1~4份（促进剂，加入量与环境温度有关）
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本章教学目的：
1. 了解复合材料各种成型工艺 2. 掌握常用成型方法（手糊法、层压法、喷射法等） 3. 了解模具及辅助材料 4. 了解复合材料固化成型过程
本章重点难点：
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➢模具与辅助材料 三、模具结构形式
单模 阴模（制品表面光洁） 阳模（制品内表面光洁）
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➢手糊成型工艺 2）增强材料准备
玻纤布裁剪：玻布沿径向45°剪裁
圆环形制品
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➢手糊成型工艺 2）增强材料准备
玻纤布裁剪：玻布裁成扇形
圆锥形制品
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➢手糊成型工艺
2）增强材料准备
玻纤布裁剪 圆环形制品 圆锥形制品
玻布沿径向45°剪裁 玻布裁成扇形
布的拼接 对接（表面质量要求高的产品） 搭接
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➢模具与辅助材料 二、模具材料
①木材；②石膏；③水泥；④石蜡； ⑤泡沫塑料（不脱模内芯）； ⑥可溶性盐（AlPO4（60~70%）+NaCO3 （30~40%） +
NaBO2 （5~8%） ），80℃溶于水； ⑦低熔点金属58%Bi+42%Sn，熔点135 ℃； ⑧玻璃钢 ⑨金属：钢材、铸铝，不能用铜（铜盐可妨碍树脂固化）