复合材料的基体材料

(7) 环氧固化物的耐热性一般为80～100℃。环氧树脂的耐 热品种可达200℃或更高。
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环氧树脂也存在一些缺点，比如耐候性差，环氧树脂中 一般含有芳香醚键，固化物经日光照射后易降解断链，所以 通常的双酚A型环氧树脂固化物在户外日晒，易失去光泽， 逐渐粉化，因此不宜用作户外的面漆。另外，环氧树脂低温 固化性能差，一般需在10℃以上固化，在10℃以下则固化缓 慢，对于大型物体如船舶、桥梁、港湾、油槽等寒季施工十 分不便。
饱和聚酯等通用型热固性树脂。
(2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极
大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，
赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材
等极性基材以优良的附着力。
(3) 固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性
树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～
10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4
(6) 稳定性好，抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的 环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)， 其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具 有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性 能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧 树脂大量用作防腐蚀底漆，又因环氧树脂固化物呈三维网状 结构，又能耐油类等的浸渍，大量应用于油槽、油轮、飞机 的整体油箱内壁衬里等。
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提高树脂耐热性方法： 增加高分子链刚性：引入共轭双键、三键或环状结构； 进行结晶：-C-O-C-, -OH, -NH2等； 进行交联：交联键增加，提高分子间作用力。
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三、耐腐蚀性能
树脂的腐蚀
物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能下降 化学作用：化学键破坏或新的化学键 影响因素：
树脂结构 树脂含量 树脂固化交联密度
（1）
用于450℃以下的轻金属基体——铝、 镁合金
用于450～700℃的复合材料的金属 （2） 基体——钛合金
（3）
用于1000℃以上的高温复合材料的 金属基体——镍基、铁基耐热合金 和金属间化合物
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功能用金属基复合材料的基体
目前已有应用的功能金属基复合材料（不 含双金属复合材料）主要有用于微电子技 术的电子封装和热沉材料、高导热、耐电 弧烧蚀的集电材料、耐高温摩擦的耐磨材 料、耐腐蚀的电池极板材料等等。主要选 用的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜
降低成本，改善性能（降低收缩率，提高表面硬度和耐磨 性能、导电、导热等）。 如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉。
（6） 颜料
用量约0.5~5% 要求：颜色鲜明，有耐热性和耐光性；在树脂中分散良好， 不影响树脂固化。一般选用无机颜料，有机颜料影响树脂 固化。
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3 、基体的作用
➢ 均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）； ➢ 保护纤维，防止纤维磨损； ➢ 赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）； ➢ 决定复合材料生产工艺、成型方法。
共价键结合能比较高—材料有高的耐火度、高的硬度 （有的接近金刚石）、高的耐磨性，但脆性大，抗氧化能
力低。 主要有氮化硅陶瓷(Si3N4)、氮化硼和氮化钛 陶瓷、碳化硅陶瓷等
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三、聚合物基体材料
一、基体材料的组分及作用
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。 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。
复合材料的基体
复合材料的基体是复合材料的连续相，起到将增强体黏 结成整体，并赋予复合材料一定形状、传递外界作用力、 保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。 复合材料的基体主要有以下几种： 金属材料 陶瓷材料 聚合物材料
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一、金属材料
基体材料是金属基复合材料中增强体的载 体，占有很大的体积比列，基体材料的力学物 理性能将直接影响复合材料的性能。金属材料 分为结构金属材料和功能用金属基复合材料。
％～8％)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所
以固化后体积变化不大。
(4) 优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树
脂中介电性能最好的品种之一。
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(5) 工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发 物，所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制 造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。
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4. 树脂体积收缩率：物理收缩、化学收缩
固化收缩率：环氧树脂1~2%；聚酯树脂4~6%；酚醛树脂8~10% 影响因素：固化前树脂系统（包括树脂、固化剂等）的密度；
基体固化后的网络结构的紧密程度； 固化过程中有无小分子释放。 降低收缩率方法：调节树脂大分子链段充分伸直，固化前分子
间填充密实，固化后有紧密的空间网络。
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2 、 辅助剂：
（1）交联剂（引发剂、促进剂）
交联剂：能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相 互键合交联成网络结构的物质。 促进或调节聚合物分子链间共价键 或离子键形成的物质。也称为固化剂。
引发剂：指一类容易受热分解成自由基的化合物，可用于引 发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和 聚酯的交联固化和高分子交联反应。
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3. 树脂断裂延伸率 聚合物形变：普弹形变、高弹形变、粘流形变
普弹形变：由聚合物分子的键长和键角改变引起， 变形较小（1%）
高弹形变：由大分子链的链段移动引起，是聚合物主 要变形形式（Tg以上）
强迫高弹形变（Tg以下）：在外力作用量够大，时间 是够长条件下出现
决定因素：大分子链的柔韧性、大分子链间的交联密度
合金、银、铅、锌等金属。 功能用金属基复合材料所用的金属基体均 具有良好的导热、导电性和良好的力学性
能。
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选择金属基体的原则及主要金属基金属
选择基体材料是要考虑复合材料的类型。比如连 续增强纤维增强金属基体要求与纤维有良好的相 容性与塑性，而不要求基体有很强的强度，而非 连续增强金属基复合材料要求金属基体强度很高。 金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料 的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合 金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属 间化合物等。
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四、介电性能
树脂分子由共价键组成，是一种优良的电绝缘材料. 极性大的分子一般介电常数也大 影响因素：
树脂大分子的极性：极性增加，电绝缘性下降； 固化树脂杂质含量及种类
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热固性树脂基复合材料
树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也 不软化，也不能溶解。热固性树脂其分子结构为体型， 它包括大部分的缩合树脂，热固性树脂有酚醛、环氧、 氨基、不饱和聚酯以及硅醚树脂等。
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2 、 氧化物陶瓷
应用较多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2， 莫来石（3Al2O3-2SiO2）等。具有高强度、高 硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能，但脆 性大。
主要的增强物为：陶瓷颗粒或晶须。
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3 、 非氧化物陶瓷
指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。 自然界比较少，需要人工合成，是先进陶瓷特别是金属陶 瓷的主要成分和晶相，主要由共价键结合而成，也有一定 的金属键成分。
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环氧树脂的命名方法
1. 代号与型号 主要有E、F、R（二氧化双环戊二烯环氧）等。 型号“E-51”表征的意义。
性能
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二、耐热性能
复合材料耐热性：温度升高，性能变化
物理性能：模量、强度、变形 化学性能：失重、分解、氧化
树脂耐热性
物理耐热性：在一定温度条件下，仍然保持 其作为基体材料的强度
化学耐热性：树脂发生热老化时的温度范围
聚合物受热变化 物理变化：变形、软化、流动、熔融
化学变化：分子链交联、氧化、产生气体等
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（3） 增韧（增塑）剂
降低树脂刚性、提高塑性，将导致强度和耐热性下降。 如：邻苯二甲酚酯、聚酰胺 等。
（4）触变剂
提高树脂在静止状态下的粘度，在外力作用下，树脂又变成 流动性液体。适合于大型产品，尤其在垂直面上使用，加入 量为1~3%。 如：活性SiO2(白炭黑)、膨润土、聚氯乙烯粉。
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（5） 填料
环氧树脂既包括环氧基的低聚物，也包括
含环氧基的低分子化合物。环氧树脂作为胶粘 剂、涂料和复合材料等的树脂基体，广泛应用 于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航 空航天等领域。
CH2 CH
O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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一、 环氧树脂及其固化物的优缺点
(1) 力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，
分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不
不饱和聚酯树脂主要应用于玻璃纤维复合材料。
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主要特点：
工艺性能好，粘度低可在室温下成型； 价格低廉； 固化时体积收缩率大，成型时气味和毒性较大； 耐热性、强度和模量较低，易变形
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环氧树脂（Epoxy Resin）：指分子结构中含 有2个或2个以上环氧基并在适当的化学试剂存 在下能形成三维网状固化物的化合物的总称， 是一类重要的热固性树脂。
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金属复合材料的优点
1
与传统金属材 料相比，金属 基复合材料具 有较高的比强 度、比刚度和 耐磨性
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与树脂基复合材
与陶瓷材料相
料相比，金属基 比，金属基复合
复合材料具有优 材料具有高韧性
良的导电、导热 和高冲击性能、
性，高温性能好， 可焊接
热膨胀系数小等 优点
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结构复合材料的基体
结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。
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二、陶瓷基体材料
传统陶瓷是指陶器和瓷器，主要由含二氧化硅的 天然硅酸盐矿物质制成。包括玻璃、水泥、搪瓷 等
现代陶瓷：高纯度、高性能的氧化物、碳化物、 硼化物、氮化物等。如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、 氮化硅陶瓷等。