聚合物基复合材料1PPT课件
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(医学课件)聚合物基复合材料PPT演示课件
HOR`OCORCOOH + HOR``OH HOR`OCORCOOR``OH + H2O
由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩 聚反应相同。 不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光 照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化 成具有三维网络的体型结构。 .
18
聚合物基体材料
按纤维形态 纤维增强 按铺层方式 连续纤维 不连续纤维 单向 角铺层 织物 三维 玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等 长纤维（毡） 短切纤维
聚 合 物 基 复 合 材 料
按纤维种类
晶须增强 层片增强 粒子增强
碳化硅晶须、氧化铝晶须等 云母、玻璃、金属等 . 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等
8
聚合物基体材料
聚合物材料的介绍
热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的 进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会 软化，不溶、不熔。 其高分子聚合物属于三维体型网状结构。 常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。 热塑性树脂 加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。 冷却后变硬，再加热可软化。 其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。 常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、 . 9 聚碳酸脂等。
聚合物基体材料
不饱和聚酯树脂 ( UP)
不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺 简单，适合于大型异形部件的制造。 不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段： 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。 2 定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。 不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为： 1 可以有效地控制反应速度。 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。 引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为 游离基并进行连锁聚合反应的物质。 . 20
由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩 聚反应相同。 不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光 照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化 成具有三维网络的体型结构。 .
18
聚合物基体材料
按纤维形态 纤维增强 按铺层方式 连续纤维 不连续纤维 单向 角铺层 织物 三维 玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等 长纤维（毡） 短切纤维
聚 合 物 基 复 合 材 料
按纤维种类
晶须增强 层片增强 粒子增强
碳化硅晶须、氧化铝晶须等 云母、玻璃、金属等 . 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等
8
聚合物基体材料
聚合物材料的介绍
热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的 进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会 软化，不溶、不熔。 其高分子聚合物属于三维体型网状结构。 常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。 热塑性树脂 加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。 冷却后变硬，再加热可软化。 其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。 常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、 . 9 聚碳酸脂等。
聚合物基体材料
不饱和聚酯树脂 ( UP)
不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺 简单，适合于大型异形部件的制造。 不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段： 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。 2 定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。 不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为： 1 可以有效地控制反应速度。 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。 引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为 游离基并进行连锁聚合反应的物质。 . 20
聚合物基复合材料 ppt课件
⊥45∘层分散应力均衡负荷。
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
45
分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
通过改变纤维、基体的种类 及相对含量、纤维集合形式 及排列方式、铺层结构等可 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
45
分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
通过改变纤维、基体的种类 及相对含量、纤维集合形式 及排列方式、铺层结构等可 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
聚合物基复合材料PPT课件
• 制备工艺：不饱和聚酯的合成（反应釜）和用苯 乙烯稀释聚酯（稀释釜）两部分。
• 不饱和聚酯树脂的生产工艺流程图 • 1——反应釜；2——坚冷凝器；3——横冷凝器；4——接
受器；5——稀释釜；6——液体加料管
表3-2 常见热固性树脂材料的物理性能
性能
聚酯树脂 环氧树脂
密度/（g·cm3）
拉伸强度/MPa
1.22～ 1.40
41～82
4.1～4.8
1.3～2.3
聚酰亚胺 有机硅
～1.32 41～82 ～3.9
1.7～1.9 21～49 ～1.0
1.3～2.3 ～1.0
热变形温度/℃ 60～100 100～200 78～82
线膨胀系数 /10-5K-1
5.5～10 4.6～6.5
6～8
30.8
固化收缩率/% 4～6
3 聚合物基复合材料
3.1 概述
• 3.1.1 聚合物基复合材料的发展
• 第一阶段：1942年至1960年代，玻璃纤维/不饱和聚酯树 脂（GFRP）
• 第二阶段：1965年，发明碳纤维，高比模量、高比强度先 进聚合物基复合材料
• 第三阶段：1972年，发明芳纶纤维，高比模量、高比强度 先进聚合物基复合材料
• （3）按成型工艺分：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕 用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等。
图3-1 晶态聚合物分子晶区和非晶区示意图
• 3.2.1.3 固态高聚物的性能 • 三个特征温度：玻璃化温度Tg、熔点Tm、粘流温度Tf
（图3-2）。 • 热塑性树脂的Tg是固定的，热固性树脂的Tg随交联程度
图3-2 聚合物玻璃态、高弹态、粘流随温度 的转变关系
• 3.2.2 热固性基体
• 不饱和聚酯树脂的生产工艺流程图 • 1——反应釜；2——坚冷凝器；3——横冷凝器；4——接
受器；5——稀释釜；6——液体加料管
表3-2 常见热固性树脂材料的物理性能
性能
聚酯树脂 环氧树脂
密度/（g·cm3）
拉伸强度/MPa
1.22～ 1.40
41～82
4.1～4.8
1.3～2.3
聚酰亚胺 有机硅
～1.32 41～82 ～3.9
1.7～1.9 21～49 ～1.0
1.3～2.3 ～1.0
热变形温度/℃ 60～100 100～200 78～82
线膨胀系数 /10-5K-1
5.5～10 4.6～6.5
6～8
30.8
固化收缩率/% 4～6
3 聚合物基复合材料
3.1 概述
• 3.1.1 聚合物基复合材料的发展
• 第一阶段：1942年至1960年代，玻璃纤维/不饱和聚酯树 脂（GFRP）
• 第二阶段：1965年，发明碳纤维，高比模量、高比强度先 进聚合物基复合材料
• 第三阶段：1972年，发明芳纶纤维，高比模量、高比强度 先进聚合物基复合材料
• （3）按成型工艺分：手糊用树脂、喷射用树脂、胶衣用树脂、缠绕 用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等。
图3-1 晶态聚合物分子晶区和非晶区示意图
• 3.2.1.3 固态高聚物的性能 • 三个特征温度：玻璃化温度Tg、熔点Tm、粘流温度Tf
（图3-2）。 • 热塑性树脂的Tg是固定的，热固性树脂的Tg随交联程度
图3-2 聚合物玻璃态、高弹态、粘流随温度 的转变关系
• 3.2.2 热固性基体
聚合物基复合材料 PPT
H H2 H2C C C O CH3 O CH3 O H2 C H2 CH C O n OH CH3 CH3 H2 H O C C CH2 O
• 综合力学性能最好，粘结能力最强， 与玻纤复合界面剪切强度最高，尺寸 稳定性好，耐蚀性好；收缩率只有12%，粘度大，施工困难，成型需要 加热。
⑶．酚醛玻璃钢材料
聚合物基复合材料是由物化性质截然不同的增强材料和有 机高分子化合物通过一定工艺方法复合而成的多相固体材料。
影响聚合物基复合材料性能的因素：
1、增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学 稳定性 2、增强材料的含量及其排布方式与方向 3、不同的成型工艺 4、增强材料与基体的界面粘接状况
OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2
CH2
OH
OH
OH
OH
OH
• 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
赛艇、帆船壳体
体育馆采光
透光型玻璃钢
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP)
特点：
⑴、比重最轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高
雾灯
车门反射镜架
⑶、热学性能大大改善>50%
⑷、尺寸稳定性提高
车用立体声音响喇叭
3、高强度纤维增强塑料
⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性较好，价格昂贵。
1．设计条件
• 载荷情况
• 综合力学性能最好，粘结能力最强， 与玻纤复合界面剪切强度最高，尺寸 稳定性好，耐蚀性好；收缩率只有12%，粘度大，施工困难，成型需要 加热。
⑶．酚醛玻璃钢材料
聚合物基复合材料是由物化性质截然不同的增强材料和有 机高分子化合物通过一定工艺方法复合而成的多相固体材料。
影响聚合物基复合材料性能的因素：
1、增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学 稳定性 2、增强材料的含量及其排布方式与方向 3、不同的成型工艺 4、增强材料与基体的界面粘接状况
OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH H2 C OH
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2 H2 C
CH2
CH2
OH
OH
OH
OH
OH
• 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
赛艇、帆船壳体
体育馆采光
透光型玻璃钢
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP)
特点：
⑴、比重最轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高
雾灯
车门反射镜架
⑶、热学性能大大改善>50%
⑷、尺寸稳定性提高
车用立体声音响喇叭
3、高强度纤维增强塑料
⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性较好，价格昂贵。
1．设计条件
• 载荷情况
聚合物基复合材料的性能课件
兼容性
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
聚合物复合材料PPT课件
17
界面
组分材料之间存在界面，要有效发挥组分材料的作用， 良好的界面粘合是必须的
Figure - Interfaces between phases in a composite material: (a) direct bonding between primary and secondary phases
6
Figure - Possible physical shapes of imbedded phases in composite materials: (a) fiber, (b) particle, and (c) flake
7
聚合物纳米复合材料
聚合物-层状硅酸Βιβλιοθήκη 纳米复合材料• 至少一维分散相尺寸 < 100 nm • 纳米效应 — 鲜明的性能特征 • 分类:
18
界面相
界面往往需要添加第三组分以增加粘合，第三组分 往往会形成界面相
Figure - Interfaces between phases: (b) addition of a third ingredient to bond the primary phases and form an interphase
20
复合材料的微观形貌
陶瓷纤维复合材料
聚合物基体复合材料
21
复合材料的历史
➢ 自然界的复合材料：树干、竹子等。 ➢ 钢筋混凝土：它是用有抗压的水泥，碎石或砖和抗拉钢筋
组合而成。 ➢ 历史上的复合材料 ： ➢ 草秸增强泥巴筑墙、 ➢ 万里长城的糯米石灰浆、 ➢ 铜雀台的核桃油浸地砖、 ➢ 古埃及的木乃伊等
聚合物复合材料简介
1
应用于各行各业的复合材料
2
3
界面
组分材料之间存在界面，要有效发挥组分材料的作用， 良好的界面粘合是必须的
Figure - Interfaces between phases in a composite material: (a) direct bonding between primary and secondary phases
6
Figure - Possible physical shapes of imbedded phases in composite materials: (a) fiber, (b) particle, and (c) flake
7
聚合物纳米复合材料
聚合物-层状硅酸Βιβλιοθήκη 纳米复合材料• 至少一维分散相尺寸 < 100 nm • 纳米效应 — 鲜明的性能特征 • 分类:
18
界面相
界面往往需要添加第三组分以增加粘合，第三组分 往往会形成界面相
Figure - Interfaces between phases: (b) addition of a third ingredient to bond the primary phases and form an interphase
20
复合材料的微观形貌
陶瓷纤维复合材料
聚合物基体复合材料
21
复合材料的历史
➢ 自然界的复合材料：树干、竹子等。 ➢ 钢筋混凝土：它是用有抗压的水泥，碎石或砖和抗拉钢筋
组合而成。 ➢ 历史上的复合材料 ： ➢ 草秸增强泥巴筑墙、 ➢ 万里长城的糯米石灰浆、 ➢ 铜雀台的核桃油浸地砖、 ➢ 古埃及的木乃伊等
聚合物复合材料简介
1
应用于各行各业的复合材料
2
3
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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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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前言
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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。
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（5）纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切 相关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。 均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采 用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维 采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。
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纤维增强复合条件
①纤维的强度和弹性模量应远高于基体； ②纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承受的载
即材料具有可设计性。
(2)可以根据制品的形状、大小、数量选择加工成型方法。
(3)可整体成型，减少装配果件的数量，节省工时，节省材料，减 轻质量。
6.各向异性和性能的可设计性
纤维复合材料一个突出的特点是各向异性，与之相关的是性能 的可设计性。纤维复合材料的力学、物理性能除了由纤维、树 脂的种类和体积含量而定外，还与纤维的排列方向、铺层次序 和层数密切相关。因此，可以根据工程结构的载荷分布及使用 条件的不问，选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求。 利用这一特点，可以实现制件的优化设计，做到安全可靠，经 济合理。
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（二）发展简况
聚合物基复合材料发展史第一阶段：20世纪40年代初~20世纪 60年代。
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
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1.3 聚合物基复合材料的特点
1.比强度和比模量高 聚合物基复合材料的突出优点是比强度及比模量高。比强度 是材料的强度与密度之比值，比模量是材料的模量与密度之 比值，其量纲均为长度。复合材料的高比强度和高比模量来 源于增强纤维的高性能和低密度。玻璃纤维由于模量相对较 低、密度较高，其玻璃纤维树脂基复合材料的比模量略低于 金属材料。92.耐疲劳性能好，破 Nhomakorabea安全性能高
金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。复合 材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，其疲劳破坏总是 从纤维的薄弱环节开始，裂纹扩展或损伤逐步进行，时间长， 破坏前有明显的预兆。玻璃纤维复合材料的比例介中。 复合材料的破坏不像传统材料由于主裂纹的失稳扩展而突然发 生，而是经历基体开裂、界而脱粘、纤维拔出、断裂等一系列 损伤的发展过程。基体中有大量独立的纤维，当少数纤维发生 断裂时，其失支部分载荷又会通过基体的传递面迅速分散到其 他完好的纤维上去，复合材料在短期内不会冈此而丧失承载能 力。内部有缺陷、裂纹时，也不会突然发展而断裂。
强复合材料和层状复合材料。
▪
金属基复合材料
复合材非 料金属基复合 高材 聚料 物复合 橡 树 材胶 脂 料基 基复 复合 合 热 热 材 材固 塑 料 料性 性树 树脂 脂基 基复 复合 合材 材
陶瓷基复合 非 碳 材碳 及 料基 碳复 化合 物材 基料 复合材料
▪ 3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复
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1.4 纤维增强原则 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增 强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、 纤维的体积分数、尺寸和分布。 1.增强机制
（1）纤维具有高强度，而材料的纤维状较之块状强度高，是由于 它的原子排列即晶体排列的完善程度较高，或者是在生产纤维 过程中产生的微裂纹较块状材料少和裂纹方向大致沿着纤维轴 向的缘故。
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（2）纤维处于基体中，表面受到基体的保护不易损伤，也 不易在受载过程中产生裂纹，承载能力增大；
（3）当材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂， 但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂纹扩展方向。
（4）当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂 后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材 料的断裂强度提高。
(2)优异的电绝缘性能和高频介电性能。玻璃钢是性能优异的工频绝缘材料。 同时具有良好的高频介电性能，可用作雷达罩的高频透波材料。
(3)良好的摩擦性能。碳纤维的低摩擦系数和自润滑性，其复合材料具有良好 的摩阻特性和减摩特性。
(4)优良的耐腐蚀性。 (5)有特殊的光学、电学、磁学的特性。
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5.良好的加工工艺性 (1)可以根据制品的使用条件、性能要求选择纤维、基体等原材料，
法分离的材料。一般其中一种为连续相，另一种为功能增 强相。
▪ 几种材料通过某种方法混合在一起获得复合性能。 ▪ 复合材料的总体性能优于各单独组分材料，并在某些方面
可能具有独特性能。
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1.1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
聚合物基复合材料
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总体概述
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第一章 绪 论
▪ 1.高分子改性的主要方法
共混 改性
表面
填充
改性
高分子改性主
改性
要方法
化学 改性
复合 材料
3
复合材料定义要点
▪ 复合材料包含两种或两种以上物理上不同并可能用机械方
合材料。
5
复合材料优点
▪ 结构与功能的可设计性 ▪ 复合体系具有两种或两种以上的优越性能，
称为组合复合效应
▪ 施工方便 ▪ 各向异性材料 ▪ 比重小、热阻可调、无磁干扰 ▪ 比强度高
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1.2聚合物基复合材料
（一）概念 聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，纤维类增强材 料为增强剂的复合材料。 纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基 体材料由于其粘结性能好，把纤维牢固的粘结起来，同时， 基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤 维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好的复合显 示了各自的优点，并能实现最佳结构设计，具有很多优良 的特性。 是结构复合材料中发展最早、研究最多，应用最广、规模 最大的一类复合材料。
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3.阻尼减震性好
复合材料有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振。同时，复 合材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料 的振动阻尼很高，一旦旅起来，在较短时间内也可停下来。
4.具有多种功能性
(1)瞬时耐高温性、耐烧蚀性好。玻璃钢的导热系数只有金属材料的1％，同 时可制成具有较高比热容、熔融热和气化热的材料，可用作导弹头锥的耐 烧烛防护材料。
（5）纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切 相关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。 均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采 用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维 采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。
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纤维增强复合条件
①纤维的强度和弹性模量应远高于基体； ②纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承受的载
即材料具有可设计性。
(2)可以根据制品的形状、大小、数量选择加工成型方法。
(3)可整体成型，减少装配果件的数量，节省工时，节省材料，减 轻质量。
6.各向异性和性能的可设计性
纤维复合材料一个突出的特点是各向异性，与之相关的是性能 的可设计性。纤维复合材料的力学、物理性能除了由纤维、树 脂的种类和体积含量而定外，还与纤维的排列方向、铺层次序 和层数密切相关。因此，可以根据工程结构的载荷分布及使用 条件的不问，选取相应的材料及铺层设计来满足既定的要求。 利用这一特点，可以实现制件的优化设计，做到安全可靠，经 济合理。
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（二）发展简况
聚合物基复合材料发展史第一阶段：20世纪40年代初~20世纪 60年代。
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
聚合物基复合材料发展史第二阶段：20世纪60年代中期~20世纪80 年代初
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1.3 聚合物基复合材料的特点
1.比强度和比模量高 聚合物基复合材料的突出优点是比强度及比模量高。比强度 是材料的强度与密度之比值，比模量是材料的模量与密度之 比值，其量纲均为长度。复合材料的高比强度和高比模量来 源于增强纤维的高性能和低密度。玻璃纤维由于模量相对较 低、密度较高，其玻璃纤维树脂基复合材料的比模量略低于 金属材料。92.耐疲劳性能好，破 Nhomakorabea安全性能高
金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。复合 材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，其疲劳破坏总是 从纤维的薄弱环节开始，裂纹扩展或损伤逐步进行，时间长， 破坏前有明显的预兆。玻璃纤维复合材料的比例介中。 复合材料的破坏不像传统材料由于主裂纹的失稳扩展而突然发 生，而是经历基体开裂、界而脱粘、纤维拔出、断裂等一系列 损伤的发展过程。基体中有大量独立的纤维，当少数纤维发生 断裂时，其失支部分载荷又会通过基体的传递面迅速分散到其 他完好的纤维上去，复合材料在短期内不会冈此而丧失承载能 力。内部有缺陷、裂纹时，也不会突然发展而断裂。
强复合材料和层状复合材料。
▪
金属基复合材料
复合材非 料金属基复合 高材 聚料 物复合 橡 树 材胶 脂 料基 基复 复合 合 热 热 材 材固 塑 料 料性 性树 树脂 脂基 基复 复合 合材 材
陶瓷基复合 非 碳 材碳 及 料基 碳复 化合 物材 基料 复合材料
▪ 3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复
12
1.4 纤维增强原则 在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增 强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、 纤维的体积分数、尺寸和分布。 1.增强机制
（1）纤维具有高强度，而材料的纤维状较之块状强度高，是由于 它的原子排列即晶体排列的完善程度较高，或者是在生产纤维 过程中产生的微裂纹较块状材料少和裂纹方向大致沿着纤维轴 向的缘故。
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（2）纤维处于基体中，表面受到基体的保护不易损伤，也 不易在受载过程中产生裂纹，承载能力增大；
（3）当材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂， 但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂纹扩展方向。
（4）当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂 后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材 料的断裂强度提高。
(2)优异的电绝缘性能和高频介电性能。玻璃钢是性能优异的工频绝缘材料。 同时具有良好的高频介电性能，可用作雷达罩的高频透波材料。
(3)良好的摩擦性能。碳纤维的低摩擦系数和自润滑性，其复合材料具有良好 的摩阻特性和减摩特性。
(4)优良的耐腐蚀性。 (5)有特殊的光学、电学、磁学的特性。
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5.良好的加工工艺性 (1)可以根据制品的使用条件、性能要求选择纤维、基体等原材料，
法分离的材料。一般其中一种为连续相，另一种为功能增 强相。
▪ 几种材料通过某种方法混合在一起获得复合性能。 ▪ 复合材料的总体性能优于各单独组分材料，并在某些方面
可能具有独特性能。
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1.1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
聚合物基复合材料
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第一章 绪 论
▪ 1.高分子改性的主要方法
共混 改性
表面
填充
改性
高分子改性主
改性
要方法
化学 改性
复合 材料
3
复合材料定义要点
▪ 复合材料包含两种或两种以上物理上不同并可能用机械方
合材料。
5
复合材料优点
▪ 结构与功能的可设计性 ▪ 复合体系具有两种或两种以上的优越性能，
称为组合复合效应
▪ 施工方便 ▪ 各向异性材料 ▪ 比重小、热阻可调、无磁干扰 ▪ 比强度高
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1.2聚合物基复合材料
（一）概念 聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，纤维类增强材 料为增强剂的复合材料。 纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基 体材料由于其粘结性能好，把纤维牢固的粘结起来，同时， 基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤 维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好的复合显 示了各自的优点，并能实现最佳结构设计，具有很多优良 的特性。 是结构复合材料中发展最早、研究最多，应用最广、规模 最大的一类复合材料。
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3.阻尼减震性好
复合材料有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振。同时，复 合材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料 的振动阻尼很高，一旦旅起来，在较短时间内也可停下来。
4.具有多种功能性
(1)瞬时耐高温性、耐烧蚀性好。玻璃钢的导热系数只有金属材料的1％，同 时可制成具有较高比热容、熔融热和气化热的材料，可用作导弹头锥的耐 烧烛防护材料。