聚合物复合材料工程

聚合物复合材料工程
聚合物复合材料工程

中国海洋大学本科生课程大纲

课程属性:专业知识,课程性质:必修

一、课程介绍

1.课程描述:

聚合物复合材料工程是高分子专业学生学习了高分子物理和高分子化学之后,学习的一门专业必修课程,通过对高分子复合材料工程的学习,同学们不但可以掌握高分子基体、增强材料和复合材料的成型加工方法,更重要的是本课程将从复合材料角度,介绍复合材料的原理、界面、强化、韧化等,增强学生解决复杂工程问题的能力。

2.设计思路:

本课程将从以下几个方面介绍聚合物复合材料工程:

(1)聚合物复合材料基体、增强材料

(2)聚合物复合材料原理、界面、设计、结构性能、强化韧化、功能复合材料等复

合材料学科原理。

(3)聚合物复合材料加工方法。

3. 课程与其他课程的关系

先修课程:高分子化学、高分子物理

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二、课程目标

聚合物基复合材料是目前研究最为深入、工艺最为成熟、品种最为齐全、应用最为广泛的一类复合材料,它已经成为航空、航天、兵器等领域的骨干材料之一,其在化工、船舶、桥梁、体育用品、建筑等领域已经获得广泛的应用。本课程内容涉及面比较广,主要包括聚合物基体、增强材料及其表面处理、界面、制造工艺和性能及应用等内容。通过本课程的学习,能够对聚合物复合材料工程的基本知识及其在国民经济中的用途有全面的了解,从而拓宽学生的知识面,培养学生成为一专多能的复合型人才,能更好地为经济建设服务。

三、学习要求

本课程是高分子材料与工程专业本科生的专业必修课,是高分子化学与高分子物理等课程后续课程,修读本课程的学生需要学习过高分子物理与化学课程。

四、教学内容

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五、参考教材与主要参考书

1、选用教材(告知学生需要购买的教材):

黄丽等编,《聚合物基复合材料》,中国轻工业出版社,2012年,第二版

2、主要参考书

[1]方征平,沈烈等译,《高分子复合材料加工工程》,化学工业工业出版社,2004,

第一版

[2]倪礼忠、陈麒编,《聚合物基复合材料》,华东理工大学出版社,2007,第一版

[3]顾书英、任杰编,《聚合物基复合材料》,化学工业出版社,2013,第二版

六、成绩评定

(一)考核方式 A闭卷考试:A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他

(二)成绩综合评分体系:

七、学术诚信

学习成果不能造假,如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等,均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为,将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。

八、大纲审核

教学院长:院学术委员会签章:

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聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 摘要:聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。本文简单的介绍了聚合物基复合材料,描述了其作为一种新材料的性能特点,并详细描述了其发展历史及应用。 关键词:聚合物、复合材料、应用、历史 1、聚合物基复合材料 复合材料是指:两个或两个以上独立的物理相,包括粘接材料(基体)和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。 (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性,但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和,而是有着重要的改进。(2)复合材料中通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。(3)分散相是以独立的形态分布在整个连续相中,两相之间存在着界面。分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合,各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求,充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用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:玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点,同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。 而聚合物基复合材料一般都具有以下特性: 1. 比强度、比模量大。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标,比强度越高,同一零件的自重越小;比模量越高,零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大,例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料,其比强度是钢的

聚合物基复合材料试题

第一章 聚合物合金的概念、合金化技术的特点? 聚合物合金:有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系 合金化技术的特点:1、开发费用低,周期短,易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。 热力学相容性和工艺相容性的概念? 热力学相容性:达到分子程度混合的均相共混物,满足热力学相容条件的体系。 工艺相容性:使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。 如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性? 1、共混体系的混合自由能(ΔG M )满足ΔG M =ΔH M -TΔS M <0 2、聚合物间的相互作用参数χ 12 为负值或者小的正值。 3、聚合物分子量越小,且两种聚合物分子量相近。 4、两种聚合物的热膨胀系数相近。 5、两种聚合物的溶度参数相近。 *思考如何从改变聚合物分子链结构入手,改变聚合物间的相容性? 1、通过共聚使分子链引入极性基团。 2、对聚合物分子链化学改性。 3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。 4、形成IPN或交联结构。 5、改变分子量。 第二章 *列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素,并说明分别是如何影响的? 组分比:含量高的组分易形成连续相; 黏度比:黏度低的组分流动性较好,容易形成连续相; 内聚能密度:内聚能密度大的聚合物,在共混物中不易分散,容易形成分散相;溶剂类型:连续相组分会随溶剂的品种而改变; 聚合工艺:首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。 说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响?

共混体系中聚合物间的工艺相容性越好,它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合,两相间的过渡区越宽,相界面越模糊,分散相微区尺寸越小。完全相容的体系,相界面消失,微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系,聚合物之间相互扩散的倾向很小,相界面和明显,界面黏接力很差,甚至发生宏观的分层剥离现象。 什么是嵌段共聚物的微相分离?如何控制嵌段共聚物的微相分离结构? 微相分离:由化学键相连接的不同链段间的相分离 控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制 *简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。 特性:1、两种分子链的分布是不均匀的,从相区到界面形成一浓度梯度;2、分子链比各自相区内排列松散,因而密度稍低于两相聚合的平均密度;3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。 作用:力的传递效应;光学效应;诱导效应。 第三章 简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。 形变机理:银纹化和剪切带形变 特点:1、橡胶的存在有利于发生屈服形变;2、力学性能受形变机理影响 简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。 定量研究:高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变 影响因素:树脂基体;应力和应变速率;温度;橡胶含量;拉伸取向 简述橡胶增韧塑料的增韧机理,并列举实例加以说明。 多重银纹化增韧理论:在橡胶增韧的塑料中,由于橡胶粒子的存在,应力场不再是均匀的,橡胶粒子起着应力集中的作用。(脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差) 银纹-剪切带增韧机理:银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。(ABS 拉伸过程中既有发白现象,又有细颈形成) 试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。 1、增韧剂种类不同; 2、增韧的对象不同; 3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同; 4、改善聚合物合金性能的效果不同; 5、增韧机理不同; 6、对两相界面黏结强度的要求是相同 第四章

聚合物基复合材料 知识点总结

第二章增强材料 1.增强材料的品种: 1)无机纤维:(1)玻璃纤维 (2)碳纤维:①聚丙烯腈碳纤维②沥青基碳纤维 (3)硼纤维,(4)碳化硅纤维,(5)氧化铝纤维 2)有机纤维:(1)刚性分子链——液晶(干喷湿纺): ①对位芳酰胺②聚苯并噁唑③聚芳酯 (2)柔性分子链:①聚乙烯②聚乙烯醇 2.玻璃纤维的分类: 1)按化学组成份:有碱玻璃纤维,碱金属含量>12%;中碱玻璃纤维,碱金属含量6%~12%;低碱玻璃纤维,碱金属含量2%~6%;微碱玻璃纤维,碱金属含量<2% 2)按纤维使用特性分:普通玻纤(A-GF);电工玻纤(E玻纤);高强玻纤(S玻纤或R玻纤);高模玻纤(M-GF);耐化学药品玻纤(C玻纤)…… 3)按产品特点分:长度(定长玻纤<6-50mm>,连续玻纤);直径(粗纤维30μm,初级纤维20μm,中级纤维10-20μm,高级纤维3-9μm);外观(连续纤维,短切纤维,空心玻纤,磨细纤维和玻璃粉) 3.玻璃纤维的制备:目前生产玻璃纤维最多的方法有坩埚拉丝法(玻 璃球法)和池窑拉丝法(直接熔融法) 4.玻璃纤维的力学特性: 1)玻璃纤维的拉伸应力--应变关系:玻璃纤维直到拉断前其应力-应变关系为一条直线,无明显的屈服、塑性阶段,呈脆性材料特征 2)玻璃纤维的拉伸强度较高,但模量较低;解释: (1)Griffith微裂纹理论: 玻璃在制造过程中引入许多微裂纹,受力后裂纹尖端应力集中。当应力达到一定值时,裂纹扩展,材料破坏。所以,缺陷尺寸越大,越多,应力集中越严重,导致强度越低 (2)分子取向理论: 玻纤在制备过程中,受到定向牵引力作用,分子排列更规整,所以玻纤强度更大。 3)玻璃纤维强度特点:单丝直径越小,拉伸强度σb越高;试样测试段长度L越大,拉伸强度σb越低。这两点结果被称为玻璃纤维强度的尺寸效应和体积效应,即体积或尺寸越大,测试的强度越低 4)缺点:①强度分散性大,生产工艺影响②强度受湿度影响,吸水后,湿态强度下降③拉伸模量较低(70GPa),断裂伸长率约为2.6% 5.玻璃纤维纱的常用术语、参数:(填空) 1)原纱:指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱 2)表示纤维粗细的指标:①支数β:指1g原纱的长度(m),支数越大表示原纱越细②特(tex):指1000m长原纱的质量(g),tex数越大,纱越粗③旦、袋(den):指9000m长原纱的质量(g),den 数越大纱越粗 3)捻度:表示纱的加捻程度,指每米长原纱的加捻数,即捻/m。S:右捻,Z:左捻。增加抱合力 4)股数N:指由几根原纱合股组成。纱的合股数指以一根原纱为一股,几根原纱合并起来的原纱根数即为合股纱的合股数N。玻璃纱的公称支数为原纱支数除以股数(β=β0/N) 6.预氧化阶段施加张力的目的,是使纤维中形成的梯形结构取向。热定型后的聚丙烯纤维在温度高于玻璃化温度后,在纤维长轴方向上会发生收缩。预氧化过程前期为物理收缩,表现为取向度

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。层状无机物是一维方向上的纳米材料,其粒子不易团聚且易分散,其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范

聚合物基复合材料复习3

1.聚合物基复合材料(PMC)的组成 (1) 基体 热固性基体(thermosetting matrix): i) 熔体或溶液粘度低,易于浸渍与浸润,成型工艺性好 ii) 交联固化后成网状结构,尺寸稳定性好耐热性好,但性脆 iii) 制备过程伴有复杂化学反应 热塑性基体(thermoplastic matrix): i) 熔体粘度大,浸渍与浸润困难,需较高温度和压力下成型,工艺性差 ii) 线性分子结构,抗蠕变和尺寸稳定性差,但韧性好 iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象 (2) 增强体 主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等 由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较差,增强体多经过表面处理与表面改性,以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用,使其组成复杂化。 2.复合材料的结构(structure of composites) ①无规分散(弥散)增强结构(含颗粒、晶须、 短纤维)(randomly oriented) ②连续长纤维单向增强结构(单向板)(aligned) ③层合(板)结构(二维织布或连续纤维铺层,每层 不同) ④三维编织体增强结构 ⑤夹层结构(sandwich structure) ⑥混杂结构(hybrid structure) 3.复合材料的界面 1)界面现象:①表面吸附作用与浸润 ②扩散与粘结(含界面互穿网络结构) ③界面上分子间相互作用力(范氏力和化学键合力) 2). 复合材料的界面形成过程 PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同,它们的成型加工方法与工艺差别很大,各有特点,使复合材料界面形成过程十分复杂,理论上可分为三个阶段。(1)第一阶段:增强体表面预处理或改性阶段。 i) 界面设计与控制的重要手段 ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分 iii) 为第二阶段作准备 (2)第二阶段:增强体与基体在一组份为液态(或粘流态)时的接触与浸润过程 i) 接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种 特殊的浸润过程 ii) 界面形成与发展的关键阶段 (3)第三阶段:液态(或粘流态)组分的固化过程,即凝固或化学反应 i) 界面的固定(亚稳态、非平衡态) ii) 界面的稳定(稳态、平衡态)

聚合物基复合材料复习

1.聚合物基复合材料的组成 (1) 基体 热固性基体: i) 熔体或溶液粘度低,易于浸渍与浸润,成型工艺性好 ii) 交联固化后成网状结构,尺寸稳定性好耐热性好,但性脆 iii) 制备过程伴有复杂化学反应 热塑性基体: i) 熔体粘度大,浸渍与浸润困难,需较高温度和压力下成型,工艺性差 ii) 线性分子结构,抗蠕变和尺寸稳定性差,但韧性好 iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象 (2) 增强体 主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等 由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较差,增强体多经过表面处理与表面改性,以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用,使其组成复杂化。 3.复合材料的界面 1)界面现象:①表面吸附作用与浸润 ②扩散与粘结(含界面互穿网络结构) ③界面上分子间相互作用力(范氏力和化学键合力) 2). 复合材料的界面形成过程 PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同,它们的成型加工方法与工艺差别很大,各有特点,使复合材料界面形成过程十分复杂,理论上可分为三个阶段。(1)第一阶段:增强体表面预处理或改性阶段。 i) 界面设计与控制的重要手段 ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分 iii) 为第二阶段作准备 (2)第二阶段:增强体与基体在一组份为液态(或粘流态)时的接触与浸润过程 i) 接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种 特殊的浸润过程 ii) 界面形成与发展的关键阶段 (3)第三阶段:液态(或粘流态)组分的固化过程,即凝固或化学反应 i) 界面的固定(亚稳态、非平衡态) ii) 界面的稳定(稳态、平衡态) 在复合材料界面形成过程中涉及: i) 界面间的相互置换:如,润湿过程是一个固-液界面置换固-气表面的过程 ii) 界面间的相互转化:如,固化过程是固-液界面向固-固界面转化的过程后处理过程:固-固界面自身完善与平衡的过程 3)复合材料界面结构与性能特点 i) 非单分子层,其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样。界面区至少包括: 基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分 ii ) 具有一定厚度的界面相(层),其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化,具有“梯度”材料的性能特征

聚合物基复合材料

纤维增强的聚合物基复合材料 一、复合材料 1、定义 复合材料是一种多相的复合体系,由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料。 2、分类 根据组成复合材料的不同物质在复合材料中的形态,可将它们分为基体材料和分散材料。复合材料按分散材料形式不同可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、晶须增强复合材料等;按基体材料不同可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。 二、纤维增强聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体,添加增强纤维制得的一种复合材料。 它有许多优异的性能:(1)质轻高强。若按比强

度计算(强度与密度的比值),玻璃纤维增强的聚合物基复合材料不仅大大超过碳钢,而且可超过某些特殊合金钢。特别是有机纤维、碳纤维复合材料有更低的密度和更高的强度。(2)耐疲劳性能好。聚合物复合材料中的纤维与基体的界面能阻止裂纹的发展,金属的疲劳强度是其拉伸强度的30~50%,碳纤维/不饱和聚酯复合材料是70~80%。(3)耐热性强。虽然聚合物基复合材料的耐热性不及金属基和陶瓷基复合材料,但随着高性能树脂和高性能增强材料的发展,它的耐热性也达到很优异的效果。甲基二苯乙炔基硅烷树脂为基体的复合材料在500℃下仍能保持较好的力学性能。(4)介电性能好。通过选择树脂基体和增强纤维可制备低介电损耗角正切(小于0.005)的复合材料.如,热固性丁苯树脂基、聚酰亚胺树脂基复合材料。 1、聚合物基体 目前可供选择的树脂主要有两类:一类为热固性树脂,其中包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等,另一类为热塑性树脂,如尼龙、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺等。 聚合物的选择应考虑:A、基体材料能在结构使用温度范围内正常使用;B、基体材料具有一定的力学

聚合物复合材料

课程名称: 聚合物复合材料 论文题目:改性木粉/PVC复合材料的研究进展任课老师:符新教授 学院:材料与化工学院 专业:材料学 班级:材料学 学生XX:周宇 学生证号:008

改性木粉/PVC复合材料的研究进展 1 木/塑复合材料的发展和背景 木/塑复合材料是利用木粉和废旧热塑性塑料或树脂为主要原料,经高温混炼、再经成型加工而制得的一种廉价的新型复合材料。它是当代工业基础材料废物利用的最佳科研成果在工业生产中的应用,有“合成木材”之名,在建筑、交通、轻工等部门具有广阔的应用前景[1]。这种木/塑复合材料不仅可以替代货物木质包装材料和铺垫材料,还能用于门、窗框、建筑模板、地板、汽车配件的生产[2]。 20世纪80年代,这种新型复合材料在国外已有研究成果和实际应用[3]。日本阿特隆公司于1980年发表了相关专利并向世界推广[4]。这也是近年来国外发展较快且经济效益显著的实用型技术。木/塑复合材料之所以发展得这么快,是由于人们环境观念的加强。美国建筑工业寻找木材的替代材料,要求不腐蚀、不翘曲、维修方便、外观与木材相似。而韩国和日本的纸、木材加工厂对锯木粉、废木屑等的应用都推动和加速了木/塑复合材料的研究和应用开发[5]。我国是一个木材资源不丰富的国家,储量小,产量满足不了市场的需要。另外,自1998年2月开始,美国、加拿大和欧盟国家相继对我国出口货物的木质包装材料实施新的检疫标准,要求采取熏蒸或高温消毒处理,否则将拒绝入境,这也促进和推动了我XX用木塑型材做包装用托盘为代表的制品发展。 现在国外已对木/塑复合材料有了较深入的研究, 开发出PE木塑、PS木塑、PP木塑、PVC木塑等多种复合材料及制品[6]。而国内开展研究起步较晚,在这方面的研究只是近几年的事情。目前国内主要是对PE、PP基木塑复合材料的研究[7],产品开发主要是PE基木塑复合材料制品,而对PVC基木塑复合材料深入研究的报道较少,相应的产品开发也少有报道。PVC是目前世界上最重要的两种塑料材料之一,每年庞大的PVC消费量相应地产生了大量的废旧塑料,可是这些废旧塑料的回收率还很低,使得大量的废旧塑料制品成为垃圾,给环境造成很大污染[8]。因此,

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聚合物基复合材料 第二节聚合物基复合材料(PMC) 1.1聚合物基体 1.2PMC界面 1.3PMC制备工艺 1.4PMC性能与应用 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用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:玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、

短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点,同时还有其本身的特殊性能。 通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料(FRP),而为各种目的加入各种填料的高分子材料不在这里论及。 1.1聚合物基体 聚合物基体是纤维增强塑料的一个必需组分,在复合材料成型过程中,基体经过复杂的物理、化学变化过程,与增强纤维复合成具有一定形状的整体。因而基体性能直接影响复合材料性能。基体的主要作用包括将纤维粘合成整体并使纤维位置固定,在纤维间传递载荷,并使载荷均匀;决定复合材料的一些性能。如复合材料的高温使用性能(耐热性)、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等;决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择;保护纤维免受各种损伤。此外对复合材料一些性能有重要影响,如纵向位伸、尤其是压缩性能,疲劳性能,断裂韧性等。 1、分类 用于复合材料的聚合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加

聚合物基复合材料考试答案

1聚合物基复合材料的定义、特征、结构模式。 聚合物基复合材料:是以有机聚合物为基体,以颗粒、纤维等为增 强材料组成的复合材料 特征:1比强度和比模量高,比强度(抗拉强度与密度之比)和比模 量(弹性模量与密度之比)高,说明材料轻而且刚性大。2 良好的抗 疲劳性能疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复合材料能有效地 阻止疲劳裂纹的扩展。3、减振性能好在工作过程中振动问题十分突出,复合材料为多相系统,大量的界面对振动有反射吸收作用。且 自振动频率高,不易产生共振4、高温性能好复合材料在高温下强度 和模量基本不变5、各项异性和可设计性。6、成型加工性好复合材 料可成型任意型面的零件7、其它优点与其它类材料相比,聚合物基 复合材料耐化学腐蚀、导电、导热率低等特点。 缺点:1耐湿热性差2.材料性能分散性差3.价格过高 复合材料的结构①无规分散(弥散)增强结构(含颗粒、晶须、短 纤维)②连续长纤单向增强结构(单向板)③层合(板)结构(二维 织布或连续纤维铺层,每层不同)④三维编织体增强结构⑤夹层结 构(蜂窝夹层等)⑥混杂结构 2、复合材料的界面效应有哪些?怎么影响材料的性能。 界面在复合材料中所起到的效应: 1、传递效应:界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相,起到基体和增强相之间的桥梁作用。 2、阻断效应:基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、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 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 3.试说明玻璃纤维、碳纤维与芳纶纤维表面处理方法的相同点和不 同点。 相同点是都需要在高温下处理,改善纤维的微结构,使纤维与界面 和基体更加匹配。包括化学键理论,润湿理论,表面形态理论,可

聚合物复合材料

聚合物复合材料 4.1 概述 什么是复合材料?这个概念很难说清。由于缺乏严格的定义以及近年来人们用词的随意,模糊了复合材料的概念。关于复合材料有许多种定义。一种定义为:“a mixture of two or more materials that are distinct in composition and form, each being present in significant quantities (e.g., >5%)” (两种或多种不同组成、不同存在形式材料的混合物,各以显著的量存在)。另一定义为:“the union of two or more diverse materials to attain synergistic or superior qualities to those exhibited by individual members”(两种或多种不同材料的结合体,可获得协同的或优于个别材料的质量)。美国ASM的工程材料手册中的定义为:“a combination of two or more materials differing in form or composition on a macroscale. The constituents retain their identities…and can be physically identified.”(两种或多种不同组成、不同存在形式在宏观水平上的结合体。各组分保持各自的特征,并可用物理方法鉴别)。这里“宏观”、“各自特征”是两个关键。不符合这两个关键词的混合物将不被视为复合材料。例如固溶体,是两种材料在原子水平上的混合物,不能算作复合材料。但“宏观”是个什么概念?毫米级还是微米级还是纳米级?橡胶与塑料的混合一般不认为复合材料,原因有二。第一因为橡胶分散相的尺寸在微米级以下,不能视为宏观存在;第二因为橡胶与塑料同属高分子材料,不能视为不同材料的混合。但近年来又出现了“纳米复合材料”,其中有一种是纳米尺寸的无机粒子在塑料中的混合物。纳米尺寸能够称得上“宏观”吗?人们近年来还提出“分子复合材料”,即同系列聚合物棒状分子与线团状分子的混合物。既是分子水平的混合,又是同一种材料,也称为复合材料。但在本书的学习中,我们不必理会复合材料的确切定义,只将讨论的内容限定在ASM规定的材料范围之内。 人类从很早的时期起就认识到将两种或多种材料混合使用的益处。13世纪的蒙古包就是将动物筋、木头和丝用粘合剂粘在一起制成的。在更早的时期,人们就懂得将稻草混入泥巴来盖房子,这一技术直到今日还在我国农村使用。古埃及人已懂得制造轻便坚固的三合板,中世纪的欧洲人用合层的金属片制造盾牌。大自然也创造了不少天然复合材料:如木材、竹子、骨头等。 第二次世界大战期间,诞生了玻璃纤维与聚酯树脂的复合材料。这标志着先进复合材料时代的到来。最早的复合材料被用于制造飞机的门的档板,还用于制造导弹外壳。人们从这种高比强度(强度/密度)、高比刚度(模量/密度)的材料中看到了巨大的前途,开始有意识地开发复合材料,希望能够替代铝和钛等金属。从五十年代起,开始致力于纤维的研制,并开发出高性能的S型玻璃纤维。1963年,硼纤维问世,以后又相继开发出碳纤维、二氧化铍纤维、石墨纤维、芳香尼龙纤维、氧化铝纤维等。纤维可以加入到聚合物基体,也可以加入到金属基体或陶瓷基体,开创出一代高性能的复合材料。为有别于传统的与天然的复合材料,我们称此类材料为先进复合材料。复合材料可以金属、陶瓷、聚合物中任一种材料为

聚合物复合材料复习资料

1.分散度以分散相平均粒径来表征,这里的平均粒径指的是什么? 分散相颗粒平均粒径的表征方法有数量平均直径与体积平均直径。数量平均直径(数均粒径)因便于计算而经常被采用。通常所说的平均粒径,如未加特殊说明,一般都是数均粒径。 2.什么是脆性断裂? 基体断裂、纤维断裂、纤维脱粘、纤维拔出、裂纹扩展与偏转。 3.芳纶纤维表面处理方法? 氧化还原处理,冷等离子表面处理,表面化学接枝处理 4.玻璃纤维润滑剂去除方法? 玻璃纤维浸润剂的去除方法有洗涤法和热处理法。 5.粉末填充材料的表面性质具体包括哪些方面? 6.碳纤维利用臭氧氧化法表面处理,效果受哪些因素影响? 碳纤维臭氧氧化法受到浓度温度时间影响,程度是时间>浓度>温度。 7.名词解释:共挤出成型技术 共挤出成型技术:是两种或两种以上的原料通过同一个机头挤出,成型为具有核壳结构或多层结构的聚合物复合型材的技术。共挤出技术使产品具有特殊性能,并能大幅度地降低成本,是当代应用颇广的塑料成型方法。 8.注塑成型工艺过程主要包括哪些阶段? 注塑成型工艺过程主要包括合模、填充、保压、冷却、开模、脱模等6个阶段。 这6个阶段直接决定着制品的成型质量,而且这6个阶段是一个完整的连续过程。 9.单螺杆挤出成型原理包括那三个理论? 固体输送理论,熔融理论,熔体输送理论 10.名称解释:天然纤维聚合物复合材料的挤出成型技术 天然纤维聚合物复合材料的挤出成型技术,是指聚合物基体和纤维材料在挤出机中通过加热、加压,使受热熔化的基体和纤维材料混合、塑化,最后连续通过口模成型的方法。 11.弱边界层可能由以下几个方面的原因造成的? 1.在天然纤维增强复合材料的制备过程中,外部杂质进入了两相界面之间。 2.在制备复合材料的过程加入了其他助剂的影响。 3.复合材料在使用,储存和运输的过程中不慎带入了杂质等。

聚合物基复合材料重点内容

测试题型 一、填空题(1分*10题=10分) 二、判断题(1分*6=6分) 三、名词解释(4分*5=20分) 四、简答题(8分*8题=64分,含1道计算题) 第一章聚合物基复合材料的概念、特性、使用和进展 1.什么是复合材料?和金属材料相比有何主要差别? 答:定义:复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保持了原组分材料的主要特色,又通过符合效应获得原组分所不具备的的新性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并充分并联,从而获得新的优越性能,这和一般的简单的混合有本质的区别。 和金属材料的区别: 2.复合材料有哪些优点?存在的主要问题是什么? 答:优点:1)比强度、比模量高;2)耐疲劳性好,破损性能高;3)阻尼减振性好:a.受力结构的自振频率除了和结构本身形状有关以外,还和材料的比模量平方根成正比;b.复合材料具有较高的自振频率,其结构一般不易产生共振;c.复合材料机体和纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力,致使材料得振动阻尼很高,一旦振起来,也可在较短时间内停下来。4)具有多种功能性:a.瞬时耐高温性、耐烧蚀性好;b.优异的电绝缘性能和高频介电性能;c.良好的摩擦性能;d.优良的腐蚀性,维护成本低;e.特殊的光学、电学、磁学的特性。5)良好的加工工艺性;6)各向异性和性能的可设计性。 主要问题:工艺方法的自动化、机械化程度低,材料性能的一致性和产品质量的稳定性差,质量的检测方法不完善,破坏模式不确定和长期性能不确定,长期耐高温和环境老化性能不好等。

3.简述复合材料的组成。界面为什么也是一个重要组成部分? 答:复合材料是由基体材料和增强体材料构成的多项体系。基体材料为连续相,按所用基体材料的不同,可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和聚合物基复合材料。增强材料为分散相,通常为纤维状材料,如玻璃纤维、有机纤维等。 原因:界面也是重要组成部分的原因是因为增强相和基体相的界面区域因为其特殊的结构组成,这种结构对材料的宏观性能产生影响,因此也是不可缺少的重要组成部分。 4.什么是先进复合材料(ACM)? 答:具有质轻、高比模量、高比强度等优良性能的的纤维复合材料称为先进复合材料(ACM)。 第二章增强材料 1.为什么玻璃纤维和块状玻璃性能不同?纤维的粗细对其强度有什么影响?为 什么? 答:块状玻璃比玻璃纤维本身尺寸大,其内部和表面存在较大缺陷的概率增大,而材料破坏就是由最危险或尺寸最大的裂纹导致的,所以块状玻璃壁纤维的强度低得多。而且玻璃纤维具有以下特点:1)玻璃纤维的体积效应或尺寸效应,即:体积或尺寸越大,测试的强度越低。2)玻璃纤维强度的分散性较大;3)玻璃纤维强度受湿度影响。吸水后,湿态强度下降。4)玻璃纤维的拉伸模量较低。 2.制备玻璃纤维时,为什么要使用浸润剂?主要有哪三类浸润剂?各有什么不 同? 答:浸润剂的作用在于:使单丝集束,便和后续的并股、纺织等工序;防止原纱缠绕成卷时,纤维相互粘结;保护纤维,防止纺织时,纤维的表面磨损而降低强度。 浸润剂的类型有如下三类:1)纺织型浸润剂。纺织型浸润剂具有良好的集束性、润滑性、成膜性和抗静电性。主要用于玻璃纤维纺织加工制品。2)增强型

聚合物基复合材料复习

聚合物基复合材料复习要点 常州大学高分子系整理 第一章、概论 复合材料的定义:复合材料是由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 复合材料的分类 按增强材料形态:①连续纤维复合材料②短纤维复合材料③粒状填料复合材料④编织复合材料 按聚合物基体材料:环氧树脂基、酚醛树脂基、聚氨酯基、聚酰亚胺基、不饱和聚酯基以及其他树脂基复合材料 按增强纤维种类:玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、玄武岩纤维有机纤维复合材料、金属纤维复合材料和陶瓷纤维复合材料 按材料作用:结构复合材料,用于制造受力构性的复合材料 和功能复合材料,具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、耐摩擦、屏蔽)的复合材料 复合材料的基本性能:①综合发挥各组分材料优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能 ②按对材料性能的需要进行材料的设计和制造 ③可制成所需的任意形状的产品,避免多次加工工序 聚合物基复合材料的主要性能:①轻质高强②可设计性好③具有多种功能性④过载时安全性好⑤耐疲劳性能好⑥减震性好 复合材料设计可分为三个层次: ①单层材料设计:包括正确选择增强材料、基体材料及其配比,该层次决定单层板的性能 ②铺层设计:包括对铺层材料的铺层方案做出合理安排,该层次决定层合板的性能 ③结构设计:最后确定产品结构的形状和尺寸 这三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。材料设计和结构设计必须同时进行,并在一个设计方案中同时考虑。 第二章、增强材料 增强材料按物理形态:①纤维状增强材料,如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等②片状增强材料③颗粒状增强材料 玻璃结构比较靠谱的两种假说:①微晶结构假说②网络结构假说 ①微晶结构假说认为,玻璃是由硅酸盐或二氧化硅的“微晶子”所组成,这种“微晶子”在结构上是高度变形的晶体,在“微晶子”之间由无定形中间层隔离,即由硅酸盐过冷溶液所填充 ②网络结构假说认为,玻璃是由二氧化硅四面体、铝氧四面体或硼氧三面体相互连成不规则的三维网络,网络间的空隙由Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础,填充的Na+、K+等阳离子为网络改性物。 为什么玻璃纤维强度远大于块状玻璃? 答:微裂纹假说认为,玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力,其理论强度很高,但实测强度很低,这是由于玻璃或玻璃纤维中存在数量不等、尺寸不同的微裂纹,这些微裂纹使玻璃或玻璃纤维在外力作用下受力不均,在危害最大的微裂纹处产生应力集中,从而它们强度下降。但玻璃纤维强度仍比块状玻璃高很多,这是因为玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均匀性,不仅使得自身结晶度比块状玻璃高,而且使其微裂纹产生的机会减少。此外,玻璃纤维的断面较小,使微裂纹存在的概率也减少,从而减少应力集中,使纤维强度增高。 高强玻璃纤维的特点:直径细、长度短、含碱量低、未老化、未疲劳、玻璃硬化快。玻璃纤维耐热性好,但其耐磨性、耐折性、透光性、耐腐蚀性差(比表面积大)。二氧化硅或三氧化二铝含量越高、碱金属氧化物含量越低,玻璃纤维化学稳定性越好。 玻璃纤维最广泛的两种生产工艺:①坩埚法拉丝工艺②池窑漏板法拉丝工艺 玻璃纤维纱的规格①定量法:用质量为1g的原纱的长度表示②定长法(TEX):1000m 长的原纱的质量(g);捻度:指单位长度内纤维与纤维之间所加的转数 玻璃纤维的表面处理:表面处理是在玻璃纤维表面覆一种表面处理剂,使玻璃纤维与合成树脂牢固地黏结在一起,以达到提高玻璃纤维性能的目的。 玻璃纤维表面处理方法:①后处理法②前处理法③迁移法 ①后处理法:首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂,然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺,使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。其主要特点是:处理的各道工序都需要专门的设备,投资大,玻璃纤维强度损失大,但处理效果好,比较稳定,是目前国内外最常用的处理方法。 ②前处理法:这种方法是适当改变浸润剂的配方,使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求,又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和黏结。将化学处理剂加入到浸润剂中,即为增强型浸润剂,这样,在拉丝的过程中处理剂就被覆到玻璃纤维表面上。前处理与后处理法比较,省去了复杂的处理工艺及设备,使用简便,避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失,是很适用的方法。 ③迁移法:是将化学处理剂直接加入到树脂胶囊中整体掺合,在浸胶同时将处理剂施于玻璃纤维上,借处理剂从树脂胶液至玻璃纤维表面的迁移作用而与表面发生作用,从而在树脂固化过程中产生偶联作用 碳纤维轻质、高强、高模量、耐热、化学稳定性好、低电阻、高热传导系数、低热膨胀系数、耐辐射、X射线透过性好,还具有阻止中子透过性。 碳纤维的制造方法:①气相法②有机纤维碳化法 1.气相法:在惰性气氛中小分子有机物(如烃、芳烃等)在高温下沉积成纤维。此方法只能制造晶须或短纤维,不能制造连续长丝。 ②有机纤维碳化法:先将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维,然后再在惰性气氛中, 于高温下进行焙烧碳化,使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子,形成以碳为主要成分的纤维状物。此法可制造连续长纤维。 碳纤维的主要制造方法是热解有机纤维,其流程如下:纤维化稳定(氧化或热固化)碳化石墨化 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的制造工艺流程:复合材料的定义:复合材料是由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组 合而成的一种多相固体材料。 复合材料的分类 按增强材料形态:①连续纤维复合材料②短纤维复合材料③粒状填料复合材料④编织复合材料 按聚合物基体材料:环氧树脂基、酚醛树脂基、聚氨酯基、聚酰亚胺基、不饱和聚酯基以及其他树脂基复合材料 按增强纤维种类:玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、玄武岩纤维有机纤维复合材料、金属纤维复合材料和陶瓷纤维复合材料 按材料作用:结构复合材料,用于制造受力构性的复合材料 和功能复合材料,具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、耐摩擦、屏蔽)的复合材料 复合材料的基本性能:①综合发挥各组分材料优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能 ②按对材料性能的需要进行材料的设计和制造 ③可制成所需的任意形状的产品,避免多次加工工序 聚合物基复合材料的主要性能:①轻质高强②可设计性好③具有多种功能性④过载时安全性好⑤耐疲劳性能好⑥减震性好 复合材料设计可分为三个层次: ①单层材料设计:包括正确选择增强材料、基体材料及其配比,该层次决定单层板的性能 ②铺层设计:包括对铺层材料的铺层方案做出合理安排,该层次决定层合板的性能 ③结构设计:最后确定产品结构的形状和尺寸 这三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。材料设计和结构设计必须同时进行,并在一个设计方案中同时考虑。 第二章、增强材料增强材料按物理形态:①纤维状增强材料,如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等②片状增强材料③颗粒状增强材料 玻璃结构比较靠谱的两种假说:①微晶结构假说②网络结构假说 ①微晶结构假说认为,玻璃是由硅酸盐或二氧化硅的“微晶子”所组成,这种“微晶子”在结构上是高度变形的晶体,在“微晶子”之间由无定形中间层隔离,即由硅酸盐过冷溶液所填充 ②网络结构假说认为,玻璃是由二氧化硅四面体、铝氧四面体或硼氧三面体相互连成不规则的三维网络,网络间的空隙由Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础,填充的Na+、K+等阳离子为网络改性物。 为什么玻璃纤维强度远大于块状玻璃? 答:微裂纹假说认为,玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力,其理论强度很高,但实测强度很低,这是由于玻璃或玻璃纤维中存在数量不等、尺寸不同的微裂纹,这些微裂纹使玻璃或玻璃纤维在外力作用下受力不均,在危害最大的微裂纹处产生应力集中,从而它们强度下降。但玻璃纤维强度仍比块状玻璃高很多,这是因为玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均匀性,不仅使得自身结晶度比块状玻璃高,而且使其微裂纹产生的机会减少。此外,玻璃纤维的断面较小,使微裂纹存在的概率也减少,从而减少应力集中,使纤维强度增高。 高强玻璃纤维的特点:直径细、长度短、含碱量低、未老化、未疲劳、玻璃硬化快。玻璃纤维耐热性好,但其耐磨性、耐折性、透光性、耐腐蚀性差(比表面积大)。二氧化硅或三氧化二铝含量越高、碱金属氧化物含量越低,玻璃纤维化学稳定性越好。 玻璃纤维最广泛的两种生产工艺:①坩埚法拉丝工艺②池窑漏板法拉丝工艺 玻璃纤维纱的规格①定量法:用质量为1g的原纱的长度表示②定长法(TEX):1000m 长的原纱的质量(g);捻度:指单位长度内纤维与纤维之间所加的转数 玻璃纤维的表面处理:表面处理是在玻璃纤维表面覆一种表面处理剂,使玻璃纤维与合成树脂牢固地黏结在一起,以达到提高玻璃纤维性能的目的。 玻璃纤维表面处理方法:①后处理法②前处理法③迁移法 ①后处理法:首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂,然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺,使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。其主要特点是:处理的各道工序都需要专门的设备,投资大,玻璃纤维强度损失大,但处理效果好,比较稳定,是目前国内外最常用的处理方法。 ②前处理法:这种方法是适当改变浸润剂的配方,使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求,又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和黏结。将化学处理剂加入到浸润剂中,即为增强型浸润剂,这样,在拉丝的过程中处理剂就被覆到玻璃纤维表面上。前处理与后处理法比较,省去了复杂的处理工艺及设备,使用简便,避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失,是很适用的方法。 ③迁移法:是将化学处理剂直接加入到树脂胶囊中整体掺合,在浸胶同时将处理剂施于玻璃纤维上,借处理剂从树脂胶液至玻璃纤维表面的迁移作用而与表面发生作用,从而在树脂固化过程中产生偶联作用 碳纤维轻质、高强、高模量、耐热、化学稳定性好、低电阻、高热传导系数、低热膨胀系数、耐辐射、X射线透过性好,还具有阻止中子透过性。 碳纤维的制造方法:①气相法②有机纤维碳化法 1.气相法:在惰性气氛中小分子有机物(如烃、芳烃等)在高温下沉积成纤维。此方法只能制造晶须或短纤维,不能制造连续长丝。 ②有机纤维碳化法:先将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维,然后再在惰性气氛中, 于高温下进行焙烧碳化,使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子,形成以碳为主要成分的纤维状物。此法可制造连续长纤维。 碳纤维的主要制造方法是热解有机纤维,其流程如下:纤维化稳定(氧化或热固化)碳化石墨化 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的制造工艺流程:

聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 摘要:本文主要研究的是聚合物基复合材料的制备、性能、和应用。聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组成的复合材料。它有许多突出的性能:比强度大、比模量大;耐疲劳性能好;减振性好;过载时安全性好等。聚合物基复合材料的结构和性能存在广泛的灵活关系,通过不同的工艺控制,可以形成不同的结构形态,从而获得目标性能。 关键词:聚合物基复合材料制备性能应用 1、聚合物基复合材料的制备 1.1.聚合物复合材料概述及其制备流程 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用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。 1.2.基体及其制备: 基体是聚合物基复合材料的主要成分。用于复合材料的聚合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加工成型而无任何化学变比。热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等,它们在制成最终产品前,通常为分于量较小的液态或固态预聚体,经加热或加固化剂发生化学反应固化后,形成不溶不熔的三维网状高分子。 1.2.1热固性聚合物的制备

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