聚合物基复合材料.ppt

第七章聚合物基复合材料,单一的高分子材料往往很难满足生产和科技部门对材料性能的要求，因而复合高分子材料得以快速发展。 复合材料：是由两种或两种以上不同性质与不同形态的原材料，通过复合工艺组合而成的多相材料。 通常复合材料中至少有两相，其中一相在复合材料中是连续的，称为基体，另一相被基体所包容，称为增强相（或增强材料）。,复合材料即保持了原材料的主要特点，又往往具备原材料所没有的新的特性，通过形成复合材料，可以对下列各种性能得以改善，如强度、刚度、韧度、硬度、耐蚀、耐磨、质量、寿命、外观、耐高低温、减振、导热或绝热等，由于复合后的性能取决于原材料的种类、形态、比例、配置及复合工艺条件等，通过人为因素可以控制这些因素，可望获得不同性能的复合材料，因而复合材料是一类性能可以设计的新疑材料。,（1）按材料基体性质分,复合材料的分类,（2）按分散相的形态和配置分类,复合材料增强机理,颗料状复合材料，按照颗粒的直径和体积分数，又可分为弥散强化复合材料和颗粒增强复合材料，主要是金属基的复合材料。 弥散强化复合材料的颗粒直径范围为0.01m-0.1m，体积分数为0.01-0.15，这种材料中基体承受大部分载荷，颗粒的作用是阻碍基体的位错运动，从而使基体被强化。,（2）颗粒状分散相复合材料,颗粒增强复合材料的粒径范围为1m-5m，体积分数为0.25-0.90，这种复合材料载荷由基体和颗粒共同承担，当颗粒比基体硬时，颗粒通过界面用机械约束方式限制基体变型，产生应力水平较高的流体静应力，随着外载的增加，这种压力也增大，一直能达到未受约束基体屈服强度的3倍以上，从而产生强化，当外载再增大时，颗粒将开裂并导致基体发生破坏。,（1）对高聚物的要求 高聚物在高分子复合材料中是不可缺少的部分，从数量上看，高聚物可以是主要成分（如以二硫化钼填充的尼龙，较少量玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂等）也可以是次要成份。（如以高聚物粘合的层压木板，夹层安全玻璃等）。但不论是主要或次要成份。高聚物的综合性质都对材料综合性能有重大的影响。,高聚物基复合材料,作为复合材料的高聚物应满足下列要求。 良好的综合性能 为了使高分子复合材料性能优越，所使用的高聚物应具有良好的综合性能，要根据填料的特性和复保材料的使用范围，合理选择高聚物，以最大限度地发挥高聚物所固有的特性。,对填料具有强大的粘附力 高聚物在复合材料中的一项重要作用是作为胶粘剂将填料粘合成一个整体，从而构成一种具有崭新性能的新材料。这种粘合作用非常重要，因为对于纤维填料来说，虽然有很高的轴向拉伸强度，但却不能承受压缩及弯曲载荷，而短纤维及粉状、粒状材料更不能做为承载材料。但是当它们被高聚物粘结成一个整体后就可以改善其力学性能。另外，在这个整体中，高聚物除了部分承载外，还起到传递载荷作用。,良好的工艺性能 制造复合材料时希望有较容易的加工成型条件，以降低设备投资，简化操作和便于制造大型制品，高聚物应有恰当的粘度，与填料接近的收缩力，同时热固性树脂应具有适宜的固化时间。,（2）热固性高聚物 作为结构材料的纤维复合材料所用的树脂多为热固性树脂，包括不饱和聚酯、环氧、酚醛、有机硅和一些芳杂环树脂，其中前三种用的最多，为了使热固性树脂固化后，具有某些特殊性能或满足工艺要求，往往在树脂中加入其它助剂，如引发剂、增韧剂、促进剂、稀释剂和阻燃剂等。,（3）热塑性高聚物 热塑性高聚物在软化或熔化状态下，能进行模塑加工，在冷却至软化点以下能保持模塑成型的形状。热塑性高聚物的典型代表有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及其共聚物如ABS等。聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯、聚砜、聚苯硫醚等。 热塑性高聚物基复合材料与热固性树脂基复合材料相比，虽然其成型工艺简单、工艺周期短、成本低。但同时其力学性能、使用温度和老化性能也比较低，热塑性高聚物与纤维复合可以提高力学强度和弹性模量，提高热变形温度，提高尺寸稳定性，降低吸水性、抑制应力开裂和改善疲劳性能。,（4）增强材料与表面处理 增强材料是复合材料的主要承力部分，在玻璃纤维作为增强材料的复合材料中，玻璃纤维则是它的主要承力组分，它的作用除了减少整体收缩，提高材料的力学强度和弹性模量外，还可以提高材料的热变形温度和冲击强度，尤其是材料的拉伸强度提高的更为明鲜。 碳纤维也是复合材料的重要增强材料，它在高性能复合材料中的应用日扩大，碳纤维与玻璃纤维相比，其增强效果主要是它的较大刚性与耐腐蚀性。,随着科技的不断发展，对材料的性能要求也越来越高，因此，新的增强材料不断出现，例高模量的聚酰胺纤维，耐高温的碳化硅纤维，碳化硼纤维。 表面处理是复合材料的重要工艺手段，它是在玻璃纤维表面上用称为表面处理剂的物质处理，使玻璃纤维等与合成树脂或塑料能牢固地粘结在一起，从而提高其各种性能。 表面处理剂（偶联剂）是一种即能与增强材料表面分子作用后相连结，又能与合成树脂或塑料的表面分子作用后相连接的物质，它即保护了玻璃纤维等增强材料的表面，又使树脂与增强材料界面的粘接力大大增加，防止了水分或其它有害成分的侵入。表面处理剂改变了两者界面状态，使复合材料中的基体与基材间形成一个坚固的整体。,（1）复合材料的功能化 固体自润滑材料及耐磨复合材料 以复合材料作自润滑材料及耐磨材料，发展很快，在工业上也得到越来越广泛的应用，自润滑材料是指本身有润滑作用的结构材料，它们大多在高聚物（聚甲醛、聚苯硫醚、聚苯、聚四氟乙烯）中加入超增强及起润滑作用的材料（玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维及二硫化钼、石墨、机油等）制成。,复合材料的发展趋势,复合光敏材料 用感光硬化的塑料复合材料作印刷板代替铅、锌、铜印刷板近年已获应用。这种板材制作工艺简单迅速、质量轻、传墨好、耐印率好，成本低、操作条件好。 导电复合材料 绝大部分高聚