聚合物基复合材料.doc

一、1、复合材料定义（ISO、GB3961）及定义包含的内容（ISO)：有两种或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。 国标GB3961：两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。 定义包含的内容: (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2 、有机纤维碳化法 将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维；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它非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。 3 、复合材料的分类 按增强材料形态分类: 连续纤维复合材料、短纤维复合材料、粒状填料复合材料、编织复合材料 按增强纤维种类分类: 玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、玄武岩纤维复合材料、有机纤维复合材料 金属纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料 按基体材料分类: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 按材料作用分类: 结构复合材料、功能复合材料 4 、聚合物基复合材料的主要性能和目前存在的缺点： 主要性能： 1 轻质高强（比强度、比模量大） 2 可设计性好 3 具有多种功能性 4 过载安全性好 5 耐疲劳性能好 6 减振性好（非均相多相体系） 存在的缺点：(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，纤维增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 二、1、聚合物基复合材料的增强材料应具有的特征： （1）增强材料应具有能明显提高树脂基体某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、低热膨胀性等，以赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。 （2）增强材料应具有良好的化学稳定性。在树脂基复合材料制备和使用过程中其结构组织和性能不发生明显的变化和退化。 （3）与树脂有良好的浸润性和适当的界面反应，使增强材料与树脂基体有良好的界面结合。 （4）价格低廉。 3 、关与玻璃结构的假说： 微晶结构假说、网络结构假说 2 、玻璃纤维的分类 以玻璃原料成分分类 ：有碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维、特种玻璃纤维 以单丝直径分类 ：粗纤维、初级纤维、中级纤维、高级纤维 以纤维外观分类 ：连续纤维（有捻粗砂、无捻粗纱）、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉、磨细纤维 以纤维特性分类 ：高强度纤维（S玻纤）、低介纤维（D玻纤）、耐化学药品纤维（C玻纤） 耐电腐蚀纤维（E-CR玻纤） 、耐碱玻纤（AR玻纤） 4 、“微裂纹假说”的内容 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，可达到2000 l 2000MPa。但通常情况下，玻璃或玻璃纤维的实测强度很低。这是因为，在它们当中，存在着数量不等，尺小不同的微裂纹，从而大大降低了其强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，使玻璃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，从而使强度下降。 5 、碳纤维的制造方法： 气相法、有机纤维碳化法 6 、关于晶须高强度的解释 、它的直径非常小，不能容纳使晶体削弱的空隙、位错和不完整等缺陷。 、晶须材料的内部结构完整，使它的强度不受表面不完整性的严格限制。 四、1、不饱和聚酯树脂的性能 （1）良好的加工特性，可以在室温下固化，常压下成型，不释放出任何小分子副产物; （2）树脂粘度适中，可以采用多种加工成型方式（手糊、喷射、拉挤、注塑、缠绕等），工艺装置简单，工业上称之为接触成型或低压成型热固性树脂； （3）固化时体积收缩率大，耐热性差，固化后的树脂综合性能较好，但力学性能不如酚醛树脂或环氧树脂。 （4）价格比环氧树脂低的多，只比酚醛树脂略贵一些。 2 、不饱和聚酯树脂、不饱和聚酯、聚酯的定义 不饱和聚酯树脂 ：是指分子链上具有不饱和键（如双键）的聚酯高分子。更准确的定义：不饱和聚酯在乙烯基类交联单体（eg.苯乙烯）中形成的液体树脂。 不饱和聚酯 ：由不饱和二元酸（或酸酐）、饱和二元酸（或酸酐）与二元醇（或多元醇）缩聚而成的具有酯基和双键的线性高分子化合物。 聚酯： 由二元酸（或酸酐）或多元酸与二元醇或多元醇缩合而成的主链上含有酯键的高分子化合物。 3 、不饱和聚酯树脂的合成方法 熔融缩聚法、 溶剂共沸脱水法 、 环氧化合物法 。 工业上则分为一步法和两步法 4 、合成通用不饱和聚酯的原料？采用的理由？ 饱和二元酸、苯酐： 调节不饱和聚酯中双键的密度，增加树脂的韧性 降低不饱和聚酯的结晶性 改善在乙烯基类交联单体（苯乙烯）的溶解性。 不饱和二元酸、顺酐： 顺酐熔点低，消耗能量少 反应速度快、价格低廉 反应时缩水量少（较顺酸或反酸少1/2的缩聚水），可提高分子量 缩聚过程顺式双键要逐渐转化为反式双键（不完全）；树脂固化过程，反式双键较顺式双键活泼，有利于提高固化反应的程度。 二元醇、1.2-丙二醇 ：（1）分子结构中有不对称的甲基，制得的聚酯结晶倾向较少 （2）、与交联剂有良好的相容性 （3）树脂固化后具有良好的物理和化学性能。 5 不饱和聚酯树脂的固化的定义 树脂的固化：不饱和聚酯树脂从粘流态树脂体系发生交联反应到转变成为不溶不熔的具有体型网络结构的固态树脂的全过程。 6 、交联剂的选择条件？苯乙烯作为最常用的交联单体的特点 交联剂的选择条件： （1）能溶解和稀释不饱和聚酯，并参加共聚反应，生成网状交联产物； （2）能以一定速度与聚酯共聚 （3）对固化后的不饱和聚酯的性能有改进； （4）挥发性低，低毒或无毒 （5）来源丰富，制备容易、价格低。 特点：低粘度液体，与不饱和聚酯树脂具有良好的混溶性，能很好的溶解引发剂及促进剂；双键的活性大，易与聚酯中的不饱和双键发生共聚，生成均聚物；苯乙烯沸点低，易于挥发，有毒性，对人体有害。 五、 1、环氧树脂的定义 环氧树脂是指分子结构中含有2个或2个以上环氧基团的一类有机高分子化合物。 2 、环氧树脂的特性指标 环氧当量（或环氧值）是环氧树脂最重要的特性指标，表征树脂分子中环氧基的含量。 环氧当量是指含有1mol环氧基的环氧树脂的质量克数，以EEW表示 3 、工业上环氧树脂的使用情况 工业上使用最大的是缩水甘油醚型环氧树脂，其中以双酚A型环氧树脂为主。 4 、双酚A型环氧树脂的性能？ （1）粘接强度高，粘接面广。可粘接除聚烯烃外的几乎所有材料； （2）固化收缩率低，小于2%，是热固性树脂中收缩率最小的一种； （3）稳定性好，未加入固化剂时可放至一年以上不变质； （4）耐化学药品性好，耐酸、碱和多种化学品； （5）机械强度高可作为结构材料用； 电绝缘性优良，性能普遍超过聚酯树脂 六、1、酚醛树脂的性能： （1）合成原料价格便宜、生产工艺简单而成熟，制造及加工设备投资少，成型加工容易； （2）抗冲击强度小，树脂既可混入无机或有机填料做成模塑料来提高强度，也可以浸渍织物制备层压制品，还可以发泡； （3）制品尺寸稳定（成品）； （4）耐热、阻燃，可自灭，燃烧时发烟量较小且烟中不含有毒物质，电绝缘性好，在电弧作用下会生成碳，耐电弧性不佳； （5）化学稳定性好，耐酸性强，由于含有酚羟基，因此不耐碱； (6 ）长期置于高温空气中会变成红褐色，着色剂使用受限。 2 、热塑性酚醛树脂的定义及合成条件 定义：它是线性树脂，进一步反应不会形成三向网络结构的树脂，加入固化剂后才能进一步反应形成具有三向网络结构的固化树脂。 合成条件：热塑性酚醛树脂的缩聚反应一般是在强酸性催化剂存在下PH3时，甲醛和苯酚的摩尔比小于1(如0.800.86)时，合成的一种热塑性线型树脂。它是可溶、可熔性的分子内不含羟甲基的酚醛树脂。 3 、热固性酚醛树脂的定义及合成条件 定义： 它是一种含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂，合成反应不加控制，则会是提醒缩聚反应一直进行至形成不溶不熔的具有三向网络结构的固化树脂。 合成条件：热固性酚醛树脂的缩聚反应一般是在碱性催化剂存在下进行的，常用催化剂为氢氧化钠、氨水、氢氧化钡等。苯酚和甲醛的摩尔比一般控制在1.11.5之间。 十一、1手糊成型的定义及其优缺点 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。 优点：不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批量小，形状复杂产品的生产。 设备简单，投资少，设备折旧费低。 工艺简单。 容易满足产品设计要求。 制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。 缺点：生产周期长，效率低，劳动强度大，卫生条件差。 产品质量不易控制，性能稳定性不高。 产品力学性能较低。 2 、聚合物基复合材料制造过程 原辅材料的准备阶段，成型阶段，制件的后处理和机械加工等 3 、SMC组成和特点 组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。 特点; 1) 制品的重现性好， SMC的制造不易受操作者和外界条件的影响 2) 加工制品操作处理方便，不粘手 3) 作业环境清洁，大大改善了劳卫环境 4) 片材质量均匀，适宜压制截面变化不大的大型薄壁制品 5) 树脂和玻璃纤维可以流动，可成型带肋条和凸部的制品 6) 成型的制品表面光洁度高 7) 生产效率高、成型周期短、成本低 4 、缠绕成型定义 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带