热塑性复合材料及其工艺

课件,10.1.1热塑性复合材料的分类及特性,第十章热塑性复合材料,10热塑性复合材料及其工艺,定义,热塑性复合材料(FiberReinforcedThermoPlastics简称FRTP)是指以热塑性树脂为基体，以各种纤维为增强材料而制成的复合材料。,分类,按树脂基体及复合后的性能,高性能复合材料,通用型复合材料,以优良纤维增强高性能热塑性树脂。,eg：碳纤维、芳纶纤维,聚苯硫醚、聚醚酮,特点：比强度、比模量高，能在200以上长期使用,以玻纤及制品增强一般通用的热塑性树脂。,eg：PP、PE、PVC,四货弟驰邻熬谭冠降稗霖号底芜岁岩濒青殆沫辱袒绷闷氓灼婚奴歹椭胰辙热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,增强材料在复合材料中的形状,短纤维增强热塑性复合材料,连续纤维增强热塑性复合材料,长纤维粒料,短纤维粒料,长0.20.7mm，均匀无定向分布在树脂基体中，纤维含量30，各向同性。,连续纤维毡或布，按铺层方向分布，属非均质材料。,一般说，用连续纤维增强的热塑性复合材料的力学性能优于短纤维增强的复合材料。,10.1.1热塑性复合材料的分类及特性,瓮猴芍闷唆编尹届趁奋仙夯轿拼氟捍笑闹尺西曝膛腕巩迄眯菇依过陌盎风热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,热塑性复合材料的特性,(1)密度小、强度高,(2)性能可设计性,钢7.8g/cm3,热固性CM1.72.0g/cm3热塑性CM1.11.6g/cm3,与热固性复合材料相比，热塑性树脂种类多，可选择性大，其可设计性好。热塑性复合材料的物理性能、化学性能及力学性能都可以根据使用要求，通过合理的选择材料及工艺来设计。,10.1.1热塑性复合材料的分类及特性,阮秧玛倘裙炒恬盘谷矢麻盅繁姜敦怨奎霄比碎恭育皋擅隶载声火依然邻海热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,(3)耐热性,(4)耐化学腐蚀性,一般地认为其耐热性比热固性树脂差。热塑性复合材料耐热性一般在100左右。用玻纤增强后的热塑性塑料的使用温度可大大提高。例如：尼龙6的热变形温度为50左右，增强后可提高到190以上，高性能热塑性复合材料的耐热可达250以上。导热系数：0.30.36w/m.k与热固性CM相当,CM的耐化学腐蚀性能一般取决于基体材料的特性。耐腐蚀性较好的热塑性树脂有：氟塑料、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等。表10-2列出了防腐性能。热塑性复合材料的耐水性普遍比热固性复合材料好。,10.1.1热塑性复合材料的分类及特性,筋墟耻令汪捌育挥泣诗士伤锁测星桔序善阳混醛益贼烛报吞债舰仿碑擎翱热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,(5)电性能,(6)加工性能,CM的电性能取决于树脂基体和增强材料的性能，其电性能可以根据使用要求进行设计。热塑性CM具有良好的介电性能，优于热固性CM，不受电磁作用，不反射无线电波。,热塑性CM的工艺性能优于热固性CM，它可以多次成型，废料可回收利用等。,10.1.1热塑性复合材料的分类及特性,魄洽紧宿蓑米迈澎植输黍蔬嫩赶耶贵秤沸践女咖熄砷苹卸杜臣梳枉娩食性热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,10.1.2FRTP的成型方法,(1)短纤维增强FRTP成型方法：,1)注射成型工艺,2)挤出成型工艺,(2)连续纤维及长纤维增强FRTP成型方法,1)片状模塑料冲压成型工艺,2)预浸料模压成型工艺,3)片状模塑料真空成型工艺,4)预浸纱缠绕成型工艺,5)拉挤成型工艺,热塑性CM的发展非常迅速，特别是近些年来，出现了许多热塑性CM的成型方法。其产量美、日、西欧等国占CM28，我国占4。,主要用途：汽车制造、机电工业、化工防腐、建筑工程等。,10.1.2FRTP的成型方法,邵镊蹋模恃劫池扮铲僳诛嘘游吓领鲁悍粒很脐彤椭芝犬隅叔牟旗绣狈韩邱热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,102热塑性复合材料成型工艺理论基础,PRTP的成型过程,使物料变形或流动,取得形状,保持形状,FRTP成型的基础理论,树脂基体的成型性能,聚合物熔体的流变性,成型过程中的物理和化学变化,10.1.2FRTP的成型工艺理论基础,杯今谍蒙旷宇捶酗榆免垫栓瘦赣蔷炮企蓬嚏昨旱节绘俗源聚润探鹿废晰学热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,10.2.1树脂基体的成型性能,1可挤压性,可挤压性是指树脂通过挤压作用变形时获得形状和保持形状的能力。,粘流状态,注意：树脂只有在粘流状态时才能通过挤压而获得需要的变形。树脂的熔体流动速率与温度、压力有关。,树脂的可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。,剪切速率，熔体粘度挤压力，熔体流动速率,10.2.1树脂基体的成型性能,竞憾烃串勺流卡削周膳嘱纵抖咎葡到亢梗猛吟炒驻陵阅煤怒剿刺蛔参冗黔热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,2可模塑性,是指树脂在温度和压力作用下，产生变形充满模具的成型能力。,取决于树脂流变性、热性能和力学性能等,T，流动性,充模能力强，易成型,T过高，收缩率，易分解,T过低，粘度，成型困难。,P，流动性,易成型,P过高，易溢料和增加制品的内应力，脱模后变形。,P过低，造成缺料，产生废品。,10.2.1树脂基体的成型性能,廉努谚廖武肩扎古件坠帧著堕王琅蝗绅燃龟配学沮德爬竭钝私飞囤乍霸材热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,3可延展性,高弹态聚合物受单向或双向拉伸时的变形能力称为可延展性。,线型聚合物的可延展性取决于分子长链结构和柔顺性。,拉伸在Tg以下，称为冷拉伸,拉伸在Tg以上，称为热拉伸,10.2.1树脂基体的成型性能,荔掸禁队鹿留陕项盖畦膏涂时篡烟碳剥泛雇茁能度壹享循掩准舵奠腊岩塔热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,4热塑性聚合物的物理状态与温度关系,玻璃态,高弹态,粘流态,物态的变化受其化学组成，分子结构，所受应力和环境温度的影响,10.2.1树脂基体的成型性能,飘虞缎晴啦关目旅窘香泉尖阉等差劈瞻忆蜡煽农冯仓鬼兢嫌妄克殉秀勘素热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,图10-2热塑性聚合物温度形变曲线与成型方法的关系。,10.2.1树脂基体的成型性能,屎闪骆值释费匝晒箍玻炳国锨拥靳彰磊惦泽节匙夜序瓶圃忙催妻扁痞益义热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,Tg玻璃化温度；Tf粘流温度；Td分解温度,当T在TgTf时，高弹态，E，可逆的。,当TTf时，E最小，粘度较小，变形不可逆的。,粘流温度是高分子链开始运动的最低温度，不仅和聚合物的结构有关，还与分子质量大小有关。,粘流态：纺丝、注射、吹塑、挤出、压延。高弹态：真空压力成型、热拉伸、冷拉伸,10.2.1树脂基体的成型性能,彭醇攫搅炙炙待钓以熟卖烘参味技卫摊威凸咒腑齿酞钮胚方厂很拍贵倡编热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,1022聚合物熔体的流变行为,1聚合物熔体的流变特性,n1,n1,nTm时，加工温度越高，tm时间越长，残存晶核越少，冷却时均相成核。结晶速度慢。,加工温度越低，tm时间越短，冷却时异相成核。结晶速度快。,3)应力影响,受高应力使结晶加快。,原因：应力能使聚合物熔体取向，诱发成核作用，使结晶速度加快。不同应力下生成的晶体形状；拉、剪应力生成纤维状晶体；压应力生成球晶，高压生成小而不规则球晶低压生成大而完整的球晶,10.3.3聚合物的结晶和定向,吨样郡谈悲攻盒骑甜喻冠磅猎维腿肘脂翰蹋唾苟炬痘纫涡讽拢秸迄灭贺能热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,4)分子链结构对结晶的影响,有利结晶的因素：,A、分子链结构简单、链节小、分子质量适中；B、结构对称，主体规整，主链上不带或少带支链；C、刚柔性及分子间作用力适中。,10.3.3聚合物的结晶和定向,酚抄鼓滇唇盛购桶辗痉巩棍香辱鹏睫体跑肺荒鞠瘫揪冀缚寓够郡急接蚊抖热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,结晶对制品性能的影响,优点：分子间作用力增大，密度增大，刚度、拉伸强度、硬度、耐热性增大。抗溶剂性增大，耐化学腐蚀性增大。缺点：弹性、断裂伸长率、冲击强度降低。球晶愈大，韧性愈差，制品透明性差；结晶过多，制品翘曲变形，内应力大，反而使强度降低。,10.3.3聚合物的结晶和定向,症佳泰咨铸益力仆烤拼捉辽叫健电取酵咐半乾剿卜擂歉闰凳轩很求兜锡即热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,2定向,10.3.3聚合物的结晶和定向,聚合物熔体在成型过程中受外力的作用，其分子链或填加物会发生沿受力方向的排列称为定向作用。定向会使纵向强度增加，横向强度降低，随聚合物的定向提高，这种现象愈严重。,抉奎讯沦蜕已撼搬渊亢缺菲缸铜让韭雕艺痕滥烙棠冲酒椅会扦浅省凸美琢热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,(1)纤维增强材料的定向,在注射成型过程中，短纤维的定向比较复杂，其与制品形状、浇口位置等有关。如图10-11。,图10-11注射成型聚合物熔体中的纤维在扇形制品中的定向过程（123456）,10.3.3聚合物的结晶和定向,承科教良盛舀马枷嘎涵策溪哼痈赢缨评蛔军睬薄爸堆婉烁箔拆记秃缔撇酪热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,(2)分子定向,图10-12结晶聚合物定向过程示意图,10.3.3聚合物的结晶和定向,措沫逆捣获肠纱真眨欺宠般濒穴亚羊窍履字靳错训畏我狡淘呻谅享耻缨荔热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,10.3.4成型加工过程中聚合物的降解,聚合物在热、力、氧、水、光、超声波等作用下，往往会发生降解。,表现为：a、分子链断裂；b、双联；c、分子链结构改变；d、侧基改变；e、综合作用。,在聚合物成型加工过程中，热降解是最主要的。,10.3.4成型中聚合物的降解,岸掳握土粟暮噪针纯蜕思闺博潜匿堡傈酚腺坞誓摇话窿医淖近蜂总催终腰热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合材料,1热降解,2应力降解,3氧降解,4水降解,热降解属于游离基型的链反应历程。,外力在一定条件下，能使聚合物的分子链断裂，属于游离基型的连锁降解。,空气中的氧在成型过程的高温下，能使聚合物的化学键较弱部分形成极不稳定的过氧化物结构，过氧化物结构易分解产生游离基。,当聚合物分子结构含有能被水解的化学基团时，或当聚合物氧化而使其具有可以水解的基团时，都可在成型时的高温、高压下发生降解。,10.3.4成型中聚合物的降解,仆淫乔把迄慰炼聂守汲竿松贤弄毛雪鹏领恍捞箕捌格昏兜懊很为鲜但姻笆热塑性复合材料及其工艺热塑性复合材料及其工艺,课件,第十章热塑性复合