复合材料工艺及设备原材料

复合材料工艺及设备原材料第1页，课件共110页，创作于2023年2月

原材料：基体材料增强材料添加剂第2页，课件共110页，创作于2023年2月

基体材料聚合物基复合材料无机非金属基复合材料金属基复合材料第3页，课件共110页，创作于2023年2月

聚合物基体材料：

热固性树脂、热塑性树脂、橡胶第4页，课件共110页，创作于2023年2月

增强材料：各种纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等。第5页，课件共110页，创作于2023年2月2、1基体材料

热固性树脂1.不饱和聚酯树脂2．环氧树脂3.酚醛树脂热塑性树脂聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯-丁二烯-苯乙烯（ABS树脂）、聚苯乙烯-丙烯腈等。

第6页，课件共110页，创作于2023年2月2.1.1不饱和聚酯树脂常用的基体材料，主要用于玻璃纤维复合材料。占玻璃纤维复合材料用树脂总量的80％以上。第7页，课件共110页，创作于2023年2月

不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的。第8页，课件共110页，创作于2023年2月不饱和聚酯树脂

主链上同时具有重复酯键和

不饱和双键的一类线型聚合物。

第9页，课件共110页，创作于2023年2月1.

不饱和聚酯树脂的物理和化学性质

物理性质

不饱和聚酯树脂的密度在1.11～1.20左右。第10页，课件共110页，创作于2023年2月⑴热性能

绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在50～60℃，一些耐热性好的树脂则可达120℃。第11页，课件共110页，创作于2023年2月⑵力学性能

不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。第12页，课件共110页，创作于2023年2月⑶耐化学腐蚀性能

不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，第13页，课件共110页，创作于2023年2月⑷介电性能不饱和聚酯树脂的介电性能良好。第14页，课件共110页，创作于2023年2月化学性质不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有酯键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。第15页，课件共110页，创作于2023年2月2.商品树脂

不饱和聚酯树脂的品种很多。第16页，课件共110页，创作于2023年2月(1)通用型树脂

通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚酯树脂，亦包括部分间苯型不饱和聚酯树脂，它们大多用于手糊玻璃纤维增强塑料制品。第17页，课件共110页，创作于2023年2月(2)耐热型树脂

要求不饱和聚酯树脂在高温下应用，热变形温度较低的通用型树脂就不适用。

耐热型树脂的热变形温度应不小于110℃。第18页，课件共110页，创作于2023年2月

这类树脂具有优异的耐腐蚀性能和耐水性能，商品树脂主要有双酚A型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不饱和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。(3)耐化学型树脂第19页，课件共110页，创作于2023年2月(4)阻燃型树脂

阻燃性能第20页，课件共110页，创作于2023年2月(5)耐候型树脂

添加紫外光吸收剂，提高了树脂的耐气候性和光稳定性。第21页，课件共110页，创作于2023年2月(6)高强型树脂

这类树脂具有高的强度和坚韧性，主要用于纤维缠绕工艺制备的复合材料。第22页，课件共110页，创作于2023年2月(7)胶衣树脂

用于复合材料的胶衣层，以提高制品的外观（美观）、质量和使用寿命。第23页，课件共110页，创作于2023年2月(8)SMC或BMC专用树脂第24页，课件共110页，创作于2023年2月(9)其它类型树脂

这是近年来的新品种，如注射、RTM、拉挤等成型工艺专用树脂。第25页，课件共110页，创作于2023年2月2.1.2环氧树脂环氧树脂是一类含有两个或两个以上环氧基团的聚合物。第26页，课件共110页，创作于2023年2月环氧树脂由于活泼环氧基的存在，环氧树脂可与多种类型的固化剂发生交联反应形成三元网状结构的、不溶不熔的体型高分子化合物。第27页，课件共110页，创作于2023年2月

1.环氧树脂的特性

（1）类型多

树脂组成、固化剂和改性剂的不同，产品性能、用途差异很大，其形态可从极低的粘度到高熔点的固体.第28页，课件共110页，创作于2023年2月1.环氧树脂的特性

（2）固化容易根据实际要求选用不同的固化剂和环氧体系，可在0--180°C范围内快速或缓慢固化。

第29页，课件共110页，创作于2023年2月1.环氧树脂的特性（3）成型收缩率低固化时无水或挥发物发生，因而收缩率极小,环氧树脂是热固性树脂中收缩性最小的一种（一般都小于2%）。第30页，课件共110页，创作于2023年2月1.环氧树脂的特性

（4）粘结力强

对金属、非金属材料有很高的粘合力。

第31页，课件共110页，创作于2023年2月1.环氧树脂的特性（5）力学性能好第32页，课件共110页，创作于2023年2月1.环氧树脂的特性（6）化学稳定性好

耐酸、碱、溶剂、耐水，耐大多数霉菌。

第33页，课件共110页，创作于2023年2月1.环氧树脂的特性（7）电绝缘性好

在宽广的频率和温度范围内有良好的介电性能、介电强度高，耐电弧、耐表面漏电。

第34页，课件共110页，创作于2023年2月2.分类

根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：

(1)缩水甘油醚类环氧树脂

(2)缩水甘油酯类环氧树脂

(3)缩水甘油胺类环氧树脂

(4)线型脂肪族类环氧树脂

(5)脂环族类环氧树脂第35页，课件共110页，创作于2023年2月

复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂。

双酚A型环氧树脂第36页，课件共110页，创作于2023年2月2.1.3酚醛树脂酚类和醛类的缩聚产物通称为酚醛树脂。一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂。第37页，课件共110页，创作于2023年2月酚醛树脂酚醛树脂是工业上最早生产的一种合成树脂。由于原料的组份用量比以及催化剂的不同，酚醛树脂可分为热塑性树脂和热固性树脂两大类。第38页，课件共110页，创作于2023年2月酚醛树脂酚醛树脂虽然是最老的一类热固性树脂，但由于它原料易得，合成方便，以及酚醛树脂具有良好的机械强度和耐热性能，尤其具有突出的瞬时耐高温烧蚀性能，而且树脂本身又有广泛改性的余地，所以目前酚醛树脂仍广泛用于制造玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等复合材料。酚醛树脂复合材料尤其在宇航工业方面（空间飞行器、火箭、导弹等）作为瞬时耐高温和烧蚀的结构材料有着非常重要的用途。第39页，课件共110页，创作于2023年2月2.1.4其它热固性树脂

1.三聚氰胺甲醛树脂

三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和甲醛缩聚而成的热固性树脂。

用玻璃纤维增强的三聚氰胺甲醛层压板具有高的力学性能、优良的耐热性和电绝缘性及自熄性。第40页，课件共110页，创作于2023年2月2、呋喃树脂

由糠醛或糠醇本身进行均聚或与其它单体进行共聚而得到的产物，称为呋喃树脂。第41页，课件共110页，创作于2023年2月3.有机硅树脂

用这类树脂制造的玻璃纤维增强复合材料，在较高的温度范围内（200～250℃）长时间连续使用后，仍能保持优良的电性能，同时，还具有良好的耐电弧性能及憎水防潮性能。第42页，课件共110页，创作于2023年2月

（1）热稳定性

热稳定性范围可达200～250℃

（2）力学性能

有机硅树脂固化后的力学性能不高第43页，课件共110页，创作于2023年2月

（3）电性能

有机硅树脂具有优良的电绝缘性能，它的击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异。第44页，课件共110页，创作于2023年2月

（4）憎水性

有机硅树脂的吸水性很低第45页，课件共110页，创作于2023年2月2.1.5热塑性树脂

热塑性树脂：

聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯-丁二烯-苯乙烯（ABS树脂）、聚苯乙烯-丙烯腈等。第46页，课件共110页，创作于2023年2月2.1.6高性能树脂

高性能树脂通常具有优良的力学、电学、热学、耐化学腐蚀等综合性能，其中尤以耐高温性能最重要。

它们的问世给复合材料提供了高性能的基体材料，促进了复合材料迅速地向高性能复合材料（AdvancedCompositeMaterials,ACM）的发展，从而促使宇航、航空、太空武器、先进军事武器、电子技术等以更惊人的速度发展。第47页，课件共110页，创作于2023年2月1.聚酰亚胺这类树脂具有以下特性：①在宽广的温度范围内保持高的强度。②高的热稳定性和氧化稳定性。③优良的耐腐蚀特性。④优良的电性能，在高温下电性能基本保持恒定。⑤具有自熄性能，发烟量小。第48页，课件共110页，创作于2023年2月2.聚砜和聚醚砜

聚砜和聚醚砜具有下述特性：①具有优良的耐热及耐老化性，其优良的力学性能可以保持到200℃；②在宽广的温度和频率范围内具有优良的电性能；③具有优良的耐X射线、β射线和γ射线性能；④具有优良的耐火焰作用；⑤纯树脂制品具有透明性。第49页，课件共110页，创作于2023年2月3.聚苯硫醚

聚苯硫醚是目前被认为耐热性最佳的聚合物之一。

它可以在300℃短期受载，在240℃时可以长期使用。

它具有特别显著的耐化学腐蚀性能，经高温、长期在腐蚀介质中使用后，聚合物的性能仍然保持完好。第50页，课件共110页，创作于2023年2月4.聚芳醚酮

聚芳醚酮中最重要的是聚醚醚酮（PEEK）。

PEEK最高长期使用温度可达200℃，

PEEK有优良的化学稳定性，除一些如浓硫酸等强酸外，在常温下几乎可以耐所有的化学试剂。第51页，课件共110页，创作于2023年2月5.双马来酰亚胺树脂

双马来酰亚胺具有良好的耐热性,军用飞机.第52页，课件共110页，创作于2023年2月2.2增强材料2.2.1

玻璃纤维

（glassfiber）第53页，课件共110页，创作于2023年2月

1893年美国研究成功。世界上三十国家生产，4000－5000种。我国玻璃纤维工业始于1958年，产量居世界第五位。第54页，课件共110页，创作于2023年2月玻璃纤维（GlassFiber）

玻璃纤维价格便宜，品种多，适于编织各种玻璃布。

第55页，课件共110页，创作于2023年2月1、玻璃纤维的分类分类单丝直径纤维外观玻璃原料纤维特性第56页，课件共110页，创作于2023年2月(1)按玻璃原料分类碱性氧化物含量有碱玻璃纤维大于12％中碱玻璃纤维6％－12％低碱玻璃纤维2％－6％无碱玻璃纤维小于1％第57页，课件共110页，创作于2023年2月

无碱玻纤亦称E-玻纤，目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分.具有良好的电气绝缘性及机械性能，化学稳定性好,广泛用于复合材料的增强材料.

第58页，课件共110页，创作于2023年2月

中碱玻纤亦称C-玻纤，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，

第59页，课件共110页，创作于2023年2月(2)按纤维外观分类

按纤维外观分类连续纤维短切纤维玻璃粉第60页，课件共110页，创作于2023年2月(3)按纤维特性分类

按纤维特性分类高强度纤维：S玻纤，强度高。低介纤维：D玻纤，电绝缘性好。耐化学药品纤维：C玻纤，耐腐蚀。耐电腐蚀纤维：E-CR玻纤第61页，课件共110页，创作于2023年2月

2

.玻璃布

1)平纹布布面平整，适宜于制作简单或平坦的玻璃钢制品。第62页，课件共110页，创作于2023年2月

2)斜纹布它具有良好的铺覆性和变形性，适用于制造双曲面制品或复杂形状的玻璃钢制品。

第63页，课件共110页，创作于2023年2月

3)缎纹布缎纹布比斜纹布更柔软，有良好铺覆性，适用于铺复型面复杂的玻璃钢制品。第64页，课件共110页，创作于2023年2月2.2.2碳纤维

carbonfiber

碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的纤维状碳材料，其碳含量在90%以上。

第65页，课件共110页，创作于2023年2月第66页，课件共110页，创作于2023年2月

碳纤维

carbonfiber

碳纤维的研究有100多年的历史.

第67页，课件共110页，创作于2023年2月碳纤维碳纤维最突出的优点是：强度高、模量高、密度小；耐高温，可在2000摄氏度使用，3000摄氏度非氧化真氛中不熔不软；耐酸，能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等介质浸蚀；热膨胀系数小，约等于零；热导率高；导电性好；摩擦系数小并具润滑性。碳纤维是一类极为重要的高性能增强材料。

第68页，课件共110页，创作于2023年2月碳纤维的应用

（1）宇航工业用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥。

第69页，课件共110页，创作于2023年2月碳纤维的应用

（2）航空工业用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构件，如方向舵、起落架等。第70页，课件共110页，创作于2023年2月碳纤维的应用

（3）交通运输制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇等。第71页，课件共110页，创作于2023年2月碳纤维的应用

（4）运动器材用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。

第72页，课件共110页，创作于2023年2月碳纤维的应用

（5）土木建筑幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、地板、窗框、管道、海洋浮杆、抗震救灾用补强材料。

第73页，课件共110页，创作于2023年2月2.2.3芳纶纤维芳纶是芳香族聚酰胺类纤维的通称。芳纶纤维是一种高性能纤维。第74页，课件共110页，创作于2023年2月第75页，课件共110页，创作于2023年2月芳纶纤维杜邦公司于1973年研究成功了一类全对位芳香族聚酰胺纤维，商品名称Kevlar（凯夫拉）纤维。第76页，课件共110页，创作于2023年2月芳纶纤维的分类

芳纶纤维有两大类：

全芳族聚酰胺纤维

杂环芳族聚酰胺纤维

第77页，课件共110页，创作于2023年2月全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。

第78页，课件共110页，创作于2023年2月杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维。第79页，课件共110页，创作于2023年2月

1、聚对苯二甲酰对苯二胺

（PPTA）纤维

PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为普遍的一个品种。

中国于80年代中期试生产此纤维，定名为芳纶1414（芳纶II）。

第80页，课件共110页，创作于2023年2月2、聚对苯甲酰胺（PBA）纤维

中国于80年代初期曾试生产此纤维，定名为芳纶14（芳纶I）。芳纶I的拉伸强度比芳纶II低约20%，但拉伸模量却高出50%以上。第81页，课件共110页，创作于2023年2月凯夫拉纤维是一类高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度的新型纤维。由于它们有一系列优异性能，在很多重要工业部门得到了广泛的应用。尤其是在航天、航空等国防部门，可制成火箭发动机壳体；飞机的各种整流罩、舵面和发动机舱；坦克、装甲车、飞机、舰艇的防弹板；防弹头盔及防弹衣等。在其他民用方面，可制成各种体育用品、轮胎和船舶。第82页，课件共110页，创作于2023年2月2.2.4超高分子量聚乙烯纤维

UHMW－PE超高分子量聚乙烯纤维（UltraHighMolecularWeightPolyethyleneFiber，简称UHMW-PE纤维）。是采用冻胶纺丝--超倍热拉伸技术（GelSpinningMethod-UltraDrawingTechnology）制得的。

第83页，课件共110页，创作于2023年2月

由于该纤维密度低（0.97）、比强度、比模量高等众多优异特性。

从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势，在现代化战争和宇航、航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。

该纤维在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。第84页，课件共110页，创作于2023年2月2.3复合材料添加剂

添加剂是复合材料产品在生产或加工过程中需要添加的辅助化学品通称为添加剂或"助剂"。第85页，课件共110页，创作于2023年2月2.3.1添加剂在复合材料中的作用（1）稳定化作用

稳定化添加剂主要是抑制由氧、光和热等引起的复合材料在制备、加工和应用时产生的老化过程。第86页，课件共110页，创作于2023年2月（2）改善力学性能

为了改善某些力学性能，如拉伸强度、硬度、刚性、抗冲击强度等，可在复合材料制备加工时，添加一些可以改善力学性能的添加剂。第87页，课件共110页，创作于2023年2月（3）改善加工性能

稀释剂的加入可以降低树脂的粘度，改善胶液对增强材料的浸润性。

润滑剂的加入可以提高聚合物分子之间以及聚合物与增强材料之间的润滑性，从而改善复合材料的加工性。第88页，课件共110页，创作于2023年2月（4）阻燃作用

随着复合材料在航空、汽车、建筑及电器等方面应用的迅速扩大，对其阻燃性能的要求也越来越高。

树脂基复合材料基体多数是由碳氢化合物构成的有机聚合物，具有可燃性。第89页，课件共110页，创作于2023年2月

（5）改进表面性能

为了防止复合材料加工和使用时产生静电的危害，在复合材料制备时常常加入一类具有表面活性的添加剂物质，以改善复合材料的表面性能，这类添加剂包括抗静电剂和防雾剂等。第90页，课件共110页，创作于2023年2月 （6）改善外观质量

在复合材料及其制品加工或制备时，为了改善复合材料及其制品的外观质量，常加入一类能赋予复合材料外观光洁或使制品具有各种色彩的添加剂，如着色剂。第91页，课件共110页，创作于2023年2月2.3.2添加剂的种类

1.偶联剂

偶联剂是一类具有两种不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物反应。第92页，课件共110页，创作于2023年2月

偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能。第93页，课件共110页，创作于2023年2月（1）铬络合物偶联剂（2）硅烷偶联剂（3）钛酸酯偶联剂（4）其它偶联剂：镁类偶联剂

锡类偶联剂第94页，课件共110页，创作于2023年2月2.增韧剂

增韧剂是具有降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。

活性增韧剂

非活性增韧剂第95页，课件共110页，创作于2023年2月活性增韧剂是指其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，它能形成网络结构，增加一部分柔性链，从而提高复合材料的抗冲击性能。非活性增韧剂则是一类与基体树脂很好相溶、但不参与化学反应的增韧剂。第96页，课件共110页，创作于2023年2月（1）橡胶类增韧剂

该类增韧剂的品种主要有液体聚硫橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶等。第97页，课件共110页，创作于2023年2月（2）热塑性弹性体

主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类、聚酰