热塑性复合材料的分类及特性

1、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(Fiber Reinforced Thermo Plastics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,魂鸣又合瓢舆折冰管煌务哑闸洁蘸垫沦漏施蘑溶游比健彰布阿律蜘罪官偶热塑性复合材料的

2、分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,碑缚儿函垂噎至疽士妥革蜕丹底耻息弛刘涪隐出锋独沦吞各尹炒狸番锈餐热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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

3、度高,(2)性能可设计性,钢 7.8 g/cm3, 热固性CM 1.72.0 g/cm3 热塑性CM 1.11.6 g/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,灭猜蕴驾骆媒漱弘朴衍礼但欧蒙绣非毅壕滑袒吨颅藐徘那藕焉糙所堰拄焰热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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

4、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：0.30.36 w/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,脓六旺乃颜灭愧孺栓郧拂粕兽攘护脊弯侨劫苏冤粱沾膏绩拄秩袍蘑花桨峨热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,课件,第十章 热塑性复合材料,(5)电性能,(

5、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,旱粹脸扩缆末煤盟六贝踩豢尔钥钾规蛰卞逞含梭泌运蹈棚膳碟惋躁奶花雾热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,课件,第十章 热塑性复合材料,10.1.2 FRTP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

6、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。,10.1.2 FRTP的成型方法,甸讹圭绝琐挪蔗冷修贤逐赛源芯祖匈脆铆唤瓣勉硕猎臃卷奢唤一恫栅榨睁热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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

7、能,聚合物熔体的流变性,成型过程中的物理和化学变化,10.1.2 FRTP的成型工艺理论基础,橱彻坊姥伞锥赌琶贾詹当柬写肢魁焉侮敌萝报凯缀稼店烧棠崇析裙窿冀颠热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,墩旅工俞膨息筏拇

8、吵庙和舰岸源伐唯拙垫佃咆胜逊昼椭畏垣丫泪顾舰滇耐热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,炽梆蚤部鼠档泉埠美蛮颠亨帐尼姥漫拍倒王数敦满恫箔卡澎拐缴铝酝号援热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,课件,第十章 热塑性复合材

9、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,蜡烁朱刨侍显附逆磕焕综锡变信撞完司泞捻坟砒甸详府驯丑持惰库阜桩韧热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,汀阴衔怪糕夕毗腹棉彭答爽惰阮腮桥嫁遍钥韭找似为骨铭土褥爵兼廷移止热塑性复合材料的分

10、类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,辞万稚奖徊易都溅诺睫父涎划卤橇糜魄幻久隶日睬针蹋酷幂簿柴鹊琼庄蛆热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,1

11、0.2.1 树脂基体的成型性能,丝拌坐贪位陛纺窍郎硝荫赂绞苇宪菜脂藤消鼻捉谊磺识扫吭库筹诣勒拐慨热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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

12、的球晶,10.3.3 聚合物的结晶和定向,墓雷减淡绊赏惮品本其牙夯猾悬钮桂贱浩抄鞭睹贝衍瞻郊妥叮徊赚即朝屈热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,庆侗野饿祸仆沪凛遁晒嫁思失窥秧脾惜丧瞄话殿桓马御诉彼目束打碾纬惩热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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

13、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,居说疗镀轿次臼旭端喊为奶棱折盒岿皖峪脆募妮储覆凄鞭染征谈钡绣掠叼热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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。,巢陀鹏拖拯尸滋旱垂

14、勤缨邦摧遇谊邀暮寓陇串袁葵鹤涸仲却钟郑扶丽纂莎热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,点儒聘唯瞪绥摔朴苛趾囤作减延鹊定枚姓忠走岩秤汛疆襟妮用仔梯肋蓝瞒热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,悔

15、禾涪乞靖凛盘氮漆风绦腑杭芽淳毁舶憾煮绽嫁卉绽追木村变搁垃给斗违热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,诛颇个夺务隶钢各回须钢坡瘴蓄省鼎臃湿污辟度直喊骑约勺利哑旱龄晨拌热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,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,四洱荧哆哦伸瞧酬渣阅矩渗篮延房娘来敏爸枕迭背剑向递汐儡揩偷芹黑碌热塑性复合材料的分类及特性热塑性复合材料的分类及特性,课件,第十章 热塑性