聚合物基復(fù)合材料.ppt

第七章聚合物基復(fù)合材料,單一的高分子材料往往很難滿(mǎn)足生產(chǎn)和科技部門(mén)對(duì)材料性能的要求，因而復(fù)合高分子材料得以快速發(fā)展。 復(fù)合材料：是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)與不同形態(tài)的原材料，通過(guò)復(fù)合工藝組合而成的多相材料。 通常復(fù)合材料中至少有兩相，其中一相在復(fù)合材料中是連續(xù)的，稱(chēng)為基體，另一相被基體所包容，稱(chēng)為增強(qiáng)相（或增強(qiáng)材料）。,復(fù)合材料即保持了原材料的主要特點(diǎn)，又往往具備原材料所沒(méi)有的新的特性，通過(guò)形成復(fù)合材料，可以對(duì)下列各種性能得以改善，如強(qiáng)度、剛度、韌度、硬度、耐蝕、耐磨、質(zhì)量、壽命、外觀、耐高低溫、減振、導(dǎo)熱或絕熱等，由于復(fù)合后的性能取決于原材料的種類(lèi)、形態(tài)、比例、配置及復(fù)合工藝條件等，通過(guò)人為因素可以控制這些因素，可望獲得不同性能的復(fù)合材料，因而復(fù)合材料是一類(lèi)性能可以設(shè)計(jì)的新疑材料。,（1）按材料基體性質(zhì)分,復(fù)合材料的分類(lèi),（2）按分散相的形態(tài)和配置分類(lèi),復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)理,顆料狀復(fù)合材料，按照顆粒的直徑和體積分?jǐn)?shù)，又可分為彌散強(qiáng)化復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，主要是金屬基的復(fù)合材料。 彌散強(qiáng)化復(fù)合材料的顆粒直徑范圍為0.01m-0.1m，體積分?jǐn)?shù)為0.01-0.15，這種材料中基體承受大部分載荷，顆粒的作用是阻礙基體的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使基體被強(qiáng)化。,（2）顆粒狀分散相復(fù)合材料,顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的粒徑范圍為1m-5m，體積分?jǐn)?shù)為0.25-0.90，這種復(fù)合材料載荷由基體和顆粒共同承擔(dān)，當(dāng)顆粒比基體硬時(shí)，顆粒通過(guò)界面用機(jī)械約束方式限制基體變型，產(chǎn)生應(yīng)力水平較高的流體靜應(yīng)力，隨著外載的增加，這種壓力也增大，一直能達(dá)到未受約束基體屈服強(qiáng)度的3倍以上，從而產(chǎn)生強(qiáng)化，當(dāng)外載再增大時(shí)，顆粒將開(kāi)裂并導(dǎo)致基體發(fā)生破壞。,（1）對(duì)高聚物的要求 高聚物在高分子復(fù)合材料中是不可缺少的部分，從數(shù)量上看，高聚物可以是主要成分（如以二硫化鉬填充的尼龍，較少量玻璃纖維增強(qiáng)的不飽和聚酯樹(shù)脂等）也可以是次要成份。（如以高聚物粘合的層壓木板，夾層安全玻璃等）。但不論是主要或次要成份。高聚物的綜合性質(zhì)都對(duì)材料綜合性能有重大的影響。,高聚物基復(fù)合材料,作為復(fù)合材料的高聚物應(yīng)滿(mǎn)足下列要求。 良好的綜合性能 為了使高分子復(fù)合材料性能優(yōu)越，所使用的高聚物應(yīng)具有良好的綜合性能，要根據(jù)填料的特性和復(fù)保材料的使用范圍，合理選擇高聚物，以最大限度地發(fā)揮高聚物所固有的特性。,對(duì)填料具有強(qiáng)大的粘附力 高聚物在復(fù)合材料中的一項(xiàng)重要作用是作為膠粘劑將填料粘合成一個(gè)整體，從而構(gòu)成一種具有嶄新性能的新材料。這種粘合作用非常重要，因?yàn)閷?duì)于纖維填料來(lái)說(shuō)，雖然有很高的軸向拉伸強(qiáng)度，但卻不能承受壓縮及彎曲載荷，而短纖維及粉狀、粒狀材料更不能做為承載材料。但是當(dāng)它們被高聚物粘結(jié)成一個(gè)整體后就可以改善其力學(xué)性能。另外，在這個(gè)整體中，高聚物除了部分承載外，還起到傳遞載荷作用。,良好的工藝性能 制造復(fù)合材料時(shí)希望有較容易的加工成型條件，以降低設(shè)備投資，簡(jiǎn)化操作和便于制造大型制品，高聚物應(yīng)有恰當(dāng)?shù)恼扯龋c填料接近的收縮力，同時(shí)熱固性樹(shù)脂應(yīng)具有適宜的固化時(shí)間。,（2）熱固性高聚物 作為結(jié)構(gòu)材料的纖維復(fù)合材料所用的樹(shù)脂多為熱固性樹(shù)脂，包括不飽和聚酯、環(huán)氧、酚醛、有機(jī)硅和一些芳雜環(huán)樹(shù)脂，其中前三種用的最多，為了使熱固性樹(shù)脂固化后，具有某些特殊性能或滿(mǎn)足工藝要求，往往在樹(shù)脂中加入其它助劑，如引發(fā)劑、增韌劑、促進(jìn)劑、稀釋劑和阻燃劑等。,（3）熱塑性高聚物 熱塑性高聚物在軟化或熔化狀態(tài)下，能進(jìn)行模塑加工，在冷卻至軟化點(diǎn)以下能保持模塑成型的形狀。熱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。 熱塑性高聚物基復(fù)合材料與熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，雖然其成型工藝簡(jiǎn)單、工藝周期短、成本低。但同時(shí)其力學(xué)性能、使用溫度和老化性能也比較低，熱塑性高聚物與纖維復(fù)合可以提高力學(xué)強(qiáng)度和彈性模量，提高熱變形溫度，提高尺寸穩(wěn)定性，降低吸水性、抑制應(yīng)力開(kāi)裂和改善疲勞性能。,（4）增強(qiáng)材料與表面處理 增強(qiáng)材料是復(fù)合材料的主要承力部分，在玻璃纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料中，玻璃纖維則是它的主要承力組分，它的作用除了減少整體收縮，提高材料的力學(xué)強(qiáng)度和彈性模量外，還可以提高材料的熱變形溫度和沖擊強(qiáng)度，尤其是材料的拉伸強(qiáng)度提高的更為明鮮。 碳纖維也是復(fù)合材料的重要增強(qiáng)材料，它在高性能復(fù)合材料中的應(yīng)用日擴(kuò)大，碳纖維與玻璃纖維相比，其增強(qiáng)效果主要是它的較大剛性與耐腐蝕性。,隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)材料的性能要求也越來(lái)越高，因此，新的增強(qiáng)材料不斷出現(xiàn)，例高模量的聚酰胺纖維，耐高溫的碳化硅纖維，碳化硼纖維。 表面處理是復(fù)合材料的重要工藝手段，它是在玻璃纖維表面上用稱(chēng)為表面處理劑的物質(zhì)處理，使玻璃纖維等與合成樹(shù)脂或塑料能牢固地粘結(jié)在一起，從而提高其各種性能。 表面處理劑（偶聯(lián)劑）是一種即能與增強(qiáng)材料表面分子作用后相連結(jié)，又能與合成樹(shù)脂或塑料的表面分子作用后相連接的物質(zhì)，它即保護(hù)了玻璃纖維等增強(qiáng)材料的表面，又使樹(shù)脂與增強(qiáng)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。表面處理劑改變了兩者界面狀態(tài)，使復(fù)合材料中的基體與基材間形成一個(gè)堅(jiān)固的整體。,（1）復(fù)合材料的功能化 固體自潤(rùn)滑材料及耐磨復(fù)合材料 以復(fù)合材料作自潤(rùn)滑材料及耐磨材料，發(fā)展很快，在工業(yè)上也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，自潤(rùn)滑材料是指本身有潤(rùn)滑作用的結(jié)構(gòu)材料，它們大多在高聚物（聚甲醛、聚苯硫醚、聚苯、聚四氟乙烯）中加入超增強(qiáng)及起潤(rùn)滑作用的材料（玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維及二硫化鉬、石墨、機(jī)油等）制成。,復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì),復(fù)合光敏材料 用感光硬化的塑料復(fù)合材料作印刷板代替鉛、鋅、銅印刷板近年已獲應(yīng)用。這種板材制作工藝簡(jiǎn)單迅速、質(zhì)量輕、傳墨好、耐印率好，成本低、操作條件好。 導(dǎo)電復(fù)合材料 絕大部分高聚