高性能熱塑性復合材料與制備技術(shù)-緒論

1、LOGO簡述簡述 樹脂基復合材料的主要應用：樹脂基復合材料的主要應用：航空航天、體育器材、醫(yī)療器械、建筑、航空航天、體育器材、醫(yī)療器械、建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業(yè)領域防腐、輕工、交通運輸、造船等工業(yè)領域 1924年，年，W.H. carothers研制成功了研制成功了聚醋酸乙烯脂聚醋酸乙烯脂30年代后期，熱塑性樹脂得到了快速發(fā)展年代后期，熱塑性樹脂得到了快速發(fā)展 1937年年，英國的，英國的ICI公司首先獲得了公司首先獲得了高壓聚乙烯高壓聚乙烯 1938年年，美國的杜邦公司發(fā)明了，美國的杜邦公司發(fā)明了尼龍尼龍66 1939年年，實現(xiàn)了，實現(xiàn)了聚乙烯聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)的工業(yè)化生產(chǎn) 1

2、953年年，德國的，德國的K.Zleger研制成功研制成功低壓聚乙烯低壓聚乙烯，1957年正式工業(yè)化生產(chǎn)年正式工業(yè)化生產(chǎn) 50年代年代，實現(xiàn)了，實現(xiàn)了聚丙烯聚丙烯的工業(yè)化生產(chǎn)的工業(yè)化生產(chǎn)隨著石油和化學工業(yè)的發(fā)展熱塑性樹脂發(fā)展速度加快，為熱塑性樹脂基復合材料隨著石油和化學工業(yè)的發(fā)展熱塑性樹脂發(fā)展速度加快，為熱塑性樹脂基復合材料的發(fā)展奠定了基礎的發(fā)展奠定了基礎熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性樹脂基復合材料熱塑性樹脂基復合材料是以是以熱塑性樹脂熱塑性樹脂為基體為基體,以以纖維及其織物纖維及其織物為增強材為增強材料，通過適當?shù)牧?，通過適當?shù)某尚头椒ǔ尚头椒ǘ傻囊环N新材料而成的一種新

3、材料熱塑性樹脂基復合材料的發(fā)展一直伴隨著熱塑性樹脂的發(fā)展而向前推進熱塑性樹脂基復合材料的發(fā)展一直伴隨著熱塑性樹脂的發(fā)展而向前推進聚醚醚銅PEEK聚醚砜PES幾種高性能幾種高性能熱塑性樹脂熱塑性樹脂聚苯硫醚PPS聚醚酰亞胺PEI分類 按樹脂基體及復合后的性能 高性能復合材料 通用型復合材料 以優(yōu)良纖維增強高性能熱塑性樹脂。例：碳纖維、芳綸纖維 聚苯硫醚、聚醚酮 特點：比強度、比模量高，能在200以上長期使用 以玻纖及制品增強一般通用的熱塑性樹脂。例：PP、PE、PVC 熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述增強材料在復合材料中的形狀 短纖維增強熱塑性復合材料 連續(xù)纖維增強熱塑 性 復 合

4、材 料 長纖維粒料 短纖維粒料 長0.2-0.7mm，均勻無定向分布在樹脂基體中，纖維含量30，各向同性。 連續(xù)纖維氈或布，按鋪層方向分布，屬非均質(zhì)材料一般說，用連續(xù)纖維增強的熱塑性復合材料的力學性能優(yōu)于短纖維增強的復合材料。熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述1951年年，美國的，美國的Bradt首先制備出首先制備出短切玻璃纖維增強聚丙烯短切玻璃纖維增強聚丙烯復合材料復合材料20世紀世紀60年代中期年代中期螺桿式注射機被廣泛使用后，短纖維增強熱塑性樹脂基復合材螺桿式注射機被廣泛使用后，短纖維增強熱塑性樹脂基復合材料才得以大規(guī)模生產(chǎn)和應用料才得以大規(guī)模生產(chǎn)和應用早期的熱塑性樹脂基體一般

5、選用早期的熱塑性樹脂基體一般選用聚丙烯聚丙烯(PP)、聚乙烯聚乙烯(PE)、聚苯乙烯聚苯乙烯(PS)、聚氯聚氯乙烯乙烯(PVC)等通用熱塑性樹脂作為基體材料；等通用熱塑性樹脂作為基體材料；增強材料主要是增強材料主要是玻璃纖維玻璃纖維優(yōu)點：韌性好、成型工藝簡單、制造周期短；優(yōu)點：韌性好、成型工藝簡單、制造周期短；缺點：熱變形溫度低、剛性差缺點：熱變形溫度低、剛性差主要主要應用應用于電器、電子、五金工具、汽車等工業(yè)用品的于電器、電子、五金工具、汽車等工業(yè)用品的非承力構(gòu)件非承力構(gòu)件熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述短纖維增強熱塑性樹脂基復合材料短纖維增強熱塑性樹脂基復合材料與短纖維增強熱塑

6、性樹脂基復合材料不同，長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料中的纖維可與短纖維增強熱塑性樹脂基復合材料不同，長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料中的纖維可以平行排列和分散，纖維的長度不被破壞，長度均勻統(tǒng)一，纖維含量較高以平行排列和分散，纖維的長度不被破壞，長度均勻統(tǒng)一，纖維含量較高( (一般一般30%)30%)，其力學性能遠遠高于短纖維增強熱塑性樹脂基復合材料其力學性能遠遠高于短纖維增強熱塑性樹脂基復合材料性能特點性能特點：剛性高、抗沖擊性能好、重量輕、可以一次成型、熱膨脹系數(shù)：剛性高、抗沖擊性能好、重量輕、可以一次成型、熱膨脹系數(shù) 在汽車工業(yè)領域已經(jīng)顯示出巨大的競爭優(yōu)勢在汽車工業(yè)領域已經(jīng)顯示出巨大的競爭優(yōu)

7、勢熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料美國于美國于20世紀世紀60年代年代就開始了熔融法制備長纖維增強熱塑性樹脂基復合就開始了熔融法制備長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料片材的工藝研究材料片材的工藝研究70年代中期年代中期，以，以Asdel為商品名的中為商品名的中長玻璃纖維氈增強聚丙烯長玻璃纖維氈增強聚丙烯的熱塑性樹脂的熱塑性樹脂基復合材料片材的出現(xiàn)基復合材料片材的出現(xiàn)，揭開了長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的序，揭開了長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的序幕幕20世紀世紀80年代初年代初，以，以聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）為代表的特

8、種工程塑料的商品化為代表的特種工程塑料的商品化 航天、航空工業(yè)對航天、航空工業(yè)對高耐熱性高耐熱性和和高韌性高韌性樹脂及復合材料的急迫需求樹脂及復合材料的急迫需求 連續(xù)纖維的浸漬連續(xù)纖維的浸漬問題得到解決問題得到解決連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料取得了突破性的進展連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料取得了突破性的進展,以以APC-1和和APC-2為代為代表的連續(xù)纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料相繼問世表的連續(xù)纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料相繼問世熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料中的纖維

9、為連續(xù)狀態(tài)，其力學性能大大增加連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料中的纖維為連續(xù)狀態(tài)，其力學性能大大增加,可以應可以應用于承載能力更高的場合，己成為當今航天航空新材料的研究重點和發(fā)展方向用于承載能力更高的場合，己成為當今航天航空新材料的研究重點和發(fā)展方向以通用塑料和工程塑料為基體的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料也已經(jīng)開始用于汽以通用塑料和工程塑料為基體的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料也已經(jīng)開始用于汽車部件、體育用品、石油化工等領域工業(yè)品的制造車部件、體育用品、石油化工等領域工業(yè)品的制造Xperion公司采用模壓成型工藝生產(chǎn)的用于固定空客A330/A340飛機室內(nèi)側(cè)壁板的碳纖維/聚醚酰亞胺橫桿扣

10、件裝置Xperion Aerospace GmbH公司（德國）已經(jīng)生產(chǎn)出3萬多個這樣的扣件，這些復合材料扣件代替了傳統(tǒng)的鋁制扣件，重量減輕約50%，生產(chǎn)成本降低了21%，預計兩年后，部件不合格率將小于0.1%。 橫桿支架熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料Bico AG公司（瑞士）采用模壓成型的床用彈簧發(fā)條（25mm寬，70mm長，1.4mm厚）到2007年為止，平均每年生產(chǎn)140萬根 Xperion/CDI公司的第一批產(chǎn)品將是用于夢想787飛機的吊頂部件（行李架，包括C形件和L形件）可能會采用碳纖維/PEEK或碳纖維/P

11、EEK單向預浸帶制成采用模壓成型的C型和T型梁熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料發(fā)展概述熱塑性復合材料優(yōu)點與應用熱塑性復合材料優(yōu)點與應用跨度為12m的CF/PEKK扭轉(zhuǎn)盒荷蘭航空工業(yè)部門聯(lián)合荷蘭Delft大學、Twente大學以及空客公司在2008年制定TAPAS (Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structure)工程計劃，大力發(fā)展熱塑性復合材料在飛機主要結(jié)構(gòu)件上的應用。 15min熱壓成型的縱梁采用對接接頭的正弦波橫梁熱塑性復合材料優(yōu)點與應用熱塑性復合材料優(yōu)點與應用(1)密度小、強度高 (2)性能可設計性 鋼 7.8 g/cm3, 熱

12、固性 1.72.0 g/cm3熱塑性 1.11.6 g/cm3 與熱固性復合材料相比，熱塑性樹脂種類多，可選擇性大，其可設計性好。 熱塑性復合材料的物理性能、化學性能及力學性能都可以根據(jù)使用要求，通過合理的選擇材料及工藝來設計。熱塑性復合材料性能特點熱塑性復合材料性能特點(3)耐熱性(4)耐化學腐蝕性 一般地認為其耐熱性比熱固性樹脂差。熱塑性復合材料耐熱性一般在100左右。用玻纖增強后的熱塑性塑料的使用溫度可大大提高。例如：尼龍6的熱變形溫度為50左右，增強后可提高到190以上，高性能熱塑性復合材料的耐熱可達250以上 導熱系數(shù)：0.30.36 w/m.k 與熱固性復合材料相當 復合材料的耐化

13、學腐蝕性能一般取決于基體材料的特性。耐腐蝕性較好的熱塑性樹脂有：氟塑料、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等 熱塑性復合材料的耐水性普遍比熱固性復合材料好。 熱塑性復合材料性能特點熱塑性復合材料性能特點 (5)電性能 (6)加工性能復合材料的電性能取決于樹脂基體和增強材料的性能，其電性能可以根據(jù)使用要求進行設計。熱塑性復合材料具有良好的介電性能，優(yōu)于熱固性復合材料，不受電磁作用，不反射無線電波。熱塑性復合材料的工藝性能優(yōu)于熱固性復合材料，它可以多次成型，廢料可回收利用等。熱塑性復合材料性能特點熱塑性復合材料性能特點課程主要內(nèi)容與參考教材課程主要內(nèi)容與參考教材參考教材參考教材1.高性能樹脂基體高性能樹脂基體 陳祥寶陳祥寶 主編主編2. 高分子復合材料加工工程高分子復合材料加工工程 （美）（美）R.S. 戴夫，戴夫， A.C. 魯斯主魯斯主編