聚合物基復(fù)合材料教案課件

會(huì)計(jì)學(xué)1聚合物基復(fù)合材料會(huì)計(jì)學(xué)1聚合物基復(fù)合材料2鏈 節(jié)： 聚合物鏈狀分子中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。聚合度： 大分子中的鏈節(jié)數(shù)目。分子量： 鏈節(jié)分子量與聚合度的乘積。聚合反應(yīng)： 加聚反應(yīng)（反應(yīng)過程無副產(chǎn)物）、 縮聚反應(yīng)（反應(yīng)過程產(chǎn)生低分子化合物）有無反應(yīng)副產(chǎn)物與聚合物收縮率的關(guān)系？第1頁(yè)/共100頁(yè)2鏈 節(jié)： 聚合物鏈狀分子中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。第1頁(yè)/共1003大分子鏈分類（化學(xué)成分）：a．碳鏈大分子： 主鏈全部由碳原子構(gòu)成；b.雜鏈大分子： 主鏈中除了碳外，還有O、N、S、P等c.元素有機(jī)大分子： 主鏈無碳原子（Si、O、N、Al、B、P） 且側(cè)鏈為有機(jī)取代基；d.元素?zé)o機(jī)大分子：主鏈無碳原子，且側(cè)鏈無有機(jī)取代基。第2頁(yè)/共100頁(yè)3大分子鏈分類（化學(xué)成分）：第2頁(yè)/共100頁(yè)41.1.2結(jié)構(gòu)特征（1）聚合物鏈的結(jié)構(gòu)：包括空間構(gòu)型、構(gòu)象

和形態(tài)。a.聚合物鏈空間構(gòu)型：指聚合物鏈中原子或原子團(tuán)

在空間的排列方式。當(dāng)分子鏈的側(cè)基為氫原子時(shí)，只有一種鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)分子鏈側(cè)基除了氫原子外包含其它原子或原子團(tuán)時(shí)，根據(jù)其在分子鏈中占據(jù)位置的不同，有三種空間構(gòu)型。第3頁(yè)/共100頁(yè)41.1.2結(jié)構(gòu)特征第3頁(yè)/共100頁(yè)5圖4.1聚合物鏈的三種空間構(gòu)型三種空間構(gòu)型：

全同立構(gòu)：其它原子或原子團(tuán)只占據(jù)分子鏈的一側(cè)

間同立構(gòu)：其它原子或原子團(tuán)相間占據(jù)分子鏈的兩側(cè)

無規(guī)立構(gòu)：其它原子或原子團(tuán)無規(guī)律地分布在分子鏈的兩側(cè)第4頁(yè)/共100頁(yè)5圖4.1聚合物鏈的三種空間構(gòu)型三種空間構(gòu)型：第4頁(yè)/共6b.聚合物鏈的構(gòu)象：以單鍵連接的原子由于熱運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)原子可以在保持鍵角、鍵長(zhǎng)不變的前提下作相對(duì)旋轉(zhuǎn)，稱為單鍵內(nèi)旋，由此而產(chǎn)生的聚合物鏈的空間形態(tài)稱為聚合物鏈的構(gòu)象。圖4.2聚合物鏈的構(gòu)象

第5頁(yè)/共100頁(yè)6b.聚合物鏈的構(gòu)象：圖4.2聚合物鏈的構(gòu)象第5頁(yè)/共7實(shí)際聚合物鏈的構(gòu)象：帶有不同形式和大小的側(cè)基，很難發(fā)生單鍵內(nèi)旋，而是以幾個(gè)單鍵為一個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行內(nèi)旋轉(zhuǎn)，形成鏈段運(yùn)動(dòng)。高頻率鏈段運(yùn)動(dòng)可以隨時(shí)改變聚合物鏈構(gòu)象，使線性分子鏈在空間呈卷曲狀。在拉力作用下可以伸展拉直，外力除去后又縮回到原來卷曲狀，從而使聚合物具有柔性。聚合物的柔性主要受構(gòu)成單鍵的元素、分子鏈的側(cè)基或支鏈、鏈節(jié)數(shù)、溫度等的影響。第6頁(yè)/共100頁(yè)7實(shí)際聚合物鏈的構(gòu)象：第6頁(yè)/共100頁(yè)8c.聚合物鏈的形態(tài)：線型及支化型：構(gòu)成線性聚合物，具有高彈性和熱塑性， 又稱為熱塑性聚合物，如滌綸、尼龍、生膠等。交聯(lián)型及網(wǎng)絡(luò)型：構(gòu)成體型聚合物，具有較高的強(qiáng)度和熱固性， 又稱為熱固性聚合物，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。圖4.3聚合物鏈的形態(tài)第7頁(yè)/共100頁(yè)8c.聚合物鏈的形態(tài)：圖4.3聚合物鏈的形態(tài)第7頁(yè)/共19（2）聚合物鏈的聚集態(tài)聚合物大分子通過分子間作用力（范德華力、氫鍵）聚集而成，按照大分子排列的有序程度，聚合物聚集態(tài)有晶態(tài)、非晶態(tài)和混合態(tài)三種。對(duì)于混合態(tài)，可用結(jié)晶區(qū)域所占百分?jǐn)?shù)表示聚合物結(jié)晶程度，稱為結(jié)晶度。圖4.4聚合物的聚集態(tài)（a和b為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，c為混合態(tài)，d為非晶態(tài)）第8頁(yè)/共100頁(yè)9（2）聚合物鏈的聚集態(tài)圖4.4聚合物的聚集態(tài)（a和b10影響聚合物結(jié)晶度因素：冷卻速度、單體復(fù)雜程度、鏈空間構(gòu)型和鏈形態(tài)冷卻慢、單體簡(jiǎn)單、側(cè)基原子或原子團(tuán)極性大，容易結(jié)晶聚集態(tài)分子鏈特點(diǎn)性能特點(diǎn)晶態(tài)規(guī)則排列，分子間作用力大，運(yùn)動(dòng)困難熔點(diǎn)、相對(duì)密度、強(qiáng)度高，剛性、耐熱性好非晶態(tài)無規(guī)則排列，運(yùn)動(dòng)容易彈性、延伸率和韌性好混合態(tài)介于以上兩者之間介于以上兩者之間表5.1聚合物的結(jié)晶度與性能的關(guān)系

第9頁(yè)/共100頁(yè)10影響聚合物結(jié)晶度因素：聚集態(tài)分子鏈特點(diǎn)性能特點(diǎn)晶態(tài)規(guī)則排11強(qiáng) 度：取決于聚合物分子內(nèi)和分子間相互作用力；實(shí)際強(qiáng)度較低（雜質(zhì)、內(nèi)部缺陷等）彈性模量：與溫度有關(guān)（低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)模量較高） 溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)迅速降低熱膨脹系數(shù)：隨溫度增加而成非線性增加；高于金屬和陶瓷

(環(huán)氧樹脂50-100x10-6/K，不飽和聚酯100-200x10-6/K)耐熱性：聚合物致命弱點(diǎn)，受熱時(shí)發(fā)生物理及化學(xué)變化 （軟化、熔融、環(huán)化、交聯(lián)、降解、氧化、水解）耐化學(xué)腐蝕：優(yōu)于金屬但不如陶瓷；熱導(dǎo)率：熱的不良導(dǎo)體電導(dǎo)率：電的不良導(dǎo)體。1.1.3聚合物的一般性能特點(diǎn)第10頁(yè)/共100頁(yè)11強(qiáng) 度：取決于聚合物分子內(nèi)和分子間相互作用力；1.12聚合物用作基體材料時(shí)的要求：

黏附力大、固化收縮率小、有良好物理性能匹配聚合物用作基體材料時(shí)的作用：

（1）固結(jié)分散的增強(qiáng)體以形成復(fù)合材料的整體； （2）賦予制件形狀； （3）保護(hù)增強(qiáng)體不受或少受環(huán)境的不利影響； （4）向增強(qiáng)體傳遞載荷以發(fā)揮承力功能。聚合物基體的類型：（1）熱固性樹脂：受熱軟化，發(fā)生交聯(lián)，轉(zhuǎn)化不可逆

環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、呋喃樹脂（2）熱塑性樹脂：加熱可變軟或熔化，轉(zhuǎn)化可逆

聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、氟樹脂第11頁(yè)/共100頁(yè)12聚合物用作基體材料時(shí)的要求：第11頁(yè)/共100頁(yè)131.2熱固性聚合物1.2.1環(huán)氧樹脂（1）環(huán)氧樹脂的定義指含有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，環(huán)氧基團(tuán)十分活潑，可位于分子鏈的末端或中間，能與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。環(huán)氧樹脂最早出現(xiàn)于20世紀(jì)三十年代且于40年代工業(yè)化，已廣泛用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，是PMC最重要的載體。第12頁(yè)/共100頁(yè)131.2熱固性聚合物第12頁(yè)/共100頁(yè)14（2）環(huán)氧樹脂的性能力學(xué)性能：固化后有優(yōu)異的力學(xué)性能；電性能：絕緣性能優(yōu)良，高介電性、耐表面漏電、耐電弧化學(xué)穩(wěn)定性：很強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、耐堿、耐溶劑等突出尺寸穩(wěn)定性和環(huán)境耐久性（耐酶菌，可濕熱環(huán)境使用）第13頁(yè)/共100頁(yè)14（2）環(huán)氧樹脂的性能第13頁(yè)/共100頁(yè)15（3）環(huán)氧樹脂的工藝性可供選擇的品種多樣：有多種多樣的環(huán)氧樹脂、固化劑和改性劑體系，可以適應(yīng)各種應(yīng)用范圍所提出的要求；固化方便：選用不同環(huán)氧樹脂品種、不同的固化劑和固化劑配方，可以在０～１８０度范圍內(nèi)的不同溫度下進(jìn)行固化；黏附力強(qiáng)：結(jié)構(gòu)中羥基和醚鍵對(duì)各種物質(zhì)均有很強(qiáng)黏附力；固化收縮率：固化反應(yīng)直接進(jìn)行，沒有水或者其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出，所以固化收縮率低（小于２％）。第14頁(yè)/共100頁(yè)15（3）環(huán)氧樹脂的工藝性第14頁(yè)/共100頁(yè)16（４）環(huán)氧樹脂的分類環(huán)氧樹脂種類繁多，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)大體可分為五大類：縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂、線型脂肪族類環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂。復(fù)合材料工業(yè)上使用量最大的是縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，其中又以二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂（簡(jiǎn)稱雙酚A型環(huán)氧樹脂）為主第15頁(yè)/共100頁(yè)16（４）環(huán)氧樹脂的分類第15頁(yè)/共100頁(yè)171.2.2酚醛樹脂定義：酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物，常指由苯酚和甲醛經(jīng)縮聚而得到的樹脂，是最早發(fā)明的一類熱固性樹脂。性能：良好機(jī)械強(qiáng)度、突出的瞬時(shí)耐高溫?zé)g性能應(yīng)用：最老熱固性樹脂，但原料易得、合成方便、性能突出且有廣泛改性的余地，仍廣泛用于玻璃纖維、碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，在宇航工業(yè)方面作為瞬時(shí)耐高溫和燒蝕的結(jié)構(gòu)材料有重要用途（空間飛行器、火箭、導(dǎo)彈等）。第16頁(yè)/共100頁(yè)171.2.2酚醛樹脂定義：酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物，常指由18第17頁(yè)/共100頁(yè)18第17頁(yè)/共100頁(yè)191.2.3不飽和聚酯樹脂(unsaturatedpolyesterresins,UPR或UP)（1）定義不飽和二元酸(或酸酐)或它們與飽和二元酸(或酸酐)組成的混合酸與多元醇縮聚而成，通常在190～220℃進(jìn)行。（2）化學(xué)性質(zhì) 結(jié)構(gòu)：骨架主鏈上有聚酯鏈鍵和不飽和雙鍵，

大分子鏈兩端各帶有羧基和羥基。 酸性介質(zhì)：水解是可逆的，能耐酸性介質(zhì)的侵蝕； 堿性介質(zhì)：水解不可逆的，耐堿性較差。第18頁(yè)/共100頁(yè)191.2.3不飽和聚酯樹脂(unsaturatedpo20（3）物理性質(zhì)密度：約1.11～1.20g/cm3，固化時(shí)體積收縮率較大耐熱性：熱變形溫度約50～60℃，耐熱性好的可達(dá)120℃力學(xué)性能：具有較高拉伸、彎曲、壓縮等強(qiáng)度耐化學(xué)腐蝕性能：耐水、稀酸、稀堿較好，耐有機(jī)溶劑差介電性能：介電性能良好第19頁(yè)/共100頁(yè)20（3）物理性質(zhì)第19頁(yè)/共100頁(yè)211.2.4呋喃樹脂定義：分子鏈中含有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)。未固化的呋喃樹脂與許多熱塑性和熱固性樹脂有很好的混溶性，可與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合起來進(jìn)行改性。性能：固化后呋喃樹脂耐強(qiáng)酸（強(qiáng)氧化性硝酸和硫酸除外）、強(qiáng)堿

和有機(jī)溶劑的侵蝕，在高溫下仍很穩(wěn)定，主要用作各種耐化學(xué)腐蝕和耐高濁的材料。環(huán)內(nèi)含有四個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子第20頁(yè)/共100頁(yè)211.2.4呋喃樹脂環(huán)內(nèi)含有四個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子第2022耐化學(xué)腐蝕材料：可用來制備防腐蝕膠泥，用作化工設(shè)備襯里或其它耐腐材料。

耐熱材料：玻璃纖維增強(qiáng)呋喃復(fù)合材料耐熱性比一般的玻璃纖維增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料高，可在150℃左右長(zhǎng)期使用。

與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合改性：將呋喃樹脂與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合使用，可改進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)呋喃復(fù)合材料的力學(xué)性能以及制備時(shí)的工藝性能，已廣泛用來制備化工反應(yīng)器的攪拌裝置、貯槽及管道等化工設(shè)備。第21頁(yè)/共100頁(yè)22耐化學(xué)腐蝕材料：可用來制備防腐蝕膠泥，用作化工設(shè)備襯里或231.2.5有機(jī)硅樹脂

有機(jī)硅樹脂是聚有機(jī)硅氧烷中一類分子量不高的熱固性樹脂。用這類樹脂制造的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在較高的溫度范圍內(nèi)（200～250℃）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用后，仍能保持優(yōu)良的電性能，同時(shí)，還具有良好耐電弧性能及憎水防潮性能。第22頁(yè)/共100頁(yè)231.2.5有機(jī)硅樹脂

第22頁(yè)/共100頁(yè)24

（1）熱穩(wěn)定性：耐熱性和耐高溫性能均很高，熱穩(wěn)定性范圍可達(dá)200～250℃

（Si-O鍵有較高的鍵能：363kJ/mol）。（2）力學(xué)性能：有機(jī)硅樹脂固化后的力學(xué)性能不高，若在大分子主鏈上引進(jìn)氯代苯基，可提高力學(xué)性能。第23頁(yè)/共100頁(yè)24 （1）熱穩(wěn)定性：耐熱性和耐高溫性能均很高，熱穩(wěn)定性范圍25（3）電性能：具有優(yōu)良的電絕緣性能（擊穿強(qiáng)度、耐高壓電弧及電火花性能均較優(yōu)異）。受電弧及電火花作用時(shí)，樹脂即使裂解而除去有機(jī)基團(tuán)，表面剩下的二氧化硅同樣具有良好的介電性能。

（4）憎水性：吸水性很低（水珠在表面只能滾落而不能潤(rùn)濕，因此潮濕環(huán)境下復(fù)合材料仍能保持其優(yōu)良性能）。第24頁(yè)/共100頁(yè)25（3）電性能：具有優(yōu)良的電絕緣性能（擊穿強(qiáng)度、耐高壓電26（5）耐腐蝕性能：有機(jī)硅樹脂玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可耐濃度10%～30%硫酸、10%鹽酸、10%～15%氫氧化鈉、2%碳酸鈉及3%過氧化氫。醇類、脂肪烴和潤(rùn)滑油對(duì)它影響較小，但耐濃硫酸及某些溶劑（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力較差。第25頁(yè)/共100頁(yè)26（5）耐腐蝕性能：有機(jī)硅樹脂玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可耐濃度27結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線型、分枝型，遇熱軟化或熔融且可反復(fù)進(jìn)行力學(xué)性能： ①具有明顯的力學(xué)松弛現(xiàn)象； ②較大的斷裂延伸率； ③抗沖擊性能好。電學(xué)性能：優(yōu)異的絕緣性能，對(duì)腐蝕性介質(zhì)穩(wěn)定。舉 例：聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、

聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS樹脂）等。1.3熱塑性聚合物1.3.1熱塑性聚合物第26頁(yè)/共100頁(yè)27結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線型、分枝型，遇熱軟化或熔融且可反復(fù)進(jìn)行1.3281.3.2聚烯烴包括聚乙烯（產(chǎn)量最大）、聚丙烯、聚苯乙烯和聚丁烯等1.3.3聚酰胺定義：分子鏈中含有酰胺基團(tuán)（尼龍）性能：具有良好的力學(xué)性能 良好的耐磨性和耐腐蝕性較之金屬材料剛性較差，但比拉伸強(qiáng)度高于金屬第27頁(yè)/共100頁(yè)281.3.2聚烯烴第27頁(yè)/共100頁(yè)291.3.4聚碳酸酯（PC）

O定義：分子鏈中含有（-ORO-C-）基團(tuán)的線性聚合物。性能：硬度高、韌性好，良好耐蠕變性、耐熱性和電絕緣性

制品易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，耐溶劑和水能力差，

高溫下易水解第28頁(yè)/共100頁(yè)291.3.4聚碳酸酯（PC）第28頁(yè)/共100頁(yè)301.3.5聚甲醛定義：分子鏈中含有（-CH2-O-）基團(tuán)

高熔點(diǎn)、高結(jié)晶的熱塑性塑料性能：優(yōu)異的力學(xué)性能（力學(xué)性能最接近金屬的塑料）

很高的比強(qiáng)度和比剛度

（在某些場(chǎng)合可以替代鋼、鋁、銅等金屬）第29頁(yè)/共100頁(yè)301.3.5聚甲醛第29頁(yè)/共100頁(yè)311.3.6氟樹脂定義：分子鏈中含有氟單體，應(yīng)用最多為聚四氟乙烯，分子式為－(ＣＦ２－ＣＦ２)ｎ－，產(chǎn)量約占氟塑料的９０％。性能：聚四氟乙烯是高度結(jié)晶的聚合物，分解溫度為400度，可在２６０度以下長(zhǎng)期使用，具有優(yōu)異的力學(xué)性能,耐化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)，能耐王水及沸騰的氫氟酸（塑料王）第30頁(yè)/共100頁(yè)311.3.6氟樹脂第30頁(yè)/共100頁(yè)321.4橡膠橡膠是指具有顯著高彈性的一類高分子化合物，也可用作復(fù)合材料的基體材料，包括天然橡膠和人造橡膠，如丁苯橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯橡膠等。不同于樹脂基復(fù)合材料，橡膠基復(fù)合材料除了要具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)外，還應(yīng)具有柔性和較大的彈性。橡膠基復(fù)合材料主要用來制備輪胎、傳動(dòng)皮帶等。第31頁(yè)/共100頁(yè)321.4橡膠第31頁(yè)/共100頁(yè)33（1）按聚合物基體的結(jié)構(gòu)形式分類（最重要的分類方法）

熱固性樹脂基、熱塑性樹脂基、橡膠基

復(fù)合材料（2）按增強(qiáng)體類型分類

纖維增強(qiáng)、晶須增強(qiáng)、顆粒增強(qiáng)

聚合物基復(fù)合材料；（3）按增強(qiáng)纖維種類分類

玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、其它纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（4）按基體材料性能分類

通用型、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕型、耐高溫型、阻燃型

聚合物基復(fù)合材料1.5聚合物基復(fù)合材料的分類第32頁(yè)/共100頁(yè)33（1）按聚合物基體的結(jié)構(gòu)形式分類（最重要的分類方法）1.34第33頁(yè)/共100頁(yè)34第33頁(yè)/共100頁(yè)35

2.1聚合物基復(fù)合材料制備方法分類

2.2聚合物基復(fù)合材料的制造工藝§2聚合物基復(fù)合材料的制備和加工

第34頁(yè)/共100頁(yè)352.1聚合物基復(fù)合材料制備方法分類§2聚合物362.1.1聚合物基復(fù)合材料制備工藝的特點(diǎn)（1）材料的形成和制品的成形是同時(shí)完成的（簡(jiǎn)化制品結(jié)構(gòu)、減輕制品質(zhì)量、降低工藝消耗）（2）方法多樣、工藝簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本很低2.1聚合物基復(fù)合材料制備方法分類第35頁(yè)/共100頁(yè)362.1.1聚合物基復(fù)合材料制備工藝的特點(diǎn)2.1聚合372.1.2聚合物復(fù)合材料成形方法分類（1）預(yù)浸料/預(yù)混料制備（2）接觸成型（手糊成型）（3）壓力成型（袋壓成型、模壓成型、層壓成型）（4）纏繞成型

（5）樹脂傳遞成型

（6）注射成型

（7）拉擠成型上述各種成形方法之間存在著共性！第36頁(yè)/共100頁(yè)372.1.2聚合物復(fù)合材料成形方法分類第36頁(yè)/共1038圖4.5復(fù)合材料制品的生產(chǎn)流程圖

第37頁(yè)/共100頁(yè)38圖4.5復(fù)合材料制品的生產(chǎn)流程圖第37頁(yè)/共100頁(yè)392.2聚合物基復(fù)合材料的制造工藝2.2.1預(yù)浸料/預(yù)混料制備（1）預(yù)浸料：定向排列連續(xù)纖維浸漬樹脂形成薄片狀半成品

熱固性預(yù)浸料：輪鼓纏繞法、陳列排鋪法（設(shè)備不同） 濕法、干法（樹脂狀態(tài)不同）

熱塑性預(yù)浸料：預(yù)浸漬技術(shù)（樹脂完全浸漬纖維）

后浸漬技術(shù)（樹脂以粉末等形式存在，

完全浸漬在成型過程中完成）第38頁(yè)/共100頁(yè)392.2聚合物基復(fù)合材料的制造工藝第38頁(yè)/共100頁(yè)40圖4.6輪鼓纏繞法預(yù)浸料制備示意圖第39頁(yè)/共100頁(yè)40圖4.6輪鼓纏繞法預(yù)浸料制備示意圖第39頁(yè)/共10041（2）預(yù)混料：工藝對(duì)象：不連續(xù)纖維浸漬或混合樹脂制品特征：片狀模塑料（Sheetmoldingcompound，SMC）

塊狀模塑料（BulkMoldingCompound，BMC）

注射模塑料（Injectionmoldingcompound，IMC）第40頁(yè)/共100頁(yè)41（2）預(yù)混料：第40頁(yè)/共100頁(yè)422.2.2手糊成型（HandLay-up）（1）工藝概要模具表面施加脫模劑、膠衣；涂刷樹脂液體、鋪增強(qiáng)材料；

手持

輥?zhàn)邮箻渲n增強(qiáng)體、壓實(shí)并驅(qū)除氣泡；重復(fù)鋪層操作，達(dá)到制品設(shè)計(jì)厚度；固化最原始、最簡(jiǎn)單的制備方法！第41頁(yè)/共100頁(yè)422.2.2手糊成型（HandLay-up）第4143圖4.7手糊成型工藝使用的模具及成型示意圖第42頁(yè)/共100頁(yè)43圖4.7手糊成型工藝使用的模具及成型示意圖第42頁(yè)/共44（2）優(yōu)點(diǎn)

1）適合少量生產(chǎn)； 2）設(shè)備投資少；

3）可制形狀復(fù)雜產(chǎn)品； 4）可進(jìn)行材料設(shè)計(jì)（3）缺點(diǎn)

1）勞動(dòng)密集型生產(chǎn)； 2）增強(qiáng)體含量不太高（4）典型產(chǎn)品

艦艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、游樂設(shè)備、建筑模型第43頁(yè)/共100頁(yè)44（2）優(yōu)點(diǎn)第43頁(yè)/共100頁(yè)452.2.3樹脂傳遞成型（ResinTransferMolding，RTM）（1）工藝概要（閉模低壓成型方法）增強(qiáng)體置于上下模之間；合模并將模具夾緊；壓力注射樹脂；固化后打開模具，取下產(chǎn)品。工藝關(guān)鍵：樹脂要充滿模腔；注射壓力0.4-0.5MPa第44頁(yè)/共100頁(yè)452.2.3樹脂傳遞成型（ResinTransfer46

圖4.8樹脂傳遞成型示意圖第45頁(yè)/共100頁(yè)46

圖4.8樹脂傳遞成型示意圖第45頁(yè)/共100頁(yè)47（2）優(yōu)點(diǎn)

1）增強(qiáng)體含量較高； 2）勞動(dòng)強(qiáng)度低；

3）成型周期較短； 4）產(chǎn)品大型化（3）缺點(diǎn)

1）不易制作小產(chǎn)品； 2）模具復(fù)雜且成本高（4）典型產(chǎn)品

小型飛機(jī)與汽車零部件、客車座椅、儀表殼第46頁(yè)/共100頁(yè)47（2）優(yōu)點(diǎn)

第46頁(yè)/共100頁(yè)482.2.4噴射成型（１）工藝概要（半機(jī)械化成型方法）樹脂+引發(fā)劑、樹脂+促進(jìn)劑

分別從噴槍噴出；纖維經(jīng)切斷器切斷并從噴槍中心噴出；樹脂與纖維一起同時(shí)均勻沉積在模具上；沉積一定厚度后用手輥壓實(shí)除去氣泡；固化（２）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、制品孔隙率?。ǎ常┤秉c(diǎn)：不易制作小產(chǎn)品、模具復(fù)雜且成本高第47頁(yè)/共100頁(yè)482.2.4噴射成型第47頁(yè)/共100頁(yè)49圖4.9噴射成型原理圖第48頁(yè)/共100頁(yè)49圖4.9噴射成型原理圖第48頁(yè)/共100頁(yè)502.2.5袋壓成型（1）工藝概要（最早最廣泛用于預(yù)浸料成型）將鋪層在模具中鋪放；依次鋪上可剝保護(hù)層、脫模膜、袋膜等；熱壓固化脫模獲得具有一定結(jié)構(gòu)形狀的制品（2）袋壓分類： 真空袋成型、壓力袋成型、熱壓袋成型（3）真空袋成型： 排除蒸汽、包埋空氣、其它揮發(fā)物第49頁(yè)/共100頁(yè)502.2.5袋壓成型第49頁(yè)/共100頁(yè)51圖4.10真空袋成型原理圖第50頁(yè)/共100頁(yè)51圖4.10真空袋成型原理圖第50頁(yè)/共100頁(yè)522.2.６纏繞成型（1）工藝概要增強(qiáng)體（無捻粗紗）排列在紗架上；粗紗自紗架退繞、通過樹脂槽、繞絲嘴（浸漬過程）；小車往復(fù)移動(dòng)并帶動(dòng)已浸漬粗沙纏繞在回轉(zhuǎn)芯軸上；固化、脫模（兩端密閉產(chǎn)品不用脫模，芯模作為內(nèi)襯）工藝關(guān)鍵：纏繞角度與排列密度由芯軸與小車速度之比控制第51頁(yè)/共100頁(yè)522.2.６纏繞成型第51頁(yè)/共100頁(yè)53圖4.11濕法纏繞的工藝原理圖

第52頁(yè)/共100頁(yè)53圖4.11濕法纏繞的工藝原理圖第52頁(yè)/共100頁(yè)54圖4.12纏繞成型繞線示意圖第53頁(yè)/共100頁(yè)54圖4.12纏繞成型繞線示意圖第53頁(yè)/共100頁(yè)55（2）優(yōu)點(diǎn)

1）制品結(jié)構(gòu)性能可達(dá)很高；

2）可制耐腐蝕、耐壓、耐熱制品；

3）可制造兩端封閉制品；

4）生產(chǎn)周期短、增強(qiáng)體成本低；（3）缺點(diǎn)

1）制品限于回轉(zhuǎn)體；

2）纖維不易沿制品長(zhǎng)度方向精確排列；

（4）典型產(chǎn)品

管道、貯罐、氣瓶、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體第54頁(yè)/共100頁(yè)55（2）優(yōu)點(diǎn)第54頁(yè)/共100頁(yè)562.2.7拉擠成型（1）工藝概要預(yù)置在紗架上的玻璃纖維無捻粗紗經(jīng)樹脂槽浸漬樹脂預(yù)成型后進(jìn)入加熱模具，進(jìn)一步浸漬、固化、定型將型材按要求長(zhǎng)度切斷第55頁(yè)/共100頁(yè)562.2.7拉擠成型第55頁(yè)/共100頁(yè)57圖4.13拉擠成型工藝原理第56頁(yè)/共100頁(yè)57圖4.13拉擠成型工藝原理第56頁(yè)/共100頁(yè)58（2）優(yōu)點(diǎn)

1）生產(chǎn)效率高，可批量生產(chǎn)； 2）樹脂含量可精確控制；

3）制品軸向性能優(yōu)異； 4）原材料成本低（3）缺點(diǎn)

1）模具費(fèi)用較高； 2）制品橫斷面恒定（4）典型產(chǎn)品

建筑屋頂橫梁、帳篷竿、汽車板簧、電纜管、釣魚竿第57頁(yè)/共100頁(yè)58（2）優(yōu)點(diǎn)第57頁(yè)/共100頁(yè)592.2.8模壓成型（1）工藝概要制備具有制品形狀的預(yù)浸料或預(yù)混料半成品；將半成品在模具中熱壓；固化、脫模

工藝關(guān)鍵：模壓溫度、壓力、時(shí)間第58頁(yè)/共100頁(yè)592.2.8模壓成型第58頁(yè)/共100頁(yè)60圖4.14模壓成型工藝原理第59頁(yè)/共100頁(yè)60圖4.14模壓成型工藝原理第59頁(yè)/共100頁(yè)61（2）工藝優(yōu)點(diǎn)

1）制品尺寸精度高； 2）可大批量生產(chǎn)；

3）孔隙率低； 4）原材料成本低（3）缺點(diǎn)

1）模具費(fèi)用較高； 2）制品性能各向同性第60頁(yè)/共100頁(yè)61（2）工藝優(yōu)點(diǎn)第60頁(yè)/共100頁(yè)622.2.9擠出成型

工藝概要（熱塑性塑料主要加工方法）干燥熱塑性塑料粉料從料斗進(jìn)入擠出機(jī)加熱料筒；物料隨料筒螺桿旋轉(zhuǎn)而沿螺槽前移；物料受機(jī)械剪切和料筒加熱而逐漸熔融；熔融物料受螺桿軸向推力而通過機(jī)頭和口模；

與口模形狀相似的連續(xù)體冷卻定型。第61頁(yè)/共100頁(yè)622.2.9擠出成型第61頁(yè)/共100頁(yè)63圖4.15擠出成型工藝示意圖第62頁(yè)/共100頁(yè)63圖4.15擠出成型工藝示意圖第62頁(yè)/共100頁(yè)642.2.10反應(yīng)注射成型（1）工藝概要兩種組分在混合區(qū)低壓混合（0.5MPa）；低壓注射到閉模中（0.5-1.5MPa）；模具中反應(yīng)成型工藝關(guān)鍵：在一種組分內(nèi)加入磨碎玻纖原絲（增加強(qiáng)度）第63頁(yè)/共100頁(yè)642.2.10反應(yīng)注射成型（1）工藝概要第63頁(yè)/共165圖4.16反應(yīng)注射成型示意圖第64頁(yè)/共100頁(yè)65圖4.16反應(yīng)注射成型示意圖第64頁(yè)/共100頁(yè)66（2）優(yōu)點(diǎn)

1）工藝成本較低； 2）可快速生產(chǎn)（固化快）

3）可制造大尺寸、形狀復(fù)雜制品；（3）缺點(diǎn)

采用磨碎玻璃纖維增強(qiáng)原料費(fèi)用高（4）主要產(chǎn)品

汽車儀表盤、建筑門、窗、桌、沙發(fā)、電絕緣件第65頁(yè)/共100頁(yè)66（2）優(yōu)點(diǎn)第65頁(yè)/共100頁(yè)672.2.11樹脂膜熔浸成型（1）工藝概要將增強(qiáng)物與樹脂片交替鋪放在模具內(nèi)；用真空袋包覆鋪層并抽真空；

加熱熔化樹脂并流浸增強(qiáng)物；經(jīng)過一段時(shí)間使其固化第66頁(yè)/共100頁(yè)672.2.11樹脂膜熔浸成型（1）工藝概要第66頁(yè)/共68圖4.17樹脂膜熔浸成型示意圖

第67頁(yè)/共100頁(yè)68圖4.17樹脂膜熔浸成型示意圖第67頁(yè)/共100頁(yè)69（2）優(yōu)點(diǎn)

1）空隙率低，纖維含量高； 2）較預(yù)浸法成本低（3）缺點(diǎn)

1）模具能經(jīng)受一定溫度； 2）尚未推廣

（4）典型產(chǎn)品

飛機(jī)雷達(dá)罩、艦艇聲納整流罩第68頁(yè)/共100頁(yè)69（2）優(yōu)點(diǎn)

1）空隙率低，纖維含量高； 2）較703.1纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料一般性能特點(diǎn)3.1.1力學(xué)性能（1）力學(xué)性能特點(diǎn)

比強(qiáng)度高（密度?。?/p>

性能各向異性（短纖維增強(qiáng)時(shí)各向同性）

性能分散性大（影響因素太多）（2）靜態(tài)拉伸性能：完全彈性形變（無屈服點(diǎn)、塑性區(qū)）第69頁(yè)/共100頁(yè)703.1纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料一般性能特點(diǎn)第69頁(yè)/共71圖4.18纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變曲線CFRP(HM)：高模碳纖維；CFRP(HT)：高強(qiáng)碳纖維；KFRP：Kevlar纖維；GFRP：玻璃纖維第70頁(yè)/共100頁(yè)71圖4.18纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變曲線第70頁(yè)72

軸向拉伸強(qiáng)度和模量：隨纖維體積分?jǐn)?shù)增大而增大

橫向拉伸強(qiáng)度和模量：主要由基體和界面控制

彎曲強(qiáng)度和彈性模量：性能分散性較大

剪切強(qiáng)度和模量：與界面和基體材料有關(guān)，有方向性第71頁(yè)/共100頁(yè)72軸向拉伸強(qiáng)度和模量：隨纖維體積分?jǐn)?shù)增大而增大73

（3）高溫力學(xué)性能：主要由基體控制圖4.19FRP的高溫力學(xué)性能UP：不飽和聚酯EP：環(huán)氧樹脂PEEK：聚醚醚酮PI：聚酰亞胺第72頁(yè)/共100頁(yè)73 （3）高溫力學(xué)性能：主要由基體控制圖4.19FRP的74（4）疲勞性能

疲勞破壞：低于靜態(tài)強(qiáng)度極限動(dòng)載荷，作用一段時(shí)間的破壞

S-N曲線：最大應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線

影響因素：纖維類型；基體類型；鋪層形式；界面性質(zhì)；

載荷形式；平均應(yīng)力；應(yīng)力頻率；環(huán)境條件

FRP疲勞強(qiáng)度：與靜態(tài)強(qiáng)度比值約0.22-0.41（循環(huán)107）第73頁(yè)/共100頁(yè)74（4）疲勞性能第73頁(yè)/共100頁(yè)75圖4.20FRP與金屬鋁的疲勞性能對(duì)比KF：Kevlar纖維；BF：硼纖維；S-GF：高強(qiáng)玻璃纖維；E-GF：E玻璃纖維；EP：環(huán)氧樹脂第74頁(yè)/共100頁(yè)75圖4.20FRP與金屬鋁的疲勞性能對(duì)比第74頁(yè)/共1076（5）沖擊韌性

沖擊試驗(yàn)：測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣

破壞所需能量

DI指數(shù)：裂紋擴(kuò)展能QP與裂紋引發(fā)能Qi之比

DI=QP/Qi

QP+Qi=Q（Q：沖擊破壞所吸收能量）

DI越大，材料韌性越好；對(duì)完全脆性材料，DI=0

第75頁(yè)/共100頁(yè)76（5）沖擊韌性第75頁(yè)/共100頁(yè)77圖4.21沖擊試驗(yàn)中的典型加載歷程第76頁(yè)/共100頁(yè)77圖4.21沖擊試驗(yàn)中的典型加載歷程第76頁(yè)/共100頁(yè)78FRP的能量吸收方式：纖維脫膠、纖維拔出、纖維破壞、基體變形和開裂、分層裂紋圖4.22纖維復(fù)合材料中裂紋擴(kuò)展模式第77頁(yè)/共100頁(yè)78FRP的能量吸收方式：圖4.22纖維復(fù)合材料中裂紋擴(kuò)展79纖維非常顯著地影響破壞模式 （韌性纖維較脆性纖維有更高的沖擊強(qiáng)度）基體變形要吸收較多的能量 （較之熱固性，熱塑性基體有較大塑性變形而沖擊強(qiáng)度高）纖維與基體界面粘結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)烈地影響沖擊破壞模式 （纖維脫膠可吸收大量能量）第78頁(yè)/共100頁(yè)79纖維非常顯著地影響破壞模式第78頁(yè)/共100頁(yè)80

材料體積比（Vol%）沖擊強(qiáng)度（KJ/m2）石墨/EPKavlar-40/EPS–GF/EPBF/EP4130合金鋼4340合金鋼2024–T3鋁合金6061–T6鋁合金556572601146936937859221584153表4.3各種材料的典型沖擊強(qiáng)度第79頁(yè)/共100頁(yè)80材料體積比沖擊強(qiáng)度石墨/EP5813.1.2物理及化學(xué)性能（1）電性能：介于增強(qiáng)纖維和基體樹脂電性能之間 （樹脂品種、纖維表面處理等影響電性能）

水的影響：很大(潮濕環(huán)境或者水中浸泡電阻下降很大)第80頁(yè)/共100頁(yè)813.1.2物理及化學(xué)性能第80頁(yè)/共100頁(yè)82（2）熱性能 導(dǎo)熱性能：良好隔熱材料 熱膨脹系數(shù)：在一定溫度范圍內(nèi)有較好尺寸穩(wěn)定性 熱變形溫度：很差（不超過250度）（3）耐熱性（溫度對(duì)力學(xué)性能影響）

較大溫度依賴性（常溫下較好，溫度升高急劇下降）第81頁(yè)/共100頁(yè)82（2）熱性能第81頁(yè)/共100頁(yè)83（4）阻燃性及耐火性：依賴于基體樹脂（5）光學(xué)性能：取決于基體和增強(qiáng)體對(duì)光透過性和折射性（6）耐化學(xué)腐蝕性：優(yōu)良耐化學(xué)腐蝕性（7）耐候性：戶外使用時(shí)抵抗各種氣候因素的能力

（日光、O2、O3、熱、雨、風(fēng)、沙、鹽霧）

FRP耐候性：表面失去光澤、起毛、變黃、纖維外露

力學(xué)性能無顯著變化(就力學(xué)性能而言優(yōu)秀)第82頁(yè)/共100頁(yè)83（4）阻燃性及耐火性：依賴于基體樹脂第82頁(yè)/共100頁(yè)843.2玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂（FR-TP）3.2.1玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂

基體樹脂：聚丙烯、ABS樹脂、聚甲醛、聚酰胺、聚酯

性能改善：力學(xué)性能、物理化學(xué)性能均有明顯提高

突出優(yōu)點(diǎn)：更高的比性能（更小的密度）第83頁(yè)/共100頁(yè)843.2玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂（FR-TP）第83頁(yè)/共85玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（FR-PP）

增強(qiáng)方式：玻璃短纖維，含量一般為30%-40%； 性能特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度可達(dá)100MPa

明顯改善低溫脆性、抗沖擊性、熱變形性

吸水率小第84頁(yè)/共100頁(yè)85玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（FR-PP）第84頁(yè)/共100頁(yè)86玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺（FR-PA） 基體特點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐磨性好、吸水率大、耐熱性差 增強(qiáng)方式：玻璃纖維含量30%-35%； 性能改進(jìn)：抗拉強(qiáng)度提高2-3倍

耐熱性、電絕緣性明顯提高

耐磨性有所降低 常見舉例：玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6（尼龍66、尼龍1010）第85頁(yè)/共100頁(yè)86玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺（FR-PA）第85頁(yè)/共100頁(yè)87玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料（FR-ABS） 基體樹脂：丁二烯-苯乙烯共聚物（BS） 丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS） 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） 性能改進(jìn)：強(qiáng)度、彈性模量有成倍提高

耐高溫、耐低溫、尺寸穩(wěn)定性等都有所改善第86頁(yè)/共100頁(yè)87玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料（FR-ABS）第86頁(yè)/共188玻璃纖維增強(qiáng)聚酯（FR-PET、FR-PBT） 基體樹脂：聚苯二甲酸乙二醇酯（PET） 聚苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

結(jié)晶度高、成型收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差 性能改進(jìn)：強(qiáng)度很高（較其它玻璃增強(qiáng)熱塑性塑料）

耐高溫性、耐低溫性、電絕緣性都好

高溫下易發(fā)生水解第87頁(yè)/共100頁(yè)88玻璃纖維增強(qiáng)聚酯（FR-PET、FR-PBT）第87頁(yè)/893.2.2玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂對(duì)比表4.4各種塑料與玻璃纖維增強(qiáng)后的性能對(duì)比第88頁(yè)/共100頁(yè)893.2.2玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂對(duì)比第88頁(yè)/共10090基體樹脂：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂GFRP優(yōu)點(diǎn)：

1）密度小、比強(qiáng)度高：密度為1.6～2.0g/cm3

（“玻璃鋼”：質(zhì)輕而強(qiáng)度高）

2）良好的耐腐蝕性：耐酸、堿、有機(jī)溶劑、海水等；

3）良好的電絕緣性3.3玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂（GFRP）第89頁(yè)/共100頁(yè)90基體樹脂：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂3.3玻璃91

GFRP缺點(diǎn)：

1）剛性差

（彈性模量比鋼材小十倍）

2）耐熱性較低

（連續(xù)使用溫度350℃以下）

3）導(dǎo)熱性較差

（摩擦產(chǎn)生熱量不易散出）

4）容易老化 （日光照射、空氣氧化、有機(jī)溶劑溶解）第90頁(yè)/共100頁(yè)91 GFRP缺點(diǎn)：第90頁(yè)/共100頁(yè)92玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂

綜合性能最好的熱固性樹脂基復(fù)合材料！

1）強(qiáng)度高于其它GFRP（樹脂黏結(jié)能力強(qiáng)、界面結(jié)合好）

2）固化收縮率小、制品尺寸穩(wěn)定性好（無副產(chǎn)物）

3）加工不方便（固化反應(yīng)大多需要加熱）

4）不易制造大型制件第91頁(yè)/共100頁(yè)92玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂第91頁(yè)/共100頁(yè)93玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂

1）耐熱性最好（200度以下長(zhǎng)期使用）

2）良好耐電弧性

3）原料豐富、價(jià)格便宜

4）脆性大

5）強(qiáng)度不如環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料

6）收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差第92頁(yè)/共100頁(yè)93玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂第92頁(yè)/共100頁(yè)94玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂

1）加工性能好 （成型容易，可制造大型構(gòu)件）

2）透光性好

3）固化收縮率大

（生成小分子化合物）

4）耐酸堿性差第93頁(yè)/共100頁(yè)94玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂第93頁(yè)/共100頁(yè)953.4.1高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料 基體樹脂：環(huán)氧樹脂 增強(qiáng)材料：碳、硼、芳香族纖維、晶須等高強(qiáng)、高模纖維 性能特點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度模量高、熱膨脹系數(shù)??；

制備工藝簡(jiǎn)單、成型方法多；

纖維價(jià)格昂貴，使用范圍到限3.4其它纖維增強(qiáng)塑料第94頁(yè)/共100頁(yè)953.4.1高強(qiáng)度、高模量纖維增強(qiáng)塑料3.4其它纖維增96

碳纖維增強(qiáng)樹脂:

強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好

硼纖維增強(qiáng)樹脂：剛性好（模量高于碳纖維增強(qiáng)）

Kevlar纖維增強(qiáng)樹脂：良好壓延性、耐沖擊、

良好振動(dòng)衰減性、優(yōu)異的耐疲勞性第95頁(yè)/共100頁(yè)96 碳纖維增強(qiáng)樹脂: 強(qiáng)度、剛度、耐熱性均好第95頁(yè)97表4.6常見高性能纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂性能對(duì)比增強(qiáng)纖維碳纖維Kevlar纖維硼纖維相對(duì)密度1.61.42.0拉伸強(qiáng)度，MPa150014001750彈性模量，GPa1276120第96頁(yè)/共100頁(yè)97表4.6常見高性能纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂性能對(duì)比增強(qiáng)纖維碳纖983.4.2其它纖維增強(qiáng)塑料 其它纖維：石棉、礦物、棉、麻、木質(zhì)、合成纖維 基體材料：熱塑性、熱固性樹脂 應(yīng)用現(xiàn)狀：發(fā)展早、應(yīng)用廣（參閱教材５１頁(yè)內(nèi)容）第97頁(yè)/共100頁(yè)983.4.2其它纖維增強(qiáng)塑料第97頁(yè)/共100頁(yè)993.5玻璃纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用材料密度，g/cm3拉伸強(qiáng)度，MPa彎曲模量，MPa用途尼龍661.3718291軸承、齒輪等精密件、電工件、汽車儀表等ABS1.2810177化工裝置、管道、容器等聚苯乙烯1.289591汽車內(nèi)裝、收音機(jī)機(jī)殼、空調(diào)葉片等聚碳酸酯1.4313084耐磨、絕緣儀表等表4.7常見玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的性能和用途第98頁(yè)/共100頁(yè)993.5玻璃纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用材料密度，g/100表4.8常見玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的性能和用途基體樹脂聚酯樹脂環(huán)氧樹脂酚醛樹脂雙馬來酰亞胺聚酰亞胺工藝性力學(xué)性能耐熱性價(jià)格韌性成形收縮率好比較好80℃低差中好優(yōu)秀120~180℃中比較好小比較好比較好約180℃低差大好好230℃中比較好

比較好好240~310℃高比較好

應(yīng)用范圍用于絕大部分玻璃纖維增強(qiáng)制品一般要求的結(jié)構(gòu),如汽車、船舶、化工、電器、電子等適用范圍廣，性能最好，用于主承力結(jié)構(gòu)或耐腐蝕性制品等，如飛機(jī)、宇航等發(fā)煙率低，用于燒蝕材料、飛機(jī)內(nèi)部裝飾、電工材料等具有良好的性能、中等使用溫度、部分代替環(huán)氧，用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料具有最好的耐熱性，用于耐高溫結(jié)構(gòu)，如衛(wèi)星等空間飛行器的構(gòu)件第99頁(yè)/共100頁(yè)100表4.8常見玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的性能和用途基體樹脂101感謝您的觀看！第100頁(yè)/共100頁(yè)101感謝您的觀看！第100頁(yè)/共100頁(yè)會(huì)計(jì)學(xué)102聚合物基復(fù)合材料會(huì)計(jì)學(xué)1聚合物基復(fù)合材料103鏈 節(jié)： 聚合物鏈狀分子中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。聚合度： 大分子中的鏈節(jié)數(shù)目。分子量： 鏈節(jié)分子量與聚合度的乘積。聚合反應(yīng)： 加聚反應(yīng)（反應(yīng)過程無副產(chǎn)物）、 縮聚反應(yīng)（反應(yīng)過程產(chǎn)生低分子化合物）有無反應(yīng)副產(chǎn)物與聚合物收縮率的關(guān)系？第1頁(yè)/共100頁(yè)2鏈 節(jié)： 聚合物鏈狀分子中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。第1頁(yè)/共100104大分子鏈分類（化學(xué)成分）：a．碳鏈大分子： 主鏈全部由碳原子構(gòu)成；b.雜鏈大分子： 主鏈中除了碳外，還有O、N、S、P等c.元素有機(jī)大分子： 主鏈無碳原子（Si、O、N、Al、B、P） 且側(cè)鏈為有機(jī)取代基；d.元素?zé)o機(jī)大分子：主鏈無碳原子，且側(cè)鏈無有機(jī)取代基。第2頁(yè)/共100頁(yè)3大分子鏈分類（化學(xué)成分）：第2頁(yè)/共100頁(yè)1051.1.2結(jié)構(gòu)特征（1）聚合物鏈的結(jié)構(gòu)：包括空間構(gòu)型、構(gòu)象

和形態(tài)。a.聚合物鏈空間構(gòu)型：指聚合物鏈中原子或原子團(tuán)

在空間的排列方式。當(dāng)分子鏈的側(cè)基為氫原子時(shí)，只有一種鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)分子鏈側(cè)基除了氫原子外包含其它原子或原子團(tuán)時(shí)，根據(jù)其在分子鏈中占據(jù)位置的不同，有三種空間構(gòu)型。第3頁(yè)/共100頁(yè)41.1.2結(jié)構(gòu)特征第3頁(yè)/共100頁(yè)106圖4.1聚合物鏈的三種空間構(gòu)型三種空間構(gòu)型：

全同立構(gòu)：其它原子或原子團(tuán)只占據(jù)分子鏈的一側(cè)

間同立構(gòu)：其它原子或原子團(tuán)相間占據(jù)分子鏈的兩側(cè)

無規(guī)立構(gòu)：其它原子或原子團(tuán)無規(guī)律地分布在分子鏈的兩側(cè)第4頁(yè)/共100頁(yè)5圖4.1聚合物鏈的三種空間構(gòu)型三種空間構(gòu)型：第4頁(yè)/共107b.聚合物鏈的構(gòu)象：以單鍵連接的原子由于熱運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)原子可以在保持鍵角、鍵長(zhǎng)不變的前提下作相對(duì)旋轉(zhuǎn)，稱為單鍵內(nèi)旋，由此而產(chǎn)生的聚合物鏈的空間形態(tài)稱為聚合物鏈的構(gòu)象。圖4.2聚合物鏈的構(gòu)象

第5頁(yè)/共100頁(yè)6b.聚合物鏈的構(gòu)象：圖4.2聚合物鏈的構(gòu)象第5頁(yè)/共108實(shí)際聚合物鏈的構(gòu)象：帶有不同形式和大小的側(cè)基，很難發(fā)生單鍵內(nèi)旋，而是以幾個(gè)單鍵為一個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行內(nèi)旋轉(zhuǎn)，形成鏈段運(yùn)動(dòng)。高頻率鏈段運(yùn)動(dòng)可以隨時(shí)改變聚合物鏈構(gòu)象，使線性分子鏈在空間呈卷曲狀。在拉力作用下可以伸展拉直，外力除去后又縮回到原來卷曲狀，從而使聚合物具有柔性。聚合物的柔性主要受構(gòu)成單鍵的元素、分子鏈的側(cè)基或支鏈、鏈節(jié)數(shù)、溫度等的影響。第6頁(yè)/共100頁(yè)7實(shí)際聚合物鏈的構(gòu)象：第6頁(yè)/共100頁(yè)109c.聚合物鏈的形態(tài)：線型及支化型：構(gòu)成線性聚合物，具有高彈性和熱塑性， 又稱為熱塑性聚合物，如滌綸、尼龍、生膠等。交聯(lián)型及網(wǎng)絡(luò)型：構(gòu)成體型聚合物，具有較高的強(qiáng)度和熱固性， 又稱為熱固性聚合物，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。圖4.3聚合物鏈的形態(tài)第7頁(yè)/共100頁(yè)8c.聚合物鏈的形態(tài)：圖4.3聚合物鏈的形態(tài)第7頁(yè)/共1110（2）聚合物鏈的聚集態(tài)聚合物大分子通過分子間作用力（范德華力、氫鍵）聚集而成，按照大分子排列的有序程度，聚合物聚集態(tài)有晶態(tài)、非晶態(tài)和混合態(tài)三種。對(duì)于混合態(tài)，可用結(jié)晶區(qū)域所占百分?jǐn)?shù)表示聚合物結(jié)晶程度，稱為結(jié)晶度。圖4.4聚合物的聚集態(tài)（a和b為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，c為混合態(tài)，d為非晶態(tài)）第8頁(yè)/共100頁(yè)9（2）聚合物鏈的聚集態(tài)圖4.4聚合物的聚集態(tài)（a和b111影響聚合物結(jié)晶度因素：冷卻速度、單體復(fù)雜程度、鏈空間構(gòu)型和鏈形態(tài)冷卻慢、單體簡(jiǎn)單、側(cè)基原子或原子團(tuán)極性大，容易結(jié)晶聚集態(tài)分子鏈特點(diǎn)性能特點(diǎn)晶態(tài)規(guī)則排列，分子間作用力大，運(yùn)動(dòng)困難熔點(diǎn)、相對(duì)密度、強(qiáng)度高，剛性、耐熱性好非晶態(tài)無規(guī)則排列，運(yùn)動(dòng)容易彈性、延伸率和韌性好混合態(tài)介于以上兩者之間介于以上兩者之間表5.1聚合物的結(jié)晶度與性能的關(guān)系

第9頁(yè)/共100頁(yè)10影響聚合物結(jié)晶度因素：聚集態(tài)分子鏈特點(diǎn)性能特點(diǎn)晶態(tài)規(guī)則排112強(qiáng) 度：取決于聚合物分子內(nèi)和分子間相互作用力；實(shí)際強(qiáng)度較低（雜質(zhì)、內(nèi)部缺陷等）彈性模量：與溫度有關(guān)（低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)模量較高） 溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)迅速降低熱膨脹系數(shù)：隨溫度增加而成非線性增加；高于金屬和陶瓷

(環(huán)氧樹脂50-100x10-6/K，不飽和聚酯100-200x10-6/K)耐熱性：聚合物致命弱點(diǎn)，受熱時(shí)發(fā)生物理及化學(xué)變化 （軟化、熔融、環(huán)化、交聯(lián)、降解、氧化、水解）耐化學(xué)腐蝕：優(yōu)于金屬但不如陶瓷；熱導(dǎo)率：熱的不良導(dǎo)體電導(dǎo)率：電的不良導(dǎo)體。1.1.3聚合物的一般性能特點(diǎn)第10頁(yè)/共100頁(yè)11強(qiáng) 度：取決于聚合物分子內(nèi)和分子間相互作用力；1.113聚合物用作基體材料時(shí)的要求：

黏附力大、固化收縮率小、有良好物理性能匹配聚合物用作基體材料時(shí)的作用：

（1）固結(jié)分散的增強(qiáng)體以形成復(fù)合材料的整體； （2）賦予制件形狀； （3）保護(hù)增強(qiáng)體不受或少受環(huán)境的不利影響； （4）向增強(qiáng)體傳遞載荷以發(fā)揮承力功能。聚合物基體的類型：（1）熱固性樹脂：受熱軟化，發(fā)生交聯(lián)，轉(zhuǎn)化不可逆

環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、呋喃樹脂（2）熱塑性樹脂：加熱可變軟或熔化，轉(zhuǎn)化可逆

聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、氟樹脂第11頁(yè)/共100頁(yè)12聚合物用作基體材料時(shí)的要求：第11頁(yè)/共100頁(yè)1141.2熱固性聚合物1.2.1環(huán)氧樹脂（1）環(huán)氧樹脂的定義指含有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，環(huán)氧基團(tuán)十分活潑，可位于分子鏈的末端或中間，能與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。環(huán)氧樹脂最早出現(xiàn)于20世紀(jì)三十年代且于40年代工業(yè)化，已廣泛用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，是PMC最重要的載體。第12頁(yè)/共100頁(yè)131.2熱固性聚合物第12頁(yè)/共100頁(yè)115（2）環(huán)氧樹脂的性能力學(xué)性能：固化后有優(yōu)異的力學(xué)性能；電性能：絕緣性能優(yōu)良，高介電性、耐表面漏電、耐電弧化學(xué)穩(wěn)定性：很強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、耐堿、耐溶劑等突出尺寸穩(wěn)定性和環(huán)境耐久性（耐酶菌，可濕熱環(huán)境使用）第13頁(yè)/共100頁(yè)14（2）環(huán)氧樹脂的性能第13頁(yè)/共100頁(yè)116（3）環(huán)氧樹脂的工藝性可供選擇的品種多樣：有多種多樣的環(huán)氧樹脂、固化劑和改性劑體系，可以適應(yīng)各種應(yīng)用范圍所提出的要求；固化方便：選用不同環(huán)氧樹脂品種、不同的固化劑和固化劑配方，可以在０～１８０度范圍內(nèi)的不同溫度下進(jìn)行固化；黏附力強(qiáng)：結(jié)構(gòu)中羥基和醚鍵對(duì)各種物質(zhì)均有很強(qiáng)黏附力；固化收縮率：固化反應(yīng)直接進(jìn)行，沒有水或者其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出，所以固化收縮率低（小于２％）。第14頁(yè)/共100頁(yè)15（3）環(huán)氧樹脂的工藝性第14頁(yè)/共100頁(yè)117（４）環(huán)氧樹脂的分類環(huán)氧樹脂種類繁多，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)大體可分為五大類：縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂、線型脂肪族類環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂。復(fù)合材料工業(yè)上使用量最大的是縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，其中又以二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂（簡(jiǎn)稱雙酚A型環(huán)氧樹脂）為主第15頁(yè)/共100頁(yè)16（４）環(huán)氧樹脂的分類第15頁(yè)/共100頁(yè)1181.2.2酚醛樹脂定義：酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物，常指由苯酚和甲醛經(jīng)縮聚而得到的樹脂，是最早發(fā)明的一類熱固性樹脂。性能：良好機(jī)械強(qiáng)度、突出的瞬時(shí)耐高溫?zé)g性能應(yīng)用：最老熱固性樹脂，但原料易得、合成方便、性能突出且有廣泛改性的余地，仍廣泛用于玻璃纖維、碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，在宇航工業(yè)方面作為瞬時(shí)耐高溫和燒蝕的結(jié)構(gòu)材料有重要用途（空間飛行器、火箭、導(dǎo)彈等）。第16頁(yè)/共100頁(yè)171.2.2酚醛樹脂定義：酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物，常指由119第17頁(yè)/共100頁(yè)18第17頁(yè)/共100頁(yè)1201.2.3不飽和聚酯樹脂(unsaturatedpolyesterresins,UPR或UP)（1）定義不飽和二元酸(或酸酐)或它們與飽和二元酸(或酸酐)組成的混合酸與多元醇縮聚而成，通常在190～220℃進(jìn)行。（2）化學(xué)性質(zhì) 結(jié)構(gòu)：骨架主鏈上有聚酯鏈鍵和不飽和雙鍵，

大分子鏈兩端各帶有羧基和羥基。 酸性介質(zhì)：水解是可逆的，能耐酸性介質(zhì)的侵蝕； 堿性介質(zhì)：水解不可逆的，耐堿性較差。第18頁(yè)/共100頁(yè)191.2.3不飽和聚酯樹脂(unsaturatedpo121（3）物理性質(zhì)密度：約1.11～1.20g/cm3，固化時(shí)體積收縮率較大耐熱性：熱變形溫度約50～60℃，耐熱性好的可達(dá)120℃力學(xué)性能：具有較高拉伸、彎曲、壓縮等強(qiáng)度耐化學(xué)腐蝕性能：耐水、稀酸、稀堿較好，耐有機(jī)溶劑差介電性能：介電性能良好第19頁(yè)/共100頁(yè)20（3）物理性質(zhì)第19頁(yè)/共100頁(yè)1221.2.4呋喃樹脂定義：分子鏈中含有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)。未固化的呋喃樹脂與許多熱塑性和熱固性樹脂有很好的混溶性，可與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合起來進(jìn)行改性。性能：固化后呋喃樹脂耐強(qiáng)酸（強(qiáng)氧化性硝酸和硫酸除外）、強(qiáng)堿

和有機(jī)溶劑的侵蝕，在高溫下仍很穩(wěn)定，主要用作各種耐化學(xué)腐蝕和耐高濁的材料。環(huán)內(nèi)含有四個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子第20頁(yè)/共100頁(yè)211.2.4呋喃樹脂環(huán)內(nèi)含有四個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子第20123耐化學(xué)腐蝕材料：可用來制備防腐蝕膠泥，用作化工設(shè)備襯里或其它耐腐材料。

耐熱材料：玻璃纖維增強(qiáng)呋喃復(fù)合材料耐熱性比一般的玻璃纖維增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料高，可在150℃左右長(zhǎng)期使用。

與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合改性：將呋喃樹脂與環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂混合使用，可改進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)呋喃復(fù)合材料的力學(xué)性能以及制備時(shí)的工藝性能，已廣泛用來制備化工反應(yīng)器的攪拌裝置、貯槽及管道等化工設(shè)備。第21頁(yè)/共100頁(yè)22耐化學(xué)腐蝕材料：可用來制備防腐蝕膠泥，用作化工設(shè)備襯里或1241.2.5有機(jī)硅樹脂

有機(jī)硅樹脂是聚有機(jī)硅氧烷中一類分子量不高的熱固性樹脂。用這類樹脂制造的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在較高的溫度范圍內(nèi)（200～250℃）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用后，仍能保持優(yōu)良的電性能，同時(shí)，還具有良好耐電弧性能及憎水防潮性能。第22頁(yè)/共100頁(yè)231.2.5有機(jī)硅樹脂

第22頁(yè)/共100頁(yè)125

（1）熱穩(wěn)定性：耐熱性和耐高溫性能均很高，熱穩(wěn)定性范圍可達(dá)200～250℃

（Si-O鍵有較高的鍵能：363kJ/mol）。（2）力學(xué)性能：有機(jī)硅樹脂固化后的力學(xué)性能不高，若在大分子主鏈上引進(jìn)氯代苯基，可提高力學(xué)性能。第23頁(yè)/共100頁(yè)24 （1）熱穩(wěn)定性：耐熱性和耐高溫性能均很高，熱穩(wěn)定性范圍126（3）電性能：具有優(yōu)良的電絕緣性能（擊穿強(qiáng)度、耐高壓電弧及電火花性能均較優(yōu)異）。受電弧及電火花作用時(shí)，樹脂即使裂解而除去有機(jī)基團(tuán)，表面剩下的二氧化硅同樣具有良好的介電性能。

（4）憎水性：吸水性很低（水珠在表面只能滾落而不能潤(rùn)濕，因此潮濕環(huán)境下復(fù)合材料仍能保持其優(yōu)良性能）。第24頁(yè)/共100頁(yè)25（3）電性能：具有優(yōu)良的電絕緣性能（擊穿強(qiáng)度、耐高壓電127（5）耐腐蝕性能：有機(jī)硅樹脂玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可耐濃度10%～30%硫酸、10%鹽酸、10%～15%氫氧化鈉、2%碳酸鈉及3%過氧化氫。醇類、脂肪烴和潤(rùn)滑油對(duì)它影響較小，但耐濃硫酸及某些溶劑（如四氯化碳、丙酮和甲苯）的能力較差。第25頁(yè)/共100頁(yè)26（5）耐腐蝕性能：有機(jī)硅樹脂玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可耐濃度128結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線型、分枝型，遇熱軟化或熔融且可反復(fù)進(jìn)行力學(xué)性能： ①具有明顯的力學(xué)松弛現(xiàn)象； ②較大的斷裂延伸率； ③抗沖擊性能好。電學(xué)性能：優(yōu)異的絕緣性能，對(duì)腐蝕性介質(zhì)穩(wěn)定。舉 例：聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、

聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS樹脂）等。1.3熱塑性聚合物1.3.1熱塑性聚合物第26頁(yè)/共100頁(yè)27結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線型、分枝型，遇熱軟化或熔融且可反復(fù)進(jìn)行1.31291.3.2聚烯烴包括聚乙烯（產(chǎn)量最大）、聚丙烯、聚苯乙烯和聚丁烯等1.3.3聚酰胺定義：分子鏈中含有酰胺基團(tuán)（尼龍）性能：具有良好的力學(xué)性能 良好的耐磨性和耐腐蝕性較之金屬材料剛性較差，但比拉伸強(qiáng)度高于金屬第27頁(yè)/共100頁(yè)281.3.2聚烯烴第27頁(yè)/共100頁(yè)1301.3.4聚碳酸酯（PC）

O定義：分子鏈中含有（-ORO-C-）基團(tuán)的線性聚合物。性能：硬度高、韌性好，良好耐蠕變性、耐熱性和電絕緣性

制品易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，耐溶劑和水能力差，

高溫下易水解第28頁(yè)/共100頁(yè)291.3.4聚碳酸酯（PC）第28頁(yè)/共100頁(yè)1311.3.5聚甲醛定義：分子鏈中含有（-CH2-O-）基團(tuán)

高熔點(diǎn)、高結(jié)晶的熱塑性塑料性能：優(yōu)異的力學(xué)性能（力學(xué)性能最接近金屬的塑料）

很高的比強(qiáng)度和比剛度

（在某些場(chǎng)合可以替代鋼、鋁、銅等金屬）第29頁(yè)/共100頁(yè)301.3.5聚甲醛第29頁(yè)/共100頁(yè)1321.3.6氟樹脂定義：分子鏈中含有氟單體，應(yīng)用最多為聚四氟乙烯，分子式為－(ＣＦ２－ＣＦ２)ｎ－，產(chǎn)量約占氟塑料的９０％。性能：聚四氟乙烯是高度結(jié)晶的聚合物，分解溫度為400度，可在２６０度以下長(zhǎng)期使用，具有優(yōu)異的力學(xué)性能,耐化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)，能耐王水及沸騰的氫氟酸（塑料王）第30頁(yè)/共100頁(yè)311.3.6氟樹脂第30頁(yè)/共100頁(yè)1331.4橡膠橡膠是指具有顯著高彈性的一類高分子化合物，也可用作復(fù)合材料的基體材料，包括天然橡膠和人造橡膠，如丁苯橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯橡膠等。不同于樹脂基復(fù)合材料，橡膠基復(fù)合材料除了要具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)外，還應(yīng)具有柔性和較大的彈性。橡膠基復(fù)合材料主要用來制備輪胎、傳動(dòng)皮帶等。第31頁(yè)/共100頁(yè)321.4橡膠第31頁(yè)/共100頁(yè)134（1）按聚合物基體的結(jié)構(gòu)形式分類（最重要的分類方法）

熱固性樹脂基、熱塑性樹脂基、橡膠基

復(fù)合材料（2）按增強(qiáng)體類型分類

纖維增強(qiáng)、晶須增強(qiáng)、顆粒增強(qiáng)

聚合物基復(fù)合材料；（3）按增強(qiáng)纖維種類分類

玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、其它纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（4）按基體材料性能分類

通用型、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕型、耐高溫型、阻燃型

聚合物基復(fù)合材料1.5聚合物基復(fù)合材料的分類第32頁(yè)/共100頁(yè)33（1）按聚合物基體的結(jié)構(gòu)形式分類（最重要的分類方法）1.135第33頁(yè)/共100頁(yè)34第33頁(yè)/共100頁(yè)136

2.1聚合物基復(fù)合材料制備方法分類

2.2聚合物基復(fù)合材料的制造工藝§2聚合物基復(fù)合材料的制備和加工

第34頁(yè)/共100頁(yè)352.1聚合物基復(fù)合材料制備方法分類§2聚合物1372.1.1聚合物基復(fù)合材料制備工藝的特點(diǎn)（1）材料的形成和制品的成形是同時(shí)完成的（簡(jiǎn)化制品結(jié)構(gòu)、減輕制品質(zhì)量、降低工藝消耗）（2）方法多樣、工藝簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本很低2.1聚合物基復(fù)合材料制備方法分類第35頁(yè)/共100頁(yè)362.1.1聚合物基復(fù)合材料制備工藝的特點(diǎn)2.1聚合1382.1.2聚合物復(fù)合材料成形方法分類（1）預(yù)浸料/預(yù)混料制備（2）接觸成型（手糊成型）（3）壓力成型（袋壓成型、模壓成型、層壓成型）（4）纏繞成型

（5）樹脂傳遞成型

（6）注射成型

（7）拉擠成型上述各種成形方法之間存在著共性！第36頁(yè)/共100頁(yè)372.1.2聚合物復(fù)合材料成形方法分類第36頁(yè)/共10139圖4.5復(fù)合材料制品的生產(chǎn)流程圖

第37頁(yè)/共100頁(yè)38圖4.5復(fù)合材料制品的生產(chǎn)流程圖第37頁(yè)/共100頁(yè)1402.2聚合物基復(fù)合材料的制造工藝2.2.1預(yù)浸料/預(yù)混料制備（1）預(yù)浸料：定向排列連續(xù)纖維浸漬樹脂形成薄片狀半成品

熱固性預(yù)浸料：輪鼓纏繞法、陳列排鋪法（設(shè)備不同） 濕法、干法（樹脂狀態(tài)不同）

熱塑性預(yù)浸料：預(yù)浸漬技術(shù)（樹脂完全浸漬纖維）

后浸漬技術(shù)（樹脂以粉末等形式存在，

完全浸漬在成型過程中完成）第38頁(yè)/共100頁(yè)392.2聚合物基復(fù)合材料的制造工藝第38頁(yè)/共100頁(yè)141圖4.6輪鼓纏繞法預(yù)浸料制備示意圖第39頁(yè)/共100頁(yè)40圖4.6輪鼓纏繞法預(yù)浸料制備示意圖第39頁(yè)/共100142（2）預(yù)混料：工藝對(duì)象：不連續(xù)纖維浸漬或混合樹脂制品特征：片狀模塑料（Sheetmoldingcompound，SMC）

塊狀模塑料（BulkMoldingCompound，BMC）

注射模塑料（Injectionmoldingcompound，IMC）第40頁(yè)/共100頁(yè)41（2）預(yù)混料：第40頁(yè)/共100頁(yè)1432.2.2手糊成型（HandLay-up）（1）工藝概要模具表面施加脫模劑、膠衣；涂刷樹脂液體、鋪增強(qiáng)材料；

手持

輥?zhàn)邮箻渲n增強(qiáng)體、壓實(shí)并驅(qū)除氣泡；重復(fù)鋪層操作，達(dá)到制品設(shè)計(jì)厚度；固化最原始、最簡(jiǎn)單的制備方法！第41頁(yè)/共100頁(yè)422.2.2手糊成型（HandLay-up）第41144圖4.7手糊成型工藝使用的模具及成型示意圖第42頁(yè)/共100頁(yè)43圖4.7手糊成型工藝使用的模具及成型示意圖第42頁(yè)/共145（2）優(yōu)點(diǎn)

1）適合少量生產(chǎn)； 2）設(shè)備投資少；

3）可制形狀復(fù)雜產(chǎn)品； 4）可進(jìn)行材料設(shè)計(jì)（3）缺點(diǎn)

1）勞動(dòng)密集型生產(chǎn)； 2）增強(qiáng)體含量不太高（4）典型產(chǎn)品

艦艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、游樂設(shè)備、建筑模型第43頁(yè)/共100頁(yè)44（2）優(yōu)點(diǎn)第43頁(yè)/共100頁(yè)1462.2.3樹脂傳遞成型（ResinTransferMolding，RTM）（1）工藝概要（閉模低壓成型方法）增強(qiáng)體置于上下模之間；合模并將模具夾緊；壓力注射樹脂；固化后打開模具，取下產(chǎn)品。工藝關(guān)鍵：樹脂要充滿模腔；注射壓力0.4-0.5MPa第44頁(yè)/共100頁(yè)452.2.3樹脂傳遞成型（ResinTransfer147

圖4.8樹脂傳遞成型示意圖第45頁(yè)/共100頁(yè)46

圖4.8樹脂傳遞成型示意圖第45頁(yè)/共100頁(yè)148（2）優(yōu)點(diǎn)

1）增強(qiáng)體含量較高； 2）勞動(dòng)強(qiáng)度低；

3）成型周期較短； 4）產(chǎn)品大型化（3）缺點(diǎn)

1）不易制作小產(chǎn)品； 2）模具復(fù)雜且成本高（4）典型產(chǎn)品

小型飛機(jī)與汽車零部件、客車座椅、儀表殼第46頁(yè)/共100頁(yè)47（2）優(yōu)點(diǎn)

第46頁(yè)/共100頁(yè)1492.2.4噴射成型（１）工藝概要（半機(jī)械化成型方法）樹脂+引發(fā)劑、樹脂+促進(jìn)劑

分別從噴槍噴出；纖維經(jīng)切斷器切斷并從噴槍中心噴出；樹脂與纖維一起同時(shí)均勻沉積在模具上；沉積一定厚度后用手輥壓實(shí)除去氣泡；固化（２）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、制品孔隙率?。ǎ常┤秉c(diǎn)：不易制作小產(chǎn)品、模具復(fù)雜且成本高第47頁(yè)/共100頁(yè)482.2.4噴射成型第47頁(yè)/共100頁(yè)150圖4.9噴射成型原理圖第48頁(yè)/共100頁(yè)49圖4.9噴射成型原理圖第48頁(yè)/共100頁(yè)1512.2.5袋壓成型（1）工藝概要（最早最廣泛用于預(yù)浸料成型）將鋪層在模具中鋪放；依次鋪上可剝保護(hù)層、脫模膜、袋膜等；熱壓固化脫模獲得具有一定結(jié)構(gòu)形狀的制品（2）袋壓分類： 真空袋成型、壓力袋成型、熱壓袋成型（3）真空袋成型： 排除蒸汽、包埋空氣、其它揮發(fā)物第49頁(yè)/共100頁(yè)502.2.5袋壓成型第49頁(yè)/共100頁(yè)152圖4.10真空袋成型原理圖第50頁(yè)/共100頁(yè)51圖4.10真空袋成型原理圖第50頁(yè)/共100頁(yè)1532.2.６纏繞成型（1）工藝概要增強(qiáng)體（無捻粗紗）排列在紗架上；粗紗自紗架退繞、通過樹脂槽、繞絲嘴（浸漬過程）；小車往復(fù)移動(dòng)并帶動(dòng)已浸漬粗沙纏繞在回轉(zhuǎn)芯軸上；固化、脫模（兩端密閉產(chǎn)品不用脫模，芯模作為內(nèi)襯）工藝關(guān)鍵：纏繞角度與排列密度由芯軸與小車速度之比控制第51頁(yè)/共100頁(yè)522.2.６纏繞成型第51頁(yè)/共100頁(yè)154圖4.11濕法纏繞的工藝原理圖

第52頁(yè)/共100頁(yè)53圖4.11濕法纏繞的工藝原理圖第52頁(yè)/共100頁(yè)155圖4.12纏繞成型繞線示意圖第53頁(yè)/共100頁(yè)54圖4.12纏繞成型繞線示意圖第53頁(yè)/共100頁(yè)156（2）優(yōu)點(diǎn)

1）制品結(jié)構(gòu)性能可達(dá)很高；

2）可制耐腐蝕、耐壓、耐熱制品；

3）可制造兩端封閉制品；

4）生產(chǎn)周期短、增強(qiáng)體成本低；（3）缺點(diǎn)

1）制品限于回轉(zhuǎn)體；

2）纖維不易沿制品長(zhǎng)度方向精確排列；

（4）典型產(chǎn)品

管道、貯罐、氣瓶、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體第54頁(yè)/共100頁(yè)