復(fù)合材料-高性能樹(shù)脂(自學(xué))課件

第八章高性能樹(shù)脂第八章高性能樹(shù)脂18.1聚砜和聚芳醚砜雙酚A型聚砜（簡(jiǎn)稱聚砜）非雙酚A型聚砜（聚芳砜，PASF）PolysulfonePSF，PSU聚芳醚砜（PES）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

使聚合物具有良好的柔韌性使聚合物具有突出的耐熱性和熱氧化穩(wěn)定性8.1聚砜和聚芳醚砜雙酚A型聚砜（簡(jiǎn)稱聚砜）非雙酚A型聚砜2聚砜（PSF）合成：由二氯二苯基砜和雙酚A的堿金屬鹽為原料反應(yīng)制得的。M－－Na，K縮聚實(shí)施方法：溶液或熔融縮聚聚砜（PSF）合成：由二氯二苯基砜和雙酚A的堿金屬鹽為原料反3特點(diǎn)：

能在－100~150℃長(zhǎng)期使用（短期使用溫度190℃）熱穩(wěn)定性高力學(xué)性能優(yōu)異，即使在高溫下也保持優(yōu)良的機(jī)械性能化學(xué)穩(wěn)定性好（除濃硝酸、濃硫酸、鹵代烴外，能耐一般酸、堿、鹽、在酮，酯中溶脹

）

主要缺點(diǎn)：耐紫外線和耐候性較差。耐疲勞強(qiáng)度差是主要缺點(diǎn)。特點(diǎn)：4成型方法：

注塑、模壓、擠出、熱成型、吹塑等。（控制熔體粘度）用途：

主要用于電子電氣、食品和日用品、汽車用、航空、醫(yī)療和一般工業(yè)等部門(mén)

成型方法：5非雙酚A型聚砜聚芳醚砜非雙酚A型聚砜聚芳醚砜6合成：方法1方法2路易斯酸（如FeCl3、SbCl5）催化聚合實(shí)施方法：溶液聚合或熔融聚合（通常用）性能：耐熱性更好，在高溫下仍保持優(yōu)良機(jī)械性能。合成：方法1方法2路易斯酸（如FeCl3、SbCl5）催化78.2聚醚醚酮合成：

原料：4,4’-二氟苯酮、對(duì)苯二酚、碳酸鈉溶劑：二苯砜8.2聚醚醚酮合成：8特點(diǎn)：半結(jié)晶性聚合物，最高結(jié)晶度48％良好的熱穩(wěn)定性（HDT：160oC）Tg以上，強(qiáng)度和模量大幅下降（e.g.200oC下拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為室溫的42％和8％）韌性極好，斷裂延伸率大于40％優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、阻燃性、介電性及力學(xué)性能等成型方法：

注塑、擠出、層壓、紡絲、制膜等。（加工溫度：370℃～399℃

）特點(diǎn)：成型方法：9軟化點(diǎn)300℃以上耐水性好，吸濕率低較好的耐熱性（HDT：190℃；Td：350℃以上，可在120℃下長(zhǎng)期使用）8.3聚苯醚（PPO）軟化點(diǎn)300℃以上8.3聚苯醚（PPO）10合成：二氯苯和硫化鈉為原料8.4聚苯硫醚（PPS）合成：二氯苯和硫化鈉為原料8.4聚苯硫醚（PPS）11特點(diǎn)：高度結(jié)晶，溶解能力受限（只能溶于某些芳烴、氯代芳烴或雜環(huán)化合物中）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，可在240℃下長(zhǎng)期使用在空氣中對(duì)PPS進(jìn)行熱處理使它發(fā)生交聯(lián)耐化學(xué)腐蝕性能、耐蠕變性、對(duì)增強(qiáng)材料有良好的粘合性能、介電性能、阻燃性能和易加工性能特點(diǎn)：128.5聚酰亞胺（Polyimide，PI）基本結(jié)構(gòu)具有突出的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性，以及優(yōu)異的耐輻射性能和介電性能。長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)250oC以上。分類：

加聚型PI；縮聚型PI；熱塑性PI熱固性8.5聚酰亞胺（Polyimide，PI）基本結(jié)構(gòu)具有13縮聚型PI

原料：芳香二酐、芳香二胺合成：分兩步進(jìn)行二酐＋二胺聚酰胺酸預(yù)聚物（可溶）聚酰亞胺環(huán)化（熱/化學(xué)）縮聚型PI環(huán)化14（I）（II）聚酰胺酸不穩(wěn)定，必須在干燥和冷凍的條件下保存

縮聚型聚酰亞胺樹(shù)脂極少用作為復(fù)合材料的基體樹(shù)脂。一般用于制造薄膜和涂料。

（I）（II）聚酰胺酸不穩(wěn)定，必須在干燥和冷凍的條件下保存15加聚型PI端基帶有不飽和基團(tuán)的低相對(duì)分子質(zhì)量聚酰亞胺。如：雙馬來(lái)酰亞胺、降冰片烯封端酰亞胺、乙炔封端酰亞胺等成型加工：通過(guò)不飽和端基進(jìn)行固化，固化過(guò)程中沒(méi)有揮發(fā)性物質(zhì)放出熱固性樹(shù)脂加聚型PI端基帶有不飽和基團(tuán)的低相對(duì)分子質(zhì)量聚酰亞胺。成型加16雙馬來(lái)酰亞胺（BMI）樹(shù)脂主要原料：馬來(lái)酸酐、二元胺BMI一般結(jié)構(gòu)雙馬來(lái)酰亞胺（BMI）樹(shù)脂主要原料：馬來(lái)酸酐、二元胺BMI一17合成：雙馬來(lái)酰亞胺酸

環(huán)化雙馬來(lái)酰亞胺

目前國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用且唯一商品化的BMI是4，4′－雙馬來(lái)酰亞胺基二苯甲烷（BDM）合成：雙馬來(lái)酰亞胺酸環(huán)化雙馬來(lái)酰亞胺目前國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用18幾種常見(jiàn)BMI單體的熔點(diǎn)幾種常見(jiàn)BMI單體的熔點(diǎn)19固化BMI單體的分子雙鍵端基與二元胺、酰胺、酰肼、巰基和羥基等含活潑氫的化合物進(jìn)行加成反應(yīng)；也可與環(huán)氧樹(shù)脂、含不飽和雙鍵的化合物(如烯丙基、乙烯基類化合物)反應(yīng)；在催化劑或熱作用下也可以發(fā)生自聚反應(yīng)。固化20固化物性能優(yōu)良的耐熱性較高的強(qiáng)度和模量脆性大（交聯(lián)密度高、分子鏈剛性大）

固化物性能21聚合物基體的作用①將纖維粘合成整體并使纖維位置固定；②在纖維間傳遞載荷，并使載荷均衡;③基體保護(hù)纖維免受各種損傷。

聚合物基體的作用①將纖維粘合成整體并使纖維位置固定；22基體決定復(fù)合材料成型工藝方法以及工藝參數(shù)選擇等?；w決定復(fù)合材料的一些性能，如復(fù)合材料的高溫使用性能、橫向性能、剪切性能、耐介質(zhì)性能等。此外，基體對(duì)復(fù)合材料的另外一些性能也有重要影響，如縱向拉伸、尤其是壓縮性能，疲勞性能，斷裂韌性等?；w決定復(fù)合材料成型工藝方法以及工藝參數(shù)選擇等?；w決定23

聚合物基體的選擇對(duì)聚合物基體的選擇應(yīng)遵循下列原則：

①能夠滿足產(chǎn)品的使用需要如使用溫度、強(qiáng)度、剛度、耐藥品性、耐腐蝕性等。高拉伸（或剪切）模量、高拉伸強(qiáng)度、高斷裂韌性的基體有利于提高FRP力學(xué)性能。

聚合物基體的選擇對(duì)聚合物基體的選擇應(yīng)遵循下列原則：24②對(duì)纖維具有良好的浸潤(rùn)性和粘接力；③容易操作，如要求膠液具有足夠長(zhǎng)的適用期、預(yù)浸料具有足夠長(zhǎng)的貯存期、固化收縮率小等。④低毒性、低刺激性。⑤價(jià)格合理。

聚合物基體的選擇②對(duì)纖維具有良好的浸潤(rùn)性和粘接力；聚合物基體的選擇25第八章高性能樹(shù)脂第八章高性能樹(shù)脂268.1聚砜和聚芳醚砜雙酚A型聚砜（簡(jiǎn)稱聚砜）非雙酚A型聚砜（聚芳砜，PASF）PolysulfonePSF，PSU聚芳醚砜（PES）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

使聚合物具有良好的柔韌性使聚合物具有突出的耐熱性和熱氧化穩(wěn)定性8.1聚砜和聚芳醚砜雙酚A型聚砜（簡(jiǎn)稱聚砜）非雙酚A型聚砜27聚砜（PSF）合成：由二氯二苯基砜和雙酚A的堿金屬鹽為原料反應(yīng)制得的。M－－Na，K縮聚實(shí)施方法：溶液或熔融縮聚聚砜（PSF）合成：由二氯二苯基砜和雙酚A的堿金屬鹽為原料反28特點(diǎn)：

能在－100~150℃長(zhǎng)期使用（短期使用溫度190℃）熱穩(wěn)定性高力學(xué)性能優(yōu)異，即使在高溫下也保持優(yōu)良的機(jī)械性能化學(xué)穩(wěn)定性好（除濃硝酸、濃硫酸、鹵代烴外，能耐一般酸、堿、鹽、在酮，酯中溶脹

）

主要缺點(diǎn)：耐紫外線和耐候性較差。耐疲勞強(qiáng)度差是主要缺點(diǎn)。特點(diǎn)：29成型方法：

注塑、模壓、擠出、熱成型、吹塑等。（控制熔體粘度）用途：

主要用于電子電氣、食品和日用品、汽車用、航空、醫(yī)療和一般工業(yè)等部門(mén)

成型方法：30非雙酚A型聚砜聚芳醚砜非雙酚A型聚砜聚芳醚砜31合成：方法1方法2路易斯酸（如FeCl3、SbCl5）催化聚合實(shí)施方法：溶液聚合或熔融聚合（通常用）性能：耐熱性更好，在高溫下仍保持優(yōu)良機(jī)械性能。合成：方法1方法2路易斯酸（如FeCl3、SbCl5）催化328.2聚醚醚酮合成：

原料：4,4’-二氟苯酮、對(duì)苯二酚、碳酸鈉溶劑：二苯砜8.2聚醚醚酮合成：33特點(diǎn)：半結(jié)晶性聚合物，最高結(jié)晶度48％良好的熱穩(wěn)定性（HDT：160oC）Tg以上，強(qiáng)度和模量大幅下降（e.g.200oC下拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為室溫的42％和8％）韌性極好，斷裂延伸率大于40％優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、阻燃性、介電性及力學(xué)性能等成型方法：

注塑、擠出、層壓、紡絲、制膜等。（加工溫度：370℃～399℃

）特點(diǎn)：成型方法：34軟化點(diǎn)300℃以上耐水性好，吸濕率低較好的耐熱性（HDT：190℃；Td：350℃以上，可在120℃下長(zhǎng)期使用）8.3聚苯醚（PPO）軟化點(diǎn)300℃以上8.3聚苯醚（PPO）35合成：二氯苯和硫化鈉為原料8.4聚苯硫醚（PPS）合成：二氯苯和硫化鈉為原料8.4聚苯硫醚（PPS）36特點(diǎn)：高度結(jié)晶，溶解能力受限（只能溶于某些芳烴、氯代芳烴或雜環(huán)化合物中）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，可在240℃下長(zhǎng)期使用在空氣中對(duì)PPS進(jìn)行熱處理使它發(fā)生交聯(lián)耐化學(xué)腐蝕性能、耐蠕變性、對(duì)增強(qiáng)材料有良好的粘合性能、介電性能、阻燃性能和易加工性能特點(diǎn)：378.5聚酰亞胺（Polyimide，PI）基本結(jié)構(gòu)具有突出的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性，以及優(yōu)異的耐輻射性能和介電性能。長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)250oC以上。分類：

加聚型PI；縮聚型PI；熱塑性PI熱固性8.5聚酰亞胺（Polyimide，PI）基本結(jié)構(gòu)具有38縮聚型PI

原料：芳香二酐、芳香二胺合成：分兩步進(jìn)行二酐＋二胺聚酰胺酸預(yù)聚物（可溶）聚酰亞胺環(huán)化（熱/化學(xué)）縮聚型PI環(huán)化39（I）（II）聚酰胺酸不穩(wěn)定，必須在干燥和冷凍的條件下保存

縮聚型聚酰亞胺樹(shù)脂極少用作為復(fù)合材料的基體樹(shù)脂。一般用于制造薄膜和涂料。

（I）（II）聚酰胺酸不穩(wěn)定，必須在干燥和冷凍的條件下保存40加聚型PI端基帶有不飽和基團(tuán)的低相對(duì)分子質(zhì)量聚酰亞胺。如：雙馬來(lái)酰亞胺、降冰片烯封端酰亞胺、乙炔封端酰亞胺等成型加工：通過(guò)不飽和端基進(jìn)行固化，固化過(guò)程中沒(méi)有揮發(fā)性物質(zhì)放出熱固性樹(shù)脂加聚型PI端基帶有不飽和基團(tuán)的低相對(duì)分子質(zhì)量聚酰亞胺。成型加41雙馬來(lái)酰亞胺（BMI）樹(shù)脂主要原料：馬來(lái)酸酐、二元胺BMI一般結(jié)構(gòu)雙馬來(lái)酰亞胺（BMI）樹(shù)脂主要原料：馬來(lái)酸酐、二元胺BMI一42合成：雙馬來(lái)酰亞胺酸

環(huán)化雙馬來(lái)酰亞胺

目前國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用且唯一商品化的BMI是4，4′－雙馬來(lái)酰亞胺基二苯甲烷（BDM）合成：雙馬來(lái)酰亞胺酸環(huán)化雙馬來(lái)酰亞胺目前國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用43幾種常見(jiàn)BMI單體的熔點(diǎn)幾種常見(jiàn)BMI單體的熔點(diǎn)44固化BMI單體的分子雙鍵端基與二元胺、酰胺、酰肼、巰基和羥基等含活潑氫的化合物進(jìn)行加成反應(yīng)；也可與環(huán)氧樹(shù)脂、含不飽和雙鍵的化合物(如烯丙基、乙烯基類化合物)反應(yīng)；在催化劑或熱作用下也可以發(fā)生自聚反應(yīng)。固化45固化物性能優(yōu)良的耐熱性較高的強(qiáng)度和模量脆性大（交聯(lián)密度高、分子鏈剛性大）

固化物性能46聚合物基體的作用①將纖維粘合成整體并使纖維位置固定；②在纖維間傳遞載荷，并使載荷均衡;③基體保護(hù)纖維免受各種損傷。

聚合物基體的作用①將纖維粘合成整體并使纖維位置固定；47基體決定復(fù)合材料成型工藝方法以及工藝參數(shù)選擇等?；w決定復(fù)合材料的一些性能，如復(fù)合材料的高溫使用性能、橫向性能、剪切性能、耐介質(zhì)性能等。此外，基體對(duì)復(fù)合材料的另外一些性能也有重要影響，如縱向拉伸、尤其是壓縮性能，疲勞性能，斷裂韌性等?；w決定復(fù)合材料成型工藝方法以及工藝參數(shù)選擇等?；w決定48

聚合物基體的選擇對(duì)聚合物基體的選擇應(yīng)遵循下列原則