【正文】 或帶 。 此外：耐高溫的聚酰亞胺 、 雙馬來酰亞胺等雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物 ， 耐溫可達(dá) 300～ 400℃ ， 也常作為復(fù)合材料的基材 。 ～ O － C OC～ + NaCl CH3 CH3 ‖ O NaO C ONa + ClCCl → CH3 CH3 ‖ O ?返回 (4)． 聚砜 以砜和苯環(huán)連結(jié)成硬性鏈 ， 可在 100～ 150℃ 下長(zhǎng)期使用 ， Tg 200℃ ； S+6處于最高價(jià) ， 抗氧化 ， 耐輻射；抗蠕變 ， 尺寸穩(wěn)定 。 使用溫度 100℃ ， 吸水率高 。 復(fù)合增強(qiáng)效果有限 。 ?返回 與熱固性聚合物相比： ? 力學(xué)性能 、 耐熱性 、 抗老化性等都較差 。 ? 硼酸改性酚。 改性： ? 引入柔性鏈。 堿性固化劑仍需加熱 ， 酸性固化劑可室溫固化 。 ? 熱穩(wěn)定性良好。復(fù)合材料 強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定。 ? 常用固化劑： 二元胺類、二元酸酐類。 d. 脂環(huán)族環(huán)氧 結(jié)構(gòu)中不含苯環(huán) ， 含脂環(huán) ， 穩(wěn)定性更高 ， 熱學(xué)性能好 ，耐紫外線 ， 不易老化 。 固化特點(diǎn)： 環(huán)氧活性基都在鏈兩端，固化交聯(lián)點(diǎn)不高。 ? 苯乙烯等揮發(fā)大有毒，體積收縮大，耐熱性、強(qiáng)度 和模量較低。 ? 引發(fā)劑 過氧化物（加熱固化） ? 促進(jìn)劑 苯胺類和有機(jī)鈷。 ? 可選材料： 幾乎所有的熱固性、熱塑性聚合物。 ? 環(huán)境適應(yīng)性： 耐熱、耐蝕、抗老化和適當(dāng)?shù)挠捕取?2. 基體材料 ? 基體的作用 : 固結(jié)增強(qiáng)相，均衡載荷和傳遞應(yīng)力 ,保持基本性質(zhì)。 ? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能 取決于層合體的力學(xué)性能 、 結(jié)構(gòu)幾何 、 組合與連接方式 。 主要取決于增強(qiáng)相的性能 ⑴ .比強(qiáng)度比剛度高 ⑵ .沖擊韌性和斷裂韌性高 ⑶ .耐疲勞性好 ⑷ .減震性 ⑸ .熱膨脹系數(shù)小 三 . 復(fù)合材料的性能比較 裂紋擴(kuò)展示意圖 ?返回 材料 密度 g/cm3 抗拉強(qiáng)度 103MPa 彈性模量 105MPa 比強(qiáng)度 107cm 比模量 109cm 鋼 鋁合金 鈦合金 玻璃鋼 碳纖維 /環(huán)氧 有機(jī)纖維 /環(huán)氧 硼纖維 /環(huán)氧 硼纖維 /鋁 各種材料的比強(qiáng)度和比模量 ?返回 ⑴ 、 硬度 陶瓷基 金屬基 樹脂基 ⑵ 、 耐熱性 樹脂基 : 60 ～ 250℃ 金屬基 : 400 ～ 600℃ 陶瓷基 : 1000 ～ 1500℃ ⑶ 、 耐自然老化 陶瓷基 金屬基 樹脂基 取決于基體相的性能 ?返回 ⑷ 、 導(dǎo)熱導(dǎo)電性 金屬基 陶瓷基 樹脂基 ⑸ 、 耐蝕性 陶瓷基和樹脂基 金屬基 ⑹ 、 工藝性及生產(chǎn)成本 陶瓷基 金屬基 樹脂基 ?返回 設(shè)計(jì)的三個(gè)層次： 單層設(shè)計(jì) 微觀力學(xué)方法 層合體設(shè)計(jì) 宏觀力學(xué)方法 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 ? 單層材料的性能 取決于增強(qiáng)相 、 基體相和結(jié)合界面的力學(xué)性能 ，增強(qiáng)相的含量 、 分布方向等 。其主要作用是承受載荷或顯示功能。 概 述 一 、 定義 由兩種或兩種以上 ， 物理化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的多相固體材料 。 復(fù)合界面 167。 基體材料 167。?返回 復(fù) 合 材 料 概 論 ?返回 目 錄 167。 陶瓷基復(fù)合材料 167。 C/C復(fù)合材料 167。 復(fù)合材料的組成相： 增強(qiáng)相 纖維 、 晶須 、 顆粒 。 ? 基體相：保持材料的基本特性，如硬度、耐磨、耐熱性等。 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括正確選擇原料的種類和配比 。 設(shè)計(jì)內(nèi)容：最終確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀 、 尺寸 、 連接方法等 。 ? 選材原則： 強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能，只作一般性考慮。 ? 工藝性： 制備是否方便，成本是否廉等。包括橡膠、粘結(jié)劑。室溫固化。 ? 一般不與高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合，與玻璃纖維復(fù)合制 作次受力件。 ?返回 b. 非雙酚型 ? 鏈內(nèi)含有環(huán)氧基，交聯(lián)密度高，結(jié)合強(qiáng)度及耐熱性均提高。 粘度低 ， 工藝性好 。若選用芳香族胺或咪唑類固化劑，強(qiáng)度及耐熱性可進(jìn)一步提高，但沖擊韌性會(huì)有一定的影響。 ? 電性能好。 ?返回 (3)． 酚醛樹脂 由酚 和醛 縮合而成 。 O ‖ H – C H OH │ 1 5 3 ?返回 特點(diǎn)： 耐熱性高，可達(dá) 315℃ 。如：聚乙烯醇縮丁醛 ? 降低樹脂中 OH 基的含量。吸水性、耐熱性、脆性和電學(xué)性能 均提高。 ? 工藝簡(jiǎn)單、周期短、成本低、密度小、應(yīng)用廣。 原料來源廣泛 ， 價(jià)格低 ， 普通民用 。 常用品種：尼龍 6 10 610等 。 成型溫度太高 ， 達(dá) 300℃ 。 ?返回 Al、 Mg、 Ti、 Ni、 Cu、 Fe、 Co、 Zn、 Pb及其合金，金屬間化合物（ TiAl、 NiAl等） 選材原則： 1． 使用要求 ? 航天航空：選輕金屬 Al、 Mg及其合金 ? 高性能發(fā)動(dòng)機(jī)： Ti、 Ni及其合金 ? 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞汽缸套： Al合金 ? 工模具： Fe、 Co、 Ni、 Ag、 Cu ? 集成電路散熱元件： Ag、 Cu、 Al 二 . 金屬基材料 ?返回 ? 450℃ Al、 Mg ? 450～ 700℃ Ti合金 ? 700～ 1000℃ Ni、 Fe、 Co耐熱合金或金屬間化合物 3. 纖維長(zhǎng)度 ? 與長(zhǎng)纖維復(fù)合： 纖維承載 ， 宜選純金屬 。 ?返回 粗紗 30μm 無捻粗紗 、 無紡布 初級(jí)紗 20μm 短切纖維 、 纖維氈 中級(jí)紗 10～ 20μm 高級(jí)紗 3～ 10μm 紡織 浸潤(rùn)劑作用：使纖維柔順，防止磨損。 ? 斷裂延伸率：低 ～ 3% (2).熱學(xué)性能 ? 導(dǎo)熱系數(shù)：比塊玻璃低 1～ 2個(gè)數(shù)量級(jí) ? 耐熱性：普通 NaCaSi玻纖 500℃ 。 加入網(wǎng)絡(luò)形成體可改善耐蝕性 。 ?返回 二、碳纖維 CF ? 由有機(jī)纖維經(jīng)高溫固相反應(yīng)（脫氫、交聯(lián)、環(huán)化、石墨化）而得，主要成分為碳的無機(jī)纖維。 ? 易于交聯(lián)、環(huán)化，碳收率高。 ? 碳化： 1000～ 2022℃ ，保護(hù)性氣氛下，脫氫、交聯(lián)、環(huán)化， 得亂層環(huán)狀石墨。 ⑵ ． 氣相法 —— 生產(chǎn)短纖維 高溫分解小分子有機(jī)物 ， 氣相沉積纖維結(jié)晶 。 ?返回 ⑶ ． 物理性能 導(dǎo)熱 、 導(dǎo)電 、 自潤(rùn)滑 。 ～ N NC C～ H O H O [NH CO]n ? 結(jié)構(gòu)與尼龍相似，含大量的高極性酰胺鍵， 但含苯環(huán)硬性鏈。 ⑵ ． 熱學(xué)性能 長(zhǎng)期使用 200℃ 熱膨脹系數(shù)縱向?yàn)樨?fù) ⑶ ． 化學(xué)性能 耐中性化學(xué)品腐蝕 ， 吸水率高 。 ? 可用于要求耐熱的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件 ， 主要與金屬基和陶瓷基復(fù)合 。 ? 主要用于金屬和陶瓷增強(qiáng) 。 ? 復(fù)合增強(qiáng)效果不及長(zhǎng)纖維 ， 只能作為補(bǔ)強(qiáng)劑使用 。因?yàn)橄嗯c相通過界面偶合，它起著傳遞應(yīng)力，阻斷裂紋擴(kuò)展，散射吸收各種電磁波，電偶腐蝕等作用。 ? 極性樹脂如：酚醛 、 聚酰胺 、 環(huán)氧等 ， 與極性纖維具有良好的潤(rùn)濕性 ， 并可形成次價(jià)鍵結(jié)合 。 一．典型界面結(jié)合 ?返回 總之： ? 物理結(jié)合是一種比較弱的結(jié)合方式。 ?返回 2. 擴(kuò)散融合 ? 兩相成分不同 ， 經(jīng)擴(kuò)散或熔融形成過渡層 ， 性質(zhì)介于兩相之間 ， 結(jié)合力較強(qiáng) 。 ?返回 ? 樹脂基復(fù)合材料：為提高兩相的潤(rùn)濕性和結(jié)合力，通常采用偶聯(lián)劑處理纖維表面，或?qū)⑴悸?lián)劑直接加到液態(tài)樹脂中，以便形成化學(xué)鍵結(jié)合。 ?返回 二 . 增強(qiáng)材料的表面處理 ? 為改善纖維表面的浸潤(rùn)性，提高界面結(jié)合力，對(duì)纖維進(jìn)行的預(yù)處理 —— 表面改性。 R 可與聚合物交聯(lián)的基團(tuán)。 Si – O Si－ OH OH ?返回 2. 碳纖維 ? 氧化法 提高表面粗造度和極性 。 ? CF、 BF與金屬反應(yīng)活性高 ， 化學(xué)相容性差； ? 氮化物 、 碳化物纖維反應(yīng)活性較低； ? Al2O3反應(yīng)活性最低 。 ? 鍍覆金屬層 ， 改善浸潤(rùn)性 。 ? 抗疲勞性能好 ， 安全性高 。 ?返回 二 . 品種 GF增強(qiáng)熱固性塑料 （ GFRP） 玻璃鋼 ?返回 ⑴ 、聚酯玻璃鋼 加工性能最好 。 玻璃鋼采光板 玻璃鋼汽車保險(xiǎn)杠 玻璃鋼型材 透光型玻璃鋼 體育館采光 賽艇、帆船殼體 ?返回 GF增強(qiáng)熱塑性塑料 (FRTP) 特點(diǎn)： ⑴ 、 比重最輕 ～ ⑵ 、 抗儒變性等力學(xué)性能明顯提高 ⑶ 、 熱學(xué)性能大大改善 50% ⑷ 、 尺寸穩(wěn)定性提高 ?返回 ?返回 高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)塑料 ?返回 ⑴ 、 C纖維增強(qiáng)塑料 比強(qiáng)度，比模量最高的材料；耐腐蝕耐熱都很 好。 ? 抗壓性能差 。 ? 材料設(shè)計(jì)：根據(jù)使用要求 ， 選取原材料；安排合適的工藝路線 ，將其制成滿足性能要求的材料 。 （ 如 GF、 KF耐濕性差 ） ? 功能性要求：如燒蝕 、 潤(rùn)滑 、 導(dǎo)電 、 導(dǎo)熱 、 防雷電 、 抗電磁干擾 、 透光等 。 交變 疲勞強(qiáng)度。 一般過程：確定復(fù)合比 → 性能預(yù)測(cè) → 實(shí)驗(yàn)校核 ⑴ 、 確定復(fù)合比 ?返回 ⑵ 、剛度預(yù)測(cè)與核定 理論推測(cè)，實(shí)驗(yàn)核定。 0/+45/90/45° 0/90° 0° ⊥ 45° ?返回 鋪設(shè)技術(shù)要點(diǎn)： ? 對(duì)稱鋪設(shè)：與主應(yīng)力方向、厚度中心對(duì)稱。 ? 厚度變化區(qū)以階梯過渡。 ⑶ 、 壁厚 ， 確保固化充分 。 纖維：纖維布 、 氈 、 無捻粗紗 。 鋪層盡可能連續(xù) ， 錯(cuò)位對(duì)接 ，嚴(yán)禁達(dá)接 。 ? 纏繞設(shè)備可自動(dòng)控制 ? 固化可室溫或加熱固化 ? 模芯材料：石膏、石蠟、金屬及合金、塑料等，