【正文】 達 120℃ 。 在聚酯化縮聚反應(yīng)結(jié)束后 ， 趁熱加入一定量的乙烯基單體 ，配成粘稠的液體 ， 這樣的聚合物溶液稱之為不飽和聚酯樹脂 。取決于酸、醇的種類及數(shù)量。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 含有雙鍵，可在加熱、光照、高能輻射及引發(fā)劑作用下與交聯(lián)單體進行共聚，固化成具有三維網(wǎng)絡(luò)的體型結(jié)構(gòu)。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 不飽和聚酯樹脂 (UPR)： unsaturated polyester resin, ?結(jié)構(gòu)特點： H O G O COR COx O G O COCH CH COO Hy主鏈上含有脂鍵、不飽和雙鍵。 ?隨著合成工業(yè)的發(fā)展和新的聚合方法的出現(xiàn)，種類和數(shù)量不斷增長。 ?良好的工藝性能： 包括各組分間的混溶性、流動性、成型性。 ?彈性模量、斷裂伸長率與纖維相匹配 :基體的彈性模量對復(fù)合材料縱向拉伸、縱向壓縮性能的影響，可用縱向壓縮強度作為評價基體性能的指標(biāo)。 ?基體材料對復(fù)合材料性能的影響：拉伸性能，壓縮性能，剪切性能，耐熱性能，耐腐蝕性能、耐濕性能等。 高比強度、比剛度 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 纖維種類 熔點 /℃ 密度 /(g/cm3) 拉伸強度 /Gpa 彈性強度 /Gpa E玻璃纖維 700 74 S玻璃纖維 840 84 碳纖維（高強） 3650 240 碳纖維（高模） 3650 450 氮化硼纖維 2980 90 碳化硅纖維 2960 200 增強用纖維的性能 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 對高性能復(fù)合材料的期望及開發(fā)現(xiàn)狀 ?對提高高溫特性、耐熱性的要求 樹脂基體的耐高溫性能較差， ?對改進成型方法和成型技術(shù)的要求 高性能復(fù)合材料的開發(fā)現(xiàn)狀 ?開發(fā)新的高性能增強纖維 ?開發(fā)高性能纖維增強的成型方法和技術(shù) ?開發(fā)以混雜帶來的高性能化 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 第二章 基體材料 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 概述 ?復(fù)合材料是由增強材料和基體材料通過一定的成型工藝，經(jīng)過一定的物理和化學(xué)變化過程，復(fù)合而成的具有特定性狀的整體材料。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 對高性能復(fù)合材料的期望及開發(fā)現(xiàn)狀 對高性能復(fù)合材料的期望 ?對通過更高性能的纖維獲得高比強度、高比剛度復(fù)合材料的要求。增強材料的耐高溫性能好。 ?過載安全性：好。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的特征 ?減震性能：強。一般金屬材料的疲勞強度極限是其抗張強度的 30％～ 50％，碳纖復(fù)合材料則為 70％～ 80％。 疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力作用下的性能。 比強度高的材料能承受高的應(yīng)力，比模量高的材料輕且剛性大。 纖維增強復(fù)合材料在復(fù)合材料中用的最多、最廣。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 ?按材料的作用分類 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：用于制造受力構(gòu)件的復(fù)合材料。 陶瓷基復(fù)合材料：以陶瓷材料（包括玻璃及水泥）為基體制成的復(fù)合材料。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 ?按基體材料分類： 聚合物基復(fù)合材料：以有機聚合物（熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠）維基體制成的復(fù)合材料。 其他，如各種天然織物纖維等。 金屬纖維（鎢絲、不銹鋼絲等）復(fù)合材料。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 ?按增強纖維種類分類 無機纖維（玻璃纖維、碳纖維及其他陶瓷纖維、礦物纖維）復(fù)合材料。 織物狀復(fù)合材料：增強相可以是無緯布、二維織物或多維織物與基體復(fù)合。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 ?復(fù)合材料的分類： ?按增強材料的形態(tài)分類： 纖維狀復(fù)合材料：增強材料以纖維狀態(tài)分散于基體中，有連續(xù)纖維復(fù)合及短纖維或晶須狀復(fù)合兩類。 ?命名原則：根據(jù)增強材料與基體材料的名稱命名，增強材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面，再加上復(fù)合材料。 ?特點：基體 —— 連續(xù)相，起連接作用并傳遞應(yīng)力；增強相－－分散相，起承受應(yīng)力和顯示功能的作用；最終以復(fù)合的固相材料出現(xiàn)，通過復(fù)合使各組分性能互補，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。 ?金屬基、陶瓷基、陶瓷－金屬基復(fù)合材料的開發(fā)。此外，生產(chǎn)成本及工藝也很重要。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 各種材料的力學(xué)性能 材料名稱 相對密度/(g/cm3) 拉伸強度/ 104（ kg/cm2) 彈性模量/ 106（ kg/cm2) 比強度/ 107cm 比模量/ 109cm 鋼 鋁 鈦 玻璃纖維復(fù)合材料 碳纖維 Ⅱ /環(huán)氧樹脂 碳纖維 Ⅰ /環(huán)氧樹脂 芳綸纖維 /環(huán)氧樹脂 硼纖維 /環(huán)氧樹脂 硼纖維 /鋁 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 對復(fù)合材料的性能要求： ?經(jīng)典的碳纖維增強復(fù)合材料，要求質(zhì)量輕、強度高、力學(xué)性能好。復(fù)合材料不僅應(yīng)用于一般的航空結(jié)構(gòu)件，更可用作承力結(jié)構(gòu)件。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 與液體火箭結(jié)構(gòu)類似，差別在于固體火箭的箭體同時又是發(fā)動機的殼體 ?燃料用的高壓容器、直升機旋翼槳葉。固體發(fā)動機殼體使用的大都是高強中模碳纖維。據(jù)報道近年來又有新的發(fā)展 ,強度已達到 ,模量接近 200GPa。 前蘇聯(lián)也開發(fā)了多個芳綸品種 ,如 CBM、 APMOC性能優(yōu)于美國。它的強度是鋁的 2倍 ,而密度僅為其 1/2,彈性模量是 E玻璃纖維的 2倍。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 ? 利用纖維纏繞工藝制造固體發(fā)動機殼體 ,是近代復(fù)合材料發(fā)展史上的一個重要里程碑 ,但玻璃鋼比強度仍不是很高 ,彈性模量也偏低 ,繼后已逐漸為芳綸及碳纖維復(fù)合材料取代。 ? 聚合物與玻璃纖維： 20世紀(jì) 40年代，玻璃鋼 —— 現(xiàn)代復(fù)合材料發(fā)展的標(biāo)志。 ? 以天然材料為原料的復(fù)合材料：天然纖維與黏土、天然樹脂蟲膠與天然纖維、砂石水泥與鋼筋等。簡單說，鈣質(zhì)約占骨骼的 65%70%，是骨的主要成分 。聚合物復(fù)合材料 石光教授、王玉海老師 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 教材及參考書 ?黃麗 陳曉紅 宋懷河 聚合物復(fù)合材料 中國輕工出版社 (教材） ?周曦亞 復(fù)合材料 化學(xué)工業(yè)出版社 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 第一章 緒論 復(fù)合材料的發(fā)展史 ? 天然復(fù)合材料：木材，骨骼、竹子、肌肉、貝殼及其它組織。 例如 木材 :細胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種成分構(gòu)成 木材的微纖絲 A. 微纖絲 B. 結(jié)晶區(qū) C. 非結(jié)晶區(qū) 電子顯微鏡下木材管胞壁的分層結(jié)構(gòu)模式 ； ； 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 例如骨骼：由 30%的有機質(zhì)和 70%無機質(zhì)所組成，而70%的無機質(zhì)當(dāng)中磷酸鈣占了 95%。 密質(zhì)骨基體中細小致密的納米羥基磷灰石 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 第一章 緒論 ? 復(fù)合材料的優(yōu)點：取長補短、協(xié)同增效、特殊功能。 復(fù)合材料的發(fā)展史 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 第一章 緒論 ? 聚合物與天然纖維： 20世紀(jì)初，酚醛樹脂與木屑、紙張、麻布等。 復(fù)合材料的發(fā)展史 玻璃鋼冷卻塔 電木板 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 復(fù)合材料作為航空航天領(lǐng)域的發(fā)動機殼體材料 ? 金屬材料是最早應(yīng)用的固體火箭發(fā)動機殼體材料，其中主要是低合金鋼 .其優(yōu)點是成本低、工藝成熟、便于大批量生產(chǎn) ,特別是后來在斷裂韌性方面有了重大突破 ,因此即便新型復(fù)合材料發(fā)展迅速 ,但在質(zhì)量比要求不十分苛刻的發(fā)動機上仍大量使用。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 ? 芳綸是芳族有機纖維的總稱 ,最早問世的是美國的凱夫拉 49,屬于全對位的聚芳酰胺纖維。因此自 70年代問世后立即用于美國 MX、 “ 潘興 2”等戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和各種航天用固體發(fā)動機 ,一度居于統(tǒng)治地位。 APMOC纖維強度比凱夫拉高 38%,模量高 20%,纖維強度轉(zhuǎn)化率己達到 75％以上， 是目前實際使用中性能最高的芳綸纖維 ,達到美國第三代碳纖維水平 ,已用于前蘇聯(lián) SS24,SS25等洲際導(dǎo)彈。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的發(fā)展史 ? 80年代中期以來，碳纖維開發(fā)迅猛發(fā)展 ,性能水平大幅度提高 ,抗拉強度由初期的 ,并且有了優(yōu)良的表面處理劑和樹脂基體的配合，強度轉(zhuǎn)化率提高到 85~95,碳纖維的應(yīng)用使殼體強度和剛度大為改觀 ,而大規(guī)模生產(chǎn)又使碳纖維價格有了較大幅度的下降，因此當(dāng)前先進固體發(fā)動機均優(yōu)先選用碳纖維復(fù)合材料殼體。根據(jù)鍵能和鍵密度計算得出的單晶石墨理論強度高達 15OGPa,因此碳纖維進一步開發(fā)的潛力是巨大的 ,它將是本世紀(jì)初固體發(fā)動機殼體的主要材料。 ?隨著新型增強體及基體的應(yīng)用，復(fù)合材料的發(fā)展進入了新的階段。 ?航天航空飛行器注重結(jié)構(gòu)重量，要求高的比強度、比模量的復(fù)合材料。 ?復(fù)合材料的使用不僅限于增強力學(xué)性能，而是將按照對產(chǎn)品所提出的用途要求，通過復(fù)合設(shè)計使物料在電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱性能等方面與力學(xué)性能一樣達到綜合性能的提高。 ?復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬：航空、航天，建筑，機械，交通，能源，化工，電子，體育器材及醫(yī)療器材。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 ?定義：把兩種以上宏觀上不同的材料，合理地進行復(fù)合而制得的一種材料，目的是通過復(fù)合來提高單一材料所不能發(fā)揮的各種特性。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 ?命名：根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和特性的相互關(guān)系來確定名稱，在一定程度上反映事物的特征。如：碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；或簡寫：碳 /環(huán)氧復(fù)合材料，或強調(diào)某一組成：碳纖維復(fù)合材料，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等。 粒狀或碎片狀復(fù)合材料：增強相是粒狀、碎片狀材料及其他不規(guī)則性狀分散于基體中。 無紡織物（紙、氈、無紡布）復(fù)合材料。 有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚脂纖維、高強度聚烯烴纖維等）復(fù)合材料。 陶瓷纖維（氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復(fù)合材料。 混雜纖維復(fù)合材料等。 金屬基復(fù)合材料：以金屬為基體制成的復(fù)合材料，如鋼基復(fù)合材料，鋁基復(fù)合材料，鈦基復(fù)合材料等。 碳基復(fù)合材料：用易于在高溫下燒制成碳制材料的物質(zhì)為基體，和瀝青纖維等復(fù)合的材料。 功能復(fù)合材料：具有各種特殊性能（如阻尼、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、摩擦、屏蔽等）的復(fù)合材料。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的定義、命名及分類 各種組合而的到的復(fù)合材料及應(yīng)用 增強纖維 基體 應(yīng)用 金屬纖維：鋼、硼、晶須等 有機纖維：人造纖維、尼龍、芳綸等 無機纖維：玻璃、碳、碳化硅等 水泥 金屬 樹脂 橡膠 建筑 輪胎、傳送帶 耐高溫、高剛性、尺寸穩(wěn)定性領(lǐng)域 太多 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 復(fù)合材料的特征 ?比強度和比模量：高。 ?抗疲勞性能：好。主要由于缺陷少的碳纖維的抗疲勞性好，基體材料的塑性好。破壞前有明顯前兆。 構(gòu)件的自振頻率與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與彈性模量的平方根成正比，自振頻率高，不宜產(chǎn)生共振現(xiàn)象；大量基體與纖維間的界面對振動有反射和吸收作用，振動阻尼性強，激起振動也能快速衰減。 ?高溫性能：好。 ?具有可設(shè)計性：各向異性，通過改變纖維基體種類，體積含量，纖維排列方向，鋪層次序等就可以滿足對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的各種設(shè)計要求。 單向增強復(fù)合材料：纖維方向、垂直纖維方向的剪切強度都依賴于纖維剛性的增大而提高。 ?基體材料的作用：使增強材料粘結(jié)成為一個整體，向增強材料傳遞載荷（以剪切力的形式），保護增強材料免受外界環(huán)境作用和物理損傷。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所 概述 ?對基體材料性能的要求： ?與增強材料間的粘接性 ： 通過羰基、羧基、羥基及其他極性基團與增強材料間形成化學(xué)鍵或范德華作用形成完整界面?；w的斷裂伸長率大于纖維時，斷裂發(fā)生在纖維或界面處，使復(fù)合材料顯示出較強的承載能力和良好的韌性。 華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科