聚合物复合材料成型工艺课件.pptx
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- 聚合物 复合材料 成型 工艺 课件
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1、1特点:特点:v比强度大,比模量大;比强度大,比模量大;v耐疲劳性能好;减震性能好;耐疲劳性能好;减震性能好;v耐烧蚀性能好;耐烧蚀性能好;v工艺性好。工艺性好。3.1 聚合物基复合材料聚合物基复合材料第第1页页/共共98页页23.1.1基体材料基体材料(一一) 热固性聚合物:.不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂a. 结构特征:由饱和结构特征:由饱和二元二元酸、不饱和酸、不饱和二元二元酸与酸与二二元元醇经缩聚反应合成的醇经缩聚反应合成的线型线型预聚体。预聚体。b.固化:固化: 固化剂固化剂 - 乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。 引发剂引发剂 - 过氧化物(加热固化)过氧化物(
2、加热固化) 促进剂促进剂 - 苯胺类和有机钴,室温固化。苯胺类和有机钴,室温固化。第第2页页/共共98页页3c.c.特点特点vv粘度低,工艺性好。粘度低,工艺性好。vv综合性能好,价廉,用量约占综合性能好,价廉,用量约占80% 80% 。vv有毒,体积收缩大,耐热性、强度和模有毒,体积收缩大,耐热性、强度和模量较低。量较低。vv一般不与高强度的碳纤维复合,与玻璃一般不与高强度的碳纤维复合,与玻璃纤维复合制作次受力件。纤维复合制作次受力件。第第3页页/共共98页页4a. 双酚型双酚型 其中其中R: R: CHCH3 3- C - C -CHCH3 3A A 丙基丙基- CH- CH2 2 - -
3、 F F 亚甲基亚甲基O O- S - S -O OS S 砜砜 双酚型双酚型环氧含硬性苯环,链刚性较高,只能用于聚环氧含硬性苯环,链刚性较高,只能用于聚合度低的树脂。耐热性好,强度高,韧性差。合度低的树脂。耐热性好,强度高,韧性差。(2)(2)、环氧树脂环氧树脂固化特点:固化特点: 环氧活性基都在链两端,固化交联点不高。环氧活性基都在链两端,固化交联点不高。第第4页页/共共98页页5b. b. 非双酚型非双酚型 三聚氰酸环氧含三氮杂环,有自熄性,三聚氰酸环氧含三氮杂环,有自熄性,耐电弧性好。耐电弧性好。 链内含有环氧基,交联密度高,结合链内含有环氧基,交联密度高,结合强度及耐热性均提高。强度
4、及耐热性均提高。第第5页页/共共98页页6 c. c. 胺基环氧胺基环氧 含高极性的酰胺键,粘结性好,力学性含高极性的酰胺键,粘结性好,力学性能较高;但耐水性差,电性能有所下降。能较高;但耐水性差,电性能有所下降。 d. d. 脂环族环氧脂环族环氧 不含苯环,含脂环,稳定性更高,热学性能好,不含苯环,含脂环,稳定性更高,热学性能好,耐紫外线,不易老化。粘度低,工艺性好。耐紫外线,不易老化。粘度低,工艺性好。 e. e. 脂肪族环氧脂肪族环氧 - - 高韧性环氧高韧性环氧 无六环状硬性结构,冲击韧性好,但与纤维无六环状硬性结构,冲击韧性好,但与纤维结合力较差。结合力较差。 第第6页页/共共98页
5、页7环氧树脂固化:环氧树脂固化: 环氧树脂分子中都含有活泼的环氧基团,可与多环氧树脂分子中都含有活泼的环氧基团,可与多种固化剂交联,形成网状结构。种固化剂交联,形成网状结构。常用固化剂:常用固化剂: 二元胺类、二元酸酐类。二元胺类、二元酸酐类。 芳香族胺或咪唑类固化剂,可提高强度及耐热芳香族胺或咪唑类固化剂,可提高强度及耐热性,但冲击韧性会降低。性,但冲击韧性会降低。潜伏剂:潜伏剂: 单组份产品可加入潜伏剂,如双氰胺,室温下单组份产品可加入潜伏剂,如双氰胺,室温下可存放可存放6 6个月,个月,145 145 165165下,下,80 min80 min可固化。可固化。第第7页页/共共98页页8
6、 粘附力好,韧性较好,收缩率低。复合材粘附力好,韧性较好,收缩率低。复合材料强度高,尺寸稳定。料强度高,尺寸稳定。 电性能好。介电强度高,耐电弧优良的绝电性能好。介电强度高,耐电弧优良的绝缘材料。缘材料。 耐酸碱耐溶剂性强。耐酸碱耐溶剂性强。 热稳定性良好。热稳定性良好。环氧树脂特点:环氧树脂特点:第第8页页/共共98页页9(3)(3)酚醛树脂酚醛树脂 由酚由酚 和醛和醛 缩合而成。缩合而成。 酚酚/ /醛醛 0.90.9,碱催化可得体型热固性树,碱催化可得体型热固性树脂。脂。O OH H C - H C - HOHOH1 15 53 3固化:固化: 加热固化加热固化 加固化剂,如六次甲基四胺
7、或有机酸。加固化剂,如六次甲基四胺或有机酸。 碱性固化剂仍需加热,酸性固化剂可室温固化。碱性固化剂仍需加热,酸性固化剂可室温固化。分子结构分子结构第第9页页/共共98页页10特点:特点: 耐热性高,可达耐热性高,可达315315。价格最低。价格最低。粘附性粘附性较差,收缩率大较差,收缩率大, ,气孔率高,性脆。气孔率高,性脆。改性:改性: 引入柔性链。如:聚乙烯醇缩丁醛引入柔性链。如:聚乙烯醇缩丁醛 降低树脂中降低树脂中 -OH -OH 基的含量。如:以苯胺或二基的含量。如:以苯胺或二甲苯取代部分苯酚。提高电性能。甲苯取代部分苯酚。提高电性能。 硼酸改性酚。吸水性、耐热性、脆性和电学硼酸改性酚
8、。吸水性、耐热性、脆性和电学性能均提高。性能均提高。 第第10页页/共共98页页11应用:应用:v酚醛树脂一般不与碳纤维复合,与玻璃纤酚醛树脂一般不与碳纤维复合,与玻璃纤维复合后,多用于电器绝缘材料。维复合后,多用于电器绝缘材料。v碳含量高碳含量高7878,碳化收率达,碳化收率达6363,因此可,因此可用于制作烧蚀材料,用于导弹、航天器再用于制作烧蚀材料,用于导弹、航天器再入大气层的防护层。入大气层的防护层。第第11页页/共共98页页12(二)热塑性聚合物热塑性聚合物 与热固性聚合物相比:与热固性聚合物相比: 力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。 工艺简单、
9、周期短、成本低、密度小、应用广。工艺简单、周期短、成本低、密度小、应用广。 聚丙烯聚丙烯 柔性无极性链。与纤维浸润性、结合力较差。复合增强效柔性无极性链。与纤维浸润性、结合力较差。复合增强效果有限。原料来源广泛,价格低,普通民用。果有限。原料来源广泛,价格低,普通民用。. . 聚酰胺(尼龙)聚酰胺(尼龙) 链中含大量酰胺键,链间以氢键连接。结合力强,强度高,链中含大量酰胺键,链间以氢键连接。结合力强,强度高,耐磨性好。使用温度耐磨性好。使用温度100100,吸水率高。,吸水率高。 常用品种:尼龙常用品种:尼龙6 6、6666、10101010、610610等。等。 第第12页页/共共98页页1
10、3 (3)(3)聚碳酸酯聚碳酸酯 由双酚由双酚A A的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成 O- O- C- -O-CC- -O-C + NaCl+ NaClCHCH3 3CHCH3 3O ONaO- -C- -ONa + Cl-C-Cl NaO- -C- -ONa + Cl-C-Cl CHCH3 3CHCH3 3O O 刚性苯环;变形小,抗蠕变,尺寸稳定。刚性苯环;变形小,抗蠕变,尺寸稳定。可与玻璃纤维和碳纤维复合。可与玻璃纤维和碳纤维复合。第第13页页/共共98页页14(4)(4)聚砜聚砜 以砜和苯环连结成硬性链,可在以砜和苯环连结成硬性链,可在100100150150下长期
11、使用。下长期使用。 可与碳纤维复合,用于宇航和汽车工业。可与碳纤维复合,用于宇航和汽车工业。 此外:耐高温的聚酰亚胺、双马来酰亚胺此外:耐高温的聚酰亚胺、双马来酰亚胺等杂环结构的聚合物,耐温可达等杂环结构的聚合物,耐温可达300300400400,也常作为复合材料的基材。也常作为复合材料的基材。第第14页页/共共98页页153.1.2 聚合物基复合材料聚合物基复合材料基本性能基本性能 具有较高的比强度和比模量。具有较高的比强度和比模量。 抗疲劳性能好,安全性高。抗疲劳性能好,安全性高。 减振、隔音、保温、隔热。减振、隔音、保温、隔热。 弹性模量不高、断裂延伸率小、抗冲击强度弹性模量不高、断裂延
12、伸率小、抗冲击强度差、横向强度、层间剪切强度低。差、横向强度、层间剪切强度低。 手工劳动强度大,质量不稳定。手工劳动强度大,质量不稳定。 第第15页页/共共98页页16品种品种1 1、GFGF增强热固性塑料(增强热固性塑料(GFRPGFRP)- - 玻璃钢玻璃钢 第第16页页/共共98页页17、聚酯玻璃钢、聚酯玻璃钢 加工性能最好加工性能最好。低粘度,可室温固化;价低,用量。低粘度,可室温固化;价低,用量占占80% 80% 。、环氧玻璃钢、环氧玻璃钢 综合力学性能最好综合力学性能最好,耐蚀性好;粘度大,施工困难。,耐蚀性好;粘度大,施工困难。酚醛玻璃钢酚醛玻璃钢 耐热性最好耐热性最好, , 5
13、0%50% 、尺寸稳定性提高、尺寸稳定性提高第第19页页/共共98页页20第第20页页/共共98页页213 3、高强度纤维增强塑料、高强度纤维增强塑料第第21页页/共共98页页22 、C C纤维增强塑料纤维增强塑料 比强度,比模量最高的材料;耐腐蚀耐热都很比强度,比模量最高的材料;耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性差,价格昂贵。好。抗冲击性差,价格昂贵。 、芳纶纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料 与塑料相容性好,价格适中,应用前景广泛。与塑料相容性好,价格适中,应用前景广泛。 抗拉强度与抗拉强度与C C纤维相当,冲击强度远高于纤维相当,冲击强度远高于C C纤维;纤维; 振动衰减是玻璃钢的振动衰减是玻璃钢
14、的4 45 5倍。倍。 抗压性能差。抗压性能差。第第22页页/共共98页页23、B B纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是刚度好,价格比突出优点是刚度好,价格比C C纤维还贵。纤维还贵。、SiCSiC纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。突出优点是与树脂相容性好。碳纤维头盔碳纤维头盔地铁闸瓦地铁闸瓦第第23页页/共共98页页24芳芳纶纶纤纤维维增增强强C C纤纤维维增增强强第第24页页/共共98页页25第第25页页/共共98页页26聚合物基复合材料的性能聚合物基复合材料的性能在在与与体系确定后体系确定后,主要决定于,主要决定于。主要包括以下两个方面:主要包括以下两个方面:第第26
15、页页/共共98页页27一是一是,即将,即将按产品的要求,按产品的要求,铺置铺置成一定的形状成一定的形状,一般就是产品的形状,一般就是产品的形状;二是二是,即把已,即把已铺置成一定形状的铺置成一定形状的,在,在温度、时间和压力等因素影响下温度、时间和压力等因素影响下使使下来,并能达到预期的性能要求。下来,并能达到预期的性能要求。第第27页页/共共98页页283.2.1基体树脂的选取:基体树脂的选取:v受力结构件首选热固性树脂;大量使用、连续挤受力结构件首选热固性树脂;大量使用、连续挤压次受力件可选热塑性树脂(如建筑装饰)。压次受力件可选热塑性树脂(如建筑装饰)。v90)(7)表面处理过程表面处理
16、过程第第36页页/共共98页页37(8)脱模剂种类脱模剂种类薄膜型脱模剂薄膜型脱模剂 vv聚酯薄膜(聚酯薄膜(0.04mm 或或0.1mm) 变形性小,价格贵变形性小,价格贵平板、波形板平板、波形板vv聚乙烯醇薄膜聚乙烯醇薄膜柔软性好,形状较复杂件柔软性好,形状较复杂件vv聚乙烯薄膜聚乙烯薄膜变形性较好,价格便宜,但表面光洁度较聚酯薄膜差,变形性较好,价格便宜,但表面光洁度较聚酯薄膜差,不易铺平,不能重复使用。不易铺平,不能重复使用。第第37页页/共共98页页38液体脱模剂液体脱模剂vv聚乙烯醇溶液聚乙烯醇溶液 100150,干燥慢,干燥慢vv醋酸纤维素醋酸纤维素150200,光亮、平整、毒性
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