复合材料工艺及设备2-原材料概要课件.ppt
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1、第二章第二章 原材料原材料 原材料:基体材料 增强材料 添加剂 基体材料聚合物基复合材料无机非金属基复合材料金属基复合材料 聚合物基体材料:热固性树脂、热塑性树脂、橡胶 增强材料:各种纤维,如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等。2、1 基体材料基体材料 热固性树脂热固性树脂 1.不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 2环氧树脂环氧树脂 3.酚醛树脂酚醛树脂热塑性树脂热塑性树脂 聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯聚甲醛、聚丙烯-丁丁二烯二烯-苯乙烯(苯乙烯(ABS树脂)、树脂)、聚苯乙烯聚苯乙烯-丙烯腈等。丙烯腈等。2.1.1 不饱
2、和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 常用的基体材料,主要用于玻璃纤维复常用的基体材料,主要用于玻璃纤维复合材料。合材料。占玻璃纤维复合材料用树脂总量的占玻璃纤维复合材料用树脂总量的80以上。以上。不饱和聚酯是不饱和二元羧酸(或酸酐)或它们与饱和二元羧酸(或酸酐)组成的混合酸与多元醇缩聚而成的。不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 主链上同时具有重复主链上同时具有重复酯键酯键和和 不饱和双键不饱和双键的一类线型聚合物。的一类线型聚合物。1.不饱和聚酯树脂的物理和化学性质 物理性质 不饱和聚酯树脂的密度在1.111.20左右。热性能 绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在5060,一些耐热性好的树脂则可达120。力
3、学性能 不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。耐化学腐蚀性能 不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好,耐有机溶剂的性能差,介电性能不饱和聚酯树脂的介电性能良好。化学性质 不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物,在其骨架主链上具有酯键和不饱和双键,而在大分子链两端各带有羧基和羟基。2.商品树脂 不饱和聚酯树脂的品种很多。(1)通用型树脂 通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚酯树脂,亦包括部分间苯型不饱和聚酯树脂,它们大多用于手糊玻璃纤维增强塑料制品。(2)耐热型树脂 要求不饱和聚酯树脂在高温下应用,热变形温度较低的通用型树脂就不适用。耐热型树脂的热变形温度应不小于110。这类树脂具有优
4、异的耐腐蚀性能和耐水性能,商品树脂主要有双酚A型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不饱和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。(3)耐化学型树脂(4)阻燃型树脂 阻燃性能(5)耐候型树脂 添加紫外光吸收剂,提高了树脂的耐气候性和光稳定性。(6)高强型树脂 这类树脂具有高的强度和坚韧性,主要用于纤维缠绕工艺制备的复合材料。(7)胶衣树脂 用于复合材料的胶衣层,以提高制品的外观(美观)、质量和使用寿命。(8)SMC或BMC专用树脂(9)其它类型树脂 这是近年来的新品种,如注射、RTM、拉挤等成型工艺专用树脂。2.1.2 环氧树脂环氧树脂 环氧树脂是一类含有两个或两个以上环氧树脂是一类含有两个或两个以上环氧基团
5、环氧基团的聚合物。的聚合物。环氧树脂环氧树脂 由于活泼环氧基的存在,环氧树脂可由于活泼环氧基的存在,环氧树脂可与多种类型的固化剂发生交联反应形成三与多种类型的固化剂发生交联反应形成三元网状结构的、不溶不熔的体型高分子化元网状结构的、不溶不熔的体型高分子化合物。合物。1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性(1)类型多)类型多 树脂组成、固化剂和改性剂的不同,树脂组成、固化剂和改性剂的不同,产品性能、用途差异很大,其形态可从极产品性能、用途差异很大,其形态可从极低的粘度到高熔点的固体低的粘度到高熔点的固体.1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性 (2)固化容易)固化容易 根据实际要求选用不同的固化剂和环根据实
6、际要求选用不同的固化剂和环氧体系,可在氧体系,可在0-180C范围内快速或缓慢范围内快速或缓慢固化。固化。1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性(3)成型收缩率低)成型收缩率低 固化时无水或挥发物发生,因而收缩固化时无水或挥发物发生,因而收缩率极小率极小,环氧树脂是热固性树脂中收缩性环氧树脂是热固性树脂中收缩性最最小小的一种(一般都小于的一种(一般都小于2%)。)。1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性(4)粘结力强)粘结力强 对金属、非金属材料有很高的粘合力。对金属、非金属材料有很高的粘合力。1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性 (5)力学性能力学性能好好1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性(6)化学稳定性好)
7、化学稳定性好 耐酸、碱、溶剂、耐水,耐大多数耐酸、碱、溶剂、耐水,耐大多数霉菌霉菌。1.环氧树脂的特性环氧树脂的特性(7)电绝缘性好)电绝缘性好 在在宽广宽广的频率和的频率和温度范围内有良好的温度范围内有良好的介电性能、介电强度介电性能、介电强度高,耐电弧、耐表面高,耐电弧、耐表面漏电。漏电。2.分类 根据分子结构,环氧树脂大体上可分为五大类:(1)缩水甘油醚类环氧树脂 (2)缩水甘油酯类环氧树脂 (3)缩水甘油胺类环氧树脂 (4)线型脂肪族类环氧树脂 (5)脂环族类环氧树脂 复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂。双酚A型环氧树脂2.1.3 酚醛树脂酚醛树脂
8、酚类和醛类的缩聚产物通称为酚醛树脂。酚类和醛类的缩聚产物通称为酚醛树脂。一般常指由一般常指由苯酚苯酚和和甲醛甲醛经缩聚反应而得的经缩聚反应而得的合成树脂。合成树脂。酚醛树脂酚醛树脂 酚醛树脂是工业上最早生产的一种合成树酚醛树脂是工业上最早生产的一种合成树脂。脂。由于原料的组份用量比以及催化剂的不同,由于原料的组份用量比以及催化剂的不同,酚醛树脂可分为酚醛树脂可分为热塑性树脂热塑性树脂和和热固性树脂热固性树脂两大类。两大类。酚醛树脂酚醛树脂 酚醛树脂虽然是最老的一类热固性树脂,但由于酚醛树脂虽然是最老的一类热固性树脂,但由于它它原料易得,合成方便原料易得,合成方便,以及酚醛树脂具有良好,以及酚醛
9、树脂具有良好的机械强度和耐热性能,尤其具有突出的的机械强度和耐热性能,尤其具有突出的瞬时耐瞬时耐高温烧蚀高温烧蚀性能,而且树脂本身又有性能,而且树脂本身又有广泛改性广泛改性的余的余地,所以目前酚醛树脂仍广泛用于制造玻璃纤维地,所以目前酚醛树脂仍广泛用于制造玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等复合材料。增强塑料、碳纤维增强塑料等复合材料。酚醛树脂复合材料尤其在宇航工业方面(空间飞酚醛树脂复合材料尤其在宇航工业方面(空间飞行器、火箭、导弹等)作为瞬时耐高温和烧蚀的行器、火箭、导弹等)作为瞬时耐高温和烧蚀的结构材料有着非常重要的用途。结构材料有着非常重要的用途。2.1.4 其它热固性树脂1.三聚氰胺甲
10、醛树脂 三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和甲醛缩聚而成的热固性树脂。用玻璃纤维增强的三聚氰胺甲醛层压板具有高的力学性能、优良的耐热性和电绝缘性及自熄性。2、呋喃树脂 由糠醛或糠醇本身进行均聚或与其它单体进行共聚而得到的产物,称为呋喃树脂。3.有机硅树脂 用这类树脂制造的玻璃纤维增强复合材料,在较高的温度范围内(200250)长时间连续使用后,仍能保持优良的电性能,同时,还具有良好的耐电弧性能及憎水防潮性能。(1)热稳定性 热稳定性范围可达200250 (2)力学性能 有机硅树脂固化后的力学性能不高 (3)电性能 有机硅树脂具有优良的电绝缘性能,它的击穿强度、耐高压电弧及电火花性能均较优异。(4)憎
11、水性 有机硅树脂的吸水性很低2.1.5 热塑性树脂 热塑性树脂:聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯-丁二烯-苯乙烯(ABS树脂)、聚苯乙烯-丙烯腈等。2.1.6 高性能树脂 高性能树脂通常具有优良的力学、电学、热学、耐化学腐蚀等综合性能,其中尤以耐高温性能最重要。它们的问世给复合材料提供了高性能的基体材料,促进了复合材料迅速地向高性能复合材料(Advanced Composite Materials,ACM)的发展,从而促使宇航、航空、太空武器、先进军事武器、电子技术等以更惊人的速度发展。1.聚酰亚胺这类树脂具有以下特性:在宽广的温度范围内保持高的强度。高的热稳定性和氧化稳
12、定性。优良的耐腐蚀特性。优良的电性能,在高温下电性能基本保持恒定。具有自熄性能,发烟量小。2.聚砜和聚醚砜 聚砜和聚醚砜具有下述特性:具有优良的耐热及耐老化性,其优良的力学性能可以保持到200;在宽广的温度和频率范围内具有优良的电性能;具有优良的耐X射线、射线和射线性能;具有优良的耐火焰作用;纯树脂制品具有透明性。3.聚苯硫醚 聚苯硫醚是目前被认为耐热性最佳的聚合物之一。它可以在300短期受载,在240时可以长期使用。它具有特别显著的耐化学腐蚀性能,经高温、长期在腐蚀介质中使用后,聚合物的性能仍然保持完好。4.聚芳醚酮 聚芳醚酮中最重要的是聚醚醚酮(PEEK)。PEEK最高长期使用温度可达20
13、0,PEEK有优良的化学稳定性,除一些如浓硫酸等强酸外,在常温下几乎可以耐所有的化学试剂。5.双马来酰亚胺树脂 双马来酰亚胺具有良好的耐热性,军用飞机.2.2 增强材料2.2.1 玻璃玻璃纤维纤维 (glass fiber)1893年美国研究成功。年美国研究成功。世界上三十国家生产,世界上三十国家生产,40005000种。种。我国玻璃纤维工业始于我国玻璃纤维工业始于1958年,产量居世年,产量居世界第五位。界第五位。玻璃纤维(玻璃纤维(Glass Fiber)玻璃纤维价格便宜,品种多,适于玻璃纤维价格便宜,品种多,适于编织各种玻璃布。编织各种玻璃布。1、玻璃纤维的分类、玻璃纤维的分类分类分类单
14、丝直径纤维外观玻璃原料纤维特性 (1)按玻璃原料分类按玻璃原料分类 碱性氧化物含量碱性氧化物含量 有碱玻璃纤维有碱玻璃纤维 大于大于12 中碱玻璃纤维中碱玻璃纤维 612 低碱玻璃纤维低碱玻璃纤维 26 无碱玻璃纤维无碱玻璃纤维 小于小于1 无碱玻纤无碱玻纤 亦称亦称E-玻纤玻纤,目前是应用最广泛的一种,目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分玻璃纤维用玻璃成分.具有良好的电气绝缘性及机械性能,化具有良好的电气绝缘性及机械性能,化学稳定性好学稳定性好,广泛用于复合材料的增强材料广泛用于复合材料的增强材料.中碱玻纤中碱玻纤 亦称亦称C-玻纤,其特点是耐化学性特别玻纤,其特点是耐化学性特别是耐酸性
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