复合材料原理第7章节.pptVIP

复合材料物理和化学性能的复合规律;复合材料中，基体或填料的含量通常以质量百分率表示，必须将质量百分率换算成体积百分率，才能应用复合规则来估算复合材料的密度。 ;如果以基体在复合材料中的质量分数Wm为已知数：;对于聚合物基复合材料，由于ρm对大多数聚合物来说差别不大，当填料一定时，复合材料的密度主要取决于填料的含量。 ;8.2 热性能;α ——热膨胀系数； Vf——增强体的容积分数； 角标c、m、f分别代表复合材料、基体和增强体。;聚合物、填料及其复合材料的热膨胀系数(×10-5);材料;导热系数;复合材料的导热系数在理想情况下可由下列复合规则估算： ;各种材料的导热系数 ;比热; 填料的质量比热一般比聚合物的稍小，因此复合材料的质量比热也比单一聚合物的稍小。但两者的容量比热则无大差异。;以碳酸钙为例，其比热可计算如下： Ca C O3(固体) 6.2＋1.8＋3×4.0＝20 碳酸钙的分子质量＝40.08 + 12.0l + 3×16＝100.09 故其质量比热cf＝20／100.09＝0.20cal／g＝8.38J／g 这个值与碳酸钙在20℃时的实测值为8.57J／g基本吻合。 ; 一般表现为随着填料的加入，玻璃化温度升高，玻璃化温度的升高程度与填料加入量成正比。; 在界面上由于填料-聚合物分子间作用力的存在，使聚合物大分子链段运动受到阻碍，因而使聚合物的玻璃化温度升高。这种聚合物大分子链段运动受阻的程度随着填料-聚合物分子间作用力增大而增高。;基体聚合物的耐热性和FRTP的热变形温度 ; 一般来讲，如果填料具有高的表面能，或聚合物分子的极性较大，则填料-聚合物分子间引力也较大，即提高聚合物玻璃化温度较明显。如在填料—聚合物界面能形成氢键，则填料的加入促使聚合物玻璃化温度的升高就更加明显。例如，玻璃纤维增强尼龙塑料，由于玻璃—尼龙界面上可能形成氢键，因此，玻璃纤维加入后可使尼龙的玻璃化温度有显著的提高。 ;热变形温度的负荷依赖性 ; 聚合物的燃烧过程由两个相继的化学过程—分解和燃烧所组成，两者通过着火和热反馈相互联系。; 以氧指数作为聚合物阻燃性的判据是Fenimore和Martin于1966年引入的。它是指聚合???着火后刚够维持燃烧时氧气在试验气体(氧、氮混合气体)中的最小百分含量。试验用标准试样在标准条件25℃和气流线速度为(4土1)cm／s下进行。 ;一些聚合物的氧指数;8．3．2 填料对聚合物基复合材料燃烧性的影响 8．3．2．1 三氧化二锑 三氧化二锑(Sb2O3)是最常用的阻燃填料之一，它是很多家电部件的难燃塑料基本配方的核心。三氧化二锑在单独使用时几乎没有阻燃效果，但与有机卤化物并用时却具有明显的阻燃效果。 Sb2O3-有机卤化物的阻燃机理相当复杂，一般认为三氧化二锑和有机卤化物发生以下反应。 三氧化二锑与含氯有机物分解生成的氯化氢相作用生成三氯化锑 ;Sb2O3＋3HCl——2SbOCl＋H2O 5SbOCl → [2SbOCI·Sb2O3](固)＋SbCl3(气) 4[2SbOCl·Sb2O3](固) → 5[SbOCl·Sb2O3](固)＋ SbCl3(气) 3[SbOCl·Sb2O3](固) → 4 Sb2O3 (固)＋SbCl3(气) 2 Sb2O3 (固) → Sb4O6(液) 生成的三氯化锑在气相捕捉H· 、HO·和·CH3等活性自由基从而减缓燃烧过程的进行： ; SbCl3＋H·→HCl＋·SbCl2 SbCl3 →C1·＋·SbCl2 SbCl3＋·CH3→CH3C1＋·SbCl2 ·SbCl2＋·H(·CH3) →HCl(CH3C1)＋﹕SbCl ﹕SbCl＋·H(·CH3) → HCl(CH3C1)＋Sb Sb＋﹕O＋M→SbO·＋M Sb＋·OH＋M→SbOH＋M SbOH＋H·→SbO·＋H2 SbO．＋H·→SbOH ;表8．7 Sb2O3卤化物的阻燃效果 ;8．3．2。2 钼化物 三氧化钼和钼酸锑等钼化物通常被用作PVC和含卤聚酯等塑料的阻燃剂。 钼化物的阻燃效果虽略低于三氧化二锑，但它具有抑制燃烧时发烟的特点。表8.8为钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中的阻燃效果。从表中数据可见，无论钼化物单独使用，或与Sb2O3或与氢氧化铝并用都能发挥出优异的阻燃效果和明显的抑制发烟效果。 钼化物之所以有与Sb2O3如此不同的效果，可从与PVC复合塑料燃烧残渣的元素分析结果来看，钼化物的阻燃机理主要不是通过气相反应，而是在固相上促进