复合材料学第二章 复合材料的基体材料.pptVIP

合物基玻璃纤维复合材料的水平，而且还能超过。 1、聚酰胺 聚酰胺是具有许多重复的酰胺基的一类线型聚合物的总称，通常叫做尼龙。 聚酰胺分子链中能形成具有相当强作用力的氢键，氢键形成的多少，由大分子的立体化学结构来决定。氢键的形成使聚合物大分子间的作用力增大，易于结晶，且有较高的机械强度和熔点。在聚酰胺分子结构中次甲基(-CH2-)的存在，又使分子链比较柔顺， 有较高的韧性。 随着聚酰胺结构中碳链的增长，其机械强度下降。与次相反，大分子的柔顺性、疏水性则随着碳链的增长相应增加，低温性能、加工性能和尺寸稳定性也有所改善。 聚酰胺对大多数化学试剂是稳定的，特别是耐油性好。仅能溶于强极性溶剂，如苯酚、甲醛及间苯二胺等。 2、聚碳酸酯 聚碳酸酯分子主链上有苯环，限制了大分子的内旋转，减小了分子的柔顺性。 碳酸酯 基团是极性基团，增加了分子间的作用力，使空间位阻加强，亦增大了分子的刚性。由于聚碳酸酯具有僵硬的分子主链，所以熔融温度可达225～250℃，玻璃化温度为145℃。碳的刚性使其在受力下形变减少，抗蠕变性能好，尺寸稳定，同时又阻碍大分子取向与结晶，且在外力强迫取向后不易松弛。所以在聚碳酸酯制件中常常存在残余应力而难于自行消除。故聚碳酸酯碳纤维复合材料制件需进行退火处理，以改善机械性能。 聚碳酸酯分子链中存在氧基，使链段可以 绕氧基两端单键发生内旋转，又使聚合物有一定的柔顺性。结构中碳基和氧基结合成酯基使聚碳酸酯易溶于有机溶剂，如三氯甲烷、二氯乙烷、甲酚等，但对于油类是稳定的。 聚碳酸酯可以与连续碳纤维或短切碳纤维制造复合材料，也可以用碳纤维纺织物与聚碳酸酯薄膜制造层压材料。 3、聚砜 聚砜是指主链结构中含有-SO2-链节的聚合物。它的突出性能是可以在100～150℃下长期使用。 由于聚砜分子中砜基上的硫原子处于最高氧化态。故聚砜有抗氧化的特性，即使在加热的情况下，聚砜也难发生化学变化。在高温或离子辐射下，也不致引起主链和侧链的断裂。聚砜在高温下使用仍能保持高的硬度、尺寸稳定性和抗蠕变能力，但聚砜的成型温度高达300℃是一大缺点。它耐磨性好，且耐各种油类和酸类。有些聚砜具有低的可燃性和发烟性。碳纤维聚砜复合材料，对宇航和汽车工业很有意义。波音公司已将碳纤维聚砜复合材料应用于飞机结构， 取得了明 显的经济效果。如在无人驾驶靶机上用聚砜石墨纤维层压板取代铝合金蒙皮，可以降低20％的成本，减少16％的重量，并可很好地协调最大载荷条件。 总之，用热塑性聚合物做复合材料的基体，将是发展复合材料的一个重要方面，特别是从材料来源、节约能源和从经济效益上来考虑，发展这类复合材料有着重要意义。 * * * (气孔)，微晶氧化物的强度较高，粗晶结构时，晶界面上的残余应力较大，对强度不利，氧化物陶瓷的强度随环境温度升高而降低，但在1000℃以下降低较小。这类陶瓷基复合材料应避免在高应力或高温环境下使用。这是由于Al2O3和ZrO2的抗热震性较差，SiO2在高温下容易发生蠕变和相变。虽然莫来石具有较好的抗蠕变性能和较低的热膨胀系数，但使用温度也不宜超过1200℃。 四、非氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷是指不含氧的氮化物、碳化物、硼化物和硅化物。 它们的特点是耐火 性和耐磨性好、硬度高，但脆性也很强。碳化物和硼化物的抗热氧化温度约900～1000℃，氮化物略低些，硅化物的表面能形成氧化硅膜，所以抗热氧化温度达1300～1700℃。氮化硼具有类似石墨的六方结构，在高温(1360℃)和高压作用下可转变成立方结构的β-氮化硼，耐热温度高达2000℃，硬度极高，可作为金刚石的代用品。 2.4聚合物材料 一、聚合物基体的种类，组分和作用 1、聚合物基体的种类 (1)不饱和聚酯树脂 (2)环氧树脂 (3)酚醛树脂 以上几类为热固性树脂。 (4)热塑性聚合物，如，耐高温聚酰亚胺。 2、聚合物基体的组分 聚合物是聚合物基复合材料的主要组分。 聚合物基体的组分、组分的作用及组分间的关系都是很复杂的。一般来说，基体很少是单一的聚合物，往往除了主要组分—聚合物以外，还包含其它辅助材料。在基体材料中，其它的组分还有固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等，这些辅助材料是复合材料基体不可缺少的组分。 3、聚合物基体的作用 复合材料中的基体有三种主要的作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。制造基体的理想材料，其原始状态应该是低粘