聚合物基复合材料精选.pptVIP

* 纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切相关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。 纤维在基体中的不同分布方式 * 3.1 增强纤维的种类及基本特性 3.1.1 玻璃纤维 3.12 碳纤维 3.1.3 芳纶纤维 3.1.4 晶须 3.1.5 石棉纤维 3.1.6 碳化硅纤维 3.1.7 矿物纤维 3.1.8 金属与陶瓷纤维 3.1.9 混杂纤维 3.2 纤维增强复合材料的制备方法 * 3.1.1 玻璃纤维 一、概述 玻璃纤维的发展最早、应用最早： ▲玻璃纤维是一类重要的高强度增强体。 ▲玻璃纤维具有许多品种（纱、布、带、编织套管、连续原丝毡、短切原丝毡、无捻粗纱等）。 ▲20世纪40年代用手糊方法制成了玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的军用飞机雷达罩。 * 玻璃纤维及玻璃纤维增强聚合物基复合材料发展最快： ▲20世纪50年代以来，解决了玻璃纤维与树脂基体的粘接问题。 ▲20世纪60年代以来，玻璃纤维的产量迅速增大，成本下降。 ▲中国的玻璃纤维工业奠基于1958年，从20世纪70年代中期开始，由于制造技术的改进，玻璃纤维从纺织型向增强型发展。 * 玻璃纤维是一大类系列产品的通称。 玻璃纤维是以氧化硅（约占50% ~ 60%）为主体，同时含有许多其他大物质（如钙、硼、钠、钾、铝、铁、锂、铍、锆、镁、铈等）的氧化物。 特点： （1）拉伸强度很高，模量低 （2）耐热性能非常好 （3）良好的绝缘材料 （4）不燃、化学稳定性好、尺寸稳定、价格便宜 玻璃纤维 * 玻璃纤维主要用于增强不饱和聚酯树脂、环氧树脂和酚醛树脂。 玻璃纤维增强聚合物基复合材料广泛用于运输、建筑、化工、电气/电子、船艇、家用、商务设备、文体休闲领域。 高性能的玻璃纤维增强聚合物基复合材料应用于航天、航空及军用装备。 * 3.1.2 碳纤维 一、概述 ◇20世纪50年代，美国联合碳化物公司（UOC）通过控制热解人造丝，获得碳纤维。 ◇1959年，日本大阪工业技术试验所进滕昭男以聚丙烯腈为原料制成碳纤维，并在1962年申请专利。 ◇当时，无论以人造丝、还是以聚丙烯腈为原料，所制造的碳纤维强度和模量均较低。 * 碳纤维性能的飞跃 ◇1964年，英国皇家航空研究院Watt利用和聚丙烯腈为原料，研究出在1000~3000℃高温、边加热、边牵伸的碳化技术（称为热牵伸法），所制得的聚丙烯腈碳纤维性能产生第一次飞跃。 ◇之后，高强度碳纤维（HTCF）和高模量碳纤维（HMCF）由日本碳公司首先实现工业化生产。 * 二、性能： 力学性能 密度小，较高的比强度和比模量，断裂伸长率低，弹性模量高 热性能 （1）耐高低温性能好 （2）导热性能好 （3）线性膨胀系数小 * 化学性能 （1）碳纤维的耐药品性好，仅不耐硝酸、硫酸和次氯酸钠； （2）碳纤维在各种试剂中浸渍250天后，其直径、模量和强度变化很小。 （3）碳纤维的耐氧化性较差，且PAN高强型碳纤维比高模型的氧化失重更严重。 （4）碳纤维的表面活性比玻璃纤维低，因此需要表面处理。 电性能 碳纤维沿纤维方向的导电性好，其导电性可与铜相比 * 3.1.3 芳纶纤维 芳纶（aramid fiber）是由芳香族聚酰胺树脂（aromatic polyamide risen）纺成的纤维。 凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少有85%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中一个氢原子的聚合物，称为芳香族聚酰胺树脂。 * ◇实用于高性能复合材料的芳酰胺纤维的主要品种 美国杜邦公司生产： ◆聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维 ◆聚对苯甲酰胺(PBA)纤维 日本帝人公司生产： ◆对位芳酰胺共聚纤维（Technora） 俄罗斯生产： ◆聚对芳酰胺苯并咪唑纤维(CBM) ◆APMOC纤维 * 属于PPTA纤维品种的纤维有： △Kevlar系列——美国杜邦公司 △Twaron纤维系列——荷兰AKZO公司 △Terlon纤维系列——俄罗斯 △芳纶1414（芳纶Ⅱ）——中国 聚对苯二甲酰对苯二胺 （PPTA）纤维 * PPTA纤维的制备过程 合成PPTA的原料包括： △对苯二甲酰氯（Terephthaloyl chloride） △对苯二胺（p-phenglene diamine） △强极性的酰胺类溶剂（二甲基乙酰胺或六甲基磷酸胺） * ①PPTA的合成 △选用强极性的酰胺类溶剂，是为了将开始生成的聚合物留在溶液中。 △合成后生成聚对苯二甲酰对苯二胺（poly-p