聚合物基复合材料--基体材料ppt课件.ppt

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1、12复合材料力学性能力学性能： 纵向拉伸性能，取决于增强材料； 横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能等,主要取决 于基基体材料；复合材料工艺性工艺性：取决于基体基体材料。3 要求：较好的力学性能，介电性能，耐热性能和耐老化性能，有良好的工艺性能。酚醛树脂酚醛树脂 加热即固化； 固化过程中有小分子析出； 脆性大； 用于粉状塑料和短纤维增强；价格最便宜4第四次课2010）5p固化剂、引发剂和促进剂固化剂、引发剂和促进剂：p稀释剂稀释剂：降低树脂黏度，分为非活性和活性稀释剂 非活性稀释剂：不参与树脂固化反应，树脂成型中挥发，加入量为1060%。丙酮、乙醇、甲苯、苯等； 活性稀释剂：参与树脂固化反应，成为

2、材料成分，加入量为510%。如：苯乙烯（不饱和）、环氧丙烷丁基醚（环氧）环氧树脂常用活性稀释剂：501： 2mPa.s苯基缩水甘油醚 6907mPa.s 会使交联密度降低，影响热变形温度。6p增韧剂和增塑剂增韧剂和增塑剂： p触变剂触变剂 它能提高树脂在静止状态下的黏度，在外力作用下，如搅拌时，变成流动性液体，因而适合涂刷垂直面。 常用触变剂有活性二氧化硅（白炭黑），加入量一般为13%。 增塑剂：减小分子间作用力，不参加固化反应，降低交联密度；DBP 增韧剂：线型聚合物，有活性端基，在环氧树脂中加入如聚酰胺、聚硫橡胶、羧基丁腈橡胶和聚酯等；在酚醛树脂中加入丁腈橡胶等。7p填料填料：改善性能，降

3、低成本。 树脂加入填料可增加树脂的黏度，改变流动特性，降低树脂固化时的收缩以及增加表面硬度。 如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉等； 一定要烘干后再使用； 影响树脂的凝胶和固化速度，应当注意。p颜料颜料： 用量约0.55% 要求：颜色鲜明，有耐热性和耐光性；在树脂中分散良好，不影响树脂固化。一般选用无机颜料，有机颜料影响树脂固化。8均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；保护纤维，防止纤维磨损；赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）；决定复合材料生产工艺、成型方法。产品性能工艺性能成本及来源基体材料综合决定从成型工艺角度:手糊成型：聚酯、环氧；层压、模压、缠绕工艺：环氧和酚

4、醛； 成本：酚醛聚酯535455固化剂显在型潜伏型加成型催化型多元胺型酸酐型阴离子型lewis碱阳离子反应型lewis酸单一多元胺改性胺（聚酰胺型）直链脂肪胺脂环胺芳香胺酚醛型聚硫醇型固化剂体系固化剂体系按固化温度分按固化温度分56(2011年第6次课)OCC5758 质子给予体质子给予体对固化反应有加速作用加速作用如含羟基的醇类、酚类、羧酸、磺酸等。 质子接受体质子接受体的物质对固化反应有抑制作用，如酯类、醚类、酮类和腈类等，芳烃也有抑制作用。596061脂肪族多元胺类固化剂的理论用量：脂肪族多元胺类固化剂的理论用量： 增加510%2010年第六次课胺当量=103/5=20.6二乙烯三胺用量

5、（phr）=20.6*0.51=10.562加热固化室温固化63容易吸收CO2异氟尔酮二胺 IPDA脂肪胺、芳香胺和脂环胺氨基与环氧基有严格的定量关系，都可以用胺当量来计算固化剂用量。64651）环氧化合物与多元胺反应环氧化合物与多元胺反应 由单或双环氧化合物和过量的多元胺反应：丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚，低分子量的环氧树脂593固化剂90150mPa.s500700 mgKOH/g适用期1h胺值胺值：即指中和每l g样品所需的酸，以与其相当的氢氧化钾毫克数来表示(mgKOHg)。分子量增加，挥发性毒性降低分子量增加，挥发性毒性降低662）迈克尔加成多胺迈克尔加成多胺 由丙烯腈丙烯腈和多元

6、胺进行加成反应制得。产物对环氧树脂有良好的相容性，并使固化反应变得缓和。 79-3固化剂固化剂：间苯二甲胺和丙烯腈、环氧化合物，略有氨味。黏度：280320mPa.s, 胺值胺值：560mgKOH/g;不吸潮、不与空气中二氧化碳反应，没有白化现象。低毒。673）曼尼期加成多胺曼尼期加成多胺 Mannich reaction 多元胺和酚醛初期缩合反应制得，产物能在潮湿、低温条件下固化环氧树脂。T-31:苯酚、甲醛、乙二胺反应H2N-CH2CH2-NH-C6H4(-OH)-CH2NH-CH2CH2-NH-n-CH2-C6H4(-OH)-CH2NH-CH2CH2-NH2黏度（25）10001300

7、mPa.s. 胺值胺值450550 mgKOH/g.参考用量：室温1520份； 6869638970双烯加成双烯加成7172 651低分子聚酰胺低分子聚酰胺：是以桐油酸二聚体和己内酰胺反应而得到的浅黄色粘稠液体，胺值380420mg KOH/g，黏度（25）500010000mPs。4070phr18碳三烯酸7374增韧型、快固型、低粘型等。7576777879有lewis碱叔胺作为促进剂时：1）叔胺进攻酸酐生产羧酸盐阴离子羧酸盐阴离子：2）羧酸盐阴离子与环氧基反应生成氧阴离子氧阴离子：80有促进剂时，固化反应不受体系中羟基浓度的影响，所以对于低粘度环氧适用。固化温度：120150。生成的都是

8、酯键，没有醚键818283热塑性酚醛树脂和热固性酚醛均可以固化环氧树脂8485n固化原理固化原理： 叔胺首先引发环氧基开环，形成醇盐离子醇盐离子 8687叔胺的碱性越强，反应活性也越大 二甲基苯胺二甲基苯胺；苄基二甲胺，DMP10、DMP-30是脂肪多元胺、芳香族多元胺、聚酰胺及酸酐等固化剂的固化促进剂固化促进剂。烷氧基离子烷氧基离子88 2-乙基乙基-4甲基咪唑甲基咪唑: 毒性小，配料容易，固化体系黏度小，用量34phr，适用期长（810h），固化简便，电气性能和力学性能良好。2-乙基-4甲基咪唑：45，有时还是以过冷液体形式存在；2-甲基咪唑：143145，与环氧树脂混合困难。89形成离子

9、对氧鎓离子可以转变为共振稳定的碳阳离子90终止：离子对的复合黏度小，可室温固化，用于手糊成型。91固化条件：180，4h苄基二甲胺苄基二甲胺9293942010年第七次课95国内：珠光纽扣：31%工艺品：34%保丽板：15%人造石：6%原子灰：4%国内：手糊：80%纤维缠绕：11%96人造石台面板，卫生洁具，具有良好的耐水性，耐污染性 保丽板979899100固化体系：固化体系：常温常温固化体系： 有机过氧化物和促进剂组成的氧化还原系统： 过氧化酮类过氧化酮类引发剂和环烷酸钴环烷酸钴固化系统； 过氧化酰类和叔胺固化系统；101102双键位置103104活性端基：马来酰亚胺密度：1.351.4g

10、/cm3Tg: 250300马来酸酐马来酸酐芳香族芳香族二元胺二元胺105u与含有活泼氢的化合物进行加成反应；u也可与不饱和双键的化合物、环氧树脂及其他结构的BMI进行共聚反应，u催化剂或热的作用下自聚。BMI单体为结晶性固体单体为结晶性固体：脂肪族：熔点较低； 芳香族：熔点较高反应活性高：反应活性高：固化物结构致密，缺陷少，具有较高强度和模量；固化物结构致密，缺陷少，具有较高强度和模量；较大的脆性，冲击强度差，断裂伸长率小较大的脆性，冲击强度差，断裂伸长率小溶解性溶解性：一般BMI单体不能溶于普通有机溶剂中106改性目的：改性目的： 降低BMI单体的熔点和熔体黏度； 提高在丙酮、甲苯等有机溶

11、剂中的溶解能力； 提高固化物韧性等扩链改性双马来酰亚胺增韧、改善溶解性 BMI 的双键非常活泼，可以与含有活泼氢的化合物发生氢位移而加成反应，使链扩展，得到的BMI树脂性能大大改善。107生成线型聚合物：仲胺与含双键产物发生加成反应，发生支化：剩余的BMI双键可以发生固化交联反应。108双烯加成生成中间体；Diels-Alder加成，成环：异构化：耐高温；改善溶解性；高交联密度和高韧性的树脂。109110R氢原子、甲基和烯丙基；X亚异丙基、脂环骨架1111）氰酸酯树脂单体的合成 在碱存在的条件下，卤化氰与酚类化合物反应制备氰酸酯单体：uHal可以是氯、溴、碘等卤素，常用溴化氰。uArOH可以是

12、单酚、多元酚，也可以是脂肪族羟基化合物。u碱多为接受质子酸的有机碱。如三乙胺等。 西北工业大学和航空工业总公司联合合成的双酚A型氰酸酯树脂112芳香氰酸酯亲电性 在亲核试剂亲核试剂作用下，氰酸酯官能团既能被酸催化，也能被碱催化催化剂催化剂： 金属催化剂：如路易斯酸、有机金属盐等。 含有活泼氢的化合物，如酚、水等； 113金属离子将氰酸酯分子聚集在其周围酚羟基与氰酸酯亲核加成生成亚胺碳酸酯继续加成继续加成最后闭环，脱去一份子酚，生成三嗪环114用途用途： 高性能印刷电路基板； Dow化学公司：Xu71787 高性能透波结构材料基体； 航空航天用高韧性结构复合材料基体；115根据所带端基端基不同，

13、分为： PMR型型：原位聚合聚酰亚胺； 乙炔端封型：乙炔端封型： BMI型：116芳香二胺芳香二酐降冰片烯二酸酐PMR-15117缺点：加工性能差；加工条件下凝胶过程过快。 固化时，很快形成6或7个分子的聚集体，得到固 体物，随即反应停止，只有升高温度，反应才继 续进行。118 克服一般热塑性树脂的使用温度低、刚性差、耐溶剂性差等弱点。119120121122123124125126127128加成反应加成反应 缩聚反应，主要生成羟甲基酚为主缩聚反应，主要生成羟甲基酚为主129170：亚甲基130苯磺酰氯苯磺酰氯硫酸乙酯硫酸乙酯131甲醛在酸性条件下形成质子性质的甲二醇：亲电取代羟甲基苯酚是瞬间中间产物132缩聚反应缩聚反应 加成反应加成反应133134135糠醛和丙酮，催化剂：NaOH136