文档介绍：聚合物基复合材料
第二节
聚合物基体
PMC界面
PMC制备工艺
PMC性能与应用
特点,同时还有其本身的特殊性能。
聚合物基体是纤维增强塑料的一个必需组分,在复合材料成型过程中,基体经过复杂的物理、化学变化过程,与增强纤维复合成具有一定形状的整体。因而基体性能直接影响复合材料性能。基体的主要作用包括将纤维粘合成整体并使纤维位置固定,在纤维间传递载荷,并使载荷均匀;决定复合材料的一些性能。如复合材料的高温使用性能(耐热性)、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等;决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择;保护纤维免受各种损伤。此外对复合材料一些性能有重要影响,如纵向位伸、尤其是压缩性能,疲劳性能,断裂韧性等。
1、分类
用于复合材料的聚合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加工成型而无任何化学变比。热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚
酯等,它们在制成最终产品前,通常为分于量较小的液态或固态预聚体,经加热或加固化剂发生化学反应固化后,形成不溶不熔的三维网状高分子。
2、热塑性基体
,如聚烯烃、聚醚、聚酰胺、聚脂、聚砜等都可作为复合材料基体。
普通的热塑性基体包括通用塑料,如聚丙烯(PP)、ABS树
脂和工程塑料等。它们通常用20一40%的短纤维增强,拉伸强度和弹性模量可提高1—2倍,可明显改善蠕变性能,提高热变形温度和导热系数,降低线膨胀系数,增加尺寸稳定性,降低吸湿率,抑制应力开裂、提高疲劳性能。这些短纤维增强的热塑性塑料作为工程材料广泛用于机械零部件、汽车、化工设备等。而耐高温的特种工程塑料作为先进复合材料基体,通常以连续纤维增强,其典型品种的结构和物性数据列于表4—4。
聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶性热塑性树脂,其玻璃化转变温度为143度,熔点为334度,结晶度与其加工热历史有关,一般在20一40%,最大结晶度为48%。PEEK具有优异的力学性能和耐热性,其在空气中的热分解温度达6500C,加工温度在370一4200C,以PEEK为墓体的复合材料可在2500C的高温下长期使用。在室温下,PEEK的模量与环氧树脂相当,强度优于环氧,而断裂韧性极高(比韧性环氧树脂还寓一个数量级以上)。。
PEEK耐绝大多数有机溶剂和酸碱,除液体氢氟酸、浓硫酸等个别强质子酸外,PEEK不为任何溶剂所溶解。
此外,PEEK还具有优秀的阻燃性、极低的发烟串和有毒气体释放率,以及极好的耐辐射性。碳纤维(AS—4)增强PEEK的第二代产品称ACP—2,耐疲劳性超过环氧/,在室温下具有很良好的耐蛹变性能。APc—2的层间断裂韧性很高,(G1c>L 8KJ/m’)。PEEK基复合材料已经在飞机结构上大量使用。
聚醚砜(PES)是一种非晶聚合物,其玻璃化转变温度高达225nC,可在1800c温度下长期使用。但是,由于PEs的耐溶剂性差,限制了它在飞机结构等领域的应用,但PES基复合材料的在电子产品、雷达天线罩、靶机蒙皮等方面得到大量应用,它也可用于宇宙飞船的关键部件。聚酰按酰亚胺(PAI)是一种熔体粘度很高的热塑性树脂,通常也称假热塑性树脂。它具有优异的耐热性,其玻璃化温度Tg可达280℃,长期使用温度达240℃。
3、热固性基体
热固性基体(不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等)在连续纤维增强树脂基复合材料中一直占统治地位。不饱合聚酯树脂、酚醛树脂主要用于玻璃增强塑料,其中聚酯树脂用量最大,约占总量的80%,而环氧树脂则一般用作耐腐蚀性或先进复合材料基体。几种热固性树脂.(浇铸体)典型的物理及力学性能列于表4—2。
不饱合聚酯树脂(UP—UnsaturatedPo1yes比rR6sin)是由不饱合二元酸或酸酐、饱合二元酸或酸酐与二元醇经缩聚反应合成的低聚物。将其溶解在乙烯类单体中所形成的溶液称不饱合聚酯树脂。表
4—3比较了几种热固性
树脂基体的性能及应用范围。通用不饱合聚酯是由顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐与I,2—丙二醉按摩尔比1“1;
,溶于苯乙烯中得到低粘度树脂。UP的固化是由聚亩中的双键,在引发剂(如过氧化物)作用下与固化剂苯乙烯(或MMA)共聚形成高交联度的三维网状结构而完成的。不饱合聚酯的性能取决于单体类型和比例,饱和二元酸与不饱和二元酸比例越大,则树脂韧性越好,但耐热性越差。UP是目前复合材料领域中用量最大约一类树脂基体,其牌号