高分子基复合材料分析报告.ppt

(1) 基体 热固性基体(thermosetting matrix)： i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好 ii) 交联固化后成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆 iii) 制备过程伴有复杂化学反应 热塑性基体(thermoplastic matrix)： i) 熔体粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成 型，工艺性差 ii) 线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好 iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象 聚合物基复合材料的应用 1) 对信息技术提供服务 复合材料 2) 对提高人类生活质量做出贡献 复合材料 3) 在解决资源短缺与能源危机方面的贡献 复 合 材 料 4）在治理环境中可起的作用 复合材料 本课程讲授内容 第二章 增 强 材 料 2008.8 2.1 概述 2.2 玻璃纤维 2.3 芳纶纤维 2.5 聚苯并双噁唑（PBO）纤维 2.8 陶瓷纤维 碳纤维编织布 碳纤维板 碳纤维 碳纤维编织环 碳管 碳纤维高尔夫球杆 碳纤维结构件 碳纤维自行车 碳纤维齿轮 C/C轴承止推环 ⑴．碳化法 —— 生产长纤维 拉丝： 制有机长纤维 牵伸： 规整环状结构，使其平行于轴向，提高结晶度。 预氧化：低温，200～300℃。 碳化： 1000～2000℃，保护性气氛下，有机化合物在惰性气氛中加热到1000-1500?C时，非碳原子（氮、氢、氧等）将逐步被驱除，碳含量逐步增加，随着非碳原子的排除，固相间发生一系列脱氢、环化、交链和缩聚等化学反应，此阶段称为碳化过程，形成由小的乱层石墨晶体组成的碳纤维。 制 备 石墨化： 2000～3000℃，非碳原子进一步排除，芳环平面逐步增加，排列也较规则，取向度显著提高,并由二维乱层石墨结构向三维有序结构（三维石墨结构）转化，形成聚合碳结晶，并平行于轴向，此阶段称为石墨化过程。形成的石墨纤维弹性模量大大提高。密度、强度也增高，热膨胀系数下降。但温度过高强度反而下降。 碳纤维制备工艺流程 ⑵．气相法 —— 生产短纤维 高温分解小分子有机物，气相沉积纤维结晶。 注意！ （1）碳纤维的生产工艺（碳化过程）不同，形成的产物结构不 同，性能也有很大差别。 （2）碳纤维和石墨纤维的强度和模量差别很大，原因是结构不 同。碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳 量若为75~95%。石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可 达98~99%，杂质相当少。 （3）碳纤维的含碳量与制造过程中的碳化和石墨化过程有关。 碳纤维热处理温度与强度及弹性模量的关系 ⑴．力学性能——高强、高模 ? 强度约为GF的2倍 ? 模量约为GF的3～5倍 ? 密度低1.7～2，所以比强度、比模量高。 ? 断裂延伸率0.5～2% ⑵．热学性能 升华温度高达3800℃，耐高温性好。热膨胀系数小，纵向为负。 ⑶．物理性能 导热、导电、自润滑。 ⑷．化学性能 耐酸碱性强，高温抗氧化性差。C纤维电极电位为正，与金 属复合易引起电偶腐蚀。 性 能 CF的突出特点 i） 怕打折、急转弯 Ii） 价高 Iii） 目前制造方面发展趋势：向大集束方向发展以降低成本， 每束可达32万根 iv) 表面惰性，与树脂粘结差 CF的表面处理 处理原因 CF是沿轴向择优取向的同质多晶，与树脂粘结差 表面呈惰性，树脂难以润湿 具有自润滑性 处理目的 增加表面粗糙度、增加表面活性基团、提高复合材料的层间剪切强度 ? ? ? 氧化处理 ①?氧等离子气体的干法氧化 ② 化学或电解进行的湿法氧化 ? ? ? ? 非氧化处理 ①?表面沉积无定型碳 ②化学气相沉积（CVD）法加涂 碳化硅、碳化硼、碳化铬等 ③?等离子体气体聚合及共聚涂层 改性 ④??高效晶须化 ? ? ? ? 碳纤维氧化处理后： ①能改善碳纤维表面与基体的浸润性、相容性 ②能在表面形成许多活性官能团，这些官能团能与树脂 基体形成化学键合 非氧化处理，主要用于C/C复合、CMC、MMC复合体系 处理方法 碳纤维表面官能团与树脂之间相互作用示意图 CF的应用 航空航天、交通运输、运动器材、 化工领域（耐腐蚀的泵、阀、管道、罐等） PBO具有高强、高模、耐高温、阻燃等优异特性。