第五章复合材料基体( Matrix)材料 聚合物及其分类 聚合物包括:热固性聚合物和热塑性聚合物 1、热固性聚合物 通常为分子量较小的液态或固态预聚体,经加 热或加固化剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固 化阶段后,形成不溶、不熔的三维网状高分子
第五章 复合材料基体（Matrix）材料 一、聚合物及其分类 聚合物包括：热固性聚合物和热塑性聚合物。 1、热固性聚合物: 通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加 热或加固化剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固 化阶段后，形成不溶、不熔的三维网状高分子
主要包括:环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等 各种热固性树脂的固化反应机理不同,根据使 用要求的差异,采用的固化条件也有很大的差异 一般的固化条件有室温固化、中温固化(120C左右) 和高温固化(170°以上)。这类高分子通常为无定 型结构。具有耐热性好、刚度大、电性能、加工性 能和尺寸稳定性好等优点
主要包括：环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等。 各种热固性树脂的固化反应机理不同，根据使 用要求的差异，采用的固化条件也有很大的差异。 一般的固化条件有室温固化、中温固化（120C左右） 和高温固化（170C以上）。这类高分子通常为无定 型结构。具有耐热性好、刚度大、电性能、加工性 能和尺寸稳定性好等优点
2、热塑性聚合物: 它们是一类线形或有支链的固态高分子, 可溶可熔,可反复加工而无化学变化。 包括各种通用塑料(聚丙烯、聚氯乙烯等) 工程塑料(尼龙、聚碳酸酯等)和特种耐高温 聚合物(聚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮等)。 b
2、热塑性聚合物: 它们是一类线形或有支链的固态高分子， 可溶可熔，可反复加工而无化学变化。 包括各种通用塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等） 、工程塑料（尼龙、聚碳酸酯等）和特种耐高温 聚合物（聚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮等）
这类高分子分非晶(或无定形)和结晶两类。 通常结晶度在20-85%之间。具有质轻、比强度高、 电绝缘、化学稳定性、耐磨润滑性好,生产效率高 等优点。与热固性聚合物相比,具有明显的力学松 弛现象;在外力作用下形变大;具有相当大的断裂 延伸率;抗冲击性能较好
这类高分子分非晶（或无定形）和结晶两类。 通常结晶度在20-85% 之间。具有质轻、比强度高、 电绝缘、化学稳定性、耐磨润滑性好，生产效率高 等优点。与热固性聚合物相比，具有明显的力学松 弛现象；在外力作用下形变大；具有相当大的断裂 延伸率；抗冲击性能较好
工 I Tr T TmT Tr 温度 热塑性聚合物状态与温度的关系 1一非晶态聚合物的温度-形变曲线 2—结晶态聚合物的温度-形变曲线
热塑性聚合物状态与温度的关系 1 — 非晶态聚合物的温度- 形变曲线 2 — 结晶态聚合物的温度- 形变曲线
3、常用热固性树脂: (1)环氧树脂(EP): 种分子中含有两个或两个以上活性环氧 基团(CC-)的低聚物。 按化学结构分类如下: 缩水甘油醚EP 缩水甘油类 缩水甘油胺EP 缩水甘油酯EP 脂环族EP 脂肪族EP
3、常用热固性树脂： （1)环氧树脂 (EP): 一种分子中含有两个或两个以上活性环氧 基团 (—C—C—) 的低聚物 。 O 按化学结构分类如下： 缩水甘油醚 EP —缩水甘油类 缩水甘油胺 EP 缩水甘油酯 EP —脂环族EP —脂肪族EP
环氧树脂是线型结构,必须加入固化剂使它变为 不溶不熔的网状结构才有用途。常用的固化剂包括脂 肪族或芳香族胺类,有机多元酸或酸酐等。 按固化工艺可分为三大类: 1)含有活泼氢的化合物,它仍在固化时发生加成 聚合反应; 2)离子型引发剂,它可分阴离子和阳离子; 3)交联剂,它能与双酚A型环氧树脂的氢氧基进行 交联
环氧树脂是线型结构，必须加入固化剂使它变为 不溶不熔的网状结构才有用途。常用的固化剂包括脂 肪族或芳香族胺类，有机多元酸或酸酐等。 按固化工艺可分为三大类： 1）含有活泼氢的化合物，它仍在固化时发生加成 聚合反应； 2）离子型引发剂，它可分阴离子和阳离子； 3）交联剂，它能与双酚A型环氧树脂的氢氧基进行 交联
(2)双马来酰亚胺树脂(BMI) 双马树脂是马来酸酐与芬香族二胺反应生成 预聚体,再高温交联而成的一类热固性树脂。 交联后的双马树脂具有不熔、不溶的特点, 有高的交联度,固化后的密度在1.35~1.4g/cm3 之间,玻璃化温度(Tg)在250~300之 间,使用温度为150~200°C
（2) 双马来酰亚胺树脂（BMI） 双马树脂是马来酸酐与芬香族二胺反应生成 预聚体，再高温交联而成的一类热固性树脂。 交联后的双马树脂具有不熔、不溶的特点， 有高的交联度，固化后的密度在1.351.4 g/cm3 之间，玻璃化温度（Tg）在 250 300 C 之 间，使用温度为150 200 C
热固性树脂的力学性能表 基体树胆聚脂树脂环氧树脂酚醛树脂双马树脂聚酰亚胺 工艺性 好 好 比较好 比较好~差 力学性能!比较好 优秀 比较好 好好 好 耐热性 80℃C120~180°|~180℃ 230°C260~316 价 格性 中 高 差~好 比较好 比较好 成型收缩率 低差中 小 低差大 主要用皲璃「使用范開最多用玻纤增具有良好的具有最好的 纤维增强,「广,性膨最强,发烟率性能,中等耐熱性,用 用于绝大部好,用于主低,用于烧使用温度,于耐高温结 分GRP制品引承力结构或蚀材料,飞部分代替环构,如卫星 应用范围一般要求的耐腐蚀性制机内部装饰氧,用于飞空间飞行器 结构,如汽品等,如飞电工材料等机结构材料构件 车、船舶、|机、宇航等 化工、电器 电子等
热固性树脂的力学性能表
2、热塑性树脂: 1)聚醚醚酮(PEK) PEEK是一种半结晶型热塑性树脂,其玻璃化转变 温度为143°C,熔点为334°C,结晶度一般在20-40%, 最大结晶度为48%。 PEEK在空气中的热分解温度为650°C,加工温度在 370~420°C,室温弹性模量与环氧树脂相当,强度优于 环氧,断裂韧性极高,具有优秀的阻燃性。 PEEK基复合材料可在250C的温度下长期使用
2、 热塑性树脂： 1）聚醚醚酮（PEEK） PEEK是一种半结晶型热塑性树脂，其玻璃化转变 温度为143C ，熔点为334C，结晶度一般在20-40%， 最大结晶度为48 % 。 PEEK在空气中的热分解温度为650C，加工温度在 370420C，室温弹性模量与环氧树脂相当，强度优于 环氧，断裂韧性极高，具有优秀的阻燃性。 PEEK基复合材料可在250 C的温度下长期使用