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1、聚合物基复合材料考试复习资料常州大学高分子专业 纯属个人总结，稍后有小字版本可直接考试小抄奥 最近几日每日更新，欢迎下载使用第一章 绪 论1定义：复合材料是指将两种或两种以上的不同材料,用适当的方法复合成的一种新材料,其性能比单一材料性能优越。因此复合材料必须通过对原材料的选择，各组分分布的设计和工艺条件的保证等，以使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。2命名 基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。 例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为
2、“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳碳复合材料”。3结构复合材料主要用于制造受力构件；结构复合材料主要是作为承力结构使用的复合材料，它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。功能复合材料指具备各种特殊物理与化学性能的材料。例如：声、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能等。4复合材料的特性聚合物基复合材料是复合材料中发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。比强
3、度、比模量（刚度）高o 比强度是材料强度与密度之比值即： 比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）质量相等的前提下，衡量材料承载能力； o 比模量是材料模量与密度之比值即： 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。质量相等的前提下，刚度特性指标耐疲劳性能好，破损安全性能高疲劳破坏的种类不同： 金属 突发性破坏 疲劳强度极限是其拉伸强度的30%50%碳纤维/聚酯复合材料 有预兆破坏 疲劳强度极限是其拉伸强度的70%80%原因： 复合材料的破坏经历基体开裂、界面脱粘、纤维拔出，断裂等一系列损伤的发展过程。 基体中有大量独立的纤维，当少数纤维发生断裂时，其失去部分载荷又会通过基体传
4、递而迅速分散到其他完好的纤维上去，复合材料在短期内不会因此而丧失承载能力。 故复合材料疲劳破坏前有预兆，疲劳极限比较高。阻尼减振性好的原因： 复合材料的比模量高，所以它的自振频率很高，不容易发生共振而快速脆断； 受力结构的自振频率有关因素： 结构形状 比模量的平方根 复合材料中的基体界面具有吸震能力，使材料的振动阻尼很高，一旦振起来，在较短的时间内也可以停下来。复合材料的三种基本物理相：基体相：连续的物理相可以是一个、两个或两个以上，这种连续的物理相在复合材料中又称作基体相； 增强相：不连续的物理相分散于连续的物理相中，所以也称为分散相，又因为它们多数能对基体材料起一定的增强作用，所以又成为增
5、强相。界面相：增强相和基体相之间有一交界面称为复合材料界面，称为界面相。3聚合物基复合材料存在的缺点：材料工艺的稳定性差材料性能的分散性差长期耐高温与环境老化性能不好抗冲击性能低横向强度和层间剪切强度不够好4具有多种功能性（1）瞬时耐高温性、耐烧蚀性好；（2）优异的电绝缘性能和高频介电性能； （3）良好的摩擦性能；优良的耐腐蚀性；有特殊的光学、电学、磁学性能。第二章 增强材料2.2玻璃纤维2.21分类(1)根据化学组成(含碱量)分为：1%以下的无碱纤维,2%-6%的低碱纤维,10%-16%的有碱纤维。(2)根据外观形状分为：长纤维、短纤维、空心纤维、卷曲纤维。(3)根据纤维特性分为：高强度及高
6、模量纤维、耐高温纤维、耐碱纤维、普通纤维。2.3芳纶纤维2.4碳纤维界面1.1定义：复合材料的界面：指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。1.2作用：载荷传递作用1.3界面的机能归纳为以下几种效应:1)传递效应：将外力传递给增强物，起到桥梁作用。2)阻断效应：阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中 3)不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性的现象4)散射和吸收效应：光波、声波等在界面产生散射和吸收 5)诱导效应：增强物的表面结构使聚合物基体与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等
7、。1.4界面构成：复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域，界面区是从与增强剂内部性质不同的某一点开始，直到与树脂基体内整体性质相一致的点间的区域。复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有如下特点：(1) 具有一定的厚度；(2) 性能在厚度方向上有一定的梯度变化；(3) 随环境条件变化而改变。2界面形成两个阶段：基体与增强材料的接触与浸润过程；基体与增强材料通过相互作用使界面固定阶段界面层的结构包括：界面的结合力、界面区域的厚度和界面的微观结构通常对纤维进行表面处理以增强界面结合力3润湿与接触角3.1润湿：原来的固-气界面被新的固-液界面置换的
8、过程。固体表面的润湿程度可以由液体分子对其表面的作用力大小来表征。3.2接触角()：当一液滴在固体表面上不完全展开时，在气、液、固三相会合点，液-固界面的水平线与气-液界面切线之间通过液体内部的夹角，称为接触角。 3.3A. 界面浸润理论浸润角的概论:完全浸润将使基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度。良好的浸润性，只是两个组元间可达到良好粘结的必要条件，并非充分条件。B. 化学键理论偶联剂作用机理：强调增加界面的化学作用是改进复合材料性能的关键硅烷偶联剂具有两种性质不同的官能团，一端为亲玻璃纤维的官能团(X)，一端为亲树脂的官能团(R)，将玻璃纤维与树脂粘结起来，在界面上形成共价键结合
9、3.4有机硅烷类偶联剂有机硅烷是一类品种很多，效果也很显著的表面处理剂，其一般结构通式为：RnSiX4-n(R为有机基团，是可与合成树脂作用形成化学键的活性基团,如不饱和双键、环氧基、氨基等；X为易水解的基团，如甲氧基、乙氧基等。n1，2，3 绝大多数n1。)X基团与玻璃纤维表面的作用机理： 硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历四个阶段： 开始时在偶联剂Si上的三个不稳定的x基团发生水解； 随后缩合成低聚体； 这些低聚体与基质表面上的-OH形成氢键; 最后在干燥或固化过程中与基质表面形成共价键并伴随着少量的水。 3.5偶联剂的品种及其应用范围3.5.1、KH-570: 不饱和聚配树脂化学名称：-（甲
10、基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷 分子式：CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3国外对应牌号：A-174（美国联合碳化物公司） KBM-503（日本信越化学工业株式会社）SH-6030（美国道康宁化学公司）3.5.2、A-151、A-172: 1，2聚丁二烯树脂，丁苯树脂A-151化学名称：乙烯基三乙氧基硅烷，分子式：CH2=CHSi(OC2H5)3A-172化学名称：乙烯基三(2-甲氧基乙氧基) 硅烷，分子式：CH2=CHSi (OCH2CH2OCH3)3.5.3、KH-560: 环氧树脂化学名称：-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷分子式：国外对应牌号：A-187（美国联合碳化物公司） KBM-403（日本信越化学工业株式会社）SH-6040（美国道康宁化学公司）
