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材料使用環境的溫度一般是變化著的，復合材料也不例外，環境溫度的變化將以一定方式在某種程度上改變材料的結構與性能。在宇航技術中，環境溫度的變化范圍甚至可以從接近零攝氏度到上萬攝氏度，作為結構材料使用的復合材料能否適應其工作環境的變化，主要取決于其耐熱性能。

第10章聚合物基復合材料的其他性能1材料使用環境的溫度一般是變化著的，復合材223

為了使復合材料滿足使用性能，在對其進行其他方面的性能設計時，必須同時對其進行有效的熱設計，而熱設計的依據是復合材料的熱性能。

復合材料的熱傳導性能和熱容量將決定其與外界的熱能交換和自身溫度變化；其熱膨脹性能決定了其結構尺寸穩定性，直接影響應力分布狀態和抗熱震性能；其在溫度升高時的轉變和熱分解決定了其作為承力結構的使用溫度上限。3為了使復合材料滿足使用性能，在對其進行其他方410．1熱物理性能10．1．1熱傳導

1)熱傳導的基本概念熱從物體的一部分傳到另一部分．或者從一物體傳到另一與之相接觸的物體，稱為熱傳導。聚合物材料在許多應用方面都涉及熱傳導問題。某些情況下，熱傳導是一種伴隨發生的效應，汽車輪胎由于黏彈性損耗而發熱就牽涉到熱傳導問題。由于聚合物存在眾多的運動單元(側基、支鏈、鏈節、鏈段、大分子鏈)，其內部的熱流動比金屬及玻璃、陶瓷等都要復雜得多。410．1熱物理性能5影響復合材料熱傳導的影響因素影響復合材料熱性能的因素主要是組分材料的相應性能及相關性能和組分材料間的復合狀態，另外還需考慮使用條件的影響。（1）組分材料①組分材料的種類②組分材料的含量5影響復合材料熱傳導的影響因素6(2)復合狀態因素。

①分散相組分的連續性。分散相是顆粒導熱性能各向同性分散相連續的導熱性能各向異性單向連續碳纖維增強復合材料，其纖維方向的導熱系數比垂直纖維方向的導熱系數大10倍以上，且隨著纖維含量的增加，這種差別越來越大。另外，就纖維方向的導熱系數而言，纖維連續時比不連續時導熱性能也提高了1．5倍。6(2)復合狀態因素。7②分散相組分的取向。取向導熱性能各向異性分散相組分的取向程度越大，則復合材料的導熱性能各向異性越明顯；分散相組分與基體材料間導熱性能差異越大，分散相的取向所帶來的復合材料導熱性能各向異性愈明顯；最后，不管分散相組分的導熱性能比基體材料好還是差，復合材料的導熱性能總是縱向的比橫向的好。7②分散相組分的取向。8(3)使用條件。復合材料的導熱系數與溫度有關，影響的程度隨纖維含量的改變而改變。8(3)使用條件。復合材料的導熱系數與溫度有關，影響的程度隨910.1.2比熱容1)基本概念作為物質的基本熱性能，比熱容是評價、計算和設計熱系統的主要參數之一。物質的比熱容，定義為單位質量的物質升溫1℃所需的熱量。復合材料的使用范圍極其寬廣，不同的使用場合，對比熱容有不同的要求。例如，對于短時間使用的高溫防熱復合材料，希望具有較高的比熱，以期在使用過程中吸收更多的熱量；對于熱敏功能復合材料卻希望其具有效小的比熱容，以便具有更高的熱敏感度。910.1.2比熱容1010.1.3熱膨脹系數

1）基本概念溫度變化時，材料的尺寸和體積都會發生變化，通常以熱膨脹系數表示材料的膨脹程度。熱膨脹系數不僅是材料的重要使用性能，而且是進行結構設計的關鍵參數，同時還與材料抗熱震能力、受熱后的熱應力分布和大小密切相關。1010.1.3熱膨脹系數11復合材料熱膨脹系數的影響因素：組分材料：復合的含量和模量共同影響復合材料的熱膨脹系數，熱膨脹系數高的組分材料對復合材料相應參數的影響占主要地位。復合狀態：增強（填充）材料在基體中的分布連續與否及其排布方式對復合材料的熱膨脹系數有重大影響。如果填料不連續，且無規分布，則復合材料熱膨脹系數是各項同性的；如果填料是連續的或按一定方向排布的，則復合材料的熱膨脹系數是各向異性的，對于單向聯系纖維復合材料，橫向熱膨脹系數大于縱向熱膨脹系數。使用條件：溫度與復合材料的熱膨脹系數有關系。在一定的溫度范圍內，復合材料的相對伸長量與溫度答題保持直線關系。另外，熱循環會導致復合材料界面產生微裂紋，基體可能會進一步固化，線膨脹系數和模量都將發生改變，從而影響復合材料的熱膨脹系數。11復合材料熱膨脹系數的影響因素：1210．2復合材料的耐熱性能及其應用10．2．1定義高分子聚合物在受熱過程中會發生一系列的物理變化和化學變化，物理變化包括受熱軟化或熔融，化學變化則包括熱作用下的氧化、降解、交聯、水解以及熱分解等，所有這些變化都會導致高分子聚合物的物理機械性能變壞，以致喪失實用性。1210．2復合材料的耐熱性能及其應用10．2．1定13131410．2．2耐熱性的評定指標從表觀上看，一旦聚合物材料受熱后發生軟化、熔融或熱分解，即認為它喪失了實用性。Tg、Tf、Td等。1410．2．2耐熱性的評定指標1510.4.1高聚物耐磨性能特點優點：自潤滑、耐腐蝕、吸收顆粒、抗震消聲缺點：抗壓強度低，壓縮變形量大等10.4.2高聚物材料的摩擦特性1510.4.1高聚物耐磨性能特點10.4.2高聚物材料的摩162）摩擦系數特征：（1）與負荷有關；（2）與滑動速率有關；（3）與溫度有關；（4）與表面光潔度有關；（5）與浸潤性能和材料表面張力有關162）摩擦系數1710.4.3高分子材料的磨耗磨耗：指在摩擦過程中材料的微粒不斷地從被摩擦表面分離的現象，是引起摩擦件尺寸不斷改變的機械破壞過程。故也稱為磨蝕或磨損。磨耗量：表示磨耗的程度；是用試件在規定試驗條件（負荷、速率、溫度、濕度等）下，經過一定時間或一定距離摩擦后，試件被磨去的量（質量、體積等）來表示。1710.4.3高分子材料的磨耗磨耗：指在摩擦過程中材料的微10.3耐化學腐蝕性對于聚合物級復合材料，對耐腐蝕性起決定作用的是復合材料基體的性質。腐蝕的程度取決于：1）材料的自身性質2）環境條件（溫度、壓力、所接觸的截至的性質和狀態）；3）在某種環境下所處的時間1810.3耐化學腐蝕性對于聚合物級復合材料，對耐腐蝕性起決定高分子材料腐蝕的主要形式：1）化學裂解：在活性介質作用下，滲人高分子材料內部的介質分子可能與大分子發生化學反應，如氧化、水解能，是大分子主價鍵法神破壞、裂解。2）溶脹和溶解。溶劑分子深入材料內部破壞大分子間的次價鍵，與大分子發生溶劑化作用。體形高聚物會溶脹、軟化，是強度顯著降低；線形高聚物可由溶脹而進一步溶解3）應力開裂。在應力（外加的或內部的殘余應力）與某些介質（如表面活性物質）共同作用下，不少高分子材料會出現裂縫，直至發送脆性斷裂。4）滲透破壞。對于襯里設備來說，即使深入介質不會使襯里層產生上述的破壞作用，但一旦介質通過襯里層接觸到基體，就會引起材料的腐蝕，使設備損壞。1910.3耐化學腐蝕性高分子材料腐蝕的主要形式：1910.3耐化學腐蝕性耐水性復合材料吸水后的影響：1）密度增大；2）吸濕發生體積膨脹，從而改變復合材料的內應力分布；3）使復合材料的機械性能變化（如彈性模量、強度降低、韌性增加）；4）電阻降低，熱導率增大，透明度降低（對于透光用的復合材料）介電性能降低；5）隨著時間的延長，復合材料發生化學降解；6）加速生物活動。2010.3耐化學腐蝕性耐水性2010.3耐化學腐蝕性耐水性為了改善復合材料的耐水性：1）選用吸水性小，水對其性能影響小的纖維做增強體，通過改性，使基體樹脂具有憎水性，如在樹脂大分子主鏈上引入疏水基團（苯環、長的碳鏈等）；2）選用適當的偶聯劑對纖維進行表面化學處理，以改善纖維的表面狀態和增加與基體的界面結合；3）改進工藝方法，如通過高溫固化是基體固化完全，加壓固化以減少復合材料中的缺陷（微裂紋與空隙）；4）避免纖維斷頭裸露與復合材料制件表面，如增大樹脂含量、在復合材料制件表面涂覆防水層等。2110.3耐化學腐蝕性耐水性2110.3耐化學腐蝕性復合材料的耐候性指復合材料處于戶外自然環境下，隨著時間延長而保持其原有性能的性質。造成復合材料老化的自然因素包括陽光、高能輻射、工業廢氣、鹽霧、微生物等，他們與復合材料發生物理、化學、生物和機械作用，造成復合材料的性能改變。改善復合材料耐候性的措施：表明涂漆膜；表面制膠衣層（富樹脂層）；表面粘貼能吸收紫外線的透明薄膜；增加表面樹脂含量，例如，使用表面氈，以減少氧氣和潮濕侵入的通道；改善基體的耐候性，例如對基體進行改性，選用能改善耐候性的助劑，在基體中添加紫外線吸收劑等。2210.3耐化學腐蝕性復合材料的耐候性2210.3耐化學腐蝕性耐介質腐蝕性主要指其受酸、堿、鹽以及有機溶劑等化學介質的作用而導致抵抗性能下降的能力。化學介質對高聚物的作用包括：1）介質向高聚物滲透，使高聚物溶脹；2）與高聚物發生化學反應，生成鹽類，水解，皂化，氧化，硝化和磺化引起高聚物的共價鍵破壞、裂解等。這些化學反應構成了高聚物的腐蝕并造成其性能變差。2310.3耐化學腐蝕性耐介質腐蝕性2310.3耐化學腐蝕性塑料在腐蝕破壞方面的規律：1）在聚合物大分子中，若存在酯鍵、酰胺鍵、某些無空間位阻的醚鍵和硅-氧鍵，則在酸、堿的作用下容易水解；2）當高分子材料的極性和環境介質相一致或接近是，則易受侵蝕，繁殖亦然。3）除了受酸、堿、鹽和水等電解質的侵蝕作用之外，受硝酸的硝化、濃硫酸的磺化以及它們的氧化作用是高分子材料的另一類重要的腐蝕破壞作用。2410.3耐化學腐蝕性塑料在腐蝕破壞方面的規律：2410.3耐化學腐蝕性2510.3耐化學腐蝕性2510.3耐化學腐蝕性2610.3耐化學腐蝕性2610.3耐化學腐蝕性27

高分子材料均為有機物，碳氫含量極高。在某些使用場合下，會因溫度的升高而降低和失去機械性能，其中的某些相還可能發生熔化、分解和燃燒，造成事故和損失。同時，高分子材料在300~700℃之間，大多會產生大量的濃煙，使人窒息和中毒，這是我們所不希望的，應盡量避免。10.5耐燃性27高分子材料均為有機物，碳氫含量極高。在某些使用28①燃燒產生的條件？②燃燒機理？讓它條件不滿足終止它的反應28①燃燒產生的條件？②燃燒機理？讓它條件不滿足終止它的反應29①燃燒產生的條件？A可燃性物質高聚物為什么能燃燒？B氧化劑可跟可燃物質發生氧化反應。空氣O2過氧化鈉濃H2SO4降低可燃物質稀釋氧化劑29①燃燒產生的條件？A可燃性物質高聚物為什么能燃燒？30放熱因素能量積累散熱因素散熱因素放熱因素><能量積累C熱源能不能放熱反應吸熱反應著火30放熱因素能量散熱因素散熱因素放熱因素><能量C熱源能31著火條件不著火著火臨界狀態31著火條件不著火著火臨界狀態32RH②燃燒機理？高溫R·H·+H·HO·O2O·++

羥基游離基和高分子化合物相遇時，生成碳氫化合物游離基和水，在氧存在的條件下，碳氫化合物游離基分解，又形成HO·，燃燒一直下去（連鎖反應）。辦法？？？32RH②燃燒機理？高溫R·H·+H·HO·O2O·++33

燃燒的產生有三個必要條件：燃燒性物質、氧化劑、熱源燃燒的發生和維持需要三要素同時滿足，能消除一個或一個以上要素的措施都可成為阻燃機理。10.5.2聚合物基復合材料的阻燃機理33燃燒的產生有三個必要條件：10.5.2聚合物基復合34阻燃機理：1）減少可燃性物質在聚合物基復合材料中加進某種物質，使其在燃燒時易于產生碳化層，從而抑制可燃性氣體產生，設法使聚合物在燃燒時產生不燃性的氣體，可以沖稀可燃性氣體，并在某種程度上隔離氧，起到抑制燃燒的作用。另外、在燃燒過程中，Ho﹒游離基起了很重要的作用，在材料中加入某種物質，燃燒時分解出能接收和捕捉Ho﹒的基團，可終止燃燒過程中的連鎖反應。34阻燃機理：352）隔絕熱源

大密度氣體和碳化層都可以有效地延緩表面燃燒產生的熱量向內層傳遞，而復合材料中阻燃劑的吸熱分解或者與燃燒產物間的吸熱反應，能更好池消除加熱內層材料的熱源，抑制燃燒的進一步蔓延。352）隔絕熱源36放熱因素能量能積累散熱因素散熱因素放熱因素><能量不能積累36放熱因素能量散熱因素散熱因素放熱因素><能量373）沖稀或隔離氧氣

想法使聚合物基復合材料燃燒時生成碳化層，一方面隔離氧氣與內層聚合物的接觸；另一方面可能有效地延緩熱量向內層的傳遞，起到阻燃的作用。燃燒過程中產生密度大的氣體可以覆蓋于材料表面，同樣起到沖稀或隔絕氧氣的作用。373）沖稀或隔離氧氣3810．5．3復合材料的阻燃機理

復合材料的阻燃性主要來自阻燃劑，用于復合材料的阻燃劑主要有鹵系、磷系、鹵磷系和無機水合物等。加入到復合材料中的方式有表面涂層、物理添加和化學反應等幾種，其中以后兩種方式較為有效和常用。3810．5．3復合材料的阻燃機理復合材料391)阻燃劑種類和相應的機理鹵系阻燃劑的阻燃機理：在燃燒過程個分解出鹵化氫，它們能優先與燃燒過程中的反應活化中心HO﹒作用，以活性低的產物X·和R·取代HO·，抑制燃燒反應。鹵化氫的另一個重要阻燃機理是其在燃燒過程中，使聚合物分子鹵化，并脫去鹵化氫，生成不飽和鍵，促使聚合物表面形成碳化物，抑制燃燒。391)阻燃劑種類和相應的機理40

磷系阻燃劑的阻燃機理是：磷或磷化物在受熱時生成磷酸，并進一步生成聚磷酸，而聚磷酸對聚合物有很強的脫水作用，使之生成碳化物，抑