1復合材料的基體

復合材料的基體是復合材料的連續相，起到將增強體黏結成整體，并賦予復合材料一定形狀、傳遞外界作用力、保護增強體免受外界環境侵蝕的作用。復合材料的基體主要有以下幾種：金屬材料陶瓷材料聚合物材料2一、金屬材料

基體材料是金屬基復合材料中增強體的載體，占有很大的體積比列，基體材料的力學物理性能將直接影響復合材料的性能。金屬材料分為結構金屬材料和功能用金屬基復合材料。31與傳統金屬材料相比，金屬基復合材料具有較高的比強度、比剛度和耐磨性2與樹脂基復合材料相比，金屬基復合材料具有優良的導電、導熱性，高溫性能好，可焊接3

與陶瓷材料相比，金屬基復合材料具有高韌性和高沖擊性能、熱膨脹系數小等優點金屬復合材料的優點4結構復合材料的基體結構復合材料的基體大致可分為輕金屬基體和耐熱合金基體兩大類。（1）用于450℃以下的輕金屬基體——鋁、鎂合金（2）用于450～700℃的復合材料的金屬基體——鈦合金（3）用于1000℃以上的高溫復合材料的金屬基體——鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物5

功能用金屬基復合材料的基體6選擇基體材料是要考慮復合材料的類型。比如連續增強纖維增強金屬基體要求與纖維有良好的相容性與塑性，而不要求基體有很強的強度，而非連續增強金屬基復合材料要求金屬基體強度很高。金屬與合金品種繁多，目前用作金屬基復合材料的金屬有：鋁及鋁合金，鎂合金，鈦合金，鎳合金，銅與銅合金，鋅合金，鉛、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物等。7二、陶瓷基體材料傳統陶瓷是指陶器和瓷器，主要由含二氧化硅的天然硅酸鹽礦物質制成。包括玻璃、水泥、搪瓷等現代陶瓷：高純度、高性能的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等。如氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等。8

由于單一的陶瓷存在脆性大，韌性差，很容易因存在的裂紋、空隙、雜質等缺陷而破碎。因此在陶瓷基體中添加其他成分，如陶瓷粒子，纖維或晶須，可提高陶瓷的韌性。作為基體材料使用的陶瓷，應具有：優良的耐高溫性質、與纖維或晶須之間有良好的界面相容性以及較好的工藝性能等。常見的陶瓷基體有：微晶玻璃、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等91、微晶玻璃微晶玻璃是通過加入晶核劑等方法，經過熱處理過程在玻璃中形成晶核，再使晶核長大而形成的玻璃與晶體共存的均勻多晶材料，又稱為玻璃陶瓷。微晶玻璃具有熱膨脹系數小、導熱系數較大等特點，同時還具有一定的機械強度。典型代表：Li2O-Al2O3-SiO210應用較多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2，莫來石（3Al2O3-2SiO2）等。具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等性能，但脆性大。主要的增強物為：陶瓷顆粒或晶須。2、氧化物陶瓷113、非氧化物陶瓷12一、基體材料的組分及作用聚合物基體：基體材料主要成分，決定復合材料的性能、成型工藝及價格。要求：具有較高的力學性能、介電性能、耐熱性能和耐老化性能，并且要施工簡單，有良好的工藝性能。

三、聚合物基體材料132、輔助劑：（1）交聯劑（引發劑、促進劑）

交聯劑：能在線型分子間起架橋作用從而使多個線型分子相互鍵合交聯成網絡結構的物質。促進或調節聚合物分子鏈間共價鍵或離子鍵形成的物質。也稱為固化劑。

引發劑：指一類容易受熱分解成自由基的化合物，可用于引發烯類、雙烯類單體的自由基聚合和共聚合反應，也可用于不飽和聚酯的交聯固化和高分子交聯反應。

促進劑：與催化劑或交聯劑并用時，可以提高反應速率的一種用量較少的物質。14（2）稀釋劑：降低聚合物基體粘度，便于施工。非活性稀釋劑：不參與樹脂固化反應，樹脂成型中揮發，加入量為10~60%。如：丙酮、乙醇、甲苯、苯活性稀釋劑：不與樹脂固化反應，成為材料成分，加入量為10%。如：苯乙烯（不飽和）、環氧丙烷丁基醚15（3）增韌（增塑）劑（4）觸變劑提高樹脂在靜止狀態下的粘度，在外力作用下，樹脂又變成流動性液體。適合于大型產品，尤其在垂直面上使用，加入量為1~3%。如：活性SiO2(白炭黑)、膨潤土、聚氯乙烯粉。16（5）填料降低成本，改善性能（降低收縮率，提高表面硬度和耐磨性能、導電、導熱等）。如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金屬粉。（6）顏料用量約0.5~5%要求：顏色鮮明，有耐熱性和耐光性；在樹脂中分散良好，不影響樹脂固化。一般選用無機顏料，有機顏料影響樹脂固化。173、基體的作用均衡載荷，傳遞載荷（將單根的纖維粘成整體）；保護纖維，防止纖維磨損；賦予復合材料各種特性（耐熱、耐腐蝕、阻燃、抗輻射）；決定復合材料生產工藝、成型方法。184、基體材料的選用原則①產品性能②工藝性能③成本及來源基體材料綜合決定19二、基體材料的結構和性能結構特點：（1）分子鏈很大（103~105個結構單元）：線形的，支鏈的，網狀的（2）鏈長有限的聚合物分子中含有官能團或端基（3）聚合物分子間的作用力：若分子鏈中化學鍵有一定的內旋轉自由度，則柔性大，反之，則呈剛性。20一、力學性能1.強度與模量主要因素是分子內和分子間的作用力?；w材料的破壞是主鏈上的化學鍵斷裂或是分子間相互作用力的破壞。纖維彈性模量低，纖維受拉時單獨受力，纖維單根或單束斷裂；纖維彈性模量高，纖維受拉時由于粘接力作用，纖維表面整體強度高。2.樹脂內聚強度固化程度提高，分子量增大，內聚強度升高；機械強度增加并達到穩定值；固化程度很高，則樹脂形變能力減低，呈現脆性三、聚合物基體的性能213.樹脂斷裂延伸率聚合物形變：普彈形變、高彈形變、粘流形變普彈形變：由聚合物分子的鍵長和鍵角改變引起，變形較小（1%）高彈形變：由大分子鏈的鏈段移動引起，是聚合物主要變形形式（Tg以上）強迫高彈形變（Tg以下）：在外力作用量夠大，時間是夠長條件下出現決定因素：大分子鏈的柔韌性、大分子鏈間的交聯密度224.樹脂體積收縮率：物理收縮、化學收縮固化收縮率：環氧樹脂1~2%；聚酯樹脂4~6%；酚醛樹脂8~10%影響因素：固化前樹脂系統（包括樹脂、固化劑等）的密度；基體固化后的網絡結構的緊密程度；固化過程中有無小分子釋放。降低收縮率方法：調節樹脂大分子鏈段充分伸直，固化前分子間填充密實，固化后有緊密的空間網絡。23

固化是指線型樹脂在固化劑存在下或加熱條件下，發生化學反應而轉變成不溶、不熔，具有體型結構的固態樹脂的全過程。凝膠：定型：熟化：

液態樹脂可溶線型小分子

固態樹脂不溶不熔體型結構大分子固化粘流態樹脂半固態凝膠失去流動性凝膠時間＜手糊時間凝膠硬度、形狀表觀上變硬，一定力學性能，經后處理，穩定物理化學性能固化階段24二、耐熱性能復合材料耐熱性：溫度升高，性能變化物理性能：模量、強度、變形化學性能：失重、分解、氧化樹脂耐熱性物理耐熱性：在一定溫度條件下，仍然保持其作為基體材料的強度化學耐熱性：樹脂發生熱老化時的溫度范圍聚合物受熱變化物理變化：變形、軟化、流動、熔融化學變化：分子鏈交聯、氧化、產生氣體等25提高樹脂耐熱性方法：增加高分子鏈剛性：引入共軛雙鍵、三鍵或環狀結構；進行結晶：-C-O-C-,-OH,-NH2等；進行交聯：交聯鍵增加，提高分子間作用力。26三、耐腐蝕性能樹脂的腐蝕物理作用：溶脹或溶解，導致結構破壞，性能下降影響因素：樹脂結構樹脂含量樹脂固化交聯密度化學作用：化學鍵破壞或新的化學鍵27四、介電性能樹脂分子由共價鍵組成，是一種優良的電絕緣材料.極性大的分子一般介電常數也大影響因素：樹脂大分子的極性：極性增加，電絕緣性下降；固化樹脂雜質含量及種類28熱固性樹脂基復合材料樹脂加熱后產生化學變化，逐漸硬化成型，再受熱也不軟化，也不能溶解。熱固性樹脂其分子結構為體型，它包括大部分的縮合樹脂，熱固性樹脂有酚醛、環氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹脂等。291.不飽和聚酯樹脂聚酯包括飽和聚酯和不飽和聚酯。飽和聚酯：沒有非芳族的不飽和鍵不飽和聚酯：含有非芳族的不飽和鍵，由不飽和二元羧酸或酸酐、飽和二元羧酸或酸酐與多元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的相對分子質量不高的線型高分子化合物。不飽和聚酯樹脂：在聚酯化縮聚反應結束后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱之為不飽和聚酯樹脂。不飽和聚酯樹脂主要應用于玻璃纖維復合材料。30主要特點：工藝性能好，粘度低可在室溫下成型；價格低廉；固化時體積收縮率大，成型時氣味和毒性較大；耐熱性、強度和模量較低，易變形312.環氧樹脂

環氧樹脂（EpoxyResin）：指分子結構中含有2個或2個以上環氧基并在適當的化學試劑存在下能形成三維網狀固化物的化合物的總稱，是一類重要的熱固性樹脂。環氧樹脂既包括環氧基的低聚物，也包括含環氧基的低分子化合物。環氧樹脂作為膠粘劑、涂料和復合材料等的樹脂基體，廣泛應用于水利、交通、機械、電子、家電、汽車及航空航天等領域。3233

(5)工藝性好。環氧樹脂固化時基本上不產生低分子揮發物，所以可低壓成型或接觸壓成型。能與各種固化劑配合制造無溶劑、高固體、粉末涂料及水性涂料等環保型涂料。

(6)穩定性好，抗化學藥品性優良。不含堿、鹽等雜質的環氧樹脂不易變質。只要貯存得當(密封、不受潮、不遇高溫)，其貯存期為1年。超期后若檢驗合格仍可使用。環氧固化物具有優良的化學穩定性。其耐堿、酸、鹽等多種介質腐蝕的性能優于不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂。因此環氧樹脂大量用作防腐蝕底漆，又因環氧樹脂固化物呈三維網狀結構，又能耐油類等的浸漬，大量應用于油槽、油輪、飛機的整體油箱內壁襯里等。

(7)環氧固化物的耐熱性一般為80～100℃。環氧樹脂的耐熱品種可達200℃或更高。34

環氧樹脂也存在一些缺點，比如耐候性差，環氧樹脂中一般含有芳香醚鍵，固化物經日光照射后易降解斷鏈，所以通常的雙酚A型環氧樹脂固化物在戶外日曬，易失去光澤，逐漸粉化，因此不宜用作戶外的面漆。另外，環氧樹脂低溫固化性能差，一般需在10℃以上固化，在10℃以下則固化緩慢，對于大型物體如船舶、橋梁、港灣、油槽等寒季施工十分不便。

35環氧樹脂的命名方法1.代號與型號主要有E、F、R（二氧化雙環戊二烯環氧）等。型號“E-51”表征的意義。2.主要指標環氧值或環氧當量。環氧值：100g環氧樹脂中含有環氧基團的物質的量（或克當量數）。環氧當量：含有1克當量環氧基的環氧樹脂的克數。環氧值×環氧當量＝100

表征意義：反應活性，相對分子量的大小363.1.4二酚基丙烷型環氧樹脂

1、主要原料（1）二酚基丙烷-雙酚A

（2）環氧氯丙烷：非常活潑，可與多種試劑進行反應。37381.縮水甘油醚類

2.縮水甘油酯類

3.縮水甘油胺類4.脂肪族環氧5.脂環族環氧39雙酚A型環氧樹脂，目前應用最廣，其分子中的雙酚A骨架提供強韌性和耐熱性，亞甲基鏈賦予柔軟性，醚鍵賦予耐化學藥品性，羥基賦予反應性和粘接性。雙酚F型環氧樹脂與雙酚A型環氧樹脂性質相似，只不過其黏度比雙酚A型環氧樹脂低得多，適合作無溶劑涂料。雙酚S型環氧樹脂也與雙酚型A型環氧樹脂相似，其黏度比雙酚A型環氧樹脂略高，其最大的特點是固化物具有比雙酚A型環氧樹脂固化物更高的熱變型溫度和更好的耐熱性能。氫化雙酚A型環氧樹脂的特點是樹脂的黏度非常低，但凝膠時間比雙酚A型環氧樹脂凝膠時間長兩倍多，其固化物的最大特點是耐候性好，可用于耐候性的防腐蝕涂料。40酚醛環氧樹脂主要包括苯酚線性酚醛環氧樹脂和鄰甲酚線性酚醛環氧樹脂，其特點是每分子的環氧官能度大于2，可使涂料的交聯密度大，固化物耐化學藥品性、耐腐蝕性以及耐熱性比雙酚A型環氧樹脂好，但漆膜較脆，附著力稍低，且