聚合物基複合材料

2023-02-15 16:57:03 字數 5020 閱讀 3523

一、1、複合材料定義(iso、gb3961)及定義包含的內容

(iso):有兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。 國標gb3961:

兩個或兩個以上獨立的物理相,包括粘接材料(基體)和粒料纖維或片狀材料所組成的一種固體物。

定義包含的內容: (1) 複合材料的組分材料雖然保持其相對獨立性,但複合材料的效能卻不是各組分材料效能的簡單加和, 而是有著重要的改進。

(2)複合材料中通常有一相為連續相,稱為基體;另一相為分散相,稱為增強材料。

(3)分散相是以獨立的形態分布在整個連續相中,兩相之間存在著介面。分散相可以是增強纖維,也

可以是顆粒狀或瀰散的填料。

2 、有機纖維碳化法將有機纖維經過穩定化處理變成耐焰纖維;在惰性氣氛中,於高溫下進行焙燒碳化,使有機纖維失去部分碳和其它非碳原子,形成以碳為主要成分的纖維狀物。

3 、複合材料的分類

按增強材料形態分類: 連續纖維複合材料、短纖維複合材料、粒狀填料複合材料、編織複合材料

按增強纖維種類分類: 玻璃纖維複合材料、碳纖維複合材料、玄武岩纖維複合材料、有機纖維複合材料 、金屬纖維複合材料、陶瓷纖維複合材料

按基體材料分類:環氧樹脂基、酚醛樹脂基、聚氨酯基、聚醯亞胺基、不飽和聚酯基以及其他樹脂基複合材料

按材料作用分類: 結構複合材料、功能複合材料

4 、聚合物基複合材料的主要效能和目前存在的缺點:

主要效能: 1 輕質高強(比強度、比模量大) 2 可設計性好 3 具有多種功能性 4 過載安全性好 5 耐疲勞效能好 6 減振性好(非均相多相體系)

存在的缺點:(1)材料工藝的穩定性差 (2) 材料效能的分散性大:材料和產品是同時完成的,許多因素會影響到每一步的效能,質量不易控制 (3) 長期耐溫與耐環境老化效能不好 (4) 抗衝擊效能低:

大多數增強纖維拉伸時的斷裂應變很小,纖維增強複合材料是脆性材料,抗衝擊性低 (5) 橫向強度和層間剪下強度不好等

二、1、聚合物基複合材料的增強材料應具有的特徵:

(1)增強材料應具有能明顯提高樹脂基體某種所需特性的效能,如高的比強度、比模量、高導熱性、耐熱性、低熱膨脹性等,以賦予樹脂基體某種所需的特性和綜合性能。 (2)增強材料應具有良好的化學穩定性。在樹脂基複合材料製備和使用過程中其結構組織和效能不發生明顯的變化和退化。

(3)與樹脂有良好的浸潤性和適當的介面反應,使增強材料與樹脂基體有良好的介面結合。 (4)**低廉。

3 、關與玻璃結構的假說: 微晶結構假說、網路結構假說

2 、玻璃纖維的分類

以玻璃原料成分分類 :有鹼玻璃纖維、中鹼玻璃纖維、無鹼玻璃纖維、特種玻璃纖維

以單絲直徑分類 :粗纖維、初級纖維、中級纖維、高階纖維

以纖維外觀分類 :連續纖維(有捻粗砂、無捻粗紗)、短切纖維、空心玻璃纖維、玻璃粉、磨細纖維

以纖維特性分類 :高強度纖維(s玻纖)、低介纖維(d玻纖)、耐化學藥品纖維(c玻纖)

耐電腐蝕纖維(e-cr玻纖) 、耐鹼玻纖(ar玻纖)

4 、「微裂紋假說」的內容

微裂紋假說認為,玻璃的理論強度取決於分子或原子間的引力,其理論強度很高,可達到2000 ~ l 2000mpa。但通常情況下,玻璃或玻璃纖維的實測強度很低。這是因為,在它們當中,存在著數量不等,尺小不同的微裂紋,從而大大降低了其強度。

微裂紋分布在玻璃或玻璃纖維的整個體積內,但以表面的微裂紋危害最大。由於微裂紋的存在,使玻璃在外力作用下受力不均,在危害最大的微裂紋處,產生應力集中,從而使強度下降。

5 、碳纖維的製造方法: 氣相法、有機纖維碳化法

四、1、不飽和聚酯樹脂的效能

(1)良好的加工特性,可以在室溫下固化,常壓下成型,不釋放出任何小分子副產物;

(2)樹脂粘度適中,可以採用多種加工成型方式(手糊、噴射、拉擠、注塑、纏繞等),工藝裝置簡單,工業上稱之為接觸成型或低壓成型熱固性樹脂;

(3)固化時體積收縮率大,耐熱性差,固化後的樹脂綜合性能較好,但力學效能不如酚醛樹脂或環氧樹脂。 (4)**比環氧樹脂低的多,只比酚醛樹脂略貴一些。

2 、不飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯、聚酯的定義

不飽和聚酯樹脂 :是指分子鏈上具有不飽和鍵(如雙鍵)的聚酯高分子。更準確的定義:不飽和聚酯在乙烯基類交聯單體(eg.苯乙烯)中形成的液體樹脂。

不飽和聚酯 :由不飽和二元酸(或酸酐)、飽和二元酸(或酸酐)與二元醇(或多元醇)縮聚而成的具有酯基和雙鍵的線性高分子化合物。

聚酯: 由二元酸(或酸酐)或多元酸與二元醇或多元醇縮合而成的主鏈上含有酯鍵的高分子化合物。

3 、不飽和聚酯樹脂的合成方法

熔融縮聚法、 溶劑共沸脫水法 、 環氧化合物法 。 工業上則分為一步法和兩步法

4 、合成通用不飽和聚酯的原料?採用的理由?飽和二元酸、苯酐: ①調節不飽和聚酯中雙鍵的密度,增加樹脂的韌性

②降低不飽和聚酯的結晶性 ③改善在乙烯基類交聯單體(苯乙烯)的溶解性。

不飽和二元酸、順酐: ①順酐熔點低,消耗能量少 ②反應速度快、**低廉

③反應時縮水量少(較順酸或反酸少1/2的縮聚水),可提高分子量

④縮聚過程順式雙鍵要逐漸轉化為反式雙鍵(不完全);樹脂固化過程,反式雙鍵較順式雙鍵活潑,有利於提高固化反應的程度。

二元醇、1.2-丙二醇 :(1)分子結構中有不對稱的甲基,制得的聚酯結晶傾向較少

(2)、與交聯劑有良好的相容性 (3)樹脂固化後具有良好的物理和化學效能。

5 不飽和聚酯樹脂的固化的定義

樹脂的固化:不飽和聚酯樹脂從粘流態樹脂體系發生交聯反應到轉變成為不溶不熔的具有體型網路結構的固態樹脂的全過程。

6 、交聯劑的選擇條件?苯乙烯作為最常用的交聯單體的特點

交聯劑的選擇條件: (1)能溶解和稀釋不飽和聚酯,並參加共聚反應,生成網狀交聯產物;

(2)能以一定速度與聚酯共聚 (3)對固化後的不飽和聚酯的效能有改進;

(4)揮發性低,低毒或無毒 (5)**豐富,製備容易、**低。

特點:低粘度液體,與不飽和聚酯樹脂具有良好的混溶性,能很好的溶解引發劑及促進劑;雙鍵的活性大,易與聚酯中的不飽和雙鍵發生共聚,生成均聚物;苯乙烯沸點低,易於揮發,有毒性,對人體有害。

五、 1、環氧樹脂的定義

環氧樹脂是指分子結構中含有2個或2個以上環氧基團的一類有機高分子化合物。

2 、環氧樹脂的特性指標

環氧當量(或環氧值)是環氧樹脂最重要的特性指標,表徵樹脂分子中環氧基的含量。

環氧當量是指含有1mol環氧基的環氧樹脂的質量克數,以eew表示

3 、工業上環氧樹脂的使用情況

工業上使用最大的是縮水甘油醚型環氧樹脂,其中以雙酚a型環氧樹脂為主。

4 、雙酚a型環氧樹脂的效能?

(1)粘接強度高,粘接面廣。可粘接除聚烯烴外的幾乎所有材料;

(2)固化收縮率低,小於2%,是熱固性樹脂中收縮率最小的一種;

(3)穩定性好,未加入固化劑時可放至一年以上不變質;

(4)耐化學藥品性好,耐酸、鹼和多種化學品;

(5)機械強度高可作為結構材料用;

電絕緣性優良,效能普遍超過聚酯樹脂

六、1、酚醛樹脂的效能:

(1)合成原料**便宜、生產工藝簡單而成熟,製造及加工裝置投資少,成型加工容易;

( 2)抗衝擊強度小,樹脂既可混入無機或有機填料做成模塑料來提高強度,也可以浸漬織物製備層壓製品,還可以發泡;

(3)製品尺寸穩定(成品);

(4)耐熱、阻燃,可自滅,燃燒時發煙量較小且煙中不含有毒物質,電絕緣性好,在電弧作用下會生成碳,耐電弧性不佳;

(5)化學穩定性好,耐酸性強,由於含有酚羥基,因此不耐鹼;

(6 )長期置於高溫空氣中會變成紅褐色,著色劑使用受限。

2 、熱塑性酚醛樹脂的定義及合成條件

定義:它是線性樹脂,進一步反應不會形成三向網路結構的樹脂,加入固化劑後才能進一步反應形成具有三向網路結構的固化樹脂。

合成條件:熱塑性酚醛樹脂的縮聚反應一般是在強酸性催化劑存在下ph<3時,甲醛和苯酚的摩爾比小於1(如0.80~0.

86)時,合成的一種熱塑性線型樹脂。它是可溶、可熔性的分子內不含羥甲基的酚醛樹脂。

3 、熱固性酚醛樹脂的定義及合成條件

定義: 它是一種含有可進一步反應的羥甲基活性基團的樹脂,合成反應不加控制,則會是提醒縮聚反應一直進行至形成不溶不熔的具有三向網路結構的固化樹脂。

合成條件:熱固性酚醛樹脂的縮聚反應一般是在鹼性催化劑存在下進行的,常用催化劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鋇等。苯酚和甲醛的摩爾比一般控制在1.1~1.5之間。

十一、1手糊成型的定義及其優缺點

手糊成型:又稱接觸成型,採用手工方法將纖維增強材料和樹脂膠液在模具上鋪敷成型、室溫(或加熱)、無壓(或低壓)條件下固化,脫模成製品的工藝方法。

優點:①不受產品尺寸和形狀限制,適宜尺寸大,批量小,形狀複雜產品的生產。

②裝置簡單,投資少,裝置折舊費低。 ③工藝簡單。 ④容易滿足產品設計要求。

⑤製品樹脂含量較高,耐腐蝕性好。

缺點:①生產周期長,效率低,勞動強度大,衛生條件差。

②產品質量不易控制,效能穩定性不高。 ③產品力學效能較低。

2 、聚合物基複合材料製造過程

原輔材料的準備階段,成型階段,製件的後處理和機械加工等

3 、smc組成和特點

組成:不飽和聚酯樹脂、增稠劑、引發劑、交聯劑、低收縮新增劑、填料、內脫模劑、著色劑等混合物浸漬短切玻纖粗紗或玻纖氈,兩表面加上保護膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片狀模壓成型材料。

特點; 1) 製品的重現性好, smc的製造不易受操作者和外界條件的影響

2) 加工製品操作處理方便,不粘手 3) 作業環境清潔,大大改善了勞衛環境

4) 片材質量均勻,適宜壓制截面變化不大的大型薄壁製品

5) 樹脂和玻璃纖維可以流動,可成型帶肋條和凸部的製品

6) 成型的製品表面光潔度高 7) 生產效率高、成型周期短、成本低

4 、纏繞成型定義

將浸過樹脂膠液的連續纖維或布帶,按照一定規律纏繞到芯模上,然後固化脫模成為複合材料製品的工藝過程。

5 、纏繞規律

所謂纏繞規律是描述紗片均勻、穩定、連續、排布在芯模表面,以及芯模與導絲頭間運動關係的規律。

6 、噴射成型的表述

將分別混有促進劑和引發劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側(或在噴槍內混合)噴出,同時將玻璃纖維無鹼粗紗用切割機切斷並由噴槍中心噴出,與樹脂一起均勻沉澱到模具上。待沉積到一定厚度,用手輥液壓,使纖維浸透樹脂、壓實並除去氣泡,最後固化成製品。

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