第五章复合材料基体(Matrix)材料 一、聚合物及其分类
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(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)。

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。


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。 [-page-]
(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℃ 之间,使用温度为150-200 ℃。

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143℃ ,熔点为334℃,结晶度一般在20-40%,大结晶度为48 % 。PEEK在空气中的热分解温度为650℃,加工温度在370-420℃,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℃的温度下长期使用。
2)聚苯硫醚(PPS)
结晶型聚合物,耐化学腐蚀性极好,在室温不溶任何溶剂,可长期耐热至 240℃。
3)聚醚砜(PES)
非晶聚合物,玻璃化转变温度为225℃,可在180℃下长期使用;有突出的耐蠕变性、尺寸稳定性;热膨胀系数与温度无关,无毒,不燃。
4)热塑性聚酰亚胺
聚醚酰胺(PEI):长期使用温度为 180℃ 。
酰胺酰亚胺(PAI):Tg 达280℃,长期使用温度为 240℃。
高聚物特征温度:玻璃化转变温度 Tg,
熔点Tm和粘流温度Tf
在Tg以下:为硬而脆或硬而韧的固体(玻璃态);在Tg附近:非晶高聚物转变成软而有弹性的橡胶态;半晶高聚物转变成软而韧的皮革态;热塑高聚物Tg 基本固定;热固高聚物Tg 随其交联度的增加而增加, 当交联度很高时,达到Tg后无明显的软化现象。Tm(结晶)、Tf(非晶):成为高粘度的流体。









































