《高分子复合材料》讲义

《《高分子复合材料》讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《高分子复合材料》讲义（54页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、高分子复合材料讲义16学时简介1. 课程性质：专业选修课。2. 课程目的及任务：本课程要求学生在学过高分子化学、高分子物理等课程的基础上，使学生通过对高分子复合材料的学习，了解高分子复合材料的基本概念及原理，高分子复合材料的主要组成、性能特点、应用、制造方法，以及发展中存在的问题和未来发展趋势，进一步了解高分子复合材料的研究方向，从而拓宽学生对高分子复合材料的认识。3. 教学重点：高分子复合材料的概念、组成和分类；复合材料的性能特点；复合材料的基体和增强材料；复合材料的主要成型工艺、复合材料界面及界面处理； 复合效应。第一章 绪论 （2学时）材料是人类生产和生活的物质基础，是人类进步的里程碑。

2、人类的文明史也就是材料的进步史。当前以信息、生命和材料三大学科为基础的世界规模的新技术革命正蜂拥兴起。材料科学的发展史与现状表明，人类在科学技术上的进步往往是与新材料的出现和应用分不开的。特别是近30年来，科学技术发展迅速，尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高、越来越严、越来越多的要求，如减轻重量、提高强度、降低成本等。在新材料的研究开发、应用和特种性能的充分发挥以及传统材料的改性等诸多方面，材料科学都肩负着重要的历史使命。随着现代科学技术的进步和现代工业的发展，不仅要求材料具有高强度、高模量，还要低密度、耐高低温、耐烧蚀、耐磨、导电、导磁等等特殊性能，在许多方面，传统的单一材料已不

3、能满足实际需要，而要合成出一种新材料来满足高要求的综合性能指标也是非常困难的，因此，人们把两种或两种以上的材料制成复合材料，以克服单一材料在使用上的性能弱点，改进原来单一材料的性能，并通过各组分的组成、结构、含量及不同方式的复合，可以出现原来单一材料所没有的新性能，达到材料的综合利用，提高使用与经济效益。复合材料（Composite materials或Composites）的出现与发展是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。人们对材料的研究正逐步摆脱单靠经验摸索的方法，而向着按预定性能设计材料的方向发展。复合材料综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点，按需要设

4、计、复合而成为综合性能优异的新型材料。可以预言，21世纪是复合材料的时代。1.1 复合材料的概念 广义复合材料的范围十分广泛，如木材是纤维素和木质素的复合物；合金可以看成不同金属的复合；钢筋混凝土是钢筋和水泥、砂石的人工复合材料；塑料、橡胶一般都含有各种填充剂，也是一种复合材料。广义来说，复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法，组合而成的具有复合效应的多相固体材料。复合效应是指复合产物的性能优于原组分的性能或具有新的性能特点。多相体系和复合效应是复合材料区别于其他材料的两个特点。根据国际标准化组织（International Organization for St

5、andardization，ISO）为复合材料所下的定义，复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料的结构中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着界面，分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散状的填料。复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。基体：构成复合材料连续相的单一材料，如玻璃钢中的树脂就是基体，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用。增强材料：复合材料中不构成连续相的材料，一般为分散相。如玻璃钢中的玻璃纤维就是增强材料，主要起承受应力和显

6、示功能的作用。这两相最终以固相材料出现，复合产物为固体材料才称得上复合材料，若复合产物为液体或气体时就不叫复合材料。复合材料可以是由一个连续物理相与一个分散相的复合，也可以是两个或多个连续相与一个或多个分散相的复合。复合材料的组分材料虽保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而有着重要改进。复合材料既能保持原组成材料的重要特性，又可通过复合效应使各组分的性能相互补充，获得原组分不具备的许多优良性能。复合材料的最大特点是复合后的材料特性优于组成该复合材料的单一材料之特性。复合材料具有如下特征：1、细观上是非均相材料，组分材料间有明显的界面；2、组分材料性能差异很大；3、组

7、成复合材料后性能有较大改进；4、组分材料有一定的体积分数（应大于10%）。决定复合材料性能的基本因素是：基体和增强材料的性能、组成、含量、基体材料与增强材料间的界面结合情况及其复合方式与工艺等。现代材料学界中，复合材料应不包括自然形成具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和多相合金。1.2 复合材料的命名 事物的发展先于其科学的命名，常先用一些通俗、形象的名称。如国内20世纪50年代出现的玻璃纤维复合材料，就被称为“玻璃钢”、玻璃纤维增强塑料（Glass fiber reinforced plastic GFRP）、玻璃塑料、玻璃布层压板等。对于一种材料，若其名称很多，互不统一，甚至有的

8、名称含义不确切，就容易造成混乱和错觉，不利与材料的应用和发展。 总结物质命名的原则，应该根据物质的组成、结构和特征的相互关系来确定名称，名称应在一定程度上反映事物的特征。a) 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。例如，玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料称为“玻璃纤维环氧树脂复合材料”。b) 为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称，中间加一斜线隔开，后面再加“复合材料”。如上述玻璃纤维和环氧树脂构成的复合材料，也可写做“玻璃环氧复合材料”。c) 有时为突出增强材料和基体材料，视强调的组分不同，也可简称为“玻璃

9、纤维复合材料”或“环氧树脂复合材料”。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”。1.3 复合材料的分类 随着材料品种不断增加，人们为了更好地研究和使用材料，需要对材料进行分类。材料的分类有很多种方法，如按材料的化学性质分类，可有金属材料、非金属材料之分；按材料的物理性质分类，可有绝缘材料、磁性材料、透光材料、半导体材料、导电材料、耐高温材料等；按用途分类，可有航空材料、耐烧蚀材料、电工材料、建筑材料、包装材料等；更简单的分类方法，即概括为结构材料与功能材料。复合材料的分类方法也有不少，如根据增强原理和增强相形态

10、分类，有弥散增强型复合材料、粒子增强型复合材料和纤维增强型复合材料；根据复合过程的性质分类，有化学复合的复合材料、物理复合的复合的复合材料和自然复合的复合的复合材料；根据复合材料的功能分类，有电功能复合材料、热功能复合材料、光功能复合材料等。复合材料常用的分类方法有以下几种：1.3.1 按增强材料的形态分类 纤维状复合材料（Fiber reinforced composite materials）即纤维复合材料（fiber composites）。增强材料以纤维状态分散于基体中，可以有长纤维（连续）复合及短（切断）纤维或晶须状复合的。 连续纤维复合材料：作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位

11、于复合材料的边界处； 短纤维复合材料：短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料； 粒状或碎片状复合材料。增强相是粒状、碎片状材料及其它不规则形状分散于基体中。 织物状复合材料。以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。增强相可以是无纬布或织物（二向）和多维织物。 无纺织物复合材料。增强材料为毡类、纸类、无纺布类与基体复合。至于卷制或缠绕等属于按加工方法的不同而分类，如可分为：卷制或缠绕复合材料；予浸无纬布型复合材料；织物型复合材料； 层压型复合材料；拉拔型复合材料；挤出型复合材料；混合型复合材料等。1.3.2 按增强纤维种类分类 无机纤维复合材料。如玻璃纤维、碳纤维

12、及其它陶瓷纤维、矿物纤维等。 有机纤维复合材料。如芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等。 金属纤维复合材料。如钨丝、不锈钢丝等。 陶瓷纤维复合材料。如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等。 其它。如各种天然植物纤维等。此外，如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂纤维复合材料（Hybrid composite materials）。混杂复合材料可以看成是两种或多种单一纤维复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。1.3.3 按基体材料分类 聚合物基复合材料。以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体制成的复合材料。 金属基复合材料。以金属为基体制

13、成的复合材料，如钢基复合材料、铝基复合材料、钛基复合材料等。 陶瓷基复合材料。以陶瓷材料（包括玻璃和水泥）为基体制成的复合材料。 碳基复合材料，用易于在高温下烧制成碳质材料的物质为基体，和沥青纤维等复合的材料。 同质物质复合材料。用属于同种物质的增强材料和基体制成的复合材料。如碳/碳复合材料；1.3.4 按材料作用分类 结构复合材料。用于制造受力构件的复合材料。 功能复合材料。具有各种特殊性能（如阻尼、导电、导磁、摩擦、屏蔽等）的复合材料。 智能复合材料。能检知环境变化，并通过改变自身性能参数对环境变化做出响应，使之与环境变化相适应的复合材料。此外，还有同质复合材料和异质复合材料。增强材料和基

14、体材料属于同种物质的复合材料为同质复合材料，如碳碳复合材料。异质复合材料如前面提及的复合材料多属此类。复合材料的构成材料之一为纤维者称为纤维复合材料，因纤维多有增强的作用，有叫做纤维增强复合材料，它在复合材料中用的最多、最广。在纤维复合材料中，纤维起增强作用，承受大部分载荷，使材料显示出较高的抗张强度和刚度。基体与增强纤维通过界面连接在一起，基体将载荷经界面传递给纤维，不仅能够发挥纤维抗张性能优异的特点，还能起到使载荷均匀分布和保护纤维免遭外界损伤的作用。作为结构材料，最实用的是以热固性树脂为基体的纤维增强复合材料（FRP）；作为功能材料部件等使用热塑性树脂时，称为纤维增强热塑性塑料复合材料（

15、FRTP）；以金属为基体的纤维增强金属复合材料（FRM），由于其耐高温特性和高的刚性和尺寸稳定性，目前对它的研究工作很活跃。与短切纤维复合的纤维增强水泥材料（FRC）可补偿水泥的脆性和拉伸强度低的缺点，正在作为建筑材料被广泛使用；纤维增强橡胶（FRR）则主要是大量用于汽车轮胎和输送带中。1.4 复合材料的基本性能特点（1） 可综合发挥各种组成材料的优点，使其具有多种性能，或具有一种天然材料所没有的性能。（2） 可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。复合材料的最大特点性能的可设计性，复合后的材料特性优于组成该复合材料的单一材料之特性。（3） 可直接制成所需形状的产品，避免多次加工工序。（4）

16、 影响复合材料性能的因素主要取决于增强材料的性能、含量及分布情况，基体材料的性能、含量，以及它们之间的界面情况，还与产品的成型工艺和结构设计有关。1.5 聚合物基复合材料的特性 1.5.1 比强度和比模量高比强度是抗拉强度与密度之比，比强度高的材料能够承受高的应力；比模量是弹性模量与密度之比，比模量高说明材料轻而且刚性大。比强度愈高，同一零件的自重愈小；比模量愈高，零件的刚性愈大。环氧树脂与高强度的碳纤维复合，比强度可达913kNmkg，比模量为85MNmkg；与高模量的碳纤维复合，比模量可达 116MNmkg，比强度为 613kNmkg，远远超过一般钢材和铝合金（钢的比强度为126kNmkg

17、，比模量为27MNmkg）。复合材料的突出特点是比强度与比模量高。如高模量碳纤维/环氧复合材料的比强度是钢的五倍，铝合金的四倍，钛合金的三倍半；其比模量是铜、铝、钛的四倍。这样在制造强度和刚度相同的构件时，采用复合材料比金属材料质轻、小巧，这对航空、航天等领域有着重要意义。表1-1：材料力学性能比较1.5.2 抗疲劳性能好疲劳是材料在循环应力作用下的性能。几种材料的疲劳曲线（图1-1），可见碳纤维的抗疲劳性能是最好的。一般金属材料的疲劳强度极限是其抗张强度的30%50%，而碳纤维复合材料的疲劳强度为其抗张强度的70%80%，纤维复合材料的疲劳强度比较高。与金属材料相比，复合材料对缺口、应力集中

18、的敏感性小，特别是纤维增强的树脂基复合材料。基体良好的韧性降低了裂纹的扩展速度，大量的增强纤维对裂纹又有阻隔作用，使裂纹尖端变钝或改变方向，所以具有较高的疲劳强度。其原因主要是由于增强纤维的缺陷少，抗疲劳性好，其次是由于基体材料的塑性好，能消除或减小应力集中区的尺寸和数量，使疲劳源（纤维和基体中的缺陷处或界面上）难以萌生出微裂纹，抑制微裂纹的出现。即使微裂纹出现，基体（如聚合物基）的塑性形变也能使裂纹尖端钝化，减缓其扩展。在裂纹的缓慢扩展过程中（图1-2），基体的纵向拉压将引起其横向收缩，而在裂纹尖端的前缘造成基体与纤维的分离，经过一定的应力循环后，裂纹由横向改为沿纤维与基体间的界面纵向扩展。

19、1.5.3 减振性能强构件的自振频率除了与其本身结构有关，还同材料的弹性模量与密度之比（即比模量）的平方根成正比。由于复合材料的比模量大，所以它的自振频率高，不易产生共振现象，在通常加载速度或频率条件下不易出现因共振而快速脆断的现象。同时，复合材料是一种非均质的多相体系，其中有大量的纤维与基体之间的界面，由于界面对振动有反射和吸收作用，所以复合材料的振动阻尼性强，即使激起振动也能很快衰减。对相同形状和尺寸的梁进行振动试验，对于相同大小的振动，轻合金梁需要9秒才能停止振动，而碳纤维复合材料梁仅需23秒就能停止振动。复合材料良好的减震性能，使其在精密控制、精密检测仪器、仪表方面应用广泛。1.5.4

20、 过载安全性好一般金属材料的疲劳破坏是没有明显预兆的突发性破坏，由于基体中分布着大量纤维，裂纹的扩展常常经历非常复杂和曲折的路径。其疲劳破坏是从纤维的薄弱环节开始，逐步扩展到界面上，破坏前有明显的前兆。而纤维复合材料不仅具有良好的抗疲劳性，而且由于纤维复合材料中存在大量相对独立的纤维，在每平方米面积上的纤维数少至数千根，多达数万根，借助塑韧性基体结合成一个整体，当复合材料构件由于过载或其他原因而使部分纤维断裂时，载荷会重新分配到未断裂的增强纤维上去，避免结构在很短的时间内突然破坏，使构件丧失承载能力的过程延长，有良好的断裂安全性。1.5.5 高温性能好复合材料中的增强材料的熔点都较高，其中增强

21、纤维的熔点一般都在2000以上，且在高温条件下仍保持较高的高温强度，故用其增强的复合材料具有较高的高温强度和弹性模量。高性能树脂基复合材料的使用温度已达200-300；金属基复合材料耐热温度为300-500；陶瓷基复合材料的有效承载温度可达1000以上。复合材料中树脂基和金属基复合材料的使用温度远远高于单一的基体材料。一般金属铝在400500以后就完全丧失强度，但用连续硼纤维或氧化硅纤维增强的铝基复合材料，在这样的高温下仍有较高的强度。陶瓷基纤维复合材料可承受12001400的高温，而碳/碳复合材料的耐热温度甚至可达到3000左右。碳化硅（SiC）纤维、氧化铝纤维（-Al2O3SiO2。）与陶

22、瓷复合，在空气中能耐12001400高温，要比所有超高温合金的耐热性高出100以上。用于柴油发动机可取消原来的散热器、水泵等冷却系统，减轻重量约100kg。用于汽车发动机，使用温度可高达1370。聚合物基复合材料还具有优良的耐烧蚀性。高分子材料的组分具有高的比热、熔融热和汽化热，在高温下树脂基体热解形成碳残基而分解出的低分子物质，通过残基的孔隙向外溢出并带走热量，形成温度较低的界面层起到隔热作用。因此，常用作飞行器返回大气层所必须的耐烧蚀材料。此外，由于复合材料高温强度好、耐疲劳性能好以及纤维与基体的相容性好，所以它的热稳定性能也很优越。1.5.6 化学稳定性优良 钢材一般不耐酸，尤其是含有氯

23、离子的酸，即使含钼不锈钢在这种介质中，也会很快被腐蚀。但纤维增强塑料如玻纤增强酚醛树脂，在含氯离子的酸性介质中能长期使用。用玻纤增强塑料，可制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器、风机、搅拌器等设备。如用耐碱玻纤或碳纤维与塑料复合，还能在强碱介质中使用。耐碱玻纤可用来取代钢筋与水泥复合。1.5.7 减摩、耐磨、自润滑性好 在热塑性塑料中掺入少量短切碳纤维可大大提高它的耐磨性，其增加倍数为聚氯乙烯本身的38倍，聚四氟乙烯本身的3倍，聚丙烯本身的25倍，聚酯本身的2倍。碳纤维增强塑料还可降低塑料的摩擦系数。以钢作为对磨件时，碳纤维增强的磨损比玻纤增强的约小10倍。碳纤维增强塑料具有良

24、好的自润滑性能，因此可用于制造无油润滑活塞环、轴承和齿轮。如用石棉之类的材料与塑料复合，则与上述情况相反，可得到摩擦系数大、制动效果好的摩阻材料。1.5.8 可设计性强复合材料的一个突出的特点是可以具备各相异性的性能，与之相关的就是性能的可设计性。通过改变纤维、基体的种类及体积含量、纤维的排列方向、铺层次序等就可以满足对复合材料结构与性能的各种设计要求。1.5.9 工艺性好复合材料制品的制造工艺简单，多为整体成型，减少了零部件、紧固件和接头的数目，可采用手糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成性等多种成型方法制成各种形状的产品，所用工艺装备简单，加工周期短，一般不需焊、铆、切割等二次加工

25、，较金属制件大大降低成本。1.5.10 缺点材料工艺稳定性差，材料的性能分散性大，长期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等。1.6 复合材料的发展史作为一门学科，复合材料的出现及发展不过是近几十年的事情。但是人类从很早就开始利用复合材料了，其历史可以追溯到远古时代。比如：最早的人造聚合物基复合材料大约出现在公元前5000年，当时中东地区在造船业中开始以沥青作为芦苇的粘结剂；3000年前，印度人用天然树脂虫胶制作层合板；我国三国时期的武将吕布所用的方天画戟的杆，则是以木为芯、纵向用竹丝铺层、在用真丝缠绕交接而成，是典型的复合材料制品；以砂、砾石为廉价的骨架材料，以

26、水和水泥固结的混凝土材料，它们大约在一百年前就已经开始使用了。若在混凝土中加入钢筋、钢纤维可以大大提高混凝土抗拉伸及抗弯曲强度，这就是钢筋混凝土复合材料。表1-2：复合材料的发展情况而使用合成树脂制作复合材料则始于二十世纪初。人们用苯酚和甲醛反应制成酚醛树脂，再把酚醛树脂与纸、布、木片等复合在一起制成层压制品，具有很好的电绝缘性能和强度。20世纪40年代，由玻璃纤维增强合成树脂的复合材料-玻璃钢的出现是现代复合材料发展的重要标志。20世纪6070年代，复合材料不光可用玻璃纤维来增强，还由于一类新型的纤维材料如硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、芳纶（kevlar）纤维的出现，使复合材料的综合性能得到了

27、很大的提高，使得复合材料的发展进入了新的阶段。对于典型的纤维复合材料其性能主要要求是质量轻、强度高、力学性能好，但是作为复合材料的使用不仅限于增强力学性能方面，而是将按照产品所提出的用途要求，通过复合设计使物料在电绝缘性、化学稳定性、热性能等方面与力学性能一样达到综合性的提高，同时还应考虑到生产工艺和成本。目前复合材料的使用多种多样，如航空航天、建筑、机械、交通、能源、化工、电子、体育器材及医疗器械等方面的应用日益增多，随着成型工艺性的不断改进与完善，其成本会逐步降低，应用范围也会进一步的扩展。1.7 复合材料的应用 在机械工业的应用主要用于阀、泵、齿轮、风机、叶片、轴承及密封件等。用酚醛玻璃

28、钢和纤维增强聚丙烯制成的阀门使用寿命比不锈钢阀门的长，而且价格便宜；玻璃钢不仅重量轻而且耐腐蚀，常用于制造泵壳、叶轮、风机机壳及叶片，铸铁泵一般重几十公斤，玻璃钢泵仅几公斤，并且耐腐蚀性好；碳化硅纤维/氮化硅陶瓷制造的涡轮叶片使用温度可高于1500；碳纤维增强塑料耐磨性好，摩擦系数低，质轻噪音低，可用与照相机齿轮；碳碳复合材料耐高温，摩擦系数低，常用于机械密封件。 在汽车工业及交通运输的应用玻璃钢复合材料具有加工能耗低，轻质高强，设计自由度大，不锈蚀，成型工艺性好等优点，因此是汽车工业以塑代钢的理想加工材料。玻璃钢复合材料与金属材料相比，具有以下明显特点：（1）轻质高强是玻璃钢复合材料的最大优

29、点；（2）由于玻璃钢复合材料材料系非均质材料，其吸收冲击能量的性能较好，当汽车发生碰撞时，可避免或减少对人体的伤害；（3）振动衰减性能优于金属，降低噪音的效果较好；（4）玻璃钢复合材料制品一般均为一次成型，设计灵活，尤其适于产品的流线型设计与变厚度设计，对设计的更改有较强的适应性；（5）线胀系数为1 52. 0X10一5/0C，与金属非常接近，而热导率比金属低，因此在有温差时所产生的热应力比金属小;(6)耐腐蚀性能好；（7）具有良好的电绝缘性（碳纤维增强复合材料除外），并在高频下保持良好的介电性能。玻璃钢复合材料相对于一般塑料和工程塑料，具有不可比拟的物理机械性能；制件不易变形，机械性能与热变

30、形温度较高，耐化学药品性优，且价格较低，制品外观质量上更佳。其应用场合包括：车身表面覆盖件、结构与半结构部件以及发动机内部件等。要使汽车提高速度、节省燃料、降低污染，必须减轻汽车的重量。用高强钢代替普通钢，重量可降低2030%，用铝合金代替普通钢，重量可降低50%，但价格高出80%。聚合物基复合材料的优点是质量轻，比强度大（比钢和铝高），比刚度大，比疲劳强度高，耐腐蚀，并可整体成型，因此可用作车身、驱动轴、操纵杆、方向盘、客舱隔板、底盘、结构梁、发动机罩、散热器罩等部件。复合材料应用最活跃的领域是汽车工业。在船舶业，用玻璃钢制成的船体具有抗海生物吸附和耐海水腐蚀的特性。 在化学工业中的应用化学

31、工业存在的主要问题是腐蚀严重，因此往往用非金属取代金属制作零部件，玻璃钢的出现给化学工业带来了光明的前景。目前玻璃钢主要用于各种槽、罐、釜、塔、管道、泵、阀、风机等化工设备及配件。玻璃钢的特点是耐腐蚀、强度高、使用寿命长、价格远比不锈钢低廉，但玻璃钢仅能用于低压或常压情况下，并且温度不宜超过120。 在航空航天领域的应用在航空工业中，玻璃钢最初只用于非承力构件，如飞机雷达罩、机门、燃料箱、行李架和地板等。现在，先进的玻璃钢已被逐渐用于主要构件，如飞机平尾、主翼、尾翼、起落架、螺旋桨、安定面、减速板和刹车装置等。在宇航工业中不但要求玻璃钢具有很高的比强度和比刚度，而且还要求具有耐烧蚀性。玻璃钢主

32、要用于制造发动机壳、发动机燃料箱、火箭喷管、防护罩、头锥、火箭级间连接件等。人造卫星上也用了大量的新型复合材料，如波导天线等。 在建筑领域的应用在建筑业，玻璃钢已广泛用于冷却塔、储水箱、门窗、通风设备、卫浴设备，暖通工程、给排水工程等等。 在其它领域的应用军事：隐形飞机、防弹衣、头盔、担架、营房、浮桥、军械等。体育：高强度、高弹性和耐疲劳的特性。球拍、跳板、赛艇、撑竿、钓鱼杆、赛车、滑雪板等。医学：假肢、牙齿、骨骼等。1.8 对高性能复合材料的期望及开发现状 1.8.1 对高性能复合材料的期望 对通过更高性能的纤维获得高比强度、高比刚度复合材料的要求复合材料纤维方向的刚性，根据复合法则，与纤维

33、刚性成正比，与纤维垂直方向的刚性和剪切刚性，即使不随着纤维刚性的增大而成比例的增大，但也有助于特性值得提高。 对提高高温特性、耐热性的要求提高基体的耐热性十分重要。 对改进成型方法合成型技术的要求在制作过程就同时形成结构，降低成本，但生产效率低，制品不均一，可靠性低。因此要改善成型方法合成型技术，使制品均质化，提高制品精度，增加可靠性，提高生产效率。1.8.2 高性能复合材料的开发现状开发新的高性能增强纤维。 开发高性能纤维增强的成型方法和技术。开发已混杂带来的高性能化。层内混杂和层间混杂。教学要求：1. 本章内容：复合材料的基本术语、分类、性能特征、应用及未来发展展望。2. 本章重点：复合材

34、料及高分子复合材料的概念；根据分散相结构形态、基体材料的分类。3. 复合材料的发展历史作一般要求。作业：1. 阅读教材聚合物复合材料黄丽主编 中国轻工业出版社 2001.6 P1-P122. 什么叫复合材料？其主要性能特点？3. 如何命名复合材料？4. 简述复合材料的民用前景，谈谈复合材料的发展。 第二章 基体材料 (3学时) P13复合材料是由增强材料和基体材料组成的。复合材料基体是复合材料中连续相，基体材料通过与增强材料界面粘结成一体，赋予复合材料一定的形状，并以剪应力的形式向增强材料传递载荷，保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。对于复合材料的力学性能，就纵向拉伸性能来说，无疑主要取

35、决于增强材料，但也不可忽视基体的作用。对于复合材料的横向拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐热性能和耐介质性能等，则与基体性能关系更为密切。在复合材料的成型过程中，基体经过一系列物理的、化学的和物理化学的复杂变化过程，与增强材料复合成为具有一定形状的整体。因此，基体材料的性能直接影响复合材料的性能，复合材料的成型方法与工艺参数的选择，主要由基体的工艺性决定。复合材料的工艺性主要取决于基体材料。基体的粘度、使用期直接影响增强材料的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存。更重要的是，复合材料的成型方法和工艺参数主要是由基体决定的。2.1 对基体材料的要求： 对增强材料有良好的粘接性（含羰基、羧基、羟基等极

36、性基团）； 与增强材料的性能相匹配（弹性模量、断裂伸长率等）； 保护增强材料（耐磨、耐湿热、化学稳定性等）； 良好的工艺性能（混溶性、流动性、成型性等）。 复合材料的基体主要有聚合物、金属、陶瓷以及碳基体等。2.2 聚合物基体聚合物基体中，主要有树脂和橡胶两大类，树脂基体复合材料是品种最多、产量最大、应用最广的一大类。树脂基体材料按其加工性能的不同，可分为热固性树脂和热塑性树脂两大类。2.2.1 热固性树脂基体 P14热固性树脂是主要的复合材料基体材料。在加热或引发剂和促进剂的作用下，它能发生交联而变成不熔不溶状态的立体网状结构，制成成品后就不能再成型。热固性树脂有酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂

37、、不饱和聚酯树脂等。热固性树脂以不饱和聚酯树脂所占的比例最大，此外还有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、丙烯酸树脂和呋喃树脂等。2.2.1.1 不饱和聚酯树脂基体 P14不饱和聚酯树脂（Unsaturated poly ester resin）是由多元酸和多元醇缩合反应制得的，也可以从同一中含有羟基和羧基的物质制得。不饱和聚酯是热固性树脂，具有不饱和双键，可与交联单体进行交联，固化形成网络体型结构。不饱和聚酯树脂是树脂基复合材料中用量最多、使用范围最广的一种树脂。占玻璃钢用树脂的80%以上。(1) 结构特点：不饱和聚酯具有线型结构，主链中含有不饱和双键，因此可以在加热、光照、高能辐射以及引发剂

38、的作用下与交联单体进行共聚，交联固化成具有三向网络的体型结构。其交联前后的性质广泛多变，取决于二元酸的类型和数量，以及二元醇的类型。(2) 组成： 二元酸： 不饱和二元酸有顺丁烯二酸酐（顺酐）、反丁烯二酸（固化速率高，热变形、力学和耐腐蚀性好）等不饱和二元酸； 饱和二元酸有邻苯二甲酸酐（苯酐）、间苯二甲酸（胶衣gel coat树脂）、对苯二甲酸(拉伸强度高)、内次甲基四氢邻苯二甲酸酐（耐热）、四氢邻苯二甲酸（表面不发粘）、HET酸（自熄性）、己二酸（柔韧性）等； 不饱和二元酸与饱和二元酸共缩聚，调节双键的密度，增加树脂的韧性，降低不饱和聚酯的结晶倾向，改善其在乙烯基交联单体中的溶解性。 不饱和

39、酸和饱和酸的比例：影响树脂的凝胶时间、折射率、粘度等；固化树脂的耐热性、耐溶剂性、耐腐蚀性。 二元醇类： 主要有乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇等。乙二醇制得的树脂有强烈的结晶倾向，与苯乙烯相容性较差，常添加一定量的丙二醇；分子链中带醚键的一缩二乙二醇或一缩二丙二醇可制备基本上无结晶的聚酯，并增加柔性，但耐水性降低； 一元醇用作分子链控制剂； 多元醇可得到高相对分子量、高熔点的支化的聚酯，提高耐热性与硬度。(3) 固化：（树脂从粘流态转变成固态） 交联单体的种类和用量对固化树脂的性能有很大影响，并直接影响树脂的工艺性能。 交联剂的要求：高沸点、低粘度，能溶解树脂、引发剂、促进剂及染料，无毒，反应活

40、性大，能与树脂在室温或较低温度下共聚。 交联剂： 苯乙烯（用量20%-50%）用得最多的交联剂，用量选择：太稀黏度低，太少固化不完全，软化温度低；缺点：沸点低（145）、易挥发，有毒害； 乙烯基甲苯（临位60%+对位40%混合物）收缩率低、柔软性好，沸点高，挥发性较低，危害小； 二乙烯基苯（常与等量苯乙烯并用）活性大，室温固化、交联密度高、硬度及耐热性好、脆性大、 甲基丙烯酸甲酯（折射率低），透光及耐候性好，黏度小，浸润速度高，沸点低，挥发大，易自聚； 邻苯二甲酸二丙烯酯：沸点高，挥发小，毒性低，黏度大，耐热及介电性好、体积收缩率小，适于大型制件； 三聚氰酸三丙烯酯耐热和机械强度好、粘度大，刺

41、激性大，放热大、不利厚制品； 引发剂是能使单体分子或含双键的线性高分子活化产生游离基并进行连锁聚合反应的物质。单靠加热也可以固化，但反应诱导期长，放热量大，难以控制，反应不完全，因此常采用加引发剂并加热固化、加引发剂和促进剂室温固化。 过氧化物引发剂：异丙苯过氧化氢、过氧化叔丁基、过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过碳酸二异丙酯等。（临界温度是指有机过氧化物具有引发活性的最低温度。半衰期是指在给定温度下有机过氧化物分解一半所需的时间。） 促进剂：使有机过氧化物的分解温度降到室温以下。如二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基对甲苯胺等。 引发剂促进剂的种类和用量，不仅影响固化温度和速度，而且可根据不同工艺方

42、法及制品大小等，有效地控制树脂的各项工艺性能。 注意：配胶时，引发剂和促进剂不能直接混合，以免引起爆炸。(4) 特性： 常温下固化前是一种低粘度液体，容易浸渍纤维和填料，能成型任意形状的制品； 工艺性良好，选用不同固化体系可常温固化和加热固化； 固化特点：凝胶阶段、硬化阶段和完全固化阶段。凝胶时间的影响因素：阻聚剂、环境温湿度（温度低、湿度大，时间长）、树脂体积的影响（体积大时间短）、交联单体蒸发损失（薄制品）。 固化时无副产物，可在常压下成型厚制品，工艺装置简单，这也是它与环氧、酚醛树脂相比最突出的优点； 价格较其他树脂低，价格比环氧树脂低得多，只比酚醛树脂略贵； 性能优良可设计（力学性能、

43、物理性能、化学性能），固化后的树脂综合性能良好，但力学性能不如酚醛树脂或环氧树脂； 调整胶液特性，可满足不同成型方法需求； 固化树脂颜色浅，可用颜料糊着色。缺点： 树脂固化时体积收缩率较大，约6%10%； 树脂耐热性差；很少用作碳纤维复合材料的基体材料，主要用于一般民用工业和生活用品中。 成型时气味和毒性大。(5) 种类： 通用型：多用于手糊成型，制造一般结构用制品； 柔韧型：可单独使用，也可与通用性混合使用，提高冲击强度； 弹性型：有较高的弯曲强度和较低的弯曲模量，更坚韧，无脆性。 耐化学腐蚀型：用间苯二甲酸替代邻苯二甲酸，提高耐腐蚀性能； 阻燃性：添加型阻燃树脂、反应型阻燃树脂（含阻燃元素

44、）； 耐热型：热变形温度大于110，较高温度保持原有强度； 光稳定型和耐气候型：合理改性及添加紫外线吸收剂； 低收缩型：普通型固化体积收缩610%，变形、收缩、尺寸精度下降、表面平整度差，添加热塑性树脂，获得低收缩甚至无收缩； 胶衣树脂：改善制品表面光洁度，提高耐腐蚀性、耐热性、耐水性及耐老化性能。2.2.1.2 环氧树脂基体（EP） P26环氧树脂的合成起始于30年代，40年代开始工业化生产。由于环氧树脂具有一系列的可贵性能，所以发展很快，特别是自60年代以来，它广泛用于碳纤维复合材料及其他纤维复合材料。环氧树脂（Epoxy resin）是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的线型有机高分子化

45、合物。分子结构特征是分子链上含有活泼的环氧基团，可与多种类型的固化剂发生交联反应，形成不溶、不熔的具有三维网状结构的体型高聚物。环氧值：每100克树脂中所含环氧基的克当量数。环氧树脂本身是热塑性的线形结构，不能直接使用，必须再向树脂中加人固化剂，在一定温度条件下进行交联固化反应，生成体形网状结构的高聚物后才能使用。用于环氧树脂的固化剂可分为两类：一类是可与环氧树脂分子进行加成，并通过逐步聚合反应的历程使它交联成体形网状结构，这类固化剂又称反应性固化剂，一般都会有活泼的氢原子，在反应过程中伴有氢原子的转移，如多元伯胺、多元竣酸、多元硫酸和多元酚等。另一类是催化性固化剂，它可引发树脂分子中的环氧基

46、按阳离子或阴离子聚合的历程进行固化反应，如叔胺和三氟化硼络合物等。两类固化剂都是通过树脂分子结构中具有的环氧基或仲羟基的反应完成固化过程的。环氧树脂通过逐步聚合反应的固化过程：伯胺与环氧树脂的反应是连接在伯胺氮原子上的氢原子和环氧基因反应，转变成仲胺，再由仲胺转变成叔胺。反应原理如下：环氧树脂具有较强的粘结性能、力学性能优良、耐化学品性、耐气候性、电绝缘性及尺寸稳定，是聚合物基复合材料的主要基体之一。(1) 特点： 形式多样：各种树脂、固化剂、改性剂体系可适应各种应用要求； 固化方便： 粘附力强：极性羟基和醚键存在； 收缩率低：小于2%，无水或其他挥发性副产物放出； 力学性能好；固化后具有优良

47、的力学性能； 电性能优良：在宽广的频率和温度范围内具有良好的电绝缘能，是高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料； 化学稳定性好：优良的耐碱性、耐酸性、耐溶剂性，取决于所选用的树酯和固化剂； 尺寸稳定性高和耐久性； 耐霉菌：耐大多数霉菌，可在苛刻的热带条件下使用。主要缺点： 成本高于聚酯和酚醛树脂， 在使用某些树酯和固化剂时毒性较大。(2) 类型：P2835 缩水甘油醚类环氧树脂：双酚A型环氧树脂（环氧氯丙烷与双酚A在碱性催化剂作用下反应，多元胺、酸酐及羧酸固化。用量大、耐热差）、酚醛多环氧树脂（交联密度大、优良的热稳定性、力学强度、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性）、双酚S型环氧树脂、多羟基酚

48、类缩水甘油醚型环氧树脂； 缩水甘油酯类环氧树脂：环氧氯丙烷与有机酸在碱性催化剂下反应。较低粘度；反应活性高；固化物力学性能、电绝缘性好；粘合力高；耐超低温性（196253）、表面光泽度、透光性、耐侯性好。邻苯二甲酸双缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯，一般用胺类固化剂。 缩水甘油胺类环氧树脂：环氧氯丙烷与脂肪族或芳香族伯胺或仲胺反应。多官能度、环氧当量高、交联密度大，耐热性高、脆性大。 线性脂肪族类环氧树脂：既无苯核也无脂环结构，脂肪链直接与环氧基相连，韧性较好，耐热性较差。 脂肪族类环氧树脂：脂环族烯烃的双键经环氧化制得。较高的抗拉和抗压强度，高温性能、耐电弧、耐紫外光老化及耐侯性较好。

49、 新型环氧树脂：合成多官能度的环氧树脂等，耐热性、低吸水性、韧性和粘结强度。(3) 分类、型号和命名 P27 环氧值：每100克树脂中所含环氧基的克当量数。(4) 辅助剂： 固化剂：反应型固化剂、催化型固化剂，与环氧基或仲羟基反应。选择：满足性能和工艺要求（固化温度、与树脂互溶性、胶液粘度、使用期、毒性等）。 多元胺类： 酸酐类：酸酐用量(g)=K环氧值酸酐相对分子量/酸酐基数=K环氧值酸酐mol/L 阴离子及阳离子型： 树脂类：含有活性基团的线性合成树脂的低聚物。 其他固化剂：双氰胺、含硼化合物、金属盐和多异氰酸酯类等。 稀释剂：非活性稀释剂、活性稀释剂；降低树脂的粘度、提高浇铸时的渗透性和

50、层压时的浸润型、控制固化时反应热、延长树脂固化体系的适用期、增加填料的用量及改善工艺性能。 增韧剂：提高固化产物的抗冲击性、降低脆性、改进抗弯曲性能，提高剥离强度，减少固化时的反应热及收缩性，但对固化物的某些力学性能、电性能、化学稳定性（耐溶剂和耐热性）产生不良影响。非活性增韧剂（不参与反应，减小交联密度，削弱固化树脂的刚性，影响强度和耐热性）、活性增韧剂（参与固化反应，改善韧性）。2.2.1.3 酚醛树脂（PF） P42酚醛树脂（Phenolic resin）是酚类和醛类（苯酚和甲醛）的缩聚产物。它广泛应用于工业技术部门已有50年的历史，酚醛树脂是最古老的一类热固性树脂，并将继续使用下去。它

51、的使用范围多系胶粘剂、涂料及布、纸、玻璃布的层压复合材料等。它的优点是比环氧树脂价格便宜，但有吸附性不好、收缩率高、成型压力高、制品空隙含量高等缺点。因此较少用酚醛树脂来制造碳纤维复合材料。 酚醛树脂的含碳量高，因此用它制造耐烧蚀材料，做宇宙飞行器载人大气的防护制件，它还被用做制造碳碳复合材料的碳基体的原料，近年来新研制的酚改性二甲苯树脂(205树脂)，也已被用来制造耐高温的玻璃纤维复合材料。(1) 特点：原料易得，合成方便，在工业上仍被广泛应用；酚醛树脂制得的复合材料耐热性高，可在150-200长期使用；吸水性小；电绝缘性能好；耐腐蚀；耐烧蚀；尺寸精确和稳定等。(2) 分类：酚醛树脂的合成与

52、固化过程完全按体型缩聚反应的历程进行，工业上通过控制原料苯酚和甲醛的摩尔比及反应体系的PH值（加入酸性或碱性催化剂）可合成出热固性、热塑性两种不同性质的酚醛树脂。 热固性酚醛树脂（又称一阶树脂）：苯酚与过量的甲醛（摩尔比1.1-1.5）在碱性催化剂NH4OH（PH=8-11）下缩聚反应而成；含有羟甲基结构,可自固化；控制反应程度，可获得不同用途的树脂产物：反应程度低，得到分子量很低的水溶性酚醛树脂，可用作木材的粘结剂；当控制反应使产物脱水成半固态树脂状时，可溶于醇类，适合作清漆及复合材料的基体材料预浸料、模压或缠绕或边浸胶边固化；控制反应至脱水成固体树脂，用作酚醛模塑料或特殊用途粘合剂；热固性

53、酚醛树脂的固化过程中有低分子副产物产生，固化常采用加压热固化，也可在酸性条件下固化，常用酸类固化剂有盐酸和磷酸，也可用对甲苯磺酸、苯酚苯磺酸或其它磺酸化合物。 热塑性酚醛树脂（又称二阶树脂）：缩聚反应在强酸催化剂（PH3下，甲醛和苯酚的摩尔比小于1（0.80-0.86）；它是可溶可熔的；酚基与亚甲基连接、不带羟甲基官能团；酚基上存在一些未反应的活性点，加入固化剂（六次甲基四胺）固化，热固性酚醛树脂也可用来使热塑性树脂固化。 其他类型酚醛树脂： 低压钡酚醛树脂：苯酚、甲醛在氢氧化钡催化剂用下经缩合、中和、过滤及脱水制成，粘度小、固化快、放出低分子物少，适于低压固化成型，主要用于缠绕成型工艺。 硼

54、酚醛树脂：引入硼元素，明显地改进耐热性及力学性能，但耐水性较差。 改性酚醛树脂：主要是改进脆性或其他物理性能，提高对增强材料的粘结性能和改善工艺条件等，如封闭酚醛分子中酚羟基或引入其他组分。固化：酚醛树脂固化方法有两种：(一)加热固化，不加任何固化剂通过加热的办法，依靠酚醛结构本身的羟甲基等活性基团，进行化学反应而固化：(二)通过加入固化剂使树脂发生固化。常用的固化剂有两类：(1)线型酚醛树脂(二步法树脂)，用六次甲基四胺等固化剂(1015)，再通过加热进行固化；(2)甲阶热固性酚醛树脂，用有机酸作为固化剂，常用的固化剂有：苯磺酸、甲基苯磺酸、苯磺酰氧、石油磺酸、硫酸硫酸乙由等，用量为(810

55、)，要在常温下进行固化就必须使用此类固化剂。 热固性酚醛树脂采用热压法固化（145175），有一些挥发份逸出，加热加压排除气泡和微孔；或使用酸类固化剂，室温固化。 热塑性酚醛树脂固化需加聚甲醛、六次甲基四胺等固化剂，热固性酚醛树脂也可使其固化。2.2.1.4 其他热固性树脂(1) 乙烯基酯树脂 乙烯基酯树脂是环氧丙烯酸脂类树脂或称不饱和环氧树脂，是国外60年代初开发的一类新型聚合物它通常是由低分子量环氧树脂与不饱和一元酸丙烯酸通过开环加成反应而制得的化合物。这类化合物可单独固化，但一般都把它溶解在苯乙烯等反应性单体的活性稀释剂中来使用，把这类混合物称为乙烯基酯树脂，其典型化学结构式如下： 从结

56、构式中可以看出，该类树脂保留了环氧树脂的基本链段，又有不饱和聚脂树脂的不饱和双键，可以室温固化。汇集了这二种树脂双重特性，使其性能更趋完善，这就是该树脂最大的特点之一。乙烯基酯树脂（不同的环氧树脂与不同的一元酸加成聚合）是一种优良的耐化学腐蚀型树脂。这类树脂具有与环氧树脂类似的固化物性能，又具有不饱和聚酯树脂的成型加工简易性。特点：耐腐蚀性好；耐溶剂性好，机械性能好；与金属、塑料、混凝土等材料粘接性好；耐疲劳性能好、耐冲击性、电气性能、耐热老化性优良。固化收缩率比不饱和聚酯树脂低；可常温或加热固化，并能低温快速固化；粘度低，固化和工艺性能优越。(2) 呋喃树脂呋喃树脂是以糠醛或糠醇为原料单体或

57、与其它单体进行缩聚反应而得的一类聚合物的总称。在呋喃树脂的大分子链中都含有呋喃环。由于糠酮树脂的分子链中含有不饱和双键及呋喃环，在酸性催化剂作用下，这些双键均能打开而交联生成不溶不熔的体型结构的树脂。糠醛氢化可制成糠醇。糠醇通常为略带黄色的液体，在酸性催化剂存在下很易缩聚成树脂，在缩聚反应中，糠醇分子的羟甲基可与另一糠醇分子的氢原子缩合，形成次甲基键：硬化后的树脂制品不易着火，在常温下能耐碱、稀酸、耐水、耐热，不受般溶剂的腐蚀但不耐浓减和氧化物。糠醇树脂的化学稳定性比酚醛树脂为好。糠醛丙酮树脂与糠醇树脂的固化：糠醛丙酮树脂与糠醇树脂固化时必须加入无机酸或有机酸作为固化剂。其固化速度取决于温度及

58、酸的活性和用量。硫酸或对二甲苯磺酸等强酸可使树脂室温固化。苯酐、顺酐及磷酸等弱酸须在95200范围内经数小时后固化。这类树脂的固化速度较馒，但固化时没有小分子物质释出，所以可以低压成型。特点：具有很好的耐热性、化学稳定性、硬度、防水性及阻燃性，耐腐蚀（仅次于聚四氟乙烯）；耐热，可在180-200下长期使用。缺点：合成过程难以控制、固化速度较慢、树脂脆性较大、粘接性差，用环氧树脂和酚醛树脂改性呋喃树脂，可改善其脆性和提高其弯曲强度。呋喃树脂的主要原料糠醛来源于农副产品，如棉籽壳、稻壳、甘蔗渣、玉米芯和玉米杆等。我国有着极其丰富的农副产品资源，充分利用这些废弃农副产物来发展呋喃树脂的生产和应用研究

59、在我国是很有发展前途的。呋喃树脂具有突出的耐蚀性、耐热性以及其原料来源广泛、生产工艺简单等优点，早已引起了人们的重视，但由于其树脂化过程难于控制以及固化速度较慢因此开始工业化生产时间就比酚醛树脂要晚，同时，由于呋喃树脂的脆性大、粘结性差以及固化速度慢所带来的施工工艺性差等缺点，在很大程度上限制了它的发展和应用。到了70年代中期以后，由于树脂合成技术和催化剂应用技术的突破，基本上克服了呋喃树脂存在的上述缺点，它才得到了较大的发展和应用，并用于玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）的制造。(3) 脲醛树脂：由甲醛和尿素合成。价格便宜、色泽较浅、气味小，较好的抗电弧性，但耐热性差、吸水量高。主要用作模塑混合料（

60、电器配件及瓶盖）、粘合剂、纺织物处理剂、泡沫塑料等。(4) 三聚氰胺甲醛树脂：三聚氰胺和甲醛缩聚而成。用作模塑混合料（在吸水性、耐热性、潮湿及高温下电性能优于脲醛树脂，主要用途制造餐具，颜色范围广、表面坚硬，耐锈蚀）、制造装饰层压板（耐热、耐刮刻、耐溶剂）。(5) 聚酰亚胺树脂：耐热和抗氧化十分稳定（250长期使用），突出的耐辐射和良好的电绝缘性，优异的机械性能、强韧性、耐磨性及阻燃性等，适合制造航空航天工程复合材料。有热固性和热塑性两种。2.2.1.5 辅助剂 为了改进树脂的工艺性能，固化后制品的性能，或者为了降低成本，需要在基体配方中加入适当的辅助剂，常用的辅助剂有以下几种。（1）固化剂、

61、引发剂与促进剂。环氧树脂本身是热塑性线形结构，必须用固化剂使它交联成网状结构大分子，成为不溶不熔的固化产物。不饱和聚酯树脂的固化可在加热条件下采用引发剂，或者在室温条件下使用引发剂和促进剂固化的办法来进行。（2）稀释剂。室温下粘度是基体的一项重要工艺参数，为了降低树脂粘度以符合工艺要求，需在树脂中加入一定量的稀释剂，稀释剂一般分为非活性和活性两大类。 非活性稀释剂不参与树脂的固化反应，通常在浸胶后都要经过烘干过程，将大部分稀释剂除去。常用的非活性稀释剂有丙酮、乙醇、甲苯和苯等，用量一般为树脂质量的10 60。许多酚醛树脂和环氧树脂粘度较大，常需要加入非活性稀释剂。 当基体树脂不允许加入挥发性物

62、质时，为了降低粘度，可加活性稀释剂，它参加树脂的固化反应，成为网状结构的组成部分，它的选择和用量取决于稀释剂的结构和树脂类型。不饱和聚酯树脂的交联剂（如苯乙烯、乙烯衍生物等）的用量可以调整树脂的粘度，因此，这类树脂的交联剂可以起活性稀释剂作用，一般不另加稀释剂。 环氧树脂中加入单环氧基或多环氧基低粘度化合物，可以起活性稀释剂作用。单环氧基化合物的用量一般为树脂质量的5一10，用量过多会给固化后的树脂带来不利的影响。多环氧基化合物的用量可以大于10，环氧树脂活性稀释剂一般有毒，长期接触往往会引起皮肤过敏，严重的甚至会导致死亡，所以在使用中必须注意。（3）增韧剂、增塑剂。为了降低固化后树脂的脆性，

63、提高冲击强度及改进抗弯曲性等，而加入的增韧剂或增塑剂组分。常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯（如二丁酯、二辛酯）、磷酸酯等，它们不参与固化反应，只起降低交联密度导致刚性下降的作用，同时又导致强度和耐热性下降。增韧剂多为线形聚合物，带有活性基团，直接参加固化反应，如在环氧树脂中加入聚酰胺、聚硫橡胶、丁氰橡胶和聚酯等，在酚醛树脂中加入丁氰橡胶等。增韧剂在不降低树脂的强度情况下提高韧性，有的还可以不降低树脂的耐热性。（4）触变剂。在手糊成型工艺中，糊制大型制品时，特别是垂直面，常发生树脂下流现象，影响制品的质量。为了消除这一弊病，常在树脂中加入一定量的触变剂，它能提高基体在静止状态下的粘度，在外力作用下，如搅拌时，变成流动性液体，因而适用于涂刷大型制件，尤其在垂直面上使用。常用的触变剂有活性二氧化硅（白炭黑），加人量一般为13，在手糊工艺中用的胶衣树脂（即面层用树酯中，一般都加有触变剂。）（5）填料。树脂中加入一定量的