復(fù)合材料基體課件

1、1.不飽和聚酯樹脂 聚酯是主鏈上含有酯鍵的高分子化合物總稱。由二元醇或多元醇與二元酸或多元酸縮聚而成。 不飽和聚酯樹脂是不飽和聚酯在交聯(lián)劑（例如苯乙烯）中的溶液，簡稱聚酯樹脂。 式中G代表二元醇的二價(jià)烷基，R代表飽和二元酸中芳基，x,y則表示聚合度。由此可見，不飽和聚酯樹脂具有線型結(jié)構(gòu)，故又稱線型不飽和聚酯。不飽和聚酯樹脂的特性 不飽和聚酯在室溫下是一種粘流體或固體，易燃，難溶于水，相對分子質(zhì)量大多在10003000，沒有明顯的熔點(diǎn)，它能溶于與單體具有相同結(jié)構(gòu)的有機(jī)溶劑中。 優(yōu)點(diǎn)v工藝性能良好 v固化后的樹脂綜合性能好 不v原料來源廣，價(jià)格低廉 v加工工藝簡單，實(shí)用價(jià)值高 缺點(diǎn)l固化時(shí)體積收縮

2、較大l成型時(shí)氣味和毒性較大l耐熱性、強(qiáng)度和模量較低l易變形，少用于受力較強(qiáng)的制品不飽和聚酯樹脂合成的原、輔材料 p二元酸 p 合成不飽和聚酸，在工業(yè)上可選用多種二元酸。使用酸組分優(yōu)先考 慮兩個(gè)目的：（1）提供不飽和度；（2）使不飽度間有一定間隔。p2. 二元醇和多元醇p 合成不飽和聚酯主要用二元醇用作分子鏈長控制劑；而多元醇使用是為了得到體形網(wǎng)狀的固體聚酯。p3.交聯(lián)劑p 把線性不飽和聚酯溶于烯類單體中，使其與聚酯的雙鍵發(fā)生共聚合反應(yīng)，得到體型產(chǎn)物。 選用交聯(lián)劑的條件是：（1）能溶解和稀釋不飽和聚酯，所得樹脂能夠固化即能發(fā)生共聚合反應(yīng)；（2）揮發(fā)性低，低毒或無毒；（3）資源豐富，成本低，制備簡

3、易除此之外還有引發(fā)劑，阻聚劑等。不飽和聚酯樹脂的制備 在室溫常壓下，具有很高的固化能力，施工方便，可采用手糊成型，噴射成型，拉擠成型，注射成型，纏繞成型的方式制得。固化成型1.凝膠階段: 從粘流態(tài)的樹脂到失去流動(dòng)性形成半固體凝膠階段2.硬化階段: 凝膠到具有一定硬度的固定的形狀，可從模具上取下3.完全固化階段: 表觀上已變硬具有一定力學(xué)性能，經(jīng)過后處理到具有穩(wěn)定的化學(xué)與物理性能而供使用 1. 先往反應(yīng)釜中通入惰性氣體。待反應(yīng)系統(tǒng)凈化后投入二元醇，開始加熱并投入二元酸。二元酸熔化后開啟攪拌裝置，同時(shí)控制好反應(yīng)溫度。 2. 待反應(yīng)完成后，冷卻物料，再加入阻聚劑和交聯(lián)劑，攪拌半小時(shí)，準(zhǔn)備稀釋。 3.

4、 在稀釋釜內(nèi)預(yù)先投入阻聚劑、光穩(wěn)定劑并充分?jǐn)嚢柚辆鶆驙顟B(tài)。然后打開反應(yīng)釜底閥，使聚酯慢慢流入稀釋釜，稀釋完畢關(guān)好反應(yīng)釜底閥，使物料自然降溫固化。不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)流程簡圖1丙二醇貯槽；2乙二醇貯槽；3計(jì)量器；4分餾柱；5立式冷凝器；6臥式冷凝器；7接收器；8反應(yīng)釜；9真空壓力表；10稀釋釜；11回流冷凝器：12熱測量器。常用不飽和聚酯樹脂分類和用途2.環(huán)氧樹脂 凡分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂 固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優(yōu)異的粘接強(qiáng)度，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對堿及大部分溶

5、劑穩(wěn)定，因而廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟(jì)各部門，作澆注、浸漬、層壓料、粘接劑、涂料等用途。環(huán)氧樹脂特性1、 形式多樣?？梢赃m應(yīng)各種應(yīng) 用對形式提出的要求。2、 固化方便?？梢栽?180溫度范圍內(nèi)固化。3、 粘附力強(qiáng)。分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有很高的粘附力。4、 收縮性低。5、 具有優(yōu)良的力學(xué)性能、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性6、 耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。環(huán)氧樹脂分類 根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂大體上可分為五大類：1 縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂2 縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂3 縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂4 線型脂肪族類環(huán)氧樹脂5 脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂

6、工業(yè)上使用量最大的環(huán)氧樹脂品種是第一類縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，而其中又以雙酚A型環(huán)氧樹脂為主。其次是縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的制備雙酚A環(huán)氧樹脂膠 一步法和二步法。 a) 一步法工藝是把雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在NaOH作用下進(jìn)行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)反應(yīng)在同一反應(yīng)條件下進(jìn)行的。 b) 二步法工藝是雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在催化劑(如季銨鹽)作用下，第一步通過加成反應(yīng)生成二酚基丙烷氯醇醚中間體，第二步在NaOH存在下進(jìn)行閉環(huán)反應(yīng)，生成環(huán)氧樹脂。 二步法的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)時(shí)間短；操作穩(wěn)定，溫度波動(dòng)小，易于控制；加堿時(shí)間短，可避免環(huán)氧氯丙烷大量水解；產(chǎn)品質(zhì)量好而且穩(wěn)定，產(chǎn)率高。環(huán)氧樹脂的應(yīng)用1.涂料用途 它能制成

7、各具特色、用途各異的品種。其共性： a耐化學(xué)性 b附著力強(qiáng)，特別是對金屬。 c具有較好的耐熱性和電絕緣性。d漆膜保色性較好。2.膠粘用途 對于各種金屬材料如鋁、鋼、鐵、銅；非金屬材料如玻璃、木材、混凝土等；以及熱固性塑料如酚醛、氨基、不飽和聚酯等都有優(yōu)良的粘接性能，因此有萬能膠之稱。3.工程塑料 環(huán)氧工程塑料主要包括用于高壓成型的環(huán)氧模塑料和環(huán)氧層壓塑料，以及環(huán)氧泡沫塑料。在化工及航空、航天、軍工等高技術(shù)領(lǐng)域的一種重要的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。4.電子電器 電器、電機(jī)絕緣封裝件的澆注。如電磁鐵、接觸器線圈、互感器、干式變壓器等高低壓電器的整體全密封絕緣封裝件的制造。 5土建材料 主要用作防腐地坪、

8、環(huán)氧砂漿和混凝 土制品、高級路面和機(jī)場跑道、快速 材料、加固地基基礎(chǔ)的灌 漿材料、建 筑膠粘劑及涂料等 3.雙馬來酰亞胺樹脂 雙馬來酰亞胺樹脂：以馬來酰亞胺為活性端基的雙官能團(tuán)化合物。是由聚酰亞胺樹脂體系派生的。其通式為雙馬來酰亞胺的特性(1)耐熱性 BMI由于含有苯環(huán)、酰亞胺雜環(huán)及交聯(lián)密度較高而使其固化物具有優(yōu)良的耐熱性，其Tg一般大于250，使用溫度范圍為177232左右。(2)溶解性 由于BMI的分子極性以及結(jié)構(gòu)的對稱性，BMI單體不能溶于普通有機(jī)中，只能溶于二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等強(qiáng)極性、毒性大、價(jià)格高的溶劑中。(3)力學(xué)性能 BMI樹脂的固化反應(yīng)屬于加成型

9、聚合反應(yīng)，成型過程中無低分子副產(chǎn)物放出，且容易控制。固化物結(jié)構(gòu)致密，缺陷少，因而BMI具有較高的強(qiáng)度和模量。但是由于固化物的交聯(lián)密度高、分子鏈剛性強(qiáng)而使BMl呈現(xiàn)出極大的脆性，它表現(xiàn)在抗沖擊強(qiáng)度差、斷裂伸長率小。（4）BMI還具有優(yōu)良的電性能、耐化學(xué)性能及耐輻射等性能。雙馬來酰亞胺缺點(diǎn) 未改性的雙馬來酰亞胺存在熔點(diǎn)高，溶解性差，成型溫度高，質(zhì)脆，耐沖擊性教差的缺點(diǎn)。為此，必須為其改性 改性方式 雙馬來酰亞胺 1.與烯丙基化合物共聚 2. 芳香二胺等擴(kuò)鏈 3. 環(huán)氧改性 4. 熱塑性樹脂增韌 5.芳香氰酸樹脂改性 6.合成新型單體雙馬來酰亞胺應(yīng)用 電氣絕緣材料：耐高溫浸漬漆， 層壓板、覆銅板、模

10、壓塑料等 耐磨材料：金剛石砂輪、重負(fù)荷砂輪、 剎車片、耐高溫軸承粘合劑 航空航天結(jié)構(gòu)材料 個(gè) 功能材料以其他方面4.酚醛樹脂 酚類和醛類的縮合產(chǎn)物統(tǒng)稱為酚醛樹脂，一般常指由苯酚與甲醛經(jīng)縮聚反應(yīng)而得到的合成樹脂。 酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂合稱三大合成熱固性樹脂，應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量大。酚醛樹脂的特性n高溫性能 酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結(jié)構(gòu)的整體性和尺寸的穩(wěn)定性。n粘結(jié)強(qiáng)度酚醛樹脂一個(gè)重要的應(yīng)用就是作為粘結(jié)劑。酚醛樹脂是一種多功能，與各種各樣的有機(jī)和無機(jī)填料都能相容的物質(zhì)。設(shè)計(jì)正確的酚醛樹脂，潤濕速度特別快。并且在交聯(lián)后可以為磨具、耐火材料，摩擦材料以及電

11、木粉提供所需要的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱性能和電性能。n高殘?zhí)悸试跍囟却蠹s為1000 的惰性氣體條件下，酚醛樹脂會(huì)產(chǎn)生很高的殘?zhí)?，這有利于維持酚醛樹脂的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。酚醛樹脂的這種特性，也是它能用于耐火材料領(lǐng)域的一個(gè)重要原因。n低煙低毒 酚醛樹脂系統(tǒng)具有低煙低毒的優(yōu)勢。n抗化學(xué)性 交聯(lián)后的酚醛樹脂可以抵制任何化學(xué)物質(zhì)的分解n熱處理 熱處理會(huì)提高固化樹脂的玻璃化溫度，可以進(jìn)一步改善樹脂 的各項(xiàng)性酚醛樹脂的合成 原理 反應(yīng)方程式可以表示為酚醛樹脂是由酚類化合物與醛類化合物在催化劑條件下縮聚而成， 縮聚反應(yīng)是指單體間相互反應(yīng)，生成高分子化合物同時(shí)生成小分子的聚合反應(yīng)。反應(yīng)機(jī)理是苯酚羥基鄰位上兩個(gè)氫原子比較活潑，

12、與甲醛醛基上的氧原子結(jié)合為水分子，其余部分連接起來成為高分子化合物。酚醛樹脂的制備 酚醛 樹脂 酚醛合成必須在催化劑存在下進(jìn)行，用甲醛溶液和等體積的酚醛混合，溶液的PH值為3.0-3.1，把吃混合物加熱到沸騰，在數(shù)周內(nèi)并為觀察有任何反應(yīng)發(fā)生，因此PH3.03.1時(shí)，被稱為中性點(diǎn)。若在混合物中加入酸或者堿，使PH小于3.0或大于3.1時(shí)，反應(yīng)就立刻發(fā)生。熱塑性酚醛樹脂 當(dāng)酚/醛摩爾比大于1，且在強(qiáng)酸條件下可合 成 一般熱塑性樹脂熱固性酚醛樹脂23 當(dāng)酚/醛摩爾比小于1，且在堿性條件下 可合成 熱固性樹脂高鄰位酚醛樹脂 在中等算條件下（PH=47)可合成高鄰位 線性樹脂生成條件：酸催化、苯酚過量聚

13、合反應(yīng)過程：加成反應(yīng) 縮合反應(yīng)加成反應(yīng)機(jī)理：苯酚與甲醛反應(yīng)生成羥甲基酚醛，鄰對位均可以反應(yīng)，反應(yīng)速度與氫離子濃度成正比?？s合反應(yīng)機(jī)理：酸性促進(jìn)劑促進(jìn)各種羥甲基酚脫水生成正離子，再與苯酚反應(yīng)，兩個(gè)酚核通過亞甲基橋連在一起酚醛樹脂的缺陷及改性 缺陷 改性n脆性較大聚 1.乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂n吸濕率高 2.環(huán)氧改性酚醛樹脂n熱氧穩(wěn)定性較低 3.有機(jī)硅改性酚醛樹脂n需要較高的成型壓力 4.硼酸改性酚醛樹脂n 5.二甲苯甲醛樹脂改性酚醛樹脂n 6.聚酰胺改性酚醛樹脂n 7.二甲醚甲醛樹脂 n 8.高純酚醛樹脂 9.適用于低壓成型的鋇酚醛樹脂酚醛樹脂的應(yīng)用 酚醛泡沫酚醛樹脂涂料 其他酚醛纖維 酚醛壓塑

14、粉 酚醛膠黏劑 隔熱保溫材料 5.氰酸酯樹脂 氰酸酯樹脂：通常定義為含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的氰酸酯官能團(tuán)的二元酚衍生物。在熱和催化劑作用下，發(fā)生三元化反應(yīng)，生成含有三嗪環(huán)的高交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高分子。 通式為其中R: 氫原子、甲基和烯丙基等，X可以是亞異丙基脂環(huán)骨架氰酸酯樹脂的特性p低價(jià)電常數(shù)（=2.83.2)p極小的介電損耗角正切值（0.0020.008）p高玻璃化溫度（Tg=2402900C)p低收縮率p低吸濕率（1.5%)p優(yōu)良的力學(xué)性能和粘結(jié)性能氰酸酯樹脂的合成 實(shí)際生產(chǎn)中合成氰酸酯樹脂的方式：在堿存在條件下，鹵化氰與酚類化合物反應(yīng)制備氰酸酯單體 常用的酚類化合物為雙酚A，鹵化氰為溴化氫：常溫下固體。穩(wěn)定性好，毒性小，活性適當(dāng) 氰酸酯樹脂加熱后容易異構(gòu)成異氰酸酯 其他合成方式收益不高 氰酸酯樹脂的改性氰酸酯樹脂的韌性不夠 增加韌性v與橡膠彈性體共混改性v與單官能度氰酸酯共聚，以降低網(wǎng)絡(luò)交聯(lián) 密度v與熱塑性塑料共混共固化形成半互穿網(wǎng)絡(luò)用熱固性樹脂（環(huán)氧樹脂、雙馬來酰胺屬豬）改性v用熱固性樹脂（環(huán)氧樹脂、雙馬來酰胺樹脂） 改性氰酸酯樹脂的應(yīng)用 氰酸酯樹脂結(jié)構(gòu)決定優(yōu)異的介電性能，高耐熱性能，良好的綜合力學(xué)性能，較好的尺寸穩(wěn)定性和極低的吸水率。其復(fù)合材料有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域1、CE在高性能印刷線路板基體 2