第3章聚合物基復合材料

1、Polymer Matrix Composites 3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 聚合物基體聚合物基體3.3 3.3 纖維增強聚合物復合材料纖維增強聚合物復合材料3.4 3.4 顆粒增強聚合物復合材料顆粒增強聚合物復合材料3.5 3.5 聚合物基復合材料的應用聚合物基復合材料的應用JJ主要內(nèi)容JJJ3.1 概述概述1、聚合物基復合材料聚合物基復合材料（Polymer Matrix Composites、簡稱PMC）：凡是以聚合物為基體材料制作的復合材料統(tǒng)稱為聚合物基復合材料。2、聚合物基復合材料聚合物基復合材料包括纖維增強纖維增強（如玻璃纖維增強、碳纖維增強、芳綸纖維、硼纖維、碳化硅

2、纖維等增強）和顆粒增強顆粒增強復合材料。3、聚合物基體聚合物基體主要包括用于玻璃鋼的酚醛樹脂酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂和聚酯聚酯，具有耐熱性好的基體樹脂如聚酰亞聚酰亞胺（胺（PI）、聚苯硫醚（）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚砜（）、聚醚砜（PES）和聚）和聚醚醚酮（醚醚酮（PEEK）等熱塑性樹脂。在加工過程中，一般在加工過程中，一般只發(fā)生物理變化只發(fā)生物理變化，受熱變，受熱變?yōu)樗苄泽w，成型后冷卻又變硬定型，若再受熱為塑性體，成型后冷卻又變硬定型，若再受熱還可改變形狀重新成型的塑料。還可改變形狀重新成型的塑料。在成型過程中在成型過程中發(fā)生化學變化發(fā)生化學變化，利用塑料在受熱，利用塑料在受熱時可流動的

3、特征而成型，并延長時間，使其發(fā)時可流動的特征而成型，并延長時間，使其發(fā)生化學反應而成為不熔不溶的網(wǎng)狀分子結(jié)構，生化學反應而成為不熔不溶的網(wǎng)狀分子結(jié)構，并固化定型而形成的塑料。并固化定型而形成的塑料。熱塑性塑料熱塑性塑料（線型）（線型）熱固性塑料熱固性塑料（體型）（體型）產(chǎn)量大，價格低，日常生活中應用范圍廣的塑產(chǎn)量大，價格低，日常生活中應用范圍廣的塑料料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。等。塑料塑料根據(jù)塑料制品的用途可分為根據(jù)塑料制品的用途可分為: :機械性能好，能用于制造各種機械零件的塑料機械性能好，能用于制造各種機械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚酰

4、胺、聚甲醛、聚砜、酚主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、酚醛樹脂、醛樹脂、ABS塑料等。塑料等。具有特殊功能和特殊用途的塑料具有特殊功能和特殊用途的塑料。主要有氟塑。主要有氟塑料、硅塑料、環(huán)氧樹指等。料、硅塑料、環(huán)氧樹指等。通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料特殊塑料特殊塑料聚合物聚合物 單體單體 名稱名稱 商品名稱商品名稱 符號符號 名稱名稱 結(jié)構式結(jié)構式 聚氯乙烯聚氯乙烯 氯綸氯綸 PVC PVC 氯乙烯氯乙烯 聚丙烯聚丙烯 丙綸丙綸 PPPP丙烯丙烯 聚丙烯腈聚丙烯腈 腈綸腈綸 PANPAN丙烯腈丙烯腈 聚己內(nèi)酰聚己內(nèi)酰胺胺 錦綸錦綸6 6 （或尼龍（或尼龍-6-6） PA6PA6己內(nèi)酰胺

5、己內(nèi)酰胺 CH2CHClCH2CHCH3CH2CHCNNHO 表表3.1 一些聚合物的名稱、商品名一些聚合物的名稱、商品名稱、符號及單體稱、符號及單體聚己二酰己二聚己二酰己二胺胺 錦綸錦綸66 66 （尼龍（尼龍6666） PA66己二酸己二酸己二胺己二胺 聚對苯二甲酸聚對苯二甲酸乙二醇酯乙二醇酯 滌綸滌綸 PET對苯二甲酸對苯二甲酸乙二醇乙二醇 聚苯乙烯聚苯乙烯 聚苯乙烯樹脂聚苯乙烯樹脂 PS苯乙烯苯乙烯 聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯甲酯 有機玻璃有機玻璃 PMMA甲基丙烯酸甲甲基丙烯酸甲酯酯 聚丙烯腈聚丙烯腈- -丁丁二烯二烯- -苯乙烯苯乙烯 ABSABS樹脂樹脂 ABS丙烯腈丙烯腈丁二

6、烯丁二烯 苯乙烯苯乙烯 HOOC(CH2)4COOHNH2(CH2)6NH2HOCH2CH2OHCH2CCOOCH3CH3CH2CHCNCH2CHCHCH2CHCH2HOOCCOOHCHCH24、聚合物基復合材料聚合物基復合材料的分類：的分類：1）按照增強材料來分：）按照增強材料來分：玻璃纖維增強聚合物基復合材料(GFRP)、碳纖維增強聚合物基復合材料(CFRP)、芳綸纖維增強聚合物基復合材料(KFRP）、硼纖維增強聚合物基復合材料（BFRP）、碳化硅纖維增強聚合物基復合材料（SFRP)。2）按照功能或性能來分）按照功能或性能來分：通用型、耐化學腐蝕型、耐高溫型、阻燃型、導電型等。3）按照聚合

7、物基體的結(jié)構和類型來分）按照聚合物基體的結(jié)構和類型來分：熱固性樹脂、熱塑性樹脂、橡膠基等。3.2 聚合物基體聚合物基體 3.2.1 熱固性樹脂熱固性樹脂 3.2.2 熱塑性樹脂熱塑性樹脂3.2.3 天然高分子天然高分子3.2.4 橡膠橡膠JJJJ3.2.1 熱固性樹脂熱固性樹脂性能：性能：難溶、難熔、耐熱，機械強度高，剛性好，抗沖擊性好難溶、難熔、耐熱，機械強度高，剛性好，抗沖擊性好 結(jié)構式結(jié)構式: :用途：用途：制造線路板、插座、插頭、電話機、行李車輪、工具手柄、貼制造線路板、插座、插頭、電話機、行李車輪、工具手柄、貼面板、三合板、刨花板等面板、三合板、刨花板等 nOHCH2OHOHCH21

8、、酚醛樹脂（電木）、酚醛樹脂（電木）2、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂線型苯酚甲醛環(huán)氧樹脂（EPN） 線型鄰甲酚甲醛環(huán)氧樹脂（ECN） 間苯二酚甲醛環(huán)氧樹脂 該樹脂的特點是具有較高的反應活性，固化物的耐熱性，耐腐蝕性及電性能優(yōu)良。可用作耐高溫澆注料，膠黏劑、涂料及復合材料，也可用作其他環(huán)氧樹脂的改性劑。 跑道跑道各種環(huán)氧樹脂各種環(huán)氧樹脂地坪地坪密封膠密封膠電子電子3.2.2 熱塑性樹脂熱塑性樹脂性能：性能：化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐酸、堿，耐溶劑性能好，吸水性低，化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐酸、堿，耐溶劑性能好，吸水性低，無毒，受熱易老化無毒，受熱易老化 用途：用途：制造食品包裝袋、各種飲水瓶、容器、玩具等；還可制各種

9、制造食品包裝袋、各種飲水瓶、容器、玩具等；還可制各種管材、電線絕緣層等管材、電線絕緣層等 第四代聚乙烯（超高分子量聚乙烯）第四代聚乙烯（超高分子量聚乙烯）高韌性、高耐磨。密度高韌性、高耐磨。密度越低，制造成本越低。越低，制造成本越低。nCH2CH21、聚乙烯、聚乙烯 (PE)PE薄膜薄膜PE泡沫塑料 聚乙烯泡沫塑料聚乙烯泡沫塑料具有密度低、耐低溫及抗化學性能優(yōu)良等優(yōu)點，并具有一定的力學強度，可用作日用品、精密儀器的包裝材料，保溫材料和水上漂浮材料等。高發(fā)泡聚乙烯鈣塑材料廣泛用于建筑裝飾，近年來聚乙烯泡沫塑料的用途日漸擴大，發(fā)展速度較快。結(jié)構式結(jié)構式: :性能：性能：強極性，絕緣性好，耐酸堿，難

10、燃，具有自熄性。缺點是介電強極性，絕緣性好，耐酸堿，難燃，具有自熄性。缺點是介電性能差，在性能差，在100 120即可分解出氯化氫，熱穩(wěn)定性差即可分解出氯化氫，熱穩(wěn)定性差 用途：用途：制造水槽，下水管；制造箱、包、沙發(fā)、桌布、窗簾、雨傘、制造水槽，下水管；制造箱、包、沙發(fā)、桌布、窗簾、雨傘、包裝袋；還可做涼鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等包裝袋；還可做涼鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等氯化聚氯乙烯氯化聚氯乙烯CPVC（過氯乙烯）可作熱水硬管，使用溫度（過氯乙烯）可作熱水硬管，使用溫度65 105。nClCHCH22、聚氯乙烯（、聚氯乙烯（PVC)PVC泡沫塑料泡沫塑料 聚氯乙烯泡沫塑料聚氯乙烯泡沫塑料按其配方

11、和成型方法不同可制成為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩種。軟質(zhì)泡沫塑料在配制時加入較多的增塑劑，成型后具有一定的柔軟性。而硬質(zhì)聚氯乙烯泡沫塑料在配制時加入溶劑將樹脂溶解，成型過程中溶劑受熱揮發(fā)而成為質(zhì)地堅硬的泡沫制品。 性能：性能：具有韌性、耐磨、耐熱，具有吸濕性、無毒、接伸強度大具有韌性、耐磨、耐熱，具有吸濕性、無毒、接伸強度大 用途：用途：可做尼龍布、尼龍襪子、尼龍繩及醫(yī)用消毒容器等；做機械可做尼龍布、尼龍襪子、尼龍繩及醫(yī)用消毒容器等；做機械零件、儀表、儀器零件零件、儀表、儀器零件結(jié)構式結(jié)構式: :NH ( CH2 ) x NH C ( CH2 ) y C nOO3、聚酰胺、聚酰胺 （尼龍（尼龍, PA6/P

12、A66）性能：性能：耐酸堿，耐腐蝕，化學穩(wěn)定性好，耐寒，絕緣性好，耐磨。耐酸堿，耐腐蝕，化學穩(wěn)定性好，耐寒，絕緣性好，耐磨。缺點是剛性差缺點是剛性差 結(jié)構式結(jié)構式: :用途：用途：可用作高溫環(huán)境中化工設備的密封零件，無油潤滑條件下作可用作高溫環(huán)境中化工設備的密封零件，無油潤滑條件下作軸承、活塞等，還可做電容器、電纜絕緣材料軸承、活塞等，還可做電容器、電纜絕緣材料 nCF2CF24、聚四氟乙烯（塑料王）、聚四氟乙烯（塑料王）性能：性能：堅硬、耐高溫、良好的機械性能、電絕緣性好、韌性好、抗堅硬、耐高溫、良好的機械性能、電絕緣性好、韌性好、抗沖擊性好、透明度高沖擊性好、透明度高 用途：用途：制造繼電

13、器盒蓋，計算機和磁盤的殼體、熒光燈罩、汽車及透制造繼電器盒蓋，計算機和磁盤的殼體、熒光燈罩、汽車及透明窗的玻璃等明窗的玻璃等nCOOCCH3CH3O結(jié)構式結(jié)構式: :5、聚碳酸酯（、聚碳酸酯（PC）（透明金屬）（透明金屬）性能：性能：變硬度、高抗沖強度、抗蠕變性好，耐熱、耐寒、耐磨、抗變硬度、高抗沖強度、抗蠕變性好，耐熱、耐寒、耐磨、抗氧化性好，尺寸穩(wěn)定性好氧化性好，尺寸穩(wěn)定性好 用途：用途： 制造機械、電子、電氣制造航空、航天等部門的零部件制造機械、電子、電氣制造航空、航天等部門的零部件結(jié)構式結(jié)構式: :nOCCH3CH3OSOO6、聚砜、聚砜 性能：性能：無毒、無味，易溶于酮、醛、酯等有機

14、溶劑。耐磨性、抗沖無毒、無味，易溶于酮、醛、酯等有機溶劑。耐磨性、抗沖擊性能好擊性能好 用途：用途：用于家用電器、箱包、裝飾板材、汽車收音機等零部件用于家用電器、箱包、裝飾板材、汽車收音機等零部件結(jié)構式結(jié)構式: :( CH2CH )x ( CH2CH = CHCH2 )y ( CH2CH )zCNn7、ABS塑料塑料性能：性能：其透明性在現(xiàn)有高聚物中是最好的，缺點是耐磨能差，硬度其透明性在現(xiàn)有高聚物中是最好的，缺點是耐磨能差，硬度較低，易溶于有機溶劑等較低，易溶于有機溶劑等 結(jié)構式結(jié)構式:用途：用途：廣泛用于航空、醫(yī)療、儀器等領域廣泛用于航空、醫(yī)療、儀器等領域nCH2CCH3COOCH38、聚

15、甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃, PMMA）9、聚氨酯（、聚氨酯（PU） 聚氨酯聚氨酯是是聚氨基甲酸酯聚氨基甲酸酯的簡稱，英文名稱是的簡稱，英文名稱是polyurethane（PU），是一種新興的有機高分子材料，被譽為，是一種新興的有機高分子材料，被譽為“第五大第五大塑料塑料”，因其卓越的性能而被廣泛應用于國民經(jīng)濟眾多領域。，因其卓越的性能而被廣泛應用于國民經(jīng)濟眾多領域。 聚氨酯聚氨酯具有諸多優(yōu)良特性，包括：（具有諸多優(yōu)良特性，包括：（1）性能可調(diào)范圍寬、）性能可調(diào)范圍寬、適應性強（適應性強（2）耐磨性能好；（）耐磨性能好；（3）機械強度大；（）機械強度大；（4）粘接性能

16、）粘接性能好（膠黏劑）；（好（膠黏劑）；（5）彈性好，具有優(yōu)良的復原性；（）彈性好，具有優(yōu)良的復原性；（6）低溫）低溫柔性好；（柔性好；（7）耐候性好，使用壽命長達）耐候性好，使用壽命長達1520年；（年；（8）耐油性）耐油性好；（好；（9）耐生物老化；（）耐生物老化；（10）價格適中。）價格適中。 應用廣泛應用廣泛：1）油漆）油漆 2）涂料）涂料 3）粘合劑）粘合劑 4）發(fā)泡材料）發(fā)泡材料 5）彈性體）彈性體6）人造皮革）人造皮革 7）防水材料）防水材料聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料是以多元異氰酸酯和多元醇為主要原料，加入催化劑、發(fā)泡劑和表面活性劑等，在充分混合下

17、反應形成的輕質(zhì)發(fā)泡材料。發(fā)泡氣體有時也可以是由異氰酸酯和水反應生成的二氧化碳。聚氨酯泡沫塑料具有整體密度小，比強度高，導熱系數(shù)低以及耐油、耐寒、防震和隔音性能好等優(yōu)點，并且加工簡單，容易制得。在日常生活和國民經(jīng)濟各部門中得到廣泛應用，其產(chǎn)量在各種泡沫期料中名列前茅。聚氨酯人造革聚氨酯人造革 以聚氨酯樹脂溶液為涂料，均勻涂覆在基材上，然后設法除去溶劑，聚氨酯膜層便與基材牢固結(jié)合，這樣制得的涂層制品即為聚氨酯人造革聚氨酯人造革。 聚氨酯人造革聚氨酯人造革的生產(chǎn)方式有干法和濕法兩種。前者的工藝過程與前述涂覆法生產(chǎn)聚氯乙烯人造革相似，樹脂溶液的涂層通過烘箱時，溶劑被加熱揮發(fā)。在濕法生產(chǎn)中，溶劑通過水洗

18、清除，涂層具有連續(xù)的氣孔結(jié)構，因而透氣性和透濕性大為提高，制品性能更加接近天然皮鞋。為了突出濕法聚氨酯革的優(yōu)點，有人把它稱為“合成革”。 金屬涂層人造革漆布塑料壁紙10、聚苯乙烯（、聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯聚苯乙烯的分子量為的分子量為520萬。萬。PS的機械性能，隨溫度升高，剛性（彈的機械性能，隨溫度升高，剛性（彈性模量、抗拉強度、沖擊強度等下降，而斷裂伸長率較大。性模量、抗拉強度、沖擊強度等下降，而斷裂伸長率較大。PS的透明性好，的透明性好，透光率達透光率達8892%，僅次于丙烯酸類聚合物，折射率為，僅次于丙烯酸類聚合物，折射率為1.591.60。故可。故可用作光學零件，但它受陽光作用后，

19、易出現(xiàn)發(fā)黃和混濁。用作光學零件，但它受陽光作用后，易出現(xiàn)發(fā)黃和混濁。PS有主要缺點是有主要缺點是性脆和耐熱性低。性脆和耐熱性低。 對對PS進行改性，如橡膠改性的高抗沖進行改性，如橡膠改性的高抗沖PS（HIPS）；）；MMA-丁二烯丁二烯-苯乙苯乙烯（烯（MBS）；）；A（丙烯腈）（丙烯腈）B（丁二烯）（丁二烯）S ，在工業(yè)上應用最廣泛的是，在工業(yè)上應用最廣泛的是ABS塑料。塑料。 聚苯乙烯泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料的成型方法很多，主要有模壓法、可發(fā)性珠粒法和擠出發(fā)泡法。模壓法是采用乳液法聚苯乙烯和熱分解型發(fā)泡刑制得，是早期使用的方法，現(xiàn)在用的很少。目前大且使用的是可發(fā)性珠粒法和

20、擠出發(fā)泡法。 3.2.3 天然高分子天然高分子3.2.3 天然高分子天然高分子3.2.3 天然高分子天然高分子3.2.3 天然高分子天然高分子1、淀粉、淀粉4OOHOHOHCH2OH123456OOHOOHOHCH2OH123566532CH2OHOHOHOO654321CH2OHOHOHO4O1n結(jié)構式結(jié)構式: :餐具餐具食品包裝膜食品包裝膜OHOHOOHOHOHOOHOOHOH OOHOOHHOO3.2.3 天然高分子天然高分子3.2.3 天然高分子天然高分子2、纖維素（、纖維素（Cellulose)2、纖維素、纖維素結(jié)構式結(jié)構式: :654321CH2OHOHOHOHO4O65321CH

21、2OHOHOHOOHOOHOHCH2OH123456OOOHOHCH2OH123456On人造絲人造絲電影膠片電影膠片3、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)結(jié)構：結(jié)構：毛發(fā)、毛發(fā)、蠶絲與蠶絲與蜘蛛絲蜘蛛絲3.2.4 橡膠橡膠天然橡膠其化學組成是天然橡膠其化學組成是聚異戊二烯聚異戊二烯有有順式順式與與反式反式兩種構型，兩種構型，它們的結(jié)構簡式分別為：它們的結(jié)構簡式分別為：CH2CCCH2HCH3n順式順式 CH2CCCH3HCH2n反式反式 1.1.天然橡膠天然橡膠乳膠乳膠2. 合成橡膠合成橡膠 合成橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠。通用橡膠用量較大，例如丁苯橡膠占合成橡膠產(chǎn)量的60；其次是順丁橡膠，占15；此外還有異

22、戊橡膠、氯丁橡膠、丁鈉橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠等，它們都屬通用橡膠。性能：性能：耐水，耐老化性能，特別是耐磨性和氣密性好。缺點是不耐耐水，耐老化性能，特別是耐磨性和氣密性好。缺點是不耐油和有機溶劑，抗撕強度小油和有機溶劑，抗撕強度小 結(jié)構式結(jié)構式: :用途：用途：為合成橡膠中最大的品種（約占為合成橡膠中最大的品種（約占50%50%），廣泛用于制造汽車輪），廣泛用于制造汽車輪胎，皮帶等；與天然橡膠共混可作密封材料和電絕緣材料胎，皮帶等；與天然橡膠共混可作密封材料和電絕緣材料nyxCH2CHCH CH2CH2CH（1）丁苯橡膠）丁苯橡膠性能：性能：耐油，耐氧化，耐燃，耐酸堿，耐老化，耐曲撓性及氣密

23、性耐油，耐氧化，耐燃，耐酸堿，耐老化，耐曲撓性及氣密性都很好；缺點是密度較大，耐寒和彈性較差都很好；缺點是密度較大，耐寒和彈性較差 結(jié)構式結(jié)構式: :用途：用途：制造運輸帶、防毒面具，電纜外皮、輪胎、膠粘劑等制造運輸帶、防毒面具，電纜外皮、輪胎、膠粘劑等 nCH2CCH CH2Cl（2）氯丁橡膠（萬能橡膠）氯丁橡膠（萬能橡膠）性能：性能：彈性、耐老化性和耐低溫性、耐磨性，都超過天然橡膠；缺彈性、耐老化性和耐低溫性、耐磨性，都超過天然橡膠；缺點是抗撕裂能力差，易出現(xiàn)裂紋點是抗撕裂能力差，易出現(xiàn)裂紋 結(jié)構式結(jié)構式: :用途：用途：為合成橡膠的第二大品種（約占為合成橡膠的第二大品種（約占15%15%

24、），大約），大約60%60%以上用于制造以上用于制造輪胎輪胎 nCH2CCCH2HH（3）順丁橡膠）順丁橡膠性能：性能：耐油性好，拉伸強度大，耐熱性好；缺點是電絕緣性、耐寒耐油性好，拉伸強度大，耐熱性好；缺點是電絕緣性、耐寒性差，塑性低、難加工性差，塑性低、難加工 用途：用途：用作機械上的墊圈以及制備收音機和汽車等需要耐油的零件用作機械上的墊圈以及制備收音機和汽車等需要耐油的零件 nyx CNCH2CHCH CH2CH2CH結(jié)構式結(jié)構式: :（4）丁腈橡膠）丁腈橡膠性能：性能：分子無雙鍵存在，故耐熱、耐氧化、耐老化性好，使用溫度分子無雙鍵存在，故耐熱、耐氧化、耐老化性好，使用溫度高高 結(jié)構式結(jié)

25、構式: :用途：用途：制造耐熱膠管、墊片、三角膠帶、輸送帶、人力車胎等制造耐熱膠管、墊片、三角膠帶、輸送帶、人力車胎等 nCH3CH2CH2CH CH2（5）乙丙橡膠）乙丙橡膠性能：性能：是一種耐熱性和耐老化性很好的橡膠，它的特點是既耐高溫，是一種耐熱性和耐老化性很好的橡膠，它的特點是既耐高溫，又耐低溫，彈性好，耐油，防水，其制品柔軟光滑，物理性能又耐低溫，彈性好，耐油，防水，其制品柔軟光滑，物理性能穩(wěn)定、無毒、生物惰性、加工性能好，缺點是機械性能差，較穩(wěn)定、無毒、生物惰性、加工性能好，缺點是機械性能差，較脆，易撕裂脆，易撕裂 結(jié)構式結(jié)構式:用途：用途：可用于醫(yī)用材料，如導管，引流管，靜脈插管

26、，人造器管等，可用于醫(yī)用材料，如導管，引流管，靜脈插管，人造器管等，還可用于飛機、導彈上的一些零部件及電絕緣材料還可用于飛機、導彈上的一些零部件及電絕緣材料nSiOCH3CH3（6）硅橡膠）硅橡膠 有機硅有機硅應用在汽車電子裝置汽車電子裝置上有：粘接與密封劑、灌封膠、凝膠、絕緣涂料、導熱膠等材料。這些材料被用于保護發(fā)動機控制模塊、點火線圈與點火模塊、動力系統(tǒng)模塊、制動系統(tǒng)模塊、廢氣排放控制模塊、電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、各種傳感器、連接器等等。 3.3 纖維增強聚合物復合材料纖維增強聚合物復合材料 3.3.1 碳纖維增強聚合物復合材料碳纖維增強聚合物復合材料 3.3.2 玻璃纖維玻璃纖維增強聚合物復

27、合材料增強聚合物復合材料 3.3.3 天然纖維天然纖維增強聚合物復合材料增強聚合物復合材料 3.3.4 合成纖維合成纖維增強聚合物復合材料增強聚合物復合材料JJJJ3.3.1 碳纖維增強聚合物復合材料碳纖維增強聚合物復合材料 CFRP 由碳纖維碳纖維和環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。 裝有裝有X-43高超聲速高超聲速飛行器的飛行器的B-52轟炸機轟炸機 碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構材料中是最高的。 采用自動鋪絲技術制造的采用自動鋪絲技術制造的Premier I飛機碳纖維復合材料機身飛機碳纖維復合材

28、料機身 碳纖維增強聚合物基復合材料（碳纖維增強聚合物基復合材料（CFRP） CFRP在民用在民用飛機中的應用飛機中的應用CFRP在空間站大型結(jié)構在空間站大型結(jié)構以及太陽能電池支架中的應用以及太陽能電池支架中的應用3.3.2 玻璃纖維增強聚合物復合材料玻璃纖維增強聚合物復合材料 （玻璃鋼，（玻璃鋼，GFRP） 最常用的玻璃纖維是無堿纖維和中堿纖維。中堿纖維幾乎所有的性能都比無堿纖維差，但耐酸性較無堿纖維好，價格也較低。 常用的基體材料有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和酚醛樹脂。環(huán)氧樹脂粘結(jié)力強，用于較高強度的玻璃鋼制品，但粘度高、工藝性能差、價格也較貴。不飽和聚酯樹脂的粘度小、浸潤性好、氣泡容易排除、

29、凝膠時間可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)控制、工藝性能最好、相對價格也較低，故得到廣泛應用。酚醛樹脂因其優(yōu)越的阻燃性，近來受到廣泛重視。 GFRP的制造有手糊、纏繞、SMC（BMC）、拉擠、離心澆鑄、RTM、RIM、GMT 等多種工藝 。 拉擠工藝拉擠工藝是一種連續(xù)生產(chǎn)復合材料型材的方法，它是將紗架上的無捻玻璃纖維粗紗和其他連續(xù)增強材料、聚脂表面氈等進行樹脂浸漬，然后通過保持一定截面形狀的成型模具，并使其在模內(nèi)固化成型后連續(xù)出模，由此形成拉擠制品的一種自動化生產(chǎn)工藝。 拉擠工藝流程拉擠工藝流程 玻璃纖維粗紗排布 浸膠 預成型 擠壓模塑及固化 牽引 切割 制品性能 比重拉伸強度拉伸模量彎曲強度彎曲模量壓縮強度

30、沖擊強度硬度熱膨脹系數(shù)熱變形溫度單位 g/cm3MPa GPa MPa GPa MPaJ/M洛氏硬度10-6*K-1oCGFRP拉擠型材1.7521018.621018.620013255012200拉擠拉擠GFRP產(chǎn)品性能產(chǎn)品性能 高壓玻璃鋼管與鋼管的性能比較高壓玻璃鋼管與鋼管的性能比較高壓玻璃鋼管制造工藝流程圖 材料 密度 /103kgm-3 抗拉強度 b/MPa 彎曲模量 /102MPa 特性及用途 尼龍66玻璃鋼 1.37 182 91 剛度、強度、減摩性好，作軸承、軸承架、齒輪等精密件、電工件、汽車儀表、前后燈等 ABS玻璃鋼 1.28 101 77 化工裝置、管道、容器等 聚苯乙烯

31、玻璃鋼 1.28 95 91 汽車內(nèi)裝、收音機機殼、空調(diào)葉片等 聚碳酸酯玻璃鋼 1.43 130 84 耐磨、絕緣儀表等 不同聚合物 玻璃鋼應用于工業(yè)生產(chǎn)玻璃鋼應用于工業(yè)生產(chǎn)玻璃鋼天線反射面玻璃鋼天線反射面玻璃鋼建筑材料用于玻璃鋼建筑材料用于上海東方明珠電視塔大堂裝潢上海東方明珠電視塔大堂裝潢玻璃鋼（玻璃纖維增強塑料，玻璃鋼（玻璃纖維增強塑料，GFRP） 玻璃鋼應用于體育用品玻璃鋼應用于體育用品硼纖維增強聚合物基復合材料（硼纖維增強聚合物基復合材料（BFRP） 特點特點：抗壓強度和剪切強度都很高(優(yōu)于鋁合金、鈦合金)，且蠕變小、硬度和彈性模量高，疲勞強度很高，耐輻射及導熱極好（硼纖維比強度與玻

32、璃纖維相近；比彈性模量比玻璃纖維高5倍；耐熱性更高）類別及應用類別及應用：硼纖維環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等復合材料多用于航空航天器、宇航器的翼面、儀表盤、轉(zhuǎn)子、壓器機葉片、螺旋漿葉的傳動軸等。 3.3.3 天然纖維增強聚合物復合材料天然纖維增強聚合物復合材料 天然纖維增強聚合物復合材料天然纖維增強聚合物復合材料（natural fiber reinforced plastics，簡稱NFRP）是利用天然纖維（麻纖維、木纖維等）與熱塑性樹脂基體或熱固性樹脂基體復合而成的一種新型材料。 與玻璃纖維增強復合材料相比， NFRP具有密度低、隔音效果好、比性能高、可回收、價格低廉、人體親和性好等優(yōu)點。是各

33、行各業(yè)特別是與人們生活密切相關的建筑工業(yè)和汽車工業(yè)，特別青睞的“綠色產(chǎn)品” 。 木塑復合材料木塑復合材料 木塑復合材料有多種顏色和表面紋理木塑復合材料有多種顏色和表面紋理性能性能單位單位ASTM標準標準未填充樹未填充樹脂脂20% 木填木填料料40% 木填木填料料60% 木填木填料料熔體流動指數(shù)熔體流動指數(shù)g/10 min D1238 202.62.31.5屈服拉伸強度屈服拉伸強度psi (MPa) D638 3850 (26.5) 2480 (17.1) 2580 (17.8) 2250 (15.5)斷裂拉伸強度斷裂拉伸強度psi (MPa) D638 n/a2170 (14.9) 2320

34、(16.0) 2180 (15.1) 拉伸模量拉伸模量.psi (GPa) D638n/a245,000 (1.7)390,000 (2.7)642,000 (4.4)伸長率伸長率%D638 19154.91.3 抗彎模量抗彎模量psi (GPa) D790189,000 (1.3)210,000 (1.4)352,000 (2.4)589,000 (4.1)抗彎強度抗彎強度psi (MPa) D790n/a4420 (30.5) 5090 (35.1) 4310 (29.7)Izod缺口沖擊強度缺口沖擊強度ft-lb/in (J/m)D2560.56 (29.9)0.5 (27.7)0.4 (20.9)0.3 (16.1)熱畸變溫度熱畸變溫度(264 psi)F (C)D648n/a113 (45)127 (53) 143 (62) 不同木質(zhì)填料用量下不同木質(zhì)填料用量下HDPE的復合材料的性能的復合材料的性能 其中麻類纖維麻類纖維和竹類纖維竹類纖維因其拉伸強度比其他天然纖維高，可以稱為高性能天然纖維。 材料科學與工程學報，材料科學與工程學報，2005，23（6）Polymer Testing，2005，24：1005在汽車制造中的應用在汽車制造中的應用 目前各汽車工業(yè)大國已經(jīng)開始大量使用天然纖維復合材料，生產(chǎn)的產(chǎn)品有：轎車的門內(nèi)板、行李廂、頂棚、座椅背板、衣帽架、儀表