高性能熱塑性復(fù)合材料與制備技術(shù)-緒論

1、LOGO簡述簡述 樹脂基復(fù)合材料的主要應(yīng)用：樹脂基復(fù)合材料的主要應(yīng)用：航空航天、體育器材、醫(yī)療器械、建筑、航空航天、體育器材、醫(yī)療器械、建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域 1924年，年，W.H. carothers研制成功了研制成功了聚醋酸乙烯脂聚醋酸乙烯脂30年代后期，熱塑性樹脂得到了快速發(fā)展年代后期，熱塑性樹脂得到了快速發(fā)展 1937年年，英國的，英國的ICI公司首先獲得了公司首先獲得了高壓聚乙烯高壓聚乙烯 1938年年，美國的杜邦公司發(fā)明了，美國的杜邦公司發(fā)明了尼龍尼龍66 1939年年，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了聚乙烯聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)的工業(yè)化生產(chǎn) 1

2、953年年，德國的，德國的K.Zleger研制成功研制成功低壓聚乙烯低壓聚乙烯，1957年正式工業(yè)化生產(chǎn)年正式工業(yè)化生產(chǎn) 50年代年代，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了聚丙烯聚丙烯的工業(yè)化生產(chǎn)的工業(yè)化生產(chǎn)隨著石油和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展熱塑性樹脂發(fā)展速度加快，為熱塑性樹脂基復(fù)合材料隨著石油和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展熱塑性樹脂發(fā)展速度加快，為熱塑性樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性樹脂基復(fù)合材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料是以是以熱塑性樹脂熱塑性樹脂為基體為基體,以以纖維及其織物纖維及其織物為增強(qiáng)材為增強(qiáng)材料，通過適當(dāng)?shù)牧?，通過適當(dāng)?shù)某尚头椒ǔ尚头椒ǘ傻囊环N新材料而成的一種新

3、材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展一直伴隨著熱塑性樹脂的發(fā)展而向前推進(jìn)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展一直伴隨著熱塑性樹脂的發(fā)展而向前推進(jìn)聚醚醚銅PEEK聚醚砜PES幾種高性能幾種高性能熱塑性樹脂熱塑性樹脂聚苯硫醚PPS聚醚酰亞胺PEI分類 按樹脂基體及復(fù)合后的性能 高性能復(fù)合材料 通用型復(fù)合材料 以優(yōu)良纖維增強(qiáng)高性能熱塑性樹脂。例：碳纖維、芳綸纖維 聚苯硫醚、聚醚酮 特點(diǎn)：比強(qiáng)度、比模量高，能在200以上長期使用 以玻纖及制品增強(qiáng)一般通用的熱塑性樹脂。例：PP、PE、PVC 熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述增強(qiáng)材料在復(fù)合材料中的形狀 短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑 性 復(fù) 合

4、材 料 長纖維粒料 短纖維粒料 長0.2-0.7mm，均勻無定向分布在樹脂基體中，纖維含量30，各向同性。 連續(xù)纖維氈或布，按鋪層方向分布，屬非均質(zhì)材料一般說，用連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于短纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述1951年年，美國的，美國的Bradt首先制備出首先制備出短切玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯短切玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料復(fù)合材料20世紀(jì)世紀(jì)60年代中期年代中期螺桿式注射機(jī)被廣泛使用后，短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材螺桿式注射機(jī)被廣泛使用后，短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料才得以大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用料才得以大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用早期的熱塑性樹脂基體一般

5、選用早期的熱塑性樹脂基體一般選用聚丙烯聚丙烯(PP)、聚乙烯聚乙烯(PE)、聚苯乙烯聚苯乙烯(PS)、聚氯聚氯乙烯乙烯(PVC)等通用熱塑性樹脂作為基體材料；等通用熱塑性樹脂作為基體材料；增強(qiáng)材料主要是增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維玻璃纖維優(yōu)點(diǎn)：韌性好、成型工藝簡單、制造周期短；優(yōu)點(diǎn)：韌性好、成型工藝簡單、制造周期短；缺點(diǎn)：熱變形溫度低、剛性差缺點(diǎn)：熱變形溫度低、剛性差主要主要應(yīng)用應(yīng)用于電器、電子、五金工具、汽車等工業(yè)用品的于電器、電子、五金工具、汽車等工業(yè)用品的非承力構(gòu)件非承力構(gòu)件熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料與短纖維增強(qiáng)熱塑

6、性樹脂基復(fù)合材料不同，長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料中的纖維可與短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料不同，長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料中的纖維可以平行排列和分散，纖維的長度不被破壞，長度均勻統(tǒng)一，纖維含量較高以平行排列和分散，纖維的長度不被破壞，長度均勻統(tǒng)一，纖維含量較高( (一般一般30%)30%)，其力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料其力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：剛性高、抗沖擊性能好、重量輕、可以一次成型、熱膨脹系數(shù)：剛性高、抗沖擊性能好、重量輕、可以一次成型、熱膨脹系數(shù) 在汽車工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)顯示出巨大的競爭優(yōu)勢在汽車工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)顯示出巨大的競爭優(yōu)

7、勢熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料美國于美國于20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代就開始了熔融法制備長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合就開始了熔融法制備長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料片材的工藝研究材料片材的工藝研究70年代中期年代中期，以，以Asdel為商品名的中為商品名的中長玻璃纖維氈增強(qiáng)聚丙烯長玻璃纖維氈增強(qiáng)聚丙烯的熱塑性樹脂的熱塑性樹脂基復(fù)合材料片材的出現(xiàn)基復(fù)合材料片材的出現(xiàn)，揭開了長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的序，揭開了長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的序幕幕20世紀(jì)世紀(jì)80年代初年代初，以，以聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）為代表的特

8、種工程塑料的商品化為代表的特種工程塑料的商品化 航天、航空工業(yè)對航天、航空工業(yè)對高耐熱性高耐熱性和和高韌性高韌性樹脂及復(fù)合材料的急迫需求樹脂及復(fù)合材料的急迫需求 連續(xù)纖維的浸漬連續(xù)纖維的浸漬問題得到解決問題得到解決連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料取得了突破性的進(jìn)展連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料取得了突破性的進(jìn)展,以以APC-1和和APC-2為代為代表的連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料相繼問世表的連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料相繼問世熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料中的纖維

9、為連續(xù)狀態(tài)，其力學(xué)性能大大增加連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料中的纖維為連續(xù)狀態(tài)，其力學(xué)性能大大增加,可以應(yīng)可以應(yīng)用于承載能力更高的場合，己成為當(dāng)今航天航空新材料的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向用于承載能力更高的場合，己成為當(dāng)今航天航空新材料的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向以通用塑料和工程塑料為基體的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料也已經(jīng)開始用于汽以通用塑料和工程塑料為基體的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料也已經(jīng)開始用于汽車部件、體育用品、石油化工等領(lǐng)域工業(yè)品的制造車部件、體育用品、石油化工等領(lǐng)域工業(yè)品的制造Xperion公司采用模壓成型工藝生產(chǎn)的用于固定空客A330/A340飛機(jī)室內(nèi)側(cè)壁板的碳纖維/聚醚酰亞胺橫桿扣

10、件裝置Xperion Aerospace GmbH公司（德國）已經(jīng)生產(chǎn)出3萬多個(gè)這樣的扣件，這些復(fù)合材料扣件代替了傳統(tǒng)的鋁制扣件，重量減輕約50%，生產(chǎn)成本降低了21%，預(yù)計(jì)兩年后，部件不合格率將小于0.1%。 橫桿支架熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料Bico AG公司（瑞士）采用模壓成型的床用彈簧發(fā)條（25mm寬，70mm長，1.4mm厚）到2007年為止，平均每年生產(chǎn)140萬根 Xperion/CDI公司的第一批產(chǎn)品將是用于夢想787飛機(jī)的吊頂部件（行李架，包括C形件和L形件）可能會采用碳纖維/PEEK或碳纖維/P

11、EEK單向預(yù)浸帶制成采用模壓成型的C型和T型梁熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料發(fā)展概述熱塑性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用熱塑性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用跨度為12m的CF/PEKK扭轉(zhuǎn)盒荷蘭航空工業(yè)部門聯(lián)合荷蘭Delft大學(xué)、Twente大學(xué)以及空客公司在2008年制定TAPAS (Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structure)工程計(jì)劃，大力發(fā)展熱塑性復(fù)合材料在飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。 15min熱壓成型的縱梁采用對接接頭的正弦波橫梁熱塑性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用熱塑性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用(1)密度小、強(qiáng)度高 (2)性能可設(shè)計(jì)性 鋼 7.8 g/cm3, 熱

12、固性 1.72.0 g/cm3熱塑性 1.11.6 g/cm3 與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性樹脂種類多，可選擇性大，其可設(shè)計(jì)性好。 熱塑性復(fù)合材料的物理性能、化學(xué)性能及力學(xué)性能都可以根據(jù)使用要求，通過合理的選擇材料及工藝來設(shè)計(jì)。熱塑性復(fù)合材料性能特點(diǎn)熱塑性復(fù)合材料性能特點(diǎn)(3)耐熱性(4)耐化學(xué)腐蝕性 一般地認(rèn)為其耐熱性比熱固性樹脂差。熱塑性復(fù)合材料耐熱性一般在100左右。用玻纖增強(qiáng)后的熱塑性塑料的使用溫度可大大提高。例如：尼龍6的熱變形溫度為50左右，增強(qiáng)后可提高到190以上，高性能熱塑性復(fù)合材料的耐熱可達(dá)250以上 導(dǎo)熱系數(shù)：0.30.36 w/m.k 與熱固性復(fù)合材料相當(dāng) 復(fù)合材料的耐化

13、學(xué)腐蝕性能一般取決于基體材料的特性。耐腐蝕性較好的熱塑性樹脂有：氟塑料、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等 熱塑性復(fù)合材料的耐水性普遍比熱固性復(fù)合材料好。 熱塑性復(fù)合材料性能特點(diǎn)熱塑性復(fù)合材料性能特點(diǎn) (5)電性能 (6)加工性能復(fù)合材料的電性能取決于樹脂基體和增強(qiáng)材料的性能，其電性能可以根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。熱塑性復(fù)合材料具有良好的介電性能，優(yōu)于熱固性復(fù)合材料，不受電磁作用，不反射無線電波。熱塑性復(fù)合材料的工藝性能優(yōu)于熱固性復(fù)合材料，它可以多次成型，廢料可回收利用等。熱塑性復(fù)合材料性能特點(diǎn)熱塑性復(fù)合材料性能特點(diǎn)課程主要內(nèi)容與參考教材課程主要內(nèi)容與參考教材參考教材參考教材1.高性能樹脂基體高性能樹脂基體 陳祥寶陳祥寶 主編主編2. 高分子復(fù)合材料加工工程高分子復(fù)合材料加工工程 （美）（美）R.S. 戴夫，戴夫， A.C. 魯斯主魯斯主編