复合材料-高性能树脂(自学).ppt

第八章第八章 高性能树脂高性能树脂8.1 聚砜和聚芳醚砜聚砜和聚芳醚砜n n双酚双酚双酚双酚A A型聚砜（简称型聚砜（简称型聚砜（简称型聚砜（简称聚砜聚砜聚砜聚砜）n n非双酚非双酚非双酚非双酚A A型聚砜（聚芳砜，型聚砜（聚芳砜，型聚砜（聚芳砜，型聚砜（聚芳砜，PASFPASF）PolysulfonePSF，PSUn n聚芳醚砜（聚芳醚砜（聚芳醚砜（聚芳醚砜（PESPES）结构结构结构结构特点特点特点特点 使聚合物具有良好的使聚合物具有良好的柔韧性柔韧性使聚合物具有突出的耐使聚合物具有突出的耐热性和热氧化稳定性热性和热氧化稳定性聚砜（聚砜（聚砜（聚砜（PSFPSF）合成合成：由二氯二苯基砜和双酚：由二氯二苯基砜和双酚A的碱金属盐为原料反应制得的。的碱金属盐为原料反应制得的。M Na，K缩聚实施方法：溶液或熔融缩聚缩聚实施方法：溶液或熔融缩聚特点特点特点特点：uu 能在能在能在能在100150100150 长期使用（短期使用温度长期使用（短期使用温度长期使用（短期使用温度长期使用（短期使用温度190 190 ）uu 热稳定性高热稳定性高热稳定性高热稳定性高uu 力学性能优异力学性能优异力学性能优异力学性能优异 ，即使在高温下也保持优良的机械性能，即使在高温下也保持优良的机械性能，即使在高温下也保持优良的机械性能，即使在高温下也保持优良的机械性能uu 化学稳定性好（化学稳定性好（化学稳定性好（化学稳定性好（除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，能耐一般酸、碱、盐、在酮，酯中溶胀一般酸、碱、盐、在酮，酯中溶胀一般酸、碱、盐、在酮，酯中溶胀一般酸、碱、盐、在酮，酯中溶胀 ）主要缺点主要缺点主要缺点主要缺点：耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。成型方法成型方法成型方法成型方法：注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等。（控制熔体粘度）控制熔体粘度）控制熔体粘度）控制熔体粘度）用途用途用途用途：主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗和一般工业等部门和一般工业等部门和一般工业等部门和一般工业等部门 n n非双酚非双酚非双酚非双酚A A型聚砜型聚砜型聚砜型聚砜n n聚芳醚砜聚芳醚砜聚芳醚砜聚芳醚砜合成合成：方法方法1方法方法2路易斯酸（如路易斯酸（如FeCl3、SbCl5）催化）催化 聚合实施方法：聚合实施方法：溶液聚合或溶液聚合或熔融聚合熔融聚合（通常用）（通常用）性能性能性能性能：耐热性更好，在高温下仍保持优良机械性能耐热性更好，在高温下仍保持优良机械性能耐热性更好，在高温下仍保持优良机械性能耐热性更好，在高温下仍保持优良机械性能 。8.2 聚醚醚酮聚醚醚酮合成：合成：原料：原料：4,4-二氟苯酮、对苯二酚、碳酸钠二氟苯酮、对苯二酚、碳酸钠 溶剂：二苯砜溶剂：二苯砜 特点：特点：特点：特点：半结晶性聚合物，最高结晶度半结晶性聚合物，最高结晶度半结晶性聚合物，最高结晶度半结晶性聚合物，最高结晶度4848良好的热稳定性（良好的热稳定性（良好的热稳定性（良好的热稳定性（HDTHDT：160160o oC C）TgTg以上，强度和模量大幅下降（以上，强度和模量大幅下降（以上，强度和模量大幅下降（以上，强度和模量大幅下降（e.g.200e.g.200o oC C下拉伸强度和拉伸模量下拉伸强度和拉伸模量下拉伸强度和拉伸模量下拉伸强度和拉伸模量分别为室温的分别为室温的分别为室温的分别为室温的4242和和和和8 8）韧性极好，断裂延伸率大于韧性极好，断裂延伸率大于韧性极好，断裂延伸率大于韧性极好，断裂延伸率大于4040优良的化学稳定性、阻燃性、介电性及力学性能等优良的化学稳定性、阻燃性、介电性及力学性能等优良的化学稳定性、阻燃性、介电性及力学性能等优良的化学稳定性、阻燃性、介电性及力学性能等成型方法成型方法成型方法成型方法：注塑、挤出、层压、纺丝、制膜等注塑、挤出、层压、纺丝、制膜等注塑、挤出、层压、纺丝、制膜等注塑、挤出、层压、纺丝、制膜等。（。（加工温度：加工温度：加工温度：加工温度：370370399399）n n软化点软化点软化点软化点300300以上以上以上以上n n耐水性好，吸湿率低耐水性好，吸湿率低耐水性好，吸湿率低耐水性好，吸湿率低n n较好的耐热性（较好的耐热性（较好的耐热性（较好的耐热性（HDTHDT：190190 ；TdTd：350350 以上，可在以上，可在以上，可在以上，可在120120 下长期使用）下长期使用）下长期使用）下长期使用）8.3 聚苯醚（聚苯醚（PPO）n n合成合成：二氯苯和硫化钠为原料二氯苯和硫化钠为原料二氯苯和硫化钠为原料二氯苯和硫化钠为原料 8.4 聚苯硫醚（聚苯硫醚（PPS）n n特点：特点：特点：特点：高度结晶高度结晶高度结晶高度结晶，溶解能力受限（只能溶于某些芳烃、氯代，溶解能力受限（只能溶于某些芳烃、氯代，溶解能力受限（只能溶于某些芳烃、氯代，溶解能力受限（只能溶于某些芳烃、氯代芳烃或杂环化合物中芳烃或杂环化合物中芳烃或杂环化合物中芳烃或杂环化合物中 ）优良的优良的优良的优良的热稳定性热稳定性热稳定性热稳定性，可在，可在，可在，可在240240下长期使用下长期使用下长期使用下长期使用 在空气中对在空气中对在空气中对在空气中对PPSPPS进行热处理使它发生交联进行热处理使它发生交联进行热处理使它发生交联进行热处理使它发生交联耐化学腐蚀性能、耐蠕变性、对增强材料有良好的粘耐化学腐蚀性能、耐蠕变性、对增强材料有良好的粘耐化学腐蚀性能、耐蠕变性、对增强材料有良好的粘耐化学腐蚀性能、耐蠕变性、对增强材料有良好的粘合性能、介电性能、阻燃性能和易加工性能合性能、介电性能、阻燃性能和易加工性能合性能、介电性能、阻燃性能和易加工性能合性能、介电性能、阻燃性能和易加工性能8.5 聚酰亚胺（聚酰亚胺（Polyimide，PI）n n基本结构基本结构基本结构基本结构u 具有突出的具有突出的热稳定性热稳定性和和氧化稳氧化稳定性定性，以及优异的耐辐射性能和介，以及优异的耐辐射性能和介电性能。电性能。u长期使用温度可达长期使用温度可达250oC以上。以上。n n分类：分类：分类：分类：加聚型加聚型加聚型加聚型PIPI；缩聚型；缩聚型；缩聚型；缩聚型PIPI；热塑性热塑性热塑性热塑性PIPI热固热固性性n n缩聚型缩聚型缩聚型缩聚型PIPI 原料：芳香二酐、芳香二胺原料：芳香二酐、芳香二胺原料：芳香二酐、芳香二胺原料：芳香二酐、芳香二胺 合成：合成：合成：合成：分两步进行分两步进行分两步进行分两步进行 二酐二胺二酐二胺二酐二胺二酐二胺 聚酰胺酸预聚物（可溶）聚酰胺酸预聚物（可溶）聚酰胺酸预聚物（可溶）聚酰胺酸预聚物（可溶）聚酰亚胺聚酰亚胺聚酰亚胺聚酰亚胺环化环化（热（热/化学）化学）（I）（II）u 聚酰胺酸不稳定，必须在干聚酰胺酸不稳定，必须在干燥和冷冻的条件下保存燥和冷冻的条件下保存 u 缩聚型聚酰亚胺缩聚型聚酰亚胺树脂极少用作为复树脂极少用作为复合材料的基体树脂。合材料的基体树脂。一般用于制造薄膜一般用于制造薄膜和涂料。和涂料。n n加聚型加聚型加聚型加聚型PIPI端基带有不饱和基团的低相对分子质量聚酰亚胺。端基带有不饱和基团的低相对分子质量聚酰亚胺。如：如：双马来酰亚胺双马来酰亚胺、降冰片烯封端酰亚胺、乙炔封端、降冰片烯封端酰亚胺、乙炔封端酰亚胺等酰亚胺等 成型加工：成型加工：通过不饱和端基进行固化，固化过程中没有挥发性物质放出通过不饱和端基进行固化，固化过程中没有挥发性物质放出 热固性树脂热固性树脂双马来酰亚胺（双马来酰亚胺（BMI）树脂）树脂n n主要原料：马来酸酐、二元胺主要原料：马来酸酐、二元胺主要原料：马来酸酐、二元胺主要原料：马来酸酐、二元胺BMI一般一般结构结构合成：合成：双马双马来酰亚胺酸来酰亚胺酸 环化环化双双马来酰亚胺马来酰亚胺 n 目前国内大量应用且唯一商品化的目前国内大量应用且唯一商品化的BMI是是4，4双马双马来酰亚胺基二苯甲烷（来酰亚胺基二苯甲烷（BDM）几种常见几种常见几种常见几种常见BMIBMI单体的熔点单体的熔点单体的熔点单体的熔点n n固化固化固化固化BMIBMI单体的单体的单体的单体的分子双键端基分子双键端基分子双键端基分子双键端基与二元胺、酰胺、酰肼、巯基和羟与二元胺、酰胺、酰肼、巯基和羟与二元胺、酰胺、酰肼、巯基和羟与二元胺、酰胺、酰肼、巯基和羟基等含活泼氢的化合物进行加成反应；基等含活泼氢的化合物进行加成反应；基等含活泼氢的化合物进行加成反应；基等含活泼氢的化合物进行加成反应；也可与环氧树脂、含不饱和双键的化合物也可与环氧树脂、含不饱和双键的化合物也可与环氧树脂、含不饱和双键的化合物也可与环氧树脂、含不饱和双键的化合物(如烯丙基、乙烯如烯丙基、乙烯如烯丙基、乙烯如烯丙基、乙烯基类化合物基类化合物基类化合物基类化合物)反应；反应；反应；反应；在催化剂或热作用下也可以发生自聚反应。在催化剂或热作用下也可以发生自聚反应。在催化剂或热作用下也可以发生自聚反应。在催化剂或热作用下也可以发生自聚反应。n n固化物性能固化物性能固化物性能固化物性能优良的耐热性优良的耐热性优良的耐热性优良的耐热性 较高的强度和模量较高的强度和模量较高的强度和模量较高的强度和模量 脆性大（交联密度高、分子链刚性大）脆性大（交联密度高、分子链刚性大）脆性大（交联密度高、分子链刚性大）脆性大（交联密度高、分子链刚性大）聚合物基体的作用聚合物基体的作用将纤维粘合成整体并使纤维位置固定；将纤维粘合成整体并使纤维位置固定；在纤维间传递载荷，并使载荷均衡在纤维间传递载荷，并使载荷均衡;基体基体保护纤维保护纤维保护纤维保护纤维免受各种损伤。免受各种损伤。基体决定复合材料基体决定复合材料成型工艺方法成型工艺方法成型工艺方法成型工艺方法以及以及工艺参数选择工艺参数选择工艺参数选择工艺参数选择等。基等。基体决定复合材料的一些性能，如复合材料的体决定复合材料的一些性能，如复合材料的高温使用性能高温使用性能高温使用性能高温使用性能、横横横横向性能向性能向性能向性能、剪切性能剪切性能剪切性能剪切性能、耐介质性能耐介质性能耐介质性能耐介质性能等。等。此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如此外，基体对复合材料的另外一些性能也有重要影响，如纵向拉伸纵向拉伸纵向拉伸纵向拉伸、尤其是、尤其是压缩性能压缩性能压缩性能压缩性能，疲劳性能疲劳性能疲劳性能疲劳性能，断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性等。等。聚合物基体的选择聚合物基体的选择对聚合物基体的选择应对聚合物基体的选择应遵循下列原则遵循下列原则遵循下列原则遵循下列原则：能够能够满足满足满足满足产品的产品的使用需要使用需要使用需要使用需要如如使用温度使用温度使用温度使用温度、强度强度强度强度、刚度刚度刚度刚度、耐药品性耐药品性耐药品性耐药品性、耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性等。等。高拉伸（或剪切）模量、高拉伸强度、高断裂韧性的高拉伸（或剪切）模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于基体有利于提高提高提高提高FRPFRP力学性能力学性能力学性能力学性能。对纤维具有良好的对纤维具有良好的浸润性浸润性浸润性浸润性和和粘接力粘接力粘接力粘接力；容易操作容易操作容易操作容易操作，如要求，如要求胶液胶液胶液胶液具有具有足够长的适用期足够长的适用期足够长的适用期足够长的适用期、预浸预浸预浸预浸料料料料具有具有足够长的贮存期足够长的贮存期足够长的贮存期足够长的贮存期、固化收缩率小等。、固化收缩率小等。低毒性低毒性低毒性低毒性、低刺激性低刺激性低刺激性低刺激性。价格合理价格合理价格合理价格合理。聚合物基体的选择聚合物基体的选择