第四篇聚合物基体材料精选PPT.ppt

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1、第四篇聚合物基体材料第1页，此课件共57页哦3.1 概述一、基体材料组分及作用第4章 基体材料1.聚合物基体：基体材料主要成分，决定复合材料的 性能、成型工艺及价格。要求：具有较高的力学性能、介电性能、耐热性能和 耐老化性能，并且要施工简单，有良好的工艺 性能。2.辅助剂固化剂（引发剂、促进剂）第2页，此课件共57页哦稀释剂：降低聚合物基体粘度，便于施工。非活性稀释剂：不参与树脂固化反应，树脂成型中挥发，加入量为1060%。如：丙酮、乙醇、甲苯、苯活性稀释剂：不与树脂固化反应，成为材料成分，加入量为10%。如：苯乙烯（不饱和）、环氧丙烷丁基醚（环氧）3.增韧（增塑）剂降低树脂刚性、提高塑性，将

2、导致强度和耐热性下降。如：邻苯二甲酚酯、聚酰胺、聚酯等。第3页，此课件共57页哦4.触变剂提高树脂在静止状态下的粘度，在外力作用下，树脂又变成流动性液体。适合于大型产品，尤其在垂直面上使用，加入量为13%。如：活性SiO2(白炭黑)、膨润土、聚氯乙烯粉。5.填料降低成本，改善性能（降低收缩率，提高表面硬度和耐磨性能、导电、导热等）。如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉。第4页，此课件共57页哦二、基体的作用均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；保护纤维，防止纤维磨损；赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）；决定复合材料生产工艺、成型方法。三、基体材料的选用原则使用性工艺性能

3、经济性基体材料综合决定第5页，此课件共57页哦日常生活用的波形板：选用聚酯树脂选用环氧树脂火箭发动机壳选用耐高温的树脂基体第6页，此课件共57页哦3.3 基体材料的工艺性基体材料的工艺性一、浸润性能（树脂能否均匀分布于纤维表面）一、浸润性能（树脂能否均匀分布于纤维表面）第4章 基体材料液-固浸润完全浸润：浸润角q=0浸润：0q90完全不浸润：q=180不浸润：90q180 基体基体-增强材料浸润因素增强材料浸润因素树脂表面张力（分子结构即分子间引力 ，内聚能，浸润 ）树脂与纤维间界面张力（树脂/纤维表面分子间作用力 ，浸润）树脂粘度 ，流动性 ，浸润 ；纤维疏松，浸润 纤维表面张力（张力 ，浸

4、润 ）第14页，此课件共57页哦二、粘接性能二、粘接性能第4章 基体材料影响因素：影响因素：树脂对纤维的浸润性和粘附功；树脂本身固化体积收缩率，有无小分子逸出；树脂与纤维断裂伸长率是否匹配三、流动性能三、流动性能 树脂的流动速率与树脂大分子的化学结构、相对分子量、几何形状，温度、切应力大小相关第15页，此课件共57页哦四、固化性能四、固化性能第第4章章 基体材料基体材料 固化是指线型树脂在固化剂存在下或加热条件下，发生化学反应而转变成不溶、不熔，具有体型结构的固态树脂的全过程。凝胶：定型：熟化：液态树脂可溶线型小分子 固态树脂不溶不熔体型结构大分子固化粘流态树脂半固态凝胶失去流动性凝胶时间手糊

5、时间凝胶硬度、形状表观上变硬，一定力学性能，经后处理，稳定物理化学性能固化阶段A阶段阶段B阶段阶段C阶段阶段第16页，此课件共57页哦例子：五、毒性及过敏性五、毒性及过敏性酚醛树脂、不饱聚酯的固化、环氧树脂的三阶段固化特点 环氧树脂固化三阶段明显不饱和聚酯的固化三阶段不明显，凝胶时间的掌握是固化工艺的一个关键。酚醛树脂固化三阶段明显分析:第17页，此课件共57页哦3.4 环氧树脂1.定义定义第4章 基体材料 环氧树脂是指分子结构中含有二个或二个以上环氧基团 的有机高分子化合物。环氧基团可位于分子链末端、中间或成环状结构。2.特性特性品种多；固化方便（10180固化）；粘附力强（极性羟基，醚键）

6、；收缩率低（小于2%）；力学强度大，电绝缘性优良；化学稳定性；耐霉菌第18页，此课件共57页哦3.分类分类第4章 基体材料缩水甘油醚类缩水甘油醚类（用量最大，双酚（用量最大，双酚A型）；型）；缩水甘油酯类；缩水甘油酯类；缩水甘油胺类；缩水甘油胺类；线型脂肪族类；线型脂肪族类；脂环族类；脂环族类；第19页，此课件共57页哦4.质量指标质量指标第4章 基体材料1）环氧值（每100g树脂中所含环氧基的克当量数）；如：分子量为340，2个环氧基，环氧值=环氧当量（1g当量环氧基的环氧树脂克数）=测定方法：盐酸-丙酮法环氧基与盐酸反应，生成氯醇，多余盐酸与碱中和第20页，此课件共57页哦4.质量指标质量

7、指标第4章 基体材料2）无机氯含量（无机氯与胺类固化剂起络合作用，影响树脂固化）测定方法：树脂溶于丙酮，无机氯与硝酸银反应，多余 硝酸银涌硫氰酸钾标定3）有机氯含量（有机氯影响树脂固化）测定方法：树脂经KOH水解，成为无机氯 有机氯=总氯量-无机氯5.型号、命名方法型号、命名方法命名：ET-51主组分环氧值100改性物第21页，此课件共57页哦 例子：E-12环氧树脂的技术指标环氧树脂的技术指标 外观：淡黄色透明固体 环氧值：0.090.15当量/100g 有机氯:0.02当量/100g 无机氯:0.001当量/100g 挥发分:1%软化点:8595第22页，此课件共57页哦6.树脂合成（二酚

8、基丙烷/双酚A）第4章 基体材料1）原料二酚基丙烷环氧氯丙烷 2）反应过程A.环氧氯丙烷在碱催化下与二酚基丙烷进行加成反应，并闭环生成环氧化合物B.生成的环氧化合物与二酚基丙烷反应C.含羟基的中间产物与环氧氯丙烷反应D.含环氧基中间产物与含酚基中间产物之间反应 第23页，此课件共57页哦6.树脂合成（二酚基丙烷/双酚A）第4章 基体材料1）2）3）第24页，此课件共57页哦7.固化第4章 基体材料反应性固化剂（与环氧树脂进行加成反应，并通过逐步聚合反应）如：多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇、多元酚催化性固化剂（可引发树脂分子中的环氧基按阳离子或阴离子聚合反应）如：叔胺、三氟化硼络合物第25页，此课

9、件共57页哦7.固化第4章 基体材料1）脂肪族多元伯胺固化剂A.固化原理生成仲胺生成叔胺第26页，此课件共57页哦7.固化第4章 基体材料1）脂肪族多元伯胺固化剂B.化学计算关系每一个活泼氢原子都可使一个环氧基打开，则：Phr为每100份（质量）树脂所需固化剂的质量份数例：环氧值0.51，三乙烯四胺固化剂，求用量？胺当量=146/6=24.3；三乙烯四胺phr=24.30.51=12.4第27页，此课件共57页哦7.固化第4章 基体材料2）多元羧酸酐固化剂A.固化原理酸酐开环引发剂：水分，羟基；叔胺；三氟化硼B.化学计算关系酸酐用量（phr）=C酸酐当量环氧值一般酸酐C=0.85，含卤素酸酐C

10、=0.60，加有叔胺催化剂C=1.0例：环氧值0.44，苯酐作固化剂，求用量？酸酐当量=148/1=148；酸酐phr=0.851480.44=55.4第28页，此课件共57页哦7.固化第4章 基体材料3）常用固化剂特性固化剂粘度/熔点用量（phr）典型固化周期邻苯二甲酸酐1313075424h/150 均苯四甲酸二酐28428632520h/220 二乙烯三胺0.005Pa.s8127d/25 ;24h/65 三乙烯四胺0.025Pa.s10137d/25 ;2h/100 间苯二胺62.613153h/154 第29页，此课件共57页哦8.树脂改性树脂改性第4章 基体材料1）树脂稀释非活性稀

11、释剂（515%）：不与树脂及固化剂反应丙酮、甲乙酮、环己酮、苯乙烯、邻苯二甲酸二甲/丁酯活性稀释剂（515%）：含活性环氧基国其他活性基团，参与固化剂反应。有毒性环氧丙烷丙烯醚；环氧丙烷丁基醚；环氧丙烷苯基醚；二缩水甘油醚第30页，此课件共57页哦第4章 基体材料2）树脂增韧非活性增韧剂（520%）：苯二甲酸酯类、磷酸酯、亚磷酸酯活性增韧剂低分子聚酰胺聚硫橡胶韧性环氧树脂环氧化聚丁二烯树脂不饱和聚酯丁腈橡胶第31页，此课件共57页哦第4章 基体材料2）树脂增韧橡胶弹性体增韧（聚硫橡胶、丁腈橡胶）具有活性端基的弹性体分子可以通过活性端基与环氧基的反应嵌段进入环氧的交联网络。橡胶颗粒脱粘或断裂后所

12、形成空洞的塑性体膨胀和颗粒或空洞所诱发的剪切屈服变形能够降低或吸收环氧树脂所受到外加能量，从而增加环氧树脂的韧性。第32页，此课件共57页哦第4章 基体材料2）树脂增韧热塑性树脂增韧（聚酰胺、聚氨酯）热塑性树脂颗粒对裂纹扩展起约束、闭合作用和钉锚作用，阻止裂纹扩展。热塑性树脂与环氧树脂形成半互穿网络聚合物半互穿网络聚合物（S-IPN）形成S-IPN的条件：A.初始网络（剪切应力），物理网络B.无限交联网络，化学网络（化学交联反应）第33页，此课件共57页哦第4章 基体材料热致液晶增韧 热致液晶聚合物以原纤的形式存在于环氧树脂连续相中，可以阻止裂缝，提高基体韧性，不降低材料的耐热性和刚度。核壳结

13、构聚合物增韧 核壳结构聚合物（CSLP）是指由二种或二种以上单体通过乳液聚合获得的聚合物复合粒子。粒子的内部和外部分别富集不同成分，显示出特殊的双层或多层结构。核与壳分别具有不同功能。透过控制粒子尺寸及改变CSLP组成，增韧EP 增韧机理：CSLP粒子空穴化塑性形变，吸收外加能量第34页，此课件共57页哦第4章 基体材料刚性纳米粒子增韧 在基体受冲击时，纳米粒子与基体之间产生微裂纹（银纹），吸收能量。纳米粒子半径小，比表面积大，表面原子相当多，表面的物理和化学缺陷多，易与高分子链发生物理或化学结合，增加刚性，提高了韧性、强度及耐热性。第35页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂1.定义第4

14、章 基体材料 是指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体（如苯乙烯）中的溶液。不饱和聚酯是由不饱和二元羧酸（或酸酐），饱和二元羧酸（或酸酐）与二元醇缩聚而成的化合物 2.合成1）原理第36页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂第4章 基体材料2.合成合成2）原料不饱和二元酸（顺丁烯二酸酐和顺丁烯二酸）HOOC-C=C-COOH饱和二元酸（调节双键密度，增加树脂韧性，降低不饱和聚酯的结晶倾向，改善溶解性）邻苯二甲酸酐（苯酐）、间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸不饱和二元酸与饱和二元酸等摩尔比投放二元醇：丙二醇、乙二醇、多元醇交联单体（溶剂、固化反应）苯乙烯、乙烯基甲苯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸

15、甲酯第37页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂第4章 基体材料2.合成通用型不饱和聚酯树脂技术指标：粘度（Pa.S）：0.20.5酸值（mg KOH/g）：2836凝胶时间（25，min）：1025第38页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂第4章 基体材料3.固化固化引发剂/光/热作用下，聚酯与乙烯类单体进行游离基共聚固化后的结构第39页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂第第4章章 基体材料基体材料3.固化固化苯乙烯交联固化后的结构苯乙烯交联固化后的结构4.特性：特性：不耐氧化性介质不耐氧化性介质，工艺性良好，施工方便，制品致密性高工艺性良好，施工

16、方便，制品致密性高第40页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂第4章 基体材料常用不饱和聚酯树脂常用不饱和聚酯树脂牌号主要成分技术指标性能与用途成型工艺FL191丙二醇/苯乙烯苯酐/顺酐2838 mgKOH/g0.250.45Pa.S1222min耐光通用型树脂，适用于平板和波纹板等玻纤增强产品手糊、模压、连续制板FL189乙二醇/苯酐顺酐/苯乙烯2028 mgKOH/g0.250.45Pa.S6.511.5min耐水耐候树脂、冷却塔、卫生洁具手糊、模压、喷射FL195丙二醇/苯酐/顺酐苯乙烯/MMA2735 mgKOH/g0.120.22Pa.S3054min高透光率树脂、

17、透明板材、采光罩手糊连续制板FL198丙二醇/苯酐顺酐/苯乙烯2028 mgKOH/g0.450.85Pa.S610min高活性树脂、适用于强度高、耐中温FRP手糊模压第41页，此课件共57页哦3.5 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂第4章 基体材料典型树脂配方（质量份）不饱和聚酯树脂 100引发剂H（或M）4（2）促进剂E 0.14 引发剂H-50%过氧化环己酮二丁酯糊引发剂M-过氧化甲乙酮溶液（活性氧10.8%）促进剂E-6%萘酸钴苯乙烯溶液第42页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料1.定义定义酚类和醛类的缩聚产物。一般常指苯酚和甲醛经缩聚反应而得到的合成树脂（最早的合

18、成树脂，1909年）2.性能性能耐水、耐热、绝缘、机械强度高3.合成原理（热固性酚醛树脂，液体）合成原理（热固性酚醛树脂，液体）1）过程：碱性催化剂（NaOH、NH3.H2O、Ba(OH)2）甲醛:苯酚=1(1.11.5)（摩尔比）第43页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料3.合成原理（热固性酚醛树脂，液体）合成原理（热固性酚醛树脂，液体）1）过程：甲醛与苯酚的加成反应羟甲基酚缩聚反应第44页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料3.合成原理（热固性酚醛树脂，液体）合成原理（热固性酚醛树脂，液体）2）影响因素单体官能度的影响A.官能度为0，一般不与甲

19、醛反应B.官能度为1，低分子量缩合物C.官能度为2，热塑性酚醛树脂（固态）D.官能度为3，热固性酚醛树脂第45页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料3.合成原理（热固性酚醛树脂，液体）合成原理（热固性酚醛树脂，液体）2）影响因素酚环上取代基的影响间位取代基酚类，增加邻、对位取代活性，反应速率增大；邻、对位取代基酚类，降低邻、对位取代活性，反应速率变小；树脂质量指标：粘度（Pa.S）：510凝胶时间（25，min）：1.52/160固体含量：5762%游离酚：1618%第46页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料4.固化固化1）过程（一元、多元酚醇混合

20、反应）第47页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料4.固化固化2）方法A.加热固化（160250）影响因素：酚/醛比（1：（1.11.5）醛类增加，凝胶时间减小酸碱性，PH=4为中间点温度，上升10，凝胶时间缩短一半B.酸固化（室温固化）固化剂：盐酸、磷酸（先溶于甘油或乙二醇）、对甲苯磺酸、苯酚磺酸第48页，此课件共57页哦3.6 酚醛树脂酚醛树脂第4章 基体材料5.树脂改性树脂改性1）目的：降低脆性，提高粘接性、耐潮湿性、耐温性2）方法：封锁酚羟基（降低活性）二苯醚甲醛,酚羟基-苯环引进其它组分（提高相容性）聚乙烯醇缩醛环氧树脂有机硅二甲苯第49页，此课件共57页哦3.

21、7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料一、双马来酰亚胺树脂一、双马来酰亚胺树脂（BMI）结构通式：结构通式：合成原理：合成原理：第50页，此课件共57页哦3.7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料一、双马来酰亚胺树脂一、双马来酰亚胺树脂（BMI）性能：性能：反应活性较强，易于含活泼氢化合物进行加成反应，与含不饱和双键进行共聚反应，也能在催化剂或热作用下发生自聚反应；PBMI：Tg250，使用温度177232（含苯环、酰亚胺苯环）；PBMI较高强度和模量（固化物结构致密，缺陷少）；PBMI有较大的脆性，冲击强度差，断裂延伸率小，断裂韧性低；PBMI优良电性能，耐化学介质性能，

22、耐辐射。第51页，此课件共57页哦3.7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料一、双马来酰亚胺树脂一、双马来酰亚胺树脂（BMI）改性方法：改性方法：目的：降低BMI单体的熔点和熔体粘度；提高在丙酮、甲 苯等溶剂中的溶解能力；降低聚合温度；增加其预 浸料的粘附性；提高固化物的韧性。方法：芳香族二元胺和环氧树脂改性BMI；热塑性树脂改性BMI；橡胶改性BMI；含硫化合物改性BMI；烯丙基苯基化合物改性BMI第52页，此课件共57页哦3.7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料二、异氰酸酯树脂二、异氰酸酯树脂合成：合成：ArOH 为单酚、多元酚或脂肪族羟基化合物；Hal为Cl,Br,

23、I；碱为有机碱，如三乙胺固化过程：固化过程：第53页，此课件共57页哦3.7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料二、异氰酸酯树脂二、异氰酸酯树脂性能：性能：抗冲击性能好（醚键可自由旋转）；电性能较好，介电常数小且稳定，使用频率宽；热分解温度高，耐热性、耐温性好第54页，此课件共57页哦3.7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料三、热固性聚酰亚胺树脂三、热固性聚酰亚胺树脂合成：第55页，此课件共57页哦3.7 高性能树脂基体高性能树脂基体第4章 基体材料三、热固性聚酰亚胺树脂三、热固性聚酰亚胺树脂性能：性能：综合力学性能好（优于BMI和环氧）；Tg300，（玻璃化温度高）；耐热老化性好增加（分子量，耐热性下降），长期使用温度288；介电性能优异，良好的耐湿热性能第56页，此课件共57页哦本章习题1.基体在复合材料中的作用。2.在选用复合材料树脂基体时，应考虑的因素有哪些？3.环氧树脂质量指标有哪些？如何测定？4.环氧树脂特点有哪些？5.简述树脂固化过程。6.不饱和聚酯固化方式有哪些？各有何特点？7.为了加快不饱和聚酯固化，可采取什么方法？8.酚醛树脂固化有方式及影响因素哪些？第57页，此课件共57页哦