聚合物基复合材料介绍-【新闻】

发布时间：2021-05-28 10:42:28 阅读：次来源：密码锁厂家

聚合物基复合材料介绍

摘要:聚合物基复合材料有许多突出的性能和工艺特点，比强度大、比模量大；耐疲劳性能好；减振性好；过载时安全性好；具有多种功能性。聚合物基复合材料的结构和性能存在广泛的灵活关系，通过不同的工艺控制，可以形成不同的结构形态，从而获得目标性能。

关键字：聚合物基复合材料性能应用

一、定义

聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。

二、分类

实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。

三、特性

1. 比强度、比模量大

比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标，比强度越高，同一零件的自重越小；比模量越高，零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的七倍，比模量比钢大三倍。

2.耐疲劳性能好

疲劳破坏是材料在变载荷作用下，由于裂纹的形成和扩展而形成的低应力破坏。聚合物复合材料疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到结合面上，破坏前有明显的预兆，而且纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展。大多数金属材料的疲劳强度极限是其抗拉强度的20％-50％，而碳纤维/聚酯复合材料的疲劳极限可为其抗拉强度的70％-80％。

3.减振性好

许多机器和设备如汽车、动力机械等的振动问题十分突出，而复合材料的减振性能好。原因是纤维增强复合材料比模量大，则自振频率高，可避免产生共振而引起的早期破坏。另外纤维与界面吸振能力强，故振动阻尼性好，即便发生振动也会很快衰减。

4. 断裂安全性好

纤维复合材料中有大量独立的纤维，当构件过载而有少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个构件不至于在极短时间内有整体破坏的危险，所以断裂安全性好。

5.热性能良好

玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较小的导热系数，一般在室温下为0.3－0.4 kcal/(m.h.K)，只有金属的1/1000-1/100，是一种优良的绝热材料。

6.电性能好

复合材料具有优良的电性能，通过选择不同的树脂基体、增强材料和辅助材料，可以将其制成绝缘材料或导电材料。例如玻璃纤维增强的树脂基复合材料是一种优良的电气绝缘材料，用于制造仪表、电机与电器中的绝缘零部件。

7.有很好的加工工艺性

连续纤维增强的聚合物基复合材料具有优良的工艺性能，可以通过手糊成型、缠绕成型和拉挤成型等复合材料特有的工艺方法制造制品。它能满足各种类型制品的制造需要，特别适合于大型制品、形状复杂、数量少制品的制造。

四、应用

复合材料范围广，产品多，在国防工业和国民经济各部门中都有广泛的应用。在复合材料中，聚合物基复合材料的应用最广，发展也最快。例如在汽车、船舶、飞机、通讯、建筑．电子电气、机械设备、体育用品等各个方面部有应用。

1.玻璃纤维增强塑料(GFRP)的应用

石油化工工业利用GPRP的特点，解决了许多工业生产过程中的关健问题，尤其是耐腐蚀性和降低设备维修费等方向。GFRP管道和罐车是原油陆上运输的主要设备，聚脂和环氧GFRP均可做输油管和储油设备，以及天然气和汽油LFBP罐车和贮槽。海上油田不可缺少的海水淡化及污水处理装置可用玻璃钢制造管道。在化工生产过程中，经常产生各种强腐蚀性的物质。所以一般不能采用普通钢制造设备或管道，而玻璃增强塑料就能满足这个特殊的要求，制成大型冷却塔的导风机叶片以及各种耐腐蚀性酌贮槽、贮罐、反应设备、管道、阀门、泵、管件等。用GFRP制成的风机叶片，不仅延长了使用的奉命，而且还大大地降低了电耗量。

2.玻璃纤维增强热塑性塑料(FR—TP)的应用

玻璃纤维增强聚丙烯的电绝缘性良好，用它可以制作高温电气零件。由于它的各方面性能均超过了一般的工程塑料，而且价格低廉，因而它不但进入了工程塑料的行列，而且在某些领域中还代替金属使用。主要应用于汽车、电风扇、洗衣机零部件，油泵阀门、管件、泵零部件等。玻璃纤维聚酰胺可用来代替有色金属．制造为有色金属的轴承架、精密机器零件、电器零件、汽车零件等。玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料主要用于制造汽车内部的零部件、家用电器的零部件、线圈骨架等。玻璃纤维增强聚碳酸酯应用于机械工业和电器工业方面。玻璃纤维增强聚脂，主要用于制造电器零件、特别是那些在高温、高机械强度条件下使用的部件，例如印刷线路板、各种线圈骨架、电视机的商压变压器、整流器、集成电路罩壳等。

3.高强度、高模量纤维增强塑料的应用

碳纤维增强塑料主要是火箭和人造卫星最好的结构材料。因为它不但强度高，而且具有良好的减振性，用它制造火箭和人造卫星的机架、壳体、无线构架是非常理想的—种材料。用它制造的人造卫星和火箭的飞行器，不仅机械强度高，而且重量比金属轻一半，这意昧着可以节省大量的燃料，因为飞行器拣增加一公斤就会消耗数字可观的燃料。用它制造火箭和导弹的发动机的壳体，可比金属制的重量减轻45％，射程由原来的1600km增加到4000km；用它制造宇宙飞船的助推器推力结构时，可比金属制造的飞船减轻26％，还可用它制飞行器上的仪器设备的台架、齿轮等。也可制造飞行器的外壳，因它有防宇宙射线的作用。飞行器穿过大气层时，由于与空气摩擦，产生了大量的热．位飞行器外表面的温度高达4000～6000度，因此飞行器的外表面须加防热层．这种材料就是采用最好的合金或陶瓷也无法承担。目前还没有—种材料的熔点达到4000度以上，而采用碳纤维增强的酚酪塑料就能够胜任。

5.其他纤维增强塑料的应用

石棉纤维增强聚丙烯，由于石棉纤维和聚丙烯的电绝缘性都好，所以复合以后电绝缘性仍然很好、因此主要用作制造电器绝缘件的材料。矿物纤维增强塑料主要用于制造耐磨材料。

五、发展方向

先进聚合物基复合材料的发展：

1. 连续玄武岩纤维与CF、PPTA、超高分子PE纤维，中国重点发展的四大高新技术纤维。

2.低压片状模塑料片。

3.复合材料自动铺丝技术。

4.有机硅改型双酚F环氧树脂研究。

5.聚合物材料列车构件。

6.天然纤维复合材料的应用。

7.耐高温高性能复合材料规模化制备技术。

8.CF/乙烯基复合树脂复合材料的研究。