loading1.聚合物基复合材料的组成 (1) 基体
热固性基体：
i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好
ii) 交联固化后成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆 iii) 制备过程伴有复杂化学反应 热塑性基体：
i) 熔体粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差 ii) 线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好
iii) 制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象 (2) 增强体
主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等 由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较差，增强体多经过表面处理与表面改性，以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用，使其组成复杂化。 3.复合材料的界面
1)界面现象：① 表面吸附作用与浸润
② 扩散与粘结（含界面互穿网络结构）
③ 界面上分子间相互作用力（范氏力和化学键合力）
2). 复合材料的界面形成过程 PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同，它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点，使复合材料界面形成过程十分复杂，理论上可分为三个阶段。 （1）第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。 i) 界面设计与控制的重要手段 ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分 iii) 为第二阶段作准备
（2）第二阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程 i) 接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种
特殊的浸润过程
ii) 界面形成与发展的关键阶段
（3）第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应 i) 界面的固定（亚稳态、非平衡态） ii) 界面的稳定（稳态、平衡态） 在复合材料界面形成过程中涉及：
i) 界面间的相互置换：如，润湿过程是一个固-液界面置换固-气表面的过程 ii) 界面间的相互转化：如，固化过程是固-液界面向固-固界面转化的过程后处理
过程：固-固界面自身完善与平衡的过程 3）复合材料界面结构与性能特点 i) 非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样。界面区至少包括：基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分 ii ) 具有一定厚度的界面相（层），其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化，具有
“梯度”材料的性能特征 iii) 界面的比表面积或界面相的体积分数很大（尤其是纳米复合材料）界面效应显著：
复合材料复合效应产生的根源 iv) 界面缺陷形式多样（包括残余应力），对复合材料性能影响十分敏感 4）在复合材料未受外力时，界面上仍存在应力或应力分布，这就是“残余应力”。残余应力来源：
① 增强相与基体相热膨胀系数的不匹配
② 相与相之间的弹性系数不匹配，相内的应力分布不均
③ 成型过程中，由高温-室温、由化学和物理变化引起的各组元体积收缩的不同，如：基体固化、聚集态转变、晶相转变等
④ 层合板中，由铺层方向不同所带来的层间残余应力（层合板的翘曲） ⑤ 流变过程中，组元间的塑性变形差异引起的流变残余应力 5）. 复合材料界面破坏机制 在力场或外界环境如 （1）破坏的来源 介质或水中 基体内、增强体内和层面层上均存在微裂纹、气孔、内应力 微裂纹和缺陷按本身的规律发展，并消散能量
（2）5种破坏形式： i) 基体断裂ii) 纤维断裂iii) 纤维脱粘iv)纤维拔出(摩擦功)v) 裂纹扩
展与偏转
复合材料的破坏机制则是上述5种基本破坏形式的组合与综合体现的结果。
6）. 复合材料的界面理论(The Interface Theories)
（1）界面设计与控制的概念(design and control of interlayer) 界面具有双重功能
① 传递应力，需要一定界面结合强度，但不是愈高愈好
② 界面破坏。界面结合适度，界面破坏形式愈丰富，能量耗散愈多。高的界面粘接强度，不一定带来材料整体的高强度和高韧性。
在脆性纤维-脆性基体复合体系中，强的界面结合往往导致各组元相中及相间的应力集中和脆性断裂、破坏形式单一，不涉及界面破坏，其能量耗散仅限于产生新的断裂表面。材料易突然失效或发生灾难性破坏。弱的界面结合强度有时能带来材料整体高的力学强度和韧性。弱的界面结合可以发生多种界面破坏形式（如纤维拔出、脱粘、应力再分配等），从而消耗大量的外界功，提高材料的强度和韧性，避免脆性断裂或灾难性破坏。 因此，要求界面：
① 适宜的粘接强度
② 最佳的界面结构和状态
③ 与界面相联系的理想的微观破坏机制
这就是所谓界面设计与界面控制的基本概念
4．增强材料概述
1）增强材料是复合材料的主要组成部分，性能优越。
作用：提高基体树脂的强度、硬度、模量、耐热及耐磨性、减少成型收缩率。 2）增强材料分类：
无机增强材料：Gf、Cf、Bf、晶须、石棉、金属纤维、 (Al2O3)f、SiC)f
有机增强材料：Kevlar纤维、聚苯并双噁唑纤维、UHMPE纤维、聚酯纤维、棉、麻、
纸等。
1. 3) 聚合物基复合材料用增强材料所具备的特征
5. Gf:玻璃纤维即纤维状的玻璃，结构与玻璃相同，是目前用量最大的一类纤维。价格便宜，拉伸强度高，防火防霉。在纤维增强塑料（FRP）中的用量一般为20-80%，缺点是脆性大、不耐磨，易受机械损伤。
6. 1>影响玻璃纤维强度的因素 7. i）直径越细，强度越高
8. ii）存放时间越长，强度越低（老化现象），原因是玻纤表面的微裂纹易吸附各
种气体、水蒸气、易发生表面反应。老化程度取决于玻纤对大气中水分等的稳定性。
9. iii>化学组成：含K2O、PbO成分多的玻璃纤维的强度较低，见P11表2.24 10. iV).负荷时间：随着玻璃纤维的负荷时间的增加，其拉伸强度降低，环境湿度较
高时，更加明显，原因可能是吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使微裂纹扩展加快，从而导致强度降低。
（5）玻璃纤维及其织物的表面处理 处理原因：玻纤表面光滑，不利于与基体相粘结
比表面积大，易吸水影响稳定性
较脆、不耐磨，纤维之间摩擦系数大，不利于纺织
处理目的：使玻纤与基体形成良好的界面粘结 ，利于纺织（集束、润滑、除静电） 处理意义：i）是提高玻璃钢性能的重要途径之一
ii）改善了玻纤及其织物的性能，增强了玻纤与基体的界面粘结
iii）改善了玻纤的界面状态（防止水分子及其它有害物质侵入、减少或消除界面
弱点）
玻纤表面处理分为：
单丝表面处理：涂覆一层浸润剂（保护膜），目的是润滑，以保护纤维免受大气、水分的侵
害。
常用淀粉和石蜡乳剂处理。此类处理剂在纤维及其织物的表面处理前应除去（洗涤
法、烧灼法）
纤维及其织物的表面处理：采用偶联剂，目的是使纤维和织物 与树脂良好粘结
目前所用的偶联剂主要有三大类：硅烷类.有机铬类.钛酸酯类
8.芳纶纤维
11. 1>结构：i）分子对称性高，定向程度及结晶度高
12. Ii） 力学性能各向异性（轴向是化学键，横向是氢键）
13. Iii）刚性分子链难以旋转，不能折叠，呈棒状结构，纤维模量高 14. iv）强度高。（线型结构使分子堆砌密度大；分子链方向结合较强，单位体积承
2. 能明显提高基体所需的某种性能（如高比强度、比模量、尺寸稳定性、耐热性
等）
3. 具有良好的化学稳定性
4. 与树脂有良好的浸润性，并能形成良好界面粘结 5. 价廉
担的外力大
15. v) 尺寸稳定性好
⑶．化学性能
耐中性化学品腐蚀，吸水率高。
强度高、模量高、韧性好、密度小、尺寸稳定性高、热稳定性好
9.Cf :CF是聚合态的碳，是由丙烯氰等有机物经固相反应转化成的三维碳化物 通常CF是指含碳量为95%的碳纤维和含碳量为99%左右的石墨纤维
具有重量轻、强度高、模量高、导电、导热、膨胀系数小、自润滑、耐高温、化学稳定性好等特点。
由于价格高，一般用于要求高强、耐高温的重要结构件，如航天航空、高档体育器材中。 分高强、高模、中模和低性能碳纤维
碳纤维是指有机纤维在惰性气氛中加热至1500摄氏度，形成的纤维状的碳材料，其含碳量为90%以上，纤维结构为延轴向排列的不完全的石墨结晶。
如果将碳纤维在2500摄氏度下进一步碳化，其含碳量大于99%，碳纤维由乱层结构向三维有序的石墨结构转化，称之为石墨纤维。 1>制备
⑴．碳化法 —— 生产长纤维
? 拉丝： 制有机长纤维
? 牵伸： 规整环状结构，使其平行于轴向，提高结晶度。 ? 预氧化稳定：低温，～400℃ ，防止热塑化。
? 碳化： 1000～2000℃，保护性气氛下，有机化合物在惰性气氛中加热到
1000-1500?C时，非碳原子（氮、氢、氧等）将逐步被驱除，碳含量逐步增加，固相间发生一系列脱氢、环化、交链和缩聚等化学反应，此阶段称为脱碳过程，形成由小的乱层石墨晶体组成的碳纤维。 ? 石墨化： 2000～3000℃，非碳原子进一步排除，芳环平面逐步增加，排列也较规则，
取向度显著提高。乱层环结构向三维石墨结构转化，形成聚合碳结晶，并平行于轴向，此阶段称为石墨化过程。形成的石墨纤维弹性模量大大提高。密度、强度也增高，热膨胀系数下降。但温度过高强度反而下降。
（3）聚丙烯氰原丝的预氧化
? 预氧化的目的：使链状聚丙烯腈分子发生交联、环化、氧化、脱氢等化学反应，放
出H2O、HCN等分解产物，形成耐热的梯形结构，承受更高的碳化温度，提高碳化收率、改善力学性能
（5）碳纤维的石墨化处理
? 碳纤维-1000摄氏度-1500摄氏度下，石墨纤维指2000-3000，石墨纤维并不是完全
的石墨结构，仅是处理温度的不同，两者统称碳纤维
? 结晶增大、结晶态碳的比例增加，沿纤维轴取向也增加-模量增加、强度下降、断裂
伸长变小=脆性材料
? 石墨化要求在高温，短时间内完成（原因是碳纤维本身结构已经比较规整），增加压
力有利于得到高质量的纤维（增加压力，减少碳蒸汽的挥发），常温纤维表面粗糙，有较多的空隙和缺陷 ? 气氛要求为氩气，因为2000以上，氮气与石墨反应生成氰基，氩气要经过特殊处理，
防止氧气的带入
3>.CF的表面处理
处理原因：
CF是沿轴向择优取向的同质多晶，与树脂粘结差表面呈惰性，树脂难以润湿 具有自润滑性 处理目的：
增加表面粗糙度、增加表面活性基团、提高复合材料的层间剪切强度
处理方法：a)氧化处理:① 氧等离子气体的干法氧化② 化学或电解进行的湿法氧化
b)非氧化处理:① 表面沉积无定型碳②化学气相沉积（CVD）法加涂碳化硅、
碳化硼、碳化铬等③ 等离子体气体聚合及共聚涂层改性
碳纤维氧化处理后：
①能改善碳纤维表面与基体的浸润性、相容性
②能在表面形成许多活性官能团，这些官能团能与树脂基体形成化学键合
CH4.聚合物基复合材料成型加工方法
1．手糊成型：用手工或在机械辅助下将树脂（UP、EP）与增强材料铺覆在模具上，固化成型复合材料制品的一种方法。 工艺流程：增强材料剪裁→磨具准备→涂脱模剂→喷涂胶衣层→成型操作→脱模→修边→装配
2.手糊成型特点： （1）操作简便
（2）投资少、费用低、能生产大型和复杂制品、制品可设计 性好；
（3）属劳动密集型、成型效率低；制品质量受操作者技术水平限制；生产周期长，产品强度较其它方法低。
3.玻纤及其织物
无捻粗纱：主要用于喷射成型中填充死角或局部增强。
无捻粗纱布：为常用玻纤织物，易被树脂浸润，增厚效率高 短切原丝毡（手糊常用）：浸润性好，气泡容易排除
加捻布：有平纹、斜纹、缎纹、单向布等，常用斜纹，制成的 FRP比无捻布强度高。 4．树脂
对树脂要求：（1）能够配制成粘度适宜的胶液、并能在较低的温度下凝胶、固化；（2）固化时无低分子物产生、无毒或低毒、价廉。常用UP、PF 、 EP
UP：工艺性能好，价格便宜，制品性能满足大部分使用要求，应用广泛；
PF：具有优异的阻燃性能，适用于对阻燃性能要求极高的场合，如飞机、船舶、公共场所的内装饰材料；
EP：主要用于对力学性能要求较高的复合材料制品 5．脱模剂——为非极性或极性很弱的物质
具备条件：使用方便、安全、不腐蚀模具、不影响树脂固化、成膜均匀、对树脂附粘力小。分为：