先進(jìn)復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)與發(fā)展

1、先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展,張東興2010-05-15,內(nèi)容,0.引言1.樹脂基復(fù)合材料的定義和分類2.增強(qiáng)纖維和基體3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論4.樹脂基復(fù)合材料的疲勞5.樹脂基復(fù)合材料的制造工藝和方法6.樹脂基復(fù)合材料的無損檢測(cè)7.樹脂基復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)8.樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用,0.引言,0.引言,大飛機(jī)計(jì)劃與研發(fā)目標(biāo),1.樹脂基復(fù)合材料的定義和分類,定義復(fù)合材料（composites mat

2、erials）包含兩種或兩種以上物理上不同并可能用機(jī)械方法分離的材料。一般其中一種為連續(xù)相，另一種為功能增強(qiáng)相。幾種材料通過某種方法混合在一起獲得復(fù)合性能。復(fù)合材料的總體性能優(yōu)于各單獨(dú)組分材料，并在某些方面可能具有獨(dú)特性能。樹脂基復(fù)合材料（PMCs: Polymer matrix composites）是一種或多種細(xì)小形狀（直徑為微米級(jí)）的材料（分散相或稱增強(qiáng)體），分散于樹脂基體中組成的。,1.樹脂基復(fù)合材料的定義和分類,分類按

3、分散相的形狀分：長(zhǎng)纖維（連續(xù)）增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料晶須增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料短纖維（不連續(xù)）增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料按增強(qiáng)體的纖維分：玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（GFRP）碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）芳綸纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（AFRP）硼纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（BFRP）按基體材料分：熱固性樹脂基復(fù)合材料（Thermosetting matrix composites）熱塑性樹脂基復(fù)合材料（

4、Thermoplastic matrix composites）,2.增強(qiáng)纖維和基體,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料2.2高性能樹脂基體,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.1碳纖維2.1.2芳香族聚酰胺纖維（芳綸）2.1.3聚芳酯纖維 2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.1聚苯并二噁唑（PBO）纖維2.1.4.2聚苯并噻唑（PBT）纖維2.1.4.3聚苯并咪唑（PBI）纖維2.1.4.4剛性高性能纖維—M52.1.

5、5超高分子量聚乙烯纖維2.1.6連續(xù)玄武巖纖維,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.1碳纖維,,按力學(xué)性能分類 :高強(qiáng)型（HT）超高強(qiáng)型（UHT）高模量型（HM）超高模量型（UHM）,按制造先驅(qū)體分類:聚丙烯腈基（PAN）碳纖維瀝青基碳纖維粘膠絲基碳纖維（<1%） 酚醛基碳纖維、聚乙烯醇基碳纖維、聚酰亞胺基碳纖維（實(shí)驗(yàn)室研制）,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.1碳纖維,典型碳纖維制造商、牌號(hào)及其特性,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.

6、1.1碳纖維,續(xù)表,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.1碳纖維2.1.1.1碳纖維表面改性 碳纖維經(jīng)過高溫碳化處理后，表面活性基團(tuán)很少，使表面呈現(xiàn)出液性，與基體樹脂潤(rùn)濕性很差，導(dǎo)致復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度低，達(dá)不到設(shè)計(jì)或?qū)嵱玫囊?。常見的表面處理方法如下?2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.1碳纖維2.1.1.2碳纖維發(fā)展趨勢(shì) 不斷提高拉伸強(qiáng)度：現(xiàn)已研制碳纖維的拉伸強(qiáng)度僅為理論強(qiáng)度的5%，強(qiáng)度提高潛力大； 研制MJ系列碳纖維：高純度

7、PAN基原絲，高溫技術(shù)，高溫設(shè)備； 制取均質(zhì)碳纖維：均質(zhì)PAN原絲，均質(zhì)預(yù)氧絲； 大絲束碳纖維普及：產(chǎn)量擴(kuò)大，價(jià)格日趨下降； 納米碳纖維：將成為新的成長(zhǎng)點(diǎn)。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.2芳香族聚酰胺纖維（芳綸）聚芳酰胺纖維是芳香族酰胺纖維的總稱 ，是近年來高性能纖維材料中發(fā)展最快的纖維 。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.2芳香族聚酰胺纖維（芳綸）2.1.2.1芳綸纖維的應(yīng)用芳綸纖維主要應(yīng)用在航天、航空、石油、建材、交通、運(yùn)輸

8、和公安部門，特別在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、防彈衣、輪胎、纜索和石棉代用品等方面。由于芳綸纖維的比強(qiáng)度、比模量明顯優(yōu)于高強(qiáng)S-994玻璃纖維，芳綸發(fā)動(dòng)機(jī)殼體比玻璃增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的殼體容器特性系數(shù)pV/W（p為容器爆破壓力，V為容器容積，W為容器質(zhì)量）提高30%以上。使固體發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)質(zhì)量比突破0.92，大幅度增加導(dǎo)彈的射程。芳綸/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料還大量應(yīng)用于制造先進(jìn)的飛機(jī)，其應(yīng)用部位有發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)、中央發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩、機(jī)翼與機(jī)身整流罩等飛機(jī)部

9、件。此外，飛機(jī)高壓輪油膠管也大量使用芳綸纖維。應(yīng)用于船舶上制造戰(zhàn)艦的防護(hù)裝甲以及聲納導(dǎo)流罩等,是一種極有前途的重要的航空材料。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.2芳香族聚酰胺纖維（芳綸）2.1.2.2芳綸纖維的發(fā)展趨勢(shì) KOREX蜂窩芯：較NOMEX做的紙蜂窩芯的性能有很大的提高； 土木建筑基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)材料：應(yīng)用芳綸浸漬環(huán)氧樹脂(FiBRA)可使構(gòu)件輕量化、耐久性好； IT用高性能印刷線路板：耐更高的溫度，更輕更薄，生產(chǎn)效率更高；

10、交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)：輪胎，高速車廂內(nèi)部隔板和天花板，質(zhì)輕耐高溫不燃燒； 取向纖維增強(qiáng)熱塑性材料(0-TPC)：力學(xué)性能較普通短纖維增強(qiáng)塑料高出許多，強(qiáng)韌，耐沖擊性好，操作環(huán)境無污染，存放和后加工性比較方便，適應(yīng)性強(qiáng),2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.3聚芳酯纖維聚芳酯纖維實(shí)際上是芳香族聚酯共聚纖維。因?yàn)閱渭冇蓪?duì)苯二甲酸或其酯類與對(duì)苯二酚縮聚得到的芳香族聚酯，成絲性不好，難以紡成高性能增強(qiáng)纖維。共聚組分的選擇目的是尋找相對(duì)廉價(jià)、能保持高強(qiáng)度、高模

11、量、共聚物熔點(diǎn)相對(duì)較低、易紡成纖維的最佳組分和配比。目前國(guó)際上聚芳酯纖維的商品名主要有維克特蘭（Vectron）和愛克諾樂（Ekonol）。,“Ekonol”纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu),“Vectron”纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu),2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.3聚芳酯纖維2.1.3.1聚芳酯纖維的性能聚芳酯纖維最突出的性能是強(qiáng)度和模量與對(duì)位芳綸（PPTA）處于同一水平，但在濕態(tài)下強(qiáng)度保持率為100%，吸濕性、蠕變及干濕態(tài)熟化處理后的收縮率皆為零，在干熱和濕

12、熱處理后的強(qiáng)度優(yōu)于PPTA纖維；耐磨性、耐切割性、耐溶劑和耐酸堿性、振動(dòng)能吸收性和耐沖擊周期性也優(yōu)于PPTA纖維；同時(shí)，自燃性、燃燒時(shí)不熔滴、耐侯性與PPTA相似。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.3聚芳酯纖維2.1.3.2聚芳酯纖維的應(yīng)用 聚芳酯纖維幾乎不吸水，尺寸穩(wěn)定性良好，當(dāng)用于增強(qiáng)橡膠和聚合物時(shí)，其界面粘結(jié)性和耐疲勞性稍差。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.1聚苯并二噁唑（PBO）纖維聚對(duì)亞

13、苯基苯并雙噁唑纖維(PBO纖維) 在主鏈中含有苯環(huán)及芳雜環(huán)組成的剛性棒狀分子結(jié)構(gòu)，以及鏈在液晶態(tài)紡絲形成的高度取向的有序結(jié)構(gòu)，是雜環(huán)類耐高溫阻燃的高強(qiáng)度、高模量纖維。具有蠕變小、耐磨性極好、高溫下不熔融等特性。該纖維手感好，非常纖細(xì)，可制備不同的形式如連續(xù)纖維、精紡細(xì)紗、布、縫合織物、短切纖維、漿粕等。PBO產(chǎn)品有美國(guó)和日本東洋紡織公司生產(chǎn)的PBO—AS，隨后日本東洋紡織公司開發(fā)出名為Zylon和PBO—HM的高性能PBO纖維，還有荷

14、蘭阿克蘇的PBO—M5，杜邦公司的PBO等九種牌號(hào)。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.1聚苯并二噁唑（PBO）纖維2.1.4.1.1PBO纖維的性能,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.1聚苯并二噁唑（PBO）纖維2.1.4.1.2PBO纖維的改性壓縮性能 在纖維制備過程中消除溫度的劇烈變化和采用共聚的方法改善纖維之間的相互作用。粘接性能 主要通過等離子體、溶劑表面微

15、纖（溶脹）化、化學(xué)接枝與共混等方法來改善PBO纖維的粘接性能。針對(duì)PBO纖維的特性，中國(guó)采用反應(yīng)性單體并利用高能射線輻照技術(shù)對(duì)PBO纖維表面接枝處理，以改善纖維與環(huán)氧樹脂基體的界面粘接性能。溶解性 拜耳公司通過引入烷氧取代基來改善溶解性；道化學(xué)公司曾研制一種聯(lián)苯并雙噁唑類的纖維；,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.1聚苯并二噁唑（PBO）纖維2.1.4.1.3PBO纖維的應(yīng)用高強(qiáng)繩索以及高性能帆布；

16、高強(qiáng)復(fù)合材料，PBO纖維已成為高性能的新一代增強(qiáng)纖維，可以同時(shí)滿足重量輕、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫性要求，因此在特種壓力容器結(jié)構(gòu)材料、高級(jí)體育運(yùn)動(dòng)競(jìng)技用品等方面已顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力；防彈抗沖擊材料，PBO纖維復(fù)合材料抗沖擊性能極為優(yōu)秀。因此在防彈抗沖擊吸能材料領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，如制造飛機(jī)機(jī)身、防彈衣、頭盔等；其他特種防護(hù)材料，利用其優(yōu)越的耐熱性、阻燃性、耐剪、耐磨等特性可以制造輕質(zhì)、柔軟的光纜保護(hù)外套材料、安全手套、耐熱氈、特種傳

17、送帶、滅火皮帶、防火服和鞋類等。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.2聚苯并噻唑（PBT）纖維 在高分子主鏈中含有苯并噻唑重復(fù)單元的耐高溫、高模量芳雜環(huán)聚合物。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.2聚苯并噻唑（PBT）纖維PBT纖維之所以具有高性能，除了必要的芳雜環(huán)化學(xué)結(jié)構(gòu)外，還有其分子鏈在軸向方向的高度取向，這是直棒狀高分子在溶致性液晶態(tài)下紡絲成形的結(jié)果，從而獲得迫近理想結(jié)構(gòu)

18、和性能的纖維。PBT纖維可用于石棉替代物和纜繩，是高性能復(fù)合材料的新型增強(qiáng)體?？椢镉糜诜缽椃?、航天領(lǐng)域中的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、太陽能陣列、壓力閥和空間結(jié)構(gòu)架，是未來的宇航材料。中國(guó)曾進(jìn)行合成工藝的基礎(chǔ)研究和工藝與性能的研究，由于合成工藝復(fù)雜，溶劑成本高，限制了PBT纖維的發(fā)展和應(yīng)用。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.3聚苯并咪唑（PBI）纖維 聚苯并咪唑纖維是一種具有耐高溫和阻燃性能的合成纖維品種之一

19、，商品名為PBI和托基綸（Togylon）。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.3聚苯并咪唑（PBI）纖維PBI纖維有復(fù)絲和短纖維兩種，有較好的耐化學(xué)藥品性，織物具有穿著舒適性，是很好的消防阻燃服，即使碳化后仍保持柔軟絕緣性。有消防服、煉鋼服、焊工服、宇宙服、軍服、防護(hù)手套、圍裙、阻燃裝飾品、高溫濾帶和阻燃復(fù)合材料增強(qiáng)纖維，高性能縫線材料及石棉代用品和纜繩等。該纖維已用作宇宙飛船重返地球時(shí)的膨脹結(jié)構(gòu)件、登月服

20、，此外制成中空纖維具有耐壓性、半透性及耐熱性，可作為海水淡化的反滲透膜等，是用途廣泛的一種纖維。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.4剛性高性能纖維—M5 1998 年 Akzo Nobel 公開報(bào)道了他們最新開發(fā)成功的一種剛性的聚合物纖維，商品名為Ｍ５，縮寫為 PIPD。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.4剛性高性能纖維—M52.1.4.4.1M5的力學(xué)性能,與其它 3 種

21、纖維相比，M5 的抗斷裂強(qiáng)度稍低于 PBO，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于芳綸（PPTA）和碳纖維，其斷后延伸率為 1.4%；M5 的模量是最高的，達(dá)到了 350 GPa；M5的壓縮強(qiáng)度低于碳纖維，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 PPTA 纖維和 PBO 纖維，這歸因于 M5 的二維分子結(jié)構(gòu)。,M5、PBT 和 PBO 纖維的拉伸 S-S 曲線,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.4剛性高性能纖維—M52.1.4.4.2M5的阻燃性能M5的耐

22、氧化降解與PBO纖維相當(dāng)，要高于 PPTA 纖維阻燃性能上，M5 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于PPTA 纖維，對(duì) M5 和 PPTA纖維的燃燒實(shí)驗(yàn)顯示，前者即使在明火中也不能燃燒，而后者能夠在同樣的條件下連續(xù)燃燒。與PBO纖維相比，M5的LOI 值相對(duì)較低。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.4有機(jī)雜環(huán)類纖維2.1.4.4剛性高性能纖維—M52.1.4.4.3M5的應(yīng)用前景作為高性能纖維，M5 可以作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料在航空航天等領(lǐng)域大有用武之地

23、，它可作為防護(hù)材料使用，如防彈材料、軍車外殼等。目前 M5 纖維還未真正應(yīng)用，但由于其優(yōu)越的性能，可望在原子能工業(yè)、空間環(huán)境、救險(xiǎn)需要、航空航天、國(guó)防建設(shè)、新型建筑、高速交通工具、海洋開發(fā)、體育器械、新能源、環(huán)境產(chǎn)業(yè)及防護(hù)用具等許多高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.5超高分子量聚乙烯纖維 20世紀(jì)80年代以來，西方國(guó)家研制出了UHMWPE纖維，其彈性模量達(dá)到120GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到4GPa左右，而且密度

24、卻小于1.0g/cm3。由于其原料價(jià)廉，對(duì)發(fā)展輕型高強(qiáng)度、高模量的新型復(fù)合材料具有很大優(yōu)勢(shì)，國(guó)外很快實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.5超高分子量聚乙烯纖維2 .1.5.1超高分子量聚乙烯纖維的性能 超高分子量聚乙烯纖維具有突出的力學(xué)性能，優(yōu)異的電性能。其介電常數(shù)和介電損耗非常小。所以其復(fù)合材料對(duì)電磁波的透過率大于玻璃纖維復(fù)合材料，幾乎全透過，是制造雷達(dá)天線罩、光纖電纜加強(qiáng)芯最優(yōu)的新材料。在所有的高性能纖維中，UH

25、MWPE纖維具有最高的沖擊強(qiáng)度。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.5超高分子量聚乙烯纖維2 .1.5.2超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用UHMWPE纖維具備耐溶劑性能好，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展?jié)摿?。UHMWPE纖維復(fù)合材料最大的優(yōu)點(diǎn)是重量大幅度地減輕，沖擊強(qiáng)度提高，消振性明顯改善，以該材料制成的防護(hù)制品如防護(hù)性護(hù)板、防彈背心、防護(hù)用頭盔、飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件、坦克的防碎片內(nèi)襯等有較大的實(shí)用價(jià)值。由于UHMWPE纖維具有良好的化學(xué)惰性，可用于醫(yī)療器

26、材，如縫線、人造肌肉等。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.6連續(xù)玄武巖纖維連續(xù)玄武巖纖維（Continuous Basalt Fibre，CBF） 是由前蘇聯(lián)國(guó)防部下令開發(fā)的。從1960 年代開始，經(jīng)過近 30 多年的努力，在前蘇聯(lián)解體前終于成功開發(fā)了 CBF。并首先被應(yīng)用于國(guó)防軍工。1975 年 7 月17 日與蘇聯(lián)“聯(lián)盟-19”號(hào)宇宙飛船第一次完成對(duì)接的美國(guó)“阿波羅”號(hào)宇宙飛船的結(jié)構(gòu)材料上，就應(yīng)用了前蘇聯(lián)生產(chǎn)的 CBF。CBF 是

27、以天然的火山噴出巖作為原料，將其破碎后加入熔窯中，在 1450～1500 ℃ 熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板制成的連續(xù)纖維。2003 年美國(guó)軍方甚至收購(gòu)了其國(guó)內(nèi)一個(gè)創(chuàng)辦不久的 CBF 生產(chǎn)工廠，現(xiàn)在這個(gè)工廠就設(shè)立在美國(guó)南部阿拉巴馬州的軍事基地，產(chǎn)品 100 % 用于國(guó)防軍工，其 CBF 的具體應(yīng)用至今對(duì)外秘而不宣！顯然，這些年來，美國(guó)軍方在 CBF 的應(yīng)用研究中又發(fā)現(xiàn)了許多新的價(jià)值。,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.6連續(xù)玄武巖纖維2.1

28、.6.1連續(xù)玄武巖纖維的性能突出的耐溫性能突出的抗拉強(qiáng)度與硅酸鹽的天然相容性突出的化學(xué)穩(wěn)定性 美國(guó)德州的 CBF 工業(yè)聯(lián)盟指出：“CBF 是碳纖維的低價(jià)替代品，具有一系列優(yōu)異性能，尤為重要的是，由于它取自天然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環(huán)境污染的不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品。美國(guó)作為世界保護(hù)環(huán)境的倡導(dǎo)者，將全力發(fā)展無污染的綠色工業(yè)材料，所以 CBF 在復(fù)合材料的增強(qiáng)材料領(lǐng)域的應(yīng)用，已引起廣泛的重視并將快速發(fā)展”。,

29、顯著的抗熱振穩(wěn)定性良好的介電性能優(yōu)良的透波性能和一定的吸波性能,2.1先進(jìn)增強(qiáng)材料,2.1.6連續(xù)玄武巖纖維2.1.6.2連續(xù)玄武巖纖維的應(yīng)用CBF增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是制造坦克裝甲車輛的車身材料，可減輕其質(zhì)量；用于制造火炮材料，尤其是用于炮管熱護(hù)套材料可以大大提高火炮的命中率和射擊精度。在槍彈、引信、彈匣、大口徑機(jī)槍槍架、坦克裝甲車輛的薄板裝甲、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩、減振裝置等方面有大量的應(yīng)用。CBF 在船舶工業(yè)中可大量用于船殼體、機(jī)

30、艙絕熱隔音和上層建筑。用 CBF 蜂窩板可制成火車車廂板，據(jù)悉美國(guó)通過福特、通用等汽車制造公司正在著手起草制訂采用 CBF 替代碳纖維作增強(qiáng)材料的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。用 CBF 纏繞環(huán)氧樹脂的管材可用于輸送石油、天然氣、冷熱水、化學(xué)腐蝕液體、散料、電纜管道、低壓和高壓鋼瓶等。由于碳纖維的嚴(yán)重短缺，受沖擊或者說影響最大的是一大批休閑體育用品的制造商，因此，CBF 在休閑體育用品中的應(yīng)用也凸現(xiàn)出來了。首先，CBF 天然的金褐色可用于休閑體育用品

31、的表面裝飾；其次，它與碳纖維混雜使用可降低其成本，以解碳纖維價(jià)格奇高和短缺帶來的困惑；再是可利用 CBF 開發(fā)休閑體育用品的新產(chǎn)品。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.3氰酸酯樹脂2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂是指分子中含有二個(gè)或二個(gè)以上環(huán)氧基并在適當(dāng)化學(xué)助劑如固化劑存在下能形成三向交聯(lián)結(jié)構(gòu)的化合物之總稱。它是一種膠接性能好、耐腐蝕，且

32、電絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度都很高的熱固性樹脂。它具有許多優(yōu)良的性能，對(duì)金屬和非金屬都有很好的膠接效果，所以環(huán)氧樹脂有“萬能膠”之稱。分類 縮水甘油醚類縮水甘油酯類縮水甘油胺類脂肪族環(huán)氧化合物脂環(huán)族環(huán)氧化合物混合型環(huán)氧樹脂,,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.1聚苯醚(PPO)/環(huán)氧樹脂2.1.1.1.2氰酸酯/環(huán)氧樹脂2.1.1.1.3活性聚氨酯單體改性環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂2

33、.1.1.1.4液晶改性環(huán)氧樹脂PHBHQ/CYD-128/二元胺固化體系液晶雙馬來酰亞胺增韌液晶環(huán)氧樹脂側(cè)鏈液晶環(huán)氧樹脂及其固化物2.1.1.1.5耐熱性聚合物改性環(huán)氧樹脂,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.1聚苯醚(PPO)/環(huán)氧樹脂PPO/環(huán)氧樹脂共混體系中，當(dāng)PPO用量較大致使其成為連續(xù)相時(shí)，體系的韌性有較大幅度的提高，特別是其斷裂性能改善非常明顯。PPO/環(huán)氧樹脂

34、共混體系的電性能比環(huán)氧樹脂有明顯的改善，介電常數(shù)隨著PPO的用量的增加而呈直線下降趨勢(shì)。PPO/環(huán)氧樹脂共混體系的耐熱性能較環(huán)氧樹脂有較大幅度的提高。PPO/環(huán)氧樹脂共混體系改善了PPO作為銅箔基板(CCL)基材時(shí)存在的缺陷，有望成為CCL的理想基材。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.2氰酸酯/環(huán)氧樹脂與環(huán)氧樹脂共混是氰酸酯樹脂最主要的改性方法。大多數(shù)商品化的氰酸酯預(yù)浸料樹脂

35、都是CE/EP樹脂的共混物。與EP樹脂共混，可提高樹脂的性價(jià)比，使得CE/EP共混物的某些性能比CE和EP的均聚物都要優(yōu)異。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.3活性聚氨酯單體改性環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂有機(jī)硅鏈段的接枝改善了環(huán)氧樹脂的疏水性、耐候性及耐高低溫性能；但同時(shí)降低了環(huán)氧樹脂與金屬基體附著性強(qiáng)的特性，也破壞了其室溫可固化性。采用活性聚氨酯單體(TDI)改性環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂(ES

36、)則可獲得改性后成膜性以及成膜后附著力、耐腐蝕性等性能明顯的改善的數(shù)值。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.4液晶改性環(huán)氧樹脂PHBHQ/CYD-128/二元胺固化體系 對(duì)羥基苯甲酸對(duì)羥基苯酯二縮水甘油醚(PHBHQ)是一種典型的主鏈液晶環(huán)氧樹脂，用它增韌普通環(huán)氧樹脂取得了突破性進(jìn)展。PHBHQ能形成介晶域，增強(qiáng)和誘發(fā)銀紋和剪切帶的形成，使環(huán)氧韌性大幅度提高；當(dāng)PHBHQ

37、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)50%時(shí)，澆鑄體的沖擊強(qiáng)度提高75%，熱變形溫度提高近30℃；隨PHBHQ含量的增加凝膠時(shí)間逐漸縮短；固化度高，反應(yīng)較完全；,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.4液晶改性環(huán)氧樹脂液晶雙馬來酰亞胺增韌液晶環(huán)氧樹脂此種共聚物具有較好的熱致液晶性，其液晶織態(tài)呈向列型織構(gòu)，亦能保留在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。已合成一種低熔點(diǎn)、含柔性鏈(C10)的雙馬來酰亞胺與聯(lián)苯二酚為原料的液晶環(huán)

38、氧樹脂制備共聚物，增加雙馬型聚酰亞胺和環(huán)氧樹脂的韌性，改善加工性能，制的具有較高的力學(xué)性能、耐熱性的熱固性樹脂。液晶雙馬來酰亞胺與液晶環(huán)氧樹脂的共聚物具有較低的交聯(lián)密度和較慢的交聯(lián)速度，擴(kuò)展了熔程，降低了加工溫度，增加了熱固性聚酰亞胺的斷裂韌性，并保持了良好的液晶特性。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.4液晶改性環(huán)氧樹脂側(cè)鏈液晶環(huán)氧樹脂及其固化物近年來隨著電子工業(yè)和信息材料的

39、發(fā)展，尤其是非線性光學(xué)，出 現(xiàn)了側(cè)鏈液晶環(huán)氧網(wǎng)絡(luò)材料。制備了具有致介晶特征的二元胺。偏光顯微鏡觀察表明液晶單功能團(tuán)環(huán)氧樹脂(MEP)、側(cè)鏈液晶環(huán)氧樹脂(SCEP)及其固化物都展示了較好的熱致液晶特征，其液晶織態(tài)很典型。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.1環(huán)氧樹脂改性2.1.1.1.5耐熱性聚合物改性環(huán)氧樹脂有機(jī)硅硼改性環(huán)氧樹脂烯丙基取代的降冰片烯二羰基酰亞胺樹脂改性環(huán)氧樹脂雙馬來酰亞胺改性環(huán)氧樹脂酚酞聚

40、醚酮(PEK-C)改性環(huán)氧端基酚酞聚芳醚腈(E-PCE)改性環(huán)氧樹脂新型聚醚酰亞胺(PEI)改性環(huán)氧樹脂,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.2耐熱性環(huán)氧樹脂提高環(huán)氧樹脂耐熱性的方法：合成具有耐熱性骨架或可提高交聯(lián)密度的多官能環(huán)氧樹脂；合成具有上述新型環(huán)樹脂基本結(jié)構(gòu)單元的胺類、酚類、酚醛類、醚胺類或高位阻型固化劑；用具有上述新型環(huán)氧樹脂基本結(jié)構(gòu)單元的熱塑性熱固性聚合物共混、鏈接改性普通環(huán)氧樹脂。由多種環(huán)氧

41、樹脂，固化劑，無機(jī)微粉，納米改性劑，硼、硅有機(jī)化合物或聚合物配置復(fù)合組成物。,含有聚醚砜酮結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂(PPESK-EP)萘系環(huán)氧樹脂含有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂,脂環(huán)族耐溫環(huán)氧樹脂TDE-85新型雙酚S環(huán)氧樹脂(BPSER),2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.3耐濕性環(huán)氧樹脂吸濕規(guī)律： ①交聯(lián)密度越大，吸水率亦越高； ②吸水程度不能簡(jiǎn)單地僅以極性基團(tuán)濃度和類型解釋，自由體

42、積 因素往往起重要作用。有效改性途徑： ①高乙烯基(HME)改性環(huán)氧 ②高度氟取代環(huán)氧 ③體系中溴含量超過15%，同時(shí)達(dá)到阻燃效果； ④引入萘環(huán)、酰亞胺等結(jié)構(gòu) ⑤混入少量封閉劑，讓其與體系中親水基團(tuán)反應(yīng),2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.4低應(yīng)力環(huán)氧樹脂日本三菱公司研制的低應(yīng)力

43、樹脂390#很好的解決了熱應(yīng)力問題。,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.5高韌性環(huán)氧樹脂,2.2高性能樹脂基體,2.2.1環(huán)氧樹脂2.2.1.6高性能阻燃環(huán)氧樹脂三聚磷腈環(huán)氧樹脂羥苯基磷酸酯和羥苯基氧磷型環(huán)氧樹脂阻燃性固化劑,鹵系 四氫鄰苯二甲酸酐 四溴鄰苯二甲酸酐 六氯內(nèi)次甲基四氫苯二甲酸酐 二氯代順丁烯二酸酐 鹵代芳

44、胺類化合物,氮系 氰酸酯樹脂 咪唑與銅、鈷、鎳、鉻絡(luò)合物 含三嗪環(huán)的酚醛樹脂 2,4,6-三[N-(氨雜環(huán)庚烷-乙-酮基)]-1,3,5三嗪化合物,磷系 磷酸酯芳香胺 二(3-胺苯基)-甲基氧磷 三(3-胺苯基)氧磷 雙(4-胺基苯基)亞磷酸酯 DCP聚醚二胺、PPDC聚醚二胺

45、 硼酸酯酚醛樹脂 硼氮配位結(jié)構(gòu)酚醛樹脂,,,,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.1熱塑性樹脂改性BMI聚苯并咪唑（PBI）PES、PEI和PH聚醚酮（PEK-C）聚砜2.2.2.1.2環(huán)氧改性BMI 2.2.2.1.3氰酸酯改性BMI 2.2.2.1.4與鏈烯基化合物的共聚改性2.2.2.1.5二元胺改性BMI2.2.2.1.

46、6工藝改性2.2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂的應(yīng)用,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂 雙馬來酰亞胺（簡(jiǎn)稱BMI或雙馬）是以馬來酰亞胺為活性端基的雙官能團(tuán)化合物。20世紀(jì)60年代末期，法國(guó)羅納-普朗克公司首先制出M-33BMI樹脂及其復(fù)合材料。BMI樹脂具有與典型的熱固性樹脂相似的流動(dòng)性和可模塑性，可用與環(huán)氧樹脂類同的工藝方法進(jìn)行加工成形；同時(shí)，BMI樹脂具有良好的耐高溫、耐輻射、耐濕熱、吸濕率低和線脹系數(shù)小等優(yōu)良特性，

47、克服了環(huán)氧樹脂耐熱性相對(duì)較低和耐高溫聚酰亞胺樹脂成形溫度高壓力大的缺點(diǎn)，因此，近20年來，BMI樹脂得到了迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.1熱塑性樹脂改性BMI聚苯并咪唑（PBI）,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.1熱塑性樹脂改性BMIPES、PEI和PH,2.2高性

48、能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.1熱塑性樹脂改性BMI聚醚酮（PEK-C）,PEK-C改性BMI樹脂性能,改性體系的熱失重分析(TG),2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.1熱塑性樹脂改性BMI聚砜,聚砜改性BMI/T300復(fù)合材料的性能,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙

49、馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.2環(huán)氧改性BMI 環(huán)氧主要改性BMI體系的工藝性和增強(qiáng)材料之間的界面粘結(jié)，也可改善BMI樹脂體系的韌性。環(huán)氧樹脂本身很難與BMI單體反應(yīng)，其改善BMI體系韌性和途徑主要有：在二元胺（如DDS或DDM等）改性的基礎(chǔ)上，添加環(huán)氧改性。含環(huán)氧基BMI 含環(huán)氧基BMI是通過用過量的環(huán)氧樹脂與BMI及二元胺預(yù)聚，得到端基為環(huán)氧基團(tuán)的樹脂。合成改性劑,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰

50、亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.3氰酸酯改性BMI氰酸酯改性BMI可在保持BMI體系具有良好耐熱性的基礎(chǔ)上，提高復(fù)合體系的韌性，同時(shí)改善體系介電性能及降低吸水率等。CE改性BMI樹脂體系具有較高的韌性、耐熱性、介電性能、耐潮性、耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性和很好的綜合力學(xué)性能。但是，由于合成氰酸酯單體時(shí)往往需要使用過量的鹵化氰，使形成的有毒廢液難以處理等，阻礙了氰酸酯樹脂在改性BMI樹脂體系中的廣泛發(fā)展和

51、應(yīng)用。氰酸酯對(duì)BMI的改性機(jī)理一般認(rèn)為是BMI和氰酸酯共聚；另一種機(jī)理認(rèn)為BMI與氰酸形成互穿網(wǎng)絡(luò)達(dá)到增韌改性效果。如Mitsubishi的BT樹脂被認(rèn)為是一種互穿網(wǎng)絡(luò)體系。,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.4與鏈烯基化合物的共聚改性烯丙基雙酚A改性BMI烯丙基酚氧(AE)改性BMI丙烯基醚(PPO)與BMI共聚增韌烯丙基雙酚S改性BMI烯丙基芳烷基酚

52、改性BMIN-烯丙基芳胺改性BMI,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.5二元胺改性BMI二元胺改性BMI是改善BMI脆性較早使用的一種改性方法。BMI與二元胺首先進(jìn)行Michael加成線性嵌段聚合物，然后馬來酰亞胺環(huán)的雙鍵打開進(jìn)行自由基型固化反應(yīng)，并形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)Michael加成反應(yīng)后形成的線性聚合物中的仲胺還可以與鏈延長(zhǎng)聚合物上其余的雙鍵進(jìn)行進(jìn)一步的加成

53、反應(yīng)。,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.1雙馬來酰亞胺樹脂的改性2.2.2.1.6工藝改性降低固化和后處理溫度 ①提高BMI單體反應(yīng)活性 ②加入催化劑或促進(jìn)劑樹脂傳遞模塑用BMI樹脂 主要通過在BMI樹脂體系中加入烯丙基或乙烯基單體，通過或不通過預(yù)聚達(dá)到適應(yīng)RTM的黏度要求，主要樹脂有：Shell公司Compimide65FWR，BP公司

54、用于輪轂的RTM-BMI樹脂。,2.2高性能樹脂基體,2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂2.2.2.2雙馬來酰亞胺樹脂的應(yīng)用 絕緣材料 主要用作高溫預(yù)浸漆、層合板、覆銅板及模壓塑料等。 航空航天結(jié)構(gòu)材料 主要與碳纖維層合,制備連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料, 用作軍機(jī)或民機(jī)或宇航器件的承辦構(gòu)件,如用作機(jī)翼蒙皮、尾翼、垂尾、飛機(jī)機(jī)身和骨架等。 耐磨材料 用作金剛石砂輪、重負(fù)荷砂輪、剎車片和耐高溫軸承黏合劑等。 功能復(fù)合材料 BMI樹脂的耐

55、熱性優(yōu)于環(huán)氧樹脂工藝性與環(huán)氧相近,且耐濕熱性能優(yōu)異，因此BMI樹脂基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。,2.2高性能樹脂基體,2.2.3氰酸酯樹脂氰酸酯樹脂通常定義為含有兩個(gè)或者兩個(gè)以上氰酸酯官能團(tuán)的酚衍生物，它在熱和催化劑作用下發(fā)生三環(huán)反應(yīng)，生成含有三嗪環(huán)的高交聯(lián)密度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大分子。固化氰酸酯樹脂具有低介于電常數(shù)(2.8~3.2)和極小的介電損耗角正切值(0.002~0.008)，高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(240~290℃)，低

56、收縮率，低吸濕率(＜1.5%)，優(yōu)良的力學(xué)性能和粘結(jié)性能等，而且它具有與環(huán)氧樹脂相似的加工工藝性，可在177℃下固化，并在固化過程中發(fā)揮發(fā)性小分子產(chǎn)生。,2.2高性能樹脂基體,2.2.3氰酸酯樹脂2.2.3.1氰酸酯樹脂性能固化氰酸酯樹脂分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有大量的三嗪及芳香環(huán)或剛性脂環(huán)（如Xu-7187體系），并且三聯(lián)嗪環(huán)與芳香環(huán)之間是通過醚鍵連結(jié)起來的,因此固化氰酸酯樹脂既有較好的耐熱而化學(xué)性,又具有較好的抗沖擊和介電性。氰酸

57、酯樹脂的增韌改性與單官能度氰酸酯共聚，以降低網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度;與橡膠彈性體共混改性;與熱塑性塑料共混共固化形成半互穿網(wǎng)絡(luò)(SIPN);一種新型橡膠增韌的氰酸酯樹脂體系是核-殼橡膠粒子增韌的Xu-71787.02L樹脂體系，核-殼橡膠粒子增韌不會(huì)影響氰酸酯樹脂的耐熱性，而且它對(duì)樹脂體系的流變性能影響也較小。,2.2高性能樹脂基體,2.2.3氰酸酯樹脂2.2.3.2氰酸酯樹脂應(yīng)用氰酸酯樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)良的性能，廣泛應(yīng)用于高速數(shù)

58、字和高頻印制電路板、高性能透波材料和航空結(jié)構(gòu)材料。氰酸酯復(fù)合材料同時(shí)具有良好的電性能和力學(xué)性能，它用于高性能飛機(jī)雷達(dá)天線罩和機(jī)敏結(jié)構(gòu)蒙皮。同時(shí)，由于其寬頻帶特征，并具有低而穩(wěn)定的介電常數(shù)和介電損耗角正切，因而也是制造隱身飛行器的材料之一。氰酸酯在現(xiàn)代電子通信領(lǐng)域內(nèi)也有極廣的用途。,2.2高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體2.2.4.1 PMR聚酰亞胺2.2.4.2 PMR聚酰亞胺力學(xué)性能2.2.4.3 PMR聚

59、酰亞胺改性 2.2.4.3.1 PMR聚酰亞胺增韌2.2.4.3.2 PMR聚酰亞胺工藝改性 2.2.4.4聚酰亞胺復(fù)合材料應(yīng)用,2.2高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體 熱固性聚酰亞胺依據(jù)其活性封端基可分為三種主要類型： PMR聚酰亞胺（主要指Nadic酸酐封端的一類聚酰亞胺） 乙炔封端聚酰亞胺 雙馬來酰亞胺（BMI）。,,2.2高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體

60、2.2.4.1 PMR聚酰亞胺1972年，NASA路易斯研究中心發(fā)展了PMR技術(shù)（in suit polymerization of monomeric reactants）, 并用于制造熱固性耐高溫聚酰亞胺復(fù)合材料。PMR技術(shù)的特點(diǎn)：使用低相對(duì)分子質(zhì)量、低黏度單體； 使用低沸點(diǎn)溶劑； 最后固化階段沒有或很少有揮發(fā)分產(chǎn)生。,2.2高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體2.2.4.2 PMR聚酰亞胺力學(xué)性能,2.2

61、高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體2.2.4.3 PMR聚酰亞胺改性 2.2.4.3.1 PMR聚酰亞胺增韌熱塑性樹脂增韌熱固性樹脂基體，通?？色@得一個(gè)非均相體系。細(xì)小的熱塑性顆粒彌散分布在熱固性樹脂基體內(nèi)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展時(shí)，熱塑性顆?！搬斿^作用”阻礙裂紋擴(kuò)展，提高樹脂基體的斷裂韌性。Nasa Langley研究中心采用熱塑性聚酰亞胺粉末Matrimid 5218增韌PMR-15和LaRC-RP-46/5218聚酰亞胺樹

62、脂體系。PMR聚酰亞胺可采用改性主鏈結(jié)構(gòu)來提高韌性。通過在PMR聚酰亞胺主鏈結(jié)構(gòu)中引入柔性鏈降低主鏈的剛性，可有效地提高其韌性。LaRC-RP-46和LP-15聚酰亞胺樹分別以3，4-ODA和BAPP替代MDA后，由于在3，4-ODA和BAPP中柔性醚鍵的存在，和PMR-15相比，LaRC-RP-46和LP-15主鏈柔性增加，韌性提高。,2.2高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體2.2.4.3 PMR聚酰亞胺改性 2.

63、2.4.3.2 PMR聚酰亞胺工藝改性早期的研究工作表明m-氧基苯作封端基，可將PMR聚酰亞胺的固化溫度從316℃降至260℃。但m-氧基苯封端的聚酰亞胺Tg約為270～280℃，只能在260℃以下使用。將p－氨基苯（p-ＡＳ）和ＮＥ等摩爾比混合后作封端基作用，所獲得的ＰＭＲ－ＮＶ聚酰亞胺，也可在260℃下交聯(lián)固化。固化后的ＰＭＲ－ＮＶ聚酰亞胺Tg超過３２５℃，碳纖維增強(qiáng)ＰＭＲ－ＮＶ聚酰亞胺復(fù)合材料在３１８℃下短期力學(xué)性能和ＰＭＲ－

64、15聚酰亞胺復(fù)合材料相當(dāng)。ＰＭＲ－ＮＶ聚酰亞胺的缺點(diǎn)是樹脂流動(dòng)性差，要獲得高質(zhì)量無孔隙的復(fù)合材料，所需成形壓力是ＰＭＲ－１５復(fù)合材料成形壓力的２倍以上。,2.2高性能樹脂基體,2.2.4熱固性聚酰亞胺樹脂基體2.2.4.4聚酰亞胺復(fù)合材料應(yīng)用,3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論,3.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性 3.2單層板力學(xué)特性3.2.1單層板彈性特性3.2.2單層板的強(qiáng)度及其失效準(zhǔn)則3.3層合板彈性特性及其設(shè)計(jì)理論3.3.

65、1經(jīng)典理論假設(shè)3.3.2幾種特殊層合板彈性特性3.3.2.1對(duì)稱層合板3.3.2.2反對(duì)稱層合板3.3.2.3規(guī)則非對(duì)稱正交層合板3.3.2.4準(zhǔn)各向同性層合板,3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論,3.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性復(fù)合材料不僅是材料，而且更確切地說是結(jié)構(gòu)，具有材料和結(jié)構(gòu)的雙重屬性，而且是多層次結(jié)構(gòu)，可分為三個(gè)結(jié)構(gòu)層次：一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)、三次結(jié)構(gòu)。 “一次結(jié)構(gòu)”是指由基體和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的單層材料，其力學(xué)性能決

66、定于組分材料的力學(xué)性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區(qū)的性能； “二次結(jié)構(gòu)”是指出單層材料層合而成的層合體，其力學(xué)性能決定于單層材料的力學(xué)性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設(shè)方向、鋪層序列)； “三次結(jié)構(gòu)”是工程結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能決定于層合體的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)幾何。,3.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性復(fù)合材料設(shè)計(jì)也可分為三個(gè)層次：?jiǎn)螌硬牧显O(shè)計(jì)、鋪層設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這三個(gè)設(shè)計(jì)層次互為前提、互相影響、互相依賴。因此，復(fù)合材

67、料及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)打破了材料研究和結(jié)構(gòu)研究的傳統(tǒng)界限。材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須同時(shí)進(jìn)行，并將它們統(tǒng)一在同一個(gè)設(shè)計(jì)方案中。 單層材料設(shè)計(jì)包括正確選擇增強(qiáng)材料、基體材料及其配比，該層次決定單層板的性能； 鋪層設(shè)計(jì)包括對(duì)鋪層材料的鋪層方案做出合理安排，該層次決定層合板的性能； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則最后確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸。,3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論,連續(xù)性假設(shè)復(fù)合材料力學(xué)基本假設(shè) 線彈性假設(shè)

68、 小變形假設(shè) 宏觀力學(xué) 復(fù)合材料力學(xué)研究手段 細(xì)觀力學(xué) 微觀力學(xué),,,3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論,3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論,3.2單層板力學(xué)特性3.2.1單層板彈性特性 單層板的宏觀力學(xué)分析是層合結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，單層板是層合結(jié)構(gòu)分析的基本單元。單層板正軸本構(gòu)關(guān)系：,3.樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論,3.2單層板力學(xué)