热塑性聚合物
热塑性聚合物
结构特点：线型、分枝型，遇热软化或熔融且可反复进行 力学性能： ①具有明显的力学松弛现象； ②较大的断裂延伸率； ③抗冲击性能好。
电学性能：优异的绝缘性能，对腐蚀性介质稳定。
举 例：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、
聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS树脂）等。
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蚀性极强，能耐王水及沸腾的氢氟酸（塑料王）
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RMC用高性能热塑性树脂优点：耐热性好 • 聚苯硫醚：300℃短期荷载、240 ℃长期； • 聚砜和聚醚砜：200 ℃下长期使用； • 聚醚醚酮：160 ℃长期使用。 高性能热塑性树脂缺点：成型难、成本高。
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1.4 橡 胶
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2） 用于450-700℃的MMC金属基体
钛合金具有相对密度小、耐腐蚀、耐氧化、强
度高等特点，可在450-700 ℃使用。SiC/Ti制成的叶 片和传动轴等零件可用于高性能航空发动机。
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3）用于1000℃以上的高温MMC金属基体
• 用于1000℃以上的基体材料主要是镍基、铁基耐 热合金和金属间化合物，较成熟的是镍基、铁基 高温合金。金属间化合物基MMC尚处于研究阶段。
按制品使用温度要求分为：轻金属基体和耐热合金基体
1）用于450℃以下MMC的轻金属基体
目前研究发展最成熟、应用最广泛的MMC是铝 基和镁基复合材料，用于航天飞机、人造卫星、空 间站、汽车发动机零件、刹车盘等，并以形成工业 化规模生产。 对于不同类型的 复合材料应选用合适的铝或镁 合金基体。 • 连续纤维增强MMC：一般选用纯铝或含合金元 素少的单相铝合金； • 颗粒、晶须增强MMC：则选用具有高强度的铝 合金。
微结构
热反应
性质
不定形塑料与结晶性塑料的结构与性质之比较
热塑性树脂的基本性能
1、力学性能 决定合成树脂力学性能的结构因素有以下五个： ①大分子链的主价力； ②分子间的作用力； ③大分子链的柔韧性； ④分子量； ⑤大分子链的交联密度。
热塑性树脂与热固性树脂在结构上的显著差别在
于前者的大分子链为线型结构，而后者的大分子 链为体型网状结构。 由于这一结构上的差别，使热塑性树脂与热固性 树脂相比在力学性能上有以下几个显著特点：① 具有明显的力学松弛现象；②在外力作用下，形 变的能力较大，即当应变速度不大时，可具有相 当大的断裂延伸率；③抗冲击性能好。
我国热塑性塑料产业
规模企业分布，％
25 20 15 10 5 0 广东 浙江 江苏 山东 上海 福建 辽宁 其他
东部
复合材料常用热塑性树脂 迄今，几乎所有的热塑性树脂皆可用玻璃纤
维或其它纤维增强。
1、聚烯烃
包括聚乙烯（产量最大）、聚丙烯、聚苯乙烯和聚丁烯等
2、聚酰胺 定义：分子链中含有酰胺基团（尼龙） 性能：具有良好的力学性能 良好的耐磨性和耐腐蚀性
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2、氧化物陶瓷
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2、非氧化物陶瓷
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氮化硅陶瓷
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氮化钛陶瓷
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碳化硅陶瓷
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2．3 聚合物材料
• 聚合物（高分子化合物）：是指那些众多 原子或原子团主要以共价键结合而成的相 对分子质量在一万以上的化合物。 • 特性：聚合物分子量很大，因而具有与低 分子同系物完全不同的物理性能。如高分 子化合物具有高软化点、高强度、高弹性、 其溶液和熔体具有高粘度等性质。 • RMC中聚合物的主要作用是：把纤维粘接在 一起；分配纤维间的荷载；保护纤维不受 环境影响。 • 分类：热固性树脂和热塑性树脂两大类。
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如何增强基体 金属与增强物 的相容性？
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3）基体金属与增强物的相容性
例：在纯铝中加入少量的Ti、Zr等元素，可明显改善 MMC的界面结构和性质，大大提高MMC的性能。 Fe、Ni高温时会破坏CF的结构，使其丧失原有强 度，因此不能直接用作CF的基体。
2.1.2 结构复合材料的基体
2、电学性能 热塑性树脂的电性能按其大分子的极性不同可分为：以下几： （1）非极性： 这类树脂如聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟
乙烯等。
高频率的电解质
（2）弱极性： 这类树脂如聚苯乙烯、聚异丁烯等。 （3）极性： 这类树脂如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、 聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等。
（4）强极性： 这类树脂如聚酯。 低频率的介电体
2.3.1 热固性树脂
• 热固性树脂定义：低分子物在引发剂、促 进剂作用下生成的三维体形网状结构聚合 物。固化物加热不软化，不溶不融。 • 不饱和聚酯树脂 • 环氧树脂 • 酚醛树脂 • 其它热固性树脂
1）不饱和聚酯树脂
• 定义：主链上同时具有重复酯键和不饱和 双键的一类聚合物。 • 主要优点：工艺性好、固化物的综合性能 好、价格低廉、品种多。 • 主要缺点：固化收缩率大，耐热性、强度 和模量较低，因此很少用于受力很大的制 品中。 • 使用方法：树脂、引发剂、促进剂按配比 配制，并按固化制度固化。
基合金、镍基合金及金属间化合物。如SiC/Ti、W/Ni。
• 汽车发动机活塞、缸套：耐高温+耐磨、导热，选择C/Al、 Al2O3/Al、SiC/Al。 • 高集成电子器件：要求高导热+低膨胀，选择高导热率的银、铜、 铝等与高导热性、低膨胀的石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒 复合。
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2.1.1 选择基体的基本原则
在选择基体金属时应考虑因素： • MMC的使用要求 • MMC的组成特点 • 基体金属与增强物的相容性
1）MMC的使用要求
• 航天、航空器元件：高比强度、比模量+尺寸稳定性。宜选用密 度较小的轻金属合金—镁合金和铝合金，如C/Mg、C/Al、B/Al。 • 高性能发动机叶片、转轴：高比强度、比模量+耐高温。选择钛

不定形塑料
结晶性塑料
常用材料
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）、 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚 压克力（PMMA）、聚碳酸脂(PC)、 缩醛树脂(POM)、耐隆 聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙 (PA, 聚醯胺)、热塑性聚脂 烯-丙烯系聚合物(SAN)。 (例如PBT、PET)。 分子在液相呈现杂乱的配向性， 分子在液相和固相都呈现杂乱的配向性。 在固相则形成紧密堆砌的 晶体。 具有软化温度范围，但没有明显的熔点。 透明 抗化学性差 成形时体积收缩率低 通常强度不高 一般具有高熔胶黏度 热含量低 具有明确的熔点。 半透明或不透明 抗化学性佳 成形时体积收缩率高 强度高 熔胶黏度低 热含量高
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2）环氧树脂
• 定义：分子主链上含有两个或两个以上环 氧基团的聚合物。
• 主要优点：形式多样、粘附力强、收缩率 低、力学性能好、尺寸稳定、化学稳定性 好。 • 主要缺点：工艺性差，价格高。 • 使用方法：
3）酚醛树脂
• 定义：酚类和醛类的聚合物。
2．2 陶瓷材料
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陶瓷材料的特点
• 陶瓷材料的性能特点 • 优点： 1）高硬度：决定了优异的耐磨性； 2）高熔点：决定了杰出的耐热性； 3）高化学稳定性：决定了良好的耐腐蚀 性 • 缺点：脆性，需要增韧—复合材料
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1、微晶玻璃
• 如电子器件：集成度越来越高，功率增大，发热严重， 需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装材 料，以便将热量迅速传走，避免产生热应力，提高器 件可靠性。SiCp/Al 、SiCp/Cu；
• 又如汽车发动机零件：要求耐磨、导热性好、热膨胀 系数适当。采用SiC、Al2O3、Gr等增强材料增强Al、Mg、 Cu、Zn、Pb等MMC
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2）金属基复合材料的组成特点 连续纤维增强MMC：
如：连续C/Al中，纯铝或含有少量合金元素的铝 合金作为基体比高强度铝合金好得多。且铝合金 强度越高，其MMC的性能越低。
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3）基体金属与增强物的相容性
基体与纤维的相容性：良好的浸润性、稳定的界面。
橡胶是指具有显著高弹性的一类高分子化合物，也可
用作复合材料的基体材料，包括天然橡胶和人造橡胶，如
丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶等。
不同于树脂基复合材料，橡胶基复合材料除了要具有
轻质高强的特点外，还应具有柔性和较大的弹性。橡胶基 复合材料主要用来制备轮胎、传动皮带等。
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聚合物共混物基体分类 1）按类型： ★塑料/塑料相互间改性 热塑性/热塑性共混物： 非晶/非晶： PS/PC、PS/PSF、ABS/PC等 非晶/结晶: PS/PP、PS/PE、PC/PBT、PC/PA等 结晶/结晶: PE/PP、PP/PET、PP/PA、PET/PA等
★ LCP/热塑性共混物： LCP/非晶 LCP/PC、LCP/PSF等 LCP/结晶 LCP/PBT、LCP/PP、LCP/PET、LCP/PA等 ★ 热塑性/热固性共混物： 非晶热塑性树脂/热固性树脂：PC/环氧树脂、PSF/环氧树 脂、PEI/环氧树脂、PEI/双马来酰亚胺（BMI）等 结晶热塑性树脂/热固性树脂：PBT/环氧树脂等
热塑性树脂的应用
我国热塑性塑料产业
我国是世界高分子材料大国，世界塑料大国, 生产大国、 消费大国、进口大国。 世界第一大PVC、合成纤维生产国。 其中，通用塑料PE、PP、PS、PVC和ABS表观消费量占我国 合成树脂总产量的94%。但树脂消费仍有一半以上依赖进口。 工程塑料(PA、POM、PC、PBT、PET、PPO)大量依靠进口。