一般无机填料的热膨胀系数较聚合物的要小得多， 所以，填充无机填料的复合塑料其热膨胀系数要较纯 聚合物的小，其数值接近于金属的热膨胀系数。
聚合物、填料及其复合材料的热膨胀系数(×10-5)
热膨胀系数 聚合物 （1/℃）
填料
热膨胀系数 （1/℃）
复合材料
热膨胀系数 （1/℃）
PP
10-11
玻璃纤维E
0.5
时，复合材料的密度主要
取决于填料的含量。
8.2 热性能
热膨胀系数
热性能
热基础物性
导热系数
热功能复合材料 的最重要性质
比热
耐热性
与力学性能并列为结构 复合材料最重要的特性
8.2.1 热基础物性
基本上可按复合规则加以估算：
c m (1V f ) f V f
α ——热膨胀系数； Vf——增强体的容积分数； 角标c、m、f分别代表复合材料、基体和增强体。
随着填料的不同，复合塑料可用作隔热或导热材 料。以空气为填料的泡沫塑料是良好的隔热材料，而 以碳纤维、金属粉等为填料的复合塑料则可作为导热 性复合材料使用。
复合材料的导热系数在理想情 况下可由下列复合规则估算：
c m(1V f ) f V f
实际的复合材料由于填料的形态等因素的影响，其导热 系数各异。Nielsen考虑了这些因素后提出下列公式：
V f [Wm f m (1 Wm )] m (1 Wm )
Vf

(1Wm )m
Wm f (1 Wm )m
c m (1V f ) f V f (8.1)
Vf

(1Wm )m
Wm f (1 Wm )m
c


m
[1

Wm
(1
f
表8.8 钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中的阻燃效果
阻燃剂
氧指数
发烟量（相对值）
复合材料物理和化学性能的复合规律
8.1 密度 8.2 热性能 8.3 燃烧特性 8.4 光学性能 8.5 耐化学性
8.1 密度
复合材料的最基本物 性
复合材料中，基体或填料的含量通常以质量百分 率表示，必须将质量百分率换算成体积百分率， 才能应用复合规则来估算复合材料的密度。
c m (1V f ) f V f (8.1)
ρc——复合材料的密度； ρm——基体的密度； ρf——增强体的密度； Vf——增强体的体积分数。
如果以基体在复合材料中的质量分数Wm为已知数：
Wm

m (1 V f ) f V f m (1 V f
)
Wm f V f Wm m WmV f m m mV f
4.2
AS
6-7
铁
1.2
PVC（含33％木粉， 质量比）
3.2
膨胀系数的各向异性
材料
热膨胀系数①（╳10-5/℃）
流动方向
垂直流动方向
尼龙-6 非增强
11.7
13.7
FRTP（含GF30％）
0.87
12.0
PC 非增强
7.6
7.6
FRTP（含GF30％）
1.9
6.8
改性 PPO 非增强
7.7
8.5

Wm )m
(1 Wm
)

m
]

f
(1 Wm )m Wm f (1 Wm )m
mWm f f m (1 Wm ) Wm f (1 Wm )m

m f
Wm f (1Wm )m
对于聚合物基复合材料，
由于ρm对大多数聚合物来 说差别不大，当填料一定
复合材料
尼龙-66（含 40％玻纤）
尼龙-66（含 40％碳纤）
尼龙-12（含 30％玻纤）
PPS（含30 ％玻纤）
PPS（含30 ％碳纤）
PSU（含30 ％玻纤）
PPS（含30 ％碳纤）
PP（含30％ 玻纤）
PP（含30％ CaCO3）
导热系数 [W/(m·K)]
0.50 1.21 0.24 0.40 0.75 0.31 0.80 0.33 0.35
49
127
78
结晶性 树脂
尼龙-6
225
尼龙-66经填料26填5 充 后热变形温
POM度明显16上5 升
PET
267
49
218
149
71
255
184
110
163
53
124
227
123
PS
105
93
104
11
非结晶 性树脂
PC
经填料填充 后热变形温
150
132
143
11
PSU 度上升不大 190
174
8.2.2 耐热性
表征非结晶性聚合物 耐热性的物理量是玻 璃化温度Tg，结晶性 聚合物是熔点Tm。
一般表现为随着填料 的加入，玻璃化温度升高， 玻璃化温度的升高程度与 填料加入量成正比。
在聚甲基丙烯酸甲酯中 加入10％白垩，玻璃化 温度可下降10℃左右。
聚合基复合材料的Tg与 填充物含量的关系
填料的加入引 起聚合物微观 结构的改变
FRTP（含GF30％）
2.3
7.1
PET FRTP（含GF30％）
0.75
4.5
由于纤维在流动方向的取向，使流动方向上及 与之垂直方向上的热膨胀系数产生很大的差异。
影响成型速度
制备导热或隔热性制品
塑料的成型工艺几乎都伴随着加热和冷却过程。 填料的加入，如果提高混合物的导热系数，可缩短加 热或冷却时间，也就是提高成型速度。
聚合物 聚甲醛 聚环氧乙烷 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙稀腈 聚乙烯 聚丙烯 聚异戊二烯 聚丁二烯 聚苯乙烯 纤维素
聚对苯二甲酸乙二酯
聚乙烯醇 尼龙-66
聚3，3-二（氯甲 基）环氧丙烷
一些聚合物的氧指数
氧指数
聚合物
15
羊毛
15
聚碳酸酯
17
聚间苯二甲酰苯
18
聚二苯胺醚
18
聚砜
18
酚醛树脂
18.5
氯丁橡胶
引起界面层 聚合物大分子敛集密 度的改变(一般情况下是密度降低)， 随着大分子敛集密度的改变，改变了 分子间作用力，因而改变分子链段的 活动能力，使聚合物的玻璃化温度随 之而发生变化。
在界面上由于填料-聚合物分子 间作用力的存在，使聚合物大分子 链段运动受到阻碍，因而使聚合物 的玻璃化温度升高。这种聚合物大 分子链段运动受阻的程度随着填料聚合物分子间作用力增大而增高。
18.5
聚苯骈咪唑
18.5
聚氯乙稀
19
聚偏氟乙烯
21
聚偏氯乙烯
22
石墨
23
聚四氟乙烯
23
环氧树脂
氧指数 25 27 28.5 29 30 35 40 41.5 42 44 60 60 95 19.8
8．3．2 填料对聚合物基复合材料燃烧性的影响
8．3．2．1 三氧化二锑 三氧化二锑(Sb2O3)是最常用的阻燃填料之一，它是很多家
聚合物的燃烧过程由两个相继的化学过程—分解 和燃烧所组成，两者通过着火和热反馈相互联系。
热散失
不燃物
热分解 聚合物
-Q1
可燃物 焦
熔融物
热散失
燃烧 +Q2 +Q2
气体 烟 碳粒
热反馈
以氧指数作为聚合物阻燃性的判据是 Fenimore和Martin于1966年引入的。它是 指聚合物着火后刚够维持燃烧时氧气在试 验气体(氧、氮混合气体)中的最小百分含 量。试验用标准试样在标准条件25℃和气 流线速度为(4土1)cm／s下进行。
基体聚合物的耐热性和FRTP的热变形温度
类别
基体聚合物
名称
熔点(℃)
玻璃化 温度(℃)
FRTP(含
热变材形 料在G变F1形20.8温％6度)热MPaT或2(－℃T) 1 温度(0℃.4)6MPTa2(的℃) 受压负荷
PP
176
60下，材12料1~变149形达6一1~89 定尺寸时的温度。
HDPE
137
PP(含30％GF，质 量比)
3.2
PVC(硬质)
7-8
碳纤维（PAN系） （0.3-0.5）
PC（含30％GF， 质量比）
2.7
PC
7
滑石粉
0.8
尼龙66（含30％GF， 质量比）
2.2
尼龙－6
8
CaCO3
1
AS（含30％GF， 质量比）
2.8
尼龙－66 10-15
铝
2.4
PP（含33％ CaCO3，质量比）
0.25 0.29 0.28 0.26 0.13
填料的导热系数一 般比聚合物的大， 可预计，复合塑料 的导热系数要比单 纯聚合物的大。
填料 E－玻纤 碳纤维 碳酸钙 滑石粉 铁（钢）
铝 杉（纵向） 杉（横向）
导热系数 [W/(m·K)]
1.30 2.10-10.45
2.34 2.10 58.52 209 0.42 0.11
表8．7 Sb2O3卤化物的阻燃效果
组成
聚合 物
Sb2O3 全氯 环戊 癸烷 溴代 联苯
醚 氧指
数
PE
100
60
13
27
17.4 24.0
配方（％，质量比）
PP
100
60
85
10
5
30
17.4
27.0
10 27.0
PS
100