第五章復合材料基體(Matrix)材料 一、聚合物及其分類

    一、聚合物及其分類                                
    聚合物包括:熱固性聚合物和熱塑性聚合物。
     1、熱固性聚合物:
    通常為分子量較小的液態或固態預聚體,經加熱或加固化劑發生交聯化學反應并經過凝膠化和固化階段后,形成不溶、不熔的三維網狀高分子。


    主要包括:環氧、酚醛、雙馬、聚酰亞胺樹脂等。
    各種熱固性樹脂的固化反應機理不同,根據使用要求的差異,采用的固化條件也有很大的差異。一般的固化條件有室溫固化、中溫固化(120C左右)和高溫固化(170C以上)。這類高分子通常為無定型結構。具有耐熱性好、剛度大、電性能、加工性能和尺寸穩定性好等優點。
    2、熱塑性聚合物:
    它們是一類線形或有支鏈的固態高分子,可溶可熔,可反復加工而無化學變化。包括各種通用塑料(聚丙烯、聚氯乙烯等)、工程塑料(尼龍、聚碳酸酯等)和特種耐高溫聚合物(聚酰胺、聚醚砜、聚醚醚酮等)。


    這類高分子分非晶(或無定形)和結晶兩類。通常結晶度在20-85% 之間。具有質輕、比強度高、電絕緣、化學穩定性、耐磨潤滑性好,生產效率高等優點。與熱固性聚合物相比,具有明顯的力學松弛現象;在外力作用下形變大;具有相當大的斷裂延伸率;抗沖擊性能較好。


    環氧樹脂是線型結構,必須加入固化劑使它變為不溶不熔的網狀結構才有用途。常用的固化劑包括脂肪族或芳香族胺類,有機多元酸或酸酐等。 
    按固化工藝可分為三大類:
    1)含有活潑氫的化合物,它仍在固化時發生加成聚合反應;
    2)離子型引發劑,它可分陰離子和陽離子;
    3)交聯劑,它能與雙酚A型環氧樹脂的氫氧基進行交聯。 [-page-] 
   (2)  雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)
    雙馬樹脂是馬來酸酐與芬香族二胺反應生成預聚體,再高溫交聯而成的一類熱固性樹脂。交聯后的雙馬樹脂具有不熔、不溶的特點,
有高的交聯度,固化后的密度在1.351.4 g/cm3之間,玻璃化溫度(Tg)在 250- 300℃ 之間,使用溫度為150-200 ℃。


    2、 熱塑性樹脂:
    1)聚醚醚酮(PEEK)
    PEEK是一種半結晶型熱塑性樹脂,其玻璃化轉變溫度為143℃ ,熔點為334℃,結晶度一般在20-40%,大結晶度為48 % 。PEEK在空氣中的熱分解溫度為650℃,加工溫度在370-420℃,室溫彈性模量與環氧樹脂相當,強度優于環氧,斷裂韌性極高,具有優秀的阻燃性。PEEK基復合材料可在250℃的溫度下長期使用。
    2)聚苯硫醚(PPS)
    結晶型聚合物,耐化學腐蝕性極好,在室溫不溶任何溶劑,可長期耐熱至 240℃。
    3)聚醚砜(PES)
    非晶聚合物,玻璃化轉變溫度為225℃,可在180℃下長期使用;有突出的耐蠕變性、尺寸穩定性;熱膨脹系數與溫度無關,無毒,不燃。
    4)熱塑性聚酰亞胺
    聚醚酰胺(PEI):長期使用溫度為 180℃ 。
酰胺酰亞胺(PAI):Tg  達280℃,長期使用溫度為 240℃。
高聚物特征溫度:玻璃化轉變溫度 Tg,
    熔點Tm和粘流溫度Tf
    在Tg以下:為硬而脆或硬而韌的固體(玻璃態);在Tg附近:非晶高聚物轉變成軟而有彈性的橡膠態;半晶高聚物轉變成軟而韌的皮革態;熱塑高聚物Tg 基本固定;熱固高聚物Tg 隨其交聯度的增加而增加, 當交聯度很高時,達到Tg后無明顯的軟化現象。Tm(結晶)、Tf(非晶):成為高粘度的流體。