復合材料的熱性能是復合材料重要物理性能之一，其內容包括二個方面：材料的熱基礎物性和耐熱性。熱基礎物性是熱功能材料的重要性質，而耐熱性則與力學性能并列為結構復合材料重要的二項物性。

1　熱基礎物性

1.1　熱膨脹系數
　　復合材料的熱膨脹系數基本上可按復合規則加以估算：

　　式中：α為熱膨脹系數；V_f為填料的容積分數；c、m、f分別代表復合材料、基體和填料。
　　一般無機填料的熱膨脹系數較聚合物的要小得多，所以從上式可以推算，填充無機填料的復合塑料其熱膨脹系數要較純聚合物的小，其數值接近于金屬的熱膨脹系數(表1)。

　　復合材料的熱膨脹系數實際測定值往往比計算值小，這是由于填料粒子束縛了其周圍聚合物熱運動的緣故。
　　在實際應用中，熱膨脹系數的大小與制品尺寸精密度密切相關。通常情況下，熱膨脹系數的降低會使成型收縮率也相應降低，而使復合材料制品的尺寸精度得到提高。但對FRTP等纖維增強塑料而言，由于纖維在流動方向的定向，使流動方向上及與之成直角的方向上的熱膨脹系數產生很大的差異(各向異性)，于是制品發生“撓曲”，尺寸穩定性反而變差(表2)。

　　由于填料和聚合物的熱膨脹系數不同，在成型以后的冷卻過程中，聚合物，填料的界面會受到很大的應力。沿纖維方向的應力有可能破壞界面粘結，而垂直于纖維方向的應力則將填料緊縛起來。
1.2　導熱系數
　　復合材料的導熱系數在實際應用上有二個重要意義：1、影響成型速度。2、制備導熱或隔熱性制品。
　　塑料，特別是熱塑性塑料的成型工藝幾乎都伴隨著加熱和冷卻過程。填料的加入，如果提高混合物的導熱系數，無疑可縮短加熱或冷卻時間，也就是提高成型速度。
　　隨著填料的不同，復合塑料可用作隔熱或導熱材料。以空氣為填料的泡沫塑料是良好的隔熱材料，而以碳纖維、金屬粉等為填料的復合塑料則可作為導熱性復合材料使用。
　　復合材料的導熱系數在理想情況下可由下列復合規則估算之：

　　式中K代表導熱系數，c、m、f和v的意義同前。
　　實際的復合材料由于填料的形態等因素的影響，其導熱系數各異。Nielsen考慮了這些因素后提出下列公式：

　　聚合物、填料及其復合材料的導熱系數見表3。

　　由表3可見，填料的導熱系數一般比聚合物的大，因此可以預計，復合塑料的導熱系數通常要比單純聚合物的為大。但是，影響材料導熱的因素極為復雜，例如表3所列尼龍-12用玻璃纖維填充后，導熱系數反而減小。
1.3　比熱
　　復合材料在一定溫度下的比熱基本上可由復合規則估算：

　　式中C為比熱。
　　填料的重量比熱一般比聚合物的稍小，因此復合材料的重量比熱也比單一聚合物的稍小。但兩者的容量比熱則無大差異。
　　在填料的比熱實測值不明時，可按Kapp法則進行計算。
　　設各元素在處于液體和固體時的摩爾比熱如下：

　　以碳酸鈣為例，其比熱可計算如下：

　　碳酸鈣的分子量=40.08+12.01+3x16=100.09
　　故其重量比熱C_f=20／100.09=0.20 cal／g
　　這個值與碳酸鈣在20℃時的實測值為0.205 cal／g基本吻合。

2　耐熱性

　　提高材料的耐熱性與改進剛性等力學性能一樣，是進行材料復合的主要目的之一。但是在改進耐熱性方面的復合效果往往隨聚合物和填料的不同而有明顯的差異。
　　表征聚合物基體耐熱性的物理量是玻璃化溫度(對于結晶性聚合物則是熔點)。玻璃化溫度在宏觀上是指聚合物由玻璃態轉變為高彈態的特征溫度，在微觀上是高分子鏈段開始運動的溫度。鏈段的運動顯然與大分子鏈的剛性有關。凡能增加大分子鏈剛性的因素，如提高主鏈的剛性、旁側引入極性基團、交聯等均能提高玻璃化溫度。反之，凡能增加大分子鏈柔性的因素，如加入增塑劑等將使玻璃化溫度下降。
　　填料對聚合物玻璃化溫度的影響，一般表現為隨著填料的加入，玻璃化溫度升高，同時玻璃化溫度T_g的升高程度與填料加入量成正比(見圖1)。但也有降低玻璃化溫度的，例如在聚甲基丙烯酸甲酯中加入10％白堊，玻璃化溫度可下降10℃左右。

　　填料對聚合物玻璃化溫度的影響，其原因在于填料的加入引起聚合物微觀結構的改變。填料的加入，一方面引起界面層聚合物大分子斂集密度的改變(一般隋況下是密度降低)，隨著大分子斂集密度的改變，改變了分子間作用力，因而改變了大分子鏈段的活動能力，使聚合物的玻璃化溫度隨之而發生變化。另一方面填料的加入，在界面上由于填料―聚合物分子間作用力的存在使聚合物大分子鏈段運動受到阻礙，因而使聚合物的玻璃化溫度升高。這種聚合物大分子鏈段運動受阻的程度隨著填料―聚合物分子間作用力增大而增高。一般來講，如果填料具有高的表面能或聚合物分子的極性較大，則填料―聚合物分子間引力也較大，即提高聚合物玻璃化溫度較明顯，如在填料―聚合物界面能形成氫鍵，則填料的加入促使聚合物玻璃化溫度的升高就更加明顯。例如玻璃纖維增強尼龍塑料，由于玻璃―尼龍界面上可能形成氫鍵，因此，玻璃纖維加入后可使尼龍的玻璃化溫度有顯著的提高。
　　雖然玻璃化溫度可以科學地表征聚合物或聚合物復合材料的耐熱性，但在實際應用中，常以熱變形溫度作為材料耐熱性的指標。
　　熱變形溫度按ASTM D648規定，是指材料在18.6kgf／cm²或4.6kgf／cm²負荷下，材料變形到達一定尺寸時的溫度。材料熱變形溫度的復合效果，按基體聚合物的性質可分成二類。一類為PP、尼龍、PBT和POM等結晶性聚合物，經填料填充后熱變形溫度明顯上升。另一類為PS、PC等非結晶性聚合物，它們經填料填充后熱變形溫度上升不大，以30wt％玻璃纖維填充后其熱變形溫度多上升10~20℃。(表4)

　　熱變形溫度的測定值隨試樣所受負荷不同而變化，也就是說試樣在18.6kgf／cm²或4.6kgf／cm²負荷下所測得的熱變形溫度值是不同的(表5)。這一點在引用熱變形溫度作為材料耐熱性指標時必須加以注意。
　　除熱變形溫度外，在實際應用中，表征材料耐熱性的尚有維卡軟化溫度、馬丁耐熱等物理量。