高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料

前言

　　材料是人類(lèi)歷史和社會(huì)發(fā)展的標(biāo)志，其研發(fā)和應(yīng)用水平是一個(gè)國(guó)家科技進(jìn)步和綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。20世紀(jì)70年代人們把材料、信息和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。80年代又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，并列入我國(guó)“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃。新材料技術(shù)是當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分，同時(shí)也是高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)?！　∪祟?lèi)對(duì)材料的使用始于遠(yuǎn)古的石器時(shí)代，而對(duì)材料進(jìn)行系統(tǒng)的研究則始于19世紀(jì)中葉。隨著物理、化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科理論體系的形成，以及X射線衍射、電子衍射和電子顯微術(shù)等技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了材料科學(xué)的發(fā)展：在種類(lèi)上，由傳統(tǒng)的金屬和陶瓷材料派生出高分子、混凝土以及復(fù)合材料；在性能方面，由結(jié)構(gòu)向功能、智能以及結(jié)構(gòu)、功能和智能復(fù)合的方向發(fā)展；在結(jié)構(gòu)層次方面，也從宏觀進(jìn)入微觀的納米尺度。　　在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，材料科學(xué)與工程學(xué)科有以下幾個(gè)突出的特點(diǎn)：第一，廣義上更多的學(xué)科交融。涉及物理、化學(xué)、冶金、化工、機(jī)械、電子、生物和環(huán)境等眾多學(xué)科領(lǐng)域；第二，發(fā)展速度快。電子、航空航天等高科技領(lǐng)域?qū)Σ牧先找婵量痰男枨?，以及工藝手段的逐步改進(jìn)有力地推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展；第三，材料的種類(lèi)向多元化，性能向復(fù)合化、集成化方向發(fā)展。　　“材料科學(xué)與工程”系列叢書(shū)具有“新、齊、強(qiáng)”的特點(diǎn)：“新”，就是反映了最新的科技發(fā)展成果和態(tài)勢(shì)；“齊”，就是涵蓋了材料科學(xué)與工程學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，便于讀者選擇使用；“強(qiáng)”，就是整合了各院校相關(guān)學(xué)科及師資力量的資源優(yōu)勢(shì)，保證了整套叢書(shū)的質(zhì)量和水平。在編寫(xiě)過(guò)程中，充分考慮了不同教育階段內(nèi)容的有機(jī)銜接，并根據(jù)研究生的教學(xué)要求進(jìn)行相應(yīng)的拓展和提升，在保持知識(shí)系統(tǒng)性的前提下，力求理論敘述深入淺出，保證叢書(shū)的科學(xué)性、原創(chuàng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。對(duì)高等學(xué)校材料學(xué)、材料加工工程、材料物理與化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的研究生，以及從事新材料研究和開(kāi)發(fā)的科技工作者具有重要的應(yīng)用和參考價(jià)值。

內(nèi)容概要

本書(shū)是根據(jù)材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)碩士研究生培養(yǎng)療案和課程設(shè)置的要求編寫(xiě)的，共6章，主要介紹了高性能復(fù)合材料基體(如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、芳基乙炔樹(shù)脂、硅炔樹(shù)脂、硼硅炔樹(shù)脂等)的結(jié)構(gòu)與性能、合成方法和固化性能；高性能增強(qiáng)材料(如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、PBO纖維、陶瓷纖維等)的結(jié)構(gòu)與性能、制造方法；復(fù)合材料的界面；高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝，如纏繞成型、拉擠成型、袋壓成型、模壓成型等。    本書(shū)可作為高等院校材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生及碩士研究生的教材，也可作為從事復(fù)合材料科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

1  緒論  1.1  高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料的定義  1.2  高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)和應(yīng)用  1.3  高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)  1.4  復(fù)合材料界面的研究2  高性能增強(qiáng)材料  2.1  引言  2.2  高性能玻璃纖維    2.2.1  玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及組成    2.2.2  玻璃纖維的物理和化學(xué)性能    2.2.3  玻璃纖維及其制品的生產(chǎn)工藝    2.2.4  高性能復(fù)合材料用玻璃纖維制品種類(lèi)    2.2.5  高性能玻璃纖維  2.3  碳纖維    2.3.1  概述    2.3.2  碳纖維的制造方法    2.3.3  碳纖維的性能    2.3.4  碳纖維的應(yīng)用  2.4  芳綸纖維    2.4.1  概述    2.4.2  芳綸纖維的制備    2.4.3  芳綸纖維的結(jié)構(gòu)與性能    2.4.4  芳綸纖維的應(yīng)用  2.5  超高分子量聚乙烯纖維    2.5.1  概述    2.5.2  UHMW-PE纖維的制造    2.5.3  UHMW-PE纖維的性能    2.5.4  UHMW-PE纖維的應(yīng)用  2.6  聚苯并雙惡唑纖維    2.6.1  概述    2.6.2  PBO纖維的制造    2.6.3  PBO纖維的結(jié)構(gòu)與性能    2.6.4  PBO纖維的應(yīng)用  2.7  聚[2，5-二羥基-1，4-苯撐吡啶并二咪唑]纖維    2.7.1  概述    2.7.2  M5纖維的制備    2.7.3  M5纖維分子結(jié)構(gòu)特征和性能    2.7.4  M5纖維的應(yīng)用與展望  2.8  陶瓷纖維    2.8.1  碳化硅纖維    2.8.2  氧化鋁纖維    2.8.3  氮化硼纖維    2.8.4  硼纖維    2.8.5  晶須3  高性能樹(shù)脂基體  3.1  酚醛樹(shù)脂    3.1.1  概述    3.1.2  酚醛樹(shù)脂的合成原理    3.1.3  酚醛樹(shù)脂的合成方法    3.1.4  酚醛樹(shù)脂的固化    3.1.5  酚醛樹(shù)脂的改性  3.2  高性能環(huán)氧樹(shù)脂    3.2.1  概述    3.2.2  高性能環(huán)氧樹(shù)脂的合成和性能    3.2.3  高性能環(huán)氧樹(shù)脂的固化  3.3  聚酰亞胺樹(shù)脂    3.3.1  縮聚型聚酰亞胺樹(shù)脂    3.3.2  加聚型聚酰亞胺  3.4  氰酸酯樹(shù)脂    3.4.1  概述    3.4.2  氰酸酯單體的合成    3.4.3  氰酸酯基的反應(yīng)特性    3.4.4  氰酸酯樹(shù)脂的固化反應(yīng)    3.4.5  氰酸酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系    3.4.6  氰酸酯樹(shù)脂的性能    3.4.7  氰酸酯樹(shù)脂的增韌改性    3.4.8  氰酸酯樹(shù)脂的應(yīng)用  3.5  聚芳基乙炔樹(shù)脂    3.5.1  引言    3.5.2  芳基乙炔樹(shù)脂的合成    3.5.3  聚芳基乙炔樹(shù)脂的性能    3.5.4  聚芳基乙炔樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能    3.5.5  聚芳基乙炔樹(shù)脂及其復(fù)合材料的應(yīng)用  3.6  硅炔樹(shù)脂    3.6.1  硅炔樹(shù)脂的合成    3.6.2  硅炔樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)    3.6.3  硅炔樹(shù)脂的固化    3.6.4  硅炔樹(shù)脂的性能    3.6.5  硅炔樹(shù)脂的改性  3.7  硼硅炔樹(shù)脂    3.7.1  碳硼烷的合成、性質(zhì)及表征    3.7.2  硼硅炔樹(shù)脂的種類(lèi)    3.7.3  硼硅炔樹(shù)脂的應(yīng)用  3.8  聚倍半硅氧烷    3.8.1  聚倍半硅氧烷的定義與分類(lèi)    3.8.2  POSS的合成    3.8.3  POSS的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系    3.8.4  POSS有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化聚合物    3.8.5  POSS的應(yīng)用  3.9  聚苯并咪唑樹(shù)脂    3.9.1  聚苯并咪唑樹(shù)脂的合成    3.9.2  聚苯并咪唑樹(shù)脂的性能  3.10  聚醚醚酮樹(shù)脂    3.10.1  PEEK樹(shù)脂的制備    3.10.2  PEEK樹(shù)脂的特性    3.10.3  PEEK樹(shù)脂的成型工藝    3.10.4  PEEK樹(shù)脂的應(yīng)用  3.11  聚苯硫醚    3.11.1  PPS樹(shù)脂的合成路線    3.11.2  PPS樹(shù)脂的性能    3.11.3  PPS樹(shù)脂的應(yīng)用  3.12  聚芳醚腈樹(shù)脂    3.12.1  PEN樹(shù)脂的制備    3.12.2  PEN樹(shù)脂的特性    3.12.3  PEN樹(shù)脂的應(yīng)用4  復(fù)合材料界面  4.1  引言  4.2  復(fù)合材料界面理論    4.2.1  浸潤(rùn)性理論    4.2.2  化學(xué)鍵理論    4.2.3  過(guò)渡層理論    4.2.4  可逆水解理論    4.2.5  摩擦理論    4.2.6  擴(kuò)散理論    4.2.7  靜電理論    4.2.8  酸堿作用理論  4.3  增強(qiáng)纖維的表面處理    4.3.1  偶聯(lián)劑處理    4.3.2  表面氧化處理    4.3.3  表面涂層    4.3.4  化學(xué)氣相沉積(CVD)    4.3.5  電聚合處理    4.3.6  低溫等離子處理    4.3.7  表面接枝  4.4  復(fù)合材料界面的分析表征    4.4.1  界面浸潤(rùn)性的分析表征    4.4.2  增強(qiáng)纖維表面形貌的分析表征    4.4.3  增強(qiáng)纖維表面化學(xué)組分、功能團(tuán)及化學(xué)反應(yīng)的分析表征    4.4.4  界面力學(xué)性能的分析表征    4.4.5  界面形態(tài)的微觀分析表征5  熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝  5.1  模壓成型工藝    5.1.1  概述    5.1.2  模壓料的制備    5.1.3  模壓成型工藝  5.2  纏繞成型工藝    5.2.1  概述    5.2.2  纏繞規(guī)律的分析    5.2.3  纏繞成型工藝  5.3  拉擠成型工藝    5.3.1  概述    5.3.2  拉擠成型工藝  5.4  樹(shù)脂傳遞模塑(RTM)成型工藝    5.4.1  原材料    5.4.2  RTM成型工藝  5.5  袋壓成型工藝    5.5.1  袋壓成型工藝種類(lèi)及特點(diǎn)    5.5.2  袋壓成型工藝6  熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝  6.1  概述  6.2  預(yù)浸料或片狀模塑料的制備    6.2.1  預(yù)浸漬技術(shù)    6.2.2  后浸漬技術(shù)  6.3  熱塑性復(fù)合材料的沖壓成型工藝  6.4  熱塑性復(fù)合材料的拉擠成型工藝    6.4.1  預(yù)浸纖維拉擠成型工藝    6.4.2  纖維拉擠成型工藝  6.5  熱塑性復(fù)合材料的模壓成型工藝  6.6  熱塑性復(fù)合材料纏繞成型工藝

章節(jié)摘錄

　?。?）更高性能復(fù)合材料的研制　　隨著人類(lèi)向太空發(fā)展，航空航天工業(yè)對(duì)高性能復(fù)合材料的需求量越來(lái)越大，而且也會(huì)提出更高的性能要求，如更高的強(qiáng)度、更高的耐溫和更低的密度等，因此高性能復(fù)合材料的進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)是復(fù)合材料今后的發(fā)展方向之一。由于玻璃纖維、碳纖維等增強(qiáng)材料都具有較高的耐熱性能，因此，樹(shù)脂基復(fù)合材料耐熱性能的高低主要取決于樹(shù)脂基體的耐熱性能。有機(jī)聚合物的耐熱性能是有限的，有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化聚合物的合成是提高樹(shù)脂基體耐熱性的有效途徑?！　。?）功能復(fù)合材料　　功能復(fù)合材料是指具有導(dǎo)電、透波、吸波、吸聲、摩擦、阻尼、燒蝕等功能的復(fù)合材料，因此，功能復(fù)合材料具有非常廣的應(yīng)用領(lǐng)域，這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ軓?fù)合材料不斷有新的性能要求，而且許多功能復(fù)合材料的性能是其他材料難以達(dá)到的，如透波性能、燒蝕性能等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，由其制備的功能復(fù)合材料（納米復(fù)合材料）在性能上有很大突破。功能復(fù)合材料是HPRMC的一個(gè)重要的發(fā)展方向。　?。?）智能復(fù)合材料　　智能復(fù)合材料是指具有感知、識(shí)別及處理能力的復(fù)合材料。在技術(shù)上是通過(guò)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的上述能力，傳感器感受復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的變化信息，例如材料受損傷的信息，并將這些信息傳遞給控制器，控制器根據(jù)所獲得的信息產(chǎn)生決策，然后發(fā)出控制驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作的信號(hào)。例如，當(dāng)用智能復(fù)合材料制造的飛機(jī)部件發(fā)生損傷時(shí)，可由埋人的傳感器（常用光纖傳感器）在線檢測(cè)到該損傷，通過(guò)控制器決策后，控制埋入的形狀記憶合金動(dòng)作，在損傷周?chē)a(chǎn)生壓應(yīng)力，從而防止損傷的繼續(xù)發(fā)展，大大提高了飛機(jī)的安全性能?！　。?）仿生復(fù)合材料　　仿生復(fù)合材料是參考生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)律而設(shè)計(jì)制造的復(fù)合材料。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，因此，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)踐上十分困難。然而自然界的生物材料經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的自然選擇與進(jìn)化，形成了大量天然合理的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合結(jié)構(gòu)都可作為仿生設(shè)計(jì)的參考。　　復(fù)合材料仿生可分為三個(gè)步驟：仿生分析、仿生設(shè)計(jì)和仿生制備。已有的復(fù)合材料仿生設(shè)計(jì)實(shí)例有：仿竹復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)；仿動(dòng)物骨骼的啞鈴狀增強(qiáng)材料；復(fù)合材料內(nèi)部損傷的愈合等。特別是復(fù)合材料內(nèi)部損傷的自愈合對(duì)于航空航天材料具有重要的意義，如果航天器在使用過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致復(fù)合材料破壞，從而降低其使用壽命。目前，有關(guān)復(fù)合材料內(nèi)部損傷自愈合的研究較多，也提出了很多方法，每種方法都有不足之處，亟待進(jìn)一步的完善和提高。一種研究較多也比較有效的方法是在復(fù)合材料中預(yù)置裝有愈合劑和固化劑的微膠囊，當(dāng)復(fù)合材料產(chǎn)生裂紋時(shí)，微膠囊破裂釋放出愈合劑和固化劑，二者發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而使裂紋愈合，從而起到修復(fù)的作用。采用這種方法，復(fù)合材料的裂紋愈合效率可以達(dá)到80％以上?！　?fù)合材料仿生的發(fā)展方向是要向更深的層次發(fā)展，即從宏觀觀測(cè)到微觀分析，然后再回到宏觀的設(shè)計(jì)、制造，而且復(fù)合材料的仿生除了結(jié)構(gòu)仿生外，還應(yīng)進(jìn)行功能仿生、智能仿生和環(huán)境適應(yīng)仿生的研究和開(kāi)發(fā)。

編輯推薦

　　《高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料》是在參閱了國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上編撰而成，并融入了最新的研究成果。本書(shū)介紹了HPRMC的特點(diǎn)、應(yīng)用和今后的發(fā)展趨勢(shì)，玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等高性能增強(qiáng)材料，酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、硅炔樹(shù)脂、硼硅炔樹(shù)脂等高性能樹(shù)脂，復(fù)合材料的界面，熱固性和熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝。

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