复合材料的基体材料复合材料的基体复合材料的基体是复合材料的连续相，起到将增强体黏结成整体，并赋予复合材料一定形状、传递外界作用力、保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。复合材料的基体主要有以下几种：聚合物材料一、金属材料基体材料是金属基复合材料中增强体的载体，占有很大的体积比列，基体材料的力学物理性能将直接影响复合材料的性能。金属材料分为结构金属材料和功能用金属基复合材料。1与传统金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度和耐磨性2与树脂基复合材料相比，金属基复合材料具有优良的导电、导热性，高温性能好，可焊接3与陶瓷材料相比，...
复合材料的基体复合材料的基体是复合材料的连续相，起到将增强体黏结成整体，并赋予复合材料一定形状、传递外界作用力、保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。复合材料的基体主要有以下几种：聚合物材料一、金属材料基体材料是金属基复合材料中增强体的载体，占有很大的体积比列，基体材料的力学物理性能将直接影响复合材料的性能。金属材料分为结构金属材料和功能用金属基复合材料。1与传统金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度和耐磨性2与树脂基复合材料相比，金属基复合材料具有优良的导电、导热性，高温性能好，可焊接3与陶瓷材料相比，金属基复合材料具有高韧性和高冲击性能、热线胀系数小等优点金属复合材料的优点结构复合材料的基体结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。（1）用于450℃以下的轻金属基体——铝、镁合金（2）用于450～700℃的复合材料的金属基体——钛合金（3）用于1000℃以上的高温复合材料的金属基体——镍基、铁基耐热合金和金属间化合物功能用金属基复合材料的基体目前已有应用的功能金属基复合材料（不含双金属复合材料）主要有用于微电子技术的电子封装和热沉材料、高导热、耐电弧烧蚀的集电材料、耐高温摩擦的耐磨材料、耐腐蚀的电池极板材料等等。主要选用的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、银、铅、锌等金属。功能用金属基复合材料所用的金属基体均拥有非常良好的导热、导电性和良好的力学性能。选择金属基体的原则及主要金属基金属选择基体材料是要考虑复合材料的类型。比如连续增强纤维增强金属基体
与纤维有良好的相容性与塑性，而不要求基体有很强的强度，而非连续增强金属基复合材料要求金属基体强度很高。金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属间化合物等。二、陶瓷基体材料传统陶瓷是指陶器和瓷器，主要由含二氧化硅的天然硅酸盐矿物质制成。包括玻璃、水泥、搪瓷等现代陶瓷：高纯度、高性能的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等。如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等。由于单一的陶瓷存在脆性大，韧性差，很容易因存在的裂纹、空隙、杂质等缺陷而破碎。因此在陶瓷基体中添加其他成分，如陶瓷粒子，纤维或晶须，可提高陶瓷的韧性。作为基体材料使用的陶瓷，应具有：优良的耐高温性质、与纤维或晶须之间有良好的界面相容性以及较好的工艺性能等。常见的陶瓷基体有：微晶玻璃、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等1、微晶玻璃微晶玻璃是通过加入晶核剂等
，经过热处理过程在玻璃中形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀多晶材料，又称为玻璃陶瓷。微晶玻璃具有热膨胀系数小、导热系数较大等特点，同时还具有一定的机械强度。典型代表：Li2O-Al2O3-SiO2应用较多的有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2，莫来石（3Al2O3-2SiO2）等。具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能，但脆性大。主要的增强物为：陶瓷颗粒或晶须。2、氧化物陶瓷3、非氧化物陶瓷指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。自然界比较少，需要人工合成，是先进陶瓷特别是金属陶瓷的主要成分和晶相，主要由共价键结合而成，也有一定的金属键成分。共价键结合能比较高—材料有高的耐火度、高的硬度（有的接近金刚石）、高的耐磨性，但脆性大，抗氧化能力低。主要有氮化硅陶瓷(Si3N4)、氮化硼和氮化钛陶瓷、碳化硅陶瓷等一、基体材料的组分及作用聚合物基体：基体材料主要成分，决定复合材料的性能、成型工艺及价格。要求：具有较高的力学性能、介电性能、耐热性能和耐老化性能，并且要施工便捷简单，有良好的工艺性能。三、聚合物基体材料2、辅助剂：（1）交联剂（引发剂、促进剂）交联剂：能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构的物质。促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。也称为固化剂。引发剂：指一类容易受热分解成自由基的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。促进剂：与催化剂或交联剂并用时，能大大的提升反应速率的一种用量较少的物质。（2）稀释剂：降低聚合物基体粘度，便于施工。非活性稀释剂：不参与树脂固化反应，树脂成型中挥发，加入量为10~60%。如：丙酮、乙醇、甲苯、苯活性稀释剂：不与树脂固化反应，成为材料成分，加入量为10%。如：苯乙烯（不饱和）、环氧丙烷丁基醚（3）增韧（增塑）剂降低树脂刚性、提高塑性，将导致强度和耐热性下降。如：邻苯二甲酚酯、聚酰胺等。（4）触变剂提高树脂在静止状态下的粘度，在外力作用下，树脂又变成流动性液体。适合于大型产品，尤其在垂直面上使用，加入量为1~3%。如：活性SiO2(白炭黑)、膨润土、聚氯乙烯粉。（5）填料减少相关成本，改善性能（降低收缩率，提高表面硬度和耐磨性能、导电、导热等）。如：CaCO3、滑石粉、石英粉、金属粉。（6）颜料用量约0.5~5%要求：颜色鲜明，有耐热性和耐光性；在树脂中分散良好，不影响树脂固化。一般都会采用无机颜料，有机颜料影响树脂固化。3、基体的作用均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；保护纤维，防止纤维磨损；赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）；决定复合材料生产的基本工艺、成型方法。4、基体材料的选用原则①产品性能②工艺性能③成本及来源基体材料综合决定二、基体材料的结构和性能结构特点：（1）分子链很大（103~105个结构单元）：线形的，支链的，网状的（2）链长有限的聚合物分子中含有官能团或端基（3）聚合物分子间的作用力：若分子链中化学键有一定的内旋转自由度，则柔性大，反之，则呈刚性。一、力学性能1.强度与模量重要的因素是分子内和分子间的作用力。基体材料的破坏是主链上的化学键断裂或是分子间相互作用力的破坏。纤维弹性模量低，纤维受拉时单独受力，纤维单根或单束断裂；纤维弹性模量高，纤维受拉时由于粘接力作用，纤维表面整体强度高。2.树脂内聚强度固化程度提高，分子量增大，内聚强度升高；机械强度增加并达到稳定值；固化程度很高，则树脂形变能力减低，呈现脆性三、聚合物基体的性能3.树脂断裂延伸率聚合物形变：普弹形变、高弹形变、粘流形变普弹形变：由聚合物分子的键长和键角改变引起，变形较小（1%）高弹形变：由大分子链的链段移动引起，是聚合物主要变形形式（Tg以上）强迫高弹形变（Tg以下）：在外力作用量够大，时间是够长条件下出现决定因素：大分子链的柔韧性、大分子链间的交联密度4.树脂体积收缩率：物理收缩、化学收缩固化收缩率：环氧树脂1~2%；聚酯树脂4~6%；酚醛树脂8~10%影响因素：固化前树脂系统（包括树脂、固化剂等）的密度；基体固化后的网络结构的紧密程度；固化过程中有无小分子释放。降低收缩率方法：调节树脂大分子链段充分伸直，固化前分子间填充密实，固化后有紧密的空间网络。固化是指线型树脂在固化剂存在下或加热条件下，发生化学反应而转变成不溶、不熔，具有体型结构的固态树脂的全过程。凝胶：定型：熟化：液态树脂可溶线型小分子固态树脂不溶不熔体型结构大分子固化粘流态树脂半固态凝胶失去流动性凝胶时间＜手糊时间凝胶硬度、形状表观上变硬，一定力学性能，经后处理，稳定物理化学性能固化阶段二、耐热性能复合材料耐热性：温度上升，性能变化物理性能：模量、强度、变形化学性能：失重、分解、氧化树脂耐热性物理耐热性：在一定温度条件下，仍就保持其作为基体材料的强度化学耐热性：树脂发生热老化时的温度范围聚合物受热变化物理变化：变形、软化、流动、熔融化学变化：分子链交联、氧化、产生气体等提高树脂耐热性方法：增加高分子链刚性：引入共轭双键、三键或环状结构；进行结晶：-C-O-C-,-OH,-NH2等；进行交联：交联键增加，提高分子间作用力。三、耐腐蚀和抗老化性能树脂的腐蚀物理作用：溶胀或溶解，导致结构破坏，性能直线下降影响因素：树脂结构树脂含量树脂固化交联密度化学作用：化学键破坏或新的化学键四、介电性能树脂分子由共价键组成，是一种优良的电在允许电压下不导电的材料.极性大的分子一般介电常数也大影响因素：树脂大分子的极性：极性增加，电绝缘性下降；固化树脂杂质含量及种类热固性树脂基复合材料树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解。热固性树脂其分子结构为体型，它包括大部分的缩合树脂，热固性树脂有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯以及硅醚树脂等。1.不饱和聚酯树脂聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键，由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯树脂主要使用在于玻璃纤维复合材料。主要特征：工艺性能好，粘度低可在室温下成型；价格低；固化时体积收缩率大，成型时气味和毒性较大；耐热性、强度和模量较低，易变形2.环氧树脂环氧树脂（EpoxyResin）：指分子结构中含有2个或2个以上环氧基并在适当的化学试剂存在下能形成三维网状固化物的化合物的总称，是一类重要的热固性树脂。环氧树脂既包括环氧基的低聚物，也包括含环氧基的低分子化合物。环氧树脂作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体，大范围的应用于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航空航天等领域。一、环氧树脂及其固化物的优缺点(1)力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。(2)附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。(3)固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4％～8％)。线/℃。所以固化后体积变化不大。(4)优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。(5)工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(6)稳定性高，抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)，其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆，又因环氧树脂固化物呈三维网状结构，又能耐油类等的浸渍，大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。(7)环氧固化物的耐热性一般为80～100℃。环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。环氧树脂也存在一些缺点，比如耐候性差，环氧树脂中一般含有芳香醚键，固化物经日光照射后易降解断链，所以通常的双酚A型环氧树脂固化物在户外日晒，易失去光泽，逐渐粉化，因此不宜用作户外的面漆。另外，环氧树脂低温固化性能差，一般需在10℃以上固化，在10℃以下则固化缓慢，对于大型物体如船舶、桥梁、港湾、油槽等寒季施工十分不便。环氧树脂的命名方法1.代号与型号主要有E、F、R（二氧化双环戊二烯环氧）等。型号“E-51”表征的意义。2.主要指标环氧值或环氧当量。环氧值：100g环氧树脂中含有环氧基团的物质的量（或克当量数）。环氧当量：含有1克当量环氧基的环氧树脂的克数。环氧值×环氧当量＝100表征意义：反应活性，相对分子量的大小3.1.4二酚基丙烷型环氧树脂1、主要的组成原材料（1）二酚基丙烷-双酚A（2）环氧氯丙烷：非常活泼，可与多种试剂进行反应。从分子结构上可分为五大类：1.缩水甘油醚类4.脂肪族环氧2.缩水甘油酯类5.脂环族环氧3.缩水甘油胺类1.缩水甘油醚类2.缩水甘油酯类3.缩水甘油胺类4.脂肪族环氧5.脂环族环氧双酚A型环氧树脂，目前应用最广，其分子中的双酚A骨架提供强韧性和耐热性，亚甲基链赋予柔软性，醚键赋予耐化学药品性，羟基赋予反应性和粘接性。双酚F型环氧树脂与双酚A型环氧树脂性质相似，只不过其黏度比双酚A型环氧树脂低得多，适合作无溶剂涂料。双酚S型环氧树脂也与双酚型A型环氧树脂相似，其黏度比双酚A型环氧树脂略高，其最大的特点是固化物具有比双酚A型环氧树脂固化物更高的热变型温度和更好的耐热性能。氢化双酚A型环氧树脂的特点是树脂的黏度非常低，但凝胶时间比双酚A型环氧树脂凝胶时间长两倍多，其固化物的最大特点是耐候性好，可用于耐候性的防腐蚀涂料。酚醛环氧树脂最重要的包含苯酚线性酚醛环氧树脂和邻甲酚线性酚醛环氧树脂，其特点是每分子的环氧官能度大于2，可使涂料的交联密度大，固化物耐化学药品性、抵抗腐蚀能力以及耐热性比双酚A型环氧树脂好，但漆膜较脆，附着力稍低，且常常需要较高的固化温度，常用作集成电路和电子电路、电子元器件的封装材料。溴化环氧树脂因分子中含有阻燃元素，因此其阻燃性能高，可作为阻燃型环氧树脂使用，常用于印刷电路板、层压板等。脂环族环氧树脂因为其环氧基直接连在脂环上，因此其固化物比缩水甘油型环氧树脂固化物更稳定，表现在良好的耐热性、耐紫外线性好、树脂本身的黏度低，缺点是固化物的韧性较差，这类树脂在涂料中应用较少，主要用作防紫外线.酚醛树脂酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂，一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂。苯酚甲醛原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。特点：耐高温性、耐酸性、机械强度较高、低烟低毒用途：大多数都用在生产压塑粉、层压塑料；制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料；制造日用品、装饰品；制造隔音、隔热材料、人造板、铸造、耐火材料等。热塑性树脂基复合材料热塑性聚合物是指具有线型或支链型结构的那一类有机高分子化合物，这类聚合物能反复受热软化（或熔化），而冷却后变硬。热塑性聚合物在软化或熔化状态下，能够直接进行模塑加工，当冷却至软化点以下时能保持模塑成型的形状。聚乙烯聚苯乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚酰胺（尼龙）聚碳酸酯聚甲醛聚对苯二甲酸乙二醇酯与热固性树脂基复合材料比，热塑性聚合物基复合材料在力学性能、使用温度、老化性能方面处于劣势，而在工艺简单、工艺周期短、成本低、相对密度小等方面占优势。
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