业的崛起而发展、成长的,同时在一般航空工业、交通事业、生物工程、文体用 品等领域起到重要的作用。目前,耐高温聚合物及其复合材料在国民经济中已发 挥出重大作用,发达国家一直把它列为战略材料,列入为数有限的国防研究重点 项目之 在21世纪,耐高温聚合物及复合材料有可能大规模取代目前正在大发展的 钢丝、锦纶和涤纶。特别在一些高新产业和高新技术产业、航天工业和交通运输 业也会得到广泛的应用。如在防弹材料方面,特种高性能耐高温聚合物复合材料 会逐步替代传统的钢铁材料。现在军队用的防弹头盔已开始采用聚亚苯基苯并嗯 唑纤维,这比传统的钢铁制作的头盔重心要低很多,质量也轻很多。这将对传统 的防弹材料造成冲击,特种高性能耐高温聚合物复合材料的需求会逐步增大 随着航空技术的迅速发展,对材料的性能要求越来越高。高性能耐高温聚合 物复合材料作为一种高强度、高模量、耐高温和密度小的材料,在航天航空技术 中会得到很大的应用。在日本,高性能耐高温聚合物复合材料的市场正稳步增 长,其中最大的用途是在汽车刹车片的代石棉方面,这是一个潜在的大市场。其 他的用途还有作为轮胎的补强,以及在特殊的领域代替玻璃纤维 随着交通工具的发展,交通客流的增加,环境保护要求的提高和能源的节约 意识,都对未来的交通工具提出了轻量化高效率的要求。制造交通工具的材料必 将越来越多地采用高性能耐高温聚合物复合材料。例如天然气能源的储藏罐,轮 胎帘子布及刹车制动片等。另外,高性能耐高温聚合物复合材料,由于强度大和 耐高温等特性,在防护服、防弹装备、高温过滤材料和橡胶补强材料方面都已经 得到应用,但是目前价格比较贵,某些性能还需要改进。随着市场和高性能耐高 温聚合物复合材料本身的双向发展,其材料成本和加工成本将会降低。因此21 世纪初高性能耐高温聚合物复合材料在产业应用领域上会进一步得到推广,出现 重大进展。这些情况值得重视 概括来讲,由于将聚合物的韧性、优良的加工性能和填充材料的强度、模 量、耐热性及尺寸稳定性等有机结合,聚合物基复合材料在以下方面具有显著作 用和优势:①综合性能好,如高比强、高比模、低密度、良好的韧性和尺寸稳定 性等;②能提高聚合物基体的耐温性,拓宽材料使用范围;③赋予材料阻隔、阻 燃等功能;④可设计剪裁,整体性强。 综上所述,复合材料学科是一门综合材料、化学、力学等基础学科的边缘学 科,它是在一些基础学科近代成就基础上发展起来的一门新兴学科。耐高温聚合 物材料学科主要研究材料的制备、结构、性能和加工以及它们之间的相互关系; 力争做到改进工艺,提高聚合物材料性能和合理使用聚合物材料,逐步实现按预 定性能设计和制备新材料,最终达到聚合物结构-性能-应用和基础、应用、发展 相结合的目标。据此,本书不仅侧重于阐明特种高性能聚合物材料中的耐高温聚
业的崛起而发展、成长的，同时在一般航空工业、交通事业、生物工程、文体用 品等领域起到重要的作用。目前，耐高温聚合物及其复合材料在国民经济中已发 挥出重大作用，发达国家一直把它列为战略材料，列入为数有限的国防研究重点 项目之一。 在２１世纪，耐高温聚合物及复合材料有可能大规模取代目前正在大发展的 钢丝、锦纶和涤纶。特别在一些高新产业和高新技术产业、航天工业和交通运输 业也会得到广泛的应用。如在防弹材料方面，特种高性能耐高温聚合物复合材料 会逐步替代传统的钢铁材料。现在军队用的防弹头盔已开始采用聚亚苯基苯并 唑纤维，这比传统的钢铁制作的头盔重心要低很多，质量也轻很多。这将对传统 的防弹材料造成冲击，特种高性能耐高温聚合物复合材料的需求会逐步增大。 随着航空技术的迅速发展，对材料的性能要求越来越高。高性能耐高温聚合 物复合材料作为一种高强度、高模量、耐高温和密度小的材料，在航天航空技术 中会得到很大的应用。在日本，高性能耐高温聚合物复合材料的市场正稳步增 长，其中最大的用途是在汽车刹车片的代石棉方面，这是一个潜在的大市场。其 他的用途还有作为轮胎的补强，以及在特殊的领域代替玻璃纤维。 随着交通工具的发展，交通客流的增加，环境保护要求的提高和能源的节约 意识，都对未来的交通工具提出了轻量化高效率的要求。制造交通工具的材料必 将越来越多地采用高性能耐高温聚合物复合材料。例如天然气能源的储藏罐，轮 胎帘子布及刹车制动片等。另外，高性能耐高温聚合物复合材料，由于强度大和 耐高温等特性，在防护服、防弹装备、高温过滤材料和橡胶补强材料方面都已经 得到应用，但是目前价格比较贵，某些性能还需要改进。随着市场和高性能耐高 温聚合物复合材料本身的双向发展，其材料成本和加工成本将会降低。因此２１ 世纪初高性能耐高温聚合物复合材料在产业应用领域上会进一步得到推广，出现 重大进展。这些情况值得重视。 概括来讲，由于将聚合物的 韧 性、优良的加工性能和填充材料的强度、模 量、耐热性及尺寸稳定性等有机结合，聚合物基复合材料在以下方面具有显著作 用和优势：①综合性能好，如高比强、高比模、低密度、良好的韧性和尺寸稳定 性等；②能提高聚合物基体的耐温性，拓宽材料使用范围；③赋予材料阻隔、阻 燃等功能；④可设计剪裁，整体性强。 综上所述，复合材料学科是一门综合材料、化学、力学等基础学科的边缘学 科，它是在一些基础学科近代成就基础上发展起来的一门新兴学科。耐高温聚合 物材料学科主要研究材料的制备、结构、性能和加工以及它们之间的相互关系； 力争做到改进工艺，提高聚合物材料性能和合理使用聚合物材料，逐步实现按预 定性能设计和制备新材料，最终达到聚合物结构性能应用和基础、应用、发展 相结合的目标。据此，本书不仅侧重于阐明特种高性能聚合物材料中的耐高温聚 ５
合物材料,并且以汽车、航空航天技术发展过程中所用的复合材料为重点进行 1.1.3聚合物基复合材料成型工艺 聚合物基复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。除少数产品 外,聚合物基复合材料的制造与传统的金属材料的制造是完全不同的。大部分聚 合物基复合材料的制造实际上是把复合材料的制造和产品的制造融合为一体。聚 合物基复合材料的制造主要涉及怎样把“纤维”等增强体均匀地分布在基体的树 脂中,怎样按产品设计的要求实现成型、固化等。根据增强体和基体材料种类的 不同,需要应用不同的制造工艺和方法。近年来国外在复合材料多种成型技术与 生产过程的机械化和自动化方面,做了大量的研究,取得了飞速的进展。日前 复合材料成型工艺向着组合、预成型、质量监控与操作自动化的趋势发展。另 方面,随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发展,其老的成型 工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现。目前聚合物基复合材料的成型方法已有 20多种,并成功地用于工业生产的有:①手糊成型工艺,即湿法铺层成型法; ②喷射成型工艺;③树脂传递模塑成型技术(RTM技术);④袋压法(压力袋 法)成型;⑤真空袋压成型;⑥热压罐成型技术;⑦液压釜法成型技术;⑧热膨 胀模塑法成型技术;⑨夹层结构成型技术;⑩模压料生产工艺;①ZMC模压料 注射技术;②模压成型工艺;③层合板生产技术;⑩卷制管成型技术;⑤纤维 缠绕制品成型技术;⑤连续制板生产工艺;Φ浇铸成型技术;⑧拉挤成型工艺; ⑨连续缠绕制管工艺;⑩编织复合材料制造技术;热塑性片状模塑料制造技 术及冷模冲压成型工艺;②注射成型工艺;③挤出成型工艺;@离心浇铸制管 成型工艺;⑤其他成型技术等。根据所选用的树脂基体材料的不同,上述方法 分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产,有些工艺两者都适用 复合材料的成型,无论采用哪种方法均离不开模具,而模具对制品的质量又 起着决定性作用,因此复合材料的模具在生产制造中起着至关重要的作用。模具 材料对模具质量有重要影响。近年国外推广使用先进复合材料制作模具,如用碳 纤维复合材料制作模具。 1.1.4树脂基复合材料的工艺特点 树脂基复合材料( resin matrix composite materials)的成型工艺灵活,其结 构和性能具有很强的可设计性。树脂基复合材料可用模具一次成型法来制造各种 构件,从而减少了零部件的数量及接头等紧固件,并可节省原材料和工时;更为 突出的是树脂基复合材料可以通过纤维种类和不同排布的设计,把潜在的性能集 中到必要的方向上,使增强材料更为有效地发挥作用。通过调节复合材料各组分 6
合物材料，并且以汽车、航空航天技术发展过程中所用的复合材料为重点进行 叙述。 ! ! # 聚合物基复合材料成型工艺 聚合物基复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。除少数产品 外，聚合物基复合材料的制造与传统的金属材料的制造是完全不同的。大部分聚 合物基复合材料的制造实际上是把复合材料的制造和产品的制造融合为一体。聚 合物基复合材料的制造主要涉及怎样把 “纤维”等增强体均匀地分布在基体的树 脂中，怎样按产品设计的要求实现成型、固化等。根据增强体和基体材料种类的 不同，需要应用不同的制造工艺和方法。近年来国外在复合材料多种成型技术与 生产过程的机械化和自动化方面，做了大量的研究，取得了飞速的进展。目前， 复合材料成型工艺向着组合、预成型、质量监控与操作自动化的趋势发展。另一 方面，随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发展，其老的成型 工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现。目前聚合物基复合材料的成型方法已有 ２０多种，并成功地 用 于 工 业 生 产 的 有：①手 糊 成 型 工 艺，即湿法铺层成型法； ②喷射成型工艺；③树脂传递模塑成型技术 （ＲＴＭ 技术）；④袋 压 法 （压 力 袋 法）成型；⑤真空袋压成型；⑥热压罐成型技术；⑦液压釜法成型技术；⑧热膨 胀模塑法成型技术；⑨夹层结构成型技术；⑩模压料生产工艺；１１○ＺＭＣ模压料 注射技术；１２○模压成型工艺；１３○层 合 板 生 产 技 术；１４○卷制管成型技术；１５○纤 维 缠绕制品成型技术；１６○连续制板生产工艺；１７○浇铸成型技术；１８○拉挤成型工艺； １９○连续缠绕制管工艺；２０○编织复 合 材 料 制 造 技 术；２１○热 塑 性 片 状 模 塑 料 制 造 技 术及冷模冲压成型工艺；２２○注射成型工艺；２３○挤出成型工艺；２４○离心浇铸制管 成型工艺；２５○其他成型技术等。根据所选用的树脂基体材料的不同，上 述 方 法 分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。 复合材料的成型，无论采用哪种方法均离不开模具，而模具对制品的质量又 起着决定性作用，因此复合材料的模具在生产制造中起着至关重要的作用。模具 材料对模具质量有重要影响。近年国外推广使用先进复合材料制作模具，如用碳 纤维复合材料制作模具。 ! ! $ 树脂基复合材料的工艺特点 树脂基复合材料 （ｒｅｓｉｎｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ）的成型工艺灵活，其结 构和性能具有很强的可设计性。树脂基复合材料可用模具一次成型法来制造各种 构件，从而减少了零部件的数量及接头等紧固件，并可节省原材料和工时；更为 突出的是树脂基复合材料可以通过纤维种类和不同排布的设计，把潜在的性能集 中到必要的方向上，使增强材料更为有效地发挥作用。通过调节复合材料各组分 ６
的成分、结构及排列方式,既可使构件在不同方向承受不同的作用力,还可以制 成兼有刚性、韧性和塑性等矛盾性能的树脂基复合材料和多功能制品,这些是传 统材料所不具备的优点。树脂基复合材料在工艺方面也存在缺点,比如,相对而 言,大部分树脂基复合材料制造工序较多,生产能力较低,有些工艺(如制造大 中型制品的手糊工艺和喷射工艺)还存在劳动强度大、产品性能不稳定等缺点。 树脂基复合材料的工艺直接关系到材料的质量,是复合效应、“复合思想” 能否体现出来的关键(如:热性能与力学性能的组合复合。树脂基复合材料在某 些场合的使用除力学性能外,往往需要同时具有好的耐热性能)。原材料质量的 控制、增强物质的表面处理和铺设的均匀性、成型的温度和压力、后处理及模具 设计的合理性都影响最终产品的性能。在成型过程中,存在着一系列物理、化学 和力学的问题,需要综合考虑。固化时在基体内部和界面上都可能产生空隙、裂 纹、缺胶区和富胶区;热应力可使基体产生或多或少的微裂纹,在许多工艺环节 中也都可造成纤维和纤维束的弯曲、扭曲和折断;有些体系若工艺条件选择不当 可使基体与增强材料之间发生不良的化学反应;在固化后的加工过程中,还可进 步引起新的纤维断裂、界面脱黏和基体开裂等损伤。如何防止和减少缺陷和损 伤,保证纤维、基体和界面发挥正常的功能是一个非常重要的问题 树脂基复合材料作为一种复合材料,与其他复合材料一样是由两个或两个以 上的独立物理相,包含基体材料(树脂)和增强材料所组成的一种固体产物。树 脂基复合材料的整体性能并不是其组分材料性能的简单叠加或者平均,这其中涉 及一个复合效应问题。复合效应实质上是原相材料及其所形成的界面相互作用 相互依存、相互补充的结果。它表现为树脂基复合材料的性能在其组分材料基础 上的线性和非线性的综合。复合效应有正有负,性能的提高总是人们所期望的, 但材料在复合之后某些方面的性能出现抵消甚至降低的现象是不可避免的。 复合效应的表现形式多样,大致上可分为两种类型:混合效应( commIx effect)和协同效应( cooperation effect)。混合效应也称做平均效应( equilibra- tion effect),是组分材料性能取长补短共同作用的结果,它是组分材料性能比较 稳定的总体反映,对局部的扰动反应不敏感。协同效应与混合效应相比,则是普 遍存在的且形式多样,反映的是组分材料的各种原位特性( In situs properties)。 所谓原位特性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独 存在时的性能,单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。 从某种意义上讲,复合材料作为一门学科所研究的正是这种效应。 1.2耐高温聚合物材料的分类与特点 耐高温聚合物树脂及复合材料的发展,始终围绕着提高性能、增加功能、降 低成本、便于生产等目标而进行。不言而喻,人们必须首先从组成树脂基的成分
的成分、结构及排列方式，既可使构件在不同方向承受不同的作用力，还可以制 成兼有刚性、韧性和塑性等矛盾性能的树脂基复合材料和多功能制品，这些是传 统材料所不具备的优点。树脂基复合材料在工艺方面也存在缺点，比如，相对而 言，大部分树脂基复合材料制造工序较多，生产能力较低，有些工艺 （如制造大 中型制品的手糊工艺和喷射工艺）还存在劳动强度大、产品性能不稳定等缺点。 树脂基复合材料的工艺直接关系到材料的质量，是复合效应、 “复合思想” 能否体现出来的关键 （如：热性能与力学性能的组合复合。树脂基复合材料在某 些场合的使用除力学性能外，往往需要同时具有好的耐热性能）。原材料质量的 控制、增强物质的表面处理和铺设的均匀性、成型的温度和压力、后处理及模具 设计的合理性都影响最终产品的性能。在成型过程中，存在着一系列物理、化学 和力学的问题，需要综合考虑。固化时在基体内部和界面上都可能产生空隙、裂 纹、缺胶区和富胶区；热应力可使基体产生或多或少的微裂纹，在许多工艺环节 中也都可造成纤维和纤维束的弯曲、扭曲和折断；有些体系若工艺条件选择不当 可使基体与增强材料之间发生不良的化学反应；在固化后的加工过程中，还可进 一步引起新的纤维断裂、界面脱黏和基体开裂等损伤。如何防止和减少缺陷和损 伤，保证纤维、基体和界面发挥正常的功能是一个非常重要的问题。 树脂基复合材料作为一种复合材料，与其他复合材料一样是由两个或两个以 上的独立物理相，包含基体材料 （树脂）和增强材料所组成的一种固体产物。树 脂基复合材料的整体性能并不是其组分材料性能的简单叠加或者平均，这其中涉 及一个复合效应问题。复合效应实质上是原相材料及其所形成的界面相互作用、 相互依存、相互补充的结果。它表现为树脂基复合材料的性能在其组分材料基础 上的线性和非线性的综合。复合效应有正有负，性能的提高总是人们所期望的， 但材料在复合之后某些方面的性能出现抵消甚至降低的现象是不可避免的。 复合效应的表 现 形 式 多 样，大 致 上 可 分 为 两 种 类 型：混 合 效 应 （ｃｏｍｍｉｘ ｅｆｆｅｃｔ）和协同效应 （ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ）。混合效应也称做平均效应 （ｅｑｕｉｌｉｂｒａ ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ），是组分材料性能取长补短共同作用的结果，它是组分材料性能比较 稳定的总体反映，对局部的扰动反应不敏感。协同效应与混合效应相比，则是普 遍存在的且形式多样，反映的是组分材料的各种原位特性 （ｉｎｓｉｔｕｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）。 所谓原位特性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独 存在时的性能，单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。 从某种意义上讲，复合材料作为一门学科所研究的正是这种效应。 !" 耐高温聚合物材料的分类与特点 耐高温聚合物树脂及复合材料的发展，始终围绕着提高性能、增加功能、降 低成本、便于生产等目标而进行。不言而喻，人们必须首先从组成树脂基的成分 ７
着眼,寻求扩展新的品种,改善树脂自身的性能,探讨组成间的互相匹配。与此 同时,还必须研究各种树脂复合技术及成型技术。在耐高温聚合物树脂材料中 树脂的物理、化学性质对复合材料性能有很大的影响,它们必须、也应该满足: 树脂具有良好的热性能、力学性能;具有与无机填料、纤维有较强的黏附力;具 有在成型加工时较易控制等基本要求。 作为聚合物基体材料的聚合物种类很多,经常应用的有不饱和聚酯、环氧树 脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物基体。作为耐高温聚合物基体材料首先应具有 耐高温、有良好的材料性能、能够满足相关行业用途的要求。同时,还应具有 定的加工性能和使用性能。不饱和聚酯虽然由于它具有工艺性良好、能在室温下 固化、常压下成型,是制造玻璃纤维复合材料的一种重要的树脂,占整个聚酯玻 璃纤维复合材料用树脂总量的80%以上等优点,但因它耐热性能较差,很少用 作碳纤维等的复合材料的基体材料,故此类不饱和聚酯不在本书中论述。酚醛树 脂是最早实现工业化生产的一种聚酯,虽少量地应用于短纤维、碳纤维、玻璃纤 维、有机纤维等复合材料,但由于其耐高温性能差,故此类酚醛聚酯也不在本书 中论述。环氧树脂的合成起始于20世纪30年代开始工业化生产。由于环氧树脂 具有一系列的可贵性能,所以发展很快,特别是60年代以来,改性耐高温环氧 树脂研究非常迅速,这无疑对广大碳纤维等复合材料的应用是一个推动。除了以 上几类热固性树脂基体以外,还有一种较常采用的热固性树脂基体,即有机硅树 脂。此种树脂的突出优点是有优良的耐热性、耐水性和耐腐蚀性。此外,还有氨 基树脂、呋喃树脂、烯丙树脂等热固性树脂,在此不再一一叙述,有兴趣的读者 可以参考相关的文献。 树脂基复合材料发展的又一重要里程碑是热塑性树脂在复合材料中的应用, 其中耐高温聚酰亚胺和芳环聚合物类有着重要意义,它们可以与玻璃纤维、碳纤 维、无机纳米材料等形成耐高温复合材料,广泛应用于航空航天等尖端技术领 域,是理想的结构材料和耐高温聚合物材料。 因此,聚合物基复合材料有时也称为热固性聚合物基复合材料( thermoset- ting matrix composites)和热塑性聚合物基复合材料( thermoplastic matrix com- posites materials or thermoplastic composites materials) 此外,最近纳米粒子及其复合材料的开发成功是复合材料,包括树脂基复合 材料科学与工程领域的一项重大且有深远意义的成就。在复合材料中,纳米填料相 与基体相的间面作用力很大,间面粘接良好,因而具有更好的力学性能和耐热性。 关于这类综合性能优异的复合材料的相关情况,本书将在相应的章节中介绍 耐高温聚合物类别 对于设计和处理工程师来说,要评估高温条件下聚合物材料的性能是相当困
着眼，寻求扩展新的品种，改善树脂自身的性能，探讨组成间的互相匹配。与此 同时，还必须研究各种树脂复合技术及成型技术。在耐高温聚合物树脂材料中， 树脂的物理、化学性质对复合材料性能有很大的影响，它们必须、也应该满足： 树脂具有良好的热性能、力学性能；具有与无机填料、纤维有较强的黏附力；具 有在成型加工时较易控制等基本要求。 作为聚合物基体材料的聚合物种类很多，经常应用的有不饱和聚酯、环氧树 脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物基体。作为耐高温聚合物基体材料首先应具有 耐高温、有良好的材料性能、能够满足相关行业用途的要求。同时，还应具有一 定的加工性能和使用性能。不饱和聚酯虽然由于它具有工艺性良好、能在室温下 固化、常压下成型，是制造玻璃纤维复合材料的一种重要的树脂，占整个聚酯玻 璃纤维复合材料用树脂总量的８０％以上等优点，但因它耐热性能较差，很少用 作碳纤维等的复合材料的基体材料，故此类不饱和聚酯不在本书中论述。酚醛树 脂是最早实现工业化生产的一种聚酯，虽少量地应用于短纤维、碳纤维、玻璃纤 维、有机纤维等复合材料，但由于其耐高温性能差，故此类酚醛聚酯也不在本书 中论述。环氧树脂的合成起始于２０世纪３０年代开始工业化生产。由于环氧树脂 具有一系列的可贵性能，所以发展很快，特别是６０年代以来，改性耐高温环氧 树脂研究非常迅速，这无疑对广大碳纤维等复合材料的应用是一个推动。除了以 上几类热固性树脂基体以外，还有一种较常采用的热固性树脂基体，即有机硅树 脂。此种树脂的突出优点是有优良的耐热性、耐水性和耐腐蚀性。此外，还有氨 基树脂、呋喃树脂、烯丙树脂等热固性树脂，在此不再一一叙述，有兴趣的读者 可以参考相关的文献。 树脂基复合材料发展的又一重要里程碑是热塑性树脂在复合材料中的应用， 其中耐高温聚酰亚胺和芳环聚合物类有着重要意义，它们可以与玻璃纤维、碳纤 维、无机纳米材料等形成耐高温复合材料，广 泛 应 用 于 航 空 航 天 等 尖 端 技 术 领 域，是理想的结构材料和耐高温聚合物材料。 因此，聚合物基复合材料有时也称为热固性聚合物基复合材料 （ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ ｔｉｎｇｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）和热塑性聚合物基复合材料 （ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｍａｔｒｉｘｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓｍａｔｅｒｉａｌｓｏｒｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｍａｔｅｒｉａｌｓ）。 此外，最近纳米粒子及其复合材料的开发成功是复合材料，包括树脂基复合 材料科学与工程领域的一项重大且有深远意义的成就。在复合材料中，纳米填料相 与基体相的间面作用力很大，间面粘接良好，因而具有更好的力学性能和耐热性。 关于这类综合性能优异的复合材料的相关情况，本书将在相应的章节中介绍。 ! " ! 耐高温聚合物类别 对于设计和处理工程师来说，要评估高温条件下聚合物材料的性能是相当困 ８
难的,这是由于几乎不存在有可比的试验数据。一般来说,耐高温聚合物材料通 常是指在250~300℃温度范围内可以长期使用的聚合物材料,应具有下列特点: ①高温下应满足一定的尺寸变化要求;②熔点要高;③5%热失重时的热分解温 度要高;④在高温下能保持一般的材料特性;⑤在高温下长期工作时也能维持一 般的材料特性;⑥材料加工成型简单、容易;⑦具有阻燃或不燃的特性。 如果满足条件①~⑤中的一种聚合物或一种聚合物复合材料,可以被认为是 “耐高温聚合物材料”(high- temperature resistance polymer materials) 耐高温聚合物的突出特征,可以归因于这类聚合物的共同结构特点:聚合物 的分子链主要是由含有杂环的芳香族链节或含有无间隔醚酮的芳香族链节构成 耐高温聚合物可分为无机耐高温聚合物和有机耐高温聚合物。与无机耐高温 聚合物相比较,有机耐高温聚合物具有相对密度小、强度高等特点。以下如没有 特别说明,本书中聚合物一般均指有机聚合物。所谓耐高温聚合物复合材料是指 由耐温聚合物作为复合材料的基体或分散质的材料。也就是说含有耐温聚合物成 分的复合材料。耐高温聚合物的分类,目前很不统一,人们根据不同的需要和标 准可以进行不同的分类,有按分散质分类的,有按基体分类的,也有按应用分类 的。此外,还有一些专指某些范围的名称,如近代复合材料、先进复合材料等 本书基本按结构分类。按照聚合物结构特性,对现有耐高温聚合物分类如下 (1)主链含芳环的聚合物此类聚合物由碳一碳键相连,基本结构单元为 酚、萘和苯等,如聚苯、聚四氟乙烯等 (2)主链含芳环和杂原子的聚合物以杂原子或基团相连的芳环线形为基本 结构单元。具有一定实用价值的有聚苯醚和聚芳砜等。 (3)主链含杂环的聚合物此类聚合物是以芳环和杂环为基本结构单元,主 链节可分别含有几个杂环,它们的耐温性能比较高,典型的有聚酰亚胺、聚苯并 咪唑、聚亚苯基苯并嗎唑等 (4)梯形聚合物此类聚合物主要特征是芳环之间无单键,而是环环相连或 以硅—碳键形成格子状聚合物,如聚苯并咪唑吡咯酮和聚硅烷类聚合物等 (5)复合材料复合材料具有比强度和比模量非常高的特点,被广泛地用于 航空、航天、导弹、核工业等方面。20世纪50年代玻璃纤维增强聚苯乙烯复合 材料得到应用以来,热塑性树脂复合材料的应用有了很大的发展,在有些行业热 塑性树脂已经超过了热固性树脂,但它难以满足航空结构材料对材料刚度、耐温 性和耐环境性的要求。近30年来,由于具有优良的刚性、耐温性及耐介质性能 的芳族热塑性树脂复合材料的出现,使得热塑性树脂复合材料在航空工业上的研 究应用普遍受到重视。如美国的杜邦公司和氰胺公司、英国ICI公司、德国 BASF公司开发的聚醚醚酮、聚酰亚胺等高性能耐热热塑性树脂基体,已经应用 于飞机某些部件。其中部分材料也已经应用于制备先进战斗机和民用机的零
难的，这是由于几乎不存在有可比的试验数据。一般来说，耐高温聚合物材料通 常是指在２５０～３００℃温度范围内可以长期使用的聚合物材料，应具有下列特点： ①高温下应满足一定的尺寸变化要求；②熔点要高；③５％热失重时的热分解温 度要高；④在高温下能保持一般的材料特性；⑤在高温下长期工作时也能维持一 般的材料特性；⑥材料加工成型简单、容易；⑦具有阻燃或不燃的特性。 如果满足条件①～⑤中的一种聚合物或一种聚合物复合材料，可以被认为是 “耐高温聚合物材料”（ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ）。 耐高温聚合物的突出特征，可以归因于这类聚合物的共同结构特点：聚合物 的分子链主要是由含有杂环的芳香族链节或含有无间隔醚酮的芳香族链节构成。 耐高温聚合物可分为无机耐高温聚合物和有机耐高温聚合物。与无机耐高温 聚合物相比较，有机耐高温聚合物具有相对密度小、强度高等特点。以下如没有 特别说明，本书中聚合物一般均指有机聚合物。所谓耐高温聚合物复合材料是指 由耐温聚合物作为复合材料的基体或分散质的材料。也就是说含有耐温聚合物成 分的复合材料。耐高温聚合物的分类，目前很不统一，人们根据不同的需要和标 准可以进行不同的分类，有按分散质分类的，有按基体分类的，也有按应用分类 的。此外，还有一些专指某些范围的名称，如近代复合材料、先进复合材料等。 本书基本按结构分类。按照聚合物结构特性，对现有耐高温聚合物分类如下。 （１）主链含芳环的 聚 合 物 此 类 聚 合 物 由 碳—碳 键 相 连，基 本 结 构 单 元 为 酚、萘和苯等，如聚苯、聚四氟乙烯等。 （２）主链含芳环和杂原子的聚合物 以杂原子或基团相连的芳环线形为基本 结构单元。具有一定实用价值的有聚苯醚和聚芳砜等。 （３）主链含杂环的聚合物 此类聚合物是以芳环和杂环为基本结构单元，主 链节可分别含有几个杂环，它们的耐温性能比较高，典型的有聚酰亚胺、聚苯并 咪唑、聚亚苯基苯并唑等。 （４）梯形聚合物 此类聚合物主要特征是芳环之间无单键，而是环环相连或 以硅—碳键形成格子状聚合物，如聚苯并咪唑吡咯酮和聚硅烷类聚合物等。 （５）复合材料 复合材料具有比强度和比模量非常高的特点，被广泛地用于 航空、航天、导弹、核工业等方面。２０世纪５０年代玻璃纤维增强聚苯乙烯复合 材料得到应用以来，热塑性树脂复合材料的应用有了很大的发展，在有些行业热 塑性树脂已经超过了热固性树脂，但它难以满足航空结构材料对材料刚度、耐温 性和耐环境性的要求。近３０年来，由于具有优良的刚性、耐温性及耐介质性能 的芳族热塑性树脂复合材料的出现，使得热塑性树脂复合材料在航空工业上的研 究应用普 遍 受 到 重 视。如美国的杜邦公司 和氰胺公司、英 国ＩＣＩ公 司、德 国 ＢＡＳＦ公司开发的聚醚醚酮、聚酰亚胺等高性能耐热热塑性树脂基体，已经应用 于飞机某些部件。其中部分材料也已经应 用于制备先进战斗机和民用机的零 ９