度)对材料的影响。 (②)高温使用材料的选择对于工程师和设计师来说,评价一种新材料并推 测这种材料在某些特殊方面的应用是一项具有挑战性的工作。一般由负重变形温 度(DTUL)来推断材料的长期、高温性能。然而,往往由于聚合物的结构、填 料的用量及种类、氧化稳定性、制件的几何形状及内应力的等因素的影响,实际 上材料的最高长期使用要比材料的DTUL低150℃以上。由DMA连续测定材料 的模量随温度的变化,因而,可以提高关于材料高温下使用性能更高的信息 (3)测定高分子材料的动态模量DMA可以精确测定材料的弯曲模量,并 且一定具有较宽的测量范围。如DMA983测定的模量范围可以从105~101Pa (4)预测高聚合物材料的冲击强度冲击强度是许多材料应用性能的关键指 标,DMA虽不能直接测定材料的冲击强度,但可以根据DMA曲线与冲击强度 之间的关系方便地推测材料的冲击强度。直接测定材料的冲击强度往往需要漫长 的准备过程,且不具有重复性。由DMA测定的低温损耗峰强度与冲击强度相对 应。DMA测定精确得多,一般使用三个样品就可以了。DMA的样品制备简单 材料的表面因素影响不大,也不用很大的样品 (5)热固性树脂凝胶点的测定对于一些黏性热固性树脂固化过程的研究 般是采用DSC进行动力学研究,但不能得到材料由液态向固态转变的固化过程 固胶点的测定一般采用常规方法,很不准确,数据之间的可比性差。将黏性树脂 涂于玻璃布上,DMA通过对储能模量及损耗模量进行恒温下对时间扫描,可以 很好地反映出体系黏度(模量)的变化,当发生凝胶时体系的E'及E"发生突变 可以由此来确定该温度下固化的凝胶点。这对于完善热固性树脂的固化工艺是很 有意义的。 (6)弹性体低温性能的比较柔性是弹性体最重要的应用性能,对于不同温 度下使用的弹性体材料,可以通过由DMA测定它的玻璃化温度而确定它的最低 使用温度。通过DMA曲线可以比较弹性体的模量及玻璃化温度而对材料的性能 做出判断。 (7)研究加工过程对材料的影响通过DMA可以快速研究由于加工条件不 同而对材料形态的影响。聚醚醚砜是用于制备热塑性复合材料的一种重要基质。 得到的复合材料的性能主要受加工过程中形成的聚合物的聚集态结构的影响。冷 却速率、熔融时间及回火条件是关键的加工条件,通过DMA的程序升温(或降 温)可以模拟出这些加工条件,并由DMA来确定材料的形态。由分析结果选择 合适的加工条件,提高产品质量。 (8)使用叠加原理推测材料的行为时间及温度对聚合物的影响可以由时温 等效原理来预测。时温原理前提是在较高的温度下分子链的松弛或重排的过程具 有更大的速率。这个过程所需要的时间可以通过在高温下进行缩短,然后再转换
度）对材料的影响。 （２）高温使用材料的选择 对于工程师和设计师来说，评价一种新材料并推 测这种材料在某些特殊方面的应用是一项具有挑战性的工作。一般由负重变形温 度 （ＤＴＵＬ）来推断材料的长期、高温性能。然而，往往由于聚合物的结构、填 料的用量及种类、氧化稳定性、制件的几何形状及内应力的等因素的影响，实际 上材料的最高长期使用要比材料的 ＤＴＵＬ低１５０℃以上。由 ＤＭＡ 连续测定材料 的模量随温度的变化，因而，可以提高关于材料高温下使用性能更高的信息。 （３）测定高分子材料的动态模量 ＤＭＡ 可以精确测定材料的弯曲模量，并 且一定具有较宽的测量范围。如 ＤＭＡ９８３测定的模量范围可以从１０５～１０１１Ｐａ。 （４）预测高聚合物材料的冲击强度 冲击强度是许多材料应用性能的关键指 标，ＤＭＡ 虽不能直接测定材料的冲击强度，但可以根据 ＤＭＡ 曲线与冲击强度 之间的关系方便地推测材料的冲击强度。直接测定材料的冲击强度往往需要漫长 的准备过程，且不具有重复性。由 ＤＭＡ 测定的低温损耗峰强度与冲击强度相对 应。ＤＭＡ 测定精确得多，一般使用三个样品就可以了。ＤＭＡ 的样品制备简单， 材料的表面因素影响不大，也不用很大的样品。 （５）热固性树脂凝胶点的测定 对于一些黏性热固性树脂固化过程的研究一 般是采用 ＤＳＣ进行动力学研究，但不能得到材料由液态向固态转变的固化过程。 固胶点的测定一般采用常规方法，很不准确，数据之间的可比性差。将黏性树脂 涂于玻璃布上，ＤＭＡ 通过对储能模量及损耗模量进行恒温下对时间扫描，可以 很好地反映出体系黏度 （模量）的变化，当发生凝胶时体系的Ｅ′及Ｅ″发生突变， 可以由此来确定该温度下固化的凝胶点。这对于完善热固性树脂的固化工艺是很 有意义的。 （６）弹性体低温性能的比较 柔性是弹性体最重要的应用性能，对于不同温 度下使用的弹性体材料，可以通过由 ＤＭＡ 测定它的玻璃化温度而确定它的最低 使用温度。通过 ＤＭＡ 曲线可以比较弹性体的模量及玻璃化温度而对材料的性能 做出判断。 （７）研究加工过程对材料的影响 通过 ＤＭＡ 可以快速研究由于加工条件不 同而对材料形态的影响。聚醚醚砜是用于制备热塑性复合材料的一种重要基质。 得到的复合材料的性能主要受加工过程中形成的聚合物的聚集态结构的影响。冷 却速率、熔融时间及回火条件是关键的加工条件，通过 ＤＭＡ 的程序升温 （或降 温）可以模拟出这些加工条件，并由 ＤＭＡ 来确定材料的形态。由分析结果选择 合适的加工条件，提高产品质量。 （８）使用叠加原理推测材料的行为 时间及温度对聚合物的影响可以由时温 等效原理来预测。时温原理前提是在较高的温度下分子链的松弛或重排的过程具 有更大的速率。这个过程所需要的时间可以通过在高温下进行缩短，然后再转换 ５２
到低温下的情况。这些黏弹性数据可以通过恒温静态测量得到也可以通过多频率 的升温方式得到。例如通过多频率的测定可以得到在室温下频率从10-5~105Hz 下材料模量的变化情况,为在高频及超长时间受力材料提供实验数据,这用直接 实验的办法是难以做到的 1.2.3树脂基复合材料的化学性能 大多数的树脂基复合材料处在大气环境中、浸在水或海水中或埋在地下使 用,有的作为各种溶剂的贮槽,在空气、水及化学介质、光线、射线及微生物的 作用下,其化学组成和结构及各种性能会发生各种变化。在许多情况下,温度 应力状态对这些化学反应有着重要的影响。特别是航空航天飞行器及其发动机构 件在更为恶劣的环境下工作,要经受高温的作用和高热气流的冲刷,其化学稳定 性是至关重要的。 作为树脂基复合材料的基体的聚合物,其化学分解可以按不同的方式进行 它既可通过与腐蚀性化学物质的作用而发生,又可间接通过产生应力作用而进 行,这包括热降解、辐射降解、力学降解和生物降解。聚合物基体本身是有机物 质,可能被有机溶剂侵蚀、溶胀、溶解或者引起体系的应力腐蚀。所谓应力腐 蚀,是指材料与某些有机溶剂作用在承受应力时产生过早的破坏,这样的应力可 能是在使用过程中施加上去的,也可能是鉴于制造技术的某些局限性带来的。根 据基体种类的不同,材料对各种化学物质的敏感程度不同,常见的玻璃纤维增强 塑料耐强酸、盐、酯,但不耐碱。 聚合物的热降解有多种模式和途径,其中可能几种模式同时进行。如可通过 “拉链”式的解聚机理导致完全的聚合物链的断裂,同时产生挥发性的低分子物 质。其他的方式包括聚合物链的不规则断裂产生较高分子量的产物或支链脱落, 还有可能形成环状的分子链结构 许多聚合物因受紫外线辐射或其他高能辐射的作用而受到破坏,其机理是当 光和射线的能量大于原子间的共价键能时,分子链发生断裂 本节主要概括了耐高温聚合物类别、聚合物结构表征与性能评价方法和树脂 基复合材料的化学性能等。应该注意到,随着耐高温聚合物及其复合材料研究开 发的进展,各种复合材料的界限逐渐模糊,本节因篇幅所限仅概括了主要内容, 起一个抛砖引玉的作用,对各理论的进一步了解,请参考引用文献 1.2.4树脂基材料的流变性 大部分聚合物树脂都是利用其黏流态下的流动行为进行加工成型,因此必须 在聚合物树脂的流动温度T以上才能进行加工。但是究竟选择高于流动温度多 少,要看在T以上黏稠聚合物树脂的流动行为来决定。如果流动性能好,则加
到低温下的情况。这些黏弹性数据可以通过恒温静态测量得到也可以通过多频率 的升温方式得到。例如通过多频率的测定可以得到在室温下频率从１０－５～１０６Ｈｚ 下材料模量的变化情况，为在高频及超长时间受力材料提供实验数据，这用直接 实验的办法是难以做到的。 ! " # 树脂基复合材料的化学性能 大多数的树脂基复合材料处在 大 气 环 境 中、浸 在 水 或 海 水 中 或 埋 在 地 下 使 用，有的作为各种溶剂的贮槽，在空气、水及化学介质、光线、射线及微生物的 作用下，其化学组成和结构及各种性能会发生各种变化。在许多情况下，温度、 应力状态对这些化学反应有着重要的影响。特别是航空航天飞行器及其发动机构 件在更为恶劣的环境下工作，要经受高温的作用和高热气流的冲刷，其化学稳定 性是至关重要的。 作为树脂基复合材料的基体的聚合物，其化学分解可以按不同的方式进行， 它既可通过与腐蚀性化学物质的作用而发生，又可间接通过产生应力作用而进 行，这包括热降解、辐射降解、力学降解和生物降解。聚合物基体本身是有机物 质，可能被有机溶剂侵 蚀、溶 胀、溶解或者引起体系的应力腐蚀。所 谓 应 力 腐 蚀，是指材料与某些有机溶剂作用在承受应力时产生过早的破坏，这样的应力可 能是在使用过程中施加上去的，也可能是鉴于制造技术的某些局限性带来的。根 据基体种类的不同，材料对各种化学物质的敏感程度不同，常见的玻璃纤维增强 塑料耐强酸、盐、酯，但不耐碱。 聚合物的热降解有多种模式和途径，其中可能几种模式同时进行。如可通过 “拉链”式的解聚机理导致完全的聚合物链的断裂，同时产生挥发性的低分子物 质。其他的方式包括聚合物链的不规则断裂产生较高分子量的产物或支链脱落， 还有可能形成环状的分子链结构。 许多聚合物因受紫外线辐射或其他高能辐射的作用而受到破坏，其机理是当 光和射线的能量大于原子间的共价键能时，分子链发生断裂。 本节主要概括了耐高温聚合物类别、聚合物结构表征与性能评价方法和树脂 基复合材料的化学性能等。应该注意到，随着耐高温聚合物及其复合材料研究开 发的进展，各种复合材料的界限逐渐模糊，本节因篇幅所限仅概括了主要内容， 起一个抛砖引玉的作用，对各理论的进一步了解，请参考引用文献。 ! " $ 树脂基材料的流变性 大部分聚合物树脂都是利用其黏流态下的流动行为进行加工成型，因此必须 在聚合物树脂的流动温度Ｔｆ 以上才能进行加工。但是究竟选择高于流动温度多 少，要看在Ｔｆ 以上黏稠聚合物树脂的流动行为来决定。如果流动性能好，则加 ６２
工时可选择略高于流动温度,所施加的压力也可小一些。相反,如果聚合物树脂 流动性能差,就需要温度适当高一些,施加的压力也要大一些,以便改善聚合物 树脂的流动性能。聚合物树脂的这一特性和聚合物树脂的流变学有关 流变学是介于力学、化学和工程学之间的交叉、边缘学科,其应用范围十分 广泛,随着工业的发展和技术的进步又促进了这一新科学的综合发展,而进一步 形成各个边缘科学的流变学,如聚合物流变学就是流变学在聚合物加工中的应用 而发展起来的。聚合物流变学是适应高分子材料的发展而逐渐形成的,在聚合物 的合成阶段,流变学与化学结合在一起;而后续的所有阶段中,则与聚合物加工 和应用相结合。在聚合物树脂基复合材料中,大多数的加工方法都以熔体加工为 基础。即先将固态聚合物树脂加热、熔化、混合、输送、赋形,再经固化得到所 需的制品。材料所经受的加热和变形历程将影响聚合物复合材料微观结构,因而 影响制品的最终性能。可见,聚合物树脂的流变特性在聚合物复合材料加工中起 着决定性的作用。聚合物树脂流变学的主要任务是以聚合物流体(主要是熔体) 作为研究对象,应用流变学的基本原理,分析和处理复合材料加工过程中的工艺 和工程问题,从而提高聚合物复合材料制品的质量和生产效率。 以下首先简单介绍一下简单流体的剪切流动分析。在流体中一个立方体积元 的九个应力分量如图1-7所示 流体处于剪切流动时,以x1方向为流动方 向,方向2与层流平面垂直,方向3垂直于1和 对于各向同性的流体,仅有三个具有流变学意 义的独立应力量,即两个法向分量差和一个切应 力分量:1-z2,t2-3,t2。对于牛顿流体 除了作用在流动方向上的剪切应力a,=a21外,分 别作用在空间相互垂直的三个方向上的法向应力图17流体剪切流动分析的 分量大小相等:c1=a2=03 立方体积元 聚合物树脂流体具有黏弹性,对于聚合物树 脂熔体,情况则不相同,三个法向应力不再相等,这是聚合物树脂熔体的弹性效 应造成的。因此可以定义两个法向应力差,它们的大小依赖于剪切速率。两个法 向应力差为 r1-x2=y1(y)y2 N2=a2-a3=z22-3=y2(y)y2 上式中的N1和N2分别为第一法向应力差和第二法向应力差,v1和v2分 别为第一和第二法向应力系数。第一法向应力差通常为正值,且较大,因而称为 主法向应力差,特别是当剪切速率很大时,N1甚至可超过剪切应力σ,;而第二
工时可选择略高于流动温度，所施加的压力也可小一些。相反，如果聚合物树脂 流动性能差，就需要温度适当高一些，施加的压力也要大一些，以便改善聚合物 树脂的流动性能。聚合物树脂的这一特性和聚合物树脂的流变学有关。 流变学是介于力学、化学和工程学之间的交叉、边缘学科，其应用范围十分 广泛，随着工业的发展和技术的进步又促进了这一新科学的综合发展，而进一步 形成各个边缘科学的流变学，如聚合物流变学就是流变学在聚合物加工中的应用 而发展起来的。聚合物流变学是适应高分子材料的发展而逐渐形成的，在聚合物 的合成阶段，流变学与化学结合在一起；而后续的所有阶段中，则与聚合物加工 和应用相结合。在聚合物树脂基复合材料中，大多数的加工方法都以熔体加工为 基础。即先将固态聚合物树脂加热、熔化、混合、输送、赋形，再经固化得到所 需的制品。材料所经受的加热和变形历程将影响聚合物复合材料微观结构，因而 影响制品的最终性能。可见，聚合物树脂的流变特性在聚合物复合材料加工中起 着决定性的作用。聚合物树脂流变学的主要任务是以聚合物流体 （主要是熔体） 作为研究对象，应用流变学的基本原理，分析和处理复合材料加工过程中的工艺 和工程问题，从而提高聚合物复合材料制品的质量和生产效率。 以下首先简单介绍一下简单流体的剪切流动分析。在流体中一个立方体积元 图１７ 流体剪切流动分析的 立方体积元 的九个应力分量如图１７所示。 流体处 于 剪 切 流 动 时，以 ｘ１ 方 向 为 流 动 方 向，方向２与 层 流 平 面 垂 直，方 向３垂 直 于１和 ２。对于各向同性的流体，仅有三个具有流变学意 义的独立应 力 量，即两个法向分量差和一个切应 力分量：τ１１ －τ２２，τ２２ －τ３３，τ１２。对 于 牛 顿 流 体， 除了作用在流动方向上 的 剪 切 应 力σｓ＝σ２１外，分 别作用在空间相互垂直的三个方向上的法向应力 分量大小相等：σ１１＝σ２２＝σ３３。 聚合物树 脂 流 体 具 有 黏 弹 性，对 于 聚 合 物 树 脂熔体，情况则不相同，三个法向应力不再相等，这是聚合物树脂熔体的弹性效 应造成的。因此可以定义两个法向应力差，它们的大小依赖于剪切速率。两个法 向应力差为： Ｎ１＝σ１１－σ２２＝τ１１－τ２２＝Ψ１（γ ·）γ ·２ Ｎ２＝σ２２－σ３３＝τ２２－τ３３＝Ψ２（γ ·）γ ·２ 上式中的 Ｎ１ 和 Ｎ２ 分别为第一法向应力差和第二法向应力差，Ψ１ 和 Ψ２ 分 别为第一和第二法向应力系数。第一法向应力差通常为正值，且较大，因而称为 主法向应力差，特别是当剪切速率很大时，Ｎ１ 甚至可超过剪切应力σｓ；而第二 ７２
法向应力差一般则很小,且为负值。二者之比值一N2/N1。大约在0.1~0.3 之间 在流变学和材料科学研究中,本构方程或本构理论具有决定性作用,是该学 科的理论基础。本构方程即物质或材料的流变状态方程,是在某些假设下,物质 和材料的力学行为的数学描述。大家熟知的牛顿黏性定律和胡克定律就属于特殊 情形下流体及固体物质的本构方程。 普通聚合物树脂流体的流体力学讨论的是流体的速度场(速度分布) v(x,)=v(i=1,2,3)。而速度场的畸变会产生黏滞应力σn,两者成正比,比例 系数即黏滞系数y A=2ax 由于σ是对称张量,所以在各向同性流体中没有力矩。但是对于液晶性聚 合物树脂而言,情况就会发生变化。因聚合物在液晶态时存在取向有序性,可由 指向矢n(x)或n;表示,它的存在将影响流体力学行为,这时an还与其导数有 关。采用矢量N代表液晶指向矢相对背景流体的角速度,即 表示时间的导数,a是涡旋强度,正比于v;的旋度: V×v 然而在聚合物树脂加工成型工艺上,体现聚合物流变学研究的一个具体指标 常用熔融指数(MI)来表示,它是热塑性聚合物树脂在一定温度和压力下,熔 体在10min内通过标准毛细管的质量值,以(g/1omin)来表示。一般来说,对 定结构的聚合物,其熔融指数小,分子量就大,则聚合物的断裂强度、硬度等 性能都有所提高;而熔融指数大,分子量就小,加工时流动性就好一些。因此熔 融指数在聚合物的应用上,尤其是在加工上是一个重要指标。在工业上经常用它 来表示熔体黏度的相对数值 值得注意的是,熔体黏稠的聚合物一般都属于非牛顿流体,即黏度与剪切应 力或剪切速度有关。随着剪切应力或剪切速率的变化,黏度也发生变化。通常剪 切速率增大,黏度反而变小,只有在低的剪切速率下才比较接近于牛顿流体。因 此,从熔融指数仪中得到的流动性能数据,是在低切变速率的情况下获得的,而 实际成型加工过程往往是在较高切变速率的情况下进行。所以在实际加工工艺 中,还要研究熔体黏度对温度的切变应力的依赖关系。对某一个热塑性聚合物来 讲,只有当熔融指数与加工条件、产品性能从经验上联系起来之后,它才具有较 大的实际意义。此外,由于结构不同的聚合物测定熔融指数时选择的温度、压力
法向应力 差 一 般 则 很 小，且 为 负 值。二 者 之 比 值 －Ｎ２／Ｎ１。大 约 在 ０１～０３ 之间。 在流变学和材料科学研究中，本构方程或本构理论具有决定性作用，是该学 科的理论基础。本构方程即物质或材料的流变状态方程，是在某些假设下，物质 和材料的力学行为的数学描述。大家熟知的牛顿黏性定律和胡克定律就属于特殊 情形下流体及固体物质的本构方程。 普通 聚 合 物 树 脂 流 体 的流体力学讨论的是流体的速度场 （速 度 分 布） ｖ（ｘｉ）＝ｖｉ（ｉ＝１，２，３）。而速度场的畸变会产生黏滞应力σｉｊ，两者成正比，比例 系数即黏滞系数η： σｉｊ＝ηＡｉｊ Ａｉｊ＝１ ２（ｖｉ ｘｊ ＋ｖｊ ｘｉ ） 由于σｉｊ是对称张量，所以在各向同性流体中没有力矩。但是对于液晶性聚 合物树脂而言，情况就会发生变化。因聚合物在液晶态时存在取向有序性，可由 指向矢ｎ（ｘｉ）或ｎｉ 表示，它的存在将影响流体力学行为，这时σｉｊ还与其导数有 关。采用矢量 Ｎ 代表液晶指向矢相对背景流体的角速度，即： Ｎ＝ｎ · －ω×ｎ ｎ · 表示时间的导数，ω是涡旋强度，正比于ｖｉ 的旋度： ω＝１ ２×ｖ 然而在聚合物树脂加工成型工艺上，体现聚合物流变学研究的一个具体指标 常用熔融指数 （ＭＩ）来表示，它是热塑性聚合物树脂在一定温度和压力下，熔 体在１０ｍｉｎ内通过标准毛细管的质量值，以 （ｇ／１０ｍｉｎ）来表示。一般来说，对 一定结构的聚合物，其熔融指数小，分子量就大，则聚合物的断裂强度、硬度等 性能都有所提高；而熔融指数大，分子量就小，加工时流动性就好一些。因此熔 融指数在聚合物的应用上，尤其是在加工上是一个重要指标。在工业上经常用它 来表示熔体黏度的相对数值。 值得注意的是，熔体黏稠的聚合物一般都属于非牛顿流体，即黏度与剪切应 力或剪切速度有关。随着剪切应力或剪切速率的变化，黏度也发生变化。通常剪 切速率增大，黏度反而变小，只有在低的剪切速率下才比较接近于牛顿流体。因 此，从熔融指数仪中得到的流动性能数据，是在低切变速率的情况下获得的，而 实际成型加工过程往往是在较高切变速率的情况下进行。所 以 在 实 际 加 工 工 艺 中，还要研究熔体黏度对温度的切变应力的依赖关系。对某一个热塑性聚合物来 讲，只有当熔融指数与加工条件、产品性能从经验上联系起来之后，它才具有较 大的实际意义。此外，由于结构不同的聚合物测定熔融指数时选择的温度、压力 ８２
均不相同,黏度与分子量之间的关系也不一样,因此,它只能表示同结构聚合物 分子量的相对数值,而不能在结构不同的聚合物之间进行比较 1.3耐高温聚合物及其复合材料的发展与应用 各国都非常重视特种高性能聚合物技术产业的发展壮大,而特种高性能聚合 物技术产业中耐高温聚合物材料产业的发展普遍受到关注 20世纪50年代以后,为了满足国民经济各领域急速发展的需求,在科学技 术全面进步的基础上,尤其在合成聚合物科学、复合材料科学等学科的支持下 聚合物工业得以获得迅速地、全面地发展,目前已取得材料工业的主导地位,在 聚合物合成、结构、性质和加工方面建立了比较完善的科学体系,为发展高性能 耐高温聚合物材料提供了坚实的科学和技术基础。由此可见,耐高温聚合物材料 的发展是与许多科学技术和聚合物科学与工程相互促进的结果。近年来有关耐高 温聚合物及其复合材料的研究成果,层出不断。作为复合材料的一类——耐高温 聚合物复合材料,以它的优异性能被广泛地应用在航天航空、交通运输、日常生 活等各个领域,成为科研人员、生产人员密切关注的课题,与人们的日常生活也 有着密切关系 复合材料可以克服单一材料的缺点,发挥各组成材料的优点,扩大材料的应 用范围,提高材料的经济效益。复合材料是材料的发展方向,它与聚合物材料緊 密相关。聚合物树脂是耐高温聚合物材料的最主要的基础材料。 耐高温聚合物及其复合材料的发展,始终围绕着提高性能、增加功能、降低 成本、便于生产等日标而努力;始终从基体树脂分子设计着眼,扩展新品种,改 善它们自身的性能,探讨它们的相互匹配,研究它们之间的作用原理等;始终以 设计发明各种先进的复合技术和制品成型技术为目的,努力实施使生产快捷、成 本低廉、产品质量保证的安全生产体系。下面扼要介绍近年来主要国家耐高温聚 合物及其复合材料的发展动态。 耐高温聚合物及其复合材料是20世纪60年代开始工业化的,发展最快的国 家是美国,其次是日本。 美国耐高温聚合物材料的研究已有多年的历史。20世纪50年代重点发展含 氟纤维,如聚四氟乙烯(PTFE)。60年代研究的品种不下20种,如聚间苯二甲 酰间苯二胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚暱二唑、碳纤维等。70年代出现以聚 对苯二甲酰对苯二胺纤维( Kevlar)为代表的高强度、高模量的耐高温聚合物材 料。80年代初美国空军材料实验室(AFML)合成出聚亚苯基苯并嗯唑(poly phenyene benzothiazole),并将该技术移转至美国 Dow Chemical公司继续此材 料的研发工作;随后转移至日本东洋纺公司,并于1999年秋以 Zylon为名上市 日本在耐高温聚合物材料上发展比较晚,主要品种有聚酰胺( Conex)、芳
均不相同，黏度与分子量之间的关系也不一样，因此，它只能表示同结构聚合物 分子量的相对数值，而不能在结构不同的聚合物之间进行比较。 !# 耐高温聚合物及其复合材料的发展与应用 各国都非常重视特种高性能聚合物技术产业的发展壮大，而特种高性能聚合 物技术产业中耐高温聚合物材料产业的发展普遍受到关注。 ２０世纪５０年代以后，为了满足国民经济各领域急速发展的需求，在科学技 术全面进步的基础上，尤其在合成聚合物科学、复合材料科学等学科的支持下， 聚合物工业得以获得迅速地、全面地发展，目前已取得材料工业的主导地位，在 聚合物合成、结构、性质和加工方面建立了比较完善的科学体系，为发展高性能 耐高温聚合物材料提供了坚实的科学和技术基础。由此可见，耐高温聚合物材料 的发展是与许多科学技术和聚合物科学与工程相互促进的结果。近年来有关耐高 温聚合物及其复合材料的研究成果，层出不断。作为复合材料的一类———耐高温 聚合物复合材料，以它的优异性能被广泛地应用在航天航空、交通运输、日常生 活等各个领域，成为科研人员、生产人员密切关注的课题，与人们的日常生活也 有着密切关系。 复合材料可以克服单一材料的缺点，发挥各组成材料的优点，扩大材料的应 用范围，提高材料的经济效益。复合材料是材料的发展方向，它与聚合物材料紧 密相关。聚合物树脂是耐高温聚合物材料的最主要的基础材料。 耐高温聚合物及其复合材料的发展，始终围绕着提高性能、增加功能、降低 成本、便于生产等目标而努力；始终从基体树脂分子设计着眼，扩展新品种，改 善它们自身的性能，探讨它们的相互匹配，研究它们之间的作用原理等；始终以 设计发明各种先进的复合技术和制品成型技术为目的，努力实施使生产快捷、成 本低廉、产品质量保证的安全生产体系。下面扼要介绍近年来主要国家耐高温聚 合物及其复合材料的发展动态。 耐高温聚合物及其复合材料是２０世纪６０年代开始工业化的，发展最快的国 家是美国，其次是日本。 美国耐高温聚合物材料的研究已有多年的历史。２０世纪５０年代重点发展含 氟纤维，如聚四氟乙烯 （ＰＴＦＥ）。６０年代研究的品种不下２０种，如聚间苯二甲 酰间苯二胺、聚酰亚胺、聚苯并 咪 唑、聚 二 唑、碳 纤 维 等。７０年 代 出 现 以 聚 对苯二甲酰对苯二胺纤维 （Ｋｅｖｌａｒ）为代表的高强度、高模量的耐高温聚合物材 料。８０年代初美国空军材料实验 室 （ＡＦＭＬ）合成出聚亚苯基苯并 唑 （ｐｏｌｙ ｐｈｅｎｙｅｎｅｂｅｎｚｏｂｉｔｈｉａｚｏｌｅ），并将该技术移转至美国 ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ公司继续此材 料的研发工作；随后转移至日本东洋纺公司，并于１９９９年秋以Ｚｙｌｏｎ为名上市。 日本在耐高温聚合物材料上发展比较晚，主要品种有聚 酰 胺 （Ｃｏｎｅｘ）、芳 ９２