高性能树脂基复合材料英文
❶ 树脂基复合材料
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❷ 高性能树脂基复合材料的介绍
本书可作为高等院校材料类专业本科高年级学生及硕士研究生的教材,也可作为从事复合材料科研、设计、生产及应用人员的参考书。
❸ 复合材料 英语翻译
reced CTE for high loadings:
为了较高的承抄载力降低(减袭小)热膨胀系数
CTE:热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion);
high loading:高承载力(高载荷)
❹ 树脂基复合材料知识
纤维增强树脂基复合材料常用的树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂。目前常用的有:热固性树脂、热塑性树脂,以及各种各样改性或共混基体。热塑性树脂可以溶解在溶剂中,也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体,冷却后又变硬。热固性树脂只能一次加热和成型,在加工过程中发生固化,形成不熔和不溶解的网状交联型高分子化合物,因此不能再生。复合材料的树脂基体,以热固性树脂为主。早在40年代,在战斗机、轰炸机上就开始采用玻璃纤维增强塑料作雷达罩。60年代美国在F—4、F—111等军用飞机上采用了硼纤维增强环氧树脂作方向舵、水平安定面、机翼后缘、舵门等。在导弹制造方面,50年代后期美国中程潜地导弹“北极星A—2”第二级固体火箭发动机壳体上就采用了玻璃纤维增强环氧树脂的缠绕制件,较钢质壳体轻27%;后来采用高性能的玻璃纤维代替普通玻璃纤维造“北极星A—3”,使壳体重量较钢制壳体轻50%,从而使“北极星A—3”导弹的射程由2700千米增加到4500千米。70年代后采用芳香聚酰胺纤维代替玻璃纤维增强环氧树脂,强度又大幅度提高,而重量减轻。碳纤维增强环氧树脂复合材料在飞机、导弹、卫星等结构上得到越来越广泛的应用。
在化学工业上的应用
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环氧乙烯基酯树脂在氯碱工业中,有着良好的应用。
氯碱工业是玻璃钢作耐腐材料最早应用领域之一,目玻璃钢已成为氯碱工业的主要材料。玻璃钢已用于各种管道系统、气体鼓风机、热交换器外壳、盐水箱以至于泵、池、地坪、墙板、格栅、把手、栏杆等建筑结构上。同时,玻璃钢也开始进入化工行业的各个领域。在造纸工业中的应用也在发展,造纸工业以木材为原料,造纸过程中需要酸、盐、漂白剂等,对金属有极强的腐蚀作用,唯有玻璃钢材料能抵抗这类恶劣环境,玻璃钢材料已、在一些国家的纸浆生产中显现其优异的耐蚀性。
在金属表面处理工业中的应用,则成为环氧乙烯基酯树脂重要应用,金属表面处理厂所使用的酸,大多为盐酸、基本上用玻璃钢是没有问题的。环氧树脂作为纤维增强复合材料进入化工防腐领域,是以环氧乙烯基酯树脂形态出现的。它是双酚A环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制成,每吨需用环氧树脂比例达50%,这类树脂既保留了环氧树脂基本性能,又有不饱和聚酯树脂良好的工艺性能,所以大量运用在化工防腐领域。
其在化工领域的防腐主要包括:化工管道、贮罐内衬层;电解槽;地坪;电除雾器及废气脱硫装置;海上平台井架;防腐模塑格栅;阀门、三通连接件等。为了提高环氧乙烯基酯树脂优越的耐热性、防腐蚀性和结构强度,树脂还不断进行改性,如酚醛、溴化、增韧等环氧乙烯基酯树脂等品种,大量运用于大直径风叶、磁悬浮轨道增强网、赛车头盔、光缆纤维牵引杆等。
树脂基复合材料作为一种复合材料,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。树脂基复合材料具有如下的特点:
(1)各向异性(短切纤维复合材料等显各向同性);
(2)不均质(或结构组织质地的不连续性);
(3)呈粘弹性行为;
(4)纤维(或树脂)体积含量不同,材料的物理性能差异;
(5)影响质量因素多,材料性能多呈分散性。
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,这其中涉及到一个复合效应问题。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,但有进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:混合效应和协同效应。
混合效应也称作平均效应,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,对局部的扰动反应并敏感。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。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。
树脂基复合材料的力学性能
力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点,用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能,而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料,在制造和使用过程中,也必须考虑其力学性能,以保证产品的质量和使用寿命。
1、树脂基复合材料的刚度
树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明,对于宏观均匀的树脂基复合材料,弹性特性复合是一种混合效应,表现为各种形式的混合律,它是组分材料刚性在某种意义上的平均,界面缺陷对它作用不是明显。
由于制造工艺、随机因素的影响,在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性,残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外,纤维(粒子)的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言,树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。
对于树脂基复合材料的层合结构,基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形,使得刚度分析变得复杂。另一方面,也可以通过对单层的弹性常数(包括弹性模量和泊松比)进行设计,进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计,以适应不同场合的应用要求。
2、树脂基复合材料的强度
材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程,且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响,均有街于具体深入研究。
树脂基复合材强度的复合是一种协同效应,从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形,即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究,还不够成熟。
单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等,轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同,它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知:单向树脂基复合材料在轴向压缩下,碳纤维是剪切破坏的;凯芙拉(Kevlar)纤维的破坏模式是扭结;玻璃纤维一般是弯曲破坏。
单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表明,横向压缩强度是横向拉伸强度的4~7倍。横向拉伸的破坏模式是基体和界面破坏,也可能伴随有纤维横向拉裂;横向压缩的破坏是因基体破坏所致,大体沿45°斜面剪坏,有时伴随界面破坏和纤维压碎。单向树脂基复合材料的面内剪切破坏是由基体和界面剪切所致,这些强度数值的估算都需依靠实验。
杂乱短纤维增强树脂基复合材料尽管不具备单向树脂基复合材料轴向上的高强度,但在横向拉、压性能方面要比单向树脂基复合材料好得多,在破坏机理方面具有自己的特点:编织纤维增强树脂基复合材料在力学处理上可近似看作两层的层合材料,但在疲劳、损伤、破坏的微观机理上要更加复杂。
树脂基复合材料强度性质的协同效应还表现在层合材料的层合效应及混杂复合材料的混杂效应上。在层合结构中,单层表现出来的潜在强度与单独受力的强度不同,如0/90/0层合拉伸所得90°层的横向强度是其单层单独实验所得横向拉伸强度的2~3倍;面内剪切强度也是如此,这一现象称为层合效应。
树脂基复合材料强度问题的复杂性来自可能的各向异性和不规则的分布,诸如通常的环境效应,也来自上面提及的不同的破坏模式,而且同一材料在不同的条件和不同的环境下,断裂有可能按不同的方式进行。这些包括基体和纤维(粒子)的结构的变化,例如由于局部的薄弱点、空穴、应力集中引起的效应。除此之外,界面粘结的性质和强弱、堆积的密集性、纤维的搭接、纤维末端的应力集中、裂缝增长的干扰以及塑性与弹性响应的差别等都有一定的影响。
树脂基复合材料的物理性能
树脂基复合材料的物理性能主要有热学性质、电学性质、磁学性质、光学性质、摩擦性质等(见表)。对于一般的主要利用力学性质的非功能复合材料,要考虑在特定的使用条件下材料对环境的各种物理因素的响应,以及这种响应对复合材料的力学性能和综合使用性能的影响;而对于功能性复合材料,所注重的则是通过多种材料的复合而满足某些物理性能的要求。
树脂基复合材料的物理性能由组分材料的性能及其复合效应所决定。要改善树脂基复合材料的物理性能或对某些功能进行设计时,往往更倾向于应用一种或多种填料。相对而言,可作为填料的物质种类很多,可用来调节树脂基复合材料的各种物理性能。值得注意的是,为了某种理由而在复合体系中引入某一物质时,可能会对其它的性质产生劣化作用,需要针对实际情况对引入物质的性质、含量及其与基体的相互作用进行综合考虑。
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。所谓的应力腐蚀,是掼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。一般情况下,人们更注重的是水对材料性能的影响。水一般可导致树脂基复合材料的介电强度下降,水的作用使得材料的化学键断裂时产生光散射和不透明性,对力学性能也有重要影响。不上胶的或仅只热处理过的玻璃纤维与环氧树脂或聚酯树脂组成的复合材料,其拉伸强度、剪切强度和弯曲强度都很明显地受沸水影响,使用偶联剂可明显地降低这种损失。水及各种化学物质的影响与温度、接触时间有关,也与应力的大小、基体的性质及增强材料的几何组织、性质和预处理有关,此外还与复合材料的表面的状态有关,纤维末端暴露的材料更易受到损害。
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。其它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。填料的存在对聚合物的降解有影响,某些金属填料可通过催化作用加速降解,特别是在有氧存在的地方。树脂基复合材料的着火与降解产生的挥发性物质有关,通常加入阻燃剂减少着火的危险。某些聚合物在高温条件下可产生一层耐热焦炭,这些聚合物与尼龙、聚酯纤维等复合后,因这些增强物本身的分解导致挥发性物质产生可带走热量而冷却烧焦的聚合物,进一步提高耐热性,同时赋予复合材料以优良的力学性能,如良好的坑震性。
许多聚合物因受紫外线辐射或其它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。铅填充的聚合物可用来防止高能辐射。紫外线辐射则一般受到更多的关注,经常使用的添加剂包括炭黑、氧化锌和二氧化钛,它们的作用是吸收或者反射紫外线辐射,有些无面填料可以和可见光一样传输紫外线,产生荧光。
力学降解是另一种降解机理,当应力的增加频率超过一个键通过平移所产生的响应能力时,就发生键的断裂,由此形成的自由基还可能对下一阶段的降解模式产生影响。硬质和脆性聚合物基体应变小,可进行有或者没有链断裂的脆性断裂,而较软但粘性高的聚合物基体大多是力学降解的。
树脂基复合材料的工艺特点
树脂基复合材料的成型工艺灵活,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。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、界面脱粘和基体开裂等损伤。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。
树脂基复合材料的成型有许多不同工艺方法,连续纤维增强树脂基复合材料的材料成型一般与制品的成型同时完成,再辅以少量的切削加工和连接即成成品;随机分布短纤维和颗粒增强塑料可先制成各种形式的预混料,然后进行挤压、模塑成型。
组合复合效应
复合体系具有两种或两种以上的优越性能,称为组合复合效应贫下中农站这样的情况很多,许多的力学性能优异的树脂基复合材料同时具有其它的功能性,下面列举几个典型的例子。
1、光学性能与力学性能的组合复合
纤维增强塑料,如玻璃纤维增强聚酯复合材料,同时具有充分的透光性和足够的比强度,对于需要透光的建筑结构制品是很有用的。
2、电性能与力学性能的组合复合
玻璃纤维增强树脂基复合材料具有良好的力学性能,同时又是一种优良的电绝缘材料,用于制造各种仪表、电机与电器的绝缘零件,在高频作用下仍能保持良好的介电性能,又具有电磁波穿透性,适制作雷达天线罩。聚合物基体中引入炭黑、石墨、酞花菁络合物或金属粉等导电填料制成的复合材料具有导电性能,同时具有高分子材料的力学性能和其它特性。
3、热性能与力学性能的组合复合
①耐热性能
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。
②耐烧蚀性能
航空航天飞行器的工作处于严酷的环境中,必须有防护材料进行保护;耐烧蚀材料靠材料本身的烧蚀带走热量而起到防护作用。玻璃纤维、石英纤维及碳纤维增强的酚醛树脂是成功的烧蚀材料。酚醛树脂遇到高温立即碳化形成耐热性高的碳原子骨架;玻璃纤维还可部分气化,在表面残留下几乎是纯的二氧化硅,它具有相当高的粘结性能。两方面的作用,使酚醛玻璃钢具有极高的耐烧蚀性能。
❺ 高性能树脂基复合材料的内容简介
本书是根据材料类专业硕士研究生培养疗案和课程设置的要求编写的,共6章,主要专介绍了高性属能复合材料基体(如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、芳基乙炔树脂、硅炔树脂、硼硅炔树脂等)的结构与性能、合成方法和固化性能;高性能增强材料(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维、陶瓷纤维等)的结构与性能、制造方法;复合材料的界面;高性能树脂基复合材料的成型工艺,如缠绕成型、拉挤成型、袋压成型、模压成型等。
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常用塑料性能介绍--聚砜(、PSF) 2007-10-20 16:35
聚砜(PSU、PSF)的介绍
聚砜(PSU)Polysulphone 玻璃化温度:185℃
聚砜(PSU)是一类在分子主链上含有砜基的芳香族非结晶高性能的热塑性工程塑料。分为透明、不透明和填充品级3种规格。由于聚砜的主链为苯环,通过醚、砜、异丙基等基“铰链“联接而成,因此兼有聚芳砜的刚性、耐热性及聚芳醚的柔性。PSU是透明、水解稳定的塑料,尺寸稳定性好,在室温下具有良好的形变稳定性;加热形变温度为175℃,具有突出的热稳定性,长期使用温度为160℃,短期使用温度为190℃,能在-100℃~+150℃范围内保持良好的性能。PSU具有优良的力学性能,拉伸强度为70~75MPa,弯曲模量2680MPa,并具有突出的长期耐蠕变性,在长期时间使用过程中机械性能仍能保持不变。PSU还具有优异的介电性能,即使放置在水中或190℃下仍能保持很高的介电性能,在150℃下长时间热老化时,其物理性能和电性能变化甚小,且耐蒸汽性能优良,它的寿命在145℃蒸汽下至少为12年,同时在宽的温度和频率范围内保持良好的电性性能,其耐燃性能满足更严格的安全要求,在耐辐射性方面为塑料的最佳品种。PSU易于加工成型、能达到精密的公差,除浓硝酸、浓硫酸外,对其他酸、碱、醇、脂肪烃等化学物品稳定。
PSF的分子结构式如下图:
PSU的制备方法:工业上,PSU的制备方法是先由氯苯与氯磺酸反应制成对氯苯磺酰氯,再与氯苯在三氯化铝催化下缩合成4,4‘-二氯二苯砜。接着与由双酚A和氢氧化钠在二甲基亚砜等溶剂存在下反应生成的双酚A钠盐反应缩聚成PSU。
PSU的应用状况:PSU的应用十分广泛,在电子电气领域,PSU可用于制作各种接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽、绝缘套管、线圈骨架、接线柱和集电环等电气零件,印刷电路板、轴套、罩、TV系统零件、电容器薄膜、电刷座、碱性蓄电池盒等;在汽车、航空领域,PSU可用于制作防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、雷管、电子发火装置元件、灯具部件、飞机内部配件和飞机外部零件、宇航器外部防护罩等。还可用于PSU制作照明器档板、电传动装置、传感器等,世界市场上用来制作机舱部件的聚砜类聚合物需求在继续增长,主要是由于这类聚合物燃烧时释放的热量少、产生的烟雾少,有毒气体扩散量少,完全符合安全规定的使用要求;在厨房用品市场上,PSU可代替玻璃及不锈钢制品用于制造蒸汽餐盘、咖啡盛器、微波烹调器、牛奶及农产品盛器,蛋炊具及挤奶器部件、饮料和食品分配器等产品。PSU为无毒制品,可制成反复与食品接触的用具。PSU作为透明新材料,耐热水、水解稳定性优于其他任何一种热塑性塑料,故可用于制作咖啡壶等。用PSU制作的连接管,用于玻纤或玻纤增强的聚酯砌面,管外层强度高,管内层耐化学品,较钢管轻,且透明,便于临控,常用于食品工业和制作强光灯的灯盏;在卫生及医疗器械方面,PSU可用于制作外科手术盘、喷雾器、加湿器、接触透镜夹具、流量控制器、器械罩、牙科器械、液体容器、起搏器、呼吸器和实验室器械等。PSU用于制作各种医疗制品较玻璃制品成本低,而且不易破裂,故可用于仪器外壳,齿科仪器,心瓣盒,刀片清理系统,软接触镜片的成型盒,微型过滤器,渗析膜等。PSU还可用于镶牙,其粘接强度比丙烯酸高一倍;在日用品方面,PSU可用于制作加湿器、吹风机、服装汽蒸、照相机盒,放映机元器件等耐热、耐水解产品。经0.4~1.6MGy辐射和良好干燥过的PSU粒料,在310℃和模温170℃下很容易注塑成型,适用于层压材料的粘合剂,所有带硅烷的聚砜如PSU-SR、PKXR等均可作为粘合剂,用于上浆玻纤和石墨纤维制作复合材料,用石墨织物增强的带硅烷基的PSU,可制作升降舵等飞机部件。PSU在加上固体润滑剂聚四氟乙烯后,可增加耐磨性和物理机械性能,也应用于制备耐磨性涂料;除此之外,PSU还可制造各种化工加工设备(如泵外罩、塔外保护层等)、食品加工设备、污染控制设备、奶制品加工设备及工程、建筑、化工用管道等。
PSU开发利用前景:目前PSU主要用于电子、电气方面。电子、电气向小型、轻量、耐高温方向发展,促进了PSU消费的增长。在汽车,航天、医疗、卫生中PSU的需求量仍在保持稳定增长的势头。美国1997年消耗砜树脂近1330吨,绝大部分为PSU,年需求增长率为8%~10%,其消费分配为电子、电气占35%,食品、日用品占25%,汽车、航空等占15%,医疗占12%,工业占4%,其他占9%;西欧1997年PSU的消费量为2500吨,其用途分配为电子、电气占46%,汽车、航空占28%,医疗设备占10%,工业占10%,其他占6%。西欧对PSU的年消费增长率为14%~17%,到2000年,需求量可达近4000吨;日本1997年PSU的消费量为950吨,年均增长率为7%~8%,到2000年需求量将达到约1200吨。日本在光学应用领域内,在透镜生产中,PSU已取代PMMA和PC,这些光学传感器可用于自动控制器内,已形成市场规模。此外,在保险盒的应用中,也消耗掉100吨PSU树脂。目前我国PSU的生产能力不足700吨/年,产量约400吨/年,生产厂家主要有上海曙光化工厂(300吨/年)、大连第一塑料厂(200吨/年)和吉林大学(200吨/年)等,大多处于中试生产规模,产量难以满足国内市场的需求,还需靠进口来弥补;另外产品在质量上同国外相比也有很大差距。国内在食品、卫生、医疗等领域内的应用开发工作仅处于初始阶段,改性合金产品还有待于进一步开发。因此发展聚砜产品将会大有可为,开发利用前景广阔。
聚砜(PSF)介绍
聚砜是分子主链中含有链节的热塑性树脂,英文名Polysalfone(简称PSF或PSU)有普通双酚A型PSF(即通常所说的PSF),聚芳砜和聚醚砜二种。
PSF是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物,力学性能优异,刚性大,耐磨、高强度,即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点,其范围为为-100~150℃,长期使用温度为160℃,短期使用温度为 190℃,热稳定性高,耐水解,尺寸稳定性好,成型收缩率小,无毒,耐辐射,耐燃,有熄性。在宽广的温度和频率范围内有优良的电性能。化学稳定性好,除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外,能耐一般酸、碱、盐、在酮,酯中溶胀。耐紫外线和耐候性较差。耐疲劳强度差是主要缺点。
PSF成型前要预干燥至水份含量小于0.05%。PSF可进行注塑、模压、挤出、热成型、吹塑等成型加工,熔体粘度高,控制粘度是加工关键,加工后宜进行热处理,消除内应力。
PSF可做成精密尺寸制品。主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗和一般工业等部门,制作各种接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽,绝缘套管、线圈骨架、接线柱,印刷电路板、轴套、罩、电视系统零件、电容器薄膜,电刷座,碱性蓄电池盒、电线电缆包覆。
PSF还可做防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、飞机内外部零配件、宇航器外部防护罩,照相器档板,灯具部件、传感器。代替玻璃和不锈钢做蒸汽餐盘,咖啡盛器,微波烹调器、牛奶盛器、挤奶器部件、饮料和食品分配器。卫生及医疗器械方面有外科手术盘、喷雾器、加湿器、牙科器械、流量控制器、起槽器和实验室器械,还可用于镶牙,粘接强度高,还可做化工设备(泵外罩、塔外保护层、耐酸喷嘴、管道、阀门容器)、食品加工设备,奶制品加工设备、环保控制传染设备。
聚芳砜(PASF)和聚醚砜(PES)耐热性更好,在高温下仍保持优良机械性能。
聚砜—新世纪的塑料新星 【2003-2-27】
聚砜(PSF)因具有优异的物理机械和热性能、耐高温蠕变、耐水解、无毒、电绝缘性好及耐紫外线,并且其产品质轻、成本低,不但能取代各种塑料,也可代替金属,能用注射、挤出、模压等通用的方法进行加工,在电子、机械、仪表、医疗器械、航空、汽车等领域内已经获得了广泛的应用,并保持稳定的增长势头。
电子电气领域:电子电气目前是PSF的消费大户,电子电气向小型、轻量、耐高温方向发展,促进了PSF消费的增长。PSF可用于制作各种接触器、接触件、变压器绝缘件、可控硅帽、绝缘套管、线圈骨架、接线柱和电环等电气零件、印刷电路板、轴套、罩、影视系统零件、电容器薄膜、电刷座、碱性蓄电池盒等。
汽车、航空领域:在航空航天和汽车制造领域,PSF适用于制作防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、雷管、电子发火装置元件、灯具部件、飞机内部配件和飞机外部零件、宇航器外部防护罩等。此外,PSF还可以制作照明器挡板、电传动装置、传感器。在世界范围内,用来制作机舱部件的聚砜类聚合物需求在不断增长,主要是由于这类聚合物燃烧时释放的热量少,产生的烟雾少,有毒气体扩散量少,完全符合安全的使用要求。
炊具、食品加工机械:PSF为美国FDA确认的无毒制品,可制成反复与食物接触的用具。PSF作为透明新材料,耐热水、水解稳定性优于其他热塑性塑料,可代替玻璃及不锈钢制品,能达到需要的性能标准。
在厨房用品市场上,PSF产品有蒸汽餐盘、咖啡盛器、微波烹调器、牛奶及农产品盛器、蛋炊具及挤奶器部件、饮料和食品分配器等。在食品包装方面,PSF可用于各种容器内器皿,利用其透微波性好的特点来制作微波器皿。此外,PSF还可用作连接管,管的外层强度高,内层耐化学品,较钢管轻且透明,便于临控,常用于食品工业和制作强光灯的灯罩。
在卫生、医疗领域,PSF完全符合卫生要求,能经得起130℃蒸汽反复消毒,用于卫生医疗器械可代替不锈钢、铝等以降低成本。可用PSF制作的医疗器械有:外科手术盘、喷雾器、加湿器、接触透镜夹具、流量控制器、器械罩、牙科器械、起博器、呼吸器等。用PSF制作的医疗制品较玻璃制品成本低、而且不易破裂,故用于仪器外壳、齿科仪器、心瓣盒、刀片清理系统、软接触镜片的成型盒、微型过滤器、透析膜等。还可用于镶牙,其强度比聚丙烯酸酯高一倍。
日用品应用领域:用PSF制作的日用品主要为耐热耐水解的产品,有加湿器、蒸汽熨斗、照相机盒、放映机元件等。
粘合剂、涂料:所有带硅烷的聚砜均可作为粘合剂。用于上浆玻纤和石墨纤维,制作复合材料。用石墨织物增强的带硅烷基的PSF可制作升降舵等飞机部件。PSF和固体润滑剂聚四氟乙烯并用,可制作耐磨性涂料。
工业应用领域PSF还可以制造各种化工加工设备,有泵外罩、塔外保护层、食品加工设备、污染控制设备、奶制品加工设备及工程、建筑、化工用管道等。
美国对PSF的年需求增长率为8%~10%、西欧对PSF的年需求增长率为14%~17%、日本对PSF的年需求增长率为7%~8%PSF。聚砜在国际市场上供不应求,美国、西欧、日本均需进口。在国内,食品、卫生、医疗等领域内的应用与开发尚处于初始阶段,从发展趋势来看,对PSF的需求将会持续稳定增长。
聚砜类树脂简介
聚砜类树脂是20世纪60年代中期以后出现的一类热塑性工程塑料,是一类主链上含有砜荃和芳核的非结晶性热塑性工程塑料。按其化学结构可分为脂族聚砜和芳族聚砜。脂族聚砜不耐碱,不耐热,无实用价值,而芳族聚砜中的双酚A聚砜及其改性产品--非双酚A的聚芳砜,以及聚醚砜,则有较广泛的用途,是业已商业化生产的高分子量聚砜树脂。双酚A聚砜树脂是美国联碳公司(UCC)于1965年开发成功的,商品名为Udel polysuifone;聚芳砜是美国3M公司在1967年开发成功的,商品名为Astrel;聚醚砜由英国卜内门公司(ICI)于1972年开发成功的,商品名为Victrex。聚砜类树脂结构中的氧都具有高度共振二芳基砜集团,硫原子处于完全氧化状态,砜基的高共振使聚砜类树脂具有极其出色的耐氧化性能和耐热性能,具有出色的熔融稳定性,这些都是高温模塑和挤出成型必须具备的加工性能。
聚砜
聚砜(PSF)是一种透明、耐高温、极稳定的高性能热塑性工程塑料。它具有无定形性、低燃烧性、冒烟性小,在将近玻璃化转变温度374°F时仍保持很好的介电性能。这些性质主要是由聚砜的分子结构中二芳砜基团决定的。这种基团有从苯环上吸电子的趋势。砜基团的对位氧原子共振并且产生抗氧化性。高共振也使键有所增强,使基团形成平面结构。因此在高温条件下,该聚合物具有很好的热稳定性和刚度。醚键使分子链具有柔曲性,所以具有很好的冲击强度。因为连接苯环的键具有水解稳定性,所以聚机不易水解并且耐酸、碱溶液。
聚砜(PSF)可通过一般的热塑性塑料加工设备进行加工,但需在高温条件下。在注塑、挤出、热成型前,必须对之进行干燥。
聚砜(PSF)的性能:
聚砜耐酸、碱、盐溶液并且耐洗涤剂、油以及醇类,甚至在有压力高温条件下也行。它不耐于极性溶剂如酮、卤代烃以及芳烃。
聚砜可以在300°F蒸汽中连续使用。在180°F水中,最大承受压力为13.8MPa(静态负荷)和 17.2 MPa(间歇负荷)。为保持长期透明性和抗冲击性不变,于180°F水中,其最大承受压力为3.5MP(静态负荷)、6.9MPa(间歇负荷)。水温度越低,其承受压力越高:例如在72°F时,最大承受压力为20.7MPa(静态负荷)、24.7MPa(间歇负荷)。在室温20.7MPa压力下,经过10000h,聚砜的蠕变(应变)只有1%。在210°F、2.07MPa的应力下,经过1年后,总应变仍低于2%。在300°F长期使用后,聚砜的强度和模量增加10%,绝缘强度保持90%,抗冲击强度保持70%。聚砜的拉伸冲击强度可达200ft.lb/in2。当暴露在高温下的开始几个月中,如300°F会产生退火效应而可降低其30%的性能值。但这些性质在两年测试期中保持恒定。
美国保险商协会实验室定出聚砜可在320°F下连续使用。由于它的玻璃化转变温度(Tg)为374°F,所以它在间歇使用时可承受更高的温度。Amoco公司Udel牌的聚砜已被美国食品和药物管局(FDA)认可并且应用于食品行业,一次或多次应用。
聚砜具有很好的综合电性能:尽管介电常数和损耗因素很低,但仍具有高介电强度和体积电阻率。并且可以在很广的温度和频率(甚至微波频率)范围内保持恒定不变。
聚砜可以进行镍和铜的化学电镀并具有20 lb/in的粘结强度。
聚砜的品级:聚砚的注塑级、挤塑级中都有透明和不透明产品。还有特殊的医用级可符合美国药典 XIX Class VI的要求。
聚砜的应用
聚砜广泛应用于需要灭菌的医用设备部件。
聚砜在食品加工设备中的应用包括:蒸汽平锅、咖啡滤器、制咖啡机具、挤奶机具、钳子、刮刀片和管子。
聚砜在管道应用中可代替金属,包括阀门组件和管道配件。它具有耐氯气、防腐蚀等的优点。
聚砜可用于许多半透膜,如肾透析。反渗透和超滤等。
电子、电器应用包括连接器、熔断器。电池壳体、开关、电容器膜以及集成电路板。
在化学加工设备应用中,如用于泵。滤板、塔填料和防腐管材。
聚砜的成型加工性能
聚砜可采用注射、挤出、吹塑、旋转等各种方法成型。通用级、熔化流动级适用于注射、挤出成型;高分子量的型号可采用吹塑、挤出成型。树脂本身呈透明琥珀色并可以着色。也可与玻璃纤维、无机填料、碳纤维以及氟塑料制成复合物。
聚砜在成型过程中对剪切速率不敏感,粘度较高,熔融流动中的分子定向较低,易获得均匀的制品,易进行规格和形状的调整,适合于挤出成型加工异形制品。
1.聚砚的流动性:在当剪切速率较低时,低密度聚乙烯与聚苯乙烯的熔融粘度要高于聚砜和聚碳酸酯。但随着剪切速率增加,由于流动方向的定向度降低,LDPE和PS的熔融核度急剧下降,而PC和PSF的变化不大。在高温时粘度都较低。在成型加工时可以调整螺筒与棋具的温度来控制其流动性。PSF的粘度—温度曲线的斜率与PC一致,故挤出机、注射机和模具若采用与PC相同的成型设备,便可获得较好的PSF制品。
2.原料干燥:PSF原料在成型前必须充分干燥,否则制品表面会出现气泡、银丝现象。一般库存的原料含湿率约0.3%,须干操到0.05%以下。下角料经粉碎、干燥后可再生利用。
3.成型加工
4.模具:设计模具时应注意使熔融流动的阻力最小,采用高温高压注射成型时应使物料流程最短。注射嘴直径应大于3mm,当制品尺寸达100mm时注射嘴直径应大于4mm。
❼ 高性能纤维复合材料有哪些
复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料应用广泛,主要在基础建设和建筑工程领域、交通运输领域、汽车复合材料、能源与环保领域、航空航天领域。其中,风电、高铁和汽车、高温气脱硫、军工用复合材料是发展热点领域。
高性能复合材料顾名思义,就是性能较高的复合材料。
按照合成的原料不同,高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等,其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维,而碳纤维尤其值得关注。
据美国市场研究机构提供的数字,2015年前,全球碳纤维市场需求将保持13%的增长,而我国对碳纤维的需求增速却明显快于全球。据估计,至2015年,我国对碳纤维总体需求将达1.6万吨。而根据新材料产业规划,“十二五”末我国碳纤维产能为1.2万吨。
而目前碳纤维新材料已进入快速扩张期,未来航天航空、油气开发、汽车、电子等领域将带动碳纤维材料需求大幅增长。据了解,日、美、德等国技术垄断集中度较高,原丝、炭化等关键环节由日、美等国控制,其中,小丝束碳纤维生产基本上被东丽、东邦和三菱等日本企业所控制,三者市场占有率达到70%左右,大丝束则主要由美国卓尔泰克、德国西格里和日本东邦控制,市场占有率为80%左右。
❽ 碳纤维增强树脂基复合材料有哪些性能
碳纤维增强树脂基复合材料rarhnn fiber reinforced resin matrix composite以碳纤维及其制品增强的树脂基复合材 料。
这种回复合材料比强度和模量答高,其,卜比模量是芳纶增强 复台材料的2倍,是玻璃纤维增强复合材料的4一5佑,抗蠕 变性能也优于这二者,耐疲劳性能优良,摩擦系数和磨损率 低,具有自润滑性;耐热性能取决于树脂,如酚醛树脂可耐 2}nr ,聚酞亚胺可耐31D},;导热、导电性能良好;热膨胀系 数小,耐化学腐蚀性能优良。缺点是层间剪切强度和冲击强 度低,价格昂贵。主要成型工艺有接触成型(手糊)、缠绕成 型、低压(袋压、热压罐)成型及层压和模压成型等。主要应用 十航空航大工业中作主、次及非承力结构材料,如机翼、副翼、 尾翼、喷管、火箭壳体等,少量用于某些医疗器械、体育用品及 自润滑耐磨机械零件,如齿轮、轴承等。