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纤维增强聚合物基复合材料研究进展
专业班级：J高分子0702姓名：许天锫
指导老师李素敏职称：讲师
摘要本文综述了纤维增强聚合物基复合材料特性和应用，总结了纤维增强热固性树脂基复合材料的研究进展，介绍了双马聚酰亚胺树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂和聚酰亚胺树脂等热固性树脂的现状及进展。分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的进展及应用，综述了纳米材料、聚合物对碳纤维环氧树脂复合材料的改性进展,探讨了其改性机理。
关键词：碳纤维环氧树脂聚合物基复合材料改性
一、概述
复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。
通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituentmaterials），它们可以是金属、陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1-2]。范围在6～8μm内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、氧等元素得以排出，成为一种接近纯碳的材料，含碳量一般都在90%以上，而本身质量却大为减轻；由于碳化过程中对纤维进行了沿轴向的预拉伸处理，使得分子沿轴向进行取向排列，因而碳纤维轴向拉伸强度大大提高，成为一种轻质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维材料。
用碳纤维和高性能的树脂基体复合而成的先进树脂基复合材料是目前用得最多，也是最重要的一种结构复合材料。此外，用天然纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维作增强体的树脂基复合材料也在快速发展。
1、纤维增强聚合物基复合材料的特性
①比强度、比模量大
碳纤维、硼纤维等有机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度比钛合金高3-5倍，比模量比金属高4倍。这种性能因增强的纤维排列不同会在一定的范围内浮动。
②耐疲劳性能好
金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏，而聚合物基复合才来哦中纤维与基体的界面能阻止材料的受力所致裂纹的扩展。因此，其疲劳破坏总能从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到结合面上，破坏前有明显的预兆。大多数金属材料的疲劳强度极限是其拉伸强度的30-50%，而碳纤维/聚酯复合材料的疲劳强度极限可为其拉伸强度的70-80%。
③减振性好
受力结构的自振频率除与结构本身形状有关外，还与结构材料比模量的平方根成正比，由于复合材料的比模量高，因此用这类材料制成的结构件具有较高的自振频率。同时，复合材料中的界面具有吸震能力，使材料的振动阻尼很高。对相同形状和尺寸的梁进行振动实验得知，轻合金梁需9秒才能停止振动，而碳纤维复合材料只需2.5秒就能停止同样大小的振动。
④过载时安全性好
复合材料中有大量独立的纤维，当材料过载而有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到破坏的纤维上，使整个构件短期内不致于是去承载能力。
⑤具有多种功能性
a、耐烧蚀性好聚合物基复合材料可以制成具有较高的比热，烧融热和气化热，可吸收高温烧蚀的大量热能。
b、有良好的摩擦性能包括良好的摩阻特性（高摩擦系数材料）及减摩特性（低摩擦系数材料）。
c、高度的电绝缘性能。
d、耐腐蚀性。
e、具有特殊的光，电、磁特性的聚合物与其它材料组成的多种功能复合材料。
2、纤维增强聚合物基复合材料在低温下的应用
纤维增强聚合物基复合材料的低温应用途径主要有3个方面【2】。
（1）结构支撑
对重量有严格要求的航天器上目前常采用碳纤维及Kevlar纤维增强环氧树脂基复合材料作为太阳电池阵结构、天线结构及椼架结构支撑材料。东方红三号通信广播卫星的太阳电池阵结构中就采用了高模量碳纤维增强环氧树脂基复合材料作为夹层结构的面板以实现减轻质量，增加有效载荷效率的目的【3,4】。
纤维增强聚合物基复合材料用于低温系统中的两类支撑定位结构形式分别是支承柱/管和支撑带，支承柱/管主要受压缩载荷，固定支撑带则主要承受拉伸载荷。支撑带低温下的应用主要涉及核磁共振元件，杜瓦及航天应用方面【5】；支撑柱/管的低温应用则包括杜瓦支撑，航天应用，高能物理加速器中超导磁体、超导磁流体动力系统及强冲击加载条件下超导磁体的支撑【6】。
对于纤维增强聚合物基复合材料关键性能的要求包括压缩模量、压缩强度、拉伸模量、拉伸强度、导热系数、