聚合物複合材料

概述

聚合物複合材料(polymer composites)是將強化物質添加到聚合物內，以增加所需的性質。單晶/須晶、黏土、滑石、雲母等低長寬比（aspect ratio）之片狀填充料可以提高材料的勁度（stiffness）；然而，纖維、玻璃纖維、石墨、硼等高長寬比的填充料可以同時提高拉伸強度和勁度。

缺點

複合材料也有缺點，主要由於它是兩相材料。兩種不同材料的結合總會引起內應力，引起電化學作用，這使得複合材料所受到的環境侵蝕要比任一種單獨材料嚴重。熱脹係數的差異會造成翹曲、塑性形變和開裂等。

聚合物基體

有兩類主要的聚合物基體：熱塑性的與熱固性的。截止到1994年，95%的聚合物複合材料都是熱固性的。熱塑性複合材料基本上都是與玻璃短纖維（幾毫米長）的混合物。如上面所分析的，這樣的混合併不能產生明顯的增強。熱塑性塑膠的連續纖維增強技術還是在近十年內發展起來的。隨著纖維與基體品種的不斷增加，熱塑性複合材料的地位不斷提高。

發展連續纖維增強的熱塑性塑膠的困難在於如何在連續纖維上塗復熱塑性樹脂。最早的辦法是將連續纖維拉過熔融的聚合物熔體，然後再將塗有聚合物的纖維織成布或帶；也有將預先織好的布浸入聚合物熔體的作法，但浸潤問題更難解決。

不管用上述何種方法，預浸好樹脂的纖維或布（稱為預浸料）都可以用來在模具中直接壓製成型。壓制方法是常規方法，無非是加熱、成型、冷卻，只是用預浸料代替樹脂作為原料。浸有預聚的熱固性塑膠的纖維或布也稱為預浸料。

上述將纖維拉過熔體的方法在許多方面有待改進。熔融的樹脂好像蜂蜜，可以想像將一束纖維拉過蜂蜜，使蜂蜜能夠在纖維表面塗上均勻的薄層，其難度可想而知。況且熔融的樹脂要想達到蜂蜜的低粘度需要很高的溫度，有些塑膠甚至需要340°C以上的溫度。在這樣的高溫下，不僅放出濃重的氣味，還要防止樹脂氧化。儘管這種技術遠不成熟，仍然是工業上行之有效的一種方法。

替代上述方法的是將樹脂溶於溶劑，將纖維從聚合物溶液中拉過。溶劑揮發之後，纖維上就塗了一層聚合物。這種辦法對塗復大有改善，卻又要處理溶劑揮發的問題。這種技術常用於塗復聚醯胺-醯亞胺、聚碸、聚醚醯亞胺等。溶液預浸比熔體預浸的優點在於預浸料較柔，更有粘結性。熔體預浸的纖維常常發硬，成型加工較為困難。而溶液預浸的纖維成型效率要高得多。

常用於與熱塑性塑膠複合的纖維有玻璃纖維、碳纖維、芳香尼龍等。最常用的基體有聚醯胺-醯亞胺、聚碸、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯硫醚等。用這些材料製備的複合材料在強度和剛度等方面與熱固性複合材料相當，但韌性要好得多。在成型加工方面，熱塑性複合材料要快得多，而熱固性複合材料需要等待材料的固化。這一點使這一年青的材料有非常看好的市場前景。

熱固性樹脂

熱固性聚合物是從低粘度液體開始，通過催化劑或外加能量（熱或射線）固化為固體。最早的熱固性基體是酚醛，緊隨其後的是環氧，接著是不飽和聚酯、脲醛，再接著是矽樹脂，以及更新的基體。從實用的角度看，最重要的仍然是前三種：酚醛、環氧和不飽和聚酯。