广东工业大学：《聚合物基复合材料》课程教学资源（课件讲稿）聚合物基体（不饱和聚酯，环氧树脂，聚酰亚胺）

聚合物基复合材料基体的类型 ★复合材料基体包括热固性树脂和热塑性树脂两类。 ①热固性树脂(thermosetting resin): 受热会软化，发生分子链的交联反应，这种固化反 应使其由线型转化为体型高分子结构，成为不熔不 溶状态。 上述为不可逆反应，冷却后再受热它不会变软和熔 化，强热则会分解破坏。 热固性树脂包括：环氧树脂、不饱和聚脂树脂、热 固性酚醛树脂等

1 聚合物基复合材料基体的类型 ★复合材料基体包括热固性树脂和热塑性树脂两类。 ① 热固性树脂(thermosetting resin) ： ❖ 受热会软化，发生分子链的交联反应，这种固化反 应使其由线型转化为体型高分子结构，成为不熔不 溶状态。 ❖ 上述为不可逆反应，冷却后再受热它不会变软和熔 化，强热则会分解破坏。 ❖ 热固性树脂包括：环氧树脂、不饱和聚脂树脂、热 固性酚醛树脂等

② 热塑性树脂(thermoplastic resin): 可以反复受热软化（或熔化）和冷却疑固。 热塑性树脂是线型高分子化合物。 以它为基体的复合材料能采用塑料加工的类似工艺 (如注射、模塑…)来加工。 热塑性聚合物包括：聚酰亚胺、双马来酰亚胺、热 塑性酚醛树脂、聚醚醚酮、聚醚酮酮等。 2

2 ② 热塑性树脂( thermoplastic resin)： ❖ 可以反复受热软化（或熔化）和冷却凝固。 ❖ 热塑性树脂是线型高分子化合物。 ❖ 以它为基体的复合材料能采用塑料加工的类似工艺 （如注射、模塑……）来加工。 ❖ 热塑性聚合物包括：聚酰亚胺、双马来酰亚胺、热 塑性酚醛树脂、聚醚醚酮、聚醚酮酮等

★聚合物基体 (Polymer Matrix)在复合材料 中的作用： 冬固结分散的增强体以形成复合材料整体和赋 予制件形状、 冬保护增强体不受或少受环境的不利影响、 “在复合材料受力时，向增强体传递载荷使它 们发挥承力功能、 冬决定复合材料的加工性能

3 ★聚合物基体（Polymer Matrix ）在复合材料 中的作用： ❖固结分散的增强体以形成复合材料整体和赋 予制件形状、 ❖保护增强体不受或少受环境的不利影响、 ❖在复合材料受力时，向增强体传递载荷使它 们发挥承力功能、 ❖决定复合材料的加工性能

第4章不饱和聚酯树脂 4.1概述 4.2不饱和聚酯树脂的合成 4.3不饱和聚酯树脂的应用

4 第4章 不饱和聚酯树脂 4.1 概述 4.2 不饱和聚酯树脂的合成 4.3 不饱和聚酯树脂的应用

4.1概述 不饱和聚酯树脂(nsaturated Polyester Resins, 简记为UPR或UP)是由不饱和二元羧酸（或酸 酐)、饱和二元羧酸（或酸酐） 组成的混合酸与多 元醇缩聚而成的、具有酯键和不饱和双键的线型高 分子化合物。 通常聚酯化缩聚反应是在190~220℃进行，直至达 到预期的酸值（或黏度）。 在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯 基单体，配成黏稠的液体，这样的聚合物溶液称为 不饱和聚酯树脂

5 4.1 概述 不饱和聚酯树脂（Unsaturated Polyester Resins， 简记为UPR或UP）是由不饱和二元羧酸（或酸 酐）、饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多 元醇缩聚而成的、具有酯键和不饱和双键的线型高 分子化合物。 通常聚酯化缩聚反应是在190~220℃进行，直至达 到预期的酸值（或黏度）。 在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯 基单体，配成黏稠的液体，这样的聚合物溶液称为 不饱和聚酯树脂

由于在聚酯链中存在着不饱和双键，在适当 条件下，这种聚酯可以转变为不熔不溶状态。 稍后发现，若再加入乙烯基单体，则不饱和 聚酯的固化速率可以提高30倍。这一重要发 现导致了1941年不饱和聚酯在工业上获得应 用。并诞生了现代复合材料 —玻璃纤维增 强不饱和聚酯树脂（俗称玻璃钢） 。 6

6 由于在聚酯链中存在着不饱和双键，在适当 条件下，这种聚酯可以转变为不熔不溶状态。 稍后发现，若再加入乙烯基单体，则不饱和 聚酯的固化速率可以提高30倍。这一重要发 现导致了1941年不饱和聚酯在工业上获得应 用。并诞生了现代复合材料——玻璃纤维增 强不饱和聚酯树脂（俗称玻璃钢）

中国内地不饱和聚酯树脂产销量前8名公司： 浙江天和（集团）(77k、 广东番禺福田公司(55kt)、 江苏常州亚邦化学有限公司(50k)、 福建泉州诺亚化工有限公司(28k)、 温州中侨树脂化工实业公司、 江苏富菱化工有限公司、 常州华日新材有限公司、 金陵帝斯曼树脂有限公司 南京费隆复合材料有限公司

中国内地不饱和聚酯树脂产销量前8名公司： 浙江天和(集团)(77kt)、 广东番禺福田公司 (55kt)、 江苏常州亚邦化学有限公司(50kt)、 福建泉州诺亚化工有限公司(28kt)、 温州中侨树脂化工实业公司、 江苏富菱化工有限公司、 常州华日新材有限公司、 金陵帝斯曼树脂有限公司 南京费隆复合材料有限公司

4.2不饱和聚酯树脂的合成 ☆通常不饱和聚酯是由不饱和二元羧酸或酸否酐及饱和二 元羧酸或酸酐与多元醇经缩聚反应合成。 nHO-R-OH+nHOOC-R-COOH HO0C-R-C-0-R'0-H+(2n-1)H,0 8

8 4.2 不饱和聚酯树脂的合成 ☆通常不饱和聚酯是由不饱和二元羧酸或酸酐及饱和二 元羧酸或酸酐与多元醇经缩聚反应合成。 nHO—R´—OH + nHOOC—R—COOH O ‖ HO—OC—R—Ｃ—Ｏ—R´—O—nH+(2n-1)H2O—

4.2.1不饱和聚酯树脂的合成原料 ①不饱和二元羧酸或酸酐(unsaturated diacids or anhydrides) 马来酸或酸酐Maleic acid or anhydride) 富马酸(Fumanic acid) ②饱和二元羧酸(saturated diacid)或酸酐 邻苯二甲酸酐(orthophthalic anhydride)) 间苯二甲酸(isophthalic acid) ③二元醇(diols) 乙二醇(ethylene glycol) 丙二醇(propylene glycol)

9 4.2.1 不饱和聚酯树脂的合成原料 ①不饱和二元羧酸或酸酐(unsaturated diacids or anhydrides) 马来酸或酸酐(Maleic acid or anhydride) 富马酸(Fumanic acid) ②饱和二元羧酸(saturated diacid)或酸酐 邻苯二甲酸酐(orthophthalic anhydride) 间苯二甲酸(isophthalic acid） ③二元醇(diols) 乙二醇(ethylene glycol) 丙二醇(propylene glycol)

反应物选择原则 不饱和聚酯链中存在着不饱和双键，因此可以 在加热、光照、高能辐射以及引发剂的作用下 与交联单体进行共聚，交联固化成三维网络的 体型结构。 不饱和聚酯在交联后的质性多变，这取决于所 用二元酸的类型与数量及二元醇的类型。 10

10 反应物选择原则 不饱和聚酯链中存在着不饱和双键，因此可以 在加热、光照、高能辐射以及引发剂的作用下 与交联单体进行共聚，交联固化成三维网络的 体型结构。 不饱和聚酯在交联后的质性多变，这取决于所 用二元酸的类型与数量及二元醇的类型