高分子材料的韧性和硬度由谁提供（部分热塑性高分子基体材料的性能）

【中塑在线讯】热塑性基体材料与上述的热固性基体材料不同。热塑性基体材料的成型是通过热塑性树脂的熔融、流动、冷却、固化的物理状态的变化而实现的，而物理状态的变化是可逆的。因此，热塑性基体材料可以反复使用。热塑性材料有很多种(50种以上)，如常见的有机玻璃(PMMA)、尼龙、塑料薄膜(Vinyl)等都是热塑性材料。最早的热塑性复合材料是1956年在美国(Fiberfil 公司)以玻璃纤维/尼龙复合材料的研制而问世的。自此以后，以玻璃纤维、碳纤维等为增强体的各种热塑性复合材料相继问世。热塑性基体材料的特点是耐冲击、断裂韧性高。但是，大多数的热塑性基体材料属低强度、低刚度、耐热性差。因此，大多数的热塑性复合材料是短纤维增强方式的，多应用于运输车辆(列车、汽车等)、土木建筑、船舶、海洋构造物、电器产品等。不同于上述的热固性基体材料，热塑性复合材料在高性能复合材料中仍占小部分。(如图2.2 所示)

图2.2 部分热塑性树脂基体的性能参数

在此，仅简单地介绍一下聚醚醚酮树脂(Polymer ether ketone，缩写PEEK)，以及聚醚胺树脂(Polyether imide，缩写PEI)这两种热塑性基体材料(表2)。

表2 部分热塑性高分子基体材料的物理性质

聚醚醚酮树脂是为了弥补热固性基体材料环氧树脂的脆性而研制的热塑性基体材料。聚醚醚酮树脂是乙醚、酮及芳香族组成的结晶高分子聚合物。其熔点在300℃ 以上，刚度和强度与环氧树脂相近，但冲击韧性和断裂韧性比环氧树脂要高的多。例如，碳纤维/环氧树脂的层间Ⅰ型断裂韧性值一般为100～150 J/m-2，而碳纤维/聚醚醚酮树脂的层间Ⅰ型断裂韧性值一般为1500J/m-2。即断裂韧性高达10 倍。此外，在受低速冲击性后，碳纤维/聚醚醚酮树脂也比碳纤维/环氧树脂显示更高的残余压缩强度。因为低速冲击性后的残余压缩强度是飞机结构设计的一项参数，因此近年来，发展高性能热塑性复合材料已引起世界各国研究人员和公司的关注。但是，聚醚醚酮树脂的成型温度和压力要求比环氧树脂要高，因此产品成型过程要复杂些，成本也高些。

图2.3 碳纤维织物增强聚醚醚酮树脂复合材料层压板

聚醚亚胺树脂是以乙醚和亚胺组成的非结晶型聚合物，是在聚酰亚胺树脂的基础上改进的热塑性亚胺树脂。聚醚亚胺树脂的玻璃化迁移温度较高，耐高温、韧性好、不易燃烧，因此，常被用来作为宇宙航空结构及军事装备等高性能热塑性复合材料。

与热固性基体材料相比，虽然热塑性基体材料在高性能连续纤维增强复合材料中的应用不多见,但自从1980年以后，碳纤维/聚醚酮树脂(Polyether ether ketone，缩写PEEK)以及碳纤维/聚醚亚胺树脂(Polyether imide，缩写PEI)等连续纤维增强热塑性基复合材料的开发成功以来，高韧性的热塑性基体材料的开发已成为复合材料基体材料研究的一个重点。此外，热塑性基体材料加温后可再加工成形的性能对智能材料的开发、材料损伤后的加温修补的研究也很有吸引力。