高分子材料概论.doc

1、材料科学：一门应用性的基础学科。用化学组成和结构的原理来阐明材料性能的规律性，进而研究和发展具有指定性能的新材料。2、复合材料的定义:复合材料是由两种或两种以上单一材料构成的，具有一些新性能的材料由两个或两个以上独立的物理相，包含粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物。3、复合材料的命名复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。碳纤维环氧树脂复合材料碳/环氧复合材料碳/金属复合材料碳/碳复合材料复合材料的分类：按材料的化学性质：金属材料非金属材料按材料的物理性质绝缘材料 导电材料 透光材料 半导体材料 磁性材料 耐高温材料 按材料的用途 航空材料 包装材料 电工材料建筑材料 耐烧蚀材料4、聚合物基复合材料的特性：比强度、比模量高5、作用：在强度和刚度相同的情况下，结构质量可以减轻，或尺寸减小。这在节省能源，提高构件的使用性能方面，是现有其他材料所不能比拟的。另外：其他基体的复合材料，凡是用作结构材料的，其比强度，比模量大都比原来单一的基体材料高得多。6、耐疲劳性能好 减震性好各向异性和可设计性：可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不同，选取相应的材料及铺层设计满足既定的要求。FRC的这一特点可以实现制件的优化设计，做到安全可靠、经济合理。材料与结构的统一性制造材料的同时，获得了制件。复杂制件一次成型。零件数目减少-减轻了部件质量。降低了应力集中 聚合物基复合材料存在的缺点：材料工艺的稳定性差 材料性能的分散性大长期耐高温与环境老化性能不好抗冲击性能低 横向强度和层间剪切强度不够好。7、聚合物的种类：按性能和用途分类：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料、功能高分子等8、塑料：塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件(温度、压力等)下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。 特点：密度小，强度比较高，具有良好的机械性能、电性能、光性能和化学稳定性。9、根据受热后形态性能表现的不同：热塑性塑料：受热软化，冷却变硬，软化和变硬可重复、循环 所包含的高分子聚合物属于线型或支链型分子结构热塑性塑料约占全部塑料产量的60%，产量最大、应用最广泛的是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯（占热塑性塑料总产量的80%以上）热固性塑料：一旦形成交联聚合物，受热后不能再回复到可塑状态。最后的固化阶段和成型过程是同时进行的，所得的制品是不熔不溶的。基本组分是体型网状结构的聚合物，所以一般都是刚性的，而且大都含有填料。工业上重要的品种有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料及有机硅塑料等。10、按塑料的使用范围：通用塑料 产量大、价格较低、力学性能一般、主要作非结构材料使用的塑料，如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。工程塑料 一般指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，具有优异的力学性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性。主要品种有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。塑料的优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成型加工。塑料的缺点是：力学性能比金属材料差，表面硬度低，大多数品种易燃，耐热性也较差。11、单组分塑料：基本上是由聚合物组成或仅含少量辅助物料。如：聚四氟乙烯，聚乙烯、聚丙烯等。多组分塑料：大多数的塑料均为多组分体系。除基本组分聚合物之外，尚包含各种添加剂。12、添加剂：改进材料力学性能 填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂 提高使用过程耐老化性的各种稳定剂 改进耐燃性 阻燃剂 有助于加工 润滑剂、热稳定剂13、以不饱和聚酯树脂为基础的塑料，经玻璃纤维增强后的塑料俗称玻璃钢。14、树脂：指制造塑料制品所用的高分子原料。凡未经加工的任何高聚物都可称为树脂。聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的相对分子质量不高的聚合物。不饱和聚酯树脂：指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体中的溶液。15、组成：酸不饱和二元酸（顺丁烯二酸酐）混以一定量的饱和二元酸（邻苯二甲酸和邻苯二甲酸酐）醇 饱和二元醇交联单体 苯乙烯等引发剂 引发树脂与交联单体的交联反应加速剂 促进引发剂的引发反应，不同的引发剂要与不同的加速剂配套使用阻聚剂 延长不饱和聚酯的初聚物的存放时间触变剂 PVC粉、二氧化硅等，使树脂在外力作用下变成流动性液体，外力消失时恢复到高粘度的不流动状态原料先缩聚获得线型初聚物，再在引发剂作用下固化交联形成体型结构。16、不饱和聚酯树脂的合成原理： 17、纤维是指长度比其直径大很多倍，并具有一定柔韧性的纤细物质。供纺织用的纤维，长度与直径之比一般大于1000 :1。18、纤维包括天然纤维和化学纤维（无机化学纤维：玻璃纤维、陶瓷纤维、碳素纤维 有机化学纤维：人造纤维和合成纤维）19、橡胶是有机高分子弹性化合物，它在外力的作用下可以变形，而当除去外力后又能够恢复原来的形状。在很宽的温度（50150）范围内具有优异的弹性。具有独特的高弹性，良好的疲劳强度、电绝缘性、耐化学腐蚀性以及耐磨性等。合成橡胶按其性能和用途分：通用合成橡胶（性能与天然橡胶相同或相近、广泛用于制造轮胎及其他大量橡胶制品的橡胶品种如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶）和特种合成橡胶（具有耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特殊性能，用于制造特定条件下使用的橡胶制品如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶）20、涂料 涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。组成：成膜物质（聚合物或能形成聚合物的物质，涂料的基本成分，决定了涂料的基本性能，作为成膜物质必须与物体表面和颜料具有良好的结合力）、溶剂、颜料（涂料中加入颜料起装饰作用，并对物体表面起抗腐蚀作用）、增塑剂（有机添加剂：提高漆膜柔性）、填充剂（改进涂料的流动性能、提高膜层的力学性能和耐久性、光泽，并可降低涂料的成本）、催干剂（催化剂：促使聚合或交联）、增稠剂及稀释剂等。21、成膜物质：反应性（植物油或具有反应活性的低聚物、单体等所构成的成膜物质涂布于物体表面后，在一定条件下进行聚合或缩聚反应从而形成坚韧的膜层）和非反应性（溶解或分散于液体介质中的线型聚合物涂布后，由于液体介质的挥发而形成聚合物膜层）22、胶粘剂 能把各种材料紧密地结合在一起的物质。按胶接强度特性分类：结构型胶粘剂（具有足够高的胶接强度，胶接接头可经受较苛刻的条件，可用以胶接结构件）、非结构型胶粘剂（胶接强度低，主要用以非结构部件胶接）、次结构型胶粘剂（胶接强度介于结构型胶粘剂和非结构型胶粘剂之间）按主要组成成分分类：有机胶粘剂（天然胶粘剂动物胶和植物胶和合成胶粘剂热塑性树脂胶粘剂聚醋酸乙烯酯 聚酰胺。热固性树脂胶粘剂环氧树脂酚醛树脂。橡胶型胶粘剂氯丁胶丁腈胶。混合型胶粘剂环氧-酚醛酚醛-丁腈环氧-尼龙）和无机胶粘剂。组成：胶粘剂一般是以聚合物为基本组分的多组分体系。(1)增塑剂及增韧剂 提高韧性(2)固化剂(硬化剂) 用以使胶粘剂交联、固化(3)填料 用以降低固化时的收缩率、降低成本、提高抗冲强度、胶接强度、提高耐热性(4)溶剂用以溶解粘料及调节粘度，以便于施工。(5)其他辅料 如稀释剂、稳定剂、偶联剂、色料等。23、线型、体型高分子化合物的性质 线型高分子化合物：柔顺性；强度、塑性和弹性都很好；分子容易互相滑动；在适当的溶剂中可以溶解；可以熔融而不分解，成为粘度较大、能流动的液体。体型高分子化合物：巨型分子，分子的体积和分子量都没有一个限度；各个结构单元均以共价键结合，不能被溶剂分散，固不溶于任何溶剂，最多只能溶胀；加热后不软化，也不能流动；无定型，只有玻璃态，具有较高的硬度和脆性，没有塑性。24、高分子化合物的结晶与取向：聚合物的聚集态结构：在分子间力作用下，大分子相互敛集在一起所形成的组织结构。高分子化合物结构分晶态结构与非晶态（无定形）。不同于低分子物凝聚态的两个特点：1、聚合物结晶态总包含一定量的非晶相，100%结晶的情况是非常罕见的。2、凝聚结构不仅与分子链本身的结构有关，而且强烈依赖于外界条件。25、聚合物非晶态结构：非晶态结构是一个比晶态更为普遍存在的聚集形态，不仅有大量完全非晶态的聚合物，而且即使在晶态聚合物中也存在非晶区。非晶态结构包括玻璃态、橡胶态、粘流态（或熔融态）及结晶聚合物中的非晶区。非晶态聚合物的分子排列无长程有序，对X-射线衍射无清晰点阵图案。晶态结构：与低分子晶体相比，聚合物晶体具有不完善性、无完全确定的熔点、结晶速度较慢等特点。26、高分子化合物结晶能力 高分子化合物的结构：若具有极性大的基团、庞大的取代基、复杂的不对称结构或高分子量，易得到非晶态高分子化合物。需要极长时间的分子重排或由于分子之间的局部引力阻碍了它们的分子重排，使结晶速度比硬化速度小。高分子链的柔顺性：具有僵硬链的高分子化合物，结晶困难；柔顺的或中等柔顺的，并且具有规则结构的高分子化合物能生成晶态高分子化合物。27、结晶过程 聚合物结晶是高分子链从无序转变为有序的过程，有三个特点：(1)结晶必须在玻璃化温度Tg与熔点Tm之间的温度范围内进行。这是因为聚合物结晶过程与小分子化合物相似，要经历晶核形成和晶粒生长两过程。温度高于熔点Tm，高分子处于熔融状态，晶核不易形成，低于Tg，高分子链运动困难，难以规整排列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。结晶温度不同，结晶速度也不同，在某一温度时出现最大值.(2)同一聚合物在同一结晶温度下，结晶速度随结晶过程而变化。一般最初结晶速度较慢，中间有加速过程，最后结晶速度又减慢。（3）结晶聚合物没有精确的熔点，只存在一个熔融范围，也称熔限。熔限大小与结晶温度有关。结晶温度低，熔限宽，反之则窄。这是由于结晶温度较低时，高分子链的流动性较差，形成的晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因而熔限宽。结晶使高分子链规整排列，堆砌紧密，因而增强了分子链间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐热性、耐溶剂性、耐化学腐蚀性等性能得以提高，从而改善塑料的使用性能，但结晶使高弹性、断裂伸长率、抗冲击强度等性能下降，对以弹性、韧性为主要使用性能的材料是不利的。如结晶会使橡胶失去弹性，发生爆裂。28、取向：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。取向聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能不同。非晶态聚合物取向：大尺寸取向和小尺寸取向。大尺寸取向：大分子链作为整体是取向的，但就链段而言，可能并未取向。小尺寸取向：链段取向，而整个大分子链并未取向。聚合物的取向一般有两种方式：单轴取向和双轴取向29、结晶性高分子化合物：链结构规整、能结晶的高分子化合物；非结晶性高分子化合物：链结构不规整、一般不能形成晶粒的高分子化合物30、非晶态高分子：聚合物力学三态：玻璃态、高弹态、粘流态 温度-模量曲线和温度-形变曲线 在区域I，温度低，链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。在力学行为上表现为模量高(1091010 Pa)和形变小。区域II，随着温度的升高，链段运动逐渐“解冻”，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。模量降为105106 Pa左右。由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫玻璃化转变区，玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度，以Tg表示。高弹态的主要特征：1、有很大的形变，例如橡胶一类的高弹形变物质，形变可达其原来体积的1000%；2、有显著的松弛现象，即它的弹性形变是随时间而逐渐发展的。玻璃化温度的高低与高分子链的柔性有直接关系。分子链柔性越大，玻璃化温度就越低；分子刚性越大，玻璃化温度就越高。玻璃化温度是塑料使用的最高温度和橡胶使用的最低温度。Mb Ma区域III，当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状态称为粘流态。高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度，以Tf表示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区。分子量越大，Tf越高。交联聚合物由于分子链间有化学键连接，不能发生相对位移，不出现粘流态。 31、具有柔顺性的高分子化合物的粘性流动的特点：(1)链段的移动。它对粘度的影响很小，且与高分子化合物的分子量无关；(2)整个分子的移动。它对粘度的影响很大，并且与分子量有很大的关系；(3)在流动时分子链之构象有改变。 柔顺性高分子链原来的自由状态是蜷曲的，在流动时相当于施加一外作用力使高分子拉伸，增加分子间的接触和分子间的摩擦力，因此，流动过程中粘性逐渐增加。32、结晶高分子化合物的物理状态曲线1和2进行比较后可以看出，结晶了的高分子化合物在玻璃化温度以上和熔点以下时仍不转变为高弹态，因此，结晶高分子化合物作为塑料时可以扩大使用温度范围。 高分子化合物的温度-形变曲线Tg玻璃化温度； Tm熔点。当结晶高分子化合物加热到熔点以上时，可以出现高弹态，也可以直接到粘流态，这主要决定子结晶高分子化合物分子量的大小。分子量大者，就有高弹态。结晶高分子化合物在熔融后有高弹态时，对加工是不方便的。故当高分子化合物的强度已满足使用要求时，为了便于加工，总是选用分子量小一些的材料。这样，在熔融后就成为流动态。33、高分子化合物的分子质量及其分布在聚合度n4以前，任何温度范围内，其力学性能与低分子物质一样，并不显示出高分子化合物特有的高弹态。当聚合度达到n5时，开始显现高弹性能，具有高分子化合物的特征。这时的分子质量是高分子化合物的分子质量的下限。非极性分子化合物之间的作用力小，分子链柔顺，需要较高的分子质量。34、高分子化合物的分子质量的大小及其分布情况对高分子化合物的性质有很大的影响。（强度、高弹态、流动性）分子质量提高，可增大拉伸强度、伸长率及耐冲击性，还可提高耐低温脆性、耐应力开裂性及耐药性，但流动性降低。天然橡胶比合成橡胶容易加工，加配合剂也易混匀。35、为什么天然橡胶工艺性比合成橡胶好？天然橡胶的分子量的分布比较宽；低分子质量：可塑性大，可起增塑作用，改善了加工性能，利于配合剂分散均匀；高分子质量：提高物理机械性能。36、高分子化合物的机械性能：大分子链的主价力、分子间的力和大分子的柔韧性、聚合度及结晶度等 聚合度：聚合度越大，机械性能越强，大过一定程度时，此种关系不明显。结晶程度、取向结晶程度 分子间引力：分子间引力越大，高分子化合物的机械强度也越大，合成纤维材料分子中一般含有极性基团，分子间引力增加，有利于分子做定向排列。37、高分子化合物的热变形性：具有高的熔点或软化点的高分子化合物，抵抗热变形的能力较大，庞大的侧基可提高其玻璃化温度，主链上引入环状结构，主链变得僵硬，熔点升高。高分子化合物分子间进行交联，可提高玻璃化温度和熔点。热固性塑料具有较高的抵抗热变形能力：交联后的分子间不会滑动，没有软化点和熔点，只有超过分解温度时才能够使结构破坏而失去强度。38、聚合物熔体流动特点：（1）粘度大，流动性差：这是因为高分子链的流动是通过链段的位移来实现的，它不是分子链的整体迁移，而是通过链段的相继迁移来实现的，类似蚯蚓的蠕动。（2）不符合牛顿流动规律：在流动过程中粘度随切变速率的增加而下降。（假塑性流体）。（3）熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作用下，高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出弹性行为。39、复合材料选用聚合物的原则：聚合物复合材料是以合成树脂为主的基体材料，合成树脂首先要具有较高的力学性能、介电性能、耐热性能等，并要施工方便，有良好的工艺性能。酚醛树脂：优点：耐热性好，能耐瞬时超高温，电性能良好，耐腐蚀性好，原料来源充足，价格低，广泛应用于电机、电器的绝缘材料和耐高温的烧蚀材料。缺点：一般必须高温、高压成型，机械强度较差，在大型制品上的应用受到限制。环氧树脂：优点：与增强材料的粘结力强，机械强度高，介电性能优良，耐化学腐蚀性好。聚酯树脂：优点：适应性广，工艺性好、粘度低，可在室温下固化，固化过程中没有低分子副产物，可制造大型异形制品。广泛地应用于汽车、造船及航空等工业方面。缺点：力学性能不如环氧树脂，耐热性较差，很少用于受力较强的制品。40、复合材料选用聚合物要考虑的因素：(1)产品性能：根据产品的主要要求选择适当的聚合物(2)对纤维应有良好的浸润性和粘附力(3)具有良好的工艺性。在成型中要求胶液的粘度低而稳定，使用寿命适当，成型和固化温度不能太高，配方中不能含有难挥发的溶剂。1)粘度：低粘度胶液是保证纤维浸润性好的必要条件2)温度3)使用寿命4)毒性要低，刺激性要小5)来源方便，价格低廉。41、不饱和聚酯树脂 聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键。不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。物理性质：耐热性力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。耐化学腐蚀性能。介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。化学性质：不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。主链上的双键可以和乙烯基单体发生共聚交联反应，使不饱和聚酯树脂从可溶、可熔状态转变成不溶、不熔状态。主链上的酯键可以发生水解反应，酸或碱可以加速该反应。若与苯乙烯共聚交联后，则可以大大地降低水解反应的发生。在酸性介质中，水解是可逆的，不完全的，所以，聚酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，由于形成了共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的，所以聚酯耐碱性较差。优点：适应性广，工艺性好、粘度低，可在室温下固化，固化过程中没有低分子副产物，可制造大型异形制品。广泛地应用于汽车、造船及航空等工业方面。缺点：力学性能不如环氧树脂，耐热性较差，很少用于受力较强的制品42、能带理论：在绝对零度时，半导体的原子其价带是满的，而导带是空的；导带与价带之间的禁带一般只有0.6 eV。43、2.什么是N型半导体？P型半导体？两者区别是什么？N型半导体（电子型半导体）：本征半导体中掺入五价杂质元素如锑。自由电子是多数载流子(多子),主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子(少子),由本征激发形成。锑原子上额外的电子与锑原子结合松弛，它们所处的能级(施主能级)与导带十分接近，在通常温度下，施主能级都离解，电子提供给导带，形成N型半导体。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子。2、 P型半导体（空穴型半导体）：在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体。杂质原子的空位很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。44、增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料。增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且能降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面赋予复合材料新的性能。增强材料种类：物理形态：纤维状（玻璃纤维、碳纤维与石墨纤维、硼纤维、芳纶纤维等）、片状、颗粒状增强材料等。45、(1)以玻璃原料成分分类：这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。一般以不同的含碱量来区分：无碱玻璃纤维(通称E玻璃)：国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5，国外一般为1左右；中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.512.5；特种玻璃纤维：如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅铝钙镁系耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维；石英纤维等。 (2)以单丝直径分类：玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种：粗纤维：30m；初级纤维：20m 中级纤维：10m20m；高级纤维：3m10m(亦称纺织纤维)；超细纤维：单丝直径小于4m。(3) 以纤维外观分类：有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于纺织)；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃粉及磨细纤维等。(4)以纤维特性分类：以纤维本身具有的性能可分为：高强玻璃纤维；高模量玻璃纤维；耐高温玻璃纤维；耐碱玻璃纤维；耐酸玻璃纤维；普通玻璃纤维(指无碱及中碱玻璃纤维)。46、玻璃纤维的结构：微晶结构假说：玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子”组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填充。网络结构假说：玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。47、玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)等。以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃；以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容易排除，它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助溶的目的。氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性和化学稳定性会相应的降低。加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。48、玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍？微裂纹假说：玻璃的理论强度很高，可达2000MPa12000MPa，但实测强度很低：在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹，大大降低了强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，微裂纹处产生应力集中，从而使强度下降。玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少；玻璃纤维的断面较小，使微裂纹存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。分子取向假说：在玻璃纤维成型过程中，由于拉丝机的牵引作用，使玻璃纤维分子产生定向排列，从而提高了玻璃纤维强度。49、影响玻璃纤维强度的因素：纤维直径和长度对拉伸强度的影响：直径越细，拉伸强度越高。随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降。化学组成对拉伸强度的影响含碱量越高，强度越低。无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高20%。无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、结构键能大。氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助溶的目的。氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度会相应的降低。存放时间对强度的影响：玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低纤维的老化。原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀。施加负荷时间对强度的影响：玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低；环境湿度较高时，尤其明显。原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使微裂纹扩展速度加速。50、玻璃纤维的弹性：玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉断时的伸长百分率。玻璃纤维的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的比例常数。影响玻璃纤维的弹性模量的主要因素：化学组成加入BeO、MgO能提高玻璃纤维的弹性模量。51、玻璃纤维的耐磨性和耐折性玻璃纤维的耐磨性和耐折性能很差，尤其在潮湿环境下玻璃纤维表面吸附水分后能加速微裂纹的扩展。改进玻璃纤维的柔性措施：表面处理0.2%阳离子活性剂水溶液处理。52、玻璃纤维的热性能：(1)玻璃纤维的导热性小。原因：纤维间的空隙较大，容积密度较小，空气导热系数低。(2)玻璃纤维的耐热性较高。53、化学成分对玻璃纤维化学稳定性的影响：玻璃纤维除氢氟酸(HF)、浓碱(NaOH)、浓磷酸外，对所有化学药品和有机溶剂有很好的化学稳定性。54、中碱玻璃纤维耐酸性好：酸与玻璃纤维表面的金属氧化物作用，金属氧化物(Na2O、K2O)离析、溶解；酸与玻璃纤维中硅酸盐作用生成硅酸，硅酸迅速聚合并凝成胶体，在玻璃表面形成一层极薄的氧化硅保护膜，实践证明Na2O、K2O有利于这层保护膜的形成。无碱玻璃纤维耐水性好：水与玻璃纤维作用，首先是侵蚀玻璃纤维表面的碱金属氧化物，水呈现碱性，随着时间增加，玻璃纤维与碱液继续作用，直至使二氧化硅骨架破坏。55、玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的二氧化硅及碱金属氧化物的含量。二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化学稳定性；碱金属氧化物会使化学稳定性降低。56、玻璃纤维的生产工艺：坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝。池窑拉丝与坩埚拉丝相比较，具有如下优点： 1.省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；2.池窑拉丝一窑可安装10块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；3.易实现自动化；4.适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；5.生产的废纱便于回炉。57、玻璃纤维纱可分无捻纱及有捻纱两种。无捻纱一般用增强型浸润剂，由原纱直接并股、络纱制成。有捻纱则多用纺织型浸润剂，原纱经过退绕、加捻、并股、络纱而制成。58、纤维支数有两种表示方法：(1)定质量法：用质量为1g的原纱的长度来表示，即： ，例如：40支纱，就是指质量为1g的原纱长40m。(2)定长法：目前国际上统一使用的方法，通称“TEX”(公制号数)。1000m长的原纱的克质量。例如：4“TEX”就是指1000m原纱质量为4g。59、捻度：单位长度内纤维与纤维之间所加的转数，以捻m为单位。Z捻(左捻)，顺时针方向加捻；S捻(右捻)，逆时针方向加捻。通过加捻可提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况，有利于纺织工序的进行。捻度过大不易被树脂浸透。无捻粗纱中的纤维是平行排列的，拉伸强度很高，易被树脂浸透，故无捻粗纱多用于缠绕高压容器及管道等，同时也用于拉挤成型、喷射成型等工艺中。60、碳纤维由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500C)碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。特点：具有高的比强度和高模量，热膨胀系数小，尺寸稳定性好。被大量用作复合材料的增强材料。61、碳纤维的分类 可根据原丝的类型、碳纤维的性能和用途进行分类：性能分类（高性能碳纤维和低性能碳纤维）和原丝类型（聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、木质素纤维基碳纤维、其它有机纤维类（各种天然纤维，再生纤维缩合多环芳香族等）以及碳纤维功能（受力结构用碳纤维、耐焰碳纤维、活性碳纤维（吸附活性）导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维）。纤维外观：（短纤维、长纤维、二（双）向织物、布的叠层结构、扭绳或编织绳）。62、碳纤维与石墨纤维的区别：碳纤维主要含无定形碳，碳含量约为95，热处理温度12001500。石墨纤维含较多的结晶碳，碳含量99以上，热处理温度2000以上。制造纤维时的温度不同造成以上差别。63、制造的方法：气相法、有机纤维碳化法。生产碳纤维的主要原料有粘胶纤维、沥青纤维、聚丙烯腈纤维等。制造高强度、高模量碳纤维多选用聚丙烯腈为原料。64、PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：预氧化（进行预氧化处理的原因：PAN的Tg低于100，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中进行碳化。先在空气中进行预氧化处理，使PAN的结构转化为稳定的梯形六元环结构，就不易熔融。另外，当加热足够长的时间，将产生纤维吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学键合）。 碳化：在4001900的惰性气氛中进行，碳纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。 石墨化：目的是使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。65、影响碳纤维强度的重要因素是纤维中的缺陷：原丝带来的缺陷；碳化过程中产生缺陷。66、碳纤维表面处理的目的：提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。达到上述目的途径：清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团；形成能与树脂起作用的中间层。1.表面清洁法2.气相氧化法3.液相氧化法4.表面涂层法67、芳纶纤维：芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号为凯芙拉（Kevlar）纤维。特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度。68、画出kevlar纤维的分子结构，解释芳纶纤维特性与结构之间的关系？芳纶纤维的分子链是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成，具有良好的规整性。致使芳纶纤维具有高度的结晶性。在纤维的轴向高度定向，分子链上的氢原子，将和其他分子链上的酰胺对的羟基结合成氢键，成为高聚物分子间的横向联结。沿纤维方向是强的共价键而在纤维的横向是较弱的氢键，这是导致芳纶纤维力学性能各向异性的主要原因。 纤维的苯环结构，使它的分子链难于旋转。高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态形成棒状结构，从而使纤维具有很高的模量。 聚合物的线性结构使分子间排列得十分紧密，在单位体积内可容纳很多聚合物分子。这种高的密实性使纤维具有较高的强度。 苯环结构由于环内电子的共轭作用使纤维具有化学稳定性。又由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性如不发生高温分解，其热焓不会有很大的变化这又使纤维在高温下不致热塑化其脆性也比交联聚合物的低。69、聚对苯撑对苯二甲酰胺的聚合：Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段：第一阶段，对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成PPTA第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制成所需要的纤维材料。70、填料：按外观形状分（粒状，中空微珠和片状，纤维状）、按功能分（增强剂和填充剂）。71、填料的主要功能是不仅能使复合材料制品价格降低，更重要的是能显著改善制品的机械性能、耐摩擦性能、热学性能、耐老化性能等。所以填料既有增量性能，又有改性作用。 有改性作用的填料称为活性填料，起稀释作用的填料称为惰性填料。活性填料与惰性填料之间没有明显的界限，随树脂品种、填料的表面处理与否、成型加工条件等不同而发生变化。同种填料在不同树脂中的作用也不相同。72、填料的形状对填充改性的影响较大。填料形状大致可分为圆球状、粒状、片状、柱状、纤维状等。一般来说，纤维状、片状填料对复合材料的机械强度有利，但对于成型加工性能不利；圆球状填料与此相反，可提高材料的成型加工性能，但降低材料的机械强度。73、圆球状的典型代表是玻璃微珠（a.玻璃微珠有实心微珠(沉珠)和空心微珠(漂珠)两种）。74、片状填料的特点是底面形状与厚度存在一定比例关系。只有当底面长径与厚度比值大于一定值时，才能大大提高复合材料的刚性。75、填料在复合材料中的作用机理主要有两种理论，即填料对复合材料的补强作用和填料在塑料中的堆砌理论。 填料的补强作用填料的补强作用可分为两种：一种是活性填料的正补强；另一种是惰性填料的负补强。其中活性填料与惰性填料没有明显的区分，在不同的场合，对于不同的树脂，活性填料与惰性填料可以相互转化。如木粉在酚醛塑料中起补强作用，在聚氯乙稀树脂中几乎没有补强作用。木粉在酚醛塑料中其相当大的用量范围内起补强作用，原因：木粉能吸收一部分冲击能量，对裂纹的发展起阻碍作用，使裂纹发展缓慢。但木粉在聚氯乙烯树脂中几乎没有补强作用。76、碳黑补强橡胶与碳黑补强酚醛塑料的原因：碳黑是具有片状结构的微晶粒，对亲油性高分子具有很高的吸附能力，碳黑表面上的吸附层厚度约为20nm左右，这种表面吸附膜的强度很大，表面上的活性基团与高聚物间形成化学键，尤其是在塑炼过程中，由于大分子链的断裂而生成的自由基与碳黑表面活性基团发生活性作用形成网状物理结构，从而提高了机械强度。碳酸钙、滑石粉等填料没有这种活性基团，所以在一般情况下为惰性填料，但经过特殊表面处理，是可以转化成活性填料的。 填料补强理论是在一定条件下，对于特定的树脂，对填料进行特殊处理才能成立，否则不但不补强，而且还大大降低复合材料的强度。补强作用的大小取决于塑料本身的本体结构、填充粒子用量、比表面积大小、表面活性、粒子大小及分布、相结构以及粒子在高聚物中集聚和分散等。最重要的因素：填料同树脂链所形成界面层的相互作用（直接作用：粒子和高分子链间直接发生作用；间接作用：粒子和高分子链之间通过表面活性剂或偶联剂发生作用），包括粒子表面对高分子链的物理或化学的作用力，又包括界面层内高分子链的取向和结晶等。对于惰性填料（即非活性填料）来说，它与基体高分子链几乎没有作用，所以没有补强效果，相反由于填料的存在，会引起应力集中，从而导致填充材料强度下降。一般来说，起补强作用的填料粒子直径在10m以下，或者填充粒子直径虽大，但表面用活性剂或偶联剂处理。77、典型填料：石墨、云母（优点：良好的电绝缘性，强的抗酸、碱和抗压性能）、高岭土、膨润土、碳酸钙（轻质碳酸钙(沉降性碳酸钙)、重质碳酸钙、胶质碳酸钙）、滑石粉、白碳黑、空心玻璃微珠78、胶衣树脂是由不同类型不饱和聚酯树脂(UP)添加触变剂、颜料、填料和助剂配制而成的特种树脂,主要用于玻璃钢制品的表面保护层。触变剂是一种使液体树脂基体（或胶衣树脂）变为流动性较好的添加剂，而撤除外力时，如搅拌或剪切间断时又或以恢复原来不易流动的状态。触变剂的作用是防止树脂在施工的斜面或垂直面上流淌，避免树脂含量在上下层不均匀现象，从而保证制品的质量。79、聚合物基复合材料：以聚合物为基体的复合材料。 复合材料可分为：增强纤维种类（玻璃纤维增强型、碳纤维增强型、芳纶纤维增强型）、基体材料性能（通用型、耐化学介质腐蚀型、耐高温型、阻燃型）、复合材料成型固化方式（常温常压固化成型、高温加压固化成型）、聚合物基体的结构形式（热固性树脂基复合材料、热塑性树脂基复合材料）。80、不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。81、不饱和聚酯树脂：分子中的双键在引发剂作用下与可聚合的乙烯类单体(交联剂)进行游离基共聚反应，使线型的聚酯分子交联成具有三向网络结构的体型大分子。82、环氧树脂：分子中含有两个或两个以上环氧基团的一类有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。活性环氧基团可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。83、酚醛树脂由酚与醛按一定的比例在酸性或碱性催化剂下相互缩合而制成的。这种树脂在加热条件下，可转变成不溶不熔的三向网状结构。一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂。84、热塑性树脂具有线型或支链型结构的一类有机高分子化合物，受热软化(或熔化)，冷却变硬，这个过程可反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯85、热固性树脂复合材料的制造方法：手糊成型法、喷涂成型法、压缩成型法、注射成型法、SMC压缩成型法、RTM成型法(注射成型法)等。热塑性复合材料的制造方法：压缩成型法、注射成型法、RTM成型法、真空热压成型法、连续缠绕成型法86、手糊成型法 基本制造工艺：底模的制作不粘处理手工铺层、涂抹固化脱模。手工成型法的特点：所用工具和工艺设备简单，成本低，能用长纤维布或短纤维布，能适应各种形状产品的成型。由于以人工为主，生产效率低，不易实行大量生产，仅适于小数量产品的制造。87、喷涂成型法 基本制造工艺：底模的制作不粘处理喷涂积层固化脱模。喷涂成型法省略了人工铺层涂抹的过程，易于实现自动控制生产，可成型较为复杂形状的制品，但仅适用于制造短纤维增强复合材料制品，且需要专门的喷射机，施工中材料浪费较大。88、压缩成型法 基本制造工艺：底模的制作不粘处理放入纤维和树脂热压固化脱模。特点：可制造大型产品，含纤维量高的产品、高强度产品，短纤维增强复合材料用得较多。89、注射成型法 基本制造工艺：底模的制作不粘处理底模的紧固注入纤维和树脂固化脱模。注射成型法的特点：易于实现自动化，易于实现大批生产。注射成型法制造的产品的纤维含有量不高，一般(体积分数)为20% 50%，多数在20% 40%之内。由于纤维和树脂的混合物在模型内的流动引起纤维的排列，产品的强度分布不均匀。注射机的注射口由于和纤维的摩擦易于磨损。90、SMC压缩成型法 是指经过热固性树脂浸渍后的、未固化的玻璃纤维/树脂预制片。SMC压缩成型法使用的原材料是SMC未固化的玻璃纤维/树脂预制片。SMC压缩成型法分两步实现：第一步是未固化的玻璃纤维/树脂预制片的制作；第二步是SMC压缩成型。SMC压缩成型法的特点：以未固化的玻璃纤维/树脂预制片为原材料，生产工序大为减少，易于实现自动化，易于大批量生产。基本成型工艺：SMC的制作底模的制作不粘处理裁剪SMC片材计量、放入SMC片材热压成型固化脱模。91、RTM成型法是一种树脂注入成型法。制造工艺主要分五步：(1)增强纤维的预成形片材的制作；(2)将纤维的预成形片材铺设在模型中；(3)给模型加压，使铺设的纤维的预成形片材在模型内按产品形状预成形；(4)利用低压(约0.45 MPa)，将树脂注入模型，使树脂均匀地渗透到纤维的预成形片材中；(5)在模型内加热固化。RTM成型法与注射成型法相比特点：注射成型法：将纤维和树脂的混合物一起注入空的模型中，仅适用于短纤维复合材料制品。 RTM成型法：先将纤维的预成形片材在模型中预成形后，注入树脂使之一体化，多用于长纤维复合材料制品。 RTM成形法优点：成本低，产品尺寸形状稳定，质量高，可适应多种热固化树脂和热塑性树脂，可适应两种以上的不同增强纤维的组合复合材料的型，也可适应多种二维编织和三维编织的复合材料制品的型。92、真空热压成型法 是一种用于先进长纤维复合材料的成型法。使用未固化的碳纤维/树脂等预制片作为原材料，然后经过铺层、真空包袋、抽真空、加热加压等过程使产品固化成型。真空热压成型法是一种将纤维的树脂浸渍过程和复合材料的成形完全分开的一种成型法。基本成型工艺流程：预制片的制作底模的制作(平板以外的产品)不粘处理铺层真空包袋热压成型固化脱模。特点：生产成本较高，产品的质量高，孔隙率低。宇宙航空工业的产品多采用此成型法制造。93、缠绕成形法 一种制造筒状复合材料制品的特殊方法。将连续纤维或布带浸渍树脂后，再缠绕到一定形状的芯模上，达到一定厚度后，通过固化脱模得到制品。需要的设备是缠绕机。94、按树脂浸渍纤维的方式和特点，复合材料成型方法可分为两大类：树脂在纤维层间渗透(渗透浸渍成型法)、树脂和纤维一起流动(流动浸渍成型法)95、影响纤维增强塑料（FRP)性能的因素：原材料、结构设计方法及成型工艺。(1)增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强度及化学稳定性等是决定FRP性能的主要因素;(2)增强材料的含量及其排布方式与方向次之;(3)增强纤维与基体树脂的界面粘结状况96、FRP的机械性能：机械性能的特点（1）比强度高（2）各向异性（3）弹性模量和层间剪切强度低（4）性能分散性大97、FRP的基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。(1)拉伸特性 对于单向增强FRP，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均随纤维体积含量Vf的增大而正比例增加。(2)压缩特性 单向FRP的压缩强度随纤维含量增加而提高，但并非成比例增长。(3)弯曲特性 FRP的弯曲强度及弹性模量都随纤维含量的上升而增加。纤维制品类型不同，方向不同，则弯曲性能亦不同。(4)剪切特性 纤维含量增大，FRP的剪切弹性模量上升，FRP的剪切特性也呈现方向性。98、疲劳特性 影响FRP疲劳特性的因素是多方面的，实验表明，静态强度高的FRP，其疲劳强度也高。与静态强度不同，每种FRP存在一个最佳体积含量，疲劳强度最高。实存在缺陷，温度上升，疲劳强度下降99、温度对于聚合物基体的影响 纤维增强材料一般具有很好的热稳定性，但树脂基体易受温度的影响。热固性树脂基体已交联成体型网状大分子，只有玻璃态和橡胶态。聚合物物理状态的改变将导致FRP的机械性能发生巨大变化。影响热固性树脂耐热性的主要因素：大分子链刚性、固化剂性质和体型树脂的固化交联密度等。大分子链刚性提高，交联密度增大，则树脂玻璃化温度升高，热变形温度升高，但同时柔韧性减小，延伸率降低，脆性增加。100、温度对FRP拉伸性能的影响 温度对 FRP拉伸强度和弹性模量的影响具有的特征：i)一般在低温范围内，拉伸性能好，随温度上升，强度降低；ii)在低温范围内，无捻粗纱布FRP于湿态下拉伸强度大，而平纹布FRP无此倾向；iii)在中温范围内，平纹布FRP在50C左右拉伸强度最高，而缎纹布和无捻粗纱布都随温度上升拉伸性能下降；iv)随着纤维含量的增加，FRP的耐热性提高。101、温度对FRP弯曲性能的影响 FRP的弯曲强度和弯曲弹性模量均随温度升高而降低。特别是温度超过70C100C后，急剧降低。102、FRP阻燃性及耐火性 阻燃性主要决定于树脂基体。聚酯中引入卤素；添加锑、磷等的化合物以及难燃的无机填料；三氧化二锑与卤素并用；磷化合物与卤素并用；氢氧化铝和水合氧化铝与卤素共用；玻璃纤维含量升高，长度增大，可抑制发烟量。103、FRP在长期的使用和贮存过程中，由于各种物理和化学因素的作用，发生的物化性能的下降或变差的现象叫劣化或老化耐化学腐蚀性 FRP具有优良的耐化学腐蚀性化学介质对FRP的腐蚀作用与玻纤作用：酸、碱和水都是通过破坏SiO2网络而腐蚀玻璃的。一般而言，玻璃纤维的耐碱性均较差，有碱玻璃纤维更甚；而耐酸性则以有碱玻璃纤维为好。与基体作用：树脂分子中活性官能团愈多，化学稳定性越差，多数化学反应不可逆。也破坏玻纤与基体界面的作用。 水