复合材料考试

1、1.复合材料的定义和组成复合材料：将两种或两种以上的不同材料用适当的方法复合成的一种新材料，其性能比单一材料的性能优越。复合材料由基体（连续物理相）和增强材料（不连续物理相）组成。2.举一个复合材料的例子，说明其组成、结构与应用之间的关系。玻璃纤维增强环氧树脂，承载载荷，传递载荷。玻璃纤维是增强材料，环氧树脂是基体玻璃纤维是无机增强材料，是熔融物过冷时因黏度增加而具有固体物理机械性能的无定形物体，是各向同性的均相材料。其化学组成主要是二氧化硅、三氧化硼。玻璃纤维的拉伸强度很高，耐热性较高。环氧树脂是分子中含有两个或两个环氧基基团的有机高分子化合物，其分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为特征

2、，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。环氧树脂粘附力强，优良的力学性能，良好的电性能等。玻璃纤维增强环氧树脂具有优良的的电绝缘性能，在高频下仍保持良好的介电性能，因此可作为高性能的电机、电器的绝缘材料，具有良好的透波性能，被广泛用于制造机载、地面雷达罩。3.玻璃纤维的力学性能和和影响化学稳定性的因素有哪些？影响玻璃纤维力学性能的因素：纤维的直径和长度 化学组成 存放时间 负荷时间影响玻璃纤维化学稳定性的因素：玻璃纤维直径 化学组成4.玻璃纤维的生产方法有哪几种？主要区别是什么？玻璃纤维的生产方法有坩埚法和窑池法两种区别：坩埚法生产玻璃纤维主要由制球和拉丝两部分组成。而池窑法省掉了制

3、球工艺，且拉丝操作有稳定性好，断头飞丝少，单位能耗低等特点。5.浸润剂作用是什么？使纤维粘合集束，润滑耐磨，清除静电等，保证拉丝和纺丝的顺利进行。6.制造碳纤维基本步骤纤维化 聚合物熔化或溶解后制成纤维稳定 （氧化或热固化）通常在相对低的温度（200450）和空气中进行这个过程使这些聚合物纤维在以后高温中不被熔化。碳化 碳化一般在10002000的惰性气体保护下（N2）进行，纤维经过碳化后，其含碳量一般达到85%99%石墨化 石墨化是在2500以上的氩气保护下进行的，纤维在石墨化后，碳含量达到了99%以上，同样纤维内分子排列具有很高的定向程度。7.论述丙烯腈基碳纤维生产过程中碳纤维质量的主要影

4、响因素杂质和灰尘对原丝质量的影响：造成原丝质量强度降低，而这些缺陷会保留在碳纤维中造成碳纤维产品强度下降聚合物相对分子量的影响：分子量增大，黏度加大，分子间作用力增大，分子间不易滑移，力学性能增强。但分子量也不应过高，控制在80000左右，否则粘度太大纺丝困难聚合物结晶度、分子取向度的影响：结晶度高，分子间相互作用增强，提高了聚合物的强度，分子取向度的提高也可使碳纤维的强度得以提高8UHMW-PE的生产方法和工艺流程生产方法：凝胶纺丝法超倍拉伸技术工艺流程：UHMW-PE，溶剂，抗氧剂等溶解脱泡UHMW-PE溶液挤出纺丝初生态，凝胶纤维脱溶剂干凝胶纤维加热，超倍拉伸定型UHMW-PE纤维9.是

5、比较玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维，PBO纤维，UHMW-PE纤维和陶瓷纤维的力学性能，耐热性并指出每种材料最独特的性能特点。答：1.玻璃纤维：拉伸强度很高，扭转强度和剪切强度较低，耐热性高。2.碳纤维：高强度，高模量，低密度，耐化学腐蚀性，低电阻，低热膨胀系数。3.芳纶纤维：优异的拉伸强度，拉伸模量，优良的耐热性，低密度。4.BPO纤维：高强度，高模量，耐高温，高温下不熔融，高热稳定性，吸湿性低，耐有机溶剂，耐碱性能好，柔软性能好，不耐酸，不耐光。5. UHMW-PE纤维 ： 高强度，耐热性能低，耐磨性高。6.陶瓷纤维 ： 抗拉伸强度大，抗机械振动好，弹性好，耐热性好，热导率低，热稳定性好。最独

6、特的性能：1. 玻璃纤维：拉伸强度很高。2. 碳纤维：优异耐化学腐蚀性，低电阻，耐辐射性能。3. 芳纶纤维：低密度，优良减震性能，耐磨性，抗疲劳性，尺寸稳定性，优良介质性能。4. BPO纤维：吸湿性低，阻燃性能好。5. UHMW-PE纤维：耐腐蚀，耐海水，耐磨，耐紫外线辐射，耐冲击。6. 陶瓷纤维：很低的介电损耗和介电常数。10.试总结得到高性能纤维的方法，并举例。答：所谓高性能纤维指在外部作用下不易发生反应，或具备高弹性系数，高强度，高模量，或有良好耐热性，耐气候性，耐摩擦性，耐化学性及高绝缘性的纤维材料。方法：1.坩埚法和池窑法， 制造玻璃纤维2.热解有机纤维， 制造碳纤维3.凝胶纺丝法，

7、 制造高性能UHMW-PE纤维4.熔融纺丝法及淤浆纺丝法， 制造高性能Al2O3纤维5.化学气相沉积法及先驱体法， 制造高性能Sie纤维6.无机或有机先驱转化法， 制造高性能氧化硼纤维。1.复合材料界面有哪些机能？答：1.传递效应：将外力传递给增强物，起桥梁作用。2.阻断效应：阻止裂纹扩展，中断材料破环，减缓应力集中。3不连续效应：在界面上产生物理性能不连续现象4散射和吸收效应：光波和声波等在界面上产生散射和吸收。5.诱导效应：增强的表面结构使聚合物基本与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由产生一些现象，如高弹性，低膨胀性，耐冲击性等。2.复合材料界面形成分为哪两个阶段？答：1.基体与

8、增强材料的接触和浸润过程2基体与增强材料通过相互作用使界面固定阶段。3.如何判断材料表面被浸润情况？答：通过接触角来判断材料表面被侵润情况。0到90度：润湿90到180度：不润湿0度：完全润湿，粘附力最大4.玻璃纤维表面处理方法有哪些？简要说明硅烷偶联剂的作用？答：1.处理方法：1.有机络合物类表面处理剂。 2有机硅烷类表面处理剂。2.作用：硅烷偶联剂具有两种性质不同的官能团，一端为亲玻璃纤维的官能团，一端为亲树脂官能团，将玻璃纤维和树脂粘结在一起，在界面上形成共价键。5.为什么要对碳纤维表面处理，方法有哪些？答：处理目的和意义：碳纤维表面处理就是为了改善其表面结构和性能，采取针对性措施，使获

9、得与基体材料很好的粘结，从而达到提高其复合材料层间剪切强度，断裂韧性，尺寸稳定性及界面抗湿性。方法：1.表面浸涂有机化合物2表面涂覆有机化合物3.表面化学处理4.电解氧化处理5.等离子体处理1. 说明影响不饱和聚酯固化树脂性能的因素答：A不饱和聚酯的相对分子质量。树脂的力学强度、耐热性、介电性能随相对分子质量增加而提高。B 聚酯化过程中顺式双键的异构化。随转化程度的提高，树脂固化时间与凝胶化时间缩短，力学性能耐热性能耐腐蚀性提高。2不饱和聚酯树脂固化分为哪几个阶段？答：3个阶段：凝胶、定型、熟化3不饱和聚酯固化树脂结构与哪些因素有关？答：A 线型不饱和聚酯分子交联点间苯乙烯的重复单元数。B 线

10、型不饱和聚酯分子中双键的反应的分数。4乙烯基酯树脂和烯丙基酯树脂和不饱和聚酯树脂在结构和合成方法上有什么不同？答：A 乙烯基酯树脂：以不饱和酸和带活性点低相对分子质量聚合物为原料反应得到，分子端基或侧基含有不饱和双键的树脂。B 烯丙基酯树脂：由多烯丙基酯化合物经自由基聚合反应得到。分子中含有不饱和双键和酯键，且酯键在聚合物的侧链上一般要在较高温度下才能固化。C 不饱和聚酯树脂：以二元酸和二元醇为原料经缩聚反应得到，酯键在聚合物主链结构中，既可以常温固化也可以加热固化。5有哪些方法可以制备阻燃树脂？答：A添加型阻燃树脂：a添加无机填料，如水和氧化铝、磷酸盐、三氧化二锑、硼砂 b添加邮寄阻燃剂，如

11、有机氯化石蜡、十溴二苯醚等 c含磷化合物，如磷酸三乙酯等B反应型阻燃树脂：分子结构中含有阻燃元素，如四溴苯酐、四氟苯酐等6环氧树脂性能特点有哪些？答：形式多样，固化方便，黏附力强，收缩率低，力学性能好，电性能好，有耐化学性，尺寸稳定，耐霉菌。7.二酚基丙烷型环氧树脂合成的影响因素？答:a二酚基丙烷与环氧氨丙烷的物质的量之比 bNaOH用量、浓度、投料方式、配成10%30%水溶液 c反应温度6090 d加料顺序：低分子量时，碱后加；高分子量时，环氧氨丙烷后加 e体系中含水量：0.3%2%8.计算E-51树脂平均相对分子量答：100/(0.51/2)=392.169.环氧树脂有哪些类型，各有何特性

12、答：a缩水甘油醚类：含活泼氨的酚类和醇类与环氧氨丙烷缩聚，有优良热稳定性，力学性能，电绝缘性，耐水性 b缩水甘油脂类：黏度低，使用工艺低，反应活性高，粘合力高，；力学性能好，表面光滑度好，表面光泽度好，耐超低温，透光好 c缩水甘油胺类：多官能度，环氧当量高，脆性大 d酯环族类：抗压，抗拉强度好，力学性能好，电性能好，耐电弧，耐紫外老化 e脂肪族类：良好的力学性能，韧性好，耐高低温10.举例说明环氧树脂有哪些固化类型答：逐步聚合反应：a反应性固化剂：多元伯醇、多元羧酸 b催化性固化剂：叔胺，三氧化硼酸合物离子型聚合反应：a阴离子型固化剂：叔胺类、DMP-10 b阳离子型固化剂：三氟化硼、胺类11

13、.计算用二乙烯三胺固化E44树脂用量答：胺当量三胺相对分子量/胺中活泼氢个数=1035=20.6二乙烯三按用量=按当量环氧值=20.60.44=9.06412.环氧树脂有哪些类型稀释剂和增韧剂答：稀释剂：a非活性稀释剂：苯二甲酸酯类 b活性稀释剂：V-丁内醇、亚磷酸二本酯增韧剂：a非活性增韧剂：苯二甲酸二甲酯 b活性增韧剂：低相对分子量聚酰胺、聚硫橡胶13.酚醛树脂合成有哪些影响因素答：a单体官能度，酚的邻对位取代基b酚苯上取代基：间为取代基酚类增加邻对位取代活性；邻对位取代基则降低邻对位基取代活性c催化剂：NaOH MyO HCLd单体物质的量之比：n甲醛/n苯酚1.1e反应介质，PH，中性

14、点3.03,1f其他14酚醛树脂固化分哪些阶段答：a液态树脂 b凝胶 c不溶不熔坚硬固体15酚醛树脂固化方法及影响因素答：1）可在加热酸性条件下固化，热固化，常温固化2）热固化影响速率：a合成时甲醛和苯酚物质量之比大，凝胶时间短b固化体系PH=4时，反应慢c固化温度：温度升高，凝胶时间下降3）固化速率影响因素a六次甲基四安：用量少，凝胶时间下降b树脂中游离酚、含水量：含水量高，凝胶时间短c温度：温度高，凝胶时间短16，酚醛树脂有哪些，有什么区别？热固性，热塑性两类热塑性：缩聚反应在强酸条件下，PH3的情况下进行，甲醛和苯酚的物质的量比小于1，合成得到一种线性热塑性树脂，它是可溶可熔的分子内不含

15、羟甲基的酚醛树脂。它是线形树脂，进一步反应不会形成三维网状结构，要加入固化剂才能形成三维网络状结构树脂。这类树脂称二阶树脂。热固性：缩聚反应一般是在碱性条件下进行，常用催化剂为氢氧化钠，氢氧化钡等。甲醛和苯酚的物质的量之比控制在1.11.5.它是含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂，合成反应不加以控制。则提醒缩聚反应会一直进行至形成不溶不熔的具有三维网状结构的固化树脂这类树脂称一阶树脂。1,各种成型工艺（手糊，喷射，袋压，模压）的定义和优缺点手糊：指用手工或在机械辅助下将增强材料和热固性树脂铺覆在模具上，树脂固化形成复合材料的一种成型方法优点：操作简单，操作者容易培训，设备投资少，生产费用低

16、，能生存大型和复杂结构的制品，制品可设计性好，且容易改变设计。模具材料来源广，可制成夹层结构。缺点：是劳动密集型成型方法，生产率低。制品质量与操作者技术水平有关，生产周期长制品力学性能较其他方法低。喷射：利用喷枪将玻璃纤维素及树脂同时喷到模具上而制的复合材料的工艺方法。优点：利用粗纱代替玻璃布，可降低材料费用。半机械操作，生产效率比手糊法高24倍，对大型制品，这种优点更突出。喷射成型无搭缝，制品整体性好，减少飞边，截屑和胶液剩余损耗。缺点：树脂含量高，制品强度低，现场粉尘大，工作环境差。袋压：在手糊成型的制品上，装上橡胶袋或聚乙烯，聚乙烯醇袋，将气体压力施加到未固化的复合材料制品表面而制品成型

17、的工艺方法。优点：制品两面较平滑，能适应聚酯，环氧及酚醛树脂，制品质量高，成型周期短。缺点：成本高，不适用于大尺寸制品。模压：指将模压料至于金属对模中，在一定温度和压力下，压制成型复合材料制品的一种成型工艺。优点：生产效率高，制品尺寸精确，表面光洁，价格低廉，容易机械化自动化，多数结构复杂的制品可以一次成型，无需有损于制品性能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。缺点：压模的设计与制造复杂，初次投资较高，制品尺寸受设备控制，一般只适用中小型复合材料制品。2.手糊成型的工艺过程和制品结构。1）增强材料裁剪。2）模具准备。3）涂擦脱模剂。4）喷涂胶衣5）成型操作。6）固化。7）脱模8）修边9）装配

18、10）制品结构：从上到下面层，短切毡，短切毡或粗纱布，短切毡，表面毡，胶衣层，脱模剂，模具3.手糊成型用基体树脂种类和特点不饱和树脂，环氧树脂和酚醛树脂特点：能配制出粘度适中的胶液，能在室温或低温下凝胶固化，要求在固化时无低分子物产生，无毒低毒，价格便宜，来源广。工艺性能：环氧树脂：粘度大，使用需加入稀释剂，固化剂用量变化范围小，胶液使用期不易调整，用胺类化合物做固化剂，毒性大。不饱和聚酯树脂：粘度小，对玻璃纤维浸润性好，胶液使用期调节范围广酚醛树脂：粘度小，对玻璃纤维浸润性好。在较低温度下，固化周期长制品性能：环氧树脂：力学性能，耐腐蚀性好，固化收缩率低，但脆性大不饱和聚酯树脂：力学性能比环

19、氧树脂低，制品耐酸性好。固化收缩率大，制品表面质量差酚醛树脂：阻燃性能好，燃烧时烟密度低，毒性小价格：不饱和树脂，酚醛树脂便宜，环氧树脂高4.脱模剂的类型及复合使用原因类型：薄膜型，溶液型，油蜡型薄膜型：使用方便，脱模效果好，但因变形小，不适用于形状复杂的制品溶液型；种类多，应用广，可以试用不同类型复合材料制品的制造需求。其包括1)过氯乙烯溶液脱模剂2）聚乙烯醇脱模剂3）聚苯乙烯脱模剂4）醋酸纤维素脱模剂5）硅橡胶脱模剂油膏石蜡型脱模剂：便宜，使用方便，效果好。无毒，对模具无腐蚀复合使用原因：尽管各种脱模剂本身粘附性很低，但手糊成型用的树脂都有较高的粘附性。因此，脱模剂和制品界面上仍有一定的粘

20、附力。脱模剂复合使用时，分开部分实在粘附力最小的两层脱模剂之间，所以对大制品和形状复杂制品，以及对强度不高的模具，在成型时采用复合脱模剂是很必要的。5.触变性概念和触变剂作用触变性：指在混合搅拌，涂刷等动作状态下，树脂粘度降低，而静止时粘度又变高的性质。作用：防止树脂流挂，滴落，麻面；使成型操作易进行。6.模具结构形式分单模和对模，单模有份阴模和阳模。不论单模还是对模都可以根据工艺要求设计成整体式和拼装式7.泡沫塑料制造方法物理发泡法：惰性气体发泡法是在较高压力35MP下，将惰性气体压入聚合物，然后降低压力升温，使压缩气体膨胀形成泡沫塑料。低沸点液体发泡法是把低沸点液体溶于聚合物颗粒中，然后升

21、高温度，当树脂软化，液体蒸发，形成泡沫塑料。化学发泡法：一是依靠塑料泡沫中的原料祖坟相互方应放出气体，形成泡沫结构。而是借助化学发泡剂的分解产生气体，形成气泡结构。8.短纤维模压料的制备方法是将经过预混和预浸后的短纤维状物料在模具中成型复合材料制品的一种成型方法，主要用于制备高强度异形复合材料制品或具有耐腐蚀耐热等特殊性能的制品，树脂基体一般采用酚醛树脂，环氧树脂等，纤维长度3050 mm纤维含量50%60%三种制备法：预混法，预浸法，浸毡法 预混法： 树脂调配纤维切割热处理混合撕松烘干存放 预浸法： 树脂调配玻璃纤维热处理浸胶撕松烘干切割-存放浸毡法：将短切玻璃纤维均匀撒在玻璃底布上，然后用

22、玻璃面部覆盖再使夹层通过浸胶，烘干，剪切制的9，模压料的质量指标及计算方法与影响因素质量指标：树脂含量，挥发物含量，不溶性树脂含量计算方法：V=（G1G2）G1 100% V，挥发物含量。G1模压料重。G2放入烘箱20分钟后冷却称重 R=（G1(1V)G4）G1（1V）100%C=（G3G4）(G1(1V)G4)100%R树脂含量，G3浸入丙酮溶液，然后烘干冷却之后称的重量。G4，再将冷却后的样品在高炉中燃烧，将树脂烧尽后的称重。C，不溶性树脂含量影响因素：1）溶剂：树脂溶液中溶剂起到调节树脂粘度的作用，粘度降低有利于树脂对纤维的渗透附着，并减少纤维强度损失，粘度过小，在预混过程中会导致纤维离析，影响质量。2）纤维长度：纤维过长，易引起纤维相互缠结，产生结团料3）浸渍时间：确保纤维均匀浸透情况下，浸渍时间尽量短，捏和时间长引起纤维强度损失，溶剂挥发过量增加撕松困难4）烘干条件：控制挥发物含量和不溶性树脂的重要原因5）其他：树脂相对密度，刮胶辊位置，烘箱温度，牵引速度及纤维张力10.模压料工艺特性及影响因素工艺性指模压料的流动性，收缩率和压缩比1） 流动性影响因素：树脂反应程度：不溶性树脂含量高，反应程度也高，