复合材料有关习题

1、笫 页共83页复合材料有关习题复合材料习题第一章一、判断题：判断以下各论点的正误。1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。()2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。()3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。()4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。()5、复合材料具有可设计性。(?)6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。(?)7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。()8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。(?)二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。1、金属基复合材料通常（B、D）A、以重金属作基体。B、延性比金属差。C、弹性模量比基体低。D、较基体具有更高的高

2、温强度。2、目前，大多数聚合物基复合材料的使用温度为（B）A、低于 100。B、低于 200。C、低于 300。D、低于 400。3、金属基复合材料的使用温度范围为（B）A、低于 300。B、在 350-1100之间。C、低于 800。D、高于 1000。4、混杂复合材料（B、D）A、仅指两种以上增强材料组成的复合材料。B、是具有混杂 纤维或颗粒增强的复合材料。C、总被认为是两向编织的复合材料。D、通常为多层复合材 料。5、玻璃钢是（B）A、玻璃纤维增强A1基复合材料。B、玻璃纤维增强塑料。C、碳纤维增强塑料。D、氧化铝纤维增强塑料。6、功能复合材料（A、C、D）A、是指由功能体和基体组成的复

3、合材料。B、包括各种力学性能的复合材料。C、包括各种电学性能的复合材料。D、包括各种声学性能的复合材料。7、材料的比模量和比强度越高（A）A、制作同一零时自重越小、刚度越大。B、制作同一零时自重越大、刚度越大。C、制作同一零时自重越小、刚度越小。D、制作同一零时自重越大、刚度越小。三、简述增强材料（增强体、功能体）在复合材料中所起的 作用，并举例说明。填充：廉价、颗粒状填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸钙 粉末。增强：纤维状或片状增强体，提高复合材料的力学性能和热 性能。效果取决于增强体本身的力学性能、形态等。例：TiC颗粒 增强Si3N4复合材料、碳化鸨/钻复合材料，切割工具；碳/碳复 合

4、材料，导弹、宇航工业的防热材料（抗烧蚀），端头帽、鼻 锥、喷管的喉衬。赋予功能：赋予复合材料特殊的物理、化学功能。作用取决 于功能体的化学组成和结构。四、复合材料为何具有可设计性？简述复合材料设计的意 义。设计防腐蚀（碱性）玻璃纤维增强塑料？组分的选择、各组分的含量及分布设计、复合方式和程度、 工艺方法和工艺条的控制等均影响复合材料的性能，赋予了复合 材料性能的可设计性。意义：每种组分只贡献自己的优点，避开自己的缺点。 由一组分的优点补偿另一组分的缺点，做到性能互补。使复合 材料获得一种新的、优于各组分的性能（叠加效应）。优胜劣 汰、性能互补、推陈出新。耐碱玻璃纤维增强塑料的设计：使用无碱玻璃

5、纤维和耐碱性 树脂（胺固化环氧树脂）。在保证必要的力学性能的前提下，尽 量减少玻璃纤维的体积比例，并使树脂基体尽量保护纤维不受介 质的侵蚀。六、简述复合材料增强体与基体之间形成良好界面的条。在复合过程中，基体对增强体润湿；增强体与基体之间不产 生过量的化学反应；生成的界面相能承担传递载荷的功能。复合材料的界面效应，取决于纤维或颗粒表面的物理和化学 状态、基体本身的结构和性能、复合方式、复合工艺条和环境 条。第二章四、什么是材料复合的结构效果？试述其内涵。结构效果是指在描述复合材料的性能时，必须考虑组分的几 何形态、分布形态和尺度等可变因素。这类效果往往可以用数学 关系描述。结构效果包括：1、几

6、何形态效果（形状效果）：决定因素是 组成中的连续相。对于1维分散质，当分散质的性质与基体有较 大差异时，分散质的性能可能会对复合材料的性能起支配作用。 2、分布形态效果（取向效果）：又可分为几何形态分布（几何体 的取向）和物理性能取向：导致复合材料性能的各向异性，对复 合材料的性能有很大影响。3、尺度效果：影响材料表面物理化学 性能（比表面积、表面自由能）、表面应力分布和界面状态，导 致复合材料性能的变化。十一、垂直于纤维扩展的裂纹需要克服哪些断裂能？对于脆性纤维/脆性基体复合材料，需要克服的断裂功：纤维 拔出和纤维断裂（吸收能量）、纤维与基体的脱胶（纤维与基体 的界面较弱时：消耗贮存的应变能

7、）、应力松弛（纤维断裂时： 消耗贮存的应变能）、纤维桥连（消耗纤维上的应变能）。对于脆性纤维/韧性基体复合材料，基体的塑性变形（粘接强 度很高、纤维无法拔出时：吸收能量）也会增加断裂功。第三章一、判断题：判断以下各论点的正误。1、不饱和聚酯树脂是用量最大的聚合物复合材料基体。（?）2、环氧树脂是用于耐高温的热固性树脂基体。C ）3、热固性树脂是一种交联的高分子，一般不结晶；而热塑性 树脂是线型、结晶的高分子。()4、聚酰亚胺是一类分子中含有基团的热固性树脂。(?)1、MMC具有比聚合物基复合材料更高的比强度和比模量。()2、MMC具有比其基体金属或合金更高的比强度和比模量。(?)3、原位复合M

8、MC的增强材料/基体界面具有物理与化学稳定 性。(?)4、原位复合法制备MMC的基本思路是为了提高增强材料与基 体之间的浸润性和减少界面反应。(?)5 一般，颗粒及晶须增强MMC的疲劳强度及寿命比基体金属或 合金高。(?)6、陶瓷纤维增强MMC的抗蠕变性能高于基体金属或合金。(?)1、陶瓷基复合材料的制备过程大多涉及高温，因此仅有可承 受上述高温的增强材料才可被用于制备陶瓷基复合材料。(?)2、化学气相浸渍法(CVI)是一种用于多孔预制体的化学气 相沉积。(?)3、在碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷复合材料的压制阶段，碳化 硅晶须取向于垂直于压轴方向。(?)4、Y203 加入到 ZTA (zircon

9、iatougheningalumina)中是为了促进相变形成单斜晶体。()5、陶瓷复合材料中，连续纤维的增韧效果远远高于颗粒增韧 的效果。(?)6、玻璃陶瓷是含有大量微晶体的陶瓷。()7、陶瓷基复合材料的最初失效往往是陶瓷基体的开裂。(?)1、所有的天然纤维是有机纤维，所有的合成纤维是无机纤 维。()2、聚乙烯纤维是所有合成纤维中密度最低的纤维。(?)3、玻璃纤维是晶体，其晶粒尺寸约20mm。()4、氧化铝纤维仅有d-A12O3晶体结构。()5、硼纤维是由三溪化硼沉积到加热的丝芯上形成的。(?)6、PAN是SiC纤维的先驱体。()7、纤维表面处理是为了使纤维表面更光滑。()8、Kevlar纤维

10、具有负的热膨胀系数。()9、石墨纤维的含碳量、强度和模量都比碳纤维高。(?)1、Cf/C是目前唯一可用于温度高达280CTC的高温复合材 料，但必须是在非氧化性气氛下。(?)2、Cf/C的制备方法与MMC的制备方法相类似，如液态法、固 态法等。()3、Cf/C已在航空航天、军事领域中得到了广泛应用，这主要 是因为其价格便宜、工艺简便易行，易于推广应用。()4、单向增强和三维增强的Cf/C的力学与物理性能(热膨 胀、导热)为各向同性。()5、一般沉积碳、沥青碳以及树脂碳在偏光显微镜下具有相同 的光学特征，即各向同性。()6、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们 的焦化率可以提高到9

11、0%。(?)7、采用硼类添加剂，如B203、B4c等，Cf/C的抗氧化温度可 提高到6001左右。(?)8、目前，高温抗氧化保护涂层已可使Cf/C安全使用温度达 1650,在更高温度下只能起短时保护作用。(?)二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。1、聚酰亚胺的使用温度一般在：(D)A、120以下B、180以下C、25CTC 以下D、250以上2、拉挤成型是（A、C）A、低劳动强度、高效率FRP生产方法。B、适于大型、复杂形状制品。C、适于恒定截面型材。D、设备投资少。3、玻璃纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因是 （B、D）A、环氧树脂吸湿变脆。B、水起增塑剂作用，降低树脂

12、玻璃化温度。C、纤维吸湿、强度降低。D、破坏纤维与基体界面。4、碳纤维表面处理是为了（A、C、D）A、表面引入活性官能团，如竣基、羟基、锻基等。B、表面引入偶联剂。C、清除表面污染。D、增加纤维与基体粘结强度。5、偶联剂是这样一种试剂：（A、C）A、它既能与纤维反应，又能与基体反应。B、它能与纤维反应，但不能与基体反应，也不与基体相容。C、它能与纤维反应，不与基体反应，但与基体相容。D、它不与纤维反应，但与基体反应或相容。1、通常 MMC (metalmatrixposite) (B、 C)A、采用高熔点、重金属作为基体。B、要比基体金属或合金的塑性与韧性差。C、要比基体金属或合金的工作温度高

13、。D、要比基体金属或合金的弹性模量低。2、原位 MMC （B、D）A、可以通过压铸工艺制备。B、可以通过定向凝固工艺制备。C、可以通过扩散结合或粉末法制备。D、可以通过直接金属氧化法（DIM0XTM）制备。3、单向纤维增强MMC的纵向拉伸模量（A、D）A、随纤维体积含量的增加而增加。B、与纤维体积含量无关，而与纤维和基体的模量有关。C、与横向拉伸模量相同。D、与基体的模量有关。4、在体积含量相同情况下，SiC晶须与颗粒增强MMC （B）A、具有基本相同的抗拉强度和屈服强度。B、具有基本相同的拉伸模量。C、具有基本相同的断裂韧性。第 页共83页D、具有基本相同的蠕变性能。5、MMC制备工艺中，固

14、态法与液态法相比（A、B）A、增强材料与基体浸润性要求可以降低。B、增强材料在基体中分布更均匀。C、增强材料仅局限于长纤维。D、增强材料/基体界面反应更剧烈（如果存在界面反应 时）。6、为了改善增强材料与基体浸润性，制备MMC时，可以通过（A、 B、 D）A、基体合金化，以降低液态基体的表面张力。B、基体合金化，以增加液态基体与增强材料的界面能。C、涂层，增加增强材料的表面能。D、涂层，降低增强材料的表面能。7、MMC中，目前典型的增强材料/基体界面包括有（A、B、C）A、不发生溶解，也不发生界面反应，如Bf/Al。B、不发生溶解，但发生界面反应，如Bf/Ti。C、极不容易互相浸润，但能发生强

15、烈界面反应，如Cf/Al。D、既容易互相浸润，又不发生界面反应，如SiCf/At。1、浆体是（D）A、一种溶胶。B、丢失一定液体的溶胶。C、颗粒小于100mm的小颗粒在液体中的悬浮液。D、l-50mm颗粒在液体中的悬浮液。2、用碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷（A、B）A、提高了抗热震性。B、降低了热膨胀系数。C、减少了热传导性。D、增加了密度。3、微裂纹增韧（A、D）A、主要是由于颗粒热膨胀系数不同产生的残余应力。B、是由于颗粒总处于拉应力状态。C、是由于颗粒总处于压应力状态。D、颗粒的压力状态与热膨胀系数失配和压力大小有关。4、相变增韧（B、C）A、是由于陶瓷基体中加入的氧化错由单斜相转变为四方相

16、。B、是由于陶瓷基体中加入的氧化错由四方相转变为单斜相。C、其增韧机理是陶瓷基体由于氧化错相变产生了微裂纹。D、总是导致陶瓷基复合材料的强度下降。5、纤维拔出（C、D）A、是纤维在外力作用下与基体的脱离。B、其拔出能总是小于脱粘能。C、其拔出能总是大于脱粘能。D、增韧作用比纤维脱粘强。1、Kevlar 纤维（A、B）A、由干喷湿纺法制成。B、轴向强度较径向强度高。C、强度性能可保持到1000以上。D、由化学沉积方法制成。2、玻璃纤维（A、C、D）A、由SiO2玻璃制成。B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。C、具有短程网络结构。D、价格便宜、品种多。3、氧化铝纤维（B、C）A、由有机先驱体制成

17、。B、通过浆体成型法制成。C、有g、a、d晶型。D、具有较高的比强度。4、SiC 纤维（B、C）A、用浆体成型法制成。B、用化学气相沉积法制成。C、有时含有W芯。D、常用于聚合物基复合材料。5、聚乙烯纤维（A、C）A、纤维强度随分子量增大而增高。B、分子量越大，加工越容易。C、熔点较低,约135一左右。D、能在200使用。6、生产碳纤维的主要原料有（A、B、D）A、沥青。B、聚丙烯月青。C 聚乙烯。D、人造丝。7、各种纤维在拉伸断裂前不发生任何屈服，但在SEM下观察 到（A、 D）A、Kevlar纤维呈韧性断裂，有径缩及断面减小。B、碳纤维呈韧性断裂，有断面收缩。C、玻璃纤维呈韧性断裂，有断面

18、收缩。D、碳纤维、玻璃纤维呈脆性断裂，无断面收缩。8、在所有纤维中（A、B、D）A、聚乙烯纤维具有最佳的比模量和比强度搭配。B、碳纤维的比模量最高。C、氧化铝纤维的比模量和比强度最高。D、玻璃纤维的比模量最低。9、晶须（A、B）A、是含有缺陷很少的单晶短纤维。B、长径比一般大于10oC、直径为数十微米。D、含有很少缺陷的短纤维。10、颗粒增强体（B、C）A、是一种粒状填料。B、用于改善基体的力学性能。C、可分为刚性和延性颗粒两种。D、起填充体积作用。1、C/C 具有：（B、C）A、比PMC、MMC更高的高温强度。B、假塑性断裂特性，在高温下比陶瓷或石墨的断裂韧性高。C、优异的高温摩擦摩损特性。

19、D、各向同性的拉伸、压缩强度和模量。2、C/C 可以做为：（A、B、D）A、比石墨性能更好的高温热压模具。B、军用或民用飞机刹车装置中的摩擦材料。C、航天飞机的机翼和鼻锥。D、固体火箭发动机喷管的喉衬或喷口部。3、C/C中的基体碳，可以选用：（A、D）A、沥青碳。B、天然石墨。C、炭黑。D、沥青碳、沉积碳和树脂碳共同作为基体碳。4、C/C 的 CVD 工艺（A、B、C）A、其原理与陶瓷基复合材料的CVI相同。B、可分为等温、温度梯度、压力梯度以及温度-压力梯度等 工艺方法。C、该工艺中，为防止孔隙口的堵塞，应使扩散速度大于沉积 速度。D、该工艺中，为防止孔隙口的堵塞，应使扩散速度小于沉积 速度

20、。5、选择C/C高温抗氧化涂层材料的主要关键是：（C）A、涂层材料的高熔点。B、涂层材料高温抗氧化性和热膨胀系数。C、涂层的氧扩散渗透率极低和与C/C的热膨胀系数匹配性。D、涂层材料高温挥发性。三、不饱和聚酯树脂的基本配方是什么？各起什么作用？不饱和聚酯树脂的基本配方：不饱和聚酯：主要成分稀释剂：稀释作用（降低聚酯粘度），参与树脂固化，如苯 乙烯。引发剂：分解产生自由基，引发树脂聚合（交联、固化）， 如 BPOo促进剂：诱导引发剂分解，加快树脂固化，如环烷酸钻。其它成分：颜料、增稠剂、热塑性低收缩剂等。七、改善聚合物的耐热性能？产生交联结构（对于热固性树脂、有机硅树脂等，工艺条影 响聚合物的交

21、联密度）。增加高分子链的刚性（引进不饱和共价键或环状结构（脂 环、芳环、杂环）、引入极性基团）。提高聚合物分子链的键能，避免弱键的存在（例：以C-F键 完全取代C-H键，可大大提高聚合物的热稳定性）。形成结晶聚合物，结晶聚合物的熔融温度大大高于相应的非 结晶聚合物。八、简述不饱和聚酯树脂基体的组成、代表物质及作用。主要成分：不饱和聚酯树脂，按化学结构可分为顺酎型、丙 烯酸型、丙烯酸环氧酯型聚酯树脂。辅助材料：交联剂、引发剂和促进剂交联剂：烯类单体，既是溶剂，又是交联剂。能溶解不饱和 聚酯树脂，使其双键间发生共聚合反应，得到体型产物，以改善 固化后树脂的性能。常用的交联剂：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯

22、、 邻苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯等。引发剂：一般为有机过氧化物，在一定的温度下分解形成游 离基，从而引发不饱和聚酯树脂的固化。常用的引发剂：过氧化 二异丙苯C61I5C （CH3） 2 202、过氧化二苯甲酰（C61I5C0） 202。促进剂：把引发剂的分解温度降到室温以下。对过氧化物有效的促进剂：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲 基甲苯胺等。对氢过氧化物有效的促进剂：具有变价的金属钻：环烷酸 钻、蔡酸钻等。九、简述不饱和聚酯树脂的固化特点。不饱和聚酯树脂的固化是放热反应，可分为三个阶段：胶凝阶段：从加入促进剂到不饱和聚酯树脂变成凝胶状态的 时间，是固化过程最重要的阶段。影响胶凝时间的因素：阻聚

23、 剂、引发剂和促进剂的加入量，交联剂的蒸发损失，环境温度和 湿度等。硬化阶段：从树脂开始胶凝到具有一定硬度，能把制品从模 具上取下为止的时间。完全固化阶段：通常在室温下进行，可能需要几天至几星 期。十、简述复合材料中金属基体的选择原则。1、根据金属基复合材料的使用要求。2、根据金属基复合材料的组成特点：对于连续纤维增强金属 基复合材料，不要求基体有很高的强度，对于非连续增强金属基 复合材料（颗粒、晶须、短纤维），基体承担主要载荷，要求高 强度。3、根据金属基体与增强材料的界面状态和相容性选择金属基体时，尽量避免基体与增强材料发生化学反应， 同时应注意基体与增强材料的相容性，基体和增强材料应该有

24、较 好的浸润性。十二、改善陶瓷的强度？减少陶瓷内部和表面的裂纹：含有裂纹是材料微观结构的本征特性。微观夹杂、气孔、微 裂纹等都能成为裂纹源，材料对表面裂纹（划伤、擦伤）也十分 敏感。提高断裂韧性（KIC）：采用复合化的途径，添加陶瓷粒子、纤维或晶须，引入各种 增韧机制（增加裂纹的扩散阻力及裂纹断裂过程消耗的能量）， 可提高陶瓷的韧性。十四、玻璃纤维为何具有高强度？试讨论影响玻璃纤维强度 的因素。玻璃的理论强度很高（2000T2000MPa）,但是由于微裂纹的 存在，产生应力集中，发生破坏，从而降低了玻璃的强度。玻璃 纤维经高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使得裂纹产生的 机会减少；同时，玻璃

25、纤维的横截面较小，微裂纹存在的几率也 减少，导致玻璃纤维强度较高。影响玻璃纤维强度的因素：1、化学组成：不同的玻璃纤维（不同系统），强度有很大差 别。一般来说，含碱量越高（K20、PbO）,玻璃纤维的强度越 低。2、玻璃纤维的直径和长度：随着玻璃纤维的直径和长度的减 小，微裂纹的数量和尺寸相应地减小，从而提高了玻璃纤维的强 度。3、存放时间：玻璃纤维存放一定时间后，由于空气中的水分 对玻璃纤维的侵蚀，导致强度下降。4、施加负荷时间：玻璃纤维的拉伸强度随着施加负荷时间的 增加而降低，当环境湿度较高时更加明显。原因：吸附在微裂纹 中的水分，在外力作用下，加速微裂纹的扩展，从而导致强度降 低。十七、

26、举例说明碳纤维的应用。作为复合材料的增强体。航空、航天工业：主承力结构材料（机体、舱门、主翼、尾 翼）；次承力构（Cf/环氧树脂：起落架、发动机舱、整流罩）； 防热材料（火箭喷嘴、鼻锥（Cf/C） ） o交通运输：汽车传动轴、构架，制造快艇、巡逻艇。运动器材：钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、赛艇 （Cf/环氧树脂）。第四章1、基体与增强体的界面在高温使用过程中不发生变化。()2、比强度和比模量是材料的强度和模量与其密度之比。(?)3、浸润性是基体与增强体间粘结的必要条，但非充分条。(?)4、基体与增强体间界面的模量比增强体和基体高，则复合材 料的弹性模量也越高。()5、界面间粘结过强的复合

27、材料易发生脆性断裂。(?)6、脱粘是指纤维与基体完全发生分离的现象。()7、混合法则可用于任何复合材料的性能估算。()8、纤维长度Igsv时，易发生浸润。C、接触角q=0时，不发生浸润。D、是液体在固体上的铺展。3、增强材料与基体的作用是(A、D)A、增强材料是承受载荷的主要组元。B、基体是承受载荷的主要组元。C、增强材料和基体都是承受载荷的主要组元。D、基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用。4、混合定律(A)A、表示复合材料性能随组元材料体积含量呈线性变化。B、表示复合材料性能随组元材料体积含量呈曲性变化。C、表达了复合材料的性能与基体和增强体性能与含量的变 化。D、考虑了增强体的分布和取向

28、。5、剪切效应是指(A)A、短纤维与基体界面剪应力的变化。B、在纤维中部界面剪应力最大。C、在纤维末端界面剪应力最大。D、在纤维末端界面剪应力最小。6、纤维体积分量相同时，短纤维的强化效果趋于连续纤维必 须(C)A、纤维长度l=51c。B、纤维长度llOlco o7、短纤维复合材料广泛应用的主要原因(A、B)A、短纤维比连续纤维便宜。B、连续纤维复合材料的制造方法灵活。C、短纤维复合材料总是各相同性。D、使短纤维定向排列比连续纤维容易。8、当纤维长度llc时，纤维上的平均应力(A、C)A、低于纤维断裂应力。B、高于纤维断裂应力。C、正比于纤维断裂应力。D、与1无关。九、试述影响复合材料性能的因

29、素。基体和增强材料（增强体或功能体）的性能；复合材料的结 构和成型技术；复合材料中增强材料与基体的结合状态（物理的 和化学的）及由此产生的复合效应。十、复合材料的界面具有怎样的特点？界面相的化学组成、结构和物理性能与增强材料和基体的均 不相同，对复合材料的整体性能产生重大影响。界面具有一定的厚度（约几个纳米到几个微米），厚度不均 匀。材料特性在界面是不连续的，这种不连续性可能是陡变的， 也可能是渐变的。材料特性包括元素的浓度、原子的配位、晶体 结构、密度、弹性模量、热膨胀系数等。+一、什么是浸润？描述浸润程度的大小？试讨论影响润湿角 大小的因素。浸润：固-气界面被固-液界面置换的过程，用于描述

30、液体在 固体表面上自动铺展的程度。固体表面的润湿程度可以用液体分子对其表面的作用力大小 来表征，具体来说就是接触角。Young公式讨论了液体对固体的润湿条：降低液-固表面能和液-气表面能或者增大固-气表面能有助于 润湿。q=0 (glv=gsv-gsl),完全浸润；0 gsv-gsl0),部分 浸润；q900 (gsv篇2：复合材料压缩天然气车用气瓶复合材料压缩天然气车用气瓶本文关键词：复合材料，车 用，气瓶，压缩天然气复合材料压缩天然气车用气瓶本文简介：复合材料压缩天然 气车用气瓶1、项目背景L1CNG气瓶介绍压缩天然气(CNG- pressedNaturalGas)作为汽车动力源已有几十年

31、历史。作为CNG 储存容器的气瓶是CNG动力的关键部。1. 1. 1CNG气瓶使用要求 CNG气瓶的使用条在CNG容器的标准中都有明确规定：CNG气瓶使 用寿命不复合材料压缩天然气车用气瓶本文内容：复合材料压缩天然气车用气瓶1、项目背景1. 1CNG气瓶介绍压缩天然气(CNG -pressedNaturalGas)作为汽车动力源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶 是CNG动力的关键部。1. 1. 1CNG气瓶使用要求CNG气瓶的使用条在CNG容器的标准中都有明确规定：CNG气 瓶使用寿命不超过20年；CNG气瓶的工作压力：车用气瓶为 20MPa,站用瓶为25MPa。设计安全系数为2. 2

32、53. 0。其设计的 使用温度为152。由于环境温度的变化，当温度升高时，允许其 工作压力达到125%；气体压力循环的最大数目为7501000次/ 年。汽车运行时的外部环境温度可在-4CTC+82C之间变化，容 器内所包含的气体温度不超过57O按NGV的要求，压缩天然气的杂质和其它有害气体含量的规 定为：H2S和硫化物的分压最大为344.5Pa,或者112s的含量小于 20Ppm,不合有甲醇；水蒸气含量为：在车辆工作的特定的地理位 置，压缩天然气的气体压力下，燃料罐内无水蒸气冷凝发生。美 国消防协会规定，在站用瓶的储气条下，水蒸气含量为16mg/m3(15, 15MPa),并规定 CO2 的分

33、压为 0. 048MPa。1. 1.2CNG气瓶的资质认证CNG气瓶的资质认证试验用于证明气瓶的设计在其使用寿命范 围内是否是安全的。对于每个新设计的气瓶要求进行内容广泛的 试验过程和试验项目；但是为了修正已有的气瓶设计，则可采用 简化的试验运行。资质认证试验的具体试验项目如下：(1)水爆试验：该项试验主要用于验证各类容器的设计是否 基本正确，对于钢质气瓶，试验其安全系数的大小是否与设计的 一致；对于纤维复合材料增强的各类气瓶，还将验证其增强复合 材料的应力比。(2)室温循环试验：该项试验主要用于证实CNG容器或内衬 满足其使用寿命要求而不发生泄漏，同时也为了证实气瓶是否具 有安全破坏的特征，

34、即在破裂前发生泄漏。(3)环境循环试验：该项试验主要用于检验CNG容器或内衬 是否可以承受在使用条下可能遇到的各种流体如酸、碱等溶液的 侵害；酸性溶液对玻璃纤维和芳纶纤维增强的复合材料性能具有 明显的影响，其它液体也会侵蚀增强纤维和树脂基体；压力循环 将会促进基体树脂的裂纹张开：从而有助于流体溶入复合材料层 内。在环境循环试验中，还使气瓶承受一系列的模拟砂子冲击的 低能冲击，以检验在流体中暴露之前气瓶保护涂层的耐久性。(4)阻燃试验：该项试验主要用于证实燃料容器系统包括气 瓶、压力释放装置在经受火烧或极限温度时，燃料容器内的气体 会泄放；压力释放装置在压力、温度或压力与温度的综合作用下 会发生

35、作用，也就是说不管气瓶是在完全充气还是部分充气，燃 料容器系统在火中都必须是安全的。(5)裂纹容限试验：这一试验主要用于模拟刀割、刨削等使 用中可能出现的损伤或缺陷，证明容器不会因存在适当的损伤而 发生泄漏或破裂。(6)坠落试验：坠落试验用于模拟燃料容器在安装使用之前 的搬运、装卸中可能引入的损伤或缺陷。并通过试验证实：这些 损伤和缺陷，在容器的使用寿命中不会发生泄漏和破裂。坠落时 容器可呈水平、垂直和45方向落下。(7)穿透试验：正如众所周知的枪击试验那样，本试验在于 证实，即使一个高能的冲击物使气瓶简体复合材料增强体穿透， 燃料容器也不会发生碎状破裂。(8)渗透试验：本试验主要用于检验以非

36、金属内衬或焊接非 金属内衬所制成的全塑复合材料燃料容器不允许存在有超出标准 规定所限制的天然气渗漏损失。(9)天然气循环试验：本试验主要用于证实由于天然气气流 所产生的静电或者由于天然气的迅速压缩和膨胀所引起的温度瞬 变，不会引起气瓶的损伤。(10)加速应力破裂试验：本试验主要用于证实气瓶的增强 纤维和树脂体系可以持续暴露在高温高压下而无衰变。(11)关于断裂性能的要求，及非破坏检验方法进行确定缺 陷大小的有关试验：其目的在于寻找在金属容器和内衬中的裂 纹、缺陷，包括疲劳敏感位置的鉴别，在破裂前的泄漏性能(leak-before -break： LBB)和临界裂缝的大小(criticalfla

37、wsizes) o1. 1. 3复合材料CNG气瓶优势介绍由于CNG汽车的逐渐推广，CNG气瓶将具有十分广阔的前景。 CNG气瓶可用合金钢瓶，也可以是复合材料气瓶。CNG复合材料气 瓶是在金属或塑料内衬外缠绕纤维增强树脂。按结构形式可以分 为全缠绕、环缠绕；按内胆材料可分为塑料内胆、铝合金内胆和 钛合金内胆、不锈钢内胆；按内胆壁厚分为承载内胆和非承载 内胆；按几何形状分为柱形和、球形。与钢瓶相比，玻璃钢/复合材料气瓶具有以下优点：(1)比强度高复合材料(玻璃钢)比强度为钢的4倍，而比模量仅比钢低 22%；比强度为铝的3倍，比模量仅比铝低19%。可见用玻璃钢制 作CNG气瓶重量将大幅下降。若采用

38、薄铝内衬，外以玻璃纤维或 碳纤维浸渍环氧树脂后缠绕，其瓶重比绕钢丝者轻40%；比绕铝丝 者轻10%。因此采用复合材料CNG气瓶可以提高汽车的有效载荷， 增加行驶速度。(2)破损安全性好玻璃钢重采用大量纤维增强，每平方厘米上的纤维多达几千 几万根。从力学观点上看，是典型的静不定体系。当玻璃钢气瓶 超载并发生少量纤维断裂时，其载荷会迅速重新分配在未破坏的 纤维上，这在短期乃至相当一段时间内不致使气瓶丧失承载能 力。(3)减震性好复合材料中纤维与树脂基体界面具有吸震能力，震动阻尼甚 高，抗声振疲劳性亦佳。1.2项目背景分析1.2. 1环境保护和石油能源紧缺近年来，我国汽车工业得到了快速发展。20 x

39、x年，我国汽车 年产量达到570. 7万辆，汽车保有量达到约3500万辆。据预测， 到2021年我国汽车总保有量有可能突破1.5亿辆。汽车保有量的 增长同时带来了燃油消耗总量的快速增加。我国已经成为世界上 第二大能源消费国。20 xx年我国累计进口原油1.2亿吨。据有关 人士预计，到2021年我国石油需求量将超过4亿吨，其中，汽车 燃料消耗约2亿吨，石油的对外依存度将有可能达到60机 随着机 动车保有量的激增，我国机动车尾气污染问题更显严重，国家环 保中心预测，到2021年我国汽车尾气排放量将可能占空气总污染 源的64%。综上所述，随着我国汽车工业快速发展，环境污染与能 源紧缺这两个重要的问题

40、将愈显严峻。解决这些问题的有效途径 是：(1)采取政策与技术措施大幅度节约燃料消耗；(2)开发应用各种清洁替代燃料。设想到2021年，经过大 家努力，全国汽车燃料消耗比预测值节约20%左右，替代燃料(尤 其是可再生的替代燃料)比例也达到20%左右，能源紧缺与环境污 染问题将会得到有效缓解。压缩天然气（CNG）是优选的汽车替代燃料。天然气的主要成分为甲烷，它可以从纯气田的天然气中获得，也可以从油田的石 油伴生气中获得。天然气用作汽车燃料主要方式是压缩天然气 （CNG）和液化天然气（LNG）。天然气经过合成技术成为品质优 良的柴油（GTL）,天然气还可以用来生产甲醇、二甲酶、氢气， 成为汽车的燃料

41、。压缩天然气（CNG）通常应用于点燃式发动机。它具有较高的 辛烷值（RON高达130）,有利于提高发动机的热效率；天然气进入 气缸之前以气态与空气较均匀混合，在缸内实现较完全燃烧，有 利于CO、HC排放物的减少；经过严格脱硫处理的CNG硫含量很 低，有助于降低硫化物和常规污染物的排放，延长尾气处理催化 剂的寿命。CNG的主要缺点是能量密度及混合气热值均低于汽油， 导致发动机的动力性会有所降低，在有限的储气瓶容积下，车辆 的续驶里程短；储气瓶往往占用较大空间和重量；CNG加气站等基 础设施建设需要较大的土地面积和资金。1.2. 2天然气储藏丰富天然气在世界的储量相当丰富，因此CNG汽车发展很快。

42、根 据某些资料介绍，全球CNG汽车保有量约480万辆，加气站约 8800座。许多国家生产大功率电控车用CNG发动机，装备于公交 车和重型载重车。据欧美一些专家预测，天然气是最具发展潜力 的汽车替代燃料。天然气发动机的低排放优点，也是混合动力汽 车优选的内燃机类型。可以预测，在今后510年内，CNG汽车的 比例将会明显增长，成为我国汽车的主要品种之一。我国是天然气资源尚较丰富的国家，据全国油气资源评价， 我国气层资源蕴藏量为38万亿立方米，已探明的地质储量为1. 52 万亿立方米。目前世界大多数发达国家天然气的消耗占一次能源 2030%,而我国仅占2%左右，也就是说，我国天然气的开发利用 具有很

43、大的潜力。我国西气东输工程计划到2021年覆盖260个城 市，将为大量推广使用天然气汽车提供资源条。八十年代以来， 尤其是1999年全国开展清洁汽车行动以后，我国的天然气汽车发 展很快。目前全国的天然气汽车总数约22万辆，加气站总数400 余座。尤其在西部天然气资源丰富、价格便宜的地方，压缩天然 气(CNG)汽车增长很快。我国的天然气资源十分丰富，四川、重庆、新疆、陕北、大 港及近海油田都有丰富的天然气资源。1.2. 3天然气用作汽车燃料优点天然气用作汽车燃料具有以下优点：(1)有较好的社会效益。机动车尾气是城市大气污染的主要 来源之一，其中主要有害成分是一氧化碳(C0)、碳氢化合物 (HC)

44、、一氧化氮(NO)、和二氧化氮(N02)等。世界各国为了 减少汽车尾气中有害物质对大气的污染，都制定了汽车排放标 准，对其中有害成分的限制越来越严，这就相应提高了汽车发动 机的制造难度。使用天然气作为汽车燃料，可以大大地降低发动机废气排放中的各种有害成分，据有关资料显示，天然气作汽车 燃料与汽油相比，可减排C092%、S0290%、HC72%、N0 x3与、 C0224%、粉尘100%,对改善城市环境有显著作用。当然，天然气 汽车的环保效益与汽车的性能、改装装置、改装技术有很大关 系，对于在用化油器汽车改装后的效果则差许多，对单一燃气汽 车，其排放性能可达到欧洲3号、4号法规限制和美国加州超低

45、排 放车标准。（2）有利于缓解能源安全。我国每年需进口大量原油、成品 油和LPG,并且国内仅少数炼厂能生产符合车用标准的LPG。如用 天然气替代汽柴油，以每辆车年均行驶里程5万km计，改装100 万辆天然气汽车，每年可以替代油品1000万t。因此，从国家能 源政策来看，发展CNG产业，可调整燃料结构，减少对石油资源 的依赖程度，减轻国家石油储备压力。世界上不少国家，如阿根 廷、澳大利亚等，发展代用燃料汽车的一个根本出发点就是降低 石油资源消耗、平衡能源消费结构。（3）有较高的经济效益。在相同的当量热值时，世界各国一 般将车用CNG价格与汽柴油价格的比控制在0.5左右。如果各类 发动机的热效率接

46、近，则天然气汽车的燃料费用大约是汽油车或 柴油车的一半，这不仅弥补了由于汽车数量不断增加而引起的液 体燃料供应不足，而且运行费用大幅度降低。另外，我国将在近 期出台燃油费改税政策，根据交通和车辆税费改革实施方案草 案，汽油和柴油的燃料税征收分别为1元/L、0.8元/L,车用 LPG和CNG按与汽油的热值比例及汽油税率换算，减半征收。如果 天然气和汽油的热值分别为33. 4MJ/m3、31.8MJ/m3,天然气税 率约0. 52元/ m3,届时油气差价将在现有基础上增加近0. 5元， CNG在价格上将更有竞争力。（4）可延长发动机寿命。天然气容易扩散，在发动机中容易 和空气混合均匀，燃烧比较完全

47、、干净；辛烷值高，抗爆性能 好，使用时不需添加抗爆剂，不容易产生积碳；不会稀释润滑 油，因而使发动机汽缸内的零磨损大大减少，使发动机的寿命和 润滑油的使用期限大幅度增长。所有这些都会降低汽车的保养和 运行费用，从而也提高汽车使用的经济性。2、市场分析天然气汽车以低排放、抑制温室效应和摆脱对石油的依赖这 三大特性，正在世界范围内得到普及和推广。截止到20 xx年2月 的统计资料显示，全世界共有486万辆天然气汽车。其中，位居 世界第一位的是阿根廷，保有量为145.9万辆；中国居世界第七 位，保有量约9. 7万辆（见表212）。近二十多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增长率 保持在2%。预计

48、到2021年，天然气在世界能源组成中的比重将会 增加到30机 到21世纪中后期，天然气在世界能源结构中的比重 将超过石油，成为世界第一大能源。世界许多国家生产大功率电控车用CNG发动机，装备于公交 车和重型载重车。据欧美一些专家预测，天然气是最具发展潜力 的汽车替代燃料。天然气发动机的低排放优点，也是混合动力汽 车优选的内燃机类型。可以预测，在今后510年内，CNG汽车的 比例将会明显增长，成为我国汽车的主要品种之一。表 212世界天然气汽车及加注站的普及情况国家保有量（台）CNG加注站国家保有量（台）CNG加注站阿根加拉44534106巴西10353481176委内

49、瑞拉44146149巴基斯坦870000828 俄罗斯41780213意大利382000509玻利维亚3885563印度204000198亚美尼亚3810060美国 1300001340德国33000647中国97200357日本25000289伊朗91314120 加拿大 20505222 乌克兰67000147其他国家 114324883 埃及63135 95 合计 4859477 8892 哥伦比亚 60000 90天然气汽车在我国发展迅速。截至20 xx年底，我国正式确定 的清洁汽车重点推广应用城市（地区）有19个，燃气汽车保有量为 215000辆，其中使用压缩天然气的汽车已达9720

50、0辆。从图214可以看出，LPG （液化石油）汽车发展趋于平稳。 CNG车辆发展则呈平稳增长势头。1999年CNG汽车占燃气汽车比 例为9. 3%,到20 xx年时CNG汽车占燃气汽车比例为达47%,几乎 占了整个燃气汽车的一半，天然气汽车区域化发展模式已逐步形 成4 O图 2-14我国燃气汽车历年数据统计（单位：万辆）燃气汽车及加气站在我国主要城市的推广情况（截至20 xx年 底）。表 2-13燃气汽车及加气站主要城市推广情况（截至到20 xx年底）城市（地区）燃气汽车（辆）燃气汽车加油站（座）LPGVCNGVLPGVCNGV北京市3241220896927上海市390001751024天津

51、市760850125重庆市1898546 四川省52461185 海南省515184137乌鲁木齐377753983430 长春市 10092200362 西安市1049727 广州市730014哈尔滨市578927济南市 2400140073青岛市350617银川市143626464廊坊市19105注：截至目前，北京天然气公交车保有量已达3800辆。可以预见，随着国内加气站网络建设的完善，天然气汽车必 将得到大力推广，天然气企业和天然气汽车行业的市场空间将更 为广阔。国内天然气汽车加气站稳定增长。从图2T5可以看出，LPG汽车和CNG汽车加气站均发展平 稳，相比而言CNG车辆加气站增长速度更

52、快些。图 2-15我国燃气加气站历年数据统计（单位：座）燃气汽车保有量的增加及使用率的提高极大的增加了汽车能 源消耗的替代效益。据不完全统计，20 xx年度19个重点推广应用 城市（地区）的加气站累计出售LPG34. 8万吨，CNG9. 4亿立方米， 替代燃油达116万吨，能源替代效益逐步显现。重庆市自1999年被确立为全国首批清洁汽车示范城市以来， 天然气汽车产业发展迅猛，目前全市天然气汽车保有量已达38000 辆，主城区25000辆，投入使用的加气站53座，居全国领先水 平。同时，作为国内天然气汽车基础最好、发展最快的城市之 一，重庆市已初步形成了天然气汽车整车及零部、加气站成套设 备、气

53、瓶、供气装置、售气机等门类齐全的天然气汽车产业体 系。重庆位于四川盆地东南部，天然气资源丰富，是我国天然气 的主产区，其天然气储量约占全国1/4。目前重庆地区已累计获得 天然气探明地质储量为7687亿m3,可采储量为2949亿m3。储采 比26.8： 1；还有剩余控制储量1898亿m3,剩余预测储量3154 亿m3。按照天然气储量及目前和规划的开采能力，重庆地区天然 气的服务年限可达50年以上。产业发展迅速，产业规模全国领先：经过几年的发展，目前 重庆市已初步形成天然气汽车整车及零部、加气站成套设备、气 瓶、供气装置、售气机等门类齐全的天然气汽车研究、开发、生 产体系，拥有重庆益峰高压容器有限

54、公司、重庆气体压缩机厂等 全国知名的关键设备生产厂家，部分产品市场占有率极高，详见 下表2-14。全市有2家整车生产企业拥有压缩天然气汽车整车生 产目录，另有25家压缩天然气汽车改装厂、8家维修厂。重庆产、学、研紧密结合，研发体系完善。国内燃气汽车领 域的唯一一家国家工程中心一一国家燃气汽车工程技术研究中心 设在重庆，该中心是全行业最重要的成果工程化转化的研发机 构，它的设立体现了国家对重庆市天然气汽车发展的重视。重庆市也是我国重要的汽车开发、生产基地之一，拥有重庆 汽车研究所、重庆交通科研设计院、重庆大学等一批从事汽车开 发的单位，具有开发天然气汽车的良好技术基础。同时，重庆市 在天然气汽车

55、推广应用中积极引进国内和国际的先进技术和产 品，对于提升重庆市天然气汽车推广应用水平发挥了相当重要的 作用。表 2-14重庆市天然气汽车产业主要生产厂家年产量及市场占有率企业名称主要产品国内市场占有率重庆宇通客车有限公司CNG客车30%重庆鼎辉汽车燃气系统有限公司供气转换装置关键零部35%重庆气体压缩机厂有限责任公司CNG压缩机40%重庆益峰高压容器有限公司CNG气瓶50%重庆四联加油机器有限公司、重庆巨创计量设备有限公司CNG加气机60%重庆爱尔机电有限公司顺序控制盘80%重庆具有汽车制造和玻璃纤维生产的雄厚基础，在重庆市开 发压缩天然气车用气瓶具有雄厚的技术支持和广阔的市场前景， 具有良好

56、的经济效益和社会效益。3、项目规模及产品方案年产110升CNG气瓶10万只。4、建设条占地面积45000m2,厂房30000m2o5、工艺技术方案及设备5. 1工艺流程简介钢管缠绕内胆涂层无损检测机加工热处理旋压收口批量检验气密性试验水压试验固化图 2-16工艺流程图5. 2主要原材料：环氧树脂、玻璃纤维、碳纤维、酸肝固化剂3技术指标主要技术参数及性能：内胆材料:铝合金6061、6351外缠绕材料：玻璃纤维、碳纤维工作压力:20Mpa水压压力：30Mpa爆破压力：270Mpa容积：50 120L重量：30 50kg5.4复合材料压力容器相关国内外参照标准MILL-STD-1522气瓶安全规范9

57、IS011439-2000车用压缩天然气高压气瓶9ANSI/AGANGV2-20009DOT-CFFC BasicRequirementsforFullyWrappedcarbonfiberReinforcedAluminumLinedCylinders9GB17258-1998车用压缩天然气钢瓶9EN12245Transportablegascylinder-fullywrappedpositecylinders9 IISE-AL-FW25技术来源内衬制造设备：德国、美国或国产纤维缠绕设备：加拿大、德国、美国、国产工艺技术与质量控制：国内国内外生产复合材料压力容器的主要厂家有Lincoln.

58、 Dyek、 Luxfer、CPI、Hydrospin、SCI、韩国NK公司、北京天海、中复 连众沈阳公司、重庆益峰、北京科泰克、上海德坤，中材科技苏 州公司等。.6主要生产设备主要设备：冲床、压机、旋压机、缠绕机、热处理设备、固 化炉国内设备供应厂家：纤维缠绕机苏州中科时代公司、旋压机北京航空材料研究所（北京625所）。6、主要经济技术指标总投资：13000万元，其中生产设备10000万元；厂房投资 2400万元；土地675万元。年销售收入45000万元（110升玻璃纤维CNG气瓶市场售价约 4500元/只）材料成本，2900元，人员工资75万元（30人计）年利润总额9245万元，增值税27

59、20万元，企业所得税约 3960万元。篇3： 20XX版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材 料复合材料学案鲁科版20XX版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材料复合 材料学案鲁科版本文关键词：高考，复合材料，金属材料，复 习，元素20XX版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材料复合 材料学案鲁科版本文简介：第3节金属材料复合材料1. 了解常 见金属的活动顺序。2. 了解合金的概念及其重要应用。3. 了解 铜及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。4.以 上各部分知识的综合应用。金属材料复合材料知识梳理1.金属 矿物的开发利用（1）金属在自然界中存在的形式一绝大多数金属化

60、 合物中的金属元素都显正价I一金、20XX版高考化学复习材料家族 中的元素第3节金属材料复合材料学案鲁科版本文内容：第3节金属材料复合材料了解常见金属的活动顺序。了解合金的概念及其重要应用。3. 了解铜及其重要化合 物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。4.以上各部分知识的 综合应用。金属材料复合材料知识梳理.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中存在的形式一绝大多数金属化合物中的金属元素都显正价一金、铀等极少数金属(2)金属冶炼的一般步骤(3)金属冶炼的实质金属冶炼的过程就是使金属化合物中的金属离子得到电子被 还原为金属单质的过程，即:Mn+ne=Mo(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)