复合材料课程学习知识点

1、复合材料课程学习知识点1、复合材料的概念与内涵？复合材料的分类及特点？-1、什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。例如：分类及特点见P4-P62、玻璃纤维表面处理的作用（浸润剂、偶联剂）。-1.浸润剂的作用玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维 就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水 分的侵蚀作用。偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同的基团。一种官能团能很好

2、与 玻璃纤维表面结合；另一种官能团能很好与合成树脂结合（产生共聚）。通过表面处理剂把两种性能截然不 同的物质联合起来，形成一个统一的整体。因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫“偶联剂”。这种中间连 接作用叫架桥作用或偶联作用。3、玻璃纤维的拉丝方法。坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝坩埚法拉丝工艺生产工艺由制球和拉丝两部分组成整个拉丝过程中加球和拉丝温度控制是由自动控制装置来完成的2）池窑漏板法拉丝工艺池窑拉丝是连续玻璃纤维生产的一种新的工艺方法。池窑拉丝是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成 各种支数的连续玻璃纤维。窑拉丝与坩埚拉丝相比较，具有如下优点：省去制球工艺，简化工艺流程，效率高；池窑拉丝一

3、窑可安装10块到上百块漏板，熔量大，生产能力高；易实现自动化；适于多孔大漏板生产玻璃钢适用的粗纤维；生产的废纱便于回炉。4、玻纤的结构与组成？玻纤性能与块状玻璃性能差异原因？结构详见:P26-P27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、等阳离 子称为网络改性物。玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(82。3)、氧化钙(CaO

4、 )、三氧化 二铝(A12O3)等5、玻璃纤维表面处理的方法？后处理法、前处理法和迁移法。P151-P152后处理法凡是使用纺织型浸润剂，制得的玻璃纤维及织物，在用于制作玻璃钢之前原则上都采用此法进行表面处理。分两步进行：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表 面被覆上一层处理剂。特点：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大，玻璃纤维强度损失大.但处理效果好，比较稳定.是目 前国内外最常使用的处理方法。前处理法适当改变浸润剂的配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘 结。将化学处理剂加入到浸润剂中。

5、与后处理法比较优点：省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便；避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。缺点：这种浸润剂一方面要满足拉丝、纺织工序的要求，同时又要满足与树脂浸渍、粘结等要求，是一个比较复 杂的技术问题，目前尚需进一步研究。3.迁移法迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借处理剂 从树脂胶液至纤维表面的“迁移”作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。6、碳纤维的结构及其性能特点？石墨：六方晶系书P43-P44碳纤维：乱层石墨结构最基本的结构单元：石墨片层二级结构单元：石墨微晶(由数张或数十张石墨片层组成)三级结构单元

6、：石墨微晶组成的原纤维。直径在50nm左右，弯曲，彼此交叉的许多条带状组成的结构。 CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。皮层：微晶较大，排列有序。芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀。化学性能：耐一般酸碱耐热性：在不接触空气或氧化性气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，在高于1500OC下强度才开始下降。热膨胀系数：CF的热膨胀系数具有各向异性的特点。平行于纤维方向为负值垂直于纤维方向为正值热导率：热导率具有方向性平行于纤维方向：16.74 W/(mK)垂直于纤维方向：0.837 W/(mK) 温度升高，热导率下降。密度：在1520g/cm3之间密度与原丝结构、碳化温度有关。7、碳纤维表面处理意义及途

7、径？提高碳纤维增强复合材料中CF与基体的结合强度。P152CF表面处理的途径清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，增加表面能；引进具有极性或反应性官能团，并能与树脂起作用的中间层，如一COOH，NH2, OH，等8、基体在复合材料中的作用。均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；保护纤维，防止纤维磨损；赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）；决定复合材料生产工艺、成型方法。在选用复合材料树脂基体时，因该考虑的因素有哪些？产品性能工艺性能-9综合决定 基体材料成本及来源如：从成型工艺角度：手糊成型：聚酯、环氧；层压、模压、缠绕工艺：环氧和酚醛；成本：酚醛 聚酯 环氧环氧树脂

8、质量指标有哪些?如何测定？1）外观与色泽：外观：低分子量的低粘度液一固一一固体；固体环氧树脂薄片色泽：透明，从无色到黄色（2）黏度和软化点施工操作一个重要指标，500025000mPas有些黏度高的环氧树脂黏度指的是40C下测定值。固体环氧树脂是非结晶的数种聚合度预聚物的混合体。软化点：被软化的树脂在外力作用下呈流动态3）环氧值、环氧质量分数和环氧当量环氧值：每100g环氧树脂中所含有的环氧基的摩尔数。（该法有利于固化剂用量的计算）。phr。 我国经常采用。环氧质量分数：每100g树脂中含有环氧基的质量（g）。俄罗斯、东欧各国用；环氧当量：含有1mol环氧基团的树脂的质量，175200 g/m

9、ol;分子量增大，环氧基间的链段越长，环氧当量就相应增加。美国、欧洲、日本采用。环旬当量-环础=需方警环轼K环到基分于JB环彰基ch-ch）命予童为43/mo环餐质Q分敷=环震基?X环机伯（4）羟基当量含有一摩尔羟基的树脂质量。羟基是一个极性基团，也是环氧树脂的主要反应基团，尤其是以酸酐为固化剂时。对高分子 量、超高分子量的环氧树脂比较重要。（5）可水解氯是因为环氧树脂制备过程中闭环反应不完全，残留的氯醇醚引起的。11、环氧树脂特点有哪些？形式多样：树脂、固化剂、改性体系固化方便，固化温度可在0180C之间固化。黏附力强收缩性低力学性能电性能化学稳定性环氧体系中，苯环和脂肪羟基不易受碱的侵蚀尺

10、寸稳定性耐霉菌环氧树脂：黏结力强，机械强度高，介电性能优良，耐化学腐蚀性好;用于碳纤维和硼纤维增强12、简述树脂固化过程。）酚醛树脂其固化分为三个阶段：A阶段酚醛树脂：热固性酚醛树脂在最初可溶、可熔状态时，称人阶段酚醛树脂，树脂 平均分子量低，极性基团多，可溶于醇类、便于浸渍；B阶段酚醛树脂：在加热条件下逐步向不溶、不熔转变，在转变的中间阶段称B阶段，C阶段酚醛树脂：B阶段酚醛树脂再进行加热，因进一步反应，使树脂失去流动性，转变为不溶、不熔的固体状态，成为C阶段酚醛树脂。由于缩聚反应具有逐步的性质，所以酚醛树脂的三个阶段的划分具有明显界限。不饱和聚酯树脂固化的阶段性湿法工艺中，分为凝胶、定型和

11、熟化三个阶段Ji凝胶，粘流态树脂穴左沉初1半固态凝胶固化阶段定羹，凝胶 硬度、形状n凝胶时间v手糊时间熟化:表观上变硬，一定力学性能，经后处理，稳定物理化 学性能环氧树脂固化的阶段性环氧树脂的固化过程也可分为凝胶、定型和熟化三个阶段。固化：环氧基与固化剂分子间开环加成反应，逐步的特性，因此其三个阶段比聚酯树脂明显。环氧树脂的固化条件对固化剂不同可在很大范围内变动，使得环氧比聚酯有更好的工艺适 应性。13、不饱和聚酯固化方式有哪些？各有何特点？在引发剂下，与其他不饱和化合物发生加成聚合反应，交联固化；通过自身所含双键交联固化。引发固化：引发剂的热分解：BPO、AIBN氧化-还原反应：有机过氧化物

12、和钻盐光化学反应：光敏剂固化体系常温固化体系：有机过氧化物和促进剂组成的氧化还原系统：过氧化酮类引发剂和环烷酸钻固化系统；过氧化酰类和叔胺固化系统；中温固化体系玻璃钢成型工艺：90120C，拉挤、缠绕、手糊等工艺过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸酯、二烷基过氧化物等;高温固化剂体系叔丁基过氧化异丙基碳酸酯14、为了加快不饱和聚酯固化，可采取什么方法？15、酚醛树脂固化方式及影响因素有哪些？固性酚醛树脂的合成和固化反应1.（加热固化）：2.酸做固化剂热塑性酚醛树脂的固化：固化剂：六亚甲基四胺16、复合材料的界面效应有哪些？物理效应，引起各组分之间互相浸润、扩散、相容性、界面自由能结构网络互穿的变化

13、；化学效应：导致界面上的化学反应，形成新的界面层结构；力学效应：引起界面上的应力分布。17、复合材料界面的形成有几个阶段？界面的形成复合材料体系对界面要求各不相同，它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点， 使复合材料界面形成过程十分复杂，理论上可分为两个阶段。（接触一吸附与浸润一交互扩散一化学结合或物理结合）固化。化学结合可看作是一种特殊的浸润过程第一阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程。（界面形成与发展的 关键阶段）在复合材料的制备过程中，要求组分间能牢固地结合，并有足够的强度。要实现这一点，必须要使 材料在界面上形成能量最低结合，通常都存在一个液体对固体的相互

14、浸润。第二阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应。固化阶段受第一阶段影响，同时它也直接决定着所形成的界面层的结构。以热固性树脂的固化过程为例，固化剂所在位置是固化反应的中心，固化反应从中心以 辐射状向四周扩展，最后形成中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构，密度大的部分称做胶束或胶粒， 密度小的称做胶絮。在依靠树脂本身官能团反应的固化过程中也出现类似的现象。后处理过程：固-固界面自身完善与平衡的过程18、提高界面结合强度的途径有哪些?1）纤维表面晶体大小及比表面积碳纤维表面晶体增大，碳纤维石墨化程度上升，模量增高，导致表面更光滑、更惰性，它与 树脂黏附性和反应性变的更差，所以界

15、面粘合强度下降。纤维的比表面积大、粘合的物理界面大、粘合强度高。因为不同的纤维以及不同的表面处理其孔径分布和表面反应基体及其浓度是各异的。同时，不同的 基体体系相对分子质量大小、黏度大小，它与表面反应基团的反应能力也不一样，所以，应具体问题具体 分析。2）浸润性界面的粘合强度随浸润性增加而增加。如果完全浸润，树脂在界面上物理吸附所产生的粘合强度是很大的，但实际上由于纤维表面 上吸附有气体及其他污物，不能完全浸润，故吸附的气体及污物没有被排挤走，留在界面成为空隙，使材 料的空隙率上升，层剪强度下降；3）界面反应性界面粘合强度随界面反应性的增加而增大。比如用硅烷偶联剂改性玻璃纤维表面，复合材料性能

16、得到改善。因此，制备复合材料时，要尽可能多地向界面引入反应基团，增加界面化学键合比例，这 样有利于提高复合材料性能。4）残余应力对界面粘合强度的影响在复合材料未受外力时，界面上仍存在应力或应力分布，这就是“残余应力”。残余应力来源：增强相与基体相热膨胀系数不匹配成型过程中，由高温-室温化学和物理变化引起的各组元体积收缩的不同。复合材料热应力产生示意图可示意热应力产生的过程：19、简述水对复合材料的破坏机理。书142到144介质引起界面的破坏1）水的浸入大量的实验事实证明水是通过扩散过程而进入界面，进入的途径有三条：一是从树脂的宏观微裂缝处进入，这种宏观微裂缝是树脂固化过程中所产生的化学应力和热

17、 应力引起的；二是树脂内存在的杂质，尤其是水溶性无机物杂质，遇到水时，因渗透压的作用形成高压区， 这些高压区将产生微裂纹，水继续沿微裂缝浸入；三是通过工艺过程中在复合材料内部形成的气泡，这些气泡在应力作用下破坏，形成互相 串通的通道，水很容易沿通道达到很深的部位。到达纤维水分子的体积很小，极性又大，所以它很容易进入界面。清洁的玻璃纤维表面吸附水的能力 很强，并且纤维表面由于水分子间的作用力，可通过已吸附的水膜传递，所以玻璃纤维表面对水的吸附是 多层吸附，形成较厚的水膜（其厚度约为水分子直径的100倍）。玻璃纤维表面对水的吸附过程异常迅速。 在相对湿度为60% 70%条件下，只需2 3s即可完成

18、吸附。纤维越细时，比表面积越大，吸附的水越多。被吸附在玻璃纤维表面的水异常牢固，加热到110150C时，只能排除1/2被吸附的水，加 热到150350C时，也只能排除3/4被吸附的水。玻璃纤维复合材料表面上吸附的水，浸入界面后，发生水与玻璃纤维及树脂间的化学变化，引起界 面粘接破坏，致使复合材料破坏。2）水对玻璃纤维表面的化学腐蚀作用当水进入复合材料达到玻璃纤维表面时，使玻璃纤维表面的碱金属溶于其中，水溶液变成碱性，加 速了表面的腐蚀破坏，最后导致玻璃纤维的二氧化硅骨架的解体，纤维强度下降，复合材料性能减退。这 种腐蚀破坏，尤其在玻璃纤维表面有结构缺陷处更为严重。3）水对树脂的降解作用水对树脂

19、的作用通常有两种效应：一为物理效应，即水分子可以破坏高聚物内部的氢键及其他次价键，使高聚物发生增 塑作用，导致热机械性能下降，这种效应是可逆的，一旦将水驱走，性能可以复原；二为化学效应，即水分子与高聚物中某种键（入酯键、醚键等）起化学作用，使之断 裂，导致高聚物降解，粘结接头失去强度。水对树脂产生降解反应，是一个不可逆的反应过程，但不同的 树脂，水对其降解的能力不同。由于树脂的水解引起大分子链的断裂（降解），致使树脂层破坏，进而造成界面粘结破 坏。水解造成的树脂破坏，是一小块一小块的不均匀破坏，由于接触水的机会不同，所以树脂的水解，在接近复合材料表面层的部位，破坏较多，而在复合材料中心部位，破

20、坏较少。4）水溶胀树脂导致界面脱粘破坏水进入粘接界面后，使树脂发生溶胀，当树脂溶胀后，粘结界面上就产生一个剪应力，一旦 这种剪应力大于界面粘接力时，则界面发生脱粘破坏。5）水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏当水进入粘结接头，水就在微空隙中聚集形成微水袋。微水袋内的水与树脂接触，某些杂 质溶于其中，使袋内外形成浓度差，导致袋内产生渗透压。在一定温度下，随着时间的推延，袋内水溶液浓度不断增加，渗透压大于界面黏结力，粘 结界面就发生脱粘导致破坏。6）水促使破坏裂纹的扩展水对复合材料的作用，除了对界面起破坏作用外，还会促使破坏裂纹的扩展。8 ESo + 88E应力引起弹性应变所消耗的能量So形成新表

21、面所需的能量8小塑性变形所需的能量还有两个原因：一、是水的表面腐蚀作用使纤维表面生成新的缺陷；二、是凝集在裂纹尖端的水，能产生很大的毛细压力，促使纤维中原来的微裂纹扩展，从面促使了 破坏裂纹的扩展。20、什么是偶联剂？简述用于玻纤的偶联剂类型及作用机理。偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同的基团。一种官能团能很好与 玻璃纤维表面结合；另一种官能团能很好与合成树脂结合（产生共聚）。通过表面处理剂把两种性能截然不 同的物质联合起来，形成一个统一的整体。因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫“偶联剂”。这种中间连 接作用叫架桥作用或偶联作用。种类：-有机铬、有机硅和钛酸酯-有机

22、铬处理剂中最有名的属“沃兰（Volan）”，它的化学名称叫做甲基丙烯酸氯化铬络合物物。有机硅处理剂：结构通式为RnSiX4-n。R是有机基团，含有能与合成树脂作用形成化学键的活性基团。如；不饱和双键、环氧基团、氨基-NH2、巯基-SH等。X是易于水解的基团，水解后能与玻璃作用。n为1、2或3,绝大多数为121、如何选择复合材料成型方法？书167产品外形构造和尺寸大小；材料性能和产品质量要求；生产批量大小及供应时间要求；企业可能提供的设备条件及资金；综合经济效益，保证企业盈利22、模具材料种类有哪些？书194脱模剂种类有哪些？书1961木材；石膏；水泥；石蜡；泡沫塑料（不脱模内芯）；可溶性盐（A

23、1PO4 （6070%） +NaCO3 （3040%） + NaBO2 （58%） ）, 80C溶于水;低熔点金属58%Bi+42%Sn，熔点135 C；玻璃钢金属：钢材、铸铝，不能用铜（铜盐可妨碍树脂固化）2.脱模剂油脂类：硅酯、黄油、凡士林、石蜡溶液类：聚乙烯醇（乙醇水溶液）薄膜类：PVC、PE、PA23、模具种类有哪些？各种模具对复合材料制品性能有何影响？书195单模阴模（制品外表面光洁）阳模（制品内表面光洁对合模制品双面光洁拼装模（组合模）大型模具，由小块模具拼装而成24、试述手糊成型过程、特点、应用？书1721模具清理-涂脱模剂-涂胶衣-胶液配制补强层制作-增强层制作-表面层制作-织物剪裁固化-脱模-切边加工-产品检验2特点;优点不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批量小，形状复杂产品的生产;设备简单，投资少，设备折旧费低；工艺简单；易于满足产品设计要求；制品树脂含量较高，耐腐蚀性好缺点：生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；产品质量不易控制，性能稳定性不高；产品力学性能较低