高分子复合材料重点

“高分子复合材料”练习题第1章绪论简述复合材料的特性。A比强度和比模量,复合材料的突出特点是比强度与比模量高。B抗疲劳性能C减振性能D过载安全性E高温性能良好F具有可设计性第2章基体材料述不饱和聚酯树脂固化中交联剂的选择以及引发剂的结构特点；交联剂的选择一般对交联剂有如下的要求：高沸点、低粘度，能溶解树脂呈均匀溶液，能溶解引发剂、促进剂及染料；无毒，反应活性大，能与树脂共聚成均匀的共聚物，共聚物反应能在室温或较低温度下进行。引发剂的结构特点：引发剂一般为有机过氧化物简述酚醛树脂的种类及其常用固化剂；酚醛树脂的种类：a．热固性酚醒树脂b．热塑性酚醛树脂c．其它类型酚醛树脂低压钡酚醛树脂。(b)硼酚醛树脂。(c)改性酚醛树脂。常用固化剂：热固性塑料酚醛树脂一般采用酸类固化剂。常用的酸类固化剂有盐盐酸或磷酸，也可用对甲苯磺酸、苯酚磺酸或其它的磺酸。5简述热塑性树脂的特点及其常用产品；热塑性树脂的特点：就是加热软化甚至熔融，冷却后硬化，这个过程是可以反复进行的，因此，热塑性树脂的加工成型是非常方便的。常用的热塑性树脂：有聚乙烯、聚碳酸酌、聚甲醛、聚苯醚、聚矾、豪四氟乙烯等。简述聚苯硫醚的结构及其物理特性。聚苯硫醚是以硫化钠和对二氯苯为原料制备的，在其分子链中含有苯硫基，分子结构式为右方所示。聚苯硫醚为一种线型结构，当在空气中加热到345℃以上时，它就会发生部分交联。固化的聚合物是坚韧的，且是非常难溶的。聚苯疏醚具有优异的综合性能。表现为突出的热稳定性，优良的化学稳定性、耐蠕变性、刚性、电绝缘性及加工成型性。第3章复合材料的增强材料简述玻璃纤维的物理性能和化学性能；物理性能：具有不燃、耐高温、化学稳定性好等优良性能，还可以来用有机徐覆处理技术来进行制品深加工及扩大制品的应用。化学性能：玻璃纤维的耐化学药品性，玻璃纤维除去浓碱、浓磷酸和氢氟波外几乎耐所有的无机和有机化学药品。简述碳纤维的分类及其常用制品；A按前驱体纤维原料的不同，可分为粘胶基碳纤维、碳纤维、沥青基碳纤维和气相生长碳纤维；b按纤维力学性能分类，可分为通用级碳纤维(GP)和高性能碳纤维(HP)，其中c按照碳纤维的制造方法不同分类，石墨纤维(2000一3000℃)、氧化纤维(预氧丝200一300℃)、活性碳纤维和气相生长碳纤维。碳纤维与玻璃纤维一样有布、毡等，主要用于航空航天工业。简述碳纤维的结构及其性能；结构：(1)微观结构碳纤维属于过渡形式碳，其微结构基本类似石墨，但层面的排列并不规整，属于乱层结构。(2)碳纤维的形态结构主要取决于原丝和热处理条件。在碳化过程中，纤维的结构特征如原丝结构，原丝的挥忧取向以及截面形状等都保留在碳纤维中。性能：高强度，随着热处理温度的提高，碳纤维的电阻率随之降低。简述晶须的结构特点及其种类；结构特点：晶须(whisker)是指由高纯度单晶生长而成的直径几微米、长度几十微米的单晶纤维材料,是一类力学性能十分优异的新型复合材料补强增韧材料。种类：晶须的种类很多。按用途分为结构材料晶须和功能材料晶须；按导电性能分为绝缘型、半导体型、导电型和超导型晶须；按组成结构类型分为金属晶须、氧化物品须、碳化物晶须、氮化物品须、硼化物晶须、硅化物晶须和新开发的无机盐类晶须。简述粉体增强材料的要求及其选择弥散相的原则；要求：(1)对粉体材料的要求：A．高纯B．粉料材料的形状一般要求物料粒子尽可能为等轴状或球形，且粒径分布范围窄。采用这种粉料成型时可获得均匀紧密的颗粒排列，并避免烧结时由于粒径相差很大而造成的晶粒异常长大及其它缺陷。C无严重的团聚D．粉料的结晶形态对于存在多种结晶形态的粉料由于烧结时致密化行为不同，或其它原因，往往要求粉料为某种特定的结晶形态。E超细选择弥散相的原则：弥散相往往是一类高熔点、高硬度的非氧化物材料弥散相必须有员佳尺寸、形状、分布及数量，对于相变粒子，其晶粒尺寸还与临界相变尺寸有关；弥散相在基体中的镕解度须很低，且不与基体发生化学反应；④弥散相与基体须有良好的结合力。简述轻质碳酸钙和重质碳酸钙的制备方法和性质；轻质碳酸钙制备方法和性质：工业上常采用2种方法制备（1）氯化钙与碳酸钠溶液反应（2）氢氧化钠与碳酸钙反应重质碳酸钙的制备方法和性质：由石灰石选矿、粉碎、分级、旋风分离、表面处理而制得。其中粉碎方法可分为干式和湿式两种。无味，无嗅的白色粉末，粒径比轻质碳酸钙，密度比轻质碳酸钙略重。简述氧化锆的3种晶型结构及其“应力诱导相变”机理；氧化锆有3种品型，属多晶相转化的氧化物。三种晶型分别为：立方结构(c相)、四方结构(t相)和单斜结构(m相)。“应力诱导相变”机理：在应力作用下发生t→m马氏体转称为“应力诱导相变”这种相变过程将吸收能量，使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而实现增韧。第5章复合材料力学性能简述复合材料力学分类情况；简述复合材料的疲劳损伤的主要表现；疲劳指的是在周期性交变载荷作用下材料发生的破坏行为，它论述了材料经受周期应力或应变时的失效过程。主要表现在以下几点：①复合材料在疲劳过程中，尽管韧始损伤尺寸比金属材料大，例如纤维断头、脱层、基体开型、脱胶、基本孔洞等，但疲劳寿命比金属长。⑧复合材料的疲劳损伤是累积的，在破坏之前，损伤已有了较大的发展，有明显的征兆。而金屑材料损伤累积却很隐蔽，破坏有很大的突发性，这对工程结构来讲是报危险的。简述单向复合材料面内剪切破坏的特点。复合材料破坏的特点主要有：①不同纤维分布对缺陷的敏感性不同。复合材料中纤维是主要承载组分，不同的纤维分布对缺陷的敏感性不同，对于连续纤维增强单层复合材料，如图5—54所示，(a)为纤维方向分布，在纤维方向载荷作用下，板边缺口附近应力集中引起纤维与基体界面沿纤维方向脱粘，由此缺陷张开钝化，减轻应力集中，它对缺陷敏感不大。②在应力作用下，不存在缺口钝化，裂纹很容易顺原方向扩展，而材料断裂破坏，即对缺陷很敏感；第6章复合材料的界面简述复合材料的界面层化学键理论；化学链理论认为增强材料与基体材料之间必须形成化学键才能使粘结界面产生良好的粘结强度，形成界面。简述复合材料的界面层弱边界层理论；通常边界层主要是指液体、固体、气体紧密接触的部分，一般是指流经固体表面最接近的流体层，对传热、传质和动量均有特殊影响，但是它没有独立的相，在这一点上和界面是有一定的区别的。如果边界层内存在有低强度区城，别称为弱边界层。简述复合材料的界面层物理吸附理论；这种理论主要是考虑两个理想清洁表面，靠物理作用来结合的，实际上就是以表面能为基础的吸附理论。此理论认为基体树脂与增强材料之间的结合主要是取决于次价力的作用，粘结作用的优劣决定于相互之间的浸润性。浸润得好，则被粘体与枯合剂分子之间紧密接触而发生吸附，则粘结界面形成了很大的分子间作用力，同时排除了粘结体表面吸附的气体，减少了钻结界面的空隙率，提高了粘结强度，而偶联剂的主要作用就是促使基体树脂与增强材料表面完全浸润。简述碳纤维的氧化法表面处理；氧化法主要有气相氧化法、掖相氧化法、阳极氧化法。气相氧化法中使用的氧化剂有空气、氧气、臭氧或二氧化碳等。最常使用的方法为空气氧化法。空气氧化法是在空气中不同的温度下氧化碳纤维，一般是在空气中400一500℃条件下进行处理，处理过程中采用铅和铜的盐作为催化剂。这种方法使用的设备简单，容易实现连续化处理，但是操作比较因难，氢化程度也难以控制，有时会使碳纤维发生严重损伤。液相法的种类比较多，所使用的氧化剂有浓硝酸、次氯政钠，次氯酸钠／硫酸、磷酸等。处理的方法就是把碳纤维在一定的温度下浸入到氧化剂里浸泡一段时间，然后将碳纤维表面残存的破浓洗去。这种方法可增加碳纤维表面的租糙程度和羧基含量，改善纤维的表面性能，提高复合材料的层间剪切强度。但是由于碳纤维吸附的酸不易洗净，公害严重，而且处理时间长，效果不佳也不易工业化仅在实验室中使用。阳极氧化法是目前工业上普通采用的一种碳纤维表面处理的方法。其方法就是将碳纤维作为阳极、石墨及其它金属材料作为阴极，在含有NaOH、HNO3：、H2SO4等电解质溶液中通电对碳纤维的表面进行电解表面阳极氧化处理，阳极氧化处理酌效果较好，均匀性好，层剪切强度可提高40％一80％。缺点是比空气氧化法工序多，需经水洗、干燥等工序，碳纤维强度稍有降低。简述碳纤维的沉淀法表面处理；沉积法是指在高温及还原性气氛中，使烃类、金属卤化物等以碳、碳化物的形式在碳纤维表面形成沉积膜或生长晶须，从而可对碳纤维表面进行改性。沉积到破纤维表面的碳膜活性较大，容易被树脂润湿，并朗提高碳纤维复合材料的层间剪切强度。一般沉积法对纤维力学性能影响不大，很少损失纤维的强度，主要是利用沉积膜及晶须来增加纤维与高聚物之间的界面结合力。此法缺点是工艺较复杂，不易连续化、工业化，均匀性也差。简述碳纤维的等离子体表面处理；低温等离子体的纤维表面处理可使用空气、氧气、氮气、员气等气体，处理时间一般为几秒钟至几十分钟，处理时间的长短与气体的种类有关。另外，通过低温等离子体处理技术，还可达到在碳纤维的表面发生聚合接技的目的，从而改善碳纤维的表面性质，并能有效酌增强纤维复合材料的层剪强度、断裂韧性、弹性模量以及玻璃化转变温度。简述复合材料界面的红外光谱分析技术；现在已有很多方法可获得高聚物界面的红外光谱，比如透射光谱法，表面研磨法，内反射光谱法，没反射光谱法、反射—吸收光谱法等。对于厚度＜5微米的薄膜样品，采用透射光谱法就可很方便地获得红外光谱团。但是采用此法所使用的试样膜不能过厚，否则所得到的透射光谱将反映的是试样的本体结构而不是它的表面特征。因此，这种方法对于那些不能成膜或难以得到符合厚度要求的试样是不适用的。那么，对于较厚的薄膜试样，就可采用表面研磨技术制样．然后测定其透射光谱。这种方法可测定厚度为1000左右的试样。现在，对于高聚物表面性能的研究，常采用一种内反射光谱法。这是一种非常简便的表面测定方法。当入射的红外光以一个大于临界角θ的入射角θ1射人具有高折射率的物质中，然后再投射到试样的表面上，就会立即被试样反射出来，这称为内反射。当入射角大于或等于临界角时，则入射光不合发生折射，而是在界面处发生全反射。当一个能选择性地吸收辐射光的试样与另一个折射率大的反射表面紧密接触时．则部分入射光就会镇吸收，而不被吸收的光就会被反射或透过，这时辐射光发生了衰减，其衰减程度与试祥的吸光系数大小