復合材料期末考試復習題

1、.1. 復合材料的分類方法？復合材料的分類方法也很多。常見的有以下幾種。 按基體材料類型分類 聚合物基復合材料以有機聚合物(主要為熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠)為基體制 成的復合材料。 金屬復合材料以金屬為基體制成的復合材料，如鋁墓復合材料、鐵基復合材料等。 無機非金屬基復合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)為基體制成的復合材料。 按增強材料種類分類 玻璃纖維復合材料。 碳纖維復合材料。 有機纖維(芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強度聚烯烴纖維等)復合材料。 金屬纖維(如鎢絲、不銹鋼絲等)復合材料。 陶瓷纖維(如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、翩纖維等)復合材料。 此外，如果用兩種或兩種以上的纖維

2、增強同一基體制成的復合材料稱為“混雜復合材料”?；祀s復合材料可以看對免戈趁兩種或多種單一纖維復合材料的相互復合，即復合材料的“復合材料”。 按增強材料形態(tài)分類 連續(xù)纖維復合材料作為分散相的纖維，每根纖維的兩個端點都位于復合材料的邊界處。 短纖維復合材料短纖維無規(guī)則地分散在基體材料中制成的復合材料。粒狀填料復合材料微小顆粒狀增強材料分散在基體中制成的復合材料。 編織復合材料以平面二維或立體三維纖維編織物為增強材料與基體復合而成的復合 材料。 按用途分類 復合材料按用途可分為結(jié)構(gòu)復合材料和功能復合材料。2. 舉例說明復合材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應用？建筑工業(yè)中，復合材料廣泛應用于各種輕型結(jié)構(gòu)房屋，建筑裝

3、飾、衛(wèi)生潔具、冷卻塔、儲水箱、門窗及其門窗構(gòu)件、落水系統(tǒng)和地面等。 化學工業(yè)中，復合材料主要應用于防腐蝕管、罐、泵、閥等。 交通運輸方面，如汽車制造業(yè)中，復合材料主要應用于各種車身結(jié)構(gòu)件、引擎罩、儀表盤、車門、底板、座椅等；在鐵路運輸中用于客車車廂、車門窗、水箱、衛(wèi)生間、冷藏車、儲藏車、集裝箱、逃生平臺等。 造船工業(yè)中，復合材料用于生產(chǎn)各種工作挺、漁船、摩托艇、掃雷艇、潛水艇、救生艇、游艇以及船上舾裝件等。 此外，復合材料在電氣工業(yè)、軍械、航空、體育用品、農(nóng)漁業(yè)及機械制造工業(yè)等都有較廣泛應用。3. 簡述鋁基復合材料的制造及二次加工工藝？制造過程可分為三個階段：纖維排列、復合材料組分的組裝壓合和

4、零件層壓。大多數(shù)鋁-硼復合材料是用預制品或中間復合材料制造。鋁基復合材料的二次加工包括成型、連接機械加工和熱處理等工藝過程P1394. 簡述陶瓷基體的種類并加以舉例說明？玻璃：高硅氧玻璃、硼酸玻璃、鋁硅玻璃等； 玻璃陶瓷：鋁鋰硅酸鹽玻璃陶瓷、鎂鋁硅酸鹽玻璃陶瓷等； 氧化物陶瓷：氧化鋁、氧化鎂、氧化硅和莫來石陶瓷等； 非氧化物陶瓷：碳化硅、氮化硅、氮化鋁、硅化物和硼化物等。5. 簡述FRP定義、組成種類、性能特點、常規(guī)制備工藝及其應用領(lǐng)域？FRP：纖維增強復合材料是由纖維材料與基體材料按一定比例混合后形成的高性能型材料。組成種類：由增強纖維和基體組成。一般用玻璃纖維增強不飽和聚酯環(huán)氧樹脂與酚醛樹

5、脂做基體，以玻璃纖維或其制品做增強材料的增強塑料。工程中常用的FRP主材主要有碳纖維，玻璃纖維及芳綸纖維其材料形式主要有片材棒材及型材。性能特點：抗拉強度高熱膨脹系數(shù)與混凝土相近與鋼材比彈性模量小抗剪強度低抗腐蝕抗疲勞性能好比強度高良好的可設計性絕緣隔熱及透電磁波等制備工藝：主要分為濕法接觸法和干法壓成型 按工藝特點可分為手糊成型、層壓成型、RTM法、擠壓法、模壓成型等。手壓成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手壓法應用：在土木工程領(lǐng)域可用于包括柱、墻、梁、板及面板抗震及補強加固。在建筑領(lǐng)域、巖土工程、橋梁工程、海洋結(jié)構(gòu)和近海結(jié)構(gòu)等方面也有應用。6. 玻璃纖維有哪些主要的物理和化

6、學特性，這些性能在玻璃鋼制品中發(fā)揮怎樣的作用？7. 玻璃纖維制品有哪些？它們主要應用在那些場合？你覺得還可以開發(fā)哪些玻璃纖維制品？8. 制造玻璃纖維及其制品時浸潤劑的作用是什么？常用的有哪幾種浸潤劑6.簡述復合材料界面的定義、結(jié)構(gòu)、特點、作用以及界面的結(jié)合方式。復合材料的界面是指基體與增強體之間化學成分有顯著變化的構(gòu)成彼此結(jié)合的，能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。界面的結(jié)構(gòu)：由五個亞層組成：樹脂基體基體表面相互滲透區(qū)增強劑表面區(qū)增強劑及外力場特點：界面雖然很小，但是它是有尺寸的，約幾個納米到幾個微米，是一個區(qū)域或一個帶，或一個層，厚度不均勻。它包含里基體和增強物的部分原始接觸面。基體與增強物相互作用

7、生成的反應產(chǎn)物，此產(chǎn)物與基體及增強物的接觸面等。在化學成分上有基體等元素外還有其他雜質(zhì)，因此界面上的化學成分和相結(jié)構(gòu)是很復雜的。作用：界面是復合材料的特征，可將界面的技能歸納為以下幾種效應：傳遞效應阻斷效應不連續(xù)效應散射和吸收效應誘導效應1、機械結(jié)合：基體與增強體材料之間不發(fā)生化學反應，借助增強纖維表面凹凸不平的形態(tài)而產(chǎn)生的機械鉸合和基體與纖維之間的摩擦阻力形成。 2、溶解與浸潤結(jié)合：基體潤濕增強材料相互之間發(fā)生原子擴散和溶解形成結(jié)合。液態(tài)或是粘流態(tài)基體對增強纖維的侵潤，而產(chǎn)生的作用力，作用范圍只有若干原子間距大小。 3、反應結(jié)合：基體與增強體材料間發(fā)生化學反應，在界面上生成化合物，以化學鍵連

8、接基體和增強體，是基體和增強材料結(jié)合在一起?；w與纖維之間形成界面反應層。 4、交換反應結(jié)合：基體與增強材料間發(fā)生化學反應，生成化合物，且還通過擴散發(fā)生元素交換，形成固溶體而使兩者結(jié)合。4、混合結(jié)合：上述幾種形式的混合結(jié)合方式。7.描述聚合物基復合材料界面的形成過程。簡述復合材料界面作用機理。界面的形成可分為兩個階段：第一階段是基體與增強纖維的接觸與潤濕過程。增強體對基體分子中不同基團或基體各組分的吸附能力不同；聚合物的界面結(jié)構(gòu)與本體不同。這一階段是界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段。第二階段是聚合物的固化階段。聚合物通過物理或化學過程固化形成固定界面層。第一階段與第二階段往往是連續(xù)的，有時是同時進行的

9、。界面作用機理：浸潤吸附理論：浸潤是形成復合材料界面的基本條件之一，浸潤不良會在界面上產(chǎn)生空隙，易因應力集中而開裂，完全浸潤則將提高符合材料的強度化學鍵理論：該理論認為基體樹脂表面的活性官能團與增強體表面的官能團能其化學反應，在界面形成共價鍵結(jié)合物理吸附理論：也稱機械作用理論：認為增強纖維與樹脂基體之間的結(jié)合屬于機械鉸合和基于次價鍵作用的物理吸附過渡層理論：為消除內(nèi)應力，界面區(qū)應存在一個過渡層，起到應力松弛作用拘束層理論：該理論也認為在基體和增強體之間存在一個松弛應力的過渡層，但是該過渡層并非柔性的變形層擴散層理論：這種物理結(jié)合是指復合材料的增強體和基體的原子或分子越過兩組成物的邊界相互擴散而

10、形成的界面結(jié)合減弱界面局部應力作用理論：認為處于基體與增強體界面間的偶聯(lián)劑提供了一種“自愈能力”的化學鍵，這種化學鍵在外載荷作用下處于不斷形成和斷裂的動態(tài)平衡狀態(tài)靜電吸引理論：合適的偶聯(lián)劑使復合材料的基體和增強體的表面帶有異性電荷，引起相互吸引，從而形成界面結(jié)合力，靜電引力引起的界面強度取決于電荷密度。8.簡述金屬基復合材料界面的類型、結(jié)合形式、影響其界面穩(wěn)定性的因素以及界面控制方法。類型：類界面（纖維與基體互不反應亦不溶解）是平整的，厚度為分子層的程度，除原組分外，界面不含其他物質(zhì)。類界面（纖維與基體不反應，但相互溶解）是由原組分構(gòu)成的犬牙交錯的溶解擴散型界面類界面（纖維與基體相互反應形成界

11、面反映層）含有亞微級左右的界面反應物質(zhì)（界面反應層）結(jié)合方式：物理結(jié)合：指借助材料表面的粗糙形態(tài)而產(chǎn)生的機械絞合，以及借助基體收縮盈利包緊纖維時產(chǎn)生的摩擦結(jié)合溶解和浸潤結(jié)合：纖維與基體的相互作用力是極短程的，只有若干原子間距反應結(jié)合：特征是在纖維與基體之間形成新的化合物層，即界面反應層影響界面的穩(wěn)定因素：包括物理和化學兩個方面。物理方面的不穩(wěn)定因素主要指在高溫條件下增強纖維與基體間的熔融。化學方面的不穩(wěn)定因素主要與復合材料在加工和使用過程中發(fā)生的界面化學作用有關(guān)，包括連續(xù)界面反應，交換式界面反應和暫穩(wěn)態(tài)界面變化等幾種現(xiàn)象。界面控制方法：增強體表面涂層處理金屬基體合金劃優(yōu)化制備方法和工藝參數(shù)。9.試述界面的表征方法有哪些？電子顯微鏡：SEM、TEM等 微觀結(jié)構(gòu)的表征：紅外線光譜與拉曼光譜 界面成分表征：X射線光電子能譜（XPS） 界面殘余應力表征：X射線衍射法和中子衍射法 界面強度表征：常規(guī)分析法1 拉拔試驗（測定界面粘接強度）2 界面微脫法測定界面