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复合材料有些范文
复合材料有些范文
第一章
1复合材料有哪些优点？
存在的主要问题是什么？
（P6）
2简述复合材料的组成？
界面为什么也是一个重要组成？
答：
组成：
基体，增强材料
3谈谈复合材料的发展？
答：
复合材料是新材料领域的重要组成部分，与传统材料相比，复合材料具有：
可性强、
比强度比模量高、抗疲劳断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以
替代的功能材料和结构材料，是发展现代工业、国防和科学技术不可缺少的基础材料，也是
新技术革命赖以发展的重要物质基础，复合材料已成为新材料领域的重要主导材料。
第二章
2为什么玻璃纤维与块状玻璃性能不同？
纤维的粗细对其强度有什么影响？
为
什么?
答：
玻璃纤维的结构与玻璃的结构本质上没有什么区别，都是一种具有短距离网
络结构的非晶结构。
玻璃纤维的强度和模量主要取决于组成氧化物的三维结构。
玻璃是由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构，网络间的空隙由钠离子填充，每一个四面体均由一个硅原子与其周围的氧原子形成离子键，而不是直接联到网
络结构上。
网络结构和各化学键的强度可以通过添加其它金属氧化物来改变，由
此可生产出具有不同化学性能和物理性能的玻璃纤维。
填充的Na或ca等阳离子
称为网络改性物。
（P27
6.玻璃纤维性能的主要特点是什么？
..力学特性-脆性材料，拉伸强度高，但模量较低；纤维强度分
散性较大，强度受湿度影响；
..热性能-高温热处理后强度下降，导热系数低
..耐介质性能-除HF外，对其他介质具有较好的耐腐蚀能力，受
水侵蚀强度下降
..电性能-与组分尤其是含碱量有关，具有良好的高频介电性能
8什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？
8.什么是原纱、单丝、捻度、合股数、
支数、特、旦？
见p29
10为什么玻璃布的强度比单丝强度要低的多？
答：
玻璃纤维的细度的影响因素：
原料的熔融温度、漏板孔径、拉丝温度、拉丝速度等。
从
理论上讲，玻璃纤维直径越细，其强度越高。
但实际生产中，单丝在拉丝过程中表面形成了
很多微裂纹，使其强度远低于理论值。
直径在10~20微米范围内，单丝强度相差不大。
13.当环境湿度较大时，S-玻纤与E-玻纤在性能上有何差异？
S-玻纤，即高强玻璃纤维，碱金属氧化物含量<0.3%；E-玻纤，即电工用玻
璃纤维，碱金属氧化物含量<1%；湿度大，水的侵蚀会使GF强度下降，含
碱量越大侵蚀越快因此E玻纤强度下降速率比S玻纤快碱量越大，侵蚀越快，因此E-玻纤强
度下降速率比S-玻纤快。
15.在PAN法制备CF的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化
三个过程？
这三个处理过程对CF性能有什么影响？
答：
PAN原丝的预氧化处理预氧化的目的就是为了防止原丝在碳化时熔融，通过氧化反应
使得纤维分子中含有羟基、羰基，这样可在分子间和分子内形成氢键，从而提高纤维的热稳
定性。
预氧丝的碳化预氧丝的碳化一般是在惰性气氛中，将预氧丝加热至1000一1800℃，从而除去纤维中的非碳原子（如H、O、N等）。
生成的碳纤维的碳含量约为95％。
碳化过程
中，未反应的聚丙烯腈进一步环化，分子链间脱水、脱氢交联，末端芳构化生成氨。
随着温
度的进一步升高，分子链间的交联和石墨晶体进一步增大。
PAN的石墨化石墨化过程是在
高纯度惰性气体保护下于2000—3000℃温度下对碳纤维进行热处理。
碳纤维经石墨化温度
处理后，纤维中残留的氮、氢等元素进一步脱除，碳一碳重新排列，层面内的芳环数增加，层片尺寸增大，结晶态碳的比例增加。
16;对生产CF的PAN原丝的质量有什么主要要求/
答：
（P44）
17：
简述碳纤维的结构结构对其性能的影响？
答：
（P43）
18;I型碳纤维与II型碳纤维在结构域性能有什么不同？
答：
（P45）
19：
比较CF与GF在性能上的差异？
答：
（P45）
21.热处理温度以及热处理过程施加张力的大小对CF结构和性能的影响？
答：
热处理温度升高，纤维的模量增加。
因为随着HTT升高，微晶尺寸增
大，层片间距变小。
而强度则随着热处理温度的升高，出现最大值。
，，
热处理过程中施加张力增大，取向角减小，模量增大。
22.影响碳纤维强度的主要因素是什么？
答：
玻璃纤维的直径和长度减小，强度提高；含碱量越高，强度越低；
（热处理温度，缺陷含量）
30：
Kevlar纤维的化学结构对纤维性能有什么影响？
答：
芳纶Kevlar纤维的制法：
纺丝常采用浓硫酸为溶剂，形成溶致液晶体系，（各向异性，
沿剪切力方向取向），采用湿法纺丝或干喷—湿纺工艺。
溶致液晶（LyotropicliquidCrystal）
——体系在一定条件下可以从各向同性转变为各向异性，即液晶态溶液，聚合物在溶液中呈
一定的取向状态，在外界剪切力的作用下，聚合物分子沿剪切力的方向取向，有利于纺丝成
型。
液晶态的特点：
分子具有沿着某一个方向的取向。
29.Kevlar纤维的化学结构对纤维的性能有什么影响？
P58
34.比较GF、CF和KF的主要优缺点？
GCF优点：
强度高，模量高，耐高低温性能好；缺点：
冲击性能差，表面活CF优点：
强度高，模量高，耐高低温性能好；缺点：
冲击性能差，表面活
性低，与基体黏结性差。
KF优点：
强度高，密度小，具有一定的韧性；缺点：
抗压、抗扭性能较低，
耐水性、耐紫外光差。
第三章第三章基体材料基体材料
1.简要说明基体在复合材料中的作用。
粘合纤维，固定位置，均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；
保护纤维，防止纤维受损；
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。
答：
①基体材料通过界面与增强材料粘结成一体，并使纤维位置固定，赋予复合材料一定的形状，并以剪应力的形式向增强材料传递载荷，并使载荷均衡；②保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。
③决定复合材料的一些性能。
如复合材料的高温使用性能（耐热性）、横向性能、剪切性能、耐介质性能（如耐水性、耐化学品性能）等；
④对复合材料一些性能有重要影响，如纵向拉伸、压缩性能、疲劳性能、断裂韧性等。
⑤决定复合材料的成型工艺方法及工艺参数的选择；如：
基体的粘度、使用期直接影响增强材料的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存
环氧、酚醛及不饱和聚酯树脂的固化各有什么特点？
对制备工艺有什么影响？
..酚醛：
A阶段（可溶可熔）→B阶段（转变阶段）→C阶段（不溶不熔）。
固化阶
段界限明显，干法工艺中可根据固化阶段性把浸渍和压制分别在不同的工段
进行。
..不饱和聚酯树脂：
凝胶→定型→熟化三个阶段。
固化阶段界限不明显，一
般采取从黏流态树脂到固化定型一次完成的工艺方法。
..环氧树脂凝胶定型熟化三个阶段三阶段比聚酯树脂明显固化条件随固..环氧树脂：
凝胶→定型→熟化三个阶段。
三阶段比聚酯树脂明显，固化条件随固
化剂不同可在很大范围变动。
因此几乎对所用成型工艺都能适应。
2:
基体的强度模量和收缩率怎样影响复合材料的性能/
答：
复合材料以优良的比强度和比模量著称，用到复合材料的场合都是要用它在获得足够的刚度和强度时能将总体质量减轻。
作为结构件的复合材料起增强作用的还是纤维本身，基体会将纤维粘合成一个整体，来共同受力，在承担外载荷的时候纤维增强体受力并抵抗变形，基体起到传导力的作用，将载荷分散到整个结构件上共同抵御变形。
除了三维编织预制件作为增强体以外，复合材料都要涉及层间的问题，而层间完全是基体的粘接强度在起作用，作为基体材料要有足够的剪切性能，在受力时就不会因为强度不够而使复合材料分层失去抵抗外载荷的能力。
基体的收缩率要和增强体匹配，不要过大导致层间脱开。
所以作为复合材料在选材的时候要综合考虑增强体和基体的选择。
10.若要使环氧树脂室温固化，可采用哪几种固化剂？
是写出其结构式。
答：
脂肪族胺类是较常用的室温固化剂，它的固化速度快，反应时放出的热量又能促进树脂与固化剂反应。
但这类固化剂对人体有刺激作用，固化产物较脆而且耐热性差，在复合材料方面应用不多。
阴离子及阳离子型固化剂：
是催化性固化剂，仅仅起到固化反应的催化作用，这类物质主要是引发树脂分子中环氧基的开环聚合反应，从而交联成体型结构的高聚物。
由于树脂分子间的直接相互反应，使固化后的体型结构高聚物基本具有聚醚的结构
11.环氧值为0.51当量/100g的618#环氧树脂，用苯酐做固化剂，试计算100g环氧树脂所需苯酐的量。
参考p107计算，（64.158）
12.试写出2-乙基-4-甲基咪唑的分子式，请说明其在固化环氧树脂时的固化
机理。
参见p110
13目前，环氧树脂的增韧有几种方法？
简要说明其增韧机理。
13.目前，环氧树脂的增韧有几种方法？
简要说明其增韧机理。
..橡胶弹性体增韧：
具有活性端基的弹性体分子可以通过活性端基与环氧基
的反应嵌段进入环氧的交联网络。
机理-橡胶颗粒脱胶或断裂后所形成孔洞
的塑性体膨胀，颗粒或孔洞所诱发的剪切屈服变形；
..热塑性树脂增韧-热塑性树脂颗粒对裂纹扩展起约束、闭合作用和钉锚作
用，阻止裂纹扩展；热塑性树脂与环氧树脂形成半互穿网络聚合物；
..热致液晶增韧-热致液晶聚合物以原纤的形式存在于环氧树脂连续相中，
可以阻止裂缝，提高基体韧性；
..核壳结构聚合物增韧-CSLP粒子空穴化—塑性形变，吸收外加能量
..刚性纳米粒子增韧在基体受冲击时纳米粒子与基体之间产生微裂纹（银..刚性纳米粒子增韧-在基体受冲击时，纳米粒子与基体之间产生微裂纹（银
纹），吸收能量；基体塑性变形吸收冲击能。
第四章第四章聚合物基复合材料的界面聚合物基复合材料的界面
1.复合材料的界面效应有那些？
如何影响复合材料的性能？
..物理效应：
引起各组分之间相互浸润、扩散、相溶性、界面吉布斯自由能、
结构网络互穿的变化；
..化学效应：
导致界面上的化学反应形成新的界面层结构；..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。
2.影响界面黏结强度的因素有那些？
提高界面黏结强度的途径有那些？
..纤维表面晶体大小及比表面积：
晶体增大、粘结性能变差，粘结强度降低；
比表面积大，粘结强度高；
..浸润性：
浸润性↑，粘结强度↑；空隙率↑，粘结强度↓
..界面反应性界面反应性↑粘结强度↑..界面反应性：
界面反应性↑，粘结强度↑..残余应力：
降低残余应力
2.影响界面结合强度的因素哪些？
如何提高界面结合强度？
答：
影响界面结合强度的因素：
表面的几何形状、分布状况、纹理结构；表面吸附气体和蒸气程度；表面吸水情况；杂质存在；表面形态（形成与块状物不同的表面层）；在界面的溶解、浸透、扩散和化学反应；表面层的力学特性；润湿速度等。
提高界面结合强度：
被粘体对粘接剂吸附越强，粘接强度越高。
增强材料与基体间必须形成化学键才能使粘结界面产生良好的粘结强度。
表面形状不规则的沟槽和孔穴越多，粘合强度越高。
大分子链结构及柔顺性。
减少表面污染将大大提高粘结作用。
3：
影响粘结强度的因素有哪些？
答：
6.简述水对复合材料的破坏机理。
..水的浸入：
形成较厚的水膜
..水对玻璃纤维表面的化学腐蚀作用：
碱金属溶于水中，溶液呈碱性，加速
表面腐蚀，导致SiO2骨架解体，强度下降。
..水对树脂的降解作用：
物理效应，化学效应
..水溶胀树脂导致界面脱粘破坏界面处树脂溶胀→剪应力当剪应力>界..水溶胀树脂导致界面脱粘破坏：
界面处树脂溶胀→剪应力，当剪应力>界面粘结力→界面脱粘破坏
..水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏..水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏..水促使破坏裂纹的扩展
8什么是偶联剂？
简述用于玻璃纤维的偶联剂类作用机理？
..偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，偶联剂分子应至少含有两种
官能团，第一种官能团在理论上可于增强材料起化学反应，第二种官能团在
理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成化学键结合。
通过这两种不同的基团的反应，在两者之间架起键桥，把两种不同性质的材料连接起来，键桥的力量是分子间的吸引力所无法比拟的，从而获得良好的粘接性。
..有机硅烷类偶联剂，有机铬络合物偶联剂
..作用机理：
1）水解；2）与玻璃纤维表面作用；3）与树脂基体作用
答：
偶联剂是一种化合物，其分子两端通常含有不同的基团。
偶联剂的作用是靠偶联剂分子中的两种基团：
一种基团可与玻璃纤维表面起化学反应，以化学键连接；另一种基团可参与树脂的固化反应生成化学键。
通过这两种不同的基团的反应，在两者之间架起键桥，把两种不同性质的材料连接起来，键桥的力量是分子间的吸引力所无法比拟的，从而获得良好的粘接性。
复合材料有特性：
1、复合材料的比强度和比刚度较高。
材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。
这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。
比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。
这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。
现代飞机、导弹和卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的比例。
2、复合材料的力学性能可以设计，即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。
例如，在某种铺层形式下，材料在一方向受拉而伸长时，在垂直于受拉的方向上材料也伸长，这与常用材料的性能完全不同。
又如利用复合材料的耦合效应，在平板模上铺层制作层板，加温固化后，板就自动成为所需要的曲板或壳体。
3、复合材料的抗疲劳性能良好。
一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，而某些复合材料可高达70～80%。
复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。
因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。
纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。
用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。
4、复合材料的减振性能良好。
纤维复合材料的纤维和基体界面的阻尼较大，因此具有较好的减振性能。
用同形状和同大小的两种粱分别作振动试验，碳纤维复合材料粱的振动衰减时间比轻金属粱要短得多。
6、复合材料的安全性好。
在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维。
当用这种材料制成的构件超载，并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上，因此整个构件不至于在短时间内丧失承载能力。
复合材料的成型工艺简单。
纤维增强复合材料一般适合于整体成型，因而减少了零部件的数目，从而可减少设计计算工作量并有利于提高计算的准确性。
另外，制作纤维增强复合材料部件的步骤是把纤维和基体粘结在一起，先用模具成型，而后加温固化，在制作过程中基体由流体变为固体，不易在材料中造成微小裂纹，而且固化后残余应力很小。
目前已有许多常规和特种加工方法可用于各种类型复合材料的加工。
常规机械加工方法简单、方便、工艺较为成熟，但加工质量不高，易损坏加工件，刀具磨损快，而且难以加工形状复杂的工件。
复合材料特种加工方法各有特色。
激光束加工的特点是切缝小、速度快、能大量节省原材料和可以加工形状复杂的工件。
高压水切割的特点是切口质量高、结构完整性好、速度快，特别适宜金属基复合材料的切割。
电火花加工的优点是切口质量高、不会产生微裂纹，唯一不足是工具磨损太快。
超声波加工的特点是加工精度高，适宜在硬而脆的材料上打孔和开槽。
电子束加工属微量切削加工，其特点是加工精度极高，没有热影响区，适宜在大多数复合材料上打孔、切割和开槽，它的不足是会产生裂纹和界面脱粘开裂。
电化学加工的优点是不会损伤工件，适宜于大多数具有均匀导电性复合材料（前提是不吸湿）的开槽、钻孔、切削和复
杂孔腔的加工。
不难看出，复合材料特种加工方法具有的优点----刀具磨损小、加工质量高、能加工复杂形状的工件、容易监控和经济效益高等恰恰是常规机械加工方法的弊病，因此可以认为复合材料特种加工方法是未来复合材料加工的发展方向。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
20世纪70年代人们把材料、信息为社会文明的支柱；80年代以后高技术群为代表的新技术革命，又把新材料与信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
这主要是因为材料是国民经济建设、国防建设与人民生活所不可须臾缺少的重要组成部分。
复合材料作为材料科学中一枝独立的新的科学分支，已经得到了广泛的重视，正日益发展并在许多工业部门中得到广泛运用，成为当今高科技发展中新材料发的一个重要方面。
鉴于材料的重要的基础地位和作用，每一次科学技术的突飞猛进，都对材料的性能提出了越来越高、越来越严和越来越多的要求。
现如今在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要，在这种情况下，人们以其充满智慧的头脑将材料的新的发展方向伸向一个更加广阔的领域——复合材料。
本文就将对复合材料的基本概念、加工中的理论问题、制备工艺与方法和典型的应用加以阐述，希望能够比较全面的对复合材料做一个介绍。
首先我们来给复合材料下一个明确的定义。
根据国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）为复合材料下的定义，复合材料（ComposeMaterial）是由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料的组份材料虽然保持其相对独立性，但是复合材料的性能却不是组份材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。
在复合材料中通常有一相为连续相（称为基体），而另一相为分散相（增强材料）。
分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的。
两相之间存在着相界面，分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料
复合材料的出现和发展，是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。
它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点，按照需要设计，复合成为综合性能优异的新型材料。
可以预见，如果用材料作为历史分期的依据，那么，继石器、青铜、铁器、钢铁时代之后，在世纪，将是复合材料的时代。
在概述的余下一些篇幅中，我们来大致了解一下关于复合材料的一些基本内容
一、复合材料的命名和分类
复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。
将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上―复合材料‖即为材料名。
为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称，中间加一条斜线隔开，后面再加―复合材料‖。
有时为了突出增强材料或者基体材料，视强调的组份不同也可将不需强调的部分加以省略或简写。
复合材料的分类方法很多，常见的分类方法有以下几种:
a.按增强材料形态分：
连续纤维复合材料，短纤维复合材料，粒状填料复合材料，编织复合材料
b.按增强纤维种类分类：
玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料，金属纤维复合材料，陶瓷纤维复合材料，混杂复合材料（复合材料的―复合材料）
c.按基体材料分类：
聚合物基复合材料，金属基复合材料，无机非金属基复合材料d.按材料作用分类：
结构复合材料，功能复合材料
二、复合材料的基本性能：
复合材料是由多相材料复合而成，其共同特点为:
（1）综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能
（2）可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造
（3）可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工的工序由于复合材料性能受许多因素的影响，不同的复合材料性能不同，就是同一类复合材料的性能也不是一个定值，故在此处给出一些主要性能:
I聚合物基复合材料
i）比强度，比模量大,ii）耐疲劳性能好,iii）减震性好iv）过载时安全性能好。
v）具有多种功能性，耐烧蚀性能，摩擦性能好（ⅵ）有很好的加工工艺性
II金属基复合材料
i）高比强度，高比模量ii）导热、导电性能高.iii）热膨胀系数小，iv）尺寸稳定性好良好的高温性能v）耐磨性好.vi）良好的抗疲劳性能和断裂韧性ⅶ）不吸潮，不老化，气密性好
III陶瓷基复合材料
i）强度高，硬度大，ii）耐高温，抗氧化，高温下抗磨损性好，耐化学腐蚀性优良，iii）热膨胀系数和比重较小，iv）制成复合材料以后抗弯强度高，断裂韧性高
IV水泥基复合材料:
i）压缩强度高i）热能方面性能优异，ii）制成复合材料以后抗拉性能和耐腐蚀性能增强，重量降低
通过以上的一些叙述，我们对复合材料的一些根本点有了初步的了解，下面就进入正题，对复合材料的制造工艺进行一些探讨
第二章加工中的理论问题在这一章中，我们将从基体与增强材料的选择、复合材料的界面以及增强材料的表面处理等方面入手，掌握一些复合材料加工的基本原理，以便对以后的工艺和技术的使用有一个理论基础
一、基体与增强材料的选择
由于基体材料的不同，我们有必要将这些材料分开论述。
首先来看一下金属基复合材料的基体选择
金属基复合材料构（零）件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。
在不同技术领域和不同的工况条件下对于复合材料构件的性能要求有很大的差异。
应当根据不同的情况选择不同的复合材料基体。
在航天、航空技术中高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求。
宜选用密度小的轻金属合金作为基体。
高性能发动机则要求复合材料不仅有高比强度、比模量性能外，还要求复合材料具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作，需选用钛基、镍基合金以及金属间化合物做基体材料。
汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等，同时又要求成本低，适合批量生产，则使用铝合金做基体材料。
工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。
选用具有高导热率的Ag、Cu、Al
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