復(fù)合材料的成型工藝

1、復(fù)合材料習(xí)題第五章一、判斷題1、陶瓷基復(fù)合材料的制備過程大多涉及高溫，因此僅有可承受上述高溫的增強(qiáng) 材料才可被用于制備陶瓷基復(fù)合材料。（）2、 化學(xué)氣相浸漬法（CVI）是一種用于多孔預(yù)制體的化學(xué)氣相沉積。（）3、在碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷復(fù)合材料的壓制階段，碳化硅晶須取向于垂直 于壓軸方向。（）4、Y2O3加入到ZTA （zirconia toughening alumina）中是為了促進(jìn)相變形成單斜 晶體。（）5、 陶瓷復(fù)合材料中，連續(xù)纖維的增韌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于顆粒增韌的效果。（）6、 玻璃陶瓷是含有大量微晶體的陶瓷。（）7、 陶瓷基復(fù)合材料的最初失效往往是陶瓷基體的開裂。（）1、 所有的天然纖

2、維是有機(jī)纖維，所有的合成纖維是無機(jī)纖維。（）2、 聚乙烯纖維是所有合成纖維中密度最低的纖維。（）3、玻璃纖維是晶體，其晶粒尺寸約 20m。（）4、氧化鋁纖維僅有:-Al 2O3晶體結(jié)構(gòu)。（）5、 硼纖維是由三溴化硼沉積到加熱的絲芯上形成的。（）6、PAN是SiC纖維的先驅(qū)體。（）7、 纖維表面處理是為了使纖維表面更光滑。（）8 Kevlar纖維具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)。（9、石墨纖維的含碳量、強(qiáng)度和模量都比碳纖維高。（）1、Cf/C是目前唯一可用于溫度高達(dá) 2800C的高溫復(fù)合材料，但必須是在非氧化 性氣氛下。（2、 Cf/C的制備方法與MMC的制備方法相類似，如液態(tài)法、固態(tài)法等。（）3、Cf/C已

3、在航空航天、軍事領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，這主要是因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜、 工藝簡便易行，易于推廣應(yīng)用。（4、單向增強(qiáng)和三維增強(qiáng)的Cf/C的力學(xué)與物理性能（熱膨脹、導(dǎo)熱）為各向同性。 （）5、一般沉積碳、瀝青碳以及樹脂碳在偏光顯微鏡下具有相同的光學(xué)特征，即各 向同性。（）6、一般酚醛樹脂和瀝青的焦化率基本相同，在高壓下，它們的焦化率可以提高 到 90%。（）7、 采用硼類添加劑，如B2O3、B4C等，Cf/C的抗氧化溫度可提高到600E左右。（）8目前，高溫抗氧化保護(hù)涂層已可使 Cf/C安全使用溫度達(dá)1650C,在更高溫度 下只能起短時(shí)保護(hù)作用。（）二、選擇題：從A、B、C、D中選擇出正確的答案。1、 聚

4、酰亞胺的使用溫度一般在：（D）A、120C以下 B、180C以下 C、250C以下 D、250E以上2、拉擠成型是（A、C）A、低勞動(dòng)強(qiáng)度、高效率FRP生產(chǎn)方法。B、適于大型、復(fù)雜形狀制品。C、適于恒定截面型材。D、設(shè)備投資少。3、 玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)性能受吸濕影響，原因是（B、D）A、環(huán)氧樹脂吸濕變脆。B、水起增塑劑作用，降低樹脂玻璃化溫度。C、纖維吸濕、強(qiáng)度降低。D、破壞纖維與基體界面。4、碳纖維表面處理是為了（ A、C、D）A、表面引入活性官能團(tuán)，如羧基、羥基、羰基等。B、表面引入偶聯(lián)劑。C、清除表面污染。D、增加纖維與基體粘結(jié)強(qiáng)度。5、偶聯(lián)劑是這樣一種試劑：（A、C）A、它既

5、能與纖維反應(yīng)，又能與基體反應(yīng)。B、它能與纖維反應(yīng)，但不能與基體反應(yīng)，也不與基體相容。C、它能與纖維反應(yīng)，不與基體反應(yīng)，但與基體相容。D、它不與纖維反應(yīng)，但與基體反應(yīng)或相容。1、通常 MMC （metal matrix composite） （B、C）A、采用高熔點(diǎn)、重金屬作為基體。B、要比基體金屬或合金的塑性與韌性差。C、要比基體金屬或合金的工作溫度高。D、要比基體金屬或合金的彈性模量低。2、原位 MMC （B、D）A、可以通過壓鑄工藝制備。B、可以通過定向凝固工藝制備。C、可以通過擴(kuò)散結(jié)合或粉末法制備。D、可以通過直接金屬氧化法（DIMOX TM）制備。3、單向纖維增強(qiáng)MMC的縱向拉伸模量（

6、A、D）A、隨纖維體積含量的增加而增加。B、與纖維體積含量無關(guān)，而與纖維和基體的模量有關(guān)。C、與橫向拉伸模量相同。D、與基體的模量有關(guān)。4、在體積含量相同情況下，SiC晶須與顆粒增強(qiáng)MMC （ B）A、具有基本相同的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。B、具有基本相同的拉伸模量。C、具有基本相同的斷裂韌性。D、具有基本相同的蠕變性能。5、MMC制備工藝中，固態(tài)法與液態(tài)法相比（A、B）A、增強(qiáng)材料與基體浸潤性要求可以降低。B、增強(qiáng)材料在基體中分布更均勻。C、增強(qiáng)材料僅局限于長纖維。D、增強(qiáng)材料/基體界面反應(yīng)更劇烈（如果存在界面反應(yīng)時(shí)）。6、為了改善增強(qiáng)材料與基體浸潤性，制備 MMC時(shí)，可以通過（A、B、D）A、

7、基體合金化，以降低液態(tài)基體的表面張力。B、基體合金化，以增加液態(tài)基體與增強(qiáng)材料的界面能。C、涂層，增加增強(qiáng)材料的表面能。D、涂層，降低增強(qiáng)材料的表面能。7、MMC中，目前典型的增強(qiáng)材料/基體界面包括有（A、B、C）A、不發(fā)生溶解，也不發(fā)生界面反應(yīng)，如 Bf/Al。B、不發(fā)生溶解，但發(fā)生界面反應(yīng)，如 Bf/Ti。C、極不容易互相浸潤，但能發(fā)生強(qiáng)烈界面反應(yīng)，如 Cf/Al。D、既容易互相浸潤，又不發(fā)生界面反應(yīng)，如 SiCf/At。B、是由于顆?？偺幱诶瓚?yīng)力狀態(tài)。C、是由于顆?？偺幱趬簯?yīng)力狀態(tài)。D、顆粒的壓力狀態(tài)與熱膨脹系數(shù)失配和壓力大小有關(guān)。4、相變增韌（B、C）A、是由于陶瓷基體中加入的氧化鋯由

8、單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?。B、是由于陶瓷基體中加入的氧化鋯由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?。C、其增韌機(jī)理是陶瓷基體由于氧化鋯相變產(chǎn)生了微裂紋。D、總是導(dǎo)致陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)度下降。5、纖維拔出（C、D）A、是纖維在外力作用下與基體的脫離。B、其拔出能總是小于脫粘能。C、其拔出能總是大于脫粘能。D、增韌作用比纖維脫粘強(qiáng)。1、Kevlar 纖維（A、B）A、由干噴濕紡法制成。B、軸向強(qiáng)度較徑向強(qiáng)度高。c、強(qiáng)度性能可保持到1000 r以上。D、由化學(xué)沉積方法制成。2、玻璃纖維（A、C、D）A、由SiO2玻璃制成。B、在所有纖維中具有最高的比彈性模量。C、具有短程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。D、價(jià)格便宜、品種多。3、氧化鋁纖維（B、C

9、）A、由有機(jī)先驅(qū)體制成。B、通過漿體成型法制成。C、有、：、晶型。D、具有較高的比強(qiáng)度。4、SiC 纖維（B、C）A、用漿體成型法制成。B、用化學(xué)氣相沉積法制成。C、有時(shí)含有W芯。D、常用于聚合物基復(fù)合材料。5、聚乙烯纖維（A、C）A、纖維強(qiáng)度隨分子量增大而增高。B、分子量越大，加工越容易。C、熔點(diǎn)較低，約135C左右。D、能在200 r使用。6、生產(chǎn)碳纖維的主要原料有（ A、 B、 D）A 、瀝青。B、聚丙烯腈。C、聚乙烯。D 、人造絲。7、各種纖維在拉伸斷裂前不發(fā)生任何屈服，但在 SEM 下觀察到（ A、 D） A 、 Kevlar 纖維呈韌性斷裂，有徑縮及斷面減小。B、碳纖維呈韌性斷裂，

10、有斷面收縮。C、玻璃纖維呈韌性斷裂，有斷面收縮。D、碳纖維、玻璃纖維呈脆性斷裂，無斷面收縮。8、在所有纖維中（ A、 B、 D）A、聚乙烯纖維具有最佳的比模量和比強(qiáng)度搭配。B、碳纖維的比模量最高。C、氧化鋁纖維的比模量和比強(qiáng)度最高。D、玻璃纖維的比模量最低。9、晶須（ A、 B）A、是含有缺陷很少的單晶短纖維。B 、長徑比一般大于 10。C、直徑為數(shù)十微米。D、含有很少缺陷的短纖維。10、顆粒增強(qiáng)體（ B、 C）A、是- 種粒狀填料。B、用于改善基體的力學(xué)性能。C、可分為剛性和延性顆粒兩種。D 、起填充體積作用。1、C/C 具有：（B、C）A、比PMC、MMC更高的高溫強(qiáng)度。B、假塑性斷裂特性

11、，在高溫下比陶瓷或石墨的斷裂韌性高C、優(yōu)異的高溫摩擦摩損特性。D、各向同性的拉伸、壓縮強(qiáng)度和模量。2、C/C 可以做為：（A、B、D）A、比石墨性能更好的高溫?zé)釅耗＞?。B、軍用或民用飛機(jī)剎車裝置中的摩擦材料。C、航天飛機(jī)的機(jī)翼和鼻錐。D、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的喉襯或噴口部件。3、C/C 中的基體碳，可以選用： （ A、 D）A、瀝青碳。B、天然石墨。C、炭黑。D、瀝青碳、沉積碳和樹脂碳共同作為基體碳。4、 C/C 的 CVD 工藝（ A、 B、 C）A、其原理與陶瓷基復(fù)合材料的 CVI相同。B、可分為等溫、溫度梯度、壓力梯度以及溫度-壓力梯度等工藝方法。C、該工藝中，為防止孔隙口的堵塞，應(yīng)使擴(kuò)散

12、速度大于沉積速度。D、該工藝中，為防止孔隙口的堵塞，應(yīng)使擴(kuò)散速度小于沉積速度。5、選擇 C/C 高溫抗氧化涂層材料的主要關(guān)鍵是： （C）A、涂層材料的高熔點(diǎn)。B、涂層材料高溫抗氧化性和熱膨脹系數(shù)。C、涂層的氧擴(kuò)散滲透率極低和與 C/C的熱膨脹系數(shù)匹配性。D、涂層材料高溫?fù)]發(fā)性。三、如何改善聚合物的耐熱性能？產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)（對于熱固性樹脂、 有機(jī)硅樹脂等， 工藝條件影響聚合物的交聯(lián)密 度）。增加高分子鏈的剛性（引進(jìn)不飽和共價(jià)鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)（脂環(huán)、芳環(huán)、雜環(huán)） 、引 入極性基團(tuán)）。提高聚合物分子鏈的鍵能，避免弱鍵的存在（例：以C-F鍵完全取代C-H鍵，可大大提高聚合物的熱穩(wěn)定性） 。形成結(jié)晶聚合物，結(jié)

13、晶聚合物的熔融溫度大大高于相應(yīng)的非結(jié)晶聚合物。四、簡述不飽和聚酯樹脂基體的組成、代表物質(zhì)及作用。主要成分：不飽和聚酯樹脂，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為順酐型、丙烯酸型、丙烯酸環(huán)氧 酯型聚酯樹脂。輔助材料：交聯(lián)劑、引發(fā)劑和促進(jìn)劑 交聯(lián)劑：烯類單體，既是溶劑，又是交聯(lián)劑。能溶解不飽和聚酯樹脂，使其雙鍵 間發(fā)生共聚合反應(yīng)，得到體型產(chǎn)物，以改善固化后樹脂的性能。常用的交聯(lián)劑： 苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯等。引發(fā)劑： 一般為有機(jī)過氧化物， 在一定的溫度下分解形成游離基， 從而引發(fā)不飽 和聚酯樹脂的固化。常用的引發(fā)劑：過氧化二異丙苯 C6H5C（CH3）22O2、過氧化 二苯甲酰 （C6H

14、5CO）2O2。促進(jìn)劑：把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。對過氧化物有效的促進(jìn)劑：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。 對氫過氧化物有效的促進(jìn)劑：具有變價(jià)的金屬鈷：環(huán)烷酸鈷、萘酸鈷等。五、簡述不飽和聚酯樹脂的固化特點(diǎn)不飽和聚酯樹脂的固化是放熱反應(yīng)，可分為三 個(gè)階段：膠凝階段：從加入促進(jìn)劑到不飽和聚酯樹脂變 成凝膠狀態(tài)的時(shí)間，是固化過程最重要的階段 影響膠凝時(shí)間的因素：阻聚劑、引發(fā)劑和促進(jìn) 劑的加入量，交聯(lián)劑的蒸發(fā)損失，環(huán)境溫度和 濕度等。硬化階段：從樹脂開始膠凝到具有一定硬度， 能把制品從模具上取下為止的時(shí)間 完全固化階段：通常在室溫下進(jìn)行，可能需要幾天至幾星期。六、什么是玻璃鋼？其特點(diǎn)是什

15、么？玻璃纖維作為增強(qiáng)材料， 熱固性塑料作為基體的纖維增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼。主要有玻璃纖維增強(qiáng)玻環(huán)氧樹脂、璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂。具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）GFRP的突出特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度高。（2）良好的耐腐蝕性。（3）良好的電絕緣材料。（4）具有不受電磁影響特性。（5）保溫、隔熱、隔音、減振等性能。當(dāng)然，這種材料最大的缺點(diǎn)是剛性差、耐熱性不如金屬和陶瓷材料、導(dǎo)熱性也很差、易 老化等。七、玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料都有哪些？玻璃纖維（長纖維或短纖維）作為增強(qiáng)材料，熱塑性塑料（包括聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、 ABS樹脂、聚甲醛等）作為基體的纖維增強(qiáng)塑料。與熱固性材料相比更輕、比強(qiáng)度高，蠕變

16、 性大大改善。（1）玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（2）玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺（3）玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類塑料（4）玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯（5）玻璃纖維增強(qiáng)聚酯（6）玻璃纖維增強(qiáng)聚甲醛（7）玻璃纖維增強(qiáng)聚苯醚八、復(fù)合材料的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合過程是什么？（1）明確設(shè)計(jì)要求：性能要求，載荷要求、環(huán)境條件，形狀限制等（2）材料設(shè)計(jì)：原材料選擇，鋪層性能確定，復(fù)合材料層合板的設(shè)計(jì)（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：典型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)等九、復(fù)合材料的 材料設(shè)計(jì)是什么？（1）原料選擇與復(fù)合材料性能 原材料選擇原則a比強(qiáng)度、比剛度的原則b材料與結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境相適應(yīng)的原則c 滿足結(jié)構(gòu)的特殊性能要求的原則d 滿足工藝性要求的原則e 性價(jià)比高的原則 纖維

17、選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能選取能滿足一定的力學(xué)、物理和化學(xué)性能的纖維 樹脂選擇要求：a要求基體材料能在結(jié)構(gòu)使用溫度范圍內(nèi)工作b 要求基體材料具有一定的力學(xué)性能c 要求基體的斷裂伸長率大于或接近纖維的斷裂伸長率d 要求基體材料具有滿足使用要求的物理、化學(xué)性能。e要求具有一定的工藝性(2) 單層性能的確定：通常需要實(shí)驗(yàn)來測定 單層樹脂含量的確定 :據(jù)單層的功能來確定 剛度的預(yù)測可依公式而定 強(qiáng)度的預(yù)測公式(3) 復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì) 即按照單層的性能確定層合板中各鋪層的取向， 鋪設(shè)順序， 各定向?qū)酉鄬τ诳倢訑?shù)的百 分比和總層數(shù)十、論述題、聚合物基復(fù)合材料成型加工技術(shù) 。1 手糊工藝 手糊工藝是聚合物基復(fù)合

18、材料制造中最早采用和最簡單的方法。 其工藝過程是先在模具上涂 刷含有固化劑的樹脂混合物， 再在其上鋪一層按要求剪裁好的纖維織物， 用刷子壓輥刮刀壓 擠使其均勻浸膠并排除氣泡后， 再涂刷樹脂和鋪貼每二層纖維織物， 反復(fù)上述過程到達(dá)到所 需厚度為止。然后在一定的壓力作用下加熱固化成型，或自放熱固化成型。其優(yōu)點(diǎn)是不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適于少批量生產(chǎn)，設(shè)備簡單，投資低，缺點(diǎn)是勞動(dòng) 條件差，效率低，質(zhì)量難控制且不穩(wěn)定，產(chǎn)品力學(xué)性能低2 模壓成型工藝概念： 將定量的模塑料或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開的金屬對模中，閉模后加熱使其熔化， 并在壓力作用下充滿模腔， 形成與模腔相同形狀的模制品， 再經(jīng)加

19、熱使樹脂 進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料制品。優(yōu)點(diǎn)：較高的生產(chǎn)效率，制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可一次成型， 制品外觀和尺寸穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)和自動(dòng)化控制。缺點(diǎn)：模具設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，壓機(jī)及模具投資高，制品尺寸受設(shè)備限制，只適合制造批量 大的中小型產(chǎn)品。只適用于短切纖維。3 樹脂傳遞模塑( RTM )成型工藝一種閉模成型工藝方法， 其過程： 將液態(tài)熱固性樹脂及固化劑由計(jì)量設(shè)備分別從儲(chǔ)桶內(nèi) 抽出，經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻， 注入事先鋪有玻璃纖維增強(qiáng)材料的密封模內(nèi)， 經(jīng)固化、 脫模、 后加工而成制品。特點(diǎn)：( 1) 固定設(shè)備投資少（ 2） 產(chǎn)

20、品光滑，尺寸穩(wěn)定容易組合（ 3） 設(shè)計(jì)靈活，制模時(shí)間短（ 4） 對樹脂和填料的適應(yīng)性廣泛（ 5） 安全環(huán)保（密閉無污染） ，低勞動(dòng)強(qiáng)度低4 噴射成型工藝分別將混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側(cè)或噴槍內(nèi)混合噴出， 同時(shí)將玻 璃纖維無捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出， 與樹脂一起均勻沉積到模具上。 待沉積到 一定厚度，用手輥滾壓，使纖維浸透樹脂、壓實(shí)并除去氣泡，最后固化成制品（P115圖5-12）。特點(diǎn)：成型比較復(fù)雜和大型的產(chǎn)品，施工現(xiàn)場污染大，機(jī)械和手機(jī)相結(jié)合,物料組成不精確，物料物性條件受限。5 連續(xù)纏繞成型工藝將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為增強(qiáng)塑料制品的工藝過程。優(yōu)點(diǎn)（ 1 ） 纖維按預(yù)定要求排列的規(guī)整度和精度高， 通過改變纖維排布方式