復(fù)合材料期末合集

1、三、簡(jiǎn)述增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體、功能體）在復(fù)合材料中所起的作用，并舉例說(shuō)明。填充：廉價(jià)、顆粒狀填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸鈣粉末。 增強(qiáng)：纖維狀或片狀增強(qiáng)體，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能。效果取決于增強(qiáng)體本身的力學(xué)性能、形態(tài)等。例：TiC顆粒增強(qiáng)Si3N4復(fù)合材料、碳化鎢/鈷復(fù)合材料，切割工具；碳/碳復(fù)合材料，導(dǎo)彈、宇航工業(yè)的防熱材料（抗燒蝕），端頭帽、鼻錐、噴管的喉襯。 賦予功能：賦予復(fù)合材料特殊的物理、化學(xué)功能。作用取決于功能體的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)。例：1-3型PZT棒/環(huán)氧樹脂壓電復(fù)合材料，換能器，用于人體組織探測(cè)。四、復(fù)合材料為何具有可設(shè)計(jì)性？簡(jiǎn)述復(fù)合材料設(shè)計(jì)的意義。如何設(shè)計(jì)防腐蝕（堿

2、性）玻璃纖維增強(qiáng)塑料？組分的選擇、各組分的含量及分布設(shè)計(jì)、復(fù)合方式和程度、工藝方法和工藝條件的控制等均影響復(fù)合材料的性能，賦予了復(fù)合材料性能的可設(shè)計(jì)性。 意義：每種組分只貢獻(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)，避開自己的缺點(diǎn)。由一組分的優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)償另一組分的缺點(diǎn)，做到性能互補(bǔ)。使復(fù)合材料獲得一種新的、優(yōu)于各組分的性能（疊加效應(yīng)）。優(yōu)勝劣汰、性能互補(bǔ)、推陳出新。 耐堿玻璃纖維增強(qiáng)塑料的設(shè)計(jì)：使用無(wú)堿玻璃纖維和耐堿性樹脂（胺固化環(huán)氧樹脂）。在保證必要的力學(xué)性能的前提下，盡量減少玻璃纖維的體積比例，并使樹脂基體盡量保護(hù)纖維不受介質(zhì)的侵蝕。五、簡(jiǎn)述復(fù)合材料制造過程中增強(qiáng)材料的損傷類型及產(chǎn)生原因。力學(xué)損傷：屬于機(jī)械損傷，與纖維的脆

3、性有關(guān)。脆性纖維（如陶瓷纖維）對(duì)表面劃傷十分敏感，手工操作、工具操作，纖維間相互接觸、擺放、纏繞過程都可能發(fā)生?；瘜W(xué)損傷：主要為熱損傷，表現(xiàn)為高溫制造過程中，增強(qiáng)體與基體之間化學(xué)反應(yīng)過量，增強(qiáng)體中某些元素參與反應(yīng)，增強(qiáng)體氧化。化學(xué)損傷與復(fù)合工藝條件及復(fù)合方法有關(guān)。熱損傷伴隨著增強(qiáng)體與基體之間界面結(jié)構(gòu)的改變，產(chǎn)生界面反應(yīng)層，使界面脆性增大、界面?zhèn)鬟f載荷的能力下降。六、簡(jiǎn)述復(fù)合材料增強(qiáng)體與基體之間形成良好界面的條件。在復(fù)合過程中，基體對(duì)增強(qiáng)體潤(rùn)濕；增強(qiáng)體與基體之間不產(chǎn)生過量的化學(xué)反應(yīng)；生成的界面相能承擔(dān)傳遞載荷的功能。復(fù)合材料的界面效應(yīng)，取決于纖維或顆粒表面的物理和化學(xué)狀態(tài)、基體本身的結(jié)構(gòu)和性能、

4、復(fù)合方式、復(fù)合工藝條件和環(huán)境條件。一、什么是相乘效應(yīng)？舉例說(shuō)明。兩種具有轉(zhuǎn)換效應(yīng)的材料復(fù)合在一起，產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)，從而引出新的機(jī)能。可以用通式表示：X/Y·Y/Z=X/Z（式中X、Y、Z分別表示各種物理性能）。壓磁效應(yīng)´磁阻效應(yīng)=壓敏電阻效應(yīng)；閃爍效應(yīng)´光導(dǎo)效應(yīng)=輻射誘導(dǎo)導(dǎo)電。例：磁電效應(yīng)（對(duì)材料施加磁場(chǎng)產(chǎn)生電流）傳感器，電子回路元件中應(yīng)用。壓電體BaTiO3與磁滯伸縮鐵氧體NiFe2O4燒結(jié)而成的復(fù)合材料。對(duì)該材料施加磁場(chǎng)時(shí)會(huì)在鐵氧體中產(chǎn)生壓力，此壓力傳遞到BaTiO3，就會(huì)在復(fù)合材料中產(chǎn)生電場(chǎng)。最大輸出已達(dá)103 V·A。單一成分的Cr2O3也有磁電

5、效應(yīng)，但最大輸出只有約170 V·A。四、什么是材料復(fù)合的結(jié)構(gòu)效果？試述其內(nèi)涵。結(jié)構(gòu)效果是指在描述復(fù)合材料的性能時(shí)，必須考慮組分的幾何形態(tài)、分布形態(tài)和尺度等可變因素。這類效果往往可以用數(shù)學(xué)關(guān)系描述。結(jié)構(gòu)效果包括：1、幾何形態(tài)效果（形狀效果）：決定因素是組成中的連續(xù)相。對(duì)于1維分散質(zhì)，當(dāng)分散質(zhì)的性質(zhì)與基體有較大差異時(shí)，分散質(zhì)的性能可能會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能起支配作用。2、分布形態(tài)效果（取向效果）：又可分為幾何形態(tài)分布（幾何體的取向）和物理性能取向：導(dǎo)致復(fù)合材料性能的各向異性，對(duì)復(fù)合材料的性能有很大影響。3、尺度效果：影響材料表面物理化學(xué)性能（比表面積、表面自由能）、表面應(yīng)力分布和界面狀態(tài)，

6、導(dǎo)致復(fù)合材料性能的變化。五、簡(jiǎn)述單向復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)分析模型的基本假設(shè)的要點(diǎn)。單元體：宏觀均勻、無(wú)缺陷、增強(qiáng)體與基體性能恒定、線彈性。 增強(qiáng)體：勻質(zhì)、各向同性、線彈性、定向排列、連續(xù)。 基體：勻質(zhì)、各向同性、線彈性。 界面：粘結(jié)完好（無(wú)孔隙、滑移、脫粘等）、變形協(xié)調(diào)。八、比較彌散增強(qiáng)原理和顆粒增強(qiáng)原理的異同點(diǎn)。1、承擔(dān)載荷的物質(zhì)有異：彌散增強(qiáng)原理：基體承擔(dān)載荷。顆粒增強(qiáng)原理：基體承擔(dān)主要的載荷，顆粒也承受載荷并約束基體的變形。2、顆粒大小及體積分?jǐn)?shù)有異：彌散增強(qiáng)原理：Vp=0.01-0.15，dp=0.001mm-0.1mm。顆粒增強(qiáng)原理：顆粒尺寸較大（>1mm）、顆粒堅(jiān)硬。顆粒直徑為

7、1-50mm，顆粒間距為1-25mm，顆粒的體積分?jǐn)?shù)為0.05-0.5。顆粒強(qiáng)化效果類似：顆粒阻止基體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能力愈大，增強(qiáng)效果愈好。微粒尺寸愈小，體積分?jǐn)?shù)愈高，強(qiáng)化效果愈好。十一、垂直于纖維擴(kuò)展的裂紋需要克服哪些斷裂能？對(duì)于脆性纖維/脆性基體復(fù)合材料，需要克服的斷裂功：纖維拔出和纖維斷裂（吸收能量）、纖維與基體的脫膠（纖維與基體的界面較弱時(shí)：消耗貯存的應(yīng)變能）、應(yīng)力松弛（纖維斷裂時(shí)：消耗貯存的應(yīng)變能）、纖維橋連（消耗纖維上的應(yīng)變能）。對(duì)于脆性纖維/韌性基體復(fù)合材料，基體的塑性變形（粘接強(qiáng)度很高、纖維無(wú)法拔出時(shí)：吸收能量）也會(huì)增加斷裂功。十四、試討論短纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度性能。由于纖維長(zhǎng)度和

8、體積含量的不同，短纖維復(fù)合材料的縱向強(qiáng)度是不同的，縱向破壞有兩種形式：l<lc/2時(shí)，纖維達(dá)不到極限強(qiáng)度，基體破壞后，復(fù)合材料即告破壞；l³lc/2時(shí)，分兩種失效模式：纖維體積含量較高時(shí)，纖維是主承載體，一旦纖維破壞，復(fù)合材料即告失效；纖維體積含量較低時(shí)，纖維斷裂后，基體仍能承擔(dān)載荷，直至基體破壞后，復(fù)合材料才告失效.十五、如何衡量聚合物基體的耐熱性？如何提高聚合物的玻璃化溫度？簡(jiǎn)述填料影響聚合物玻璃化溫度的原因。表征聚合物基體耐熱性的物理量是玻璃化溫度Tg，對(duì)于結(jié)晶性聚合物則是熔點(diǎn)Tm：玻璃化溫度在宏觀上是指聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的特征溫度，在微觀上是高分子鏈段開始運(yùn)動(dòng)的

9、溫度。實(shí)際應(yīng)用中，使用熱變形溫度來(lái)表征材料的耐熱性。提高聚合物玻璃化溫度的方法：增加大分子鏈的剛性（提高主鏈的剛性不飽和共價(jià)鍵、環(huán)烴、側(cè)鏈引入極性基團(tuán)、交聯(lián)等）；添加填料。填料影響聚合物玻璃化溫度的原因：改變了聚合物的微觀結(jié)構(gòu)：改變了界面層聚合物大分子的斂集密度（一般情況下是密度降低），使分子間作用力發(fā)生改變。在界面上，填料聚合物分子之間發(fā)生作用力，使聚合物大分子鏈段的運(yùn)動(dòng)受到阻礙，從而使聚合物的玻璃化溫度升高。三、不飽和聚酯樹脂的基本配方是什么？各起什么作用？不飽和聚酯樹脂的基本配方： 不飽和聚酯：主要成分 稀釋劑：稀釋作用（降低聚酯粘度），參與樹脂固化，如苯乙烯。 引發(fā)劑：分解產(chǎn)生自由基，

10、引發(fā)樹脂聚合（交聯(lián)、固化），如BPO。 促進(jìn)劑：誘導(dǎo)引發(fā)劑分解，加快樹脂固化，如環(huán)烷酸鈷。 其它成分：顏料、增稠劑、熱塑性低收縮劑等。七、如何改善聚合物的耐熱性能？產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)（對(duì)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)晶聚合物的熔融溫度大大高于相應(yīng)的非結(jié)晶聚合物。八、簡(jiǎn)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

11、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(C6H5CO)2O2。 促進(jìn)劑：把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。對(duì)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(duì)氫過氧化物有效的促進(jìn)劑：具有變價(jià)的金屬鈷：環(huán)烷

12、酸鈷、萘酸鈷等。九、簡(jiǎn)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。十一、簡(jiǎn)述金屬基功能復(fù)合材料的應(yīng)用。用于微電子技術(shù)的電子封裝：基體主要是純鋁和純銅，高含量碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基（銅基）復(fù)合材料（SiCp/Al、Cu），高模量石墨纖維增強(qiáng)鋁基（銅基）復(fù)合材料（Cf/Al、Cu

13、），金剛石顆?；蚨嗑Ы饎偸w維/鋁（銅）復(fù)合材料，硼纖維/鋁復(fù)合材料等。 用于耐電弧燒蝕的集電材料和電觸頭材料：碳（石墨）纖維、金屬絲、陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁、銅、銀及其合金等金屬基復(fù)合材料。 用于耐腐蝕的電池極板材料：Cf/Al復(fù)合材料。用于耐磨零部件：碳化硅、氧化鋁、石墨顆粒、晶須、纖維等增強(qiáng)鋁、鎂、銅、鋅、鉛等金屬基復(fù)合材料。十二、如何改善陶瓷的強(qiáng)度？減少陶瓷內(nèi)部和表面的裂紋：含有裂紋是材料微觀結(jié)構(gòu)的本征特性。微觀夾雜、氣孔、微裂紋等都能成為裂紋源，材料對(duì)表面裂紋（劃傷、擦傷）也十分敏感。提高斷裂韌性（KIC）：采用復(fù)合化的途徑，添加陶瓷粒子、纖維或晶須，引入各種增韌機(jī)制（增加裂紋的擴(kuò)散阻力及裂

14、紋斷裂過程消耗的能量），可提高陶瓷的韌性。十三、簡(jiǎn)述氮化硅陶瓷的燒結(jié)方法及其特點(diǎn)。氮化硅陶瓷中，Si-N是高強(qiáng)度共價(jià)鍵，難以燒結(jié)。氮化硅陶瓷有兩種燒結(jié)方法：1、反應(yīng)燒結(jié)：硅粉、氮化硅粉混合®預(yù)成型®預(yù)氮化（1200）®二次氮化（1350-1450）®反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷。Si3N4形成時(shí)伴隨21.7%的體積膨脹，獲得無(wú)收縮燒結(jié)氮化硅。2、熱壓燒結(jié)：粉末狀Si3N4、燒結(jié)助劑MgO（1wt%）等，在石墨坩堝中，通過感應(yīng)加熱、單向加壓燒結(jié)（1650-1850，15-30MPa，1-4h）。MgO的作用：與SiO2膜作用生成熔融硅酸鎂，使氮化硅高度致密化。熱壓燒

15、結(jié)氮化硅只能制備形狀簡(jiǎn)單的（如圓柱形）實(shí)體坯件，其制品須經(jīng)過機(jī)械加工才能達(dá)到要求的形狀和尺寸。十四、玻璃纖維為何具有高強(qiáng)度？試討論影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素。玻璃的理論強(qiáng)度很高（2000-12000MPa），但是由于微裂紋的存在，產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生破壞，從而降低了玻璃的強(qiáng)度。玻璃纖維經(jīng)高溫成型時(shí)減少了玻璃溶液的不均一性，使得裂紋產(chǎn)生的機(jī)會(huì)減少；同時(shí)，玻璃纖維的橫截面較小，微裂紋存在的幾率也減少，導(dǎo)致玻璃纖維強(qiáng)度較高。影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素：1、化學(xué)組成：不同的玻璃纖維（不同系統(tǒng)），強(qiáng)度有很大差別。一般來(lái)說(shuō)，含堿量越高（K2O、PbO），玻璃纖維的強(qiáng)度越低。2、玻璃纖維的直徑和長(zhǎng)度：隨著玻璃纖維的直

16、徑和長(zhǎng)度的減小，微裂紋的數(shù)量和尺寸相應(yīng)地減小，從而提高了玻璃纖維的強(qiáng)度。3、存放時(shí)間：玻璃纖維存放一定時(shí)間后，由于空氣中的水分對(duì)玻璃纖維的侵蝕，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。4、施加負(fù)荷時(shí)間：玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度隨著施加負(fù)荷時(shí)間的增加而降低，當(dāng)環(huán)境濕度較高時(shí)更加明顯。原因：吸附在微裂紋中的水分，在外力作用下，加速微裂紋的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。十五、簡(jiǎn)述玻璃纖維制造過程中浸潤(rùn)劑的作用。簡(jiǎn)述浸潤(rùn)劑的種類及其特點(diǎn)。浸潤(rùn)劑的作用：使玻璃纖維黏合集束；增加潤(rùn)滑、防止磨損；消除靜電、防止玻璃纖維原絲粘結(jié)；保證拉絲和紡織工序的順利進(jìn)行。浸潤(rùn)劑的類型：1、紡織型浸潤(rùn)劑：主要成分：石蠟、凡士林、硬酯酸、變壓器油、固色劑、表面活

17、性劑、水。能滿足紡織加工的需要，但嚴(yán)重地阻礙樹脂對(duì)玻璃布的浸潤(rùn)，影響樹脂與玻璃纖維的粘結(jié)。含有石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品使用時(shí)，要經(jīng)過脫蠟處理。2、增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑：主要成分：成膜劑（水溶性樹脂和樹脂乳液）、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、潤(rùn)濕劑、抗靜電劑等。這類浸潤(rùn)劑對(duì)玻璃鋼的性能影響不大，浸膠（浸潤(rùn)樹脂）前不需要清除。這種浸潤(rùn)劑在紡織時(shí)易使玻璃纖維起毛，一般用于生產(chǎn)無(wú)捻粗紗、無(wú)捻粗紗織物及短切纖維、短切纖維氈。十六、簡(jiǎn)述聚丙烯腈基碳纖維的制造工藝。聚丙烯腈纖維的組成：丙烯腈（約96%）、丙烯酸甲酯（約3%）、亞甲基丁二酸（約1%-1.5%）。碳纖維的制造工藝分為三步：1、穩(wěn)定化處理：氧化性氣氛中、200-30

18、0。預(yù)氧化過程的目的：使鏈狀聚丙烯腈分子發(fā)生交聯(lián)、環(huán)化、氧化、脫氫等化學(xué)反應(yīng)，形成耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，以承受更高的碳化溫度、提高碳化收率、改善力學(xué)性能。穩(wěn)定化處理過程中先驅(qū)絲一直保持牽伸狀態(tài)。2、預(yù)氧絲的碳化處理：在高純惰性氣氛和一定張力下，將預(yù)氧絲加熱至1000-1500發(fā)生熱分解，以除去非碳原子（N、H、O等），形成亂層石墨結(jié)構(gòu)，生成碳含量約95wt%的碳纖維。 3、碳纖維的石墨化處理：在高純氬氣保護(hù)下，快速升溫至2000-3000，碳纖維中殘留的非碳原子進(jìn)一步脫除，亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為類似石墨的結(jié)晶狀態(tài)。對(duì)纖維繼續(xù)施加牽伸力，使石墨晶體的六角層平面平行于纖維軸取向。十七、舉例說(shuō)明碳纖維的應(yīng)用。

19、作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。航空、航天工業(yè)：主承力結(jié)構(gòu)材料（機(jī)體、艙門、主翼、尾翼）；次承力構(gòu)件（Cf/環(huán)氧樹脂：起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩）；防熱材料（火箭噴嘴、鼻錐（Cf/C）。交通運(yùn)輸：汽車傳動(dòng)軸、構(gòu)架，制造快艇、巡邏艇。運(yùn)動(dòng)器材：釣魚竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、滑雪板、賽艇（Cf/環(huán)氧樹脂）。例：碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：軍事領(lǐng)域（Cf/Al復(fù)合材料：直升機(jī)、導(dǎo)彈、坦克、魚雷）、人造衛(wèi)星、天線等方面的應(yīng)用；軸承和高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)電刷方面的應(yīng)用（Cf/Cu、Cf/Ag、碳纖維/青銅等復(fù)合材料）；蓄電池極板的應(yīng)用（Cf/Al復(fù)合材料）。例：碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料：碳纖維增強(qiáng)氧化硅，航空、航天工業(yè)的候選材

20、料，制作偵察衛(wèi)星上支撐攝像機(jī)的平臺(tái)。碳/碳復(fù)合材料：用作發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、防熱板、火箭噴管喉襯以及導(dǎo)彈、航天飛機(jī)上的其它零部件。九、試述影響復(fù)合材料性能的因素?；w和增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體或功能體）的性能；復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和成型技術(shù)；復(fù)合材料中增強(qiáng)材料與基體的結(jié)合狀態(tài)（物理的和化學(xué)的）及由此產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)。十、復(fù)合材料的界面具有怎樣的特點(diǎn)？界面相的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和物理性能與增強(qiáng)材料和基體的均不相同，對(duì)復(fù)合材料的整體性能產(chǎn)生重大影響。界面具有一定的厚度（約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米），厚度不均勻。材料特性在界面是不連續(xù)的，這種不連續(xù)性可能是陡變的，也可能是漸變的。材料特性包括元素的濃度、原子的配位、晶體結(jié)構(gòu)、密度、彈

21、性模量、熱膨脹系數(shù)等。十一、什么是浸潤(rùn)？如何描述浸潤(rùn)程度的大??？試討論影響潤(rùn)濕角大小的因素。浸潤(rùn)：固-氣界面被固-液界面置換的過程，用于描述液體在固體表面上自動(dòng)鋪展的程度。固體表面的潤(rùn)濕程度可以用液體分子對(duì)其表面的作用力大小來(lái)表征，具體來(lái)說(shuō)就是接觸角。Young公式討論了液體對(duì)固體的潤(rùn)濕條件：降低液-固表面能和液-氣表面能或者增大固-氣表面能有助于潤(rùn)濕。q=0°（glv=gsv-gsl），完全浸潤(rùn)；0°<q<90°（glv>gsv-gsl>0），部分浸潤(rùn)；q>90°（gsv<gsl），完全不浸潤(rùn)。影響接觸角（潤(rùn)濕角）大

22、小的因素：固體表面的原始狀態(tài)，例：吸附氣體、氧化膜等均使接觸角增大。固體表面粗糙度增加將使接觸角減小。固相或液相的夾雜、相與相之間化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物都將影響潤(rùn)濕性。原因：夾雜或反應(yīng)產(chǎn)物改變了固相的性質(zhì)和固相的表面粗糙度。十二、如何改善基體對(duì)增強(qiáng)材料的潤(rùn)濕性？1、纖維表面處理：清除纖維表面的雜質(zhì)、氣泡、用化學(xué)方法去除纖維表面的氧化膜，或者表面涂層，這些操作都能增進(jìn)液態(tài)基體對(duì)纖維的潤(rùn)濕性。2、變更基體成分：對(duì)于金屬基復(fù)合材料，合金化改善潤(rùn)濕性最方便、有效。加入合金元素后，q角的變化還與熔化時(shí)間有關(guān)。3、改變溫度：一般，提高制造溫度可以增加潤(rùn)濕性，但是，過高的溫度會(huì)產(chǎn)生一些不利影響：基體嚴(yán)重過熱、氧化、

23、基體與增強(qiáng)材料在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、增強(qiáng)材料損傷等。4、增加液體壓力：對(duì)于不潤(rùn)濕的情況，必須施加大于Pc（）的外壓才能使液體滲入纖維束。5、改變加工氣氛：gsv和glv值隨氣體性質(zhì)的不同而變化，因此改變制造過程中的環(huán)境氣氛可以控制液體與固體之間的潤(rùn)濕狀況。固體或液體表面吸附某種氣體，也可以改變gsv或glv。十三、簡(jiǎn)述玻璃纖維表面化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性的特點(diǎn)。玻璃纖維整體化學(xué)組成包含Si、O、Al、Ca、Mg、B、F、Na等，但其表面只含有Si、O、Al。玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與塊狀玻璃相似：由三維空間的不規(guī)則連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，陽(yáng)離子位于多面體中心，被一定數(shù)目的O2-包圍，在玻璃內(nèi)部陽(yáng)離子與陰離子的作用力

24、處于平衡狀態(tài)。玻璃表面的陽(yáng)離子不能獲得所需數(shù)量的O2-，因而產(chǎn)生一種表面力，此表面力與表面張力、表面吸濕性密切相關(guān)，有吸附外界物質(zhì)的傾向。玻璃纖維表面會(huì)吸附多層水分子膜，表面吸附的水與玻璃組成的中的堿金屬或堿土金屬作用，在玻璃表面形成-OH基：Si-OD+H2O®Si-OH+D+OH-（D：堿金屬或堿土金屬）玻璃纖維上所吸附的水具有明顯的堿性，將進(jìn)一步與二氧化硅網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)：Si-O-Si+OH-®Si-OH+Si-O-反應(yīng)中生成的Si-O-將繼續(xù)與水反應(yīng)形成另外的OH-：Si-O-+H2O®Si-OH+OH-這樣，表面的吸附水就破壞了玻璃纖維中的SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，玻

25、璃纖維成分中含堿量愈高，吸附水對(duì)SiO2骨架的破壞愈大，纖維強(qiáng)度下降就愈大。玻璃纖維表面的反應(yīng)性主要是由表面明顯的堿性和Si-OH基團(tuán)所決定。Si-OH基團(tuán)具有一般活性基團(tuán)所具有的反應(yīng)性質(zhì)，這種性質(zhì)是纖維表面改性、改善纖維與樹脂基體界面粘結(jié)的有利條件。十五、簡(jiǎn)述影響增強(qiáng)材料與基體粘結(jié)性能的因素。固-液復(fù)合過程中，固體表面與液體的浸潤(rùn)性。不同組分的分子或原子彼此相互接近時(shí)的狀態(tài)，形成化學(xué)結(jié)合時(shí)相互作用的強(qiáng)弱?；瘜W(xué)結(jié)合的形式（主價(jià)鍵結(jié)合：共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵等；次價(jià)鍵作用：靜電作用、誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵、分子間的擴(kuò)散等）。十六、試討論碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面反應(yīng)。碳纖維表面含有氧原子，以羥

26、基、羰基、羧基、內(nèi)酯基形式存在，這些基團(tuán)可以與樹脂基體中的胺基、環(huán)氧基等基團(tuán)形成氫鍵。但是，碳纖維表面的這些含氧基團(tuán)的濃度很低，反應(yīng)的活性點(diǎn)很稀少，需要通過表面改性以減小碳纖維表面晶棱尺寸、增加表面積以及增加碳纖維表面含氧基團(tuán)。例：碳纖維的氧化處理：氧含量顯著增加，氧化過程分別產(chǎn)生羥基、羰基、羧基，并可能以環(huán)狀官能團(tuán)形式存在。胺固化的環(huán)氧樹脂中的胺基能與碳纖維表面的羧基形成氫鍵，環(huán)氧基也能與羥基和羧基形成氫鍵，在過量單體和較高溫度時(shí)，這些氫鍵就轉(zhuǎn)變成共價(jià)鍵。十七、試討論玻璃纖維增強(qiáng)混凝土中玻璃受到侵蝕的類型及其防護(hù)方法。中堿、無(wú)堿玻璃纖維在硅酸鹽水泥水化物中受到侵蝕，導(dǎo)致玻璃纖維增強(qiáng)混凝土的抗

27、拉強(qiáng)度大幅度下降，甚至喪失殆盡?；瘜W(xué)侵蝕：水泥水化生成的Ca(OH)2與玻璃纖維的硅氧骨架之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水化硅酸鈣，當(dāng)水泥液相中有NaOH、KOH存在時(shí)會(huì)加速反應(yīng)。應(yīng)力侵蝕：由于玻璃纖維表面存在缺陷，水泥水化生成的晶體可進(jìn)入這些缺陷中，在缺陷端部造成應(yīng)力集中并使缺陷擴(kuò)展。防止水泥水化物對(duì)玻璃纖維侵蝕的措施：改變玻璃纖維的化學(xué)組分。例：加入較多量的ZrO2可提高玻璃纖維的抗堿性。對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行被覆處理，以隔絕水泥水化物對(duì)纖維的侵蝕。例：可用鋯、鈦、鋅、鋁等金屬的水溶性鹽對(duì)玻璃纖維進(jìn)行處理；也可用抗堿性好的樹脂（環(huán)氧樹脂、呋喃）對(duì)玻璃纖維進(jìn)行浸漬處理而后使之固化。使用水化物堿度低的水泥以

28、減緩或防止對(duì)玻璃纖維的侵蝕。例：采用水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量低的甚至無(wú)Ca(OH)2的水泥（高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥）。十八、試討論硼纖維-鋁基復(fù)合體系的界面反應(yīng)及其防護(hù)。B在高溫下，除Ag、Cu、Sn、Be外，可以與其它金屬發(fā)生反應(yīng)生成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，形成脆性的反應(yīng)層。硼纖維和鋁的界面反應(yīng)由于滲入氧生成氧化物而發(fā)生破壞，即B2O3層的破壞。當(dāng)鋁的純度較高時(shí)，在纖維上生成AlB2：Al+2B®AlB2 2B+3O®B2O3碳化硅涂層能使硼纖維具有突出的抗氧化性。因?yàn)榕鸾佑|不到鋁，硼化物的形成完全被抑制。鋁與硅不形成化合物，而鋁與碳的反應(yīng)在碳化硅存在的情況下，在熱力學(xué)上是非常

29、困難的。硼或鋁穿過碳化硅移動(dòng)的擴(kuò)散系數(shù)在800K時(shí)非常小，2.5mm的碳化硅層已足以阻擋擴(kuò)散。十九、什么是增強(qiáng)材料的表面處理？簡(jiǎn)述偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及作用。表面處理是在增強(qiáng)材料的表面涂覆上表面處理劑（包括浸潤(rùn)劑、偶聯(lián)劑、助劑等物質(zhì)），它有利于增強(qiáng)材料與基體間形成良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)：分子兩端含有性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)材料表面發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，從而使增強(qiáng)材料與基體很好地偶聯(lián)起來(lái)，獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面的性能，并有效地抵抗水的侵蝕。二十、試討論玻璃纖維的表面處理中偶聯(lián)劑用量的確定及

30、影響表面處理效果的因素。偶聯(lián)劑的用量會(huì)影響最后處理效果，在實(shí)際應(yīng)用中起偶聯(lián)作用的是偶聯(lián)劑單分子層。過多地使用偶聯(lián)劑是不必要和有害的。每種偶聯(lián)劑的實(shí)際最佳用量，多數(shù)要從實(shí)驗(yàn)中確定。偶聯(lián)劑用量也可采用計(jì)算法求得：100g給定被處理的增強(qiáng)材料的表面積，被1g硅烷偶聯(lián)劑的最小涂覆面積除，即得該硅烷偶聯(lián)劑在100g此種被處理材料上涂覆一單分子層時(shí)所需要的量。偶聯(lián)劑在被處理材料表面上的涂覆并非只是單分子層，被處理材料單絲之間的間隙中往往比表面上含有更多的偶聯(lián)劑，也不能保證偶聯(lián)劑分子全部涂覆在被處理材料的表面上，所以，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述計(jì)算值。影響處理效果的因素：處理方法的影響：不同的處理方法會(huì)影響

31、處理效果。一般來(lái)說(shuō)，前處理法的效果最為明顯。烘焙溫度的選擇：溫度過低不起反應(yīng)，達(dá)不到應(yīng)有的偶聯(lián)效果；溫度過高會(huì)引起偶聯(lián)劑分解和自聚等不良后果，以致嚴(yán)重影響偶聯(lián)效果。烘焙時(shí)間的選擇：烘焙時(shí)間應(yīng)選擇在一定烘焙溫度下偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面的偶聯(lián)反應(yīng)能充分進(jìn)行。隨著烘焙時(shí)間的延長(zhǎng)，被處理玻璃纖維的憎水性有所提高，但是處理時(shí)間過長(zhǎng)生產(chǎn)效率就低。一般采用高溫短時(shí)間的烘焙制度。處理液的配制及使用：直接影響處理效果，應(yīng)該嚴(yán)格控制處理液的pH值，以抑制水解產(chǎn)物的自行縮合。在整個(gè)處理過程中，對(duì)處理液的pH值應(yīng)不斷調(diào)節(jié)。二十一、試述碳纖維的表面處理方法及作用效果：1、表面浸涂有機(jī)化合物：采用類似紡織中的漿紗工藝，在碳

32、纖維表面涂覆含有反應(yīng)性端基的樹脂（羥端基的丁二烯/丙烯酸共聚物等），以改善碳纖維的界面粘結(jié)性。2、表面涂覆無(wú)機(jī)化合物：表面上沉積無(wú)定形碳：在高模量結(jié)晶型碳纖維表面加涂一層低模量無(wú)定形碳，無(wú)定形碳活性大，易與樹脂浸潤(rùn)，提高界面粘結(jié)力，能顯著提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。加涂碳化物：用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法加涂碳化物。3、表面化學(xué)處理：臭氧氧化法：臭氧極易分解成一個(gè)氧分子和一個(gè)新生態(tài)活潑氧原子，氧化碳纖維表面的不飽和碳原子，生成含氧官能團(tuán)。陽(yáng)極電解氧化法：靠電解產(chǎn)生的新生態(tài)氧對(duì)碳纖維表面進(jìn)行氧化和腐蝕，碳纖維表面被氧化腐蝕，使比表面積增大、化學(xué)基團(tuán)增加。鹽溶液處理：先浸涂甲酸、乙酸、硝酸

33、等的銅、鉛、鈷等鹽類溶液，然后在空氣或氧氣中于200-600下氧化，使碳纖維表面粗糙而達(dá)到改善效果。一、簡(jiǎn)述陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)及制造步驟。陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)：Ef和Em的數(shù)量級(jí)相當(dāng)；陶瓷基體的韌性有限；增強(qiáng)材料與陶瓷基體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配、化學(xué)相容性問題突出。陶瓷基復(fù)合材料的制造通常分為兩個(gè)步驟：將增強(qiáng)材料摻入未固結(jié)（或粉末狀）的基體材料中排列整齊或均勻混合；運(yùn)用各種加工條件在盡量不破壞增強(qiáng)材料和基體性能的前提下制成復(fù)合材料制品。二、簡(jiǎn)述連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的料漿浸漬-熱壓燒結(jié)工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。料漿浸漬-熱壓燒結(jié)工藝：纖維通過含有超細(xì)陶瓷基體粉末的料漿使之浸漬，浸掛料漿的纖維纏繞

34、在卷筒上，烘干、切割，得到纖維無(wú)緯布；纖維無(wú)緯布裁剪、鋪層排列、熱壓燒結(jié)得到陶瓷基復(fù)合材料。浸漬料漿的組成：陶瓷基體超細(xì)粉末、溶劑（水或甲醇）、有機(jī)粘結(jié)劑，有時(shí)還加入促進(jìn)劑和潤(rùn)濕劑（提高纖維在料漿中的浸潤(rùn)性）。料漿中的陶瓷粉體粒徑應(yīng)小于纖維直徑，并能懸浮于料漿中；纖維應(yīng)選用容易分散的、捻數(shù)低的束絲；所選用的粘結(jié)劑能夠完全去除。料漿浸漬-熱壓燒結(jié)工藝的優(yōu)點(diǎn)：燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短，所得制品的致密度高。可以制備纖維定向排列、低孔隙率、高強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料。料漿浸漬-熱壓燒結(jié)工藝的缺點(diǎn)：要求基體有較高的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)。生產(chǎn)效率較低（適合單件和小規(guī)模生產(chǎn)），工藝成本較高。制品垂直于加壓方向的性能和平行

35、于加壓方向的性能差別明顯。纖維與基體的比例較難控制，纖維不易在制品中均勻分布。三、簡(jiǎn)述晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制造工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法工藝流程：晶須、陶瓷微粉、有機(jī)先驅(qū)物、溶劑均勻混合®預(yù)成型坯件（模壓）®先驅(qū)物熱解成陶瓷基體（一定溫度和氣氛）®陶瓷基復(fù)合材料。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)：成型容易，燒結(jié)溫度低，工藝重復(fù)性高。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的缺點(diǎn)：制品氣孔率高，收縮變形大。晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料制造工藝的問題：晶須比表面積大（晶須直徑小、長(zhǎng)徑比大），與陶瓷基體的反應(yīng)性高，容易簇聚，導(dǎo)致晶須與陶瓷基體粉末均勻混合困難。為此，進(jìn)行晶須凈化，晶須凈化的方法：采

36、用沉降技術(shù)除去顆粒雜質(zhì)。四、簡(jiǎn)述原位生長(zhǎng)晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。原位生長(zhǎng)晶須：陶瓷燒結(jié)的致密化過程中，通過化學(xué)反應(yīng)，在陶瓷基體內(nèi)生長(zhǎng)出晶須（或高長(zhǎng)徑比的晶體），從而得到晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。原位生長(zhǎng)工藝的優(yōu)點(diǎn)：原料廉價(jià)，對(duì)環(huán)境污染??；工藝簡(jiǎn)單，晶須生長(zhǎng)按冷卻方向擇優(yōu)取向，不存在生成的晶須與基體的相容性問題和熱膨脹匹配的問題；可以制造形狀復(fù)雜、大尺寸的產(chǎn)品；燒結(jié)過程中沒有收縮，得到近凈成型制品。原位生長(zhǎng)工藝的缺點(diǎn)：難以制備完全致密的陶瓷基復(fù)合材料（增加熱壓工序可提高致密化程度）。例：自增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料（Si3N4/Si3N4）氮化硅陶瓷在高壓氮?dú)鈿夥罩袩Y(jié)，生長(zhǎng)出長(zhǎng)

37、徑比達(dá)10:l的b-Si3N4晶體。原位生長(zhǎng)晶須示意圖：在燒結(jié)助劑作用下，a-Si3N4燒結(jié)過程中生長(zhǎng)出b-Si3N4晶須。當(dāng)b-Si3N4的生長(zhǎng)速度約為a-Si3N4的兩倍時(shí)，b-Si3N4的活化能是各向異性的，有生長(zhǎng)成棒狀（rodlike）b-Si3N4晶體的趨勢(shì)。五、簡(jiǎn)述碳/碳復(fù)合材料的性能。力學(xué)性能：密度小；拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、楊氏模量高（三向織物制品的強(qiáng)度最高）；脆性大（斷裂應(yīng)變0.12%-2.4%），應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)“假塑性效應(yīng)”：施加載荷初期呈線性關(guān)系，隨后變?yōu)殡p線性。卸載后再加載荷，曲線仍為線性，并可達(dá)到原來(lái)的載荷水平。熱物理性能：熱膨脹系數(shù)?。▋H為金屬的1/10-1/5），

38、尺寸穩(wěn)定；熱導(dǎo)率高，并可以調(diào)節(jié)；比熱容高；抗熱震因子大（為各類石墨制品的1-40倍）。燒蝕性能（蒸發(fā)升華、熱化學(xué)氧化）：碳/碳復(fù)合材料燒蝕均勻、燒蝕凹陷淺，能良好地保持制件外形；燒蝕熱高（材料燒蝕時(shí)帶走大量的熱，使傳遞到材料內(nèi)部的熱量減少），為內(nèi)層材料和存放的器件提供保護(hù)?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：具有與碳一樣的化學(xué)穩(wěn)定性（含有99%以上的碳，少量的氫和微量的金屬元素）；抗氧化性能差。改善碳/碳復(fù)合材料抗氧化性能的方法：浸漬樹脂時(shí)加入抗氧化物質(zhì)；氣相沉積碳時(shí)加入抗氧元素；碳化硅涂層。六、簡(jiǎn)述陶瓷的增韌方法。1、晶須和纖維增韌：吸收能量。裂紋擴(kuò)展受阻：當(dāng)增強(qiáng)體（纖維或顆粒）的斷裂韌性大于基體中某些區(qū)域的斷裂韌

39、性時(shí)，纖維受到的殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力，具有收縮趨勢(shì)，可以使基體裂紋壓縮并閉合，阻止裂紋的擴(kuò)展。纖維（或晶須）拔出：具有較高斷裂韌性的纖維，當(dāng)基體裂紋擴(kuò)展至纖維時(shí)，應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)合較弱的纖維與基體之間的界面解離，在進(jìn)一步應(yīng)變時(shí)，將導(dǎo)致纖維在弱點(diǎn)處斷裂，隨后纖維的斷頭從基體中拔出。纖維（或晶須）橋聯(lián)：在基體開裂后，纖維承受外加載荷，并在基體的裂紋面之間架橋。橋聯(lián)的纖維對(duì)基體產(chǎn)生使裂紋閉合的力，消耗外加載荷做功，從而增大材料的韌性。2、相變?cè)鲰g：（shielding mechanism）在含有部分穩(wěn)定的氧化鋯粒子的氧化鋁復(fù)合材料中：在裂紋尖端的應(yīng)力區(qū)域，穩(wěn)定的氧化鋯（ZrO2+Y2O3）發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)的馬

40、氏體相變（一部分?jǐn)嗔涯芰勘挥糜趹?yīng)力誘發(fā)轉(zhuǎn)移）：ZrO2 (t)®ZrO2 (m)，產(chǎn)生約5%的體積膨脹和約16%的剪切變形（剪切變形由產(chǎn)生孿晶等方式抵消）。這種體積膨脹和切變，在裂紋尖端產(chǎn)生了一種封閉裂紋的應(yīng)力，減少了集中在裂紋尖端的拉伸應(yīng)力，使裂紋擴(kuò)展困難，達(dá)到增韌效果。3、微裂紋韌化：（crack shielding mechanism）：吸收能量主裂紋擴(kuò)展時(shí)，其尖端高應(yīng)力區(qū)域容易產(chǎn)生微裂紋，微裂紋是產(chǎn)生膨脹應(yīng)變的機(jī)理之一：在微裂紋產(chǎn)生之前，存在有局部的拉伸殘余應(yīng)力。微裂紋增韌機(jī)制適合于基體彈性模量較低的陶瓷基復(fù)合材料。4、非屏蔽機(jī)理：利用裂紋與材料間的相互作用消耗額外的能量，使

41、斷裂能量提高，對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的貢獻(xiàn)很小，包括裂紋偏轉(zhuǎn)（裂紋沿著結(jié)合較弱的纖維/基體界面彎折，偏離原來(lái)的擴(kuò)展方向，呈鋸齒狀擴(kuò)展，從而使斷裂路徑增加）或裂紋彎曲（裂紋擴(kuò)展時(shí)由于強(qiáng)化相的阻礙使得尖端路徑彎曲，從而使測(cè)得的斷裂韌性值提高）。8 什么是納米復(fù)合材料？用一個(gè)具體實(shí)例說(shuō)明制備納米復(fù)合材料所面臨的困難是什么，應(yīng)如何解決？答：納米復(fù)合材料是指尺度為1 nm一100 nm的超微粒經(jīng)壓制、燒結(jié)或?yàn)R射而成的凝聚態(tài)固體。它具有斷裂強(qiáng)度高、韌性好，耐高溫等特性。如溶液插層復(fù)合法制備納米復(fù)合材料，方法是：將高分子聚合物鏈在溶液中借助于溶劑而插層進(jìn)入層狀硅酸鹽片層之間，然后揮發(fā)除去溶劑，即可實(shí)現(xiàn)聚合物與硅酸鹽

42、在納米尺度上的復(fù)合。但該方法需要合適的溶劑來(lái)同時(shí)溶解高分子聚合物和硅酸鹽，而且大量的溶劑不易回收，對(duì)環(huán)境不利。改進(jìn)方法是將高分子聚合物加熱到熔融狀態(tài)下，在靜止或剪切力的作用下直接插入到硅酸鹽片層之間，制得納米復(fù)合材料。該方法由于不使用溶劑，工藝簡(jiǎn)單，并且可以減少對(duì)環(huán)境的污染。9 設(shè)計(jì)制備某一復(fù)合材料制品的方案答：一種木塑復(fù)合材料的工藝過程及工藝條件如下：第一步將重量配比為3070份熱塑性塑料、3070份植物纖維、5 10份聚烯烴與多單體固相接枝共聚物在高速混合機(jī)中預(yù)混合，溫度3060 ，時(shí)間2030分鐘；第二步將預(yù)混料加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出，擠出機(jī)主螺桿轉(zhuǎn)速 80150轉(zhuǎn)，螺桿溫度160

43、200；第三步擠出產(chǎn)物經(jīng)口模定型并經(jīng)水冷卻、切粒，即得所述一種木塑復(fù)合材料。10 舉出一個(gè)復(fù)合材料樹脂體系的實(shí)例，并說(shuō)明各組分的作用。答：如不飽和聚酯樹脂體系，各組分及其作用如下：1 交聯(lián)劑：通過引發(fā)劑作用使線性聚酯分子交聯(lián)成三維網(wǎng)狀的體型大分子結(jié)構(gòu)。2 引發(fā)劑：打開交聯(lián)劑分子和不飽和聚酯分子鏈上的雙鍵，開形成自由基，發(fā)生自由共聚反應(yīng)，達(dá)到交聯(lián)固化的目的。引發(fā)劑一般為過氧化物。3 促進(jìn)劑：使引發(fā)劑降低分解活化能，降低引發(fā)溫度。4 阻聚劑：增加不飽和聚酯樹脂的貯存穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)適用期。5 增稠劑 ：調(diào)節(jié)不飽和聚酯樹脂的粘度。1 ISO定義復(fù)合材料：是將兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而

44、成的一種多相固體材料。2按照基體材料不同分類：金屬基復(fù)合材料，無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料，聚合物基復(fù)合材料。按照材料作用分類：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。3 復(fù)合材料的基本性能：（1）可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種材料具有多種性能。（2）可按對(duì)材料性能的需要進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制造。（3）可制成所需任意形狀的產(chǎn)品，可避免多次加工工序。4 復(fù)合材料的基本性能取決于：(1)增強(qiáng)材料的性能，含量及分布情況 （2）基體材料的性能及含量 （3）界面的結(jié)合情況 力學(xué)性能主要取決于1，2，3 導(dǎo)熱，電，燃燒，耐自然老化，耐腐蝕性能主要取決于2，35 熱固性樹脂：樹脂加熱后產(chǎn)生化學(xué)變化，逐漸硬化成型，再受熱也不軟

45、化，也不能溶解。熱固性樹脂其分子結(jié)構(gòu)為體型，它包括大部分的縮合樹脂，熱固性樹脂的優(yōu)點(diǎn)是耐熱性高，受壓不易變形。其缺點(diǎn)是機(jī)械性能較差。熱固性樹脂有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹脂等。經(jīng)常是一次成型加工。熱塑性樹脂：可反復(fù)加熱軟化、冷卻固化的一大類合成樹脂（也包括常見的天然樹脂）。它可反復(fù)成型加工。在反復(fù)受熱過程中，分子結(jié)構(gòu)基本上不發(fā)生變化，當(dāng)溫度過高、時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，則會(huì)發(fā)生降解或分解。這些都是與熱固性樹脂相區(qū)別的特征。常用的熱塑性樹脂有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯醚。6熱塑性復(fù)合材料（FRTP）和熱固性復(fù)合材料（FRP）注射成

46、型工藝特點(diǎn)比較：（1）FRTP可以反復(fù)加熱塑化，物料的熔融和硬化完全是物理變化；FRP加熱固化后不能再塑化，加熱過程為不可逆反應(yīng)。（2）FRTP受熱時(shí)，物料由玻璃態(tài)變?yōu)槿廴诘恼沉鲬B(tài)，料筒溫度要分段控制，其塑化溫度應(yīng)高于粘流溫度，但低于分解溫度；FRP在料筒加熱時(shí)，樹脂分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，物料熔融，但接著發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放熱，加速化學(xué)反應(yīng)過程。因此FRP注射成型的溫度控制要比FRTP嚴(yán)格得多。（3）FRTP注射成型時(shí)，料筒的溫度必須高于模具的溫度，物料在模腔內(nèi)冷卻時(shí)會(huì)引起體積收縮，故需要相應(yīng)的料墊傳壓補(bǔ)料，F(xiàn)RP注射成型時(shí)，料筒溫度低于模具溫度，物料在模腔內(nèi)發(fā)生固化收縮的同時(shí)，也發(fā)生熱膨脹，因此充模后

47、不需要補(bǔ)料。料墊主要起傳壓作用，應(yīng)減少料墊，防止早期固化。7生產(chǎn)批量大，數(shù)量多及外形復(fù)雜的小產(chǎn)品（如機(jī)械零件，電工器材）多采用模壓成型，對(duì)造型簡(jiǎn)單的大尺寸制品（浴盆，汽車部件）適宜采用SMC大臺(tái)面壓機(jī)成型，亦可采用手糊工藝生產(chǎn)小批量產(chǎn)品，對(duì)于壓力管道及容器，則宜采用纏繞工藝，對(duì)于批量小大尺寸制品，如船體外殼，常采用手糊噴射工藝，對(duì)于板材和線性制品，可采用連續(xù)成型工藝。8 SMC是用不飽和聚酯樹脂，增稠劑，引發(fā)劑，交聯(lián)劑，低收縮添加劑，填料，內(nèi)脫模劑，著色劑等混合成樹脂糊浸漬短切玻璃纖維粗紗或玻璃纖維氈，并在兩面用聚乙烯或聚膜包覆起來(lái)形成的片狀模壓成型材料。SMC的三大員：不飽和聚酯樹脂，玻璃纖

48、維，填料。9 手糊成型的優(yōu)點(diǎn)：不受產(chǎn)品的形狀和尺寸的限制 設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，拆就費(fèi)低 工藝簡(jiǎn)便 易于滿足設(shè)計(jì)要求，可以在產(chǎn)品的任意部位增補(bǔ)增強(qiáng)材料 制品樹脂含量高，耐腐蝕性好缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，條件差 產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高 產(chǎn)品力學(xué)性能較低 10 鋪層控制：對(duì)于外形要求較高的受力制品，同一鋪層纖維盡可能連續(xù)，切忌隨意切斷或拼接。設(shè)計(jì)原則：制品強(qiáng)度損失小，不影響外觀質(zhì)量和尺寸精度，施工方便。拼接形式有對(duì)接和搭接兩種。 11 線型：連續(xù)纖維纏繞在芯模表面均勻排布型式。標(biāo)準(zhǔn)線纏繞：由于導(dǎo)絲頭引入的纖維自芯模某點(diǎn)開始，導(dǎo)絲頭經(jīng)若干次往返運(yùn)動(dòng)后又回到原來(lái)的地點(diǎn)上的螺旋纏繞。S=M/

49、N,S表示導(dǎo)絲頭往返一次芯模的轉(zhuǎn)數(shù)，M表示一個(gè)完整循環(huán)芯模的轉(zhuǎn)數(shù)，N表示一個(gè)完整循環(huán)導(dǎo)絲頭轉(zhuǎn)數(shù)，n表示一個(gè)完整循環(huán)的切點(diǎn)數(shù)，N=n 交叉點(diǎn)數(shù)（M-1）n 交帶數(shù)M-1 筒身分為2n等分12纖維在芯模上均勻布滿的條件：（1）一個(gè)完整循環(huán)的諸切點(diǎn)等分芯模轉(zhuǎn)過的角度。（2）前一個(gè)完整循環(huán)與相繼的后一個(gè)完整循環(huán)所對(duì)應(yīng)的紗片在筒身錯(cuò)開的距離等于一個(gè)紗片寬度。 纏繞線型分為：環(huán)向纏繞，縱向纏繞，螺旋纏繞。13干法纏繞：預(yù)浸紗由專門浸漬設(shè)備制造，能嚴(yán)格控制紗帶含膠量和尺寸，因此干法纏繞制品質(zhì)量穩(wěn)定，并可大大提高纏繞速度，設(shè)備清潔，條件好，由于需要配置膠紗浸漬設(shè)備，故投資較大。濕法纏繞：無(wú)需另外配置浸漬設(shè)備，

50、對(duì)材料要求不嚴(yán)，便于選材，故比較經(jīng)濟(jì)，紗片浸膠后馬上纏繞，紗片質(zhì)量不易控制和檢驗(yàn)。膠液中存在大量的溶劑，故此時(shí)易產(chǎn)生氣泡。纏繞過程中張力液不易控制。并對(duì)浸膠輥，張力輥等需要經(jīng)常維護(hù)清洗，一旦發(fā)生纖維纏結(jié)將影響纏繞過程進(jìn)行。14 模壓件在模具內(nèi)施壓方向的選定應(yīng)考慮哪些因素：1，有利于壓力傳遞，應(yīng)避免在加壓過程中壓力傳遞距離太長(zhǎng)，造成壓力損失太大。2，便于加料3，便于安裝和固定嵌件4，保證壓模的強(qiáng)度5，長(zhǎng)型芯位于施壓方向6，保證重要尺寸精度。15 模壓成型模具設(shè)計(jì)應(yīng)考慮哪些因素：1，復(fù)合材料的物理機(jī)械性能，如強(qiáng)度，剛度，韌性，彈性，導(dǎo)熱性和吸水性等2，模壓料的成型工藝性。如流動(dòng)性，壓縮性等3，制品在成型后的收縮率及各項(xiàng)收縮率差異。4，制品及模具形狀應(yīng)有利于物