復(fù)合材料復(fù)習(xí)題

1、1、什么是復(fù)合材料，復(fù)合材料具有哪些特點，并結(jié)合復(fù)合材料的特點說明其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 的原因。定義： 復(fù)合材料是指那些含有多個組分， 且不同的組分有機地結(jié)合在一起、 具有新的材料性能的新材料。 既能保留原組分或材料的主要特色， 并通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能；可以通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。特點：（ 1 ）在一個特定的基體中填充有一種或多種填充體。（ 2 ）既能保留原組分或材料的主要特色，并通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。（ 3 ）可以通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。（ 4 ）可按需要進行材料的設(shè)計和制造。（

2、 5 ） 可制成任何形狀的制品， 復(fù)合材料的形成和形成制品形狀同步， 可避免多次加工工序。應(yīng)用領(lǐng)域：（ 1 ）熱穩(wěn)定性好，比強度、比剛度高，可用于航空航天領(lǐng)域。（ 2 ）特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成型，可用于汽車領(lǐng)域。（ 3 ） 有良好耐腐蝕性的碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成的才， 可用于化工、 紡織和機械制造領(lǐng)域。（ 4 ）優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X 射線特性，可用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。（ 5 ）生物組織相容性和血液相容性，可用于關(guān)于生物醫(yī)學(xué)材料。此外，復(fù)合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。2、什么是行手糊成型？手糊成型工藝有些優(yōu)缺點？該工藝可制備哪些

3、復(fù)合材料制品？手糊成型常用的樹脂體系有哪些？手糊成型是制備聚合物基復(fù)合材料最早使用的一種工藝方法， 先將樹脂、 固化劑及各種配料制成樹脂糊，在模具上面刷一層樹脂糊，再鋪貼上一層事先裁好的纖維織物，用刮刀壓實，趕出氣泡。 再重復(fù)上述操作，直到達到要求的厚度為止。 然后再一定的條件下進行固化，得到制品。優(yōu)點： 不受尺寸、 形狀的限制； 設(shè)備簡單， 投資少； 工藝簡單； 可在任意部位增補增強材料，易，滿足設(shè)計要求；產(chǎn)品樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點：生產(chǎn)效率低，勞動強度大，衛(wèi)生條件差；產(chǎn)品性能穩(wěn)定性差；產(chǎn)品力學(xué)性能較低。制品：波形瓶，浴盆，冷卻塔，活動房，衛(wèi)生間，儲氣罐等等。樹脂體系：大部分用不飽和

4、聚酯，約占 80%，其次是環(huán)氧樹脂。3、 對 RTM 工藝過程進行簡單描述， 并說明該工藝的特點， 能夠制備什么樣的制品， 并給出 實際制品的例子，并說明制備該制品的工藝過程及工藝條件。RTM:樹脂轉(zhuǎn)移成型，是把增強材料切成或制成預(yù)成型體，放入模腔之中。預(yù)成型體放置于合適的位置，以保證模具的密封。合模后，樹脂被注射到模腔之內(nèi)，流經(jīng)增強體，把氣體排出，并潤濕纖維（增強體） ，多余的樹脂將從排氣孔處排出模腔。之后，樹脂在一定的條件下經(jīng)固化后，取出是到制品。工藝特點：制品尺寸由模腔決定，制件尺寸精度高，有精確的內(nèi)外表面，不需補充加工，但工藝難度大，注膠周期長，注膠質(zhì)量不易控制；制品樹脂含量高，模具費

5、用高；操作者不與膠液接觸，勞動條件好。適用于具有一定厚度和尺寸要求的制件， 如飛機機頭實壁結(jié)構(gòu)雷達罩、 復(fù)合材料汽車保險杠、A320 發(fā)動機吊架尾部整流錐。舉例：碳纖維/ 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料工藝過程和工藝條件：（ 1 ）預(yù)制件的制造。將碳纖維按照一定要求支撐一定形狀，然后放入模具中，預(yù)制件的尺寸不應(yīng)超過模具密封區(qū)域，以便模具閉合和密封；（ 2 ）沖模。在模具閉合鎖緊后在一定條件下將環(huán)氧樹脂注入模具，控制樹脂粘度為1001000cp,其與增強體碳纖維的比例為100:1左右，數(shù)值在浸漬碳纖維的同時將空氣趕出當(dāng)多余的數(shù)值從模具溢膠口溢出時， 停止樹脂注入。 通常模具是預(yù)熱的， 因此在沖模的過程中，模壁

6、、碳纖維和樹脂之間要發(fā)生熱傳遞，體系壓力保持在0.07MPa ，模腔內(nèi)壓力可低于大氣壓；（ 3 ）固化。在模具充滿后，通過加熱使樹脂發(fā)生反應(yīng)，交聯(lián)固化，理想的固化反應(yīng)時間是在模具剛剛充滿的時候；（ 4 ）開模。當(dāng)固化反應(yīng)進行完全后，打開模具取出制件，為使制件固化完全可以進行后處理。4、簡述制備樹脂基復(fù)合材料的纏繞成型有哪些優(yōu)點和缺點？請結(jié)合纏繞成型的特點，說明該工藝適合制備哪些制品。纏繞成型就是把連續(xù)的纖維絲束 （布） 用樹脂潤濕后均勻而有規(guī)律地纏繞在旋轉(zhuǎn)的軸上的一種成型方法。優(yōu)點：（ 1 ）纖維伸直和按規(guī)律排列的整齊性和精確度高于任何其它成型方法，制品能充分發(fā)揮纖維的強度，因此比強度和比剛度

7、均高；（ 2 ）由于可以按照承力要求確定纖維的方向、層次、數(shù)量，可實現(xiàn)強度的設(shè)計，便于確保制品質(zhì)量的穩(wěn)定性；（ 3 ）可制得各種尺寸的內(nèi)表面光滑、質(zhì)量好、重量輕的制品；（ 4 ）生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。缺點： （ 1 ）設(shè)備投資大；（ 2 ）產(chǎn)品形狀有限，不能生產(chǎn)凹形制品；（ 3 ）制品強度方向性比較明顯，層間剪切強度低，對加工設(shè)備性能要求高。制品：簡單的有管子，復(fù)雜的可制造飛機殼體，汽車的框架等，常見的制品有：管、壓力容器、導(dǎo)彈發(fā)射管、發(fā)動機箱、汽車彈簧片、油箱軸承等5、金屬基復(fù)合材料加工中的難點是什么，如何解決這些難點？在金屬基復(fù)合材料的加工過程中應(yīng)考慮哪幾方面的問題？難點：高溫下的界

8、面反應(yīng)、氧化反應(yīng)等。金屬與增強體之間浸潤性差，甚至不浸潤。將增強體按設(shè)計要求的含量、分布、方向均勻地分布解決方法：增強體表面處理（化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，電鍍，化學(xué)鍍）加入適當(dāng)合金元素，優(yōu)化合金成分優(yōu)化工藝方法及工藝參數(shù)。考慮問題：增強體的分散問題制造過程對制品性能的影響制造過程中應(yīng)避免各種不利反應(yīng)簡單易行，適于批量生產(chǎn)，盡可能直接制成接近最終形狀和尺寸的零件6.熱塑性樹脂基復(fù)合材料與熱固性樹脂基復(fù)合材料在性能和加工工藝上的區(qū)別？答： 熱塑性樹脂是指具有線型或分枝型結(jié)構(gòu)的有機高分子化合物， 熱固性樹脂是以不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等為主的高分子化合物。性能上：熱塑性樹脂柔韌性大，脆性大

9、，加工性能好，但剛性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性差。熱固性樹脂剛性大， 耐腐蝕性、 耐熱性、 尺寸穩(wěn)定性好， 不易變形， 成型工藝復(fù)雜，加工困難。加工工藝上：熱塑性樹脂受熱軟化或熔融，可進行各種線型加工，冷卻后變得堅硬。 再受熱，又可進行熔融加工，具有可重復(fù)加工性。熱固性樹脂受熱熔融的同時發(fā)生固化反應(yīng)， 形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 冷卻后再受熱不熔融， 在溶劑中不溶解，不具有重復(fù)加工性。7、舉例說明什么是功能型復(fù)合材料，簡述功能復(fù)合材料的特點，它與結(jié)構(gòu)型復(fù)合材料的區(qū)別及功能型復(fù)合材料的發(fā)展趨勢。定義：除力學(xué)性能以外還提供其他物理性能，并包括部分化學(xué)和生物性能的復(fù)合材料。如：導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、阻尼、

10、吸聲、屏蔽、阻燃、防熱等功能。例如由纖維、晶須或顆粒增強的陶瓷基復(fù)合材料可作為導(dǎo)電材料用作陽極材料、 發(fā)熱元件、 傳感器和斷路器，以及用于電流或高溫條件下有好的力學(xué)性能領(lǐng)域。特點：（ 1 ）應(yīng)用面寬，根據(jù)需要可設(shè)計與制備不同功能的復(fù)合材料，以滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求。（2）研制周期短，一種結(jié)構(gòu)材料從研究到應(yīng)用一般需要10-15 年左右，甚至更長，而功能基復(fù)合材料的研制周期要短得多。（ 3 ）附加值高，單位質(zhì)量的價格與利潤遠遠高于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。（ 4 ）小批量，多品種。功能復(fù)合材料很少有大批量，但品種需求多。（ 5 ）適于特殊用途。在不少場合，功能復(fù)合材料有著其他材料無法比擬的使用特性。結(jié)構(gòu)復(fù)

11、合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料， 由能承受載荷的增強體組元與既能起聯(lián)結(jié)作用又能起傳力作用的基體組元構(gòu)成。區(qū)別：（ 1 ）結(jié)構(gòu)材料研究周期長，功能復(fù)合材料研制周期短。（ 2 ）功能復(fù)合材料單位質(zhì)量的價格與利潤遠高于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。（ 3 ）功能復(fù)合材料一般由一種或多種功能體和基體組成，基體起到粘結(jié)和賦形的作用；結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由增強體和基體組成，基體出了起粘結(jié)賦形作用外，還起到傳遞載荷作用。（ 4 ）功能復(fù)合材料很難用一種物理量來衡量，需要用材料的優(yōu)值進行綜合評價。（ 5 ）功能復(fù)合材料具有很大的設(shè)計自由度。未來的功能復(fù)合材料比重將超過結(jié)構(gòu)復(fù)合材料， 成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。 發(fā)展趨勢是由低級向高級

12、發(fā)展：功能-多功能 -機敏 -智能的形式。由單功能向雙功能、多功能化發(fā)展。由功能向機敏、智能化方向發(fā)展。功能-承力一體與輕量化。功能體的高性能化與微細化。使用性能的穩(wěn)定性與長壽命。高精確度的設(shè)計技術(shù)與設(shè)計制造一體化。無余量成型與低成本制造技術(shù)。8、什么是納米復(fù)合材料？用一個具體實例說明制備納米復(fù)合材料所面臨的困難是什么，應(yīng)該如何解決？納米復(fù)合材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm 的復(fù)合材料（含有納米單元相的復(fù)合材料） 。從基體與分散相的粒徑大小關(guān)系，復(fù)合可分為微米-微米、微米-納米、納米-納米的復(fù)合。影響聚合物納米材料研究開發(fā)的最大技術(shù)障礙是無機納米粒子在有機聚合物中的均勻分散。在聚合物

13、納米復(fù)合材料的制備過程中可通過改變無機納米粒子的表面組成與結(jié)構(gòu)， 以提高無機物與有機物的兩項之間的相容性和兩相界面間的結(jié)合。由于納米組分粒徑小， 比表面積大極易形成尺寸較大的團聚體， 從而使納米復(fù)合材料中不存在或存在很少的納米相，難以發(fā)揮納米相的獨特作用，例如以碳納米管增強 C/C 復(fù)合材料時，碳納米管由于粒度小易發(fā)生團聚現(xiàn)象，不易在基體瀝青中分散，從而需要改性，得到較好的分散效果。分散方法：（ 1 ）超聲波分散。利用超聲波產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強沖擊波和微射流等弱化納米粒子間的納米作用能，防止團聚；（ 2 ）機械攪拌分散。借助外力的剪切作用使納米粒子分散在介質(zhì)中；（ 3 ）分散劑分散。加入反

14、絮劑或加表面活性劑；（ 4 ）化學(xué)改性分散（以下四種方法）。表面化學(xué)反應(yīng)。 使無機納米粒子與既能和無機物反應(yīng)， 又能與聚合物作用的偶聯(lián)劑或相應(yīng)的有機化合物進行反應(yīng)， 在無機納米粒子表面形成牢固結(jié)合的新的有機分子膜， 以增加對聚合物的相容性的作用能力；表面物理包覆。 將無機納米粒子分散在所應(yīng)用的聚合物稀溶液中， 經(jīng)過充分的浸泡和吸附，在運動狀態(tài)下蒸出溶劑或使用沉淀劑，使聚合物包覆在無機納米粒子表面；表面聚合反應(yīng)。 使聚合物的單體吸附于無機納米微粒表面， 或插入多空、 多層的無機微?？紫吨?， 用適當(dāng)方法進行聚合， 制成無機納米微粒的低聚物母料， 可進一步用于制備高填量聚合物納米材料；聚合物接枝改性。 將聚合物用溶液法或熔融法進行接枝或嵌段改性， 以增加聚合物對無機納米微粒的作用力和相容性。9、出一個復(fù)合材料樹脂體系的實例，并說明各組分的作用。碳纖維 / 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料基體環(huán)氧樹脂的作用： （ 1 ）團結(jié)分散的填充劑以形成復(fù)合材料整體和賦予制件形狀； （ 2）保護填充劑不受或少受環(huán)境的不利影響；（ 3）填充劑的載