復(fù)合材料復(fù)習(xí)題

復(fù)合材料復(fù)習(xí)題1、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，并舉例闡明。填充：廉價(jià)、顆粒狀填料，減少成本。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)體自身的力學(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)構(gòu)成和構(gòu)造。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)。2、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。怎樣設(shè)計(jì)防腐蝕（堿性）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、工藝措施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：=1\*GB3①每種組分只奉獻(xiàn)自己的長(zhǎng)處，避開自己的缺陷。=2\*GB3②由一組分的長(zhǎng)處賠償另一組分的缺陷，做到性能互補(bǔ)。=3\*GB3③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。3、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，纖維間互相接觸、擺放、纏繞過程都也許發(fā)生?；瘜W(xué)損傷：重要為熱損傷，體現(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?；瘜W(xué)損傷與復(fù)合工藝條件及復(fù)合措施有關(guān)。熱損傷伴伴隨增強(qiáng)體與基體之間界面構(gòu)造的變化，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。4、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)、基體自身的構(gòu)造和性能、復(fù)合方式、復(fù)合工藝條件和環(huán)境條件。5、什么是相乘效應(yīng)？舉例闡明。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?？梢杂猛ㄊ奖磉_(dá)：X/Y·Y/Z=X/Z（式中X、Y、Z分別表達(dá)多種物理性能）。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)103V·A。單一成分的Cr2O3也有磁電效應(yīng)，但最大輸出只有約170V·A。6、推導(dǎo)單向板復(fù)合材料中纖維體積分?jǐn)?shù)與纖維半徑的關(guān)系（以正方形陣列為例）。纖維體積：(41/4)r2l=r復(fù)合材料體積：(2R)2l=4R纖維體積分?jǐn)?shù)：Vf=r2l/(4R2l)=r2/(4R纖維間距與纖維體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系：s=2R-2r=2[r2/(4Vf)]1/2-2r=2[(/4Vf)1/2-1]r7、什么是材料復(fù)合的構(gòu)造效果？試述其內(nèi)涵。構(gòu)造效果是指在描述復(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?cè)?。此類效果往往可以用?shù)學(xué)關(guān)系描述。構(gòu)造效果包括：1、幾何形態(tài)效果（形狀效果）：決定原因是構(gòu)成中的持續(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)的性能也許會(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)，導(dǎo)致復(fù)合材料性能的變化。8、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、持續(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)。9、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)重要的載荷，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=0.001m-0.1顆粒增強(qiáng)原理：顆粒尺寸較大（>1m）、顆粒堅(jiān)硬。顆粒直徑為1-50m顆粒強(qiáng)化效果類似：顆粒制止基體中位錯(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。復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度：（彌散增強(qiáng)原理）（顆粒增強(qiáng)原理）10、試推導(dǎo)單向板的橫向彈性模量E2的體現(xiàn)式。橫向載荷垂直于纖維，等同地作用在纖維和基體上，合用串聯(lián)模型：基體和纖維承受同樣的外加應(yīng)力（）纖維、基體和復(fù)合材料的應(yīng)變分別為：在寬度W上產(chǎn)生的形變?cè)隽浚海?，可得到：，或?1、討論單向板復(fù)合材料的破壞次序（fu<mu時(shí)）。復(fù)合材料的響應(yīng)依賴于基體與纖維破壞應(yīng)變的大小。對(duì)于大多數(shù)樹脂基構(gòu)造復(fù)合材料，剛性纖維的破壞應(yīng)變明顯地不不小于基體的破壞應(yīng)變，即fu<mu，因此，纖維首先破壞，同步將所有載荷轉(zhuǎn)移到基體上。當(dāng)Vf較小時(shí)，單向板中纖維斷裂而附加到基體上的額外載荷局限性以使基體開裂，基體可以所有承受，此時(shí)復(fù)合材料的強(qiáng)度為：當(dāng)Vf較大時(shí)，纖維發(fā)生斷裂時(shí)，轉(zhuǎn)移到基體上的載荷很大，使基體無(wú)法承受所有載荷。因此，當(dāng)纖維斷裂后，基體即刻斷裂，復(fù)合材料的強(qiáng)度為：或fu<mu時(shí)，兩種破壞形式變化時(shí)的纖維體積含量Vf'（單向板抗拉伸強(qiáng)度1u隨Vf的變化）：12、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（吸取能量）、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)：吸取能量）也會(huì)增長(zhǎng)斷裂功。13、什么是纖維的長(zhǎng)度分布？怎樣表達(dá)？纖維的長(zhǎng)度分布是指短切纖維的長(zhǎng)度與纖維數(shù)量之間的關(guān)系，對(duì)復(fù)合材料的性能有決定性作用。一般用纖維長(zhǎng)度的平均值表達(dá)，有兩種措施：纖維長(zhǎng)度的數(shù)均長(zhǎng)度：（Ni：長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的纖維數(shù)量）纖維長(zhǎng)度的重均長(zhǎng)度：（Wi：長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的纖維質(zhì)量）數(shù)均長(zhǎng)度LN低于重均長(zhǎng)度LW，在正態(tài)分布時(shí)，LN與纖維長(zhǎng)度的中值相似。14、試寫出取向短纖維復(fù)合材料的彈性性能體現(xiàn)式，給出取向效率因子的計(jì)算措施。取向分布的短纖維復(fù)合材料，彈性性能：（0：取向效率因子）取向效率因子0：（Af：一組平行纖維的總的橫截面積；：纖維與外載荷的夾角；Af'：平行于外載荷方向的一組等效纖維的總截面積）15、試討論短纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度性能。由于纖維長(zhǎng)度和體積含量的不一樣，短纖維復(fù)合材料的縱向強(qiáng)度是不一樣的，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；llc/2時(shí)，分兩種失效模式：=1\*GB3①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；=2\*GB3②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，此時(shí)，復(fù)合材料的強(qiáng)度：u=mu·Vm對(duì)于纖維長(zhǎng)度l和直徑d都相似、單向平行排列的短纖維復(fù)合材料，當(dāng)纖維受拉伸應(yīng)力時(shí)：c=f·Vf+m·Vm（拉應(yīng)力在纖維端部為0，在纖維中部最大）纖維端部f0為0，fu發(fā)生在（l-lc）的中間部位，因此纖維的平均應(yīng)力f：因此，復(fù)合材料承受的最大應(yīng)力（即復(fù)合材料的強(qiáng)度）（(m)fu：纖維所受拉伸力作用到達(dá)拉伸屈曲破壞應(yīng)力時(shí)的基體應(yīng)力）：16、怎樣衡量聚合物基體的耐熱性？怎樣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)的特性溫度，在微觀上是高分子鏈段開始運(yùn)動(dòng)的溫度。實(shí)際應(yīng)用中，使用熱變形溫度來表征材料的耐熱性。提高聚合物玻璃化溫度的措施：增長(zhǎng)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：變化了聚合物的微觀構(gòu)造：=1\*GB3①變化了界面層聚合物大分子的斂集密度（一般狀況下是密度減少），使分子間作用力發(fā)生變化。=2\*GB3②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。17、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：重要成分稀釋劑：稀釋作用（減少聚酯粘度），參與樹脂固化，如苯乙烯。引起劑：分解產(chǎn)生自由基，引起樹脂聚合（交聯(lián)、固化），如BPO。增進(jìn)劑：誘導(dǎo)引起劑分解，加緊樹脂固化，如環(huán)烷酸鈷。其他成分：顏料、增稠劑、熱塑性低收縮劑等。18、怎樣改善聚合物的耐熱性能？產(chǎn)生交聯(lián)構(gòu)造（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）。增長(zhǎng)高分子鏈的剛性（引進(jìn)不飽和共價(jià)鍵或環(huán)狀構(gòu)造（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，防止弱鍵的存在（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對(duì)應(yīng)的非結(jié)晶聚合物。19、簡(jiǎn)述不飽和聚酯樹脂基體的構(gòu)成、代表物質(zhì)及作用。重要成分：不飽和聚酯樹脂，按化學(xué)構(gòu)造可分為順酐型、丙烯酸型、丙烯酸環(huán)氧酯型聚酯樹脂。輔助材料：交聯(lián)劑、引起劑和增進(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。引起劑：一般為有機(jī)過氧化物，在一定的溫度下分解形成游離基，從而引起不飽和聚酯樹脂的固化。常用的引起劑：過氧化二異丙苯[C6H5C(CH3)2]2O2、過氧化二苯甲酰(C6H5CO)2O2增進(jìn)劑：把引起劑的分解溫度降到室溫如下。對(duì)過氧化物有效的增進(jìn)劑：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。對(duì)氫過氧化物有效的增進(jìn)劑：具有變價(jià)的金屬鈷：環(huán)烷酸鈷、萘酸鈷等。20、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：從加入增進(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)間的原因：阻聚劑、引起劑和增進(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：一般在室溫下進(jìn)行，也許需要幾天至幾星期。21、簡(jiǎn)述復(fù)合材料中金屬基體的選擇原則。1)、根據(jù)金屬基復(fù)合材料的使用規(guī)定：金屬基復(fù)合材料構(gòu)（零）件的使用性能規(guī)定是選擇金屬基體材料的最重要的根據(jù)。例：航空、航天領(lǐng)域：高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能規(guī)定，這就需要構(gòu)成持續(xù)纖維石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁復(fù)合材料。2)、根據(jù)金屬基復(fù)合材料的構(gòu)成特點(diǎn)：對(duì)于持續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，不規(guī)定基體有很高的強(qiáng)度，對(duì)于非持續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（顆粒、晶須、短纖維），基體承擔(dān)重要載荷，規(guī)定高強(qiáng)度。3)、根據(jù)金屬基體與增強(qiáng)材料的界面狀態(tài)和相容性選擇金屬基體時(shí)，盡量防止基體與增強(qiáng)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同步應(yīng)注意基體與增強(qiáng)材料的相容性，基體和增強(qiáng)材料應(yīng)當(dāng)有很好的浸潤(rùn)性。22、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：基體重要是純鋁和純銅，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），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。23、怎樣改善陶瓷的強(qiáng)度？減少陶瓷內(nèi)部和表面的裂紋：具有裂紋是材料微觀構(gòu)造的本征特性。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，引入多種增韌機(jī)制（增長(zhǎng)裂紋的擴(kuò)散阻力及裂紋斷裂過程消耗的能量），可提高陶瓷的韌性。24、簡(jiǎn)述氮化硅陶瓷的燒結(jié)措施及其特點(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)措施：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℃）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℃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。熱壓燒結(jié)氮化硅只能制備形狀簡(jiǎn)樸的（如圓柱形）實(shí)體坯件，其制品須通過機(jī)械加工才能到達(dá)規(guī)定的形狀和尺寸。25、玻璃纖維為何具有高強(qiáng)度？試討論影響玻璃纖維強(qiáng)度的原因。玻璃的理論強(qiáng)度很高（-1MPa），不過由于微裂紋的存在，產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生破壞，從而減少了玻璃的強(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；同步，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)度的原因：1)、化學(xué)構(gòu)成：不一樣的玻璃纖維（不一樣系統(tǒng)），強(qiáng)度有很大差異。一般來說，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：伴隨玻璃纖維的直徑和長(zhǎng)度的減小，微裂紋的數(shù)量和尺寸對(duì)應(yīng)地減小，從而提高了玻璃纖維的強(qiáng)度。3)、寄存時(shí)間：玻璃纖維寄存一定期間后，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)度伴隨施加負(fù)荷時(shí)間的增長(zhǎng)而減少，當(dāng)環(huán)境濕度較高時(shí)愈加明顯。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)度減少。26、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；增長(zhǎng)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：重要成分：石蠟、凡士林、硬酯酸、變壓器油、固色劑、表面活性劑、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)。具有石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品使用時(shí)，要通過脫蠟處理。2)、增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑：重要成分：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。此類浸潤(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。27、簡(jiǎn)述聚丙烯腈基碳纖維的制造工藝。聚丙烯腈纖維的構(gòu)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、200-300℃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)，形成耐熱的梯形構(gòu)造，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℃3)、碳纖維的石墨化處理：在高純氬氣保護(hù)下，迅速升溫至-3000℃28、舉例闡明碳纖維的應(yīng)用。作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。航空、航天工業(yè)：主承力構(gòu)造材料（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)送：汽車傳動(dòng)軸、構(gòu)架，制造快艇、巡查艇。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)上的其他零部件。29、試述影響復(fù)合材料性能的原因?；w和增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體或功能體）的性能；復(fù)合材料的構(gòu)造和成型技術(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)。30、復(fù)合材料的界面具有怎樣的特點(diǎn)？界面相的化學(xué)構(gòu)成、構(gòu)造和物理性能與增強(qiáng)材料和基體的均不相似，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（約幾種納米到幾種微米），厚度不均勻。材料特性在界面是不持續(xù)的，這種不持續(xù)性也許是陡變的，也也許是漸變的。材料特性包括元素的濃度、原子的配位、晶體構(gòu)造、密度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等。31、什么是浸潤(rùn)？怎樣描述浸潤(rùn)程度的大?。吭囉懻撚绊憹?rùn)濕角大小的原因。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表征，詳細(xì)來說就是接觸角。Young公式討論了液體對(duì)固體的潤(rùn)濕條件：減少液-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。=0（lv=sv-sl），完全浸潤(rùn)；0<<90（lv>sv-sl>0），部分浸潤(rùn)；>90（sv<sl），完全不浸潤(rùn)。影響接觸角（潤(rùn)濕角）大小的原因：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。固體表面粗糙度增長(zhǎng)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)物變化了固相的性質(zhì)和固相的表面粗糙度。32、怎樣改善基體對(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)措施清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)濕性最以便、有效。加入合金元素后，角的變化還與熔化時(shí)間有關(guān)。3)、變化溫度：一般，提高制造溫度可以增長(zhǎng)潤(rùn)濕性，不過，過高的溫度會(huì)產(chǎn)生某些不利影響：基體嚴(yán)重過熱、氧化、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)、增長(zhǎng)液體壓力：對(duì)于不潤(rùn)濕的狀況，必須施加不小于Pc（）的外壓才能使液體滲透纖維束。5)、變化加工氣氛：sv和lv值隨氣體性質(zhì)的不一樣而變化，因此變化制造過程中的環(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，也可以變化sv或lv。33、簡(jiǎn)述玻璃纖維表面化學(xué)構(gòu)成、構(gòu)造及反應(yīng)性的特點(diǎn)。玻璃纖維整體化學(xué)構(gòu)成包括Si、O、Al、Ca、Mg、B、F、Na等，但其表面只具有Si、O、Al。玻璃纖維的構(gòu)造與塊狀玻璃相似：由三維空間的不規(guī)則持續(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處在平衡狀態(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、表面吸濕性親密有關(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構(gòu)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+H2OSi-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，將深入與二氧化硅網(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)形成此外的OH-：Si-O-+H2OSi-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)構(gòu)造，玻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)性重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。34、簡(jiǎn)述復(fù)合材料的界面結(jié)合類型及其特點(diǎn)。1)、機(jī)械結(jié)合：增強(qiáng)材料與基體之間僅依托純粹的粗糙表面互相嵌入（互鎖）作用進(jìn)行連接（摩擦力），沒有化學(xué)作用。影響機(jī)械結(jié)合的原因：增強(qiáng)材料與基體的性質(zhì)、纖維表面的粗糙度、基體的收縮（正壓力）有助于纖維箍緊。2)、溶解與浸潤(rùn)結(jié)合：在復(fù)合材料的制造過程中，由單純的浸潤(rùn)和溶解作用，使增強(qiáng)材料和基體形成交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面，是一種次價(jià)鍵力的結(jié)合。（當(dāng)基體的基團(tuán)或分子與增強(qiáng)材料表面間距不不小于0.5nm時(shí)，次價(jià)鍵力就發(fā)生作用。次價(jià)鍵力包括誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵等。）形成溶解與浸潤(rùn)結(jié)合的基本條件：增強(qiáng)材料與基體間的接觸角不不小于90，增強(qiáng)材料與基體間有一定的溶解能力。3)、反應(yīng)界面結(jié)合：基體與增強(qiáng)材料間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面上形成新的化合物、以主價(jià)鍵力互相結(jié)合。這是一種最復(fù)雜、最重要的結(jié)合方式。反應(yīng)結(jié)合受擴(kuò)散控制，擴(kuò)散包括反應(yīng)物質(zhì)在組分物質(zhì)中的擴(kuò)散（反應(yīng)初期）和在反應(yīng)產(chǎn)物中的擴(kuò)散（反應(yīng)后期）。要實(shí)現(xiàn)良好的反應(yīng)結(jié)合，必須選擇最佳的制造工藝參數(shù)（溫度、壓力、時(shí)間、氣氛等）來控制界面反應(yīng)的程度。界面反應(yīng)層是非常復(fù)雜的構(gòu)成，有時(shí)發(fā)生多種反應(yīng)，產(chǎn)生互換反應(yīng)結(jié)合。界面的反應(yīng)產(chǎn)物大多是脆性物質(zhì)，到達(dá)一定厚度時(shí)，界面上的殘存應(yīng)力可使其發(fā)生破壞，因此，界面結(jié)合先隨反應(yīng)程度提高而增長(zhǎng)結(jié)合強(qiáng)度，但反應(yīng)到達(dá)一定程度后，界面結(jié)合有所減弱。4)、混合結(jié)合：上述界面結(jié)合方式的混合，實(shí)際狀況中發(fā)生的重要的界面結(jié)合形式。35、簡(jiǎn)述影響增強(qiáng)材料與基體粘結(jié)性能的原因。固-液復(fù)合過程中，固體表面與液體的浸潤(rùn)性。不一樣組分的分子或原子彼此互相靠近時(shí)的狀態(tài)，形成化學(xué)結(jié)合時(shí)互相作用的強(qiáng)弱。化學(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）。36、試討論碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面反應(yīng)。碳纖維表面具有氧原子，以羥基、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。不過，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、增長(zhǎng)表面積以及增長(zhǎng)碳纖維表面含氧基團(tuán)。例：碳纖維的氧化處理：氧含量明顯增長(zhǎng)，氧化過程分別產(chǎn)生羥基、羰基、羧基，并也許以環(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。37、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)措施。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)混凝土的抗拉強(qiáng)度大幅度下降，甚至喪失殆盡。=1\*GB3①化學(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)。=2\*GB3②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，在缺陷端部導(dǎo)致應(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：=1\*GB3①變化玻璃纖維的化學(xué)組分。例：加入較多量的ZrO2可提高玻璃纖維的抗堿性。=2\*GB3②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。=3\*GB3③使用水化物堿度低的水泥以減緩或防止對(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）。38、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，可以與其他金屬發(fā)生反應(yīng)生成不規(guī)則的構(gòu)造，形成脆性的反應(yīng)層。硼纖維和鋁的界面反應(yīng)由于滲透氧生成氧化物而發(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+2BAlB22B+3OB2O3碳化硅涂層能使硼纖維具有突出的抗氧化性。由于硼接觸不到鋁，硼化物的形成完全被克制。鋁與硅不形成化合物，而鋁與碳的反應(yīng)在碳化硅存在的狀況下，在熱力學(xué)上是非常困難的。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，2.539、什么是增強(qiáng)材料的表面處理？簡(jiǎn)述偶聯(lián)劑的化學(xué)構(gòu)造及作用。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)），它有助于增強(qiáng)材料與基體間形成良好的粘結(jié)界面，從而到達(dá)提高復(fù)合材料多種性能的目的。偶聯(lián)劑的化學(xué)構(gòu)造：分子兩端具有性質(zhì)不一樣的基團(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，獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面的性能，并有效地抵御水的侵蝕。40、試討論玻璃纖維的表面處理中偶聯(lián)劑用量確實(shí)定及影響表面處理效果的原因。偶聯(lián)劑的用量會(huì)影響最終處理效果，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)要從試驗(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具有更多的偶聯(lián)劑，也不能保證偶聯(lián)劑分子所有涂覆在被處理材料的表面上，因此，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述計(jì)算值。影響處理效果的原因：處理措施的影響：不一樣的處理措施會(huì)影響處理效果。一般來說，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