復合材料復習題

1、什么是復合材料，復合材料含有哪些特點，并結合復合材料的特點闡明其應用領域廣泛的因素。定義：復合材料是指那些含有多個組分，且不同的組分有機地結合在一起、含有新的材料性能的新材料。既能保存原組分或材料的重要特色，并通過復合效應獲得原組分所不含有的性能；能夠通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。特點：（1）在一種特定的基體中填充有一種或多個填充體。（2）既能保存原組分或材料的重要特色，并通過復合效應獲得原組分所不含有的性能。（3）能夠通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。（4）可按需要進行材料的設計和制造。（5）可制成任何形狀的制品，復合材料的形成和形成制品形狀同時，可避免多次加工工序。應用領域：（1）熱穩(wěn)定性好，比強度、比剛度高，可用于航空航天領域。（2）特殊的振動阻尼特性，可減振和減少噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成型，可用于汽車領域。（3）有良好耐腐蝕性的碳纖維與樹脂基體復合而成的才，可用于化工、紡織和機械制造領域。（4）優(yōu)秀的力學性能和不吸取X射線特性，可用于醫(yī)學領域。（5）生物組織相容性和血液相容性，可用于有關生物醫(yī)學材料。另外，復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？該工藝可制備哪些復合材料制品？手糊成型慣用的樹脂體系有哪些？手糊成型是制備聚合物基復合材料最早使用的一種工藝辦法，先將樹脂、固化劑及多個配料制成樹脂糊，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。再重復上述操作，直達成到規(guī)定的厚度為止。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；設備簡樸，投資少；工藝簡樸；可在任意部位增補增強材料，易，滿足設計規(guī)定；產品樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點：生產效率低，勞動強度大，衛(wèi)生條件差；產品性能穩(wěn)定性差；產品力學性能較低。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：大部分用不飽和聚酯，約占80%，另首先是環(huán)氧樹脂。3、對RTM工藝過程進行簡樸描述，并闡明該工藝的特點，能夠制備什么樣的制品，并給出實際制品的例子，并闡明制備該制品的工藝過程及工藝條件。RTM：樹脂轉移成型，是把增強材料切成或制成預成型體，放入模腔之中。預成型體放置于適宜的位置，以確保模具的密封。合模后，樹脂被注射到模腔之內，流經增強體，把氣體排出，并潤濕纖維（增強體），多出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，有精確的內外表面，不需補充加工，但工藝難度大，注膠周期長，注膠質量不易控制；制品樹脂含量高，模具費用高；操作者不與膠液接觸，勞動條件好。合用于含有一定厚度和尺寸規(guī)定的制件，如飛機機頭實壁構造雷達罩、復合材料汽車保險杠、A320發(fā)動機吊架尾部整流錐。舉例：碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料工藝過程和工藝條件：（1）預制件的制造。將碳纖維按照一定規(guī)定支撐一定形狀，然后放入模具中，預制件的尺寸不應超出模具密封區(qū)域，方便模具閉合和密封；（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100~1000cp，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多出的數(shù)值從模具溢膠口溢出時，停止樹脂注入。普通模具是預熱的，因此在沖模的過程中，模壁、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)生反映，交聯(lián)固化，抱負的固化反映時間是在模具剛剛充滿的時候；（4）開模。當固化反映進行完全后，打開模具取出制件，為使制件固化完全能夠進行后解決。4、簡述制備樹脂基復合材料的纏繞成型有哪些優(yōu)點和缺點？請結合纏繞成型的特點，闡明該工藝適合制備哪些制品。纏繞成型就是把持續(xù)的纖維絲束（布）用樹脂潤濕后均勻而有規(guī)律地纏繞在旋轉的軸上的一種成型辦法。優(yōu)點：（1）纖維伸直和按規(guī)律排列的整潔性和精確度高于任何其它成型辦法，制品能充足發(fā)揮纖維的強度，因此比強度和比剛度均高；（2）由于能夠按照承力規(guī)定擬定纖維的方向、層次、數(shù)量，可實現(xiàn)強度的設計，便于確保制品質量的穩(wěn)定性；（3）可制得多個尺寸的內表面光滑、質量好、重量輕的制品；（4）生產效率高，適于大批量生產。缺點：（1）設備投資大；（2）產品形狀有限，不能生產凹形制品；（3）制品強度方向性比較明顯，層間剪切強度低，對加工設備性能規(guī)定高。制品：簡樸的有管子，復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？在金屬基復合材料的加工過程中應考慮哪幾方面的問題？難點：①高溫下的界面反映、氧化反映等。②金屬與增強體之間浸潤性差，甚至不浸潤。③將增強體按設計規(guī)定的含量、分布、方向均勻地分布解決辦法：①增強體表面解決（化學氣相沉積，物理氣相沉積，電鍍，化學鍍）②加入適宜合金元素，優(yōu)化合金成分③優(yōu)化工藝辦法及工藝參數(shù)?？紤]問題：①增強體的分散問題②制造過程對制品性能的影響③制造過程中應避免多個不利反映④簡樸易行，適于批量生產，盡量直接制成靠近最后形狀和尺寸的零件6.熱塑性樹脂基復合材料與熱固性樹脂基復合材料在性能和加工工藝上的區(qū)別？答：熱塑性樹脂是指含有線型或分枝型構造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，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，可進行多個線型加工，冷卻后變得堅硬。再受熱，又可進行熔融加工，含有可重復加工性。熱固性樹脂受熱熔融的同時發(fā)生固化反映，形成立體網狀構造，冷卻后再受熱不熔融，在溶劑中不溶解，不含有重復加工性。7、舉例闡明什么是功效型復合材料，簡述功效復合材料的特點，它與構造型復合材料的區(qū)別及功效型復合材料的發(fā)展趨勢。定義：除力學性能以外還提供其它物理性能，并涉及部分化學和生物性能的復合材料。如：導電、超導、半導、磁性、壓電、阻尼、吸聲、屏蔽、阻燃、防熱等功效。例如由纖維、晶須或顆粒增強的陶瓷基復合材料可作為導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性能領域。特點：（1）應用面寬，根據(jù)需要可設計與制備不同功效的復合材料，以滿足當代科學技術發(fā)展的需求。（2）研制周期短，一種構造材料從研究到應用普通需要10-左右，甚至更長，而功效基復合材料的研制周期要短得多。（3）附加值高，單位質量的價格與利潤遠遠高于構造復合材料。（4）小批量，多品種。功效復合材料極少有大批量，但品種需求多。（5）適于特殊用途。在不少場合，功效復合材料有著其它材料無法比擬的使用特性。構造復合材料重要作為承力構造使用的材料，由能承受載荷的增強體組元與既能起聯(lián)結作用又能起傳力作用的基體組元構成。區(qū)別：（1）構造材料研究周期長，功效復合材料研制周期短。（2）功效復合材料單位質量的價格與利潤遠高于構造復合材料。（3）功效復合材料普通由一種或多個功效體和基體構成，基體起到粘結和賦形的作用；構造復合材料由增強體和基體構成，基體出了起粘結賦形作用外，還起到傳遞載荷作用。（4）功效復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）功效復合材料含有很大的設計自由度。將來的功效復合材料比重將超出構造復合材料，成為復合材料發(fā)展的主流。發(fā)展趨勢是由低檔向高級發(fā)展：功效-多功效-機敏-智能的形式。①由單功效向雙功效、多功效化發(fā)展。②由功效向機敏、智能化方向發(fā)展。③功效-承力一體與輕量化。④功效體的高性能化與微細化。⑤使用性能的穩(wěn)定性與長壽命。⑥高精確度的設計技術與設計制造一體化。⑦無余量成型與低成本制造技術。8、什么是納米復合材料？用一種具體實例闡明制備納米復合材料所面臨的困難是什么，應當如何解決？納米復合材料是指分散相尺度最少有一維不大于100nm的復合材料（含有納米單元相的復合材料）。從基體與分散相的粒徑大小關系，復合可分為微米-微米、微米-納米、納米-納米的復合。影響聚合物納米材料研究開發(fā)的最大技術障礙是無機納米粒子在有機聚合物中的均勻分散。在聚合物納米復合材料的制備過程中可通過變化無機納米粒子的表面構成與構造，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，從而使納米復合材料中不存在或存在極少的納米相，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。分散辦法：（1）超聲波分散。運用超聲波產生的局部高溫、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，避免團聚；（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中；（3）分散劑分散。加入反絮劑或加表面活性劑；（4）化學改性分散（下列四種辦法）。①表面化學反映。使無機納米粒子與既能和無機物反映，又能與聚合物作用的偶聯(lián)劑或對應的有機化合物進行反映，在無機納米粒子表面形成牢固結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；②表面物理包覆。將無機納米粒子分散在所應用的聚合物稀溶液中，通過充足的浸泡和吸附，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；③表面聚合反映。使聚合物的單體吸附于無機納米微粒表面，或插入多空、多層的無機微粒孔隙中，用適宜辦法進行聚合，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；④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、出一種復合材料樹脂體系的實例，并闡明各組分的作用。碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料基體環(huán)氧樹脂的作用：（1）團結分散的填充劑以形成復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