復(fù)合材料期末復(fù)習(xí)資料

1、復(fù)合材料C 復(fù)習(xí)第一章 概論1. 復(fù)合材料的定義？復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。三要素： 基體（連續(xù)相） 增強(qiáng)體（分散相） 界面 （基體起粘結(jié)作用并起傳遞應(yīng)力和增韌作用）復(fù)合材料的特點(diǎn)：（明顯界面、保留各組分固有物化特性、復(fù)合效應(yīng)，可設(shè)計(jì)性） （嵌段聚合物、接枝共聚物、合金：是不是復(fù)合材料？）2、復(fù)合材料的命名f（纖維），w（晶須），p（顆粒） 比如： TiO2p/Al 3. 復(fù)合材料的分類：1) 按基體材料類型分為：聚合物基復(fù)合材料；金屬基復(fù)合材料；無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料(陶瓷基復(fù)合材料)。2) 按增強(qiáng)材料分為：玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；碳纖維增強(qiáng)復(fù)

2、合材料；有機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；晶須增強(qiáng)復(fù)合材料；陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。3) 按用途分為：功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要用做承載力和此承載力結(jié)構(gòu)，要求它質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度高，且能承受一定溫度。功能復(fù)合材料指具有除力學(xué)性能以外其他物理性能的復(fù)合材料，即具有各種電學(xué)性能、磁學(xué)性能、光學(xué)性能、聲學(xué)性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學(xué)分離性能等的復(fù)合材料。第二章 增強(qiáng)體1、增強(qiáng)體定義：結(jié)合在基體內(nèi)、用以改進(jìn)其力學(xué)等綜合性能的高強(qiáng)度材料。 要求： 1) 增強(qiáng)體能明顯提高基體某種所需性能；2) 增強(qiáng)體具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；3) 與基體有良好潤(rùn)濕性。分類： f，w，p2、纖維類增強(qiáng)體特點(diǎn)：長(zhǎng)徑比較大

3、；柔曲性；高強(qiáng)度。v 玻璃纖維主要成分：SiO2性能：拉伸強(qiáng)度高；較強(qiáng)耐腐蝕；絕熱性能好。（玻璃纖維高強(qiáng)的原因（微裂紋）及影響因素（強(qiáng)度提升策略：減小直徑、減少長(zhǎng)度、降低含堿量，縮短存儲(chǔ)時(shí)間、降低濕度等）分類：無(wú)堿（E玻璃）、有堿（A玻璃）制備： 坩堝法（制球和拉絲）、池窯法（熔融拉絲）。浸潤(rùn)劑作用：(i) 粘結(jié)作用，使單絲集束成原紗或絲束；(ii) 防止纖維表面聚集靜電荷；(iii)進(jìn)一步加工提供所需性能；(iv) 防止摩擦、劃傷。（無(wú)偶聯(lián)劑作用）玻璃纖維表征：(i) 定長(zhǎng)法：“tex”（含義）； (ii) 質(zhì)量法：“支”（含義）v 硼纖維芯材：鎢、碳和石英制備：化學(xué)沉積（CVD）法 原料：

4、鹵化硼 或 氫化硼形貌：玉米棒狀（W芯） 光滑（C芯）表面涂層：SiC （防止脆性相的產(chǎn)生 or 便于與基體結(jié)合）目前比模量和比強(qiáng)度最高的陶瓷增強(qiáng)纖維v 碳纖維1)制備：有機(jī)纖維碳化法有機(jī)纖維前驅(qū)體滿足條件：碳化過(guò)程不熔融，保持纖維形態(tài)，碳化收率高···三種重要的前驅(qū)體：聚丙烯腈；黏膠纖維（人造絲）；瀝青纖維。以PAN為例(制造高強(qiáng)度、高模量碳纖維多選用聚丙烯腈)：拉絲-牽引-穩(wěn)定化-碳化-石墨化拉絲：即PAN原纖維制備，濕法紡絲、干法紡絲，不能熔融紡絲；PAN特性：受熱分解不熔融。施加牽伸力目的在于使纖維產(chǎn)生擇優(yōu)取向，提高強(qiáng)度和模量。碳纖維的表面處理方法（見(jiàn)第4

5、章）石墨纖維和碳纖維的區(qū)別： 處理溫度不同、C含量不同、晶型不同碳纖維結(jié)構(gòu)： 亂層石墨結(jié)構(gòu)。特性：導(dǎo)熱系數(shù)較高、線膨脹系數(shù)具有負(fù)的溫度效應(yīng) （可以抵消熱脹冷縮現(xiàn)象）例1)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是在合成樹(shù)脂的基體中加入了碳纖維做增強(qiáng)體，具有韌性好等特點(diǎn)，下列物質(zhì)中可用于制造的是（ ）。A、電話亭和餐桌椅B、網(wǎng)球拍和釣魚(yú)竿C、飛機(jī)用隔熱瓦2)在PAN法制備CF的工藝過(guò)程中，為什么要進(jìn)行預(yù)氧化、碳化和石墨化三個(gè)處理過(guò)程？（P20）聚丙烯腈纖維（PAN）是線性高分子結(jié)構(gòu)，耐熱性差，高溫會(huì)裂解，不能經(jīng)受碳化的高溫得到碳纖維，預(yù)氧化可避免直接碳化處理時(shí)爆發(fā)產(chǎn)生有害的閉環(huán)和脫氫等放熱反應(yīng)，防止后續(xù)工序中纖維熔并

6、。碳化是在N2保護(hù)下進(jìn)行熱解反應(yīng)，將結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定部分與非碳原子裂解出去，同時(shí)進(jìn)行分子間的縮合，形成碳素縮合環(huán)。石墨化處理可以使碳纖維發(fā)生石墨化結(jié)晶，形成石墨纖維，以較大幅度提高碳纖維的模量v SiC纖維1) 特點(diǎn)： 高比強(qiáng)度、高比模量、高溫抗氧化性、優(yōu)異的耐燒蝕性、耐熱沖擊性和吸波隱身性能等。 2) 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能結(jié)構(gòu)件。 碳化硅纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，可以吸收或透過(guò)部分雷達(dá)波；作為雷達(dá)天線罩、火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)等飛行器部件的隱身結(jié)構(gòu)材料，和航空、航天、汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料與耐熱材料。3) 制備： (i) 化學(xué)氣相沉積法 CH3SiCl3 SiC +3 H

7、Cl (ii) 先驅(qū)體法： (Nicalon) 制備聚碳硅烷、熔融紡絲、不熔化處理和高溫?zé)伞?、晶須1) 晶須與纖維的區(qū)別： 晶須是單晶；纖維可以是非晶、單晶或多晶； 晶須直徑< 3 m; 纖維直徑幾微米至幾十微米。 晶須較纖維缺陷少，強(qiáng)度高（機(jī)械強(qiáng)度近似相鄰原子之間的作用力）、模量大。 2) 晶須主要分陶瓷晶須(Al2O3、SiC) 和金屬晶須兩大類。3) 唯一一種具有空間結(jié)構(gòu)的晶須： ZnO晶須4、顆粒顆粒增強(qiáng)體（炭黑）與填料（滑石粉、CaCO3）的區(qū)別：前者以增強(qiáng)為主要目的，后者以填充體積為主要目的。剛性顆粒增強(qiáng)體：指具有高強(qiáng)度、高模量、耐熱、耐磨、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬顆粒

8、，如碳化硅、氧化鈦、氮化硅、石墨、細(xì)金剛石等。延性顆粒增強(qiáng)體：主要為金屬顆粒，加入到陶瓷基體和玻璃陶瓷基體中增強(qiáng)其韌性，如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。金屬顆粒的加入使材料的韌性顯著提高，但高溫力學(xué)性能會(huì)有所下降。例：下列哪一項(xiàng)不是顆粒增強(qiáng)體的特點(diǎn)（ ）。A、選材方便 B、力學(xué)性能取決于顆粒的形貌、直徑、結(jié)晶完整度、體積分?jǐn)?shù)等C、成本高5、有機(jī)高分子纖維v Kevlar纖維（芳綸纖維）：聚合物大分子的主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵構(gòu)成。（PPTA）合成方法：1) PPTA分子合成（P42）；2) 紡絲： 濕紡、干噴和干噴濕紡(溶致液晶)可用來(lái)制備防彈衣Kevlar纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含有大量苯環(huán)

9、，內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，為處于拉伸狀態(tài)的剛性伸直鏈晶體。苯環(huán)與酰胺鍵交替排列對(duì)稱性好，結(jié)晶性好。分子間有氫鍵。v 芳香族聚酯纖維 ：可以進(jìn)行熔融紡絲。v UHMW-PE：密度最低的高性能纖維。第三章 復(fù)合理論ü 復(fù)合理論：包括組分相（基體、增強(qiáng)體）的合理設(shè)計(jì)、組分相間的復(fù)合機(jī)理（復(fù)合效應(yīng)與增強(qiáng)原理）。1、復(fù)合材料設(shè)計(jì)的原理復(fù)合材料為什么具有可設(shè)計(jì)性？2、復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)ü 線性效應(yīng)(平均效應(yīng)、平行效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)、相抵效應(yīng))ü 平均效應(yīng)： 密度、單向纖維復(fù)合材料的縱向楊氏模量等 單向纖維復(fù)合材料的橫向楊氏模量等例： SiCf /硼硅玻璃復(fù)合材料的強(qiáng)度隨增強(qiáng)纖維體積含量線性增

10、加反映的是復(fù)合線性效應(yīng)中的（ ）A、平均效應(yīng)B、平行效應(yīng) C、相補(bǔ)效應(yīng) D、相抵效應(yīng)ü 平行效應(yīng)：即：復(fù)合材料的某項(xiàng)性能與某一組分的該項(xiàng)性能相當(dāng)。（如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的耐蝕性能與基體相當(dāng)）ü 相補(bǔ)效應(yīng)：組成復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體，在性能上互補(bǔ)，從而提高了綜合性能，顯示出相補(bǔ)效應(yīng)。ü 相抵效應(yīng)：基體與增強(qiáng)體組成復(fù)合材料時(shí)，組分間性能相互制約，限制了整體性能提高（性能低于混合定律的預(yù)測(cè)值），則復(fù)合后顯示出相抵效應(yīng)。 （脆性的纖維增強(qiáng)體與韌性基體組成的復(fù)合材料，當(dāng)兩者界面結(jié)合很強(qiáng)時(shí)，復(fù)合材料整體顯示為脆性斷裂）ü 非線性效應(yīng)(相乘效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、

11、共振效應(yīng))ü 相乘效應(yīng)： 例: 用作溫度自控發(fā)熱體的石墨粉/聚合物復(fù)合材料，可以達(dá)到自動(dòng)控溫的效果，其利用的是復(fù)合效應(yīng)的_。ü 誘導(dǎo)效應(yīng)：誘導(dǎo)另一相材料產(chǎn)生特殊的界面層，傳遞載荷，改變功能。（在碳纖維增強(qiáng)尼龍或聚丙烯中，由于碳纖維表面對(duì)基體的誘導(dǎo)作用，致使界面上的結(jié)晶狀態(tài)與數(shù)量發(fā)生了改變，如出現(xiàn)橫向穿晶等，這種效應(yīng)對(duì)尼龍或聚丙烯起著特殊的作用。）ü 系統(tǒng)效應(yīng)：復(fù)合材料具有單個(gè)組分不具有的某種性能。（涂膜的硬度大于基體和膜層硬度之和）ü 共振效應(yīng)（強(qiáng)選擇性效應(yīng)）：A組分的大多數(shù)性能受到抑制，而其某一項(xiàng)性能充分發(fā)揮。(導(dǎo)電不導(dǎo)熱)例：彩色膠卷僅含有三種感光乳

12、劑層卻能記錄各種顏色，利用了復(fù)合效應(yīng)中的（）A、誘導(dǎo)效應(yīng)B、系統(tǒng)效應(yīng)C、相補(bǔ)效應(yīng)3、復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制ü 顆粒增強(qiáng)機(jī)制（顆粒切過(guò)、顆粒未切過(guò)） ü 顆粒切過(guò)增強(qiáng)機(jī)制1) 適用于：顆粒的尺寸較大(> 1 m)，自身強(qiáng)度不高，結(jié)合力較強(qiáng)2) 受力特點(diǎn)：基體承擔(dān)主要的載荷，顆粒阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，并約束基體的 變形。 3) 位錯(cuò)切過(guò)強(qiáng)化：（有序增強(qiáng)機(jī)制、界面強(qiáng)化機(jī)制、共格應(yīng)變強(qiáng)化機(jī)制等）4) 顆粒的尺寸越小，體積分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化效果越好。ü 顆粒未切過(guò)增強(qiáng)機(jī)制（顆粒較小，<1 m）l 低溫、高外加應(yīng)力-位錯(cuò)繞過(guò)理論（Orowan機(jī)制）（注意：有位錯(cuò)環(huán)）1) 硬質(zhì)顆

13、粒如Al2O3，TiC，SiC阻礙基體（金屬基）中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)或分子鏈（高聚物基）運(yùn)動(dòng)。2) 載荷主要由基體承擔(dān)，彌散微粒阻礙基體的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。3) 顆粒尺寸越小，體積分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化效果越好。一般Vp為1%15%，dp為0.001m 0.1m。 l 高溫、低外加應(yīng)力-位錯(cuò)攀移機(jī)制1) 形式：局部攀移和整體攀移l 殘余應(yīng)力強(qiáng)化機(jī)制：增強(qiáng)體顆粒與基體的膨脹系數(shù)和彈性模量存在差異，使得裂紋在界面處發(fā)生偏轉(zhuǎn)（消耗更多能量），起到增韌補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合材料。l 影響顆粒增強(qiáng)因素：顆粒的性質(zhì)、基體性質(zhì)、結(jié)合界面、制備工藝（P61）。ü 纖維增強(qiáng)機(jī)制受力特點(diǎn)：高強(qiáng)度、高模量的纖維承受載荷，基體只是作為傳遞和分散

14、載荷的媒介。 l 單向排列連續(xù)纖維增強(qiáng)原理（單向長(zhǎng)纖維）縱向：1) 初始階段(纖維、基體、復(fù)合材料具有相同的應(yīng)變) 纖維/基體彈性模量的比值，纖維體積含量，則纖維承載比。2) 斷裂順序和斷裂強(qiáng)度： （會(huì)分析，判斷誰(shuí)先斷裂，然后該材料斷裂后另一種材料能否承受全部載荷）ü 纖維的強(qiáng)化作用取決于纖維與基體的性質(zhì)、二者的結(jié)合強(qiáng)度、纖維在基體中的排列方式。ü 為了達(dá)到纖維增強(qiáng)的效果，須遵循以下原則：（簡(jiǎn)答題）1) 纖維的強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)遠(yuǎn)高于基體（使纖維盡可能多的承擔(dān)外加負(fù)荷）；2) 纖維與基體間應(yīng)有一定的界面結(jié)合強(qiáng)度，以保證基體所承受的載荷能通過(guò)界面?zhèn)鬟f給纖維，并防止脆性斷裂；3)

15、 纖維的排列方向要與構(gòu)件的受力方向一致；4) 纖維與基體的熱脹系數(shù)應(yīng)匹配（纖維的熱膨脹系數(shù)略大于基體）；5) 纖維與基體不能發(fā)生使結(jié)合強(qiáng)度降低的化學(xué)反應(yīng)；6) 纖維所占體積分?jǐn)?shù)、纖維長(zhǎng)度和直徑及長(zhǎng)徑比等必須滿足一定要求。ü 復(fù)合材料的物理性質(zhì)1) 熱膨脹系數(shù)： 滿足平均效應(yīng)。一般無(wú)機(jī)材料的熱膨脹系數(shù)較聚合物的要小得多，所以，以無(wú)機(jī)材料為增強(qiáng)體的聚合物基復(fù)合材料其熱膨脹系數(shù)要較純聚合物的小，其數(shù)值接近于金屬的熱膨脹系數(shù)。2）導(dǎo)熱系數(shù)： 不滿足平均效應(yīng)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于組分的導(dǎo)熱系數(shù)空氣為填料的泡沫塑料是良好的隔熱材料，而以碳纖維、金屬粉等為增強(qiáng)體的復(fù)合材料則可作為導(dǎo)熱性復(fù)合材料使

16、用。3) 阻燃性質(zhì)：i) 氧指數(shù)：聚合物著火后剛夠維持燃燒時(shí)的氧氣在試驗(yàn)氣體(氧、氮混合氣體)中的最小百分含量。 (聚合物阻燃性的判據(jù))ii) 阻燃增強(qiáng)體： 三氧化二銻（與有機(jī)鹵化物合用）；鉬化物（高效抑煙）；磷化物；氫氧化鋁iii) 滿足以下條件的才能成為有效的阻燃劑：產(chǎn)生不燃性氣體的溫度略低于聚合物熱分解溫度；在復(fù)合塑料的混煉、成型溫度下不產(chǎn)生不燃性氣體。第四章 界面理論ü 復(fù)合材料的界面：復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)體之間化學(xué)成分有顯著變化、能夠彼此結(jié)合、傳遞載荷的微小區(qū)域。（界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都不同于兩相中的任何一相）界面起“紐帶”和“橋梁”作用。ü 界面的種類：1)

17、機(jī)械結(jié)合界面(鋼筋混凝土中鋼筋表面有螺紋的作用：表面越粗糙，互鎖作用越強(qiáng)，機(jī)械粘結(jié)作用越有效)；2) 溶解和潤(rùn)濕結(jié)合界面（基體潤(rùn)濕增強(qiáng)材料，相互之間發(fā)生原子擴(kuò)散和溶解，形成結(jié)合；在制備聚合物基復(fù)合材料時(shí)，樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤(rùn)性是指樹(shù)脂能否均勻地分布在增強(qiáng)材科的周圍，這是樹(shù)脂與增強(qiáng)材料能否形成良好粘結(jié)的重要前提）；3) 反應(yīng)結(jié)合界面（偶聯(lián)劑）；4) 交換結(jié)合界面（生成化合物并通過(guò)擴(kuò)散發(fā)生元素交換，如分子鏈的纏結(jié)）；5) 混合結(jié)合界面ü 界面的作用：（傳遞效應(yīng)；阻斷效應(yīng)；不連續(xù)效應(yīng)；散射和吸收效應(yīng)；誘導(dǎo)效應(yīng)）例1：復(fù)合材料的界面有哪些作用？界面的作用歸納為幾種效應(yīng)：傳遞效應(yīng)：界面能傳遞力

18、，能將外力傳遞給增強(qiáng)體，在基體和增強(qiáng)體間起“橋梁”作用。阻斷效應(yīng)：結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中的作用。不連續(xù)效應(yīng)：在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)等現(xiàn)象，比如抗電性、尺寸穩(wěn)定性等。散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性等。誘導(dǎo)效應(yīng)：一種物質(zhì)（增強(qiáng)體）的表面結(jié)構(gòu)使另一種（聚合物基體）與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強(qiáng)的彈性、低的膨脹性等。例2：在纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料中，纖維與基體界面阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，從而可提高復(fù)合材料的韌性。這里界面起到的主要作用是_ _。

19、2; 界面的潤(rùn)濕性： 表示方法： 接觸角。潤(rùn)濕是組分良好粘結(jié)的必要條件，并非充分條件。 ü 聚合物基復(fù)合材料的界面1) 聚合物基復(fù)合材料分為熱塑性聚合物基復(fù)合材料和熱固性聚合物基復(fù)合材料。i) 熱塑性復(fù)合材料的成型分兩步： 熱塑性聚合物基體的熔體和增強(qiáng)體之間的接觸與潤(rùn)濕； 復(fù)合后體系冷卻凝固成型。ii) 熱固性復(fù)合材料的成型工藝：常用預(yù)先形成預(yù)浸料(干法、濕法)的辦法，以提高聚合物基體對(duì)增強(qiáng)體的潤(rùn)濕程度。 2） 界面形成：聚合物基復(fù)合材料的界面在成型過(guò)程中形成。分為兩個(gè)階段。（P89）第一階段是基體與增強(qiáng)纖維的接觸與浸潤(rùn)過(guò)程。由于增強(qiáng)纖維對(duì)基體分子的各種基團(tuán)或基體中各組分的吸附能力不

20、起著同，它總是要吸附那些能夠降低其表面能的物質(zhì)，并優(yōu)先吸附那些能較多降低表面能的物質(zhì)，因此，界面聚合層在結(jié)構(gòu)上與聚合物本體是不同的。第二階段是聚合物的固化階段。在此過(guò)程中聚合物通過(guò)物理的或化學(xué)的變化而固化，形成固定的界面層。3）界面層的包括:界面的結(jié)合力、界面的厚度和界面的微觀結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面。4）界面作用機(jī)理：（偶聯(lián)劑的作用？）ü 浸潤(rùn)吸附理論（兩相充分潤(rùn)濕，兩相界面處產(chǎn)生的物理吸附主要是由范德華力的作用實(shí)現(xiàn)粘接；產(chǎn)生良好界面的條件：液體的粘度盡量低； gS 略大于gL）例：若雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的表面張力為42.5×10-5 N/m，聚酯樹(shù)脂為35×10-5 N/m，

21、而給定的玻璃纖維的表面張力為38.3×10-5 N/m，選用_作為玻纖增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的基體較為合適。ü 化學(xué)鍵理論(基體樹(shù)脂表面的活性官能團(tuán)與增強(qiáng)體表面的官能團(tuán)能起化學(xué)反應(yīng)，大部分偶聯(lián)劑的作用)ü 物理吸附理論:機(jī)械咬合和基于次價(jià)鍵作用的物理吸附。ü 變形層理論：（增強(qiáng)體優(yōu)先吸附樹(shù)脂分子在界面上形成可塑的“柔性層”，可以起到松馳界面上應(yīng)力集中的作用）ü 擴(kuò)散層理論、靜電吸引等例： 碳纖維復(fù)合材料，當(dāng)碳纖維經(jīng)過(guò)某些柔性聚合物涂層處理后，力學(xué)性能可改善。而柔性聚合物與樹(shù)脂和碳纖維都不起化學(xué)反應(yīng)。下列( )不是此時(shí)復(fù)合材料界面的主要作用？A. 浸

22、潤(rùn)吸附 B.化學(xué)鍵增強(qiáng) C. 物理吸附理論5）改善界面結(jié)合的原則：i) 改善樹(shù)脂基體對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤(rùn)程度 (延長(zhǎng)浸漬時(shí)間，增大體系壓力、降低熔體粘度; 對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行表面改性，增加表面能，提高浸潤(rùn)性； 增強(qiáng)體比表面積增加，界面增大，粘合強(qiáng)度提高)；ii）適度的界面黏結(jié)；iii）減少?gòu)?fù)合材料成型中形成的殘余應(yīng)力；iv）調(diào)節(jié)界面內(nèi)應(yīng)力、減緩應(yīng)力集中。增強(qiáng)體的表面處理：1) 玻璃纖維（偶聯(lián)劑的定義）ü 表面處理劑主要分為有機(jī)鉻絡(luò)合物和有機(jī)硅烷兩大類。i) 有機(jī)鉻絡(luò)合物 (沃蘭)作用機(jī)理（P100）ii) 有機(jī)硅烷 （P101）2) 碳纖維ü 表面處理機(jī)理：i) 表面粗糙度：增加表面

23、粗糙度有利于碳纖維與基體樹(shù)脂的機(jī)械粘合。 ii) 石墨微晶大?。何⒕г叫?，活性碳原子的數(shù)目就越多，越有利于纖維與樹(shù)脂的粘合。 iii) 碳纖維表面官能團(tuán)種類與數(shù)量：官能團(tuán)如 -OH、-NH2 、-COOH等。 經(jīng)表面處理后，碳纖維表面石墨微晶變細(xì)，不飽和碳原子數(shù)目增加，極性基團(tuán)增多，這些都有利于復(fù)合材料性能改善。 第五章 聚合物基復(fù)合材料v 聚合物基復(fù)合材料的特點(diǎn)：高的比強(qiáng)度、比模量；抗疲勞性能好；減振性好；耐燒蝕性卓越；可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，成型工藝簡(jiǎn)單；過(guò)載安全性好。v 聚合物的基體：熱固性： 不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等（優(yōu)點(diǎn)：良好的工藝性；宜于在常溫常壓下浸漬纖維；固化后具有良好的耐化學(xué)

24、藥品性和抗蠕變性。缺點(diǎn)：預(yù)浸料需低溫冷藏且貯存期有限；成型周期長(zhǎng)和材料韌性差）熱塑性：聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮等（優(yōu)點(diǎn)：具有高斷裂韌性(高斷裂應(yīng)變和高沖擊強(qiáng)度)；預(yù)浸料不需冷藏且貯存期無(wú)限、成型周期短、可再成型、易于修補(bǔ)、廢品及邊角料可再生利用。缺點(diǎn)：熔體或溶液粘度很高，成型要在高溫高壓下進(jìn)行；成品耐熱性、抗蠕變性）聚合物基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括：鏈結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。v 基體材料的作用：i) 均衡載荷、傳遞載荷；ii) 保護(hù)纖維，防止纖維磨損；iii)決定復(fù)合材料一些性能，如耐熱性、耐腐蝕性、耐溶劑、抗輻射及吸濕性、橫向性能、剪切性能；iv)決定復(fù)合材料成型工藝方法及工藝參數(shù)選擇；

25、v)對(duì)復(fù)合材料的一些性能有重要影響，如縱向拉伸、尤其是壓縮性能、疲勞性能、斷裂韌性等。v 不飽和聚酯樹(shù)脂1、組成：不飽和二元酸或酸酐、飽和二元酸或酸酐與二元醇縮聚得到的低分子量聚合物。2、合成： 3、原材料： 二元酸：不飽和二元酸 + 飽和二元酸不飽和酸：順丁烯二酸酐（順酐）、反丁烯二酸（反酸）（作用：提供不飽和度，改善固化速率）飽和酸：鄰苯二甲酸酐，間苯二甲酸酐、己二酸（作用：調(diào)節(jié)分子鏈中的雙鍵密度，降低樹(shù)脂的脆性，增加柔順性；改善聚酯在烯類單體中的溶解度，并降低成本。）二元醇：常用乙二醇、丙二醇、二乙二醇和二丙二醇交聯(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(shù)脂，使其

26、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(shù)脂的性能（苯乙烯：與UP相容性良好，固化時(shí)與聚酯中的不飽和雙鍵能很好的共聚，固化樹(shù)脂物理性能良好，價(jià)格便宜，是最常見(jiàn)的交聯(lián)單體）固化劑：是在促進(jìn)劑或其它外界條件作用下而引發(fā)樹(shù)脂交聯(lián)的一種有機(jī)過(guò)氧化物，又稱為引發(fā)劑。促進(jìn)劑是能促使有機(jī)過(guò)氧化物在室溫下就能分解而產(chǎn)生自由基的物質(zhì)。(實(shí)現(xiàn)室溫固化) （如：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等）固化過(guò)程的特征： 凝膠階段（失去流動(dòng)性）；硬化（定型）階段；完全固化階段凝膠階段： 從加入固化劑、促進(jìn)劑以后算起，直至樹(shù)脂凝結(jié)成膠凍狀而失去流動(dòng)性的階段。 v 環(huán)氧樹(shù)脂（Epoxy Resins）1) 什么是環(huán)

27、氧樹(shù)脂？其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)，并在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑存在下能形成三維網(wǎng)狀固化物的化合物的總稱。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)。2) 環(huán)氧樹(shù)脂的特性指標(biāo)有哪些？ i) 環(huán)氧當(dāng)量（或環(huán)氧值）：環(huán)氧當(dāng)量是指含有1mol環(huán)氧基的環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量克數(shù)；環(huán)氧值是指100 g環(huán)氧樹(shù)脂中所含環(huán)氧基的摩爾數(shù)。ii) 羥值(或羥基當(dāng)量) ：羥基當(dāng)量是指含有1mol羥基的環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量克數(shù)； 羥值是指100 g環(huán)氧樹(shù)脂中所含的羥基的摩爾數(shù)iii) 酯化當(dāng)量； iv) 軟化點(diǎn)；v) 氯含量3）縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂中最主要且產(chǎn)量最大的是什么環(huán)氧？它有哪兩類物質(zhì)反應(yīng)得到？ 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)

28、脂；屬于縮水甘油醚類；可由雙酚A（二酚基丙烷）和環(huán)氧氯丙烷在NaOH催化下反應(yīng)制得。環(huán)氧氯丙烷與雙酚A的摩爾比必須大于1：1才能保證聚合物分子末端含有環(huán)氧基。 4) 環(huán)氧樹(shù)脂的固化機(jī)理和常用的固化劑有哪些？ 環(huán)氧樹(shù)脂的固化是通過(guò)加入固化劑，利用固化劑中的某些基團(tuán)與環(huán)氧樹(shù)脂中的環(huán)氧基或羥基發(fā)生反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常用的固化劑為：胺類固化劑、酸酐類固化劑、合成樹(shù)脂類固化劑、聚硫橡膠類固化劑。胺類固化劑：氨基與環(huán)氧基反應(yīng)有嚴(yán)格定量關(guān)系，氨基上一個(gè)活潑氫和一個(gè)環(huán)氧基反應(yīng)。 例： E-51環(huán)氧樹(shù)脂，用三乙烯四胺作固化劑，100 g環(huán)氧理論上需要固化劑的含量是多少？ v 聚合物基復(fù)合材料的制備工藝聚合物基復(fù)合材

29、料的制備工藝特點(diǎn)：(1) 材料的形成與制品的成型同時(shí)完成，復(fù)合材料的制備過(guò)程也就是復(fù)合材料成品的生產(chǎn)過(guò)程;(2) 聚合物基復(fù)合材料成型方便。1) 聚合物基復(fù)合材料的制備主要包括如下過(guò)程：預(yù)浸料的制備、制件的鋪層、固化及制件的后處理與機(jī)械加工等。 ü 預(yù)浸料的制備： 預(yù)浸料是指將樹(shù)脂體系浸涂到纖維或纖維織物上，通過(guò)一定的處理過(guò)程后貯存?zhèn)溆玫陌氤善?。熱固性預(yù)浸料：溶液浸漬法和熱熔法（P139）例：溶液浸漬法和熱熔法各有何優(yōu)缺點(diǎn)？溶液浸漬法可充分浸漬纖維增強(qiáng)體，適宜制備薄型或厚型預(yù)浸料，且設(shè)備造價(jià)低廉。但是預(yù)浸料有溶劑殘留，成型時(shí)易成孔隙，影響復(fù)合材料性能。熱熔法無(wú)需使用溶劑，但是難以浸透

30、厚度較大的纖維，當(dāng)樹(shù)脂粘度較高時(shí)基體也難以浸漬纖維。熱塑性預(yù)浸料： 溶液預(yù)浸；熔融預(yù)浸；膜層疊；粉末浸漬；纖維混雜。（P141）v 手糊成型原料：樹(shù)脂主要為不飽和聚酯樹(shù)脂（用量約占各類樹(shù)脂的80% ），其次是環(huán)氧樹(shù)脂。 增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維，其次碳纖維、芳綸纖維和其他纖維。 為調(diào)節(jié)樹(shù)脂粘度，有時(shí)還需加入一定量的稀釋劑。 手糊成型的輔助材料主要有填料和顏料。(降低固化收縮率和熱膨脹系數(shù)；改善制品性能；增粘或賦予觸變性；降低成本常用 CaCO3、石棉、鋁粉、石英粉、Al2O3粉、TiO2（提高粘附力）)脫模劑：外脫模劑（如：聚酯薄膜、聚乙烯醇溶液、凡士林油等）模具材料：如 玻璃鋼、木材

31、、石蠟等ü 工藝流程：增強(qiáng)材料剪裁磨具準(zhǔn)備涂脫模劑噴涂膠衣層成型操作脫模修邊裝配 。ü 樹(shù)脂膠液的配置：膠液的工藝性是影響手糊制品質(zhì)量的重要因素。膠液的工藝性主要指膠液粘度和凝膠時(shí)間。 1) 膠液粘度，表征流動(dòng)特性。對(duì)手糊作業(yè)影響大，粘度過(guò)高不易涂刷和浸透增強(qiáng)材料;粘度過(guò)低，在樹(shù)脂凝膠前發(fā)生膠液流失，使制品出現(xiàn)缺陷。粘度可通過(guò)加入稀釋劑調(diào)節(jié)。 2) 凝膠時(shí)間。凝膠時(shí)間過(guò)短，由于膠液粘度迅速增大，不僅增強(qiáng)材料不能被浸透，甚至發(fā)生局部固化，使手糊作業(yè)困難或無(wú)法進(jìn)行。反之，如果凝膠時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅增長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，而且導(dǎo)致膠液流失，交聯(lián)劑揮發(fā)，造成制品局部貧膠或不能完全固化

32、。 ü 膠衣層作用：提供顏色；增強(qiáng)膠衣層（防止龜裂）；有利于膠衣層與結(jié)構(gòu)層（玻璃布）的粘合。ü 手糊成型特點(diǎn)： 1) 操作簡(jiǎn)便 ；2) 投資少、費(fèi)用低、能生產(chǎn)大型和復(fù)雜制品、制品可設(shè)計(jì)性好；3) 屬勞動(dòng)密集型、成型效率低；4) 制品質(zhì)量受操作者技術(shù)水 平限制；5) 生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品強(qiáng)度較其它方法低。 v 模壓成型ü 模壓成型是將一定量的模壓料放入金屬對(duì)模中，在一定的溫度和壓力作用下固化成型制品的一種方法。ü 成型過(guò)程：1) 將一定量的模壓料置于敞開(kāi)的金屬模型腔內(nèi)，閉模后加熱使其熔化；2) 以一定溫度和壓力，使型腔內(nèi)

33、的模壓料在溫度和壓力作用下熔融并充滿型腔，形成與模腔相同形狀的模制品；3) 再經(jīng)加熱使樹(shù)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(shù)脂硬化，脫模后得到復(fù)合材料。ü 模壓成型的優(yōu)缺點(diǎn)： 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、無(wú)需有損制品性能的二次加工；制品外觀及尺寸的重復(fù)性好，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等。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，一般只適合制造批量大的中、小型制品。v 噴射成型ü 成型過(guò)程：1) 將分別混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹(shù)脂從噴槍兩側(cè)的兩個(gè)噴口噴出，同時(shí)將玻璃纖維無(wú)捻粗紗用切割機(jī)切斷并由

34、噴槍中心噴出，這三組噴射物相遇并均勻混合后沉積到模具上。2) 待沉積到一定厚度，用手輥液壓，使纖維浸透樹(shù)脂、壓實(shí)并除去氣泡，再進(jìn)行加熱或常溫固化；3) 固化后脫模得到制品。ü 噴射成型對(duì)所用原材料有一定要求，例如樹(shù)脂體系的粘度應(yīng)適中，容易噴射霧化、脫除氣泡和浸潤(rùn)纖維以及不帶靜電等ü 噴射成型的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率比手糊提高24倍，生產(chǎn)率可達(dá)15kg/min；可用較少設(shè)備投資實(shí)現(xiàn)中批量生產(chǎn)；可用玻璃纖維無(wú)捻粗紗代替織物，材料成本低，產(chǎn)品整體性好，無(wú)接縫；可自由調(diào)變產(chǎn)品壁厚、纖維與樹(shù)脂比例。缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)污染大； 樹(shù)脂含量高；制品強(qiáng)度較低。v 拉擠成型（型材）ü 拉擠成

35、型是將浸漬過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維束或帶狀織物在牽引裝置的作用下通過(guò)成型模定型，在模中或固化爐中固化，制成具有特定橫截面形狀和長(zhǎng)度不受限制的復(fù)合材料型材的方法。拉擠成型屬于連續(xù)成型工藝?？捎们懈顧C(jī)將拉擠的型材切割成要求的長(zhǎng)度。 ü 拉擠成型工藝流程如下： 玻璃纖維粗砂排布浸膠預(yù)成型擠壓模塑及固化牽引切割制品。ü 原料：1) 樹(shù)脂基體：要求粘度低、固化過(guò)程無(wú)揮發(fā)物等；2) 熱固性基體主要有不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂等；熱塑性基體主要有聚丙烯、ABS、尼龍、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚亞苯基硫醚等；3) 增強(qiáng)體：要求纖維本身強(qiáng)度高、不易產(chǎn)生靜電、集束性好；4) 大部分是玻

36、璃纖維，其次是聚酯纖維和其他纖維。在玻璃纖維中，應(yīng)用最多的是無(wú)捻粗紗；5) 輔助材料：內(nèi)脫模劑、填料等；6) 內(nèi)脫模劑：硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鋁和烷基磷酸酯等。ü 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；制品中增強(qiáng)材料的含量一般為40 80 % ，能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料作用，制品性能穩(wěn)定可靠；生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)邊角廢料，產(chǎn)品不需后加工，因此較其他工藝省工、省原料、省能耗；生產(chǎn)過(guò)程中樹(shù)脂損耗少； 制品的縱向和橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，以適應(yīng)不同制品的使用要求；其長(zhǎng)度可根據(jù)需要定長(zhǎng)切割。缺點(diǎn)：產(chǎn)品形狀單調(diào)，只能生產(chǎn)線形型材，而且橫向強(qiáng)度不高。第六章 陶瓷基復(fù)合材料v 定義：以陶瓷材料為基體，以高

37、強(qiáng)度纖維、晶須、晶片和顆粒為增強(qiáng)體，通過(guò)適當(dāng)?shù)膹?fù)合工藝所制成的復(fù)合材料。v 特點(diǎn)：熔點(diǎn)高，耐高溫；硬度大；化學(xué)穩(wěn)定性好；韌性差（限制陶瓷材料的主要缺陷）v 陶瓷基復(fù)合材料的基體：（P159）1) 氧化物陶瓷基體： 主要有Al2O3陶瓷、ZrO2陶瓷等；2) 氮化物陶瓷基體：如Si3N4陶瓷、AlN陶瓷、BN陶瓷等；3) 碳化物陶瓷基體：如SiC陶瓷、ZrC陶瓷、WC陶瓷、TiC陶瓷等；4) 玻璃和玻璃陶瓷基體：高硅氧玻璃、硼硅玻璃、鋁硅玻璃，鋁鋰硅酸鹽玻璃陶瓷等。微晶玻璃:是通過(guò)加入晶核劑等方法，經(jīng)過(guò)熱處理過(guò)程在玻璃中形成晶核，再使晶核長(zhǎng)大而形成的玻璃與晶體共存的均勻多晶材料，又稱為玻璃陶瓷。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)和性能與陶瓷、玻璃均不同，玻璃陶瓷的性能受晶相的數(shù)量、晶粒大小、界面強(qiáng)度以及玻璃相與晶相之間機(jī)械和物理相容性的影響。v 陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)體：由于陶瓷基體中加入的增強(qiáng)體主要增強(qiáng)陶瓷的韌性，所以陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體通常也稱為增韌體。1) 長(zhǎng)纖維: 在陶瓷基復(fù)合材料中使用得較為普遍的是碳纖維、玻璃纖維、硼纖維等；（增韌效果優(yōu)越，但制備工藝復(fù)雜且纖維在基體中不易分布均勻）2) 短纖維：將長(zhǎng)纖維剪短（小于3mm），再與集體粉末混合，經(jīng)過(guò)一定工藝，亦可