高分子基復(fù)合材料考試范圍

1、第一章：1.復(fù)合材料定義：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特點：“取長補(bǔ)短，協(xié)同作用”；可設(shè)計性 可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點，使一種材料具有多種性能，具有天然材料所沒有的性能可按對材料性能的要求進(jìn)行材料的設(shè)計和制造可制成所需的任意形狀產(chǎn)品，可避免多次加工工序 2.決定性能的因素：增強(qiáng)材料的性能、含量及分布情況 基體材料的性能、含量 增強(qiáng)材料與基體材料的界面結(jié)合情況 成型工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計3.主要性能：比強(qiáng)度、比模量大，耐疲勞性能好 ，減震性好，過載時安全性好，具有多種功能性，有很好的加工工藝性 ，耐燒灼性好，有良好的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及減 摩特性，高度

2、的電絕緣性能，優(yōu)良的耐腐蝕性能，有特殊的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)特性缺點：耐高溫性能、耐老化性能、材料強(qiáng)度一致性有待于進(jìn)一步提高 。成型方法：糊成型、模壓成型、纏繞成型、注射成型、擠拉成型第二章：1無堿和中堿纖維的性能比較：種類耐酸性耐水性機(jī)械強(qiáng)度防老化性電絕緣性成本浸潤劑適用條件無堿一般好高較好好較高樹脂易滲透強(qiáng)度高的場合中堿好差較低較差低低樹脂滲透性差強(qiáng)度低的場合2.碳纖維制造方法：氣相法、有機(jī)纖維碳化法氣相法：在高溫惰性氣氛中將小分子有機(jī)物（烴或芳烴）沉積成纖維。 用于制造晶須，短纖維；不能得到連續(xù)長絲有機(jī)纖維碳化法為：將有機(jī)纖維經(jīng)過穩(wěn)定化處理變成耐焰纖維，而后在惰性氣氛中于高溫下進(jìn)行焙燒碳化，

3、使有機(jī)纖維失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳為主要成分的纖維狀物 碳纖維原料：天然纖維、再生纖維、合成纖維 有機(jī)纖維碳化法：以粘膠纖維為原料制造碳纖維：以粘膠纖維為原料制造碳纖維。 環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)（不熔融） 很強(qiáng)的分子內(nèi)、分子間氫鍵 可以直接進(jìn)行碳化處理 缺點：纖維的性能平衡性比較差；彈性系數(shù)比較大，強(qiáng)度較低碳化收率較低（20%-30%）以聚丙腈（PAN）為原料制造碳纖維預(yù)氧化和碳化生產(chǎn)周期長；成本高；強(qiáng)度低原因：存在大量-CN基團(tuán)，分子間作用力強(qiáng)以瀝青為原料制造碳纖維：有豐富的原料來源；屬綜合利用； 可降低成本；產(chǎn)率達(dá)到80%-90%。 原料：石油瀝青、煤焦瀝青、聚氯乙烯瀝青 分類：各向同性瀝

4、青、各向異性瀝青 瀝青的組成：含有多種芳烴的低分子量縮聚物 芳綸纖維對位Kevlar高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度的新型有機(jī)纖維應(yīng)用：Kevlar增強(qiáng)塑料、輪胎、三角皮帶、同步帶Kevlar-29：繩索、電纜、涂漆織物、帶和帶狀物、防彈板、防彈頭盔Kevlar 49：航空、航天、國防、造船等部門應(yīng)用的各類復(fù)合材料的增強(qiáng)材料（火箭發(fā)動機(jī)殼體、飛機(jī)部件）間位纖維 耐高溫性能好；抗氧化性，耐水性好； 耐化學(xué)試劑性能好；耐磨和耐多次曲折性好； 不易燃燒，具有自熄性 用途：易燃易爆環(huán)境的工作服 第三章三大樹脂：1. 不飽和樹脂：固化階段：凝膠階段，從加入促進(jìn)劑后到樹脂變成凝膠狀態(tài)的一段時間（固化

5、過程中最重要的階段）影響凝膠時間的因素： 阻聚劑、引發(fā)劑和促進(jìn)劑的加入量； 環(huán)境溫度和濕度； 樹脂的體積； 交聯(lián)劑蒸發(fā)損失量硬化階段，從樹脂開始凝膠到樹脂達(dá)到一定硬度，能把制品從模具上取下為止的一段時間完全固化階段：通常在室溫下進(jìn)行，并用后處理的方法加速2.環(huán)氧樹脂：固化劑：凡能與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基或羥基發(fā)生反應(yīng)使樹脂固化的物質(zhì)統(tǒng)稱為固化劑或硬化劑按工藝歷程分類： 含有活潑氫的化合物、離子型引發(fā)劑、交聯(lián)劑 按工藝歷程分類： 含有活潑氫的化合物、離子型引發(fā)劑、交聯(lián)劑 3.：特點：耐熱性好，能耐瞬時超高溫； 阻燃，發(fā)煙率低； 電性能良好； 耐腐蝕性好； 原料來源充足，價格低廉缺點：必須高壓（高溫）成

6、型；機(jī)械強(qiáng)度較差，性脆應(yīng)用：大量用于粉狀壓層、短纖維增強(qiáng)材料，內(nèi)飾材料 少量應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料，耐燒蝕材料 在碳纖維和有機(jī)纖維復(fù)合材料中很少使用 4.聚酰亞胺樹脂：半梯型結(jié)構(gòu)的聚合物，高溫老化時環(huán)的一部分?jǐn)嗔押箝_環(huán)，而避免主鏈斷裂，使主鏈斷裂的幾率減小特點：突出的耐熱性及熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性；優(yōu)異的力學(xué)、介電性能、尺寸穩(wěn)定性、耐輻射、耐油、耐摩擦、耐磨耗性能良好的化學(xué)穩(wěn)定性和粘結(jié)性等 缺點：對堿和過熱蒸汽不穩(wěn)定，易水解 脆性較大 可加工性差 應(yīng)用：航空、航天器及火箭部件，汽車工業(yè)，電子、 電工領(lǐng)域5.熱固性樹脂：縮聚型（行為似熱固性樹脂）：芳香二酐和芳香二胺兩步法制備加聚型（熱固性樹脂）：

7、由含不飽和端基的分子量較低并已預(yù)先酰亞胺化的化合物制備熱塑性（熱塑性樹脂）：含有柔性鏈節(jié)或氟取代基，結(jié)構(gòu)上和合成路線與縮聚型相似第四章：1界面：定義：基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域，具有一定厚度。界面尺寸：幾個納米幾個微米原始接觸層、反應(yīng)層、互擴(kuò)散層、表面涂層、氧化物層、雜質(zhì) 1、外力場2、增強(qiáng)材料3、增強(qiáng)材料表面區(qū)4、相互滲透區(qū)5、基體表面區(qū)6、樹脂基體2：界面效應(yīng)傳遞效應(yīng)： 把力傳遞給增強(qiáng)物，起到基體和增強(qiáng)物之間的橋梁作用；阻斷效應(yīng)： 界面在一定程度上阻止裂紋擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中；不連續(xù)效應(yīng)： 在界面產(chǎn)生不連續(xù)的物理性能，如抗靜

8、電性、電感應(yīng)性、磁性、耐熱性、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；誘導(dǎo)效應(yīng)： 一種物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)使另一種與之接觸的物質(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、耐沖擊性和耐熱性等 界面效應(yīng)的決定因素 界面結(jié)合狀態(tài)、形態(tài)以及物理、化學(xué)性質(zhì)； 界面兩側(cè)組分材料的浸潤性、相容性、擴(kuò)散性等 3界面形成：第一階段：基體與增強(qiáng)纖維的接觸與浸潤過程第二階段：聚合物的固化過程完整的界面：有效傳遞應(yīng)力，性能優(yōu)異的必要條件韌性復(fù)合材料 基體/纖維應(yīng)變較大，界面結(jié)合達(dá)到比較牢固和比較完善，明顯提高橫向和層間拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度/模量脆性復(fù)合材

9、料 基體/纖維/界面斷裂應(yīng)變小，從提高斷裂韌性的角度出發(fā)，應(yīng)適當(dāng)減弱界面強(qiáng)度和提高纖維延伸率4作用機(jī)理及論點：界面浸潤理論：增強(qiáng)材料被液體樹脂良好的浸潤非常重要；浸潤不良會在界面產(chǎn)生空隙，容易應(yīng)力集中而使復(fù)合材料發(fā)生開裂；如完全浸潤，則基體與填充劑之間的粘結(jié)強(qiáng)度將大于基體的內(nèi)聚強(qiáng)度 化學(xué)鍵理論：處理增強(qiáng)劑表面的偶聯(lián)劑既含有能與增強(qiáng)劑起化學(xué)作用的官能團(tuán)，又含有能與樹脂基體起化學(xué)作用的官能團(tuán)；無偶聯(lián)劑存在時，如果基體與纖維表面可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則它們也能夠形成牢固的界面 減弱界面局部應(yīng)力作用理論：處于基體與增強(qiáng)材料界面間的處理劑，提供了一種具有“自愈能力”的化學(xué)鍵。此鍵在外力下處于不斷形成與斷裂的

10、平衡態(tài)。5.表面處理：定義：在增強(qiáng)材料表面涂上表面處理劑，表面處理劑包括浸潤劑、一系列偶聯(lián)劑和助劑等物質(zhì)，以利于增強(qiáng)材料與基體間形成良好的粘接界面，提高復(fù)合材料各種性能偶聯(lián)劑：結(jié)構(gòu)特點及作用：偶聯(lián)劑作為表面處理劑，其分子在化學(xué)結(jié)構(gòu)上至少帶有兩類反應(yīng)性官能團(tuán)：一種官能團(tuán)能很好與玻璃纖維表面的Si-OH反應(yīng)而與之結(jié)合；另一種官能團(tuán)能很好與合成樹脂結(jié)合(產(chǎn)生共聚)。偶聯(lián)劑像“橋”一樣把兩種性能截然不同的物質(zhì)聯(lián)合起來，形成一個統(tǒng)一的整體，獲得良好的粘結(jié)性。這種中間連接作用叫架橋作用或偶聯(lián)作用。n 交聯(lián)劑：（1）沃蘭（Volan）：甲基丙烯酸氯化鉻配合物 R基團(tuán)（CH3-C=CH2）以及Cr-OH、Cr

11、-Cl與基體樹脂反應(yīng)有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑 R(CH2)nSiX3 (n=03)R 有機(jī)官能團(tuán)，與有機(jī)樹脂反應(yīng)或相互作用X 可水解基團(tuán)，可與玻璃纖維（或無機(jī)顆粒） 反應(yīng)的官能團(tuán)第五章：1設(shè)計過程：明確設(shè)計條件 性能要求、載荷情況、環(huán)境條件、形狀限制材料設(shè)計 原材料選擇、鋪層性能確定、復(fù)合材料層合板設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 典型結(jié)構(gòu)件設(shè)計（桿、梁、板、殼） 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計（衍架、剛架、硬殼式結(jié)構(gòu)）2設(shè)計原則：）鋪層定向原則 0、45 、60 、90 ）均衡對稱鋪設(shè)原則； ）鋪層取向按承載選取原則）鋪層最小比例原則；）鋪設(shè)順序原則；（前五點需略微解釋）沖擊載荷區(qū)設(shè)計原則；）防邊緣分層破壞設(shè)計原則；）按局部屈曲設(shè)計

12、原則；）連接區(qū)設(shè)計原則；）變厚度設(shè)計原則3加工技術(shù)及使用方法：手糊工藝：適用于熱固性工藝過程：模具上涂刷含有固化劑的樹脂混合物； 其上鋪貼一層按要求剪裁好的纖維織物； 用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物，均勻浸膠 并排除氣泡； 涂刷樹脂混合物和鋪貼第二層纖維織物； 反復(fù)這個過程直至所需厚度； 熱壓成型（冷壓成型）； 脫模模壓成型：適用于熱固和熱塑工藝過程： 定量的模塑料或顆粒樹脂與短纖維混合 放入敞開的金屬對模中 密閉加熱使其熔化，壓力作用下充滿模腔 形成與模腔相同形狀的模制品 加熱使其發(fā)生交聯(lián)固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化 脫模得到復(fù)合材料制品 連續(xù)纏繞成型工藝 ，適用于熱固性，過程不要求拉擠成型適

13、用于熱塑性和熱固性，過程不要求復(fù)合材料的應(yīng)用：玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）的應(yīng)用（1）石油化工工業(yè)輸油管、儲油設(shè)備、化工管道；救生船、勘測船的船身、甲板和上層結(jié)構(gòu)（2）建筑工業(yè)玻璃纖維增強(qiáng)塑料透明瓦：工廠采光，街道、植物園、溫泉、商停等的頂棚玻璃纖維增強(qiáng)塑料板材：建筑物墻板、天花板、衛(wèi)生間、浴室、門、窗框（3）造船業(yè)賽艇、交通艇、救生艇、帆船、漁船優(yōu)點：穩(wěn)定性好、速度快、維修費(fèi)用低、壽命長（4）鐵路運(yùn)輸駕駛室、車門、車窗、行李架、座椅、盥洗設(shè)備（5）汽車制造業(yè)汽車外殼、零部件（底盤、車門、車窗、車座、發(fā)動機(jī)罩、駕駛室）（6）宇航工業(yè)飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、螺旋槳、起落架、門窗玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的應(yīng)用（1）玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯汽車、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)零部件，油泵閥門、管件、葉輪、油箱、農(nóng)用噴霧器桶身（2）玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺軸承、軸承架、齒輪、精密機(jī)器零件、汽車零件（3）玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯汽車內(nèi)部零部件、家用電器