高分子復(fù)合材料重點(diǎn)

“高分子復(fù)合材料”練習(xí)題第1章緒論簡述復(fù)合材料的特性。A比強(qiáng)度和比模量,復(fù)合材料的突出特點(diǎn)是比強(qiáng)度與比模量高。B抗疲勞性能C減振性能D過載安全性E高溫性能良好F具有可設(shè)計性第2章基體材料述不飽和聚酯樹脂固化中交聯(lián)劑的選擇以及引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；交聯(lián)劑的選擇一般對交聯(lián)劑有如下的要求：高沸點(diǎn)、低粘度，能溶解樹脂呈均勻溶液，能溶解引發(fā)劑、促進(jìn)劑及染料；無毒，反應(yīng)活性大，能與樹脂共聚成均勻的共聚物，共聚物反應(yīng)能在室溫或較低溫度下進(jìn)行。引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：引發(fā)劑一般為有機(jī)過氧化物簡述酚醛樹脂的種類及其常用固化劑；酚醛樹脂的種類：a．熱固性酚醒樹脂b．熱塑性酚醛樹脂c．其它類型酚醛樹脂低壓鋇酚醛樹脂。(b)硼酚醛樹脂。(c)改性酚醛樹脂。常用固化劑：熱固性塑料酚醛樹脂一般采用酸類固化劑。常用的酸類固化劑有鹽鹽酸或磷酸，也可用對甲苯磺酸、苯酚磺酸或其它的磺酸。5簡述熱塑性樹脂的特點(diǎn)及其常用產(chǎn)品；熱塑性樹脂的特點(diǎn)：就是加熱軟化甚至熔融，冷卻后硬化，這個過程是可以反復(fù)進(jìn)行的，因此，熱塑性樹脂的加工成型是非常方便的。常用的熱塑性樹脂：有聚乙烯、聚碳酸酌、聚甲醛、聚苯醚、聚礬、豪四氟乙烯等。簡述聚苯硫醚的結(jié)構(gòu)及其物理特性。聚苯硫醚是以硫化鈉和對二氯苯為原料制備的，在其分子鏈中含有苯硫基，分子結(jié)構(gòu)式為右方所示。聚苯硫醚為一種線型結(jié)構(gòu)，當(dāng)在空氣中加熱到345℃以上時，它就會發(fā)生部分交聯(lián)。固化的聚合物是堅韌的，且是非常難溶的。聚苯疏醚具有優(yōu)異的綜合性能。表現(xiàn)為突出的熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐蠕變性、剛性、電絕緣性及加工成型性。第3章復(fù)合材料的增強(qiáng)材料簡述玻璃纖維的物理性能和化學(xué)性能；物理性能：具有不燃、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能，還可以來用有機(jī)徐覆處理技術(shù)來進(jìn)行制品深加工及擴(kuò)大制品的應(yīng)用。化學(xué)性能：玻璃纖維的耐化學(xué)藥品性，玻璃纖維除去濃堿、濃磷酸和氫氟波外幾乎耐所有的無機(jī)和有機(jī)化學(xué)藥品。簡述碳纖維的分類及其常用制品；A按前驅(qū)體纖維原料的不同，可分為粘膠基碳纖維、碳纖維、瀝青基碳纖維和氣相生長碳纖維；b按纖維力學(xué)性能分類，可分為通用級碳纖維(GP)和高性能碳纖維(HP)，其中c按照碳纖維的制造方法不同分類，石墨纖維(2000一3000℃)、氧化纖維(預(yù)氧絲200一300℃)、活性碳纖維和氣相生長碳纖維。碳纖維與玻璃纖維一樣有布、氈等，主要用于航空航天工業(yè)。簡述碳纖維的結(jié)構(gòu)及其性能；結(jié)構(gòu)：(1)微觀結(jié)構(gòu)碳纖維屬于過渡形式碳，其微結(jié)構(gòu)基本類似石墨，但層面的排列并不規(guī)整，屬于亂層結(jié)構(gòu)。(2)碳纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)主要取決于原絲和熱處理?xiàng)l件。在碳化過程中，纖維的結(jié)構(gòu)特征如原絲結(jié)構(gòu)，原絲的揮憂取向以及截面形狀等都保留在碳纖維中。性能：高強(qiáng)度，隨著熱處理溫度的提高，碳纖維的電阻率隨之降低。簡述晶須的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其種類；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：晶須(whisker)是指由高純度單晶生長而成的直徑幾微米、長度幾十微米的單晶纖維材料,是一類力學(xué)性能十分優(yōu)異的新型復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)增韌材料。種類：晶須的種類很多。按用途分為結(jié)構(gòu)材料晶須和功能材料晶須；按導(dǎo)電性能分為絕緣型、半導(dǎo)體型、導(dǎo)電型和超導(dǎo)型晶須；按組成結(jié)構(gòu)類型分為金屬晶須、氧化物品須、碳化物晶須、氮化物品須、硼化物晶須、硅化物晶須和新開發(fā)的無機(jī)鹽類晶須。簡述粉體增強(qiáng)材料的要求及其選擇彌散相的原則；要求：(1)對粉體材料的要求：A．高純B．粉料材料的形狀一般要求物料粒子盡可能為等軸狀或球形，且粒徑分布范圍窄。采用這種粉料成型時可獲得均勻緊密的顆粒排列，并避免燒結(jié)時由于粒徑相差很大而造成的晶粒異常長大及其它缺陷。C無嚴(yán)重的團(tuán)聚D．粉料的結(jié)晶形態(tài)對于存在多種結(jié)晶形態(tài)的粉料由于燒結(jié)時致密化行為不同，或其它原因，往往要求粉料為某種特定的結(jié)晶形態(tài)。E超細(xì)選擇彌散相的原則：彌散相往往是一類高熔點(diǎn)、高硬度的非氧化物材料彌散相必須有員佳尺寸、形狀、分布及數(shù)量，對于相變粒子，其晶粒尺寸還與臨界相變尺寸有關(guān)；彌散相在基體中的镕解度須很低，且不與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；④彌散相與基體須有良好的結(jié)合力。簡述輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣的制備方法和性質(zhì)；輕質(zhì)碳酸鈣制備方法和性質(zhì)：工業(yè)上常采用2種方法制備（1）氯化鈣與碳酸鈉溶液反應(yīng)（2）氫氧化鈉與碳酸鈣反應(yīng)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法和性質(zhì)：由石灰石選礦、粉碎、分級、旋風(fēng)分離、表面處理而制得。其中粉碎方法可分為干式和濕式兩種。無味，無嗅的白色粉末，粒徑比輕質(zhì)碳酸鈣，密度比輕質(zhì)碳酸鈣略重。簡述氧化鋯的3種晶型結(jié)構(gòu)及其“應(yīng)力誘導(dǎo)相變”機(jī)理；氧化鋯有3種品型，屬多晶相轉(zhuǎn)化的氧化物。三種晶型分別為：立方結(jié)構(gòu)(c相)、四方結(jié)構(gòu)(t相)和單斜結(jié)構(gòu)(m相)?！皯?yīng)力誘導(dǎo)相變”機(jī)理：在應(yīng)力作用下發(fā)生t→m馬氏體轉(zhuǎn)稱為“應(yīng)力誘導(dǎo)相變”這種相變過程將吸收能量，使裂紋尖端的應(yīng)力場松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而實(shí)現(xiàn)增韌。第5章復(fù)合材料力學(xué)性能簡述復(fù)合材料力學(xué)分類情況；簡述復(fù)合材料的疲勞損傷的主要表現(xiàn)；疲勞指的是在周期性交變載荷作用下材料發(fā)生的破壞行為，它論述了材料經(jīng)受周期應(yīng)力或應(yīng)變時的失效過程。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①復(fù)合材料在疲勞過程中，盡管韌始損傷尺寸比金屬材料大，例如纖維斷頭、脫層、基體開型、脫膠、基本孔洞等，但疲勞壽命比金屬長。⑧復(fù)合材料的疲勞損傷是累積的，在破壞之前，損傷已有了較大的發(fā)展，有明顯的征兆。而金屑材料損傷累積卻很隱蔽，破壞有很大的突發(fā)性，這對工程結(jié)構(gòu)來講是報危險的。簡述單向復(fù)合材料面內(nèi)剪切破壞的特點(diǎn)。復(fù)合材料破壞的特點(diǎn)主要有：①不同纖維分布對缺陷的敏感性不同。復(fù)合材料中纖維是主要承載組分，不同的纖維分布對缺陷的敏感性不同，對于連續(xù)纖維增強(qiáng)單層復(fù)合材料，如圖5—54所示，(a)為纖維方向分布，在纖維方向載荷作用下，板邊缺口附近應(yīng)力集中引起纖維與基體界面沿纖維方向脫粘，由此缺陷張開鈍化，減輕應(yīng)力集中，它對缺陷敏感不大。②在應(yīng)力作用下，不存在缺口鈍化，裂紋很容易順原方向擴(kuò)展，而材料斷裂破壞，即對缺陷很敏感；第6章復(fù)合材料的界面簡述復(fù)合材料的界面層化學(xué)鍵理論；化學(xué)鏈理論認(rèn)為增強(qiáng)材料與基體材料之間必須形成化學(xué)鍵才能使粘結(jié)界面產(chǎn)生良好的粘結(jié)強(qiáng)度，形成界面。簡述復(fù)合材料的界面層弱邊界層理論；通常邊界層主要是指液體、固體、氣體緊密接觸的部分，一般是指流經(jīng)固體表面最接近的流體層，對傳熱、傳質(zhì)和動量均有特殊影響，但是它沒有獨(dú)立的相，在這一點(diǎn)上和界面是有一定的區(qū)別的。如果邊界層內(nèi)存在有低強(qiáng)度區(qū)城，別稱為弱邊界層。簡述復(fù)合材料的界面層物理吸附理論；這種理論主要是考慮兩個理想清潔表面，靠物理作用來結(jié)合的，實(shí)際上就是以表面能為基礎(chǔ)的吸附理論。此理論認(rèn)為基體樹脂與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合主要是取決于次價力的作用，粘結(jié)作用的優(yōu)劣決定于相互之間的浸潤性。浸潤得好，則被粘體與枯合劑分子之間緊密接觸而發(fā)生吸附，則粘結(jié)界面形成了很大的分子間作用力，同時排除了粘結(jié)體表面吸附的氣體，減少了鉆結(jié)界面的空隙率，提高了粘結(jié)強(qiáng)度，而偶聯(lián)劑的主要作用就是促使基體樹脂與增強(qiáng)材料表面完全浸潤。簡述碳纖維的氧化法表面處理；氧化法主要有氣相氧化法、掖相氧化法、陽極氧化法。氣相氧化法中使用的氧化劑有空氣、氧氣、臭氧或二氧化碳等。最常使用的方法為空氣氧化法?？諝庋趸ㄊ窃诳諝庵胁煌臏囟认卵趸祭w維，一般是在空氣中400一500℃條件下進(jìn)行處理，處理過程中采用鉛和銅的鹽作為催化劑。這種方法使用的設(shè)備簡單，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化處理，但是操作比較因難，氫化程度也難以控制，有時會使碳纖維發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。液相法的種類比較多，所使用的氧化劑有濃硝酸、次氯政鈉，次氯酸鈉／硫酸、磷酸等。處理的方法就是把碳纖維在一定的溫度下浸入到氧化劑里浸泡一段時間，然后將碳纖維表面殘存的破濃洗去。這種方法可增加碳纖維表面的租糙程度和羧基含量，改善纖維的表面性能，提高復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。但是由于碳纖維吸附的酸不易洗凈，公害嚴(yán)重，而且處理時間長，效果不佳也不易工業(yè)化僅在實(shí)驗(yàn)室中使用。陽極氧化法是目前工業(yè)上普通采用的一種碳纖維表面處理的方法。其方法就是將碳纖維作為陽極、石墨及其它金屬材料作為陰極，在含有NaOH、HNO3：、H2SO4等電解質(zhì)溶液中通電對碳纖維的表面進(jìn)行電解表面陽極氧化處理，陽極氧化處理酌效果較好，均勻性好，層剪切強(qiáng)度可提高40％一80％。缺點(diǎn)是比空氣氧化法工序多，需經(jīng)水洗、干燥等工序，碳纖維強(qiáng)度稍有降低。簡述碳纖維的沉淀法表面處理；沉積法是指在高溫及還原性氣氛中，使烴類、金屬鹵化物等以碳、碳化物的形式在碳纖維表面形成沉積膜或生長晶須，從而可對碳纖維表面進(jìn)行改性。沉積到破纖維表面的碳膜活性較大，容易被樹脂潤濕，并朗提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。一般沉積法對纖維力學(xué)性能影響不大，很少損失纖維的強(qiáng)度，主要是利用沉積膜及晶須來增加纖維與高聚物之間的界面結(jié)合力。此法缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，不易連續(xù)化、工業(yè)化，均勻性也差。簡述碳纖維的等離子體表面處理；低溫等離子體的纖維表面處理可使用空氣、氧氣、氮?dú)狻T氣等氣體，處理時間一般為幾秒鐘至幾十分鐘，處理時間的長短與氣體的種類有關(guān)。另外，通過低溫等離子體處理技術(shù)，還可達(dá)到在碳纖維的表面發(fā)生聚合接技的目的，從而改善碳纖維的表面性質(zhì)，并能有效酌增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的層剪強(qiáng)度、斷裂韌性、彈性模量以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。簡述復(fù)合材料界面的紅外光譜分析技術(shù)；現(xiàn)在已有很多方法可獲得高聚物界面的紅外光譜，比如透射光譜法，表面研磨法，內(nèi)反射光譜法，沒反射光譜法、反射—吸收光譜法等。對于厚度＜5微米的薄膜樣品，采用透射光譜法就可很方便地獲得紅外光譜團(tuán)。但是采用此法所使用的試樣膜不能過厚，否則所得到的透射光譜將反映的是試樣的本體結(jié)構(gòu)而不是它的表面特征。因此，這種方法對于那些不能成膜或難以得到符合厚度要求的試樣是不適用的。那么，對于較厚的薄膜試樣，就可采用表面研磨技術(shù)制樣．然后測定其透射光譜。這種方法可測定厚度為1000左右的試樣。現(xiàn)在，對于高聚物表面性能的研究，常采用一種內(nèi)反射光譜法。這是一種非常簡便的表面測定方法。當(dāng)入射的紅外光以一個大于臨界角θ的入射角θ1射人具有高折射率的物質(zhì)中，然后再投射到試樣的表面上，就會立即被試樣反射出來，這稱為內(nèi)反射。當(dāng)入射角大于或等于臨界角時，則入射光不合發(fā)生折射，而是在界面處發(fā)生全反射。當(dāng)一個能選擇性地吸收輻射光的試樣與另一個折射率大的反射表面緊密接觸時．則部分入射光就會鎮(zhèn)吸收，而不被吸收的光就會被反射或透過，這時輻射光發(fā)生了衰減，其衰減程度與試祥的吸光系數(shù)大小