1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上復(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，并舉例說明。填充：廉價(jià)、顆粒狀填料，降低成本。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)體本身的力學(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)組成和結(jié)構(gòu)。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)

2、合材料設(shè)計(jì)的意義。如何設(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、工藝方法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：每種組分只貢獻(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)，避開自己的缺點(diǎn)。由一組分的優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)償另一組分的缺點(diǎn)，做到性能互補(bǔ)。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

3、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，纖維間相互接觸、擺放、纏繞過程都可能發(fā)生。化學(xué)損傷：主要為熱損傷，表現(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。化學(xué)損傷與復(fù)合工藝條件及復(fù)合方法有關(guān)。熱損傷伴隨著增強(qiáng)體與基體之間界面結(jié)構(gòu)的改變，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

4、化學(xué)狀態(tài)、基體本身的結(jié)構(gòu)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)？舉例說明。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。可以用通式表示：X/Y·Y/Z=X/Z（式中X、Y、Z分別表示各種物理性能）。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)103 V·

5、A。單一成分的Cr2O3也有磁電效應(yīng)，但最大輸出只有約170 V·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：(4´1/4)pr2l=pr2l復(fù)合材料體積：(2R)2l=4R2l纖維體積分?jǐn)?shù)：Vf=pr2l/(4R2l)= pr2/(4R2)纖維間距與纖維體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系：s=2R-2r=2pr2/(4Vf)1/2-2r=2(p/4Vf)1/2-1r7、什么是材料復(fù)合的結(jié)構(gòu)效果？試述其內(nèi)涵。結(jié)構(gòu)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)和尺度等可變因素。這類效果往往可以用數(shù)學(xué)關(guān)系描述。結(jié)構(gòu)效果包括：1、幾何形態(tài)

6、效果（形狀效果）：決定因素是組成中的連續(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)的性能可能會(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、連續(xù)。基體：勻質(zhì)、各向同性、線彈性。界面：粘結(jié)完好（無孔

7、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)主要的載荷，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=0.001mm-0.1mm。顆粒增強(qiáng)原理：顆粒尺寸較大（>1mm）、顆粒堅(jiān)硬。顆粒直徑為1-50mm，顆粒間距為1-25mm，顆粒的體積分?jǐn)?shù)為0.05-0.5。顆粒強(qiáng)化效果類似：顆粒阻止基體中位錯(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

8、、試推導(dǎo)單向板的橫向彈性模量E2的表達(dá)式。橫向載荷垂直于纖維，等同地作用在纖維和基體上，適用串聯(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颍傻玫剑海颍?1、討論單向板復(fù)合材料的破壞順序（efu<emu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)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，剛性纖維的破壞應(yīng)變明顯地小于基體的破壞應(yīng)變，即efu<emu，因此，纖維首先破壞，同時(shí)將全部載荷轉(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不足以使基體開裂，基體可以全部承受，此時(shí)復(fù)合材料的強(qiáng)度為：當(dāng)Vf較大時(shí)，纖維發(fā)

9、生斷裂時(shí)，轉(zhuǎn)移到基體上的載荷很大，使基體無法承受全部載荷。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efu<emu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s1u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（吸收能量）、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、纖維無法拔出時(shí)：吸收能量）也會(huì)增加斷裂功。13、什么

10、是纖維的長(zhǎng)度分布？如何表示？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。通常用纖維長(zhǎng)度的平均值表示，有兩種方法：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)度的中值相同。14、試寫出取向短纖維復(fù)合材料的彈性性能表達(dá)式，給出取向效率因子的計(jì)算方法。取向分布的短纖維復(fù)合材料，彈性性能：（h0：取向效率因子）取向效率因子h0：（Af：一組平行纖維的總的橫截面積；q：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

11、討論短纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度性能。由于纖維長(zhǎng)度和體積含量的不同，短纖維復(fù)合材料的縱向強(qiáng)度是不同的，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；l³lc/2時(shí)，分兩種失效模式：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；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：su=smu·Vm對(duì)于纖維長(zhǎng)度l和直徑d都相同、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)：sc=sf·Vf+sm·Vm（拉應(yīng)力在纖維端部為0，在纖維中部最大）纖

12、維端部sf0為0，sfu發(fā)生在（l-lc）的中間部位，因此纖維的平均應(yīng)力sf：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）（(sm)fu：纖維所受拉伸力作用達(dá)到拉伸屈曲破壞應(yīng)力時(shí)的基體應(yīng)力）：16、如何衡量聚合物基體的耐熱性？如何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)的特征溫度，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方法：增加大分子鏈的剛性（提高主鏈的剛性不飽和共價(jià)鍵、環(huán)烴、側(cè)鏈引

13、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：改變了聚合物的微觀結(jié)構(gòu)：改變了界面層聚合物大分子的斂集密度（一般情況下是密度降低），使分子間作用力發(fā)生改變。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：主要成分稀釋劑：稀釋作用（降低聚酯粘度），參與樹脂固化，如苯乙烯。引發(fā)劑：分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)樹脂聚合（交聯(lián)、固化），如BPO。促進(jìn)劑：誘導(dǎo)引發(fā)劑分解，加快樹脂固化，如環(huán)烷酸鈷。其它成分：顏料、增稠劑、熱塑性低收縮劑等。18、如何改善

14、聚合物的耐熱性能？產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)（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）。增加高分子鏈的剛性（引進(jìn)不飽和共價(jià)鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)（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，避免弱鍵的存在（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相應(yīng)的非結(jié)晶聚合物。19、簡(jiǎn)述不飽和聚酯樹脂基體的組成、代表物質(zhì)及作用。主要成分：不飽和聚酯樹脂，按化學(xué)結(jié)構(gòu)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、引發(fā)劑和促進(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)，

15、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。引發(fā)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，從而引發(fā)不飽和聚酯樹脂的固化。常用的引發(fā)劑：過氧化二異丙苯C6H5C(CH3)22O2、過氧化二苯甲酰(C6H5CO)2O2。促進(jìn)劑：把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。對(duì)過氧化物有效的促進(jìn)劑：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。對(duì)氫過氧化物有效的促進(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：從加入促進(jìn)劑到不飽和聚酯樹脂變成凝膠狀態(tài)的時(shí)

16、間，是固化過程最重要的階段。影響膠凝時(shí)間的因素：阻聚劑、引發(fā)劑和促進(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：通常在室溫下進(jìn)行，可能需要幾天至幾星期。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)合材料的使用要求：金屬基復(fù)合材料構(gòu)（零）件的使用性能要求是選擇金屬基體材料的最重要的依據(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要求，這就需要組成連續(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)合材料的組成特點(diǎn)：對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，不要求基體有很高

17、的強(qiáng)度，對(duì)于非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（顆粒、晶須、短纖維），基體承擔(dān)主要載荷，要求高強(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)，盡量避免基體與增強(qiáng)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)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)該有較好的浸潤(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：基體主要是純鋁和純銅，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），金剛石顆粒或多晶金剛石纖維/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

18、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、如何改善陶瓷的強(qiáng)度？減少陶瓷內(nèi)部和表面的裂紋：含有裂紋是材料微觀結(jié)構(gòu)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，引入各種增韌機(jī)制（增加裂紋的擴(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)方法及其特點(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

19、兩種燒結(jié)方法：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）®反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷。Si3N4形成時(shí)伴隨21.7%的體積膨脹，獲得無收縮燒結(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)（1650-1850，15-30MPa，1-4h）。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)單的（如圓柱形）實(shí)體坯件，其制品須經(jīng)過機(jī)械加工才能達(dá)到要求的形狀和尺寸。25、玻璃纖維為何具有高強(qiáng)度？試討論影響玻璃

20、纖維強(qiáng)度的因素。玻璃的理論強(qiáng)度很高（2000-12000MPa），但是由于微裂紋的存在，產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生破壞，從而降低了玻璃的強(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；同時(shí)，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)度的因素：1)、化學(xué)組成：不同的玻璃纖維（不同系統(tǒng)），強(qiáng)度有很大差別。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：隨著玻璃纖維的直徑和長(zhǎng)度的減小，微裂紋的數(shù)量和尺寸相應(yīng)地減小，從而提高了玻璃纖維的強(qiáng)度。3)、存放時(shí)間：玻璃纖維存放一定時(shí)間后，由于空氣中的水分對(duì)玻璃

21、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)度隨著施加負(fù)荷時(shí)間的增加而降低，當(dāng)環(huán)境濕度較高時(shí)更加明顯。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)度降低。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；增加潤(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：主要成分：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)。含有石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品使用時(shí)，

22、要經(jīng)過脫蠟處理。2)、增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑：主要成分：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。這類浸潤(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)無捻粗紗、無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。聚丙烯腈纖維的組成：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)，形成耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，以承受更高的碳化溫度、提高

23、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發(fā)生熱分解，以除去非碳原子（N、H、O等），形成亂層石墨結(jié)構(gòu)，生成碳含量約95wt%的碳纖維。3)、碳纖維的石墨化處理：在高純氬氣保護(hù)下，快速升溫至2000-3000，碳纖維中殘留的非碳原子進(jìn)一步脫除，亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為類似石墨的結(jié)晶狀態(tài)。對(duì)纖維繼續(xù)施加牽伸力，使石墨晶體的六角層平面平行于纖維軸取向。28、舉例說明碳纖維的應(yīng)用。作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。航空、航天工業(yè)：主承力結(jié)構(gòu)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)

24、艙、整流罩）；防熱材料（火箭噴嘴、鼻錐（Cf/C）。交通運(yùn)輸：汽車傳動(dòng)軸、構(gòu)架，制造快艇、巡邏艇。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)上的其它零部件。

25、29、試述影響復(fù)合材料性能的因素。基體和增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體或功能體）的性能；復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)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)組成、結(jié)構(gòu)和物理性能與增強(qiáng)材料和基體的均不相同，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（約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米），厚度不均勻。材料特性在界面是不連續(xù)的，這種不連續(xù)性可能是陡變的，也可能是漸變的。材料特性包括元素的濃度、原子的配位、晶體結(jié)構(gòu)、密度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等。31、什么是浸潤(rùn)？如何描述浸潤(rùn)程度的大小？試討論影響潤(rùn)濕角大小的因素。浸潤(rùn)：固-氣界面被固-液界

26、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，具體來說就是接觸角。Young公式討論了液體對(duì)固體的潤(rùn)濕條件：降低液-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。q=0°（glv=gsv-gsl），完全浸潤(rùn)；0°<q<90°（glv>gsv-gsl>0），部分浸潤(rùn)；q>90°（gsv<gsl），完全不浸潤(rùn)。影響接觸角（潤(rùn)濕角）大小的因素：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。固體表面粗糙度增加將使接觸角減小。固相或液相的夾雜

27、、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)物改變了固相的性質(zhì)和固相的表面粗糙度。32、如何改善基體對(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)方法去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)濕性最方便、有效。加入合金元素后，q角的變化還與熔化時(shí)間有關(guān)。3)、改變溫度：一般，提高制造溫度可以增加潤(rùn)濕性，但是，過高的溫度會(huì)產(chǎn)生一些不利影響：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)、增加液體壓力：對(duì)于不潤(rùn)濕的情況，必須施加大于Pc（）的

28、外壓才能使液體滲入纖維束。5)、改變加工氣氛：gsv和glv值隨氣體性質(zhì)的不同而變化，因此改變制造過程中的環(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，也可以改變gsv或glv。33、簡(jiǎn)述玻璃纖維表面化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性的特點(diǎn)。玻璃纖維整體化學(xué)組成包含Si、O、Al、Ca、Mg、B、F、Na等，但其表面只含有Si、O、Al。玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與塊狀玻璃相似：由三維空間的不規(guī)則連續(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于平衡狀態(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、表面吸濕性密

29、切相關(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組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+H2O®Si-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，將進(jìn)一步與二氧化硅網(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)形成另外的OH-：Si-O-+H2O®Si-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)結(jié)構(gòu)，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)性主要是由表面

30、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靠純粹的粗糙表面相互嵌入（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)合的因素：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）有利于纖維箍緊。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)材料表面間距小于0.5nm時(shí)，次價(jià)鍵力就發(fā)生作用。次

31、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)鍵力相互結(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)雜的組成，有時(shí)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，產(chǎn)生交換反應(yīng)結(jié)合。界面的反應(yīng)產(chǎn)物大多是脆性物質(zhì)，達(dá)到一定厚度時(shí)，界面上的殘余應(yīng)力可

32、使其發(fā)生破壞，因此，界面結(jié)合先隨反應(yīng)程度提高而增加結(jié)合強(qiáng)度，但反應(yīng)達(dá)到一定程度后，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)際情況中發(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)性能的因素。固-液復(fù)合過程中，固體表面與液體的浸潤(rùn)性。不同組分的分子或原子彼此相互接近時(shí)的狀態(tài)，形成化學(xué)結(jié)合時(shí)相互作用的強(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)。碳纖維表面含有氧原子，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)

33、形成氫鍵。但是，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、增加表面積以及增加碳纖維表面含氧基團(tuán)。例：碳纖維的氧化處理：氧含量顯著增加，氧化過程分別產(chǎn)生羥基、羰基、羧基，并可能以環(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)方法。中堿、無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。化學(xué)侵蝕：水泥水化生成的Ca(OH)2與玻璃

34、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)。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，在缺陷端部造成應(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：改變玻璃纖維的化學(xué)組分。例：加入較多量的ZrO2可提高玻璃纖維的抗堿性。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。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C

35、a(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，可以與其它金屬發(fā)生反應(yīng)生成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，形成脆性的反應(yīng)層。硼纖維和鋁的界面反應(yīng)由于滲入氧生成氧化物而發(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+2B®AlB22B+3O®B2O3碳化硅涂層能使硼纖維具有突出的抗氧化性。因?yàn)榕鸾佑|不到鋁，硼化物的形成完全被抑制。鋁與硅不形成化合物，而鋁與碳的反應(yīng)在碳化硅存在的情況下，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，2.5mm的碳化硅層

36、已足以阻擋擴(kuò)散。39、什么是增強(qiáng)材料的表面處理？簡(jiǎn)述偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)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)），它有利于增強(qiáng)材料與基體間形成良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)：分子兩端含有性質(zhì)不同的基團(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，并有效地抵抗水的侵蝕。40、試討論玻璃纖維的表面處理中偶聯(lián)劑用量的確定及影響表面處理效果的因素。偶聯(lián)劑的用量會(huì)影響最后處理效果，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)要從實(shí)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含有更多的偶聯(lián)劑，也不能保證偶聯(lián)劑分子全部涂覆在被處理材料的表面上，所以，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述計(jì)算值。影響處理效果的因素：處理方法的影響：不同的處理方法會(huì)影響處理效果。一