复合材料实用工艺与设备考点整理

复合材料工艺与设备考点整理
济南大学复材1108
1、复合材料广义的定义是什么？
CM是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材料。

2、按照基体不同复合材料怎么分类？
树脂基复合材料，无机非金属基复合材料，金属基复合材料
3、复合材料性能的主要决定因素有哪些？
（1）增强材料的性能、含量及分布情况；
（2）基体材料的性能及含量；
（3）界面的结合情况。

4、复合材料的主要性能特点有哪些？
（1）轻质高强
（2）可设计性好
（3）工艺性能好
5、手糊成型工艺的优缺点有哪些？
手糊成型工艺的优点：
（1）不受尺寸、形状的限制；
（2）设备简单、投资少；
（3）工艺简单；
（4）可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求；
（5）产品树脂含量高，耐腐蚀性能好
手糊成型工艺的缺点:
（1）生产效率低，劳动强度大，卫生条件差；
（2）产品性能稳定性差；
（3）产品力学性能较低。

6、简述不饱和聚酯树脂的固化原理。

固化是通过引发剂引发聚酯分子中的双键，与可聚合的乙烯类单体（如苯乙烯）进行游离基共聚反应，使线型的聚酯分子交联成三维网状的体型大分子结构。

7、不饱和聚酯树脂固化有哪几步反应形式？
链引发，链增长，链终止
8、苯乙烯交联剂的优缺点是什么？
•优点：
粘度低；与树脂有良好的共混性，能很好的溶解引发剂、促进剂；苯乙烯双键活泼，易于进行共聚反应；价格便宜，材料来源广。

•缺点：
沸点较低（145℃），易挥发，有一定毒性，对人体有害。

•用量对性能的影响：
苯乙烯用量过多：胶液稀，操作时易流胶；制品固化收缩率大。

苯乙烯用量过小：树脂胶液粘度大，不易使用；同时固化不完全，制品的软化温度低。

用量一般在30～40％。

9、过氧化物引发剂的特性指标有哪几个？具体含义是什么？
活性氧含量；临界温度；半衰期
活性氧含量：表明可以产生自由基量的指标。

临界温度：是过氧化物具有引发活性的最低温度。

引发剂的临界温度应低于固化温度。

半衰期：在给定的条件下，引发剂分解一半所需时间表明引发剂的反应速度。

10、什么是固化剂？
能使引发剂降低分解活化能，降低引发温度的物质称为促进剂。

11、夹层结构为什么具有刚度大的特点？
原因：材料的挠度与其厚度的3次方成正比，如果把厚度为h 的玻璃钢从中间等分，夹上
27倍。

12、影响蜂窝夹层结构的主要因素有哪些，如何影响
（1）含胶量对性能的影响：含胶量高，蜂窝强度高，容重也大。

（2）玻纤布对性能的影响：厚度大，强度高，容重也大。

（3）蜂窝尺寸的影响：蜂窝尺寸的，容重小，强度也小。

（4）蜂窝高度的影响：蜂窝高度大，制品刚度提高，弯曲强度提高，压缩强度降低。

13、怎样区分硬质，半硬质，软质泡沫塑料？
区分方法：将泡沫塑料压缩，使其形变达到50%时减压，然后观察其残余变形量：变形量大于10%称为硬质泡沫塑料，在2%~10%之间称为半硬质泡沫塑料，小于2%称为软质泡沫塑料。

14、简述泡沫塑料的发泡方法?
物理发泡法：将惰性气体在高压下使其溶于熔融聚合物或糊状聚合物中，然后升温减压，使气体膨胀发泡；利用低沸点液体蒸汽化而发泡；在塑料加入中空微球后，经固化而成泡沫塑料。

机械发泡法：采用机械方法，将气体混入聚合物中形成泡沫，然后通过固化或凝固获得泡沫塑料。

化学发泡法:一是依靠原料组分相互反应生产气体，形成泡沫结构；二是借助化学发泡剂分解产生气体，形成泡沫结构。

15、简述短纤维模压料制备工艺流程。

16、简述树脂溶液粘度对短纤维模压料质量的影响。

降低胶液粘度有利于树脂对纤维浸渍，并可减少捏合过程的强度损失；粘度过低，在预混过程中会导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘结。

17、什么是模压料的收缩性，由哪几种收缩组成?
模压制品从模具中脱出后尺寸减小的特性称为模压料的收缩性。

由制品的热收缩（物理收缩）和结构收缩（化学收缩）组成。

18、简述MgO,CaO 对SMC 的增稠机理。

增稠机理：
两个阶段：第一阶段 金属氧化物或氢氧化物与聚酯端基—COOH 进行酸碱反应，生成碱式盐。

树脂调配
↓
玻璃纤维→热处理→切割→ 蓬松→混合→撕松→烘干→模压料
C O OH +
MO C O OMOH
碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水使分子量成倍增加
第二阶段： 碱式盐与聚酯分子中的酯基（氧原子）以配位键形成络合物
聚酯分子量成倍提高，粘度上升而增稠。

第一阶段反应对于达到熟化粘度的时间有决定性意义，是分子质量提高和络合反应的基础。

第二阶段反应对于加速稠化，提高最终熟化粘度有重要作用。

19、SMC 低收缩添加剂的作用机理是什么？
当SMC 在模具中加热固化时，随体系的温度升高，树脂发生热膨胀，聚酯与苯乙烯开始发
镁盐的络合反应
C O OH +
M(OH)2C
O OMOH
+
H 2O
C O OMOH +
C HO O C
O OMO
C
O C O OMOH +
C HOMO O C O
OMOMO
C
O MgO 和MgOH 的碱式盐不进行此脱水反应， CaO 和CaOH 碱式盐可继续进行此脱水反应。

Ca 盐的络合反应
生聚合，相当于其在热塑性聚合物的内压力下进行固化，因而在未发生收缩前就被固定下来了。

即热塑性树脂热膨胀力阻止了聚酯固化时的收缩。

热塑性树脂固化稍迟，虽然体系降温时热塑性树脂也发生收缩，但是此时周围热固性树脂已经固化，故只能形成局部微孔而不能形成整体收缩。

20、热塑性聚合物加入热固性树脂中的低收缩机理：
树脂受热时膨胀，热固性树脂与热塑性树脂的固化时间不同，热固性树脂首先聚合固化，其在热塑性树脂的热膨胀压力下不能收缩；待温度下降时，热塑性树脂开始固化收缩，而周围的热固性树脂已经固化定型，使得热塑性树脂只能在局部收缩造成微孔，而不会使制品整体收缩变形。

21、层压胶布的质量指标有哪些？
含胶量，可溶性树脂含量，挥发分含量，流动度
22、简述卷管成型工艺原理
卷管成型工艺是借助卷管机上的热辊将胶布软化，使胶布中树脂熔融；在一定张力作用下，借助辊筒与芯模的摩擦力将胶布连续的卷到芯模上，经冷辊冷却定型，然后在固化炉中固化得到产品的一种生产方式。

23、干法缠绕、湿法缠绕的特点分别是什么?
干法缠绕：
将预浸纱带或预浸布，在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。

特点:制品质量稳定，缠绕速度快，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。

湿法缠绕:将无捻粗砂经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺。

特点：不需要预浸胶设备，设备投资少，便于选材；纱片质量及张力须严格控制，固化时易产生气泡。

24、缠绕制品的优点是什么？
（1）比强度高
（2）生产成本低
（3）生产效率高
25、缠绕制品比强度高的原因是什么？
（1）一般材料的表面缺陷是影响其强度的重要因素，表面积越大缺陷率越高。

缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在率。

此外，连续纤维特别是无捻玻璃粗紗由于没有经过纺织工序，因而使其强度损失大大减少。

（2）缠绕成型避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中。

（3）缠绕成型可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构。

（4）缠绕成型可以使增强材料纤维含量高达80%。

26、什么是螺旋缠绕？
芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向往复运动，纤维缠绕不仅在圆筒段进行，而且也有封头上进行。

27、写出平面缠绕速比的表达式并加以证明。

课件
第七章缠绕成型工艺
平面缠绕的速比：
单位时间内，芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比或绕丝头转一圈时导丝头绕芯模旋转的圈数。

7.3 缠绕规律
课件
第七章缠绕成型工艺
缠满整个筒体的必要条件：
πb b 7.3
缠绕规律
课件
第七章缠绕成型工艺
证明：
因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一层。

设此时导丝b 7.3
缠绕规律
l e1
b
28、简述卧式湿法环向纱浸胶缠绕成型。

1）采用连续玻璃纤维粗纱，浸渍树脂胶液后进行缠绕
成型。

2）环向纱浸胶，纵向纱不浸胶。

3）纵、环向纱采用交错缠绕。

4）整个过程是连续的。

29、简述“EPF”热塑性热固性复合结构管的生产工艺流程，生产工艺上的特点。

挤出塑料管芯材→冷却→定型→纵向纤维纱铺层→环向纤维缠绕铺层
→预固化→富树脂表面层→紫外和远红外固化→冷却→牵引切割
→产品
首先是热塑性塑料管挤出成型，然后在塑料管外面铺放纵、环向浸胶玻纤纱。

特点：1)过程是连续的
2)生产效率高
3）制品性能好
30、树脂基体的成型性能包括哪些，并简述。

包括:
1）可挤压性：树脂通过挤压作用变形时获得形状和保持形状的能力。

2）可模塑性：树脂在高温和压力作用下，产生变形充满模具的成型能力。

3）可延展性：高弹态聚合物受单向或双向拉伸时的变形能力。

31、热塑性复合材料的特性有哪些？
1）密度小，强度高
2）性能可设计性
3）耐热性
4）耐化学腐蚀性
5）电性能
6）加工性能
32、热塑性聚合物具有哪些流动特征?
(1) 聚合物(FRTP)熔体流动本质，不同于低分子液体，其分子运动是通过分子链段运动来实现，首先是若干链段运动，然后是另一部分链段运动，最终导致整个大分子重心移动而产生流动。

(2) 聚合物熔体流动时呈非牛顿流体的流变性质，其流动特征是粘度除与流体温度有关外，还随剪切力和剪切速率的变化而改变。

剪切力或剪切速率增加，粘度下降。

(3) 聚合物熔体为粘弹体系，它在流变过程中包含有不可恢复的粘性变形和可恢复的弹性变形。

(4) 聚合物熔体的粘度很大，流动困难，成型时需要加大作用力。

33、聚合物熔体的末端效应，熔体破碎是什么？
末端效应：当熔体流出管口端头时，由于弹性变形的回复，使熔体膨胀，聚合物熔体的这种弹性变形称为末端效应。

熔体破碎：是聚合物熔体从模口挤出后，挤出物表面出现凹凸不平或外形畸变，乃至断裂的总称。

34、什么是聚合物成型中的定向，产生定向后对聚合物的性能如何影响？
聚合物熔体在成型过程中受外力的作用，其分子链或添加物会发生沿受力方向的排列。

定向会使纵向强度增加，横向强度降低，随聚合物的定向提高，这种现象越重。

35
、长纤维的造粒工艺。

36、挤出机螺杆压缩段的公用。

松散的粒料被压实、软化，同时把夹带的空气压回到加料口排出。

37、纤维质量对FRTP 性能的影响。

1）纤维直径对性能的影响：一般来说，纤维直径越细，强度越高，但有时相差不大，可能是因为纤维细强度高，但同样含量纤维用在CM 中，弱界面也随之增加，加工过程中纤维磨损严重，强度损失也较大。

2）纤维长度和分散状态对性能的影响：
一般来说，纤维越长，制品强度越高；纤维分散越均匀，机械强度和热稳定性越好，弹性模量也有明显的增加。

3）玻璃纤维表面处理对CM 性能的影响：玻纤表面处理情况对FRTP 性能影响很大，处理后，力学性能有明显的提高。

38、与模压成型工艺相比，注射成型工艺有什么特点？ 优点：
(1) 成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。

模压成型时，物料的塑化和固化过程都在同一模内完成，需时较长
(2) 热耗量少，可利用物料自身摩擦所产生的热量。

(3) 闭模成型，能提高产品精度，保证质量，减少后加工工作量
(4) 可使形状复杂的产品一次成型，能防止模腔内嵌件变形或位移。

(5) 生产效率高，成本低。

一模能同时生产几个制品，易实现自动化生产。

缺点：
(1) 不适用于长纤维增强的产品，一般纤维长度小于7mm (2) 模具质量要求高
39、试比较热塑性CM 与热固性CM 注射成型各有什么特点?
(1) FRTP 可以反复加热塑化，物料的熔融和硬化完全是物理变化；FRP 加热固化后不能再塑化，固化过程为不可逆反应。

(2) FRTP 受热时，物料由玻璃态变为熔融的粘流态，料筒温度要分段控制，其塑化温度应高于粘流温度，但低于分解温度；FRP 在料筒中加热时，树脂分子链发生运动，物料熔融，但接着会发生化学反应、放热，加速化学反应过程。

因此，FRP 注射成型的温度控制要比FRTP 严格得多。

(3) FRTP注射成型时，料筒温度必须高于模具温度，物料在模腔内冷却时会引起体积收缩，故需要有相应的料垫传压补料，FRP注射成型时，料筒温度低于模具温度，物料在模腔内发生固化收缩的同时，也发生热膨胀，因此，充模后不需要补料。

40、为什么在注射成型模具边缘处纤维容易定向排列？
流体的流动过程在横断面上存在速度梯度，愈靠近模具剪应力愈大，流体流速越小。

由于物料靠近模具壁和中心层的流速相差很大，产生的剪切力也很大，从而使流体内的大分子和纤维材料发生定向作用。

定向作用离中心越远越明显，靠近模具壁与中心层之间，形成一个定向区，纤维定向是永久性的。

41、与热固性片状模塑料相比热塑性片状模塑料制品有哪些特性？
1）比强度高
2）能重复加工成型
3）成型周期短
4）成型压力低
5）贮存期长
6）比热固性玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性，耐水性和气密性等
7）原料来源充足，价格便宜
8）成本低
9）机械化程度高
42、简述墙体材料改革的意义
1、墙体材料改革的意义主要是节约土地，节约能源及环境保护。

2、土地是人们赖以生存的有限资源，我国目前人均土地仅1.1亩，而实心粘土砖的生产每
年消耗的土地是一个大县的耕地，我国又是农业大国，土地资源非常紧张，因此要节约土地。

3、能源问题早已成为世界普遍关注的问题，实心粘土砖的生产能耗高，而且使用能耗也高，
实心粘土砖建筑与新型墙体材料相比能耗高出3倍，因此从节约能源的意义上需要墙体材料改革；
4、目前国内工业产生了大量的工业废渣，其堆积大量占用了土地同时也严重污染了环境，
另外，实心粘土砖的烧制需要燃烧大量煤炭，其产生的二氧化碳等气体也严重污染环境，因此从环境保护的意义上也必须进行墙体材料改革。

43、关于玻纤增强水泥基复合材料的脆化机理，迄今为止国际上主要有哪几种学术见解，各自的原理如何？
关于玻纤增强水泥材料的脆化机理，迄今为止国际上主要有“化学侵蚀说”与“力学破坏说”（物理侵蚀说）两种不同的学术见解。

持第一种见解的有Majumdar、Prcoctor,薛俊轩，曹永康等。

此说认为主要是波特兰水泥水化生成的高碱度液相对玻璃纤维进行化学侵蚀，导致玻璃纤维丧失其抗拉强度并使其变脆，为此，提高玻璃纤维增强水泥耐久性的唯一途径是尽可能的降低水泥基体液碱度。

持第二说者有Diamond,Buntur,Meyer等，此说认为波特兰水泥水化生成的碱液并不对玻纤发生明显的化学侵蚀，导致玻纤增强水泥材料脆化的根本原因在于波特兰水泥生成的大量的Ca（OH）2晶体沉淀于玻纤原丝的空隙中，Ca（OH）2晶体在单丝之间或围绕着单丝而生长。

由于这些晶体紧紧的夹持着单丝，当玻纤水泥材料受拉时，原丝即失去松动与调节的余地，从而大幅度降低其韧性而成为脆性材料。

为此，持“力学破坏说”者主张通过耐久性的唯一途径是设法消除玻璃纤维原丝中的Ca（OH）2晶体，至于水泥基体的空溶液的碱度高低则并非是主要的。

由此看出水泥水化产物对玻璃纤维的侵蚀包括化学侵蚀与物理侵蚀两个方面。

前者导致硅氧骨架的破坏，后者引起玻璃纤维表面缺陷的扩展。

两者相互作用是玻璃纤维的抗拉等强度性能大幅度地降低直至完全丧失。

所以，玻璃纤维能否耐水泥的物理化学两个方面的侵蚀，这是GRC材料强度提高的技术关键。