《复合材料及工艺》复习总结.doc

《复合材料及工艺》复习提纲

第一章、绪论

1.了解复合材料的定义、分类及应用。

答：（1）定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合阳成的一种多相固体材料。（2）分类：

聚合物基复合材料（PMC）:热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基

金属基复合材料（MMC）：轻金加基、高熔点金属基、金加间化合物基

陶瓷基复合材料（CMC）：高温陶瓷基、玻璃基、玻璃陶瓷基

水泥基复合材料（CeMC）

碳基体复合材料（C/C）

按功能分：结构复合材料和功能复合材料

（3）应用：航空航天，一般工业（汽车、化工、建筑、机械、船舶等），体育用品，生物医学，其他。

2.FRP、GFRP、FRTP各代表什么意思。

答：FRP： fiber reinforced plastics,纤维增强塑料；

GFRP： glass fiber reinforced plastics,玻璃纤维增强幫料；FRTP： fiber reinforced thermal plastics,纤维增强热塑性塑料。

3.什么是ACM?其判据是什么？

答：ACM： advanced composite materials,先进复合材料。先进复合材料是以碳纤维、硼纤维、芳纶纤维作为增强体，具有高的比强度、比模虽:、剪切强度和剪切模量、高温性能、耐热性的复合材料。

判断依据：

比强度=强度/材料密度比强度2（4X106cm）单位量纲（cm）

比模量=模量/材料密度比模量$（4X108cm）单位量纲（cm）

第二章、复合材料理论基础

1.（1）复合材料中增强体的作用是什么？常见的增强体有哪些（至少列出6种）？

答：增强体是指在复合材料屮骑着增加强度、改善性能作用的组分。复合材料屮增强体主要分为：纤维、晶须和颗粒等。纤维增强体可分为：无机纤维和有机纤维

无机纤维（玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维）

有机纤维（芳纶纤维、尼龙纤维、聚烯坯纤维）

（2）最常见的玻纤是什么？其网络结构假说赋予它什么特性？

答：无碱玻纤（E-玻纤）

结构假说：微品结构假说和网络结构假说。

网络结构假说:二氧化硅四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成的不规则三维网络, 网络空间由Na、K、Ca. Mg等阳离子填充，它们与02■连接，而与网络不直接相连。

一定数目的多而体遵循类似品体结构规则排列，形成近程有序。也就是，微观上不均匀, 宏观上均匀的结构，反映到性能上是各向同性。

考点：玻纤的杨氏模最在纤维轴向为70GPa,贝IJ垂肓•于纤维轴力向的杨氏模最为70GPa

（3）碳纤维的特性是什么？按原料分碳纤维的主要种类包括什么？描述某一种碳纤维的制备

工艺。

答：碳纤维具有低密度、高强度、高模最、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射特性，此外还具有纤维的柔顺性和可编性。

种类：聚丙烯睛基碳纤维（PAN）,沥青基碳纤维（PITCH）,人造丝碳纤维（RAYON）制备工艺：有机前驱体法和气相生长法

A、PAN碳纤维的制备过程可分为3步：第一步…预氧化。预氧化的主要目的是使原丝屮的链状PAN分子环化脱蛍，转化为耐热的梯形结构，以承受更高的炭化温度和提高炭化收缩率以改善力学性能。在200~400°C的氧化气氛中，在原丝受张力的情况下，环化成梯形结构，这时分子沿纤维轴定向，变得热稳定。第二步…炭化。炭化一般在高纯的悄性气休保护下预氧丝加热至120（）〜18（）（）°C以除去其屮的非碳原了，生成含碳呆在90%以上的碳纤维。第三步…石墨化。炭化后的碳纤维可经石墨化，制造石墨纤维。石墨化温度为2000-3000°Co 在张力下使结品碳增长、定向，纤维的弹性模量大增。

B、沥青棊碳纤维。首先准备沥青，然后纺丝并拉成连续的纤维，再经历氧化、炭化和石墨化处理以获得碳纤维。在氧化处理期间，沥青纤维先眾露于70°C温度的臭氧屮，然后到300C 温度的空气中。这产生了不熔化的交联结构，并且能够不熔化而炭化。炭化在高达1350°C温度的氮气中进行。通过在高温热处理期间仲张纤维获得高模虽沥青某碳纤维。

（4）常见有机纤维增强体包括什么？其特性是什么？答：芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和尼龙纤维。

芳纶纤维的特性：拉伸强度高，冲击性能好（韧性好），热稳定性好，芳纶纤维的线膨胀系数和碳纤维一样具冇各向异性的特点。压缩性能不好，仅为拉仲强度的1/8；剪切强度不高, 仅为拉伸强度的1/17；易发生光降解（可见及紫外线，使力学性能下降）。

超高分子量聚乙烯纤维特性：密度小，良好的柔曲性、耐疲劳性和耐磨损性，冲击性能好, 耐光性好于芳纶。熔点较低，易端变，与聚合物基体粘结性差。

（5）BF和SiC纤维的特性分别是什么？

答：BF：硼纤维。高强度、高模量、低密度，比强度和比模量较高。

SiC：碳化硅纤维。力学性能优异，耐氧化性好，化学稳定性好，与金属有良好的浸润性，耐辐射性能和吸波性能良好。

（6）成纤工艺包括干法纺丝、湿法纺丝、干湿法纺丝、熔融纺丝、化学气相沉积（CVD）工艺等。给出常见增强体所用的成纤工艺。

答：玻璃纤维：垃坍拉丝法，池窑漏板拉丝法，溶胶■凝胶法。

碳纤维：有机先驱体法（有机纤维法），气相牛长法（VS纳米碳纤维）。芳纶纤维：干喷-湿纺工艺。

超高分了量聚乙烯纤维：高速牵仲熔融的PE,冻胶（凝胶）纺丝-超拉仲法（超倍热牵伸法）; 碳化硅纤维：CVD法，先驱丝法；硼纤维：氢化硼热解法，卤化硼反应法。

氧化铝纤维：溶液纺丝法、混合液纺丝法、基体纤维浸渍溶液法、溶胶■凝胶（sol.gel）法、拉晶法。

金属纤维：抽丝工艺。

2.（1）复合材料中基体的作用是什么？常见的基体有哪些（至少列出6利J ?

答：复合材料的基休是复合材料屮的连续相，起到固定纤维并将具粘合成整休、在纤维间传