最新聚合物基复合材料重点内容
第五章 聚合物基复合材料(5.1-5.2)
热固性基体的优缺点
传统的聚合物基体是热固性的，其最大的优点 是具有良好的工艺性。
由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于在常温常压 下浸渍纤维，并在较低的温度和压力下固化成型； 固化后具有良好的耐化学药品性和抗蠕变性；
热固性树脂的缺点是预浸料需低温冷藏且贮存
期有限，成型周期长和材料韧性差。
3、高强度、高模量纤维增强塑料
以环氧树脂为基体、各种高强度、高模量的纤维（碳纤维、 硼纤维、芳香族聚酰胺纤维、晶须等）为增强体的高强度、 高模量纤维增强塑料。
性能特点：
① 比重轻、强度高、模量高和低的热膨胀系数；
② 加工工艺简单；
③ 价格昂贵。
20
21
碳纤维增强塑料
优点
• 质量轻、高的强度和刚度、良好的耐热性、抗冲击性。
5.4 聚合物基复合材料的性能
5.5 聚合物基复合材料的界面 5.6 聚合物基复合材料的应用
3
§5.1 概述
5.1.1 聚合物基复合材料的分类
增强纤维种类 聚 合 物 基 复 合 材 料 玻璃纤维增强聚合物基复合材料 碳纤维增强聚合物基复合材料 硼纤维增强聚合物基复合材料 芳纶纤维增强聚合物基复合材料 通用型聚合物基复合材料 耐化学介质型聚合物基复合材料 耐高温型聚合物基复合材料 阻燃型聚合物基复合材料 热塑性树脂基复合材料 热固性树脂基复合材料
23
硼纤维增强塑料
刚度、弹性模量是高强度、高模量纤维增强塑料中最
好的。
碳化硅纤维增强塑料
纤维与基体粘结力很强；具有优良的抗弯强度和抗冲 击强度。
24
§5.2 聚合物基体
5.2.1 聚合物的基本概念
一、聚合物的结构
指组成高分子的不同结构单元在空间的相对排列。
聚合物基复合材料 知识点总结
第二章增强材料1.增强材料的品种：1）无机纤维：（1）玻璃纤维（2）碳纤维：①聚丙烯腈碳纤维②沥青基碳纤维（3）硼纤维，（4）碳化硅纤维，（5）氧化铝纤维2）有机纤维：（1）刚性分子链——液晶（干喷湿纺）：①对位芳酰胺②聚苯并噁唑③聚芳酯（2）柔性分子链：①聚乙烯②聚乙烯醇2.玻璃纤维的分类：1）按化学组成份：有碱玻璃纤维，碱金属含量>12%；中碱玻璃纤维，碱金属含量6%~12%；低碱玻璃纤维，碱金属含量2%~6%；微碱玻璃纤维，碱金属含量<2%2）按纤维使用特性分：普通玻纤（A-GF）；电工玻纤（E玻纤）；高强玻纤（S玻纤或R玻纤）；高模玻纤（M-GF）；耐化学药品玻纤（C玻纤）……3）按产品特点分：长度（定长玻纤<6-50mm>，连续玻纤）；直径（粗纤维30μm，初级纤维20μm，中级纤维10-20μm，高级纤维3-9μm）；外观（连续纤维，短切纤维，空心玻纤，磨细纤维和玻璃粉）3.玻璃纤维的制备：目前生产玻璃纤维最多的方法有坩埚拉丝法（玻璃球法）和池窑拉丝法（直接熔融法）4.玻璃纤维的力学特性：1）玻璃纤维的拉伸应力--应变关系：玻璃纤维直到拉断前其应力-应变关系为一条直线，无明显的屈服、塑性阶段，呈脆性材料特征2）玻璃纤维的拉伸强度较高，但模量较低；解释：（1）Griffith微裂纹理论：玻璃在制造过程中引入许多微裂纹，受力后裂纹尖端应力集中。
当应力达到一定值时，裂纹扩展，材料破坏。
所以，缺陷尺寸越大，越多，应力集中越严重，导致强度越低（2）分子取向理论：玻纤在制备过程中，受到定向牵引力作用，分子排列更规整，所以玻纤强度更大。
3）玻璃纤维强度特点：单丝直径越小，拉伸强度σb越高；试样测试段长度L越大，拉伸强度σb越低。
这两点结果被称为玻璃纤维强度的尺寸效应和体积效应，即体积或尺寸越大，测试的强度越低4）缺点：①强度分散性大，生产工艺影响②强度受湿度影响，吸水后，湿态强度下降③拉伸模量较低（70GPa），断裂伸长率约为2.6%5.玻璃纤维纱的常用术语、参数：（填空）1）原纱：指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱2）表示纤维粗细的指标：①支数β：指1g原纱的长度(m)，支数越大表示原纱越细②特(tex)：指1000m长原纱的质量(g)，tex数越大，纱越粗③旦、袋(den)：指9000m长原纱的质量(g)，den 数越大纱越粗3）捻度：表示纱的加捻程度，指每米长原纱的加捻数，即捻/m。
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展聚合物基复合材料是由聚合物基质中加入颗粒、纤维或薄片状增强材料制成的材料。
它具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
下面将介绍聚合物基复合材料的发展现状和最新进展。
1.纳米材料的应用：近年来，纳米材料成为聚合物基复合材料的研究热点。
纳米粒子的添加能够提高复合材料的力学性能、导电性能和热稳定性能。
例如，纳米粒子的添加可以提高聚合物基复合材料的强度和硬度，使其具有更好的抗冲击性能和热阻性能。
2.高性能增强材料的研发：为了提高聚合物基复合材料的力学性能，研究人员不断提出新的增强材料。
例如，石墨烯是一种具有优异力学性能和导电性能的二维纳米材料，已被广泛应用于聚合物基复合材料中。
同时，碳纳米管、纳米纤维和陶瓷纤维等增强材料也在不断研发中，并取得了较好的效果。
3.新型复合材料的研制：除了传统的增强材料外，研究人员还在努力研制新型复合材料。
例如，聚合物基复合材料中加入具有形状记忆功能的材料，可以使复合材料具有形状可逆调变的功能。
此外，聚合物基复合材料中加入具有光敏性能的材料，可以使复合材料具有光刻功能，从而实现微纳米加工和器件制备。
1.可持续性发展：随着环境问题的日益突出，研究人员开始关注聚合物基复合材料的可持续性发展。
他们试图将可持续材料（如生物基材料）应用于聚合物基复合材料中，以减少对环境的影响。
同时，研究人员还探索了聚合物基复合材料的循环利用和回收利用技术，以实现资源的有效利用。
2.多功能复合材料的研究：为了满足不同领域的需求，研究人员开始研究多功能复合材料。
多功能复合材料可以同时具有力学性能、光学性能、导电性能、热学性能等多种功能。
例如，研究人员研制出了具有自修复功能的聚合物基复合材料，可以在受损后自动修复，延长使用寿命。
3.智能复合材料的研制：智能复合材料是指能够根据环境和外界刺激自主调整性能的复合材料。
例如，研究人员设计了具有温度响应性能的聚合物基复合材料，可以根据温度的变化改变其形状和力学性能，实现智能控制。
聚合物基复合材料知识点
聚合物基复合材料知识点概述：聚合物基复合材料是由聚合物基质和填料或增强材料（如纤维）组成的材料。
由于其独特的性能和广泛的应用领域，聚合物基复合材料成为现代工程领域中的重要材料之一。
本文将介绍聚合物基复合材料的相关知识点。
1. 聚合物基质的选择：聚合物基复合材料的性能主要取决于聚合物基质的选择。
常见的聚合物基质包括聚烯烃、聚酰胺、环氧树脂等。
不同的聚合物基质具有不同的化学性质和力学性能，因此在选择聚合物基质时需要考虑材料的具体应用需求。
2. 填料的选择：填料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的填料包括纤维、颗粒和珠状材料等。
填料的选择影响着复合材料的力学性能、耐热性和阻燃性等方面。
纤维增强材料可提供更高的强度和刚度，而颗粒和珠状填料则可改善材料的摩擦特性和耐磨性。
3. 增强材料的选择：增强材料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
不同的增强材料具有不同的强度和刚度特性，在选择增强材料时需要考虑材料的具体应用环境和要求。
4. 复合界面的设计：复合材料中的界面是指填料和基质之间的相互作用界面。
复合界面的设计可以影响材料的耐热性、粘合强度和耐化学腐蚀性等方面的性能。
在复合材料的制备过程中，通常会采用表面粗糙化、化学处理和界面改性等方法来改善复合界面的性能。
5. 制备工艺：制备工艺对于聚合物基复合材料的性能和结构有着重要影响。
常见的制备工艺包括手工层叠法、注塑成型、挤出成型、压制成型等。
不同的制备工艺决定了材料的成型精度、力学性能和表面质量等方面的特性。
6. 应用领域：聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料、电子电气等领域。
其具有轻质高强度、耐腐蚀、隔热隔音等优势，在这些领域中发挥着重要作用。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中被广泛应用于飞机结构件和卫星结构件等。
7. 未来发展趋势：随着科学技术的不断进步，聚合物基复合材料将继续得到发展和应用。
聚合物基复合材料知识点
复合材料知识点一、绪论1、复合材料定义：①ISO：有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
②GB：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。
2、复合材料组成：复合材料由基体和增强材料组成。
增强材料是复合材料的主要承力部分，特别是拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能主要由增强材料承担，基体的作用是将增强材料粘合成一个整体，起到均衡应力和传递应力的作用，使增强材料的性能得到充分的发挥，从而产生一种复合效应，使复合材料的性能大大优于单一材料的性能。
3、复合材料的分类：⑴按基体类型分类树脂基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料。
⑵按增强材料类型分类玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、有机纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料。
⑶按用途不同分类结构复合材料、功能复合材料二、增强材料1、增强材料作用：增强材料是复合材料的主要组成部分，它起着提高树脂基的强度、模量、耐热和耐磨等性能的作用，增强材料还有减小复合材料成型过程中的收缩率，提高制品硬度等作用。
2、作为树脂基复合材料的增强材料应具有的基本特征：⑴应具有能明显提高树脂基体某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、低热膨胀性等，以便赋予树脂基体某种所需的特性和综合性能。
⑵应具有良好的化学稳定性。
⑶与树脂有良好的浸润性和适当的界面反应，使增强材料与基体树脂有良好的界面结合。
⑷价廉。
3、微裂纹假说：玻璃的理论强度取决于分子或原子间的吸引力，其理论强度很高，可以达到2000――12000MPa。
但强度的实际测试结果却低很多，这是因为玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等，尺寸不同的微裂纹，因而大大降低了其强度。
微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。
由于微裂纹的存在，玻璃或玻璃纤维在外力的作用下，微裂纹处首先发生应力集中，首先发生破坏。
玻璃纤维比玻璃的强度高很多，是因为玻璃纤维经高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少；另外，玻璃纤维的断面尺寸小，微裂纹存在的概率也小，故使纤维强度增高。
最新聚合物基复合材料重点内容
最新聚合物基复合材料重点内容考试题型⼀、填空题（1分*10题=10分）⼆、判断题（1分*6=6分）三、名词解释（4分*5=20分）四、简答题（8分*8题=64分，含1道计算题）第⼀章聚合物基复合材料的概念、特性、应⽤与进展1.什么是复合材料？与⾦属材料相⽐有何主要差别？答：定义：复合材料是由有机⾼分⼦、⽆机⾮⾦属或⾦属等⼏类不同材料通过复合⼯艺组合⽽成的新型材料。
它既保持了原组分材料的主要特⾊，⼜通过符合效应获得原组分所不具备的的新性能。
可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并充分并联，从⽽获得新的优越性能，这与⼀般的简单的混合有本质的区别。
与⾦属材料的区别：2.复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？答：优点：1）⽐强度、⽐模量⾼；2）耐疲劳性好，破损性能⾼；3）阻尼减振性好：a.受⼒结构的⾃振频率除了与结构本⾝形状有关以外，还与材料的⽐模量平⽅根成正⽐；b.复合材料具有较⾼的⾃振频率，其结构⼀般不易产⽣共振；c.复合材料机体与纤维的界⾯有较⼤的吸收振动能量的能⼒，致使材料得振动阻尼很⾼，⼀旦振起来，也可在较短时间内停下来。
4）具有多种功能性：a.瞬时耐⾼温性、耐烧蚀性好；b.优异的电绝缘性能和⾼频介电性能；c.良好的摩擦性能；d.优良的腐蚀性，维护成本低；e.特殊的光学、电学、磁学的特性。
5）良好的加⼯⼯艺性；6）各向异性和性能的可设计性。
主要问题：⼯艺⽅法的⾃动化、机械化程度低，材料性能的⼀致性和产品质量的稳定性差，质量的检测⽅法不完善，破坏模式不确定和长期性能不确定，长期耐⾼温和环境⽼化性能不好等。
3.简述复合材料的组成。
界⾯为什么也是⼀个重要组成部分？答：复合材料是由基体材料和增强体材料构成的多项体系。
基体材料为连续相，按所⽤基体材料的不同，可分为⾦属基复合材料、⽆机⾮⾦属基复合材料和聚合物基复合材料。
增强材料为分散相，通常为纤维状材料，如玻璃纤维、有机纤维等。
原因：界⾯也是重要组成部分的原因是因为增强相与基体相的界⾯区域因为其特殊的结构组成，这种结构对材料的宏观性能产⽣影响，因此也是不可缺少的重要组成部分。
《聚合物基复合材料》课程教学大纲 - 上海交通大学- 材料科学与工程学院
4 课堂教学 复合材料 智能高分子及其
2 课堂教学 复合材料
考查方式
*考核方式 (Grading)
*教材或参考资料 (Textbooks & Other
Materials)
其它 （More）
备注 （Notes）
撰写研究论文 + 平时成绩（70% + 30%）
1） “聚合物基复合材料”，顾书英，任杰编著，化学工业出版社，2013 2） “聚合物基复合材料”，王汝敏，郑水蓉，郑亚萍主编，科学出版社，2011 3） “聚合物基复合材料”，倪礼忠，陈麟主编，华东理工大学出版社，2007 4） “聚合物成型原理及成型技术”，瞿金平，胡汉杰主编，化学工业出版社，
通过本课程的学习，使学生了解高分子及其复合材料的基本概念、类型和应
用，掌握高分子及其复合材料的结构、性能及其相互关系，掌握高分子及其复合
材料的测试技术和分析方法，为学生日后从事高分子及其复合材料的研究应用等
相关工作提供必要的基础知识和相关技能。
“Polymer Matrix Composites”is an elective course for the
*学习目标(Learning Outcomes)
1．掌握高分子及其复合材料的基本概念、主要类型及其结构性能特点和应用 2．了解高分子及其复合材料的测试技术、分析方法和发展趋势 3．理解高分子及其复合材料的制备与加工过程与结构性能相互关系
*教学内容、进度安排及 要求
(Class Schedule & Requirements)
《聚合物基复合材料》课程教学大纲
课程基本信息（Course Information）
聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
芳纶/杜邦聚酰胺 芳纶/泡沫芯板 碳纤维/杜邦聚酰胺 碳纤维/环氧树脂 碳纤维/芳纶/环氧树脂 玻璃纤维增强塑料 第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮 第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展 复合材料的意义 现代高科技的发展更是离不开复合材料。例如：火箭壳体材料对射程的影响: 1.1 前言：
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
碳/碳复合材料 以碳纤维或碳化硅纤维(或织物)为增强体，以碳为基体的复合材料的总称。碳基复合材料有两种制备方法： 一是浸渍法，即用增强体浸渍熔融的石油或沥青，再经碳化和石墨处理，它的基体是石墨碳，呈层状条带结构，性能是各向异性的。还有用增强体浸渍糠醇(呋喃甲醇)或酚醛等热固性树脂，只经碳化处理，它的基体是玻璃碳，即无定型碳结构，性能是各向同性的； 另一是CVD法，即把烃类化合物的热解碳沉积在增强体上来进行复合，这种方法的碳基体是类似玻璃碳的热解碳。碳/碳复合材料不耐氧化，所以有时需要加抗氧化涂层。
1.1 前言：
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展 三、复合材料的发展历史和意义 1、复合材料的发展历史 6000年前人类就已经会用稻草加粘土作为建筑复合材料。水泥复合材料已广泛地应用于高楼大厦和河堤大坝等的建筑，发挥着极为重要的作用； 20世纪40年代，美国用碎布酚醛树脂制备枪托、代替木材，发展成为玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）这种广泛应用的比较现代化复合材料。 1.1 前言：
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
复合材料概论第5章--聚合物基复合材料
• GFRP的突出特点是比重小、比强度高。比金属铝 轻而比强度比高级合金钢还高。“玻璃钢”这个名 称便由此而来。 • 还具有良好的耐腐蚀性，在酸、碱、有机溶剂、海 水中均很稳定，良好的电绝缘材料，电阻率和击穿 电压强度达到了电绝缘材料的标准，可做为耐高压 的电器零件。 • 不反射无线电波，微波透过性好，可制造扫雷艇和 雷达罩。具有保温、隔热、隔音、减振等性能。 • 缺点是刚性差。会因日光照射空气中的氧化作用、 有机溶剂的作用产生老化现象，比塑料要缓慢。玻 璃纤维增强环氧、酚醛、聚酯树脂除具有上述共同 的性能特点而外，各自有其特殊的性能。
• 5．玻璃纤维增强聚酯 • 聚酯作为基体材料主要有两种，一种是聚苯二甲酸乙二酯(代 号PET)，另一种为聚苯二甲酸丁二酯(代号PBT)。 • 未增强的纯聚酯结晶性高，成型时收缩率大，尺寸稳定性差 、耐温性差。质脆。用玻璃纤维增强后，机械强度比其他玻 璃纤维增强热塑性塑料均高，抗拉强度135-145MPa，抗弯强 度209-250MPa，耐疲劳强度达52MPa。耐热性提高最大， PET的热变形温度为85 ℃ ，PR-PFT为240 ℃ ，仍能保持机 械强度，是玻璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一种 。耐低温度性能好，超过了FR-PA6，在温度高低交替变化时 ，机械性能变化不大；电绝缘性好，可制造耐高温电器零件 ；高温下耐老化性好，胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性能好 ，所以使用寿命长。不足之处是在高温下易水解，使机械强 度下降。不适于在高温水蒸气下使用。
第四章聚合物基体复合材料
0.4 0.8
0.6 0.8 0.2 0.4 0.14 0.20 0.4 0.10 0.4 0.1 0.1 0.6
63 155
50 127 80 96 140 149 85 240 70 250 83 100
1.3~1.6 0.2~0.8
1.5~2.5 0.3~1.0 0.3~0.6 0.1~0.3 0.5~0.7 0.1~0.3 0.8~2.0 0.3~0.6 0.7~1.4 0.4~0.8 0.4~0.6 0.1~0.3
可以通过手糊、模压、缠绕、拉挤等各种工艺制备复合 材料。可根据制品性能要求和成型工艺方法来选择不同 牌号的树脂。 固化时收缩率较大，预浸料贮存期限短，含苯乙烯，有刺 激性气体，长期接触对身体健康不利。树脂的耐热性差。 但价格便宜、制备工艺性好。 广泛应用于电器、建筑、防腐、交通等诸多领域。
环氧树脂（EP）
聚酯
尼龙66
ABS树脂
高强度高模量纤维增强塑料
各种高强、高模纤维增强复合材料性能
常用的热固性树脂其它物理性能
热固性高聚物一直在连续纤维增强树脂基复合材
料中占统治地位。不饱合聚酯树脂、酚醛树脂主
要用于玻璃增强塑料，其中聚酯树脂用量最大，
约占总量的80％，而环氧树脂则一般用作耐腐蚀
性或先进复合材料基体。
传统的聚合物基体，固化前热固性树脂粘度很 低，宜于在常温常压下浸渍纤维，并在较低的 温度和压力下固化成型；固化后具有良好的耐 药品性和抗蠕变性。缺点是热固性树脂所用的 预浸料需要低温冷藏，且贮存期较短；成型周 期长，材料的韧性差。
35 85
21 90 70 110 95 200 130 200 110 260 67 130
45 60
20 35 100 130 88 150 130 150 34 170 80 100
聚合物基复合材料(PMC)
05
PMC的制造设备与工具
预处理设备
混合设备
用于将各种组分（如树脂、填料、增强材料等） 混合均匀，形成预浸料或浆料。
切割和裁剪设备
用于将纤维材料切割成所需的尺寸和形状，以便 与树脂进行混合。
清洁和干燥设备
用于确保所有原材料在使用前都已清洁并干燥。
复合设备
热压成型机
用于将预浸料或浆料在高温和压力下固化，形成复合材料部件。
切割与加工
根据需要，对复合材料进行切割、 打磨、钻孔等加工，以满足实际应 用需求。
质量检测
对复合材料进行外观、尺寸、性能 等方面的检测，确保其符合设计要 求。
03
PMC的性能与优化
力学性能
1 2 3
高强度和刚度
聚合物基复合材料具有较高的抗拉、抗压和抗弯 强度，以及良好的刚性，能够满足各种复杂应力 条件下的应用需求。
复合工艺
层叠铺放
根据设计要求，将预浸料 层叠铺放在模具或制件上。
热压成型
在一定温度和压力下，使 预浸料熔融流动并均匀填 充模具或制件，形成致密 的复合材料。
固化
使聚合物基体在一定温度 和压力下进行固化反应， 形成稳定的复合材料。
后处理工艺
冷却
将热压成型的复合材料缓慢冷却 至室温，防止材料内部产生应力。
聚合物基复合材料 (PMC)
• PMC的概述 • PMC的制造工艺 • PMC的性能与优化 • PMC的设计与选材 • PMC的制造设备与工具 • PMC的市场与发展前景
目录
01
PMC的概述
PMC的定义与特性
定义
聚合物基复合材料（PMC）是由两种或两种以上材料组成的一种复合 材料，其中一种材料为聚合物基体，其他材料为增强剂或填料。
聚合物基复合材料-1-2章要点
③按复合材料的性能分类
结构复合材料 功能复合材料 智能复合材料
2. 聚合物基复合材料 以有机聚合物为基体，纤维类增强材料为增强 剂的复合材料。 聚合物基体：作粘结剂，可使载荷分布均匀，并 传递到纤维上。 增强材料：纤维类，可使材料承受压缩和剪切。
聚合物基体：热固性树脂、热塑性树脂 热固性树脂：环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂 热塑性树脂：PP、PA、ABS、PC、PET、POM 等 增强材料：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等 形态：长纤维（布、带、毡） 热固性树脂 长纤维、短切纤维 热塑性树脂
②按分散相的形态和配置分类
弥散强化复合材料 颗粒增强复合材料 颗料分散相复合材料 薄片增强复合材料 单项纤维复合材料 非纺织纤维层复合材料 连续纤维复合材料 料 复合材料 三相及多相纤维复合材 三相织物层合复合材料 纤维状分散相复合材料 随机排列 晶须复合材料 定向排列 不连续纤维复合材料 随机排列 短切纤维复合材料 定向排列
在体内不产生劣化和分解。
玻璃纤维增强环氧树脂是GFRP中综合性能最好 的；玻璃纤维增强酚醛树脂是GFRP中耐热性较 好的；玻璃纤维增强不饱和聚酯是GFRP中加工 性较好的。 看 P118 页 表2-1-1 各种玻璃钢与金属性能的 比较。 ②玻璃纤维增强热塑性塑料（FR-TP）
玻璃纤维（短切纤维或长纤维 ）作为增强材料，热塑 性塑料为基体的纤维增强塑料。
4.混杂纤维复合材料
①定义：两种或两种以上纤维混杂增强一种基体 所构成的复合材料。 如：碳纤维+玻璃纤维 意义：节约成本，实现较宽的物理和力学性能， 达到单一纤维不能达到的单项或组合性能。 ②结构形式 两种纤维在混杂复合材料中的分布 看P127 图2.1.4
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考试题型一、填空题（1分*10题=10分）二、判断题（1分*6=6分）三、名词解释（4分*5=20分）四、简答题（8分*8题=64分，含1道计算题）第一章聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展1.什么是复合材料？与金属材料相比有何主要差别？答：定义：复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。
它既保持了原组分材料的主要特色，又通过符合效应获得原组分所不具备的的新性能。
可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并充分并联，从而获得新的优越性能，这与一般的简单的混合有本质的区别。
与金属材料的区别：2.复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？答：优点：1）比强度、比模量高；2）耐疲劳性好，破损性能高；3）阻尼减振性好：a.受力结构的自振频率除了与结构本身形状有关以外，还与材料的比模量平方根成正比；b.复合材料具有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振；c.复合材料机体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料得振动阻尼很高，一旦振起来，也可在较短时间内停下来。
4）具有多种功能性：a.瞬时耐高温性、耐烧蚀性好；b.优异的电绝缘性能和高频介电性能；c.良好的摩擦性能；d.优良的腐蚀性，维护成本低；e.特殊的光学、电学、磁学的特性。
5）良好的加工工艺性；6）各向异性和性能的可设计性。
主要问题：工艺方法的自动化、机械化程度低，材料性能的一致性和产品质量的稳定性差，质量的检测方法不完善，破坏模式不确定和长期性能不确定，长期耐高温和环境老化性能不好等。
3.简述复合材料的组成。
界面为什么也是一个重要组成部分？答：复合材料是由基体材料和增强体材料构成的多项体系。
基体材料为连续相，按所用基体材料的不同，可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和聚合物基复合材料。
增强材料为分散相，通常为纤维状材料，如玻璃纤维、有机纤维等。
原因：界面也是重要组成部分的原因是因为增强相与基体相的界面区域因为其特殊的结构组成，这种结构对材料的宏观性能产生影响，因此也是不可缺少的重要组成部分。
4.什么是先进复合材料（ACM）？答：具有质轻、高比模量、高比强度等优良性能的的纤维复合材料称为先进复合材料(ACM)。
第二章增强材料1.为什么玻璃纤维与块状玻璃性能不同？纤维的粗细对其强度有什么影响？为什么？答：块状玻璃比玻璃纤维本身尺寸大，其内部和表面存在较大缺陷的概率增大，而材料破坏就是由最危险或尺寸最大的裂纹导致的，所以块状玻璃壁纤维的强度低得多。
而且玻璃纤维具有以下特点：1）玻璃纤维的体积效应或尺寸效应，即：体积或尺寸越大，测试的强度越低。
2）玻璃纤维强度的分散性较大；3）玻璃纤维强度受湿度影响。
吸水后，湿态强度下降。
4）玻璃纤维的拉伸模量较低。
2.制备玻璃纤维时，为什么要使用浸润剂？主要有哪三类浸润剂？各有什么不同？答：浸润剂的作用在于：使单丝集束，便与后续的并股、纺织等工序；防止原纱缠绕成卷时，纤维相互粘结；保护纤维，防止纺织时，纤维的表面磨损而降低强度。
浸润剂的类型有如下三类：1）纺织型浸润剂。
纺织型浸润剂具有良好的集束性、润滑性、成膜性和抗静电性。
主要用于玻璃纤维纺织加工制品。
2）增强型浸润剂。
增强型浸润剂是专门为生产增强用玻璃纤维而发展起来的，主要是为了改善树脂对纤维的浸润性，提高树脂与纤维的粘结力。
3）化学处理剂。
在制备玻璃纤维的过程中，直接采用玻璃纤维的化学处理剂作为浸润剂，这就是玻璃纤维的前处理法，常用于高性能无捻玻纤纱等制品。
3.什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？答：原纱：是指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱；市购的或用于织布的玻璃纱一般是原纱退绕后加捻或不加捻的合股纱。
单丝：支数：指1g原纱的长度（m）。
支数越大表示原纱越细。
特：指1000m原纱的质量。
tex数越大，纱越粗。
旦：指9000m原纱的质量。
den数越大，纱越粗。
合股数：几根原纱合并起来的原纱根数即为合股数N。
捻度：捻度表示纱的加捻程度，指每米原纱的加捻数，即捻/m。
芳纶：芳香族聚酰胺纤维统称芳纶。
比强度：材料的强度与密度的比值。
4.根据哪些指标来判断纱的粗细？如何判断？牌号6-80/2中各数字的含义是什么？6-80/2与6-160/4两种规格的无碱纱中，哪种纱粗些？15特的原纱与80支的原纱相比，哪种纱粗些？答：判断原纱粗细的指标有支数β、特（tex）和旦。
支数越大表示原纱越细。
tex数越大，纱越粗。
den数越大，纱越粗。
牌号6-80/2中各数的含义：6表示单丝直径df 为6μm，原纱支数β位80，股数N为2。
6-80/2的纱粗些。
β=1000/15=66.7<80,故15特的原纱更粗。
5.为什么玻璃布的强度比单丝强度要低得多？答：布的断裂强度σb实际上也表示了布中纤维的拉伸强度。
由于布中的玻璃纤维经过纺织以及在布中呈现弯曲及扭曲状态，其拉伸强度要低于玻璃纱的强度。
6.在PAN法制备碳纤维的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化三个过程？这三个处理过程对碳纤维的性能有什么影响？答：PAN原丝的预氧化处理预氧化的目的就是为了防止原丝在碳化时裂解，通过氧化反应使得纤维分子中含有羟基、羰基，这样可在分子间和分子内形成氢键，从而提高纤维的热稳定性。
预氧丝的碳化预氧丝的碳化一般是在惰性气氛中，将预氧丝加热至300一1500 ℃，从而除去纤维中的非碳原子(如H、O、N等)。
生成的碳纤维的碳含量约为95％。
碳化过程中，未反应的聚丙烯腈进一步环化，分子链间脱水、脱氢交联，末端芳构化生成氨。
随着温度的进一步升高，分子链间的交联和石墨晶体进一步增大。
PAN的石墨化石墨化过程是在高纯度惰性气体保护下于2000—3000℃温度下对碳纤维进行热处理。
碳纤维经石墨化温度处理后，纤维中残留的氮、氢等元素进一步脱除，碳一碳重新排列，层面内的芳环数增加，层片尺寸增大，结晶态碳的比例增加。
7.对生产CF的PAN原丝的质量有什么要求？（P36）答：1）碳化过程不熔融，能保持纤维形态；2）碳化收率较高（碳化收率即制备出的碳纤维与原丝的质量比，他是碳纤维制造过程中重要的经济技术指标）；3）碳纤维强度、模量等性能符合要求；4）能获得稳定连续长丝。
8.简单描述一下碳纤维的结构。
结构对碳纤维的性能有什么影响？答：9.Ⅰ型碳纤维和Ⅱ型碳纤维在结构与性能上有什么不同？答：答：结构：碳纤维的模量随碳化过程处理温度的提高而提高，这是因为随碳化温度升高，结晶区长大，碳六元环规整排列区域扩大，结晶取向度提高。
经2500℃高温处理后，称高模量碳纤维——Ⅰ型碳纤维。
碳纤维的强度随处理温度升高，在1300-1700℃范围内，强度出现最高值，超过1700℃后处理，强度反而下降，这是由于纤维内部缺陷增多、增大所造成的，碳纤维的强度与其内部缺陷有关，内部缺陷越大，强度越低。
在1300-1700℃范围内处理的碳纤维强度称为高强度碳纤维或Ⅱ型纤维。
性能：Ⅰ型CF模量最高，强度最低，断裂伸长率最小，密度最大；Ⅱ型CF模量介质中，强度最高，断裂伸长率最大，密度最小。
10.比较CF、GF和KF性能上的差异？答：CF和GF比较：CF在空气下的耐热性比GF差，CF不像GF那样在湿空气中会发生水解反应，其耐水性比GF好。
Σfu：S-GF最高，Ⅰ型CF最低，E-GF与Ⅱ型CF差不多。
Ef：Ⅱ型CF是GF的3倍，Ⅰ型CF是GF的5-7倍；CF密度小，断裂伸长率低。
KF与GF的比较：KF韧性比CF好，强度与S-GF、CF-Ⅱ相当，断裂伸长率高于CF，低于GF；密度低于CF、GF，界面粘结性比CF差，介电性能比GF好，模量比CF低。
11.影响碳纤维强度的主要因素是什么？答：影响碳纤维强度的主要因素是温度。
CF强度随处理温度升高，在1300-1700℃后，强度反而下降，这是由于内部缺陷增多、增大造成的。
12.Nomex纤维与Kelvar-49的化学纤维结构式有什么不同？13.杜邦公司的新芳纶纤维Kelvar-49在性能上有什么主要特点？答：1）力学性能 ( 弹性模量高；( 强度高；(σ-ε曲线为直线，具有脆性材料特征，断裂伸长率εfu为2.5%，高于CF，低于GF。
④密度最小；⑤良好的韧性；⑥各向异性；⑦抗压性能、抗扭性能较低；⑧强度分散性大；⑨防止性能好；⑩抗蠕变性、抗疲劳性好。
2）热性能：Kelvar-49具有良好的热稳定性和良好的耐低温性。
3）化学性能除强酸强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。
4）其他性能。
①芳纶与树脂的界面粘性不好，甚至比CF差。
②芳纶的介电性能比GF好，可做雷达罩透波材料。
14.Kelvar纤维结构是什么？它是如何影响纤维性能的？答：1）模量高。
结构含有大量苯环，分子链刚性大，使分子链难以旋转。
高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态，形成棒状结构，并具有极高结晶度，从而使纤维具有很高的模量。
2）强度高。
聚合物的线形结构使分子间排列的十分紧密，分子链堆积密度大，单位面积的分子链数目多，纤维具有较高的强度。
3）各向异性。
沿纤维方向是强的共价键，而在纤维的横向是较弱的氢键，是纤维力学性能各向异性的主要原因。
4）韧性比CF好。
主链有柔性链节。
5）耐热性好，尺寸稳定性好。
由于苯环结构的刚性，高聚物具有晶体的本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性，如不发生高温分解，其热焓不会有很大变化，这又使纤维在高温下不致热塑化。
6）耐腐蚀性。
这种苯环结构环内电子的共轭作用使纤维具有化学稳定性。
15.比较GF、CF和KF的主要优缺点。
答：第三章基体材料1.简要说明基体在复合材料中的作用。
答：1）基体起着均衡载荷、传递载荷的作用。
2）纤维只有在基体的支撑下才能承受压力，同时基体防止纤维屈曲。
3）在复合材料的生产与应用中，基体起着保护纤维、防止纤维磨损的作用。
4）复合材料的耐热性、耐腐蚀性、阻燃性、抗辐射、耐溶剂及吸湿性，复合材料的工艺性以及制件的成型方法都取决于基体。
2.在选择复合材料应用树脂基体时，主要考虑哪几个方面的问题？答：1）使用性。
使用性时首先要考虑的条件。
2）工艺性。
应考虑树脂基体的操作工艺性，例如，是室温固化还是加热固化，是否需要加压，树脂粘度大小，使用周期长短，毒性大小等。
3）经济性。
例如，原料来源是否丰富，成本高低，是否具有打入市场的竞争力等。
3.环氧树脂、酚醛及不饱和聚酯树脂的固化各有什么特点？对制备工艺有什么影响？答：1）酚醛树脂固化：A阶段（可溶、可熔）——B阶段（转变阶段）——C 阶段（不溶、不熔）。
固化阶段界限明显，干法工艺可根据固化阶段性把浸渍和压制分别在不同的工段进行。
2）不饱和聚酯树脂：不饱和聚酯在湿法工艺中，其固化阶段分为凝胶、定型、和熟化三个阶段。
固化阶段不明显，一般采用从粘流态树脂到固化定型一次完成的工艺方法。