复合材料作业题 整理版

•复合材料的定义？答:用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种材料。

•什么是先进复合材料？答：60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大、比模量大。

为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。

•不饱和聚酯和不饱和聚酯树脂的定义？答：（1）不饱和聚酯是不饱和二元羧酸(或酸酐)和饱和二元羧酸〔或酸酐)组成的混合酸，与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。

（2）在聚酯化缩聚反应结束后、趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。

不饱和聚酯+交联单体＝不饱和聚酯树脂。

•什么是酸值？答：酸值是表征树脂中含有的未反应的羧基量大小的性能指标，常用每克树脂所消耗的KOH毫克数来表示，它反映缩聚反应程度的大小，且与粘度有关。

•列举3-4种不同类型的环氧树脂，并说明其结构与性质的关系？答：双酚A型环氧树脂（简称DGEBA树脂）：是目前应用最广的环氧树脂，约占实际使用的环氧树脂中的85%以上。

其化学结构式为：•简述环氧树脂通过逐步聚合反应的固化过程，并写出相应的反应式？答：(1)多元伯胺与环氧基反应生成仲胺伯胺与环氧树脂通过上述逐步聚合反应历程交联成复杂的体形高聚物。

•简述热固性酚醛树脂与热塑性酚醛树脂的区别？答：热固性酚醛树脂的合成是用碱性催化剂，例如氢氧化纳、氢氧化铵、氢氧化钡、氧化镁等，在苯酚／甲醛的投料摩尔比为1:1.2~1:20之间进行的。

热塑性酚醛树脂的合成是用酸性催化剂，在苯酚与甲醛的摩尔比为1：0.8~1：0.86之间合成的，合成设备与热固性树脂相似。

与热固性不同的是：合成反应结束后要进一步干燥，以除去树脂中的水分、甲醇、催化剂以及未反应的苯酚和甲醛等杂质。

最后树脂在常温下成为松香状的脆性固体•为什么要对酚醛树脂进行改性？答：改性的目的：改善酚醛树脂及其复合材料的性能•高粘结性能•防中子辐射性能。

•耐瞬时高温•提高冲击强度、耐水性、耐碱性、耐热性及电绝缘性。

•改善成型工艺条件•选择金属基体的原则是什么？答：1）、根据金属基复合材料的使用要求，使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。

在航天、航空技术中，要求高比强度和比模量以及尺寸稳定性，宜选用密度小的轻金属合金（如镁合金和铝合金）作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成复合材料。

高性能发动机则要求复合材料有高比强度和比模量，耐高温性能。

此时应选择钛合金、镍合金以及金属间化合物作为基体材料。

在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、高温强度等，同时成本低廉，适合于批量生产，选用铝合金作基体材料与陶瓷颗粒、短纤维组成颗粒（短纤维）/铝基复合材料。

工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。

因此，选用具有高导热率的银、铜、铝等金属为基体与高导热性、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合成具有低热膨胀系数和高导热率、高比强度、高比模量等性能的金属基复合材料。

2）、根据金属基复合材料组成特点选用不同类型的增强材料如连续纤维、短纤维或晶须，对基体材料的选择有较大影响。

在连续纤维增强的复合材料中，基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。

选用纯铝或含有少量合金元素的铝合金作为基体对于非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）金属基复合材料，基体的强度对复合材料具有决定性的影响，因此，要选用较高强度的合金来作为基体。

一般选用高强度铝合金（如A365，6061，7075）为基体3）、基体金属与增强物的相容性化学相容性首先，由于金属基复合材料需要在高温下成型，制备过程高温状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成脆性的反应层。

反应层达到一定厚度后，材料受力时将会因界面层的断裂伸长小而产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤维断裂，导致复合材料整体破坏。

选用基体合金成分时充分考虑，尽可能选择既有利于金属与增强物浸润复合，又有利于形成合适稳定的界面合金元素。

物理相容性中最重要的是要求纤维和基体的热膨胀系数匹配。

如基体的韧性较强、热膨胀系数也较大，复合后容易产生拉伸残余应力，而纤维多为脆性材料，复合后容易产生压缩残余应力。

在选择金属基复合材料的组分材料时，为避免过高的残余应力，要求增强纤维与基体的热膨胀系数不要相差很大。

•陶瓷基体的种类及特性？答：1）按材料作用分类•结构CMC：用于制造各种受力构件；•功能CMC：具有各种特殊功能如光、电、磁、热、生物、阻尼、屏蔽等）。

2）按增强材料形态分类•颗粒增强CMC：延性（金属）颗粒增强、刚性（陶瓷）颗粒增强；•纤维（晶须）增强CMC：碳纤维、硼纤维，石墨晶须、SiC晶须、Si3N4晶须；•片材增强CMC：层片状陶瓷结构单元和界面分隔层组成。

陶瓷结构单元一般选用高强的结构陶瓷，如SiC、Si3N4、Al2O3、Z rO2，分隔层选用耐高温且与陶瓷基体匹配性良好的材料，如石墨、BN等3）按基体材料分类•氧化物基CMC：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO基CMC等；•非氧化物基CMC：SiC、B4C、TiC、Si3N4基CMC；•微晶玻璃基CMC：向玻璃组成中引入晶核剂，通过热处理、光照射或化学处理等手段，使玻璃内均匀地析出大量微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。

影响C MC性能的主要因素如下：（1）增强材料品种的影响（2）纤维与基体的结合强度的影响（3）纤维排布的影响（4）其他影响因素•什么是手糊成型工艺？手糊成型工艺的优缺点？答：手糊成型工艺(Hand Lay-up Molding)是手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替地铺层在已被覆好脱模剂和胶衣的模具上，然后用压辊滚压压实脱泡，最后在常温下固化成型为复合材料制品。

手糊成型工艺优点：（1）不需要复杂的设备和模具，投资低；（2）生产技术容易掌握，且产品不受尺寸形状的限制，适合小批量和大型制件的生产；（3）可与其他材料如金属、木材及塑料泡沫等同时复合制成一体手糊成型工艺的缺点：（1）生产效率低，周期长，工作环境差，故对于大批量车型的产品不太适合。

（2）此外，由于这种工艺与操作人员的技能水平和制作环境条件有很大的关系，受此影响，在我国，由手糊成型工艺生产的汽车零部件的质量往往不够稳定，从而影响了汽车复合材料的声誉。

•喷射成型技术原理及其优点？答：喷射成型工艺原理：将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均勾混合，沉积到模具上。

与手糊成型工艺相比，喷射成型工艺的效率提高了2～4倍甚至更高。

优点：（1）无捻粗纱代替手糊工艺的玻璃纤维织物，材料成本更低；（2）成型过程中无接缝，制品的整体性和层间剪切强度更好；（3）可自由调节产品的壁厚、纤维与树脂的比例以及纤维的长度，因而满足了零部件的不同机械强度要求。

喷射成型工艺具有效率高、成本低及产品尺寸形状不受限制的优点，在国外汽车复合材料行业中，有逐步取代传统的手糊成型工艺的趋势。

•树脂传递模塑成型的原理？优缺点有哪些？答：树脂传递模塑成型简称RTMRTM的基本原理：将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模，得到两面光滑的复合材料制品。

优点：①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模产品生产(20000件/年以上)；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况合理铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少;⑥建厂投资少，上马快。

RTM工艺也存在一些不足：（1）双面模具的加工费用较高；（2）预成型坯加工生产设备的投资大；（3）对原材料(树脂和玻纤材料)和模具质量的要求高。

•什么是模压成型工艺？及其优缺点？答：模压成型工艺(Compression Molding)是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。

它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。

模压成型的优点：•产效率高，便于实现专业化和自动化生产；•产品尺寸精度高，重复性好；•表而光洁,无需二次修饰；•能一次成型结构复杂的制品•因为批量生产价格相对低廉模压成型的缺点：在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，一般适合于大批量生产中小型复合材料制品。

随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展，压机吨位和台面尺寸不断增大，模压料的成型温度和压力也相对降低，使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。

•缠绕成型工艺的原理和分类？答：缠绕成型工艺(Filt Winding)是将浸过树脂胶液的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。

根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种16.喷射成型技术原理及其优点？a喷射成型工艺原理：将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均勾混合，沉积到模具上。

b优点：无捻粗纱代替手糊工艺的玻璃纤维织物，材料成本更低；成型过程中无接缝，制品的整体性和层间剪切强度更好；可自由调节产品的壁厚、纤维与树脂的比例以及纤维的长度，因而满足了零部件的不同机械强度要求。

17.树脂传递模塑成型的原理？优缺点有哪些？（1）RTM的基本原理：将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模，得到两面光滑的复合材料制品。

（2）优点：①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模产品生产(20000件/年以上)；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况合理铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少;⑥建厂投资少，上马快。

RTM工艺也存在一些不足：双面模具的加工费用较高；预成型坯加工生产设备的投资大；对原材料(树脂和玻纤材料)和模具质量的要求高。

本文综述了芳纶纤维的结构、分类及性能。

芳纶纤维表面改性的物理化学法。

详细综述了了芳纶纤维增强环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚乙烯、丁腈橡胶、天然橡胶等复合材料。

以及芳纶纤维增强的复合材料的应用领域。