抗辐射复合材料

应用3
耐放射性辐射陶瓷材料
用于制作贮存放射性核废料的容器
萤石
抵抗放射性作用下的破坏过程
等离子体面对材料
晶格中排列着柔性分子，在受辐照时， 使自身结构发生可逆的弯曲和移位， 有效阻止辐射引起的形变 几百年内抵抗强辐射 保持密封隔绝性能
碳纤维复合材料
辐射类型
紫外线 X射线
波长逐渐变短
γ射线
中子辐射
研制用于宇航，核电站，电磁杂波防护等的复合材料
环氧树脂基复合材料 单边缺口弯曲实验（SENB） 玻璃纤维布增强环氧复合材料 双悬臂梁实验（DBC） 玻璃纤维布增强环氧复合材料 冲击后压缩实验（CAI） 微胶囊和潜伏固化 剂对复合材料自修 复性能和力学性能 的影响
题目讲解
磁性复合材料中的磁性功能体一般为粒状， 即磁粉，主要包括哪两类 ？ 功能复合材料包括哪些种类？
防辐射功能复合材料
抗辐射复合材料
在高剂量辐射能量照射下， 能长时间使用的复合材料
电离辐射
天然辐射
宇宙射线 地球放射性元素 核工业 医学治疗
人工辐射
核辐射
核能是能源可持续发展的 希望，核裂变与核聚变
放射性物质所放射出的α射线，β 射线，γ 射线和中子 α射线
β射线 γ射线
氦核，质量大，电离作用强
+2 β衰变产生，正电子流或负电子流
SiC
防弹复合材料
为阻挡弹丸，弹片和 射流等的侵彻而设计 制造的一类复合材料
防弹复合材料装甲结构的类型与用途
单纯的纤维织物
不加树脂，只通过缝纫方法将多层平面织物缝合，或将 纤维经三维，多维编织而成，软装甲。 人体防护，手枪或软金属弹的防护，易内伤
复合材料层合板
由树脂和纤维，织物复合而成 单独防护，全复合材料靶板 作为背板与陶瓷复合构成陶瓷/复合材料装甲
请阐述树脂基防热复合材料的烧蚀防热原理 和碳/碳防热复合材料的优点。
磨檫复合材料包括哪几类？由哪些组分组成？其特点有哪些？
复合材料根据基体的不同可分为哪些？
稀土类磁粉发展的四个阶段？ 导电复合材料按照基体和导电体可分为哪些？ 羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的制备方法？ 自修复复合材料的种类？
植物纤维/大豆油基复合材料中的大豆油功能基团的改性 ？
防紫外线织物
纤维法：利用具有防紫外线功能的纤维生产织物 后处理法：用含屏蔽剂的溶液或胶粘剂对成品纤维或 织物进行浸渍或涂覆处理 交联剂将屏蔽剂的分子与纤维大分子连接 胶粘剂将屏蔽剂机械的黏附在纤维上
O
X射线
防X射线复合材料
一般为含铅的玻璃，有机玻璃以及橡胶等
X射线沉积在物质内
基体常用聚丙烯等，屏蔽剂为铅和钡等重金属化合物 防热-抗辐射复合材料 X射线 材料
优势
技术相对成熟 生产容易得到 微胶囊容易分布于基体中 小粒子能起到增韧作用 修复剂粘度尽可能低，流动性好 修复体系的储存时间长，寿命长 聚合迅速，修复较快
修复剂体系要求
胶囊要求
粒径大小合适 胶囊的壁厚适中 刚度要适中
胶囊性质表征 微胶囊的制备 基体的固化工艺
潜伏固化剂的制备 潜伏固化剂固化动力学
急剧升温
应力波
稀土元素的氧化物 塑料薄膜闪烁器
拉应力使防热材料失效
防中子辐射复合材料
中子具有很强的穿透力，在空气和其他物质中可以传播很远的 距离，对人体的危害远大于X射线和γ射线 能阻挡X射线和γ射线的材料，往往不能阻挡中子 快中子的散射和减速 慢中子被吸收后放出共化粒子或γ射线 防中子辐射纤维 聚合物基防中子辐射复合材料 高分子弹性体 快中子慢化剂 慢中子吸收剂 γ射线屏蔽剂
防紫外线复合材料
原理
180 – 400 nm的电磁波 选择吸收作用 反射作用
防紫外线纤维
具有抗紫外线破坏能力的纤维 含有紫外线屏蔽剂的纤维
-CN
防紫外线织物
织物上施加一种能屏蔽紫外线的物质， 该物质对织物的使用性能影响小
防紫外线涂料
成膜树脂，高效紫外线吸收剂，自由基捕获剂
防紫外线纤维
本身具有抗紫外线破坏能力，含紫外线屏蔽剂 紫外线屏蔽剂：具有吸收或反射紫外线作用的物质 无机：反射或散射作用，无光能的转化 高岭土，滑石粉，CaCO3，Fe2O3，ZnO，TiO2
抗菌塑料由什么组成？ 阻燃复合材料的阻燃机理？ 热适应复合材料的组成？
什么叫光导纤维？光在光导纤维中传播数据的 基本原理是什么？画出光导纤维结构的示意图
本征导电复合材料可分为电子导电复合材料， 离子导电复合材料和氧化还原型导电复合材料。 请简述其电子导电机制
石英光纤的主要成分是什么？生产石英光纤所需要的 主要原料有哪些？光纤生产工艺主要包括哪两个过程？ 说明金属基阻尼复合材料的阻尼性能与哪些因素有关？ 如何提高碳/碳防热复合材料的抗氧化能力？ 热适应复合材料的热导率与哪些因素有关？ 摩阻复合材料和减摩复合材料各有什么特点？ 请分别举出一些有代表性的摩阻和减摩复合材料。
复合材料损坏的过程 基体损伤 增强纤维和基体脱层 增强纤维断裂
超声波和射线照相术等无损检测
生物体受到损伤后的自愈合功能
自修复模型提出
自修复模型的提出
材料的损伤，特别是那些内部不能被探测到的损伤在不使用 外加修补材料的情况下，能得到一定程度的修复。
保持材料的机械强度，消除隐患，延长使用寿命
混凝土
自修复模型的种类
陶瓷/复合材料装甲 最有效的轻质复合 防弹装甲体系
复合材料背板 陶瓷板
防弹复合材料组分
防弹纤维
尼龙纤维 玻璃纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维 Al2O3，B4C，SiC，TiB2 PBO纤维
防弹陶瓷
破碎弹体 阻挡和磨蚀弹体 改变弹体运动方向
防弹性能影响因素
纤维种类 弹击速度
树脂基体种类与含量
性能急剧降低 能在高温和低温工作 承受高辐射
氰酸酯树脂复合材料
应用2
陶瓷纤维增强复合材料
高抗辐射陶瓷+少量环氧树脂
SiC/SiC 复合材料 采用结晶的且配比更理想的纤维 改变纤维与基体间的界面 改变基体加工路线 改变纤维结构 尖晶石MgO•nAl2O3 聚合物浸渍和热解法 大规模生产 降低成本 SiC基体为无定型 含碳量过高
电流体力学原理修复材料
导电层
绝缘层破坏
绝缘粒子层
电极系统激活
胶状粒子集中在损伤处 实现自修复
液芯纤维型自修复
埋入基体的液芯纤维于裂纹扩展 时释放修复物质治愈裂纹
中空玻璃纤维增强复合材料 中空玻璃纤维中Βιβλιοθήκη Baidu入修复剂 实现损坏前期的自修复
中空玻璃纤维/玻璃纤维/环氧树脂复合材料
纤维与基体材料的匹配问题
液芯纤维型自修复
导致材料内部损伤的因素
修复剂释放的驱动力 空芯纤维 封入纤维内的化学试剂 修复剂的加工处理及固化方法
纤维管与基材的匹配 修复前后的强度变化
纤维管的数量
微胶囊型自修复
将微胶囊化的修复剂包埋于基体材料中 将引发剂，催化剂直接或微胶囊化包埋于基体材料中 裂纹 囊壁破裂 释放到裂纹中 固化修复
微胶囊型自修复
织物结构 面密度
防弹性能以材料对弹丸或弹片 动能吸收程度来衡量 防弹材料的能量吸收受材料的 结构形式与特性影响
纤维类型的影响
防弹性能主要由纤维决定，强度高，模量高，延伸率大，韧性好 在高应变率下性能好 尼龙 软化，破坏前呈大变形，可吸收一定能量 Kevlar纤维 破坏前发生塑性变形，沿纤维纵向有撕裂现象，可吸收大量冲击能 玻璃纤维 脆性断裂，破坏前延伸率较低，吸能较小 结 构 玻璃为凝固的过冷 液体，呈离子结构 芳纶纤维经液 晶纺丝，氢键 超高分子量聚乙烯 高取向，高结晶
聚合物基磁性复合材料主要由哪三大部分构成？ 复合材料根据基体的不同通常分为哪些？ 组织工程包含哪些？支架由什么构成？水解方式？ 抗辐射复合材料必须能经受哪些？ 自修复材料的修复模式 热适应复合材料的性能 阻燃复合材料的阻燃机理主要包括
本征导电复合材料的基体有哪些？ 按照导电机理可分为哪些种类？请简述其氧化还原型导电机制
画出光导纤维的结构示意图。 什么是阻尼功能复合材料？阻尼的微观机制是什么？ 请简述聚合物基阻尼复合材料的阻尼机理。 什么是烧蚀防热复合材料？防热复合材料有哪些特性要求？ 碳/碳防热复合材料的抗氧化途径有哪些？ 摩阻复合材料由哪些组分构成？这些组分分别有哪些功能？ 减摩复合材料的减摩功能体有哪些种类？
树脂基体及含胶量
耐高温，高韧性，高强度，低模量，低成本
树脂 类型 聚丙稀 聚氨酯树脂 低密度聚乙烯 交联聚异戊二烯 含胶量 双马来酰亚胺树脂 环氧树脂 聚酯树脂
聚乙烯醇缩丁醛改性酚醛树脂
树脂与纤维，纤维与纤维间的粘结性下降 与树脂粘结纤维数量增加，限制变形作用 树脂层变厚，易造成破坏，纤维作用不充分
通过任何物质时，均与物质中的原子发生作用
2
γ射线
光电效应 电子对效应 康普顿效应
低能γ射线，原子序数大的介质 被全部吸收 高能γ射线，原子序数大的介质 中能γ射线，原子序数小的介质
应用1
大型超导磁铁线圈
辐 射
电绝缘性易受高 剂量辐射的影响
足够的电绝缘性 适当的低温机械性能 合理的制造成本
玻纤增强/环氧树脂
颗粒达到纳米级分散时，比表面积增大，表面化学活性高
有机：具有强烈的，选择性吸收高能量紫外线的性质 通过光物理或光化学过程将吸收的能量转换
分子间能量转移，分子内结构变化
含紫外屏蔽剂纤维制备
将紫外屏蔽剂与单体一起共聚得到防紫外线聚合物 浸渍，印花，涂层等，直接黏附在纤维上 共混熔融纺丝 要求 屏蔽剂与纤维有良好的相容性，屏蔽剂不升华， 不分解，对人体安全，粒径小，对纤维质量影响小
智能传感型自修复 液芯纤维型自修复 微胶囊型自修复
热可逆交联反应型自修复
智能传感型自修复
由包括传感器，控制器和执行器以及信息处理等部分组成的 功能系统埋入材料中，使其具备敏感环境变化的自判断性， 自适应性，自修复性等功能。
制备复合材料 光纤自修复体系 压合力，修复
光纤被拉伸
相位差
发热，软化基体
电场下的自修复模型
复合材料由什么组成？ 可降解吸收高分子包括哪些？合成的高分子包括哪些？ 复合材料的反弹性能与哪些因素有关？ 抗辐射复合材料包括哪些？ 阻燃复合材料的阻燃剂包括哪些？
阻燃复合材料中的阻燃剂包括哪些？
分别写出导电聚乙炔和导电聚苯胺的结构式 什么叫光导纤维？光在光导纤维中传播数据的基本原理是什么？ 画出光导纤维结构的示意图 阻尼复合材料的阻尼原理是什么？ 金属基阻尼复合材料的阻尼性能与哪些因素有关？
抗辐射能力与材料组分有关 无机材料 重金属化合物 稀土金属氧化物 纤维增强材料 分子主链上含有芳环 陶瓷粉末 树脂基体
抗辐射性能的参数表达
吸收剂量（D）：单位质量的物质所吸收的电离辐射的平均能量 D = dE/dm, Gy 戈瑞 屏蔽率 光照射到物体上出现透射，反射，吸收 反射率和吸收率之和，即屏蔽率 = 1 – 透射率 线性衰减系数 单位体积内所有原子的微观截面之和为宏观截面，μ
过低 过高
面密度影响
V
面密度越大，弹道吸能越大
弹速
芳纶纤维复合材料的能量吸收增加 玻璃纤维复合材料的能量吸收增加 DyneemaUD66复合 材料的能量吸收减小
弹道性能理论分析模型
物理模型 面密度统计模型 能量分配模型
自修复功能复合材料
一方面在现有加工条件下，材料内部不可避免地存在着微裂纹、 杂质、微孔隙等微观缺陷；另一方面在材料的使用过程中，也 经常受到外力冲击等破坏，使其在内部产生微裂纹。