复合材料复习题全.docx

1、 人类发展史与材料史
人类为了寻求生存和发展，企求用理想材料制成新工具的愿望总是伴随历史的发展不停探索不停前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展的历史息息有关。 研究人类历史的人们都可以清晰地懂得，人类历史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应用分不开的。
2.历史学家对材料史的划分
石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。
其后人类又发明了高分子材料、先进复合材料和智能材料。
3.科学中的复合材料 a.复合是自然界的基本规律b.复合是科学的基本思想 c. 材料的复合化是材料发展的基本趋势
4.复合材料的概念
复合材料，是由两种或两种以上不一样性质的材料，通过物理或化学的措施，在宏观上构成具有新性能的材料。
5.复合材料的分类
1.复合材料按其构成分为：金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。2.按其构造特点又分为：纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料。3.复合材料按基体材料分类：树脂基，分为热固性和热塑性；金属基；陶瓷基，分为炭基、玻璃基和水泥基。4.复合材料按功能分类：构造复合材料和功能复合材料
6.复合材料的性能特点
长处：a .比强度和比模量高b.良好的抗疲劳性能。c .减振性能好
d.高温性能好 e.各向异性和性能可设计性f.材料与构造的统一性g.其他特点，过载时安全性好、具有多种功能性、有很好的加工工艺性
缺陷：稳定性稍差，耐温和老化性差，层间剪切强度低等
7.几种新型复合材料的概念
v 热电材料是一种能将热能和电能互相转换的功能材料。
v 压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
v 隐身材料是一种新近出现的具有隐蔽自己的功能的材料, 隐身材料可以减少被探测率，提高自身的生存率，是隐身技术的重要构成部分。按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身构造材料
v 光致变色材料，是指受到光源激发后可以发生颜色变化的一类材料 。
v 吸声材料，是具有较强的吸取声能、减低噪声性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸取作用的材料，超声学检查设备的元件之一
v 智能材料，是一种能感知外部刺激，可以判断并合适处理且自身可执行的新型功能材料。
v 机警材料 能检知环境变化，并通过变化自身一种或多种性能参数对环境变化作出响应， 使之与变化后的环境相适应的材料
8.复合材料的发展史
复合材料的几种发展阶段：天然复合材料、老式复合材料、通用复合材料、先进复合材料
9.先进复合材料
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，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。按基体材料不一样，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料
12.金属材料的工艺性能：铸造性能重要指液体金属的流动性、凝固过程中的收缩和偏析倾向，以及气体的吸取和排除等。 压力加工性能包括充填模具所需要的固态流动性，对模壁的摩擦阻力，对氧化起皮的抗力，热裂趋势，冷变形时形变硬化趋势，不均匀变形的趋势。 焊接性能包括可焊性、熔接合金成分的变化、吸气性及氧化性、内应力及冷热开裂倾向、热影响区的组织变化及晶粒长大趋势等。 切削加工性能指切削速度、切削表面光洁度、刀具寿命及切削功耗等。 热处理性能包括淬硬性、淬透性、淬火变形趋势、表面氧化及脱碳趋势、热导率、晶粒长大趋势、回火脆性等。
16.铸造铝合金和变形铝合金的差异：铸造铝合金硅元素的最大含量超过多数的变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除具有强化元素外，还必须具有足够的共晶型元素（一般是硅），以使合金有相称的流动性，易于填充铸造时铸件的收缩缝。变形铝合金是铸锭通过冷热压力加工后形成多种型材。因此，规定合金具有优良的冷热加工工艺性能，组织中不容许有过多的脆性第二相。 ///铸造铝合金合金元素含量比变形铝合金元素高、、铸造铝合金组织粗大，有严重的晶内偏析和粗大针状化合物。。
18,Cu中杂质的影响：工业纯铜中常见的杂质元素有O、S、Pb、Bi、As、P等，它们对铜的机械与物理性能以及加工工艺性能均有很大的影响。当杂质元素含量超过其在Cu中的极限溶解度，出现多相构造时，则不仅明显减少导电、导热性，并且明显减少塑性变形能力。
铅和铋基本不溶于铜，微量的铅和铋均能与铜形成低熔点的共晶组织，共晶组织分布在晶界上，热加工时这些低熔点的共晶组织先熔化，使晶粒结合强度减少，在加工过程中导致热脆性。 砷能全溶于铜中，对铜的塑性变形能力影响不大，但他提高纯铜的强度、硬度，减少铜的导电、导热洗性。 氧和硫都是有害杂质，他们与铜形成Cu2O和CuS，以粒状共晶体形式分布在铜晶粒内和晶界上，在冷加工时有极坏的影响，能引起冷脆性，使铜的冷加工性能变坏。具有氧的铜在具有氢气或一氧化碳等还原性气氛中加热时，氢及一氧化碳等气体会扩散渗透铜中与氧气起反应，形成不溶于铜的水蒸气或二氧化碳，在局部地区产生很大的压力，而导致微裂纹，使铜在随即的加工或使用过程中发生破裂，即产生所谓“氢病”。
19.黄铜中Zn含量对性能的影响：当Zn含量不不小于32%时，Zn完全溶于α固溶体中，起固溶强化作用，使黄铜的强度和塑性随Zn含量的增长而提高。当Zn含量超过32%时，由于合金组织中出现脆性的β’相，使塑性下降，而强度继续提高。当Zn含量达45%到47%时，由于合金组织中几乎所有由β’相构成并开始出现γ’相，其强度和塑性急剧减少。
21.硅酸盐水泥的生产过程：硅酸盐水泥的生产技术概括起来叫“两磨一烧”，即生料的配制与磨细；将生料经煅烧使之部分熔融形成熟料；将熟料与适量石膏共同磨细成为硅酸盐水泥。
23.水泥熟料中的成分及作用：熟料中矿物的成分：C3S、C2S、C3A、C4AF
C3S在熟料含量约为37--60%,是书辽宁中的重要成分，C3S单独与水作用的特点是在水化之后初期强度及总强度较高，水化放热较多，凝结硬化快，是决定水泥初期强度和总强度的重要成分，C3S含量越高对水泥强度越有利。
C2S在水泥熟料中的含量约15——37%，C2S单独与水作用的特点是水化速度极慢，水化放热小，初期强度的低，后期强度有增进，是决定水泥后期强度的重要成分。
C3A在水泥熟料中的含量约为7——15%，其水化特点是有极强的水化能力，遇水后很快发生化学反应而迅速凝结。它放热量居几种熟料矿物之首，并且又集中在水化前期，是决定水泥放热的重要矿物，C3A总强度不高，重要在水化前期形成。
C4AF在水泥熟料中的含量约为10——18%，其水化速度仅次于C3A，水化热小，重要在后期放出，初期具有一定强度，但总强度低。
24. 氯化镁的作用及用量：氯化镁溶液（密度为1.2g/cm3）的掺量一般为菱苦土的55%～60%。掺量太大则凝结速度过快，且收缩大、强度低。掺量过少，则硬化太慢、强度也低。此外，温度对凝结硬化很敏感，氯化镁掺量可作合适调整。
26.聚合物的物理性能：高分子化合物的热变形性，聚合物的电绝缘性、绝热、隔音性能，聚合物的老化。
28.复合材料选用聚合物的原则：复合材料选用聚合物要考虑如下原因：1.产品性能2.对纤维应有良好的浸润性和粘附力3.具有良好的工艺性，包括粘度、温度、使用寿命、毒性要低和刺激性要小、来源以便和价格低廉。
31.玻璃纤维的分类：1.以玻璃原料成分分类，这种分类措施重要用于持续玻璃纤维的分类。一般以不一样的含碱量来辨别：(1)无碱玻璃纤维 (2)中碱玻璃纤维 (3)有碱玻璃纤维(4)特种玻璃纤维2．以单丝直径分类，玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不一样可以分为如下几种：粗纤维：30 um；初级纤维：20 um；中级纤维：10 ~ 20 um ；高级纤维：3 ~ 10um (亦称纺织纤维)。3．以纤维外观分类：有持续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于纺织)、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维等。4．以纤维特性分类，根据纤维自身具有的性能可分为：高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、一般玻璃纤维(指无碱及中碱玻璃纤维)。
32.玻璃纤维的构造假说：微晶构造假说的要点：玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子”构成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填充。网络构造假说的要点：玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体互相连成不规则三维网络；网络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状构造是决定玻璃性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。   
33.玻璃纤维的化学构成：玻璃纤维的化学构成重要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。玻璃纤维的化学构成对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用。氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以减少玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中的气泡轻易排除。氧化钠和氢化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性能和化学稳定性都会对应的减少。加入氧化钙、三氧化二铝等，能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性能。总之，玻璃纤维化学成分的制定，首先要满足玻璃纤维物理和化学性能的规定，具有良好的化学稳定性；另首先要满足制造工艺的规定，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。
34.玻璃纤维的力学性能及假说：玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。微裂纹假说认为，玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力，其理论强度很高，但在它们当中，存在着数量不等，尺小不一样的微裂纹，从而大大减少了其强度。
35.影响玻璃纤维强度的原因：A、一般状况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增长。B、拉伸强度也与纤维的长度有关，伴随长度增长拉伸强度明显下降。Ｃ、纤维的强度与玻璃化学成分关系亲密。对于同一系统(即基本组分)来说，部分变化氧化物的种类和数量，纤维强度变化不大(20％—30％)。而变化系统(即变化它的基本组分)，强度会产生大幅度地变化。D、纤维老化的影响，当纤维寄存一段时间后，会出现强度下降的现象，称为纤维的老化。E、纤维的疲劳影响，玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷时间的增长而减少的状况。F、成型措施和成型条件强度的影响，玻璃纤维成型措施和成型条件对强度也有很大影响。如玻璃硬化速度越快，拉制的纤维强度也越高。
36.凯夫拉纤维：凯夫拉纤维的制造过程分为两个阶段：第一阶段由对苯二胺与苯二甲酸酰氯缩聚成对苯撑对二甲酰胺的聚合体（PPTA）；第二阶段是将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制成所需纤维材料。干喷湿纺工艺是采用高浓度、高温度的PPTA液晶溶液在较高的喷丝速度下喷丝，喷丝进入温度低的凝固溶液浴，在凝固液浴中，通过一种纺丝管，在凝固液的作用下形成丝束，绕到绕丝辊上，再经洗涤，在张力下于热辊上干燥。最终在惰性气体中于较高的温度下进行热处理，即得到凯夫拉纤维。
37.界面的定义： A．复合材料中，两相（如纤维和基体）之间某种材料特性出现不持续的区域叫做界面。B.复合材料界面是指复合材料的基体与增强材料之间化学成分有明显变化的、构成彼此结合的、能起载荷等传递作用的微小区域
38.玻璃纤维界面处理的意义：表面处理剂不仅能改善玻璃纤维及织物的性能，并且在玻璃钢中尚有它的独特作用。它既能与玻璃相连，又能与树脂作用；既保护了玻璃纤维表面，又大大的增强了玻璃玻璃与树脂界面的粘结，防止水分或其他有害介质的侵入，减少或消除界面的弱点，改善了界面状态，有效地传递了应力，使玻璃钢这种复合材料的多种材料间能形成一种牢固的整体。同步，使用表面化学处理剂的玻璃钢比未使用处理剂的，其长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性能均有大大改善；机械强度有成倍的提高；耐热性和电性能也有很大改善。 表面处理剂有助于获得良好的粘结界面，改善多方面的性能，并有效抵御水的侵蚀。。
39.偶联剂的作用机理：偶联剂是这样的一类化合物，它们的分子两端一般具有性质不一样的基团，一端的基团与增强体表面发生化学作用或物理作用，另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用，从而使增强体和基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面的性能，并有效地抵御了水的侵蚀。
40.硅烷偶联剂的四个阶段：①开始时在偶联剂Si上的三个不稳定的x基团发生水解； ②随即缩合成低聚体；③这些低聚体与基质表面上的-OH形成氢键；④最终在干燥或固化过程中与基质表面形成共价键并伴伴随少许的水。
41.玻璃纤维（GF）界面处理措施及影响原因: ①后处理法： 处理措施：分两步：（对于“纺织型浸润剂”）第一步除去浸润剂. a、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗，然后烘干。 b、热处理法：（250℃～450℃） 1h。 第二步用表面处理剂处理（规定产品质量较高时），处理环节为:浸渍－水洗－烘干
②前处理法 ：是合适变化浸润剂配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的规定，又不阻碍树脂基体对玻璃纤维的浸润和粘结。将偶联剂加入到上述的浸润剂中，在拉丝过程中表面处理剂就被覆到玻璃纤维表面上
③迁移法 ：将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体掺和，在浸胶的同步将偶联剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液中到纤维表面的“迁移”作用而与纤维表面发生反应，从而在树脂固化过程中产生偶联作用 
影响处理效果的原因：烘焙温度的选择；烘焙时间的选择；处理液的配制及使用对处理效果的影响。
41.碳纤维(CF)的表面处理措施及机理：处理机理：清除碳纤维表面杂质，在碳纤维表面刻蚀沟槽或形成微孔以增大表面积，从类似石墨层面改性成碳状构造以增长碳纤维表面能，或者引入具有极性或反应性的官能团以形成与树脂起作用的中间层。   
碳纤维表面处理的措施：(1)表面浸涂有机化合物(2)表面涂覆无机化合物 ①表面上沉积无定形碳②加涂碳化物，用化学气相沉积(CVD)的措施加涂碳化硅、加涂碳化硼、加涂碳化铬、涂卤化金属或硼氮化合物等(3)表面化学处理，酸处理、臭氧氧化法、氨处理、盐溶液处理(4)电解氧化处理(5)等离子体处理，有高温和低温两种。
43.聚合物基的复合材料的成型技术及FRP的性能特点：针对热固性树脂的工艺待性，开发出：手糊成型、热压罐型、对模模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、喷射成型、以及注射成型等多种成型措施。根据热塑性树脂基复合材料可以热成型的特点，开发出对合面模压、依从模压、预热坯料成型和热装配四类成型工艺。
纤维增强塑料（FRP）的性能特点：FRP的机械性能特点：其比强度高、具有各向异性、弹性模量和层间剪切强度低、性能分散性大. FRP静态特性：拉伸特性，压缩特性，弯曲特性，剪切特性；FRP的疲劳，蠕变，冲击特性。物理性能：电，温度特性。