复合材料试题B卷及答案

2014学年度第 一 学期课程考试《复合材料》本科 试卷（B 卷）注意事项：1. 本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷；2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚；3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。

一、选择题(30分，每题2分) 【得分： 】1.复合材料中的“碳钢”是（ ）A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。

B 、玻璃纤维增强塑料。

C 、碳纤维增强塑料。

D 、氧化铝纤维增强塑料。

2.材料的比模量和比强度越高（ ）A 、制作同一零件时自重越小、刚度越大。

B 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。

C 、制作同一零件时自重越小、刚度越小。

D 、制作同一零件时自重越大、刚度越小。

3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ） A 、前者成本低 B 、前者的拉伸强度好 C 、前者原料来源广泛 D 、前者加工更容易 4、Kevlar 纤维（ ）A 、由干喷湿纺法制成。

B 、轴向强度较径向强度低。

C 、强度性能可保持到1000℃以上。

D 、由化学沉积方法制成。

5、碳纤维（）A 、由化学沉积方法制成。

B 、轴向强度较径向强度低。

C 、强度性能可保持到3000℃以上。

D 、由先纺丝后碳化工艺制成。

6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（ ）A 、120℃以下B 、180℃以下C 、250℃以下D 、250℃以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（ ） A 、环氧树脂吸湿变脆。

B 、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。

C、环氧树脂发生交联反应。

D、环氧树脂发生水解反应。

8、玻璃纤维（）A、由SiO2玻璃制成。

B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。

C、其强度比整块玻璃差。

D、价格贵、应用少。

9、生产锦纶纤维的主要原料有（）A、聚碳酸酯。

B、聚丙烯腈。

C、尼龙。

D、聚丙烯。

10、晶须（）A、其强度高于相应的本体材料。

B、长径比一般小于5。

C、直径为数十微米。

D、含有很少缺陷的长纤维。

11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（）。

A．玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料B．玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料C．聚酰胺材料D．聚酰胺基玻璃纤维复合材料12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是（）。

A．碳纤维B．氧化铝纤维C．玻璃纤维D．碳化硅纤维13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（）。

A．环氧树脂 B．不饱和聚酯 C．酚醛树脂 D．尼龙14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（）A．预浸料制造B．制件的铺层C．固化及后处理加工D．干燥15、有关环氧树脂，说法正确的是（）A、含有大量的双键B、使用引发剂固化C、使用胺类固化剂固化D、属于热塑性塑料二、判断题(20分，每题2分)【得分：】1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。

（）2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。

（）3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。

（）4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。

（）5、复合材料具有可设计性。

（）6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。

（）7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。

（）8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。

（）9、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到90%。

（）10、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的钨丝芯上形成的。

（）三、问答题(50分，每题5分)【得分：】1.选择复合材料用树脂基体时，主要应考虑哪几方面问题？2.环氧树脂和酚醛树脂固化各有什么特点？对制备工艺有什么影响？3.简述玻璃纤维主要优缺点？4.简述芳香族聚酰胺纤维主要优缺点？5.说明UHMWPE纤维的结构、性能和应用范围。

6.简述玻璃纤维直接熔融法制备工艺？7.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？8.复合材料成型时施加压力的主要作用是什么？复合材料为什么要采用低压成型？9.如何选择复合材料制件的成型方法？10.手糊成型所用胶液里通常含有哪些辅助材料?它们的作用及用量范围？——参考答案及评分标准——一、选择题(30分，每题2分)【得分：】1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。

（⨯）2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。

（⨯）3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。

（⨯）4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。

（⨯）5、复合材料具有可设计性。

（√）6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。

（√）7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。

（⨯）8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。

（√）9、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到90%。

（√）10、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的钨丝芯上形成的。

（√）三、问答题(50分，每题5分)【得分：】1.选择复合材料用树脂基体时，主要应考虑哪几方面问题？答：1)能够满足产品的使用需要，如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。

高拉伸模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高复合材料的力学性能；2)对纤维具有良好的润湿性和粘结性；3)容易操作，如要求胶液具有足够的适用期、预浸料具有足够长的储存期、固化收缩小等；4)低毒性、低刺激性；5)价格合理2.不饱和聚酯树脂的固化过程答：不饱和聚酯树脂的的固化是一个放热反应，其过程可分为以下三个阶段：1）胶凝阶段从加入促进剂后到树脂变成凝胶状态的一段时间。

这段时间对于玻璃钢制品的成型工艺起决定性作用，是固化过程最重要的阶段。

2）硬化阶段硬化阶段是从树脂开始到胶凝到一定硬度，能把制品从模具上取下为止的一段时间。

3）完全固化阶段通常在室温下进行，在后处理之前，室温至少要放置24小时，这段时间越长，制品吸水率越小，性能越好。

3.简述玻璃纤维主要优缺点？答：玻璃纤维的特点：拉伸强度和冲击强度高，延伸率小；弹性模量较大；耐热，属于无机材料，不可燃；化学耐久性好；绝缘性和绝热性好；吸水率较低；与基体材料粘结性好；价格较其他增强材料低；可作为有机聚合物基或无机非金属材料基复合材料的增强体。

缺点：容易被水腐蚀。

4.简述芳香族聚酰胺纤维主要优缺点？芳香族聚酰胺纤维：外观呈黄色；强度高、弹性模量高，密度小(1.44~1.45)，比强度极高（与S-GF、CF-Ⅱ相当）、比模量高（约为GF的2倍），韧性好，耐冲击，抗疲劳抗蠕变；除少数强酸强碱外，对其他介质（普通有机溶剂、盐类溶液等）有很好的耐化学药品性；具有自熄性和良好的热稳定性；高温下不溶，300 ℃以上短时间强度不变，温度上升纤维逐渐热分解或碳化；热膨胀系数为各向异性，纵向热膨胀系数为负值；但对紫外线较敏感，不宜曝光使用；抗压抗扭性差；耐水性差。

5.说明UHMWPE纤维的结构、性能和应用范围。

性能：聚乙烯纤维超轻，密度0.97g/cm3；具有高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘、不吸水、电磁波透过好等多种优越性。

其不足是熔点较低135℃和高温容易蠕变，因此仅能在100 ℃以下使用。

6.简述玻璃纤维直接熔融法？答：池窑拉丝法（直接熔融法）玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类（硅砂、石英石、硼酸、粘土、氟石等），经熔融（1300℃）后，借自重由坩埚底部的漏丝板流出，孔径为1.5～2mm，流出的玻璃液温度约为1190℃，在迅速冷却的过程中，借助高速（1000～3000m／min）转动，拉制成直径很细（3～20 μm）的玻璃纤维。

从坩埚中拉出的每根纤维叫单丝，一个坩埚拉出的所有单丝经过浸润剂槽后，集束成一根原纱。

7.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？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熔融，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1000一1800 ℃，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。

8.复合材料成型时施加压力的主要作用是什么？复合材料为什么要采用低压成型？答:(1)使熔融的树脂具有一定的流动性，进一步浸渍玻璃纤维布。

使层压板结构密实，提高层间粘结强度。

(2)冷压的目的是防止层压板在冷却过程中的变形。

(3)用来克服胶布中挥发物产生的蒸气压力，防止形成大量的气泡和微孔。

通常制品的机械强度(拉伸、弯曲、压缩等)随压力的增加而增加。

但压力不能过大，否则玻璃纤维被压碎，反而致使强度降低。

层压板的比重随压力的增加而增加。

压力增加到一定值时，比重变化不明显。

层压板的吸水性随压力增大而降低9.如何选择复合材料制件的成型方法？答(1)产量大且尺寸不太大时，采用压制成型等机械化成型方法；(2)产量少且尺寸较大时，则采用手糊或喷射成型方法；(3)两者之间则可采用树脂传递成型法。

(4)回转体宜采用纤维缠绕成型法和离心浇铸成型法10.手糊成型所用胶液里通常含有哪些辅助材料?它们的作用及用量范围？答:(1)无捻粗纱：无捻粗纱容易浸透树脂，在手糊成型中配合其他纤维制品使用，可用于填充制品死角、单向强度要求高的制品和局部制品增强。

(2)短切纤维毡：短切纤维毯比织物成本低、变形性好，增厚效果显著，使用方便等。

用它制造的产品具有平面各向同性，制品中树脂含量可达60~80％。

常用于糊制强度要求不高，荷载随机性大和防腐蚀制品等。

(3)表面毡：是专门用于制品表面，构成富树脂层，以改善玻璃钢制品的表面性能；(4)无捻粗纱布：无捻布的特点是变形性好，增厚效果显著，易被树脂浸透，价格较其它布便宜等。

但是无捻粗纱布在45 °方向强度较低，仅为0°方向的30％，为加捻布的50％。

无捻粗纱布是手糊成型用的主要增强材料。