复合材料

1、什么是复合材料，复合材料具有哪些特点，并结合复合材料的特点说明其应用领域广泛的原因。

复合材料是含有多个组分，且不同的组分有机地结合在一起，具有新的材料性能的新材料。

特点：

1)在一个特定的基体中填充一种或多种填充体

2)保留原组分的主要特色，通过复合效应获得原组分不具备的性能

3)通过材料设计使各组分性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能可综合发挥各种组成材料的

优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。

4)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造

5)可制成所需的任意形状的产品，复合材料的形成和形成制品同步，可避免多次加工工序

应用领域：

1)热稳定性好，比强高，比刚度高可用于航空航天领域

2)特殊的振动阻尼特性，可减震和降低噪声，抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成型，可用于汽

车领域

3)有良好的耐腐蚀性的碳纤维与树脂基体复合，可用于化工、纺织和机械制造领域

4)优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于医学领域

5)生物组织相容性和血液相容性，可用于生物医学材料

此外，复合材料还可以用于体育运动器材和建筑材料

2、简要说明复合材料常用的树脂体系有哪些，并给出一个例子说明树脂体系包括哪些组分，各个组分的作

用是什么？

热固性树脂：不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等

热塑性树脂：聚烯烃、氟树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、ABS树脂等

环氧树脂体系

环氧树脂基体：结合分散的填充剂以形成复合材料整体和赋予制件形状；保护填充剂不受或者少受环境的不利影响；填充剂的载体，向填充剂传递载荷或信号；决定复合材料的加工性能；实现填充剂的功能

增强体碳纤维：拉伸强度高，弹性模量大，质轻；化学稳定性好；耐高温，导电，导热CTE小

固化剂：三乙烯四胺，固化交联作用，与环氧树脂分子加成反应，交联成体型网状结构

稀释剂：降低环氧树脂的粘度，提高流动性，改善浸润性，控制固化时的反应热，延长适用期

3、什么是行手糊成型？手糊成型工艺有些优缺点？该工艺可制备哪些复合材料制品？手糊成型常用的树

脂体系有哪些

手糊成型：是制备聚合物基复合材料最早使用的一种工艺方法。先将树脂、固化剂及各种配料制成树脂糊，在模具上面刷一层树脂糊，再铺贴上一层事先裁好的纤维织物，用辊子或刮刀压实，赶出气泡。再重复上述操作，直到达到要求的厚度为止。然后在一定的条件下进行固化，得到制品

优点：是复合材料成型最基本的方法，能够成型任意形状、任意大小的制品；设备简单、投资少；艺最为简单；可在任意部位增补增强材料，易满足设计要求；产品树脂含量高，耐腐蚀性好

缺点：劳动强度大、生产效率低、速度慢、生产周期长；产品质量稳定性差；制品的力学性能较其他方法低；不够“绿色”，有一定污染

制品：波形瓦、冷却塔、游艇、风机叶片、天文台、雷达天线罩、火箭外壳、机翼等

不饱和聚酯树脂体系、环氧树脂体系

4、对RTM工艺过程进行简单描述，并说明该工艺的特点，能够制备什么样的制品，并给出实际制品的例

子，并说明制备该制品的工艺过程及工艺条件

RTM：把增强材料切成或制成预成型体，放入模腔之中。预成型体放置于合适的位置，以保证模具的密封。

合模后，树脂被注射到模腔之内，流经增强体，把气体排出，并润湿纤维（增强体），多余的树脂将从排气孔处排出模腔。之后，树脂在一定的条件下经固化后，取出得到制品

工艺特点：制品尺寸由模腔决定，制件尺寸精度高，有精确的内外表面，不需补充加工，但工艺难度大，注胶周期长，注胶质量不易控制；制品树脂含量高，模具费用高；操作者不与胶液接触，劳动条件好

适用于有一定厚度和尺寸要求的制件，如飞机机头实壁结构雷达罩，复合材料汽车保险杠，飞机发动机吊架尾部整流锥

工艺过程及工艺条件

1)预制件的制造。将碳纤维按照一定要求支撑一定形状，然后放入模具中，预制件的尺寸不应超过模具

密封区域，以便模具闭合和密封

2)冲模。在模具闭合紧缩后在一定条件下将环氧树脂注入到模具，控制树脂粘度为100~1000cp，与增强

体碳纤维比例为100:1左右，树脂在浸渍碳纤维的同时将空气赶出，当多余的树脂从模具溢胶口溢出时，停止树脂注入。通常模具是预热的，因此在冲模过程中，模壁、碳纤维和树脂之间要发生热传递，体系压力保持在0.07MPa，模腔内压力可低于大气压

3)固化。在模具充满后，通过加热使树脂发生反应，交联固化，理想的固化反应时间是在模具刚好充满

的时候

4)开模。当固化反应进行完全后，打开模具取出制件，为使制件完全固化，可进行后处理

5、简述制备树脂基复合材料的缠绕成型有哪些优点和缺点？请结合缠绕成型的特点，说明该工艺适合制备

哪些制品

缠绕成型就是把连续的纤维丝束（布）用树脂浸润后均匀而有规律地缠绕在轴上的一种成型方法

优点：可按照承力要求确定纤维的方向、层次、数量，可实现强度的设计，便于保证制品质量的稳定性

制品比强度和比刚度相对较高。生产效率高，适用于大批量生产。可制得各种尺寸的内表面光滑、质量好、重量轻的制品

缺点：设备投资大，技术要求高；不能缠绕任意结构形式的制品，不能生产凹形制品；制品强度方向性比较明显，层间剪切强度低

可制备压力容器、导弹发射管、发动机箱、汽车弹簧片、邮箱轴承等

6、热塑性树脂基复合材料与热固性树脂基复合材料在性能和加工工艺上的区别是什么？

纤维增强热塑性树脂基复合材料具有优良的耐化学药品性、生产周期短、可二次加工等特点，克服了热固性树脂基复合材料韧性差，断裂延伸率低，易发生早期应力开裂等缺点，可在使用环境苛刻，承载能力要求高的场合得到应用。热塑性树脂：具有受热软化，冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复多少次，均能保持这种性能，加工成型简单，具有较高的机械性能。

热塑性树脂的线性分子结构使得韧性提高，是热固性树脂的10倍以上；吸湿性小；由于热塑性树脂在浸渍前聚合反应已经完成，因此在成型加工中纯粹是物理反应，无化学反应，所以冲程速度快，并且可以多次重复加工和修补，其预浸料稳定，无储存期限，存放也没有特殊要求；可回收加工，无环境污染问题；维修方便，有类似金属的加工特性，成本低

热固性树脂复合材料断裂韧性低，吸湿，适用期短，成型加工周期长，热固性树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解。热固性树脂其分子结构为体型，包括大部分缩合树脂，优点是耐热性高，受压不易变形，缺点是机械性能差

7、金属基复合材料加工中的难点是什么，如何解决这些难点？在金属基复合材料的加工过程中应考虑哪几

方面的问题？

难点：

1)高温下的界面反应、氧化反应等