复合材料期末考试复习题

1.复合材料的分类方法？

复合材料的分类方法也很多。常见的有以下几种。

按基体材料类型分类聚合物基复合材料以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料。

金属复合材料以金属为基体制成的复合材料，如铝墓复合材料、铁基复合材料等。

无机非金属基复合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。

按增强材料种类分类

玻璃纤维复合材料。

碳纤维复合材料。

有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。

金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。

陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、翩纤维等)复合材料。

此外，如果用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的复合材料称为“混杂复合材料”。混杂复合材料可以看对免戈趁两种或多种单一纤维复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。

按增强材料形态分类

连续纤维复合材料作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处。

短纤维复合材料短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料。

粒状填料复合材料微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料。

编织复合材料以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。

按用途分类

复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。

2.举例说明复合材料在现代工业中的应用？

<1>建筑工业中，复合材料广泛应用于各种轻型结构房屋，建筑装饰、卫生洁具、冷却塔、储水箱、门窗及其门窗构件、落水系统和地面等。

<2>化学工业中，复合材料主要应用于防腐蚀管、罐、泵、阀等。

<3>交通运输方面，如汽车制造业中，复合材料主要应用于各种车身结构件、引擎罩、仪表盘、车门、底板、座椅等；在铁路运输中用于客车车厢、车门窗、水箱、卫生间、冷藏车、储藏车、集装箱、逃生平台等。

<4>造船工业中，复合材料用于生产各种工作挺、渔船、摩托艇、扫雷艇、潜水艇、救生艇、游艇以及船上舾装件等。

此外，复合材料在电气工业、军械、航空、体育用品、农渔业及机械制造工业等都有较广泛应用。

3.简述铝基复合材料的制造及二次加工工艺？

制造过程可分为三个阶段：纤维排列、复合材料组分的组装压合和零件层压。大多数铝-硼复合材料是用预制品或中间复合材料制造。

铝基复合材料的二次加工包括成型、连接机械加工和热处理等工艺过程P139

4.简述陶瓷基体的种类并加以举例说明？

<1>玻璃：高硅氧玻璃、硼酸玻璃、铝硅玻璃等；

<2>玻璃陶瓷：铝锂硅酸盐玻璃陶瓷、镁铝硅酸盐玻璃陶瓷等；

<3>氧化物陶瓷：氧化铝、氧化镁、氧化硅和莫来石陶瓷等；

<4>非氧化物陶瓷：碳化硅、氮化硅、氮化铝、硅化物和硼化物等。

5.简述FRP定义、组成种类、性能特点、常规制备工艺及其应用领域？

FRP：纤维增强复合材料是由纤维材料与基体材料按一定比例混合后形成的高性能型材料。

组成种类：由增强纤维和基体组成。一般用玻璃纤维增强不饱和聚酯环氧树脂与酚醛树脂做基体，以玻璃纤维或其制品做增强材料的增强塑料。工程中常用的FRP主材主要有碳纤维，玻璃纤维及芳纶纤维其材料形式主要有片材棒材及型材。

性能特点：①抗拉强度高②热膨胀系数与混凝土相近③与钢材比弹性模量小④抗剪强度低⑤抗腐蚀抗疲劳性能好⑥比强度高⑦良好的可设计性⑧绝缘隔热及透电磁波等

制备工艺：主要分为湿法接触法和干法压成型按工艺特点可分为手糊成型、层压成型、RTM法、挤压法、模压成型等。手压成

型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手压法

应用：在土木工程领域可用于包括柱、墙、梁、板及面板抗震及补强加固。在建筑领域、岩土工程、桥梁工程、海洋结构和近海结构等方面也有应用。

6.玻璃纤维有哪些主要的物理和化学特性，这些性能在玻璃钢制品中发挥怎样的作用？

7.玻璃纤维制品有哪些？它们主要应用在那些场合？你觉得还可以开发哪些玻璃纤维制品？

8.制造玻璃纤维及其制品时浸润剂的作用是什么？常用的有哪几种浸润剂

6.简述复合材料界面的定义、结构、特点、作用以及界面的结合方式。

复合材料的界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化的构成彼此结合的，能起载荷传递作用的微小区域。

界面的结构：由五个亚层组成：⑴树脂基体⑵基体表面⑶相互渗透区⑷增强剂表面区⑸增强剂及外力场

特点：界面虽然很小，但是它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域或一个带，或一个层，厚度不均匀。它包含里基体和增强物的部分原始接触面。基体与增强物相互作用生成的反应产物，此产物与基体及增强物的接触面等。在化学成分上有基体等元素外还有其他杂质，因此界面上的化学成分和相结构是很复杂的。

作用：界面是复合材料的特征，可将界面的技能归纳为以下几种效应：⑴传递效应⑵阻断效应⑶不连续效应⑷散射和吸收效应

⑸诱导效应

1、机械结合：基体与增强体材料之间不发生化学反应，借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。

2、溶解与浸润结合：基体润湿增强材料相互之间发生原子扩散和溶解形成结合。液态或是粘流态基体对增强纤维的侵润，而产生的作用力，作用范围只有若干原子间距大小。

3、反应结合：基体与增强体材料间发生化学反应，在界面上生成化合物，以化学键连接基体和增强体，是基体和增强材料结合在一起。基体与纤维之间形成界面反应层。

4、交换反应结合：基体与增强材料间发生化学反应，生成化合物，且还通过扩散发生元素交换，形成固溶体而使两者结合。4、混合结合：上述几种形式的混合结合方式。

7.描述聚合物基复合材料界面的形成过程。简述复合材料界面作用机理。

界面的形成可分为两个阶段：第一阶段是基体与增强纤维的接触与润湿过程。增强体对基体分子中不同基团或基体各组分的吸附能力不同；聚合物的界面结构与本体不同。这一阶段是界面形成与发展的关键阶段。

第二阶段是聚合物的固化阶段。聚合物通过物理或化学过程固化形成固定界面层。第一阶段与第二阶段往往是连续的，有时是同时进行的。

界面作用机理：⑴浸润吸附理论：浸润是形成复合材料界面的基本条件之一，浸润不良会在界面上产生空隙，易因应力集中而开裂，完全浸润则将提高符合材料的强度

⑵化学键理论：该理论认为基体树脂表面的活性官能团与增强体表面的官能团能其化学反应，在界面形成共价键结合

⑶物理吸附理论：也称机械作用理论：认为增强纤维与树脂基体之间的结合属于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附

⑷过渡层理论：为消除内应力，界面区应存在一个过渡层，起到应力松弛作用

⑸拘束层理论：该理论也认为在基体和增强体之间存在一个松弛应力的过渡层，但是该过渡层并非柔性的变形层

⑹扩散层理论：这种物理结合是指复合材料的增强体和基体的原子或分子越过两组成物的边界相互扩散而形成的界面结合

⑺减弱界面局部应力作用理论：认为处于基体与增强体界面间的偶联剂提供了一种“自愈能力”的化学键，这种化学键在外载荷作用下处于不断形成和断裂的动态平衡状态

⑻静电吸引理论：合适的偶联剂使复合材料的基体和增强体的表面带有异性电荷，引起相互吸引，从而形成界面结合力，静电引力引起的界面强度取决于电荷密度。

8.简述金属基复合材料界面的类型、结合形式、影响其界面稳定性的因素以及界面控制方法。类型：Ⅰ类界面（纤维与基体互不反应亦不溶解）是平整的，厚度为分子层的程度，除原组分外，界面不含其他物质。

Ⅱ类界面（纤维与基体不反应，但相互溶解）是由原组分构成的犬牙交错的溶解扩散型界面Ⅲ类界面（纤维与基体相互反应形成界面反映层）含有亚微级左右的界面反应物质（界面反应层）

结合方式：①物理结合：指借助材料表面的粗糙形态而产生的机械绞合，以及借助基体收缩盈利包紧纤维时产生的摩擦结合②溶解和浸润结合：纤维与基体的相互作用力是极短程的，只有若干原子间距③反应结合：特征是在纤维与基体之间形成新的化合物层，即界面反应层