復合材料原理期中重點

1、1、 增強體和功能體在復合材料中起的主導作用？答：增強體在結(jié)構(gòu)復合材料中主要起承受載荷的作用功能體則是賦予復合材料一定的物理、化學功能2、 復合材料區(qū)別與單一材料的主要特點？答：1 復合材料不僅保持原組分的部分優(yōu)點，而且具有原組分不具備的特性2 另一顯著特性是材料的可設(shè)計性3 材料與結(jié)構(gòu)的一致性3、 從工程應用的角度，復合材料可分為哪兩類？答：結(jié)構(gòu)復合材料、功能復合材料復合材料的定義：由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的單一材料，通過不同復合方法所得到的宏觀多相材料相：材料中具有同一化學成分并且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相同的均勻連續(xù)部分基體材料不同：1 無機非金屬基復合材料2 聚合物基復合材料3 金屬基復合材料A、結(jié)

2、構(gòu)復合材料：增強體：在結(jié)構(gòu)復合材料中主要起承受載荷的作用；基 體：起連接增強體、傳遞載荷、分散載荷的作用。B、功能復合材料：基 體：主要起連接作用； 功能體：是賦予復合材料以一定的物理、化學功能。復合材料特性：1 比強度、比模量高2 耐疲勞性能好3 減震性好4 過載安全性第二章 復合材料的復合效應本章主要內(nèi)容：將對材料復合的一般規(guī)律作簡要的討論 4、 材料復合效應的分類答：1 線性效應：a. 平均效應：PcPmVm + PfVf EcEmVm + EfVfb. 平行效應：顯示這一效應的復合材料，其組成復合材料的各組分在復合材料中，均保留本身的作用，既無制約，也無補償。c. 相補效應：組成復合材

3、料的基體與增強體，在性能上能互補，從而提高了綜合性能，則顯示出相補效應。d. 相抵效應：基體與增強體組成復合材料時，若組分間性能相互制約，限制了整體性能提高，則復合后顯示出相抵效應。2 非線性效應：a. 相乘效應：兩種具有轉(zhuǎn)換效應的材料復合在一起，有可能發(fā)生相乘效應。b. 誘導效應：在一定條件下，復合材料中的一組分材料可以通過誘導作用使另一組分材料的結(jié)構(gòu)改變而改變整體性能或產(chǎn)生新的效應。這種誘導行為已在很多實驗中發(fā)現(xiàn)，同時也在復合材料界面的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)。c. 共振效應：兩相鄰的材料在一定條件下，會產(chǎn)生機械的或電、磁的共振。：d. 系統(tǒng)效應：這是一種材料的復雜效應，至目前為止，這一效應的機理尚不很清

4、楚。復合材料的性質(zhì)取決于各組分特性、含量和分布情況5、 對于含有兩種組分的復合材料，其典型的結(jié)構(gòu)為0-3型、1-3型、2-3型、2-2型和3-3型分別指什么結(jié)構(gòu)？答：1 0-3：基體為三維連續(xù)相，而增強體或功能體以不連續(xù)相的微粒分布在基體中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)2 1-3：基體為三維連續(xù)相，而增強體為纖維狀一維材料3 2-2：由兩種材料呈層狀疊合而成的多層結(jié)構(gòu)復合材料4 2-3：基體為三維連續(xù)相，而增強體或功能體為二維結(jié)構(gòu)的片狀材料5 3-3：基體為三維連續(xù)相，而增強體或功能體為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或塊狀結(jié)構(gòu)鑲嵌在基體之中1) 兩相復合體系有l(wèi)0種可能的連通性復合材料結(jié)構(gòu)(0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、

5、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3)；2) 三個相組成的復合體系結(jié)構(gòu)有20種可能存在的連通性；3) 四個相時，它可能存在35種連通性。6、 復合材料的復合效果包括哪幾種？其內(nèi)容分別是什么？答：1 組分效果：在復合材料的基體和增強體（或功能體）的物理機械性能確定的情況下，僅僅把相對組分作為變量，不考慮組分的幾何形態(tài)、分布狀態(tài)和尺度等復雜變量影響時產(chǎn)生的效果稱為組分效果對于纖維相互接觸時，即rR時，Vf達到最大值。對于六邊形陣列：Vfmax0.907對于正方形陣列：Vfmax0.7852 結(jié)構(gòu)效果：復合材料性能用組分性能和組成來描述時，必須考慮組分的幾何形態(tài)、分布狀態(tài)和尺度等可變因素產(chǎn)生的效果

6、，分為形狀效果、取向效果和尺度效果3 界面效果：基體和增強體或功能體復合效果的主要因素7、 建立材料的微觀模型包括哪兩方面的內(nèi)容？答：1 材料的幾何結(jié)構(gòu)模型2 材料的物理模型，即計算場量的理論和方法第三章 復合材料的界面狀態(tài)解析1、了解界面的分類；2、掌握復合材料的界面層，除了在性能和結(jié)構(gòu)上不同于相鄰兩組分相外，還具有的特點；3、掌握復合材料界面的研究對象；4、掌握與表面張力有關(guān)的因素；5、掌握吸附按作用力的分類及特點；6、掌握導致接觸角的滯后效應的原因；7、掌握固體被液體的浸潤性；8、了解界面的相容性與粘接；9、了解浸潤動力學；10、重點掌握增強體的表面特性及對復合材料界面結(jié)合的影響。復合材

7、料性能的主要影響因素包括三個方面：1 基體和增強體或功能體的性能2 復合材料的結(jié)構(gòu)和成型技術(shù)3 界面結(jié)合狀態(tài)(物理的和化學的)及由此產(chǎn)生的復合效應8、 復合材料的界面層，除了在性能和結(jié)構(gòu)上不同于相鄰兩組分外，還具有哪些特點？答：1 具有一定的厚度2 性能在厚度方向上有一定的梯度變化3 隨環(huán)境條件變化而改變9、 闡述復合材料界面的研究對象答：1 增強體表面的有關(guān)問題2 表面處理物質(zhì)的有關(guān)問題3 表面處理的最優(yōu)化技術(shù)4 粉體材料在基體中的分散5 復合技術(shù)的優(yōu)化及其機理10、 簡述與表面張力有關(guān)的因素答：1 表面張力與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)2 物質(zhì)的表面張力與它相接觸的另一相物質(zhì)有關(guān)3 表面張力隨溫度不

8、同而不同，一般溫度升高，表面張力下降恒溫、恒壓條件下，任何物質(zhì)都有自動向自由能減小的方向移動的趨勢，因此，表面能也有自動減小的趨勢降低表面能的措施：1 通過自動收縮表面積實現(xiàn)2 通過降低比表面能來實現(xiàn)11、 吸附按作用力的性質(zhì)可分為哪幾類？各有什么特點？答：物理吸附和化學吸附物理吸附：1 由于分子間引力是普遍存在于吸附劑與吸附物之間，故物理吸附無選擇性，但由于吸附劑和吸附物的種類不同，分子間的作用力大小各異，因此吸附量可因物系不同而相差很多2 在物理吸附中，吸附在固體表面的可以呈單分子層，也可以是多分子層3 物理吸附和解吸速度都較快，易達到平衡化學吸附：1 化學吸附是有選擇性的，即某一吸附劑只

9、對某些吸附物發(fā)生化學吸附2 由于化學吸附生成化學鍵，因為只能是單分子吸附，且不易吸附和解吸3 化學吸附平衡慢，在某些情況下，當吸附物分子和固體表面分子形成較穩(wěn)定的化合物后，就不可能解析物理吸附：當固體表面的原子的原子價被相鄰的原子所飽和，表面分子與吸附物之間的作用力是分子間引力（范德華力）。一般在低溫下進行的吸附是物理吸附。特點：1 無選擇性，吸附量相差較大；2 吸附可呈單分子層或多分子層；3 物理吸附、解吸速度較快，易平衡?；瘜W吸附：當固體表面的原子的原子價被相鄰的原子所飽和，還有剩余的成鍵能力，在吸附劑及吸附物之間還有電子轉(zhuǎn)移生成化學鍵的吸附特點：1 有選擇性2 只能單分子吸附，且不易吸附

10、或解吸3 平衡慢吸附：是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)表面上的現(xiàn)象，或者說，物質(zhì)在相的界面上，濃度發(fā)生自動變化的現(xiàn)象固體吸附的原因：由于固體表面質(zhì)點處于力場不平衡的狀態(tài)，即具有表面能，這一不平衡的力場為了趨于平衡態(tài)，可以吸附別的物質(zhì)而得到補償，以降低表面能(表面自由能)，所以固體表面自動地吸附那些能夠降低其表面自由能的物質(zhì)吸附過程是放熱反應，解吸過程是吸熱的吸附按作用力的性質(zhì)，分為物理吸附和化學吸附12、 利用接觸角的知識，討論固體被液體的浸潤性。1 當svsl, cos90,此時固體不為液體浸潤2 當lv(sv-sl)0，則1cos0，即090，此時固體為液體所浸潤3 若sv-sl lv

11、，則cos1，0，此時固體表面可以被液體完全浸潤，并獲得最大粘附功致接觸角的滯后效應的原因:1 表面污染2 固體表面的粗糙度原因：滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生，一般是存在許多亞穩(wěn)態(tài)。這些亞穩(wěn)態(tài)的能量彼此略有差別，并被小的能壘所隔開。亞穩(wěn)態(tài)一般是由固體表面的粗糙性或化學不均勻性所引起。 3 表面的化學不均勻性 注a. 實際的不均勻性可起因于表面上富集的雜質(zhì)、晶格缺陷或者是由于不同的晶面性質(zhì)而引起。這種實際表面要比理想表面復雜的多。 b. 一般說來，表面既粗糙又不均勻，兩者之中，不均勻性是滯后的主要原因，除非相當粗糙13、 界面的相容性指什么？如何確定？答：相容性是指復合材料在制造、使用過程中各組分之間相互協(xié)調(diào)

12、、配合的程度1 若G0，相容2 若G0，不相容，即不混合相容性關(guān)系到復合材料中的各組分材料能否有效發(fā)揮其作用以及復合材料整體的結(jié)構(gòu)和性能能否長期穩(wěn)定相容性包括物理相容性和化學相容性通常，相容性是根據(jù)在混合時的吉布斯(Gibbs)的自由能變化G來確定而G用混合熵S和混合熱H來表達，此時有：G = H - T S14、 偶聯(lián)劑官能團對固化體系熱效應及內(nèi)耗峰影響的原因？答：1 官能團參與反應2 優(yōu)先吸附引起的現(xiàn)象15、 簡述增強體表面的物理特性對界面結(jié)合性能的影響。1 比表面積：是導致復合材料中的界面存在并引起界面效應的根本所在2 多孔性：部分孔隙能被基體填充，部分由于很難完全浸潤，界面結(jié)合不好，成

13、為應力傳遞的薄弱環(huán)節(jié)3 增強體表面的極性：極性的取決于增強體的分子結(jié)構(gòu)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及外場的作用4 增強體表面的均一性：是指增強體表面的活性點分布的均一性，包括物理活性點及化學活性點?；钚渣c分布均勻：界面結(jié)合均勻、完善；活性點分布不均：在界面局部形成缺陷，形成弱界面5 增強體表面的結(jié)晶特性：包括表面的結(jié)晶程度及晶體分布狀態(tài)。影響復合材料的界面作用和材料性能增強體的表面特性的分類及作用：1 增強體表面的物理特性決定界面粘結(jié)的好壞2 增強體表面的化學特性決定界面粘結(jié)的效果3 增強體的表面能判斷增強體的活性16、 為什么玻璃纖維表面常常吸附一層水分子？答：1 陽離子在該處不能獲得所需要數(shù)量的氧離子，產(chǎn)生

14、表面張力，當處于力的不平衡狀態(tài)時，就有吸附外界物質(zhì)的傾向（吸附大氣中的水）2 另外非SiO2成分的存在使玻璃表面狀態(tài)與性質(zhì)突出地表現(xiàn)為吸濕性碳纖維的表面改性：a. 增加比表面積b. 增加其表面的含氧基團第四章 復合體系的界面結(jié)合特性本章要點：1、掌握復合材料界面的形成過程；2、掌握樹脂基復合材料的潤濕理論、化學鍵理論、優(yōu)先吸附理論、防水層理論，了解可逆水解理論和摩擦理論；3、重點掌握樹脂基復合材料界面的破壞機理；4、重點掌握復合材料界面的優(yōu)化設(shè)計；5、掌握界面分析技術(shù)。14、 簡述復合材料界面的形成過程答：1 第一階段潤濕過程：基體與增強體在一種組分為液態(tài)（或粘流態(tài)）時發(fā)生接觸或潤濕的過程，或

15、是兩種組分在一定條件下均呈液態(tài)（或粘流態(tài)）的分散、接觸及潤濕過程；也可以是兩種固態(tài)組分在分散情況下以一定的條件發(fā)生物理及化學變化形成結(jié)合并看作為一種特殊潤濕過程2 第二階段固化過程：液態(tài)（粘流態(tài)）組分的固化過程這種潤濕過程是增強體與基體形成緊密的接觸而導致界面良好結(jié)合的必要條件要形成復合材料增強體與基體間穩(wěn)定的界面結(jié)合，不論是何種材料（金屬、非金屬、聚合物）均必須通過物理或化學的固化過程（凝固或化學反應固化）。15、 解釋潤濕理論所包含的內(nèi)容并指出成功之處與不足之處答：1 內(nèi)容：要使樹脂對增強體緊密接觸，就必須使樹脂對增強體表面很好地浸潤2 前提條件：液態(tài)樹脂的表面張力必須低于增強體的臨界表面

16、張力3 結(jié)合方式：屬于機械結(jié)合與潤濕吸附（范德華力）4 成功之處：解釋了增強體表面粗化，表面積增加有利于提高與基體樹脂界面結(jié)合力的事實5 不足之處：a. 不能解釋使用偶聯(lián)劑后，使樹脂基復合材料界面粘結(jié)強度提高的現(xiàn)象b. 證明偶聯(lián)劑在玻璃纖維/樹脂界面上的偶聯(lián)效果一定有部分（或是主要的）不是由界面的物理吸附所提供，而是存在著更為本質(zhì)的因素在起作用注意：單純以兩者潤濕好壞來判定增強體與樹脂的粘結(jié)效果是不全面的。16、 解釋化學鍵理論和優(yōu)先吸附理論，并指出其成功之處與不足之處答：1 化學鍵理論：基體樹脂表面的活性官能團與增強體表面的官能團起化學反應，因此樹脂基體與增強體之間形成化學鍵的結(jié)合。界面的結(jié)

17、合力是主價鍵力的作用，偶聯(lián)劑正是實現(xiàn)這種化學鍵結(jié)合的架橋劑2 成功之處：在偶聯(lián)劑應用于玻璃纖維復合材料中得到很好應用，也被界面研究的實驗所證實3 不足之處：碳纖維復合材料，當碳纖維經(jīng)過某些柔性聚合涂層 處理后，力學性能改善。但聚合物不具備與碳表面起反應的活性基團，也不具備與樹脂其反應的基團總結(jié)：對于復合體系的界面現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)的解釋，不能單純以一種化學偶聯(lián)或單純以一種物理化學現(xiàn)象來解釋。若潤濕理論和化學鍵理論都存在時，認為化學偶聯(lián)作用應是主要的，然后提高浸潤性，則效果最佳。1 優(yōu)先吸附理論：界面上可能發(fā)生增強體表面優(yōu)先吸附樹脂中的某些組分，這些組分與樹脂有良好的相容性，可以大大改善樹脂對增強體的浸

18、潤。同時，由于優(yōu)先吸附的作用，在界面上可以形成所謂的“柔性層”，這“柔性層”極可能是一種欠固化的樹脂層，它是“可塑的”，可以起到松弛界面上應力集中的作用，故可以防止界面粘脫2 成功之處：解釋化學鍵不能解釋的現(xiàn)象。即當偶聯(lián)劑不具備與樹脂反應的基團時，仍能達到良好的處理效果。17、 解釋界面破壞的能量流散概念，并說明其在界面破壞上的應用。答：1 概念：當裂紋受到外界作用時，裂紋的發(fā)展過程將是逐漸通過樹脂最后到達纖維表面。在裂紋擴展的過程中，將隨著裂紋的發(fā)展逐漸消耗能量，并且由于能量流散而減緩裂紋的發(fā)展2 應用：a. 如果界面上的化學鍵是集中的，當裂紋發(fā)展時，能量流散少或能量集中于裂紋峰，可能沒有引起集中鍵的破壞就沖斷纖維，造成材料的破壞b. 如果樹脂與纖維表面上的化學鍵是分散的，樹脂自界面逐漸分離，鍵逐漸破環(huán)，這樣，應力沒有集中于裂紋峰而消耗能量，引起脫粘破環(huán)18、 簡述非樹脂基復合材料的界面類型分類。答：1 材料界面只有原物質(zhì)而沒有其他任何組成，包括添加物或物理、化學作用產(chǎn)生的新組成物2 界面為增強體與基體形成的相互交錯的溶解擴散界面3 界面上有界面反應層復合材料界面結(jié)合的形式：1 機械結(jié)合：