復(fù)合材料復(fù)習(xí)題

1、1 什么是復(fù)合材料，復(fù)合材料有哪些特點，并結(jié)合復(fù)合材料的特點說明其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的原因。答：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同作用，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足不同的要求。復(fù)合材料的特點：A 典型的復(fù)合材料是在一個特定的基體中，填充有一種或多種填充體；B 既能保留原組分或材料的主要特色，并通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能；C 可以通過材料設(shè)計使各組分的性能相互補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能復(fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域：A 航空航天領(lǐng)域 復(fù)合材料熱穩(wěn)定好，比強度、比剛度高，可用于制造飛機

2、機翼和衛(wèi)星天線大型運載火箭的殼體等B 汽車領(lǐng)域 復(fù)合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減震和降低噪聲，同時抗疲勞性能好，可于制造汽車車身、受力構(gòu)件及內(nèi)部構(gòu)件。C 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性，可用于制造醫(yī)用X光機和矯形支架等。碳纖維復(fù)合材料還具有很好的生物相容性，生物環(huán)境下穩(wěn)定性好，可用作醫(yī)用材料。此外，復(fù)合材料還可以用在化工和機械制造領(lǐng)域和制造體育器件及建筑行業(yè)。2 對RTM工藝過程進行簡單描述，并說明該工藝的特點，能夠制備什么樣的制品，并給出實際制品的例子，并說明制備該制品的工藝過程及工藝條件。答：RTM工藝是把增強體材料切成或制成預(yù)成型體，放入模腔之中。預(yù)成型

3、體放置于合適的位置，以保證模具的密封。合模后，樹脂被注射到模腔之內(nèi)，流經(jīng)增強體，把氣體排出，并潤濕纖維（增強體），多余的樹脂將從排氣孔處排出模腔。之后，樹脂在一定的條件下經(jīng)固化后，取出的是制品。RTM特點：1.由于體系的壓力很低，它在很多方面得到廣泛應(yīng)用；2.RTM可制備泡沫夾心結(jié)構(gòu)，以增加預(yù)成型體的剛性，同時也可以提高三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；3.RTM具有一體化成型特點，這是其他工藝所不能達到的；4.RTM具有設(shè)計靈活特點，RTM可放置模內(nèi)金屬嵌入件，制備內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)制品樹脂轉(zhuǎn)移成型可制備從汽車扶手等小制品，到水處理單元、風(fēng)力發(fā)電機葉片等大制品，是應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛的一種制備復(fù)合材料的加工工藝。一種木塑

4、復(fù)合材料的工藝過程及工藝條件如下：第一步將重量配比為3070份熱塑性塑料、3070份植物纖維、5 10份聚烯烴與多單體固相接枝共聚物在高速混合機中預(yù)混合，溫度3060 ，時間2030分鐘；第二步將預(yù)混料加入到雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出機主螺桿轉(zhuǎn)速 80150轉(zhuǎn)，螺桿溫度160200；第三步擠出產(chǎn)物經(jīng)口模定型并經(jīng)水冷卻、切粒，即得所述一種木塑復(fù)合材料。3 什么是手糊成型？手糊成型有哪些優(yōu)缺點？該工藝可制備哪些復(fù)合材料制品？手糊成型常用的樹脂體系有哪些？答：手糊成型是先將樹脂、固化劑及各種配料制成樹脂糊，在模具上刷一層樹脂糊，再鋪貼上一層事先裁好的纖維織物，用輥子或刮刀壓實，趕出氣泡。再重復(fù)上述

5、操作，直到達到要求的厚度為止。然后在一定的條件下進行固化，得到制品。手糊成型工藝缺點：1.制品質(zhì)量依賴于操作者得技能水平，質(zhì)量不易控制2.生產(chǎn)效率低、周期長3.產(chǎn)品的力學(xué)性能較低。手糊成型制品：波形瓦、浴盆、冷卻塔、衛(wèi)生間、貯槽、風(fēng)機葉片、各類漁船、游艇、大型雷達天線罩、設(shè)備防護罩、飛機蒙皮、機翼、火箭外殼等。手糊成型常用的樹脂體系有不飽和聚酯樹脂膠液、環(huán)氧樹脂膠液、33號膠衣樹脂（間苯二甲酸型）、36PA膠衣樹脂、自熄性膠衣樹脂、39號膠衣樹脂、21號樹脂（新戊二醇型）。4 簡述制備樹脂基復(fù)合材料的纏繞成型有哪些優(yōu)點和缺點？請結(jié)合纏繞成型的特點，說明該工藝適合制備哪些制品。答：纏繞成型就是把

6、連續(xù)的纖維絲束（布）用樹脂潤濕后均勻而有規(guī)律地纏繞在旋轉(zhuǎn)的軸上的一種成型方法。優(yōu)點：1.由于可以按照承力要求確定纖維的方向、層次、數(shù)量，可實現(xiàn)強度的設(shè)計。2.纖維伸直和按規(guī)律排列的整齊性和精確度高于任何其它成型方法，制品能充分發(fā)揮纖維的強度，因此比強度和比剛度均高。3.玻璃鋼壓力容器比鋼質(zhì)減重40-60%。4.生產(chǎn)效率高可成型各種尺寸的制品。缺點：1.設(shè)備投資大。2.不能生產(chǎn)凹形制品。纖維纏繞過程：1.螺旋纏繞 該方法適合于細長幾何形狀的制件，如壓力管、（導(dǎo)彈）發(fā)射管。2.環(huán)狀纏繞 汽車彈簧片、油箱軸承等3.平面纏繞（極向纏繞）纖維在一平面內(nèi)運動（旋轉(zhuǎn)），同時軸芯也在旋轉(zhuǎn)，火箭發(fā)動機殼體是最大

7、的單向纏繞制品。5 金屬基復(fù)合材料加工中的難點是什么，如何解決這些難點？在金屬基復(fù)合材料的加工過程中應(yīng)考慮哪幾方面的問題？答：難點：1）高溫下的界面反應(yīng)、氧化反應(yīng)等；2）金屬與增強體之間浸潤性差，甚至不浸潤；3）將增強體按設(shè)計要求的含量、分布、方向均勻地分布。解決辦法：1）增強體表面處理作用是：有效防止界面反應(yīng)，相互擴散，溶解等；有效改善基體與增強體的潤濕性；優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)和性能。表面處理方法：化學(xué)氣相沉積；物理氣相沉積；溶膠、凝膠法；電鍍、化學(xué)鍍2)加入適當(dāng)合金元素，優(yōu)化合金成份作用:有效改善金屬基體之間的浸潤性；有效地防止界面反應(yīng)；例如：加入鈦、鋯、鈮、鈰等元素，可有效改善纖維與鋁液的浸潤性

8、，3）優(yōu)化工藝方法及工藝參數(shù)加工過程中應(yīng)考慮的問題：加工過程中應(yīng)考慮的問題：A.增強體的分散問題B.制造過程對制品性能的影響C.制造過程中應(yīng)避免各種不利反應(yīng)D.簡單易行,適于批量生產(chǎn),盡可能直接制成接近最終形狀和尺寸的零件6 熱塑性樹脂基復(fù)合材料與熱固性樹脂基復(fù)合材料在性能和加工工藝上的區(qū)別是什么？答：熱塑性樹脂是指具有線型或分枝型結(jié)構(gòu)的有機高分子化合物，熱固性樹脂是以不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等為主的高分子化合物。性能上：熱塑性樹脂柔韌性大，脆性低，加工性能好，但剛性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性差熱固性樹脂剛性大，耐腐蝕性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性好，不易變形，成型工藝復(fù)雜，加工較難加工工藝上：熱塑性

9、樹脂受熱軟化或熔融，可進行各種線型加工，冷卻后變得堅硬。再受熱，又可進行熔融加工，具有可重復(fù)加工性。熱固性樹脂受熱熔融的同時發(fā)生固化反應(yīng)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，冷卻后再受熱不熔融，在溶劑中不溶解，不具有重復(fù)加工性。7 舉例說明什么是功能型復(fù)合材料，簡述功能復(fù)合材料的特點，它與結(jié)構(gòu)型復(fù)合材料的區(qū)別及功能型復(fù)合材料的發(fā)展趨勢。答：功能復(fù)合材料就是除力學(xué)性能以外，還提供其他物理性能，并包括部分化學(xué)和生物性能的復(fù)合材料。如：導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、阻尼、吸聲、屏蔽、阻燃、防熱等功能。舉例：導(dǎo)電復(fù)合材料可用作陽極材料、發(fā)熱元件、傳感器等； 磁性復(fù)合材料可用作永磁電機、磁性開關(guān)和信息記錄等；阻尼功能復(fù)合

10、材料可減振降噪。功能復(fù)合材料的特點：1)應(yīng)用面寬；2)研制周期短；3)附加值高；4)小批量，多品種；5)適于特殊用途。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，由能承受載荷的增強體組元（如玻璃、陶瓷、高聚物、金屬、天然纖維和顆粒等）與能聯(lián)結(jié)增強體成為整體材料同時又起傳力作用的基體組元（如樹脂、金屬、陶瓷、和水泥等）構(gòu)成。功能材料是指除力學(xué)性能以外還提供其它物理、化學(xué)、生物等性能的復(fù)合材料。包括壓電、導(dǎo)電、雷達隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材料。功能復(fù)合材料的發(fā)展趨勢：由單功能向雙功能、多功能化發(fā)展；由功能向機敏、智能化方向發(fā)展；功能-承力一體與輕量化；功能體的高性能

11、化與微細化；使用性能的穩(wěn)定性與長壽命；高精確度的設(shè)計技術(shù)與設(shè)計制造一體化；無余量成型與低成本制造技術(shù)。8 什么是納米復(fù)合材料？用一個具體實例說明制備納米復(fù)合材料所面臨的困難是什么，應(yīng)如何解決？答：納米復(fù)合材料是指尺度為1 nm一100 nm的超微粒經(jīng)壓制、燒結(jié)或濺射而成的凝聚態(tài)固體。它具有斷裂強度高、韌性好，耐高溫等特性。如溶液插層復(fù)合法制備納米復(fù)合材料，方法是：將高分子聚合物鏈在溶液中借助于溶劑而插層進入層狀硅酸鹽片層之間，然后揮發(fā)除去溶劑，即可實現(xiàn)聚合物與硅酸鹽在納米尺度上的復(fù)合。但該方法需要合適的溶劑來同時溶解高分子聚合物和硅酸鹽，而且大量的溶劑不易回收，對環(huán)境不利。改進方法是將高分子聚

12、合物加熱到熔融狀態(tài)下，在靜止或剪切力的作用下直接插入到硅酸鹽片層之間，制得納米復(fù)合材料。該方法由于不使用溶劑，工藝簡單，并且可以減少對環(huán)境的污染。9 設(shè)計制備某一復(fù)合材料制品的方案答：一種木塑復(fù)合材料的工藝過程及工藝條件如下：第一步將重量配比為3070份熱塑性塑料、3070份植物纖維、5 10份聚烯烴與多單體固相接枝共聚物在高速混合機中預(yù)混合，溫度3060 ，時間2030分鐘；第二步將預(yù)混料加入到雙螺桿擠出機中進行擠出，擠出機主螺桿轉(zhuǎn)速 80150轉(zhuǎn)，螺桿溫度160200；第三步擠出產(chǎn)物經(jīng)口模定型并經(jīng)水冷卻、切粒，即得所述一種木塑復(fù)合材料。10 舉出一個復(fù)合材料樹脂體系的實例，并說明各組分的作用。答：如不飽和聚