復(fù)合材料原理題目

1、緒論增強(qiáng)體和功能體在復(fù)合材料中起的主導(dǎo)作用？增強(qiáng)體：承受載荷的作用功能體：賦予復(fù)合材料一定的物理、化學(xué)功能從工程應(yīng)用的角度，復(fù)合材料可分為哪兩類？結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功能復(fù)合材料復(fù)合材料區(qū)別于單一材料的主要特點(diǎn)？1.保持原組分的部分優(yōu)點(diǎn)，且具有原組分不具備的特性2.可設(shè)計(jì)性3.材料與結(jié)構(gòu)的一致性材料復(fù)合效應(yīng)的分類？簡(jiǎn)述每種效應(yīng)的內(nèi)容線性效應(yīng)：平均（復(fù)合材料所顯示的最典型的一種復(fù)合效應(yīng)）平行（組成復(fù)合材料的各組分在復(fù)合材料中，保留本身作用，無(wú)制約無(wú)補(bǔ)償）相補(bǔ)（基體與增強(qiáng)體在性能上能互補(bǔ)，提高綜合性能）相抵（基體與增強(qiáng)體性能相互制約限制整體性能提高）非線性效應(yīng)：相乘（兩種具有轉(zhuǎn)換效應(yīng)的材料復(fù)合產(chǎn)生x/y

2、* y/z二x/z）誘導(dǎo)（一組分材料通過(guò)誘導(dǎo)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(yīng)）共振（兩相鄰材料在一定條件下產(chǎn)生機(jī)械的電、磁的共振）系統(tǒng)（復(fù)雜效應(yīng)）對(duì)于含有2種組分的復(fù)合材料，其典型的結(jié)構(gòu)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)？0-3基體三維連續(xù)相，增強(qiáng)體或功能體不連續(xù)的微粒分布3基體三維連續(xù)相，增強(qiáng)體纖維狀一維材料2兩組分呈層狀疊合而成的多層結(jié)構(gòu)3基體三維連續(xù)相，增強(qiáng)體或功能體為二維結(jié)構(gòu)的片狀材料3基體三維連續(xù)相，增強(qiáng)體或功能體為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或塊狀結(jié)構(gòu)鑲嵌在基體復(fù)合材料的復(fù)合效果包括哪幾種？其內(nèi)容分別指什么？組分效果結(jié)構(gòu)效果（幾何形態(tài)效果/形

3、狀效果分布狀態(tài)效果/取向效果尺度效果）界面效果建立材料的微觀模型包括哪兩方面的內(nèi)容？材料的幾何結(jié)構(gòu)模型和物理模型復(fù)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，還具有哪些特點(diǎn)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)境條件變化而改變簡(jiǎn)述復(fù)合材料界面的研究對(duì)象界面問(wèn)題對(duì)界面的控制簡(jiǎn)述與表面張力有關(guān)的因素。1物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)2與它相接觸的另一相物質(zhì)有關(guān)3溫度一般T升高，表面張力下降吸附按作用力的性質(zhì)可分為哪幾類？各有什么特點(diǎn)？物理吸附（一般在低溫下進(jìn)行）1無(wú)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吸附、解吸速度較快，易平衡化學(xué)吸附1有選擇性；2只能單分子吸附，

4、且不易吸附或解吸；3平衡慢利用接觸角的知識(shí)，討論固體被液體的浸潤(rùn)性。當(dāng)0=0，液體完全鋪展在固體表面； 當(dāng)00180，液體部分潤(rùn)濕固體；當(dāng)0=180，固體表面完全不能被液體潤(rùn)濕；固體與液體點(diǎn)接觸。界面的相容性指什么？如何確定？指復(fù)合材料在制造、使用過(guò)程中各組分之間相互協(xié)調(diào)、配合的速度。吉布斯自由能 G0,就不相容，即不混合。偶聯(lián)劑官能團(tuán)對(duì)固化體系熱效應(yīng)及內(nèi)耗峰影響的原因官能團(tuán)參與反應(yīng)優(yōu)先吸附引起的現(xiàn)象簡(jiǎn)述增強(qiáng)體體表面的物理特性對(duì)界面結(jié)合性能的影響。物理特性決定界面粘結(jié)的好壞；比表面積，多孔性，極性，結(jié)構(gòu)均一性，結(jié)晶特性為什么玻璃纖維表面常常吸附一層水分子？玻璃纖維的表面陽(yáng)離子不能獲得所需要數(shù)量

5、的氧離子，產(chǎn)生表面張力，當(dāng)處于力的不平衡狀 態(tài)時(shí)，就有吸附大氣中的水。四簡(jiǎn)述復(fù)合材料界面的形成過(guò)程潤(rùn)濕過(guò)程；固化過(guò)程解釋潤(rùn)濕理論所包含的內(nèi)容，并指出其成功之處與不足之處。浸潤(rùn)是形成復(fù)合材料界面的基本條件之一。浸潤(rùn)不良會(huì)在界面上產(chǎn)生空隙，易因應(yīng)力集中而 使復(fù)合材料發(fā)生開(kāi)裂如果完全浸潤(rùn)，則基體與增強(qiáng)相間的粘結(jié)強(qiáng)度將大于基體的內(nèi)聚強(qiáng)度， 將提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。成功：解釋了增強(qiáng)體表面粗化、表面積增加有利于提高與基體樹(shù)脂界面結(jié)合力的事實(shí)。不足：不能解釋施用偶聯(lián)劑后使樹(shù)脂基復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。解釋化學(xué)鍵理論與優(yōu)先吸附理論，并指出其成功之處與不足之處?；瘜W(xué)鍵：基體樹(shù)脂表面的活性官能團(tuán)與增強(qiáng)體表面

6、的官能團(tuán)能起化學(xué)反應(yīng)，在界面上形成共 價(jià)鍵結(jié)合。（理論上可獲得最強(qiáng)的界面粘結(jié)能）成功：在偶聯(lián)劑應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料中得到很好應(yīng)用，也被界面研究的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。不足：不能解釋為什么有的偶聯(lián)劑官能團(tuán)不能與樹(shù)脂反應(yīng)，卻仍有較好的處理效果。優(yōu)先吸附：界面上可能發(fā)生增強(qiáng)體表面優(yōu)先吸附樹(shù)脂中的某些組分，這些組分與樹(shù)脂有良好 的相容性，可以大大改善樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)體的浸潤(rùn)。（松弛界面上應(yīng)力集中的作用， 防止界面粘脫）成功：解釋化學(xué)鍵不能解釋的現(xiàn)象。即當(dāng)偶聯(lián)劑不具備與樹(shù)脂反應(yīng)的基團(tuán)時(shí)，仍能達(dá)到良好 的處理效果。不足：解釋界面破壞的能量流散概念，并說(shuō)明其在界面破壞上的應(yīng)用。概念：當(dāng)裂紋受到外因素作用時(shí)，裂紋的發(fā)展過(guò)程將

7、是逐漸通過(guò)樹(shù)脂最后到達(dá)纖維表面。在裂紋擴(kuò)展的過(guò)程中，將隨著裂紋的發(fā)展逐漸消耗能量，并且由于能量的流散而減緩裂紋的 發(fā)展。對(duì)于垂直的裂紋峰還將減緩對(duì)纖維的沖擊。若化學(xué)鍵集中，裂紋發(fā)展時(shí)，為引起集中鍵的破壞就沖斷纖維；或者鍵能的破壞而造成界面脫粘應(yīng)用：界面控制技術(shù)簡(jiǎn)述非樹(shù)脂基復(fù)合材料的界面類型分類金屬基復(fù)合材料：機(jī)械結(jié)合界面；溶解于潤(rùn)濕結(jié)合界面；反應(yīng)結(jié)合界面陶瓷基復(fù)合材料：機(jī)械結(jié)合；物理結(jié)合（機(jī)械結(jié)合+次價(jià)鍵作用）；化學(xué)結(jié)合（最主要的結(jié)合 方式）；擴(kuò)散結(jié)合如何對(duì)復(fù)合材料界面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。注意材料的應(yīng)用要求；彈性模量的設(shè)計(jì)；界面的殘余應(yīng)力；基體與增強(qiáng)體的相容性；相間的 動(dòng)力學(xué)效果；偶聯(lián)劑的性能五簡(jiǎn)述

8、硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的作用過(guò)程，寫(xiě)出反應(yīng)方程式。1）有機(jī)硅烷水解，生成硅醇2）玻璃纖維表面吸水，生成羥基3）硅醇于吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)：1硅醇于玻璃纖維表面反應(yīng)生成氫鍵2低溫干燥，硅醇醚化反應(yīng)3高溫干燥，硅醇于吸水玻璃纖維間醚化反應(yīng)硅烷偶聯(lián)劑與聚合物基體是怎么作用的？玻璃纖維增強(qiáng)水泥的目的，玻璃纖維受到水泥侵蝕的類型及采取的主要措施？目的：克服水泥硬化體抗拉強(qiáng)度低、抗裂性查、脆性大等缺點(diǎn)類型：化學(xué)侵蝕（水泥水化生成的Ca（OH）2與玻璃纖維的硅氧骨架之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 水化硅酸鈣。水泥液相中存在NaOH, KOH會(huì)加速反應(yīng)）；應(yīng)力侵蝕（水泥水化生成的晶體可進(jìn)入玻璃纖維表面存在的缺陷中，在缺

9、陷端部造成 應(yīng)力集中并使缺陷擴(kuò)展。）措施：1 .改變玻璃纖維的化學(xué)組成（加入較多量的ZrO2）2對(duì)玻纖表面進(jìn)行被覆處理3.使用 水化物堿度低的水泥，減緩或防止侵蝕。六玻璃纖維表面處理的目的和意義？有利于增強(qiáng)體與基體間形成一個(gè)良好的粘結(jié)界面，提高復(fù)合材料的各種性能簡(jiǎn)述偶聯(lián)劑的作用機(jī)理？偶聯(lián)劑是一類化合物，分子兩端的基體，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)體表面發(fā)生化學(xué)作用或物理作用， 另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，使增強(qiáng)體和基體很好地偶聯(lián)起來(lái)，獲得 良好的界面粘結(jié)，改善多種性能，抵抗了水的侵蝕。沃蘭與玻璃纖維表面的作用機(jī)理？沃蘭水解T玻璃纖維吸水，生成硅羥基T水解反應(yīng)，沃蘭與沃蘭，沃蘭與玻纖表面間

10、形成氫 鍵T脫水反應(yīng)，沃蘭與沃蘭，沃蘭與玻纖表面間縮合-醚化反應(yīng)碳纖維表面處理的目的和意義？改善碳纖維表面結(jié)構(gòu)和性能，使碳纖維與基體材料很好地粘結(jié)，提高復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度， 斷裂韌性，尺寸穩(wěn)定性及界面的抗?jié)裥?。碳纖維表面處理的方法有哪些？氧化法（氣相氧化法；液相氧化法；陽(yáng)極電解氧化法）表面晶須化法蒸氣沉積法電聚合法電沉積法等離子體法為提高聚乙烯的復(fù)合性能，其改性方法有哪些？交聯(lián)；氯化；共聚；共混七請(qǐng)推導(dǎo)復(fù)合材料單向板受軸向載荷時(shí)，纖維承受的載荷占總載荷的比例公式，并計(jì)算 Vf=0.5的單向板，當(dāng)Ef/Em分別為0.1、1、10、50時(shí)，纖維承擔(dān)的載荷所占的比例分 別為多少？33.某玻璃纖維/

11、環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的Em=3.53 GPa, Vf=0.6，試驗(yàn)得E1=47.07 GPa。試由材 料力學(xué)法估算E2。某玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的vf=0.25，vm=0.6，Em=3.53 GPa,試驗(yàn)測(cè)得E2=15.59GPa。試由材料力學(xué)方法估算V12。V 二勺二2 二。.226,l） E2 15.59l- = 5 + E二（10,226）x0.25 + 0.6x0.226 二 0.329纖維體積分?jǐn)?shù)為40%的單向聚酯基復(fù)合材料在平行于纖維方向承受100MPa應(yīng)力，如果纖維和基體的拉伸模量Ef和Em分別為75GPa和5GPa，泊松比vf和vm分別為0.21 和0.35,計(jì)算復(fù)合材料的軸向

12、和橫向應(yīng)變。麗、一繇：E,=與匕 +EmVJH - 75 xO.-l + 5 x (1-0.4) - 33GPa三_些八3 耳33x1伊Vl2 = VJvf -Vf/vfn =0.4x0.21+0.6x0.35 =0.294氐二一s2 =0.294x3.03x10 J =-8.91x1036.依據(jù)Halpin-Tsai方程，推導(dǎo)當(dāng)g=0和g =8時(shí)復(fù)合材料彈性模量表達(dá)式。&=皿時(shí)i 牙一口M 1 + 對(duì)r 認(rèn)=I 一叫-1+郵-1+明=1”，虬=虬,*,-凡加=螞 - MJ1-弓）37.如圖所示單向復(fù)合材料中纖維按照正方形排 列，纖維直徑為10 m, Vf=0.60, Ef=80GPa, Em

13、=3GPa,當(dāng)受x方向載荷時(shí)，求基體在x方向局部應(yīng)變sm與復(fù)合材料平均 應(yīng)變sc的比值。iqj.十芝（樹(shù)脂部分）tf氏,HTE電 2占=t,u(25 一 2?) + Jy2t7 = x (2j - 2a) +- 2n5叵一J 71 x5xl0c -5.72x 10-%? 1x0.65.72X10-*就E十左 h=6.3033 -l)a 5.72 x 106 +(-1)x5曲一2t2j 4j 2單向板的縱向拉伸強(qiáng)度的表達(dá)式？什么是剪切滯后？在靠近短邊的端部，由于正應(yīng)力是靠剪力的作用逐漸由集中力轉(zhuǎn)化為均勻的，而由于剪力傳 遞正應(yīng)力有一個(gè)逐漸的過(guò)程，所以在端部，剪力所起的作用還很有限，而正應(yīng)力分布還

14、不均 勻。短纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度性能與短纖維長(zhǎng)度的關(guān)系？寫(xiě)出表達(dá)式并分析。短纖維的增強(qiáng)效果僅為長(zhǎng)纖推增酒時(shí)的半。當(dāng)弓：罰達(dá)到花值時(shí)“纖維a增強(qiáng)作用。當(dāng)七=。時(shí)，彼= 只有基體承載.0 =叫,且時(shí)， l/rwi. 0.01.5 * , 豆合體系的彈性模皇與粒子IV = fi, K -r !V尺寸基本無(wú)是.（2）r 0.L.5 B不能忽視，將時(shí)E有較大 咨響。L L叫5 1 K,Il-籍8 -LOr忒(7,125)袈微細(xì)粒孑，1S常為（）i 。收盹爵響極大* B不能藤楓，枷E有較大器響。八一般情況下，填充無(wú)機(jī)填料的復(fù)合塑料的熱膨脹系數(shù)相比純聚合物大還是小？大復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的兩個(gè)重要意

15、義是什么？1制備導(dǎo)熱或隔熱性制品；2成型速度的選擇表征聚合物耐熱性的物理量是什么？填料對(duì)聚合物耐熱性影響的原因是什么？玻璃化溫度Tg填料的加入引起了聚合物微觀結(jié)構(gòu)的改變：1引起界面層聚合物大分子斂集密度的改變（一般情況下是密度降低），隨著大分子斂集密 度的改變，改變了分子間作用力，因而改變分子鏈段的活動(dòng)能力，使聚合物的玻璃化溫度隨 之而發(fā)生變化。2在界面上由于填料-聚合物分子間作用力的存在，使聚合物大分子鏈段運(yùn)動(dòng)受到阻礙，因 而使聚合物的玻璃化溫度升高。這種聚合物大分子鏈段運(yùn)動(dòng)受阻的程度隨著填料聚合物分 子間作用力增大而增高。聚合物阻燃性的判斷依據(jù)是什么？常用的阻燃填料有哪幾種，其阻燃機(jī)理是什么？ 氧指數(shù)小于21易燃大于27難燃常用阻燃填料：1三氧化二銻（Sb2O3）與有