《复合材料及工艺》复习总结.doc

《复合材料及工艺》复习提纲 第一章、绪论 1.了解复合材料的定义、分类及应用。 答：（1）定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 （2）分类： 聚合物基复合材料（PMC） 金属基复合材料（MMC） 陶瓷基复合材料（CMC） 水泥基复合材料（CeMC） 碳基体复合材料（C/C） （3）应用：航空航天，一般工业（汽车、化工、建筑、机械、船舶等），体育用品，生物医学，其他。 2.FRP、GFRP、FRTP各代表什么意思。 答：FRP：fiber reinforced plastics，纤维增强塑料； GFRP：glass fiber reinforced plastics，玻璃纤维增强塑料； FRTP：fiber reinforced thermal plastics，纤维增强热塑性塑料。 3.什么是ACM？其判据是什么？ 答：ACM：advanced composite materials，先进复合材料。先进复合材料是以碳纤维、硼纤维、芳纶纤维作为增强体，具有高的比强度、比模量、剪切强度和剪切模量、高温性能、耐热性的复合材料。 判断依据： 比强度 = 强度 / 材料密度 比强度≥（4×106cm） 单位量纲（cm 比模量 = 模量 / 材料密度 比模量≥（4×108cm） 单位量纲（cm 第二章、复合材料理论基础 1.（1）复合材料中增强体的作用是什么？常见的增强体有哪些（至少列出6种）？ 答：增强体是指在复合材料中骑着增加强度、改善性能作用的组分。复合材料中增强体主要分为：纤维、晶须和颗粒等。纤维增强体可分为：无机纤维和有机纤维 无机纤维（玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维） 有机纤维（芳纶纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维） （2）最常见的玻纤是什么？其网络结构假说赋予它什么特性？ 答：无碱玻纤（E-玻纤） 结构假说：微晶结构假说和网络结构假说。 网络结构假说：二氧化硅四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成的不规则三维网络，网络空间由Na、K、Ca、Mg等阳离子填充，它们与O2-连接，而与网络不直接相连。 一定数目的多面体遵循类似晶体结构规则排列，形成近程有序。也就是，微观上不均匀，宏观上均匀的结构，反映到性能上是各向同性。 考点：玻纤的杨氏模量在纤维轴向为70GPa，则垂直于纤维轴方向的杨氏模量为70GPa （3）碳纤维的特性是什么？按原料分碳纤维的主要种类包括什么？描述某一种碳纤维的制备工艺。 答：碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射特性，此外还具有纤维的柔顺性和可编性。 种类：聚丙烯腈基碳纤维（PAN），沥青基碳纤维（PITCH），人造丝碳纤维（RAYON） 制备工艺：有机前驱体法和气相生长法 A、PAN碳纤维的制备过程可分为3步：第一步---预氧化。预氧化的主要目的是使原丝中的链状PAN分子环化脱氢，转化为耐热的梯形结构，以承受更高的炭化温度和提高炭化收缩率以改善力学性能。在200~400℃的氧化气氛中，在原丝受张力的情况下，环化成梯形结构，这时分子沿纤维轴定向，变得热稳定。第二步---炭化。炭化一般在高纯的惰性气体保护下预氧丝加热至1200~1800℃以除去其中的非碳原子，生成含碳量在90%以上的碳纤维。第三步---石墨化。炭化后的碳纤维可经石墨化，制造石墨纤维。石墨化温度为2000~3000℃。在张力下使结晶碳增长、定向，纤维的弹性模量大增。 B、沥青基碳纤维。首先准备沥青，然后纺丝并拉成连续的纤维，再经历氧化、炭化和石墨化处理以获得碳纤维。在氧化处理期间，沥青纤维先暴露于70℃温度的臭氧中，然后到300℃温度的空气中。这产生了不熔化的交联结构，并且能够不熔化而炭化。炭化在高达1350℃温度的氮气中进行。通过在高温热处理期间伸张纤维获得高模量沥青基碳纤维。 （4）常见有机纤维增强体包括什么？其特性是什么？ 答：芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和尼龙纤维。 芳纶纤维的特性：拉伸强度高，冲击性能好（韧性好），热稳定性好，芳纶纤维的线膨胀系数和碳纤维一样具有各向异性的特点。压缩性能不好，仅为拉伸强度的1/8；剪切强度不高，仅为拉伸强度的1/17；易发生光降解（可见及紫外线，使力学性能下降）。 超高分子量聚乙烯纤维特性：密度小，良好的柔曲性、耐疲劳性和耐磨损性，冲击性能好，耐光性好于芳纶。熔点较低，易蠕变，与聚合物基体粘结性差。 （5）BF和SiC纤维的特性分别是什么？ 答：BF：硼纤维。高强度、高模量、低密度，比强度和比模量较高。 SiC：碳化硅纤维。力学性能优异，耐氧化性好，化学稳定性好，与金属有良好的浸润性，耐辐射性能和吸波性能良好。 （6）成纤工艺包括干法纺丝、湿法纺丝、干湿法纺丝、熔融纺