聚合物基复合材料课后习题

聚合物基复合材料课后习题聚合物基复合材料课后习题聚合物基复合材料课后习题聚合物基复合材料课后习题河南理工大学河南理工大学河南理工大学河南理工大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院高分子专业高分子专业第二章第二章增强材料增强材料2.为什么玻璃纤维与块状玻璃性能不同？纤维的粗细对其强度有什么影响？为什么？度有什么影响？为什么？见p276玻璃纤维性能的主要特点是什么？6.玻璃纤维性能的主要特点是什么？¾力学特性-脆性材料，拉伸强度高，但模量较低；纤维强度分散性较大强度受湿度影响散性较大，强度受湿度影响；¾热性能-高温热处理后强度下降，导热系数低¾耐介质性能-除HF外，对其他介质具有较好的耐腐蚀能力，受水侵蚀强度下降¾电性能-与组分尤其是含碱量有关，具有良好的高频介电性能8什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？8.什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？见p2913.当环境湿度较大时，S-玻纤与E-玻纤在性能上有何差异？S-玻纤，即高强玻璃纤维，碱金属氧化物含量0.3%；E-玻纤，即电工用玻璃纤维，碱金属氧化物含量1%；湿度大，水的侵蚀会使GF强度下降，含碱量越大侵蚀越快因此E玻纤强度下降速率比S玻纤快碱量越大，侵蚀越快，因此E-玻纤强度下降速率比S-玻纤快。15.在PAN法制备CF的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化三个过程？这三个处理过程对CF性能有什么影响？‹预氧化：PAN纤维是线性高分子结构，耐热性较差，高温会裂解，不能经受碳化的高温得到碳纤维；预氧化可使CN在较低的温度下环化形成具有带六元共轭环的梯形结构，提高PAN纤维的稳定性；‹碳化预氧化纤维在张力下在3001500℃的温度下在N2保护下进行‹碳化：预氧化纤维在张力下、在300~1500℃的温度下、在N2保护下进行的热解反应，将结构中不稳定部分与非碳原子裂解出去，同时进行分子间缩合，最后得到含碳量92%以上的CF。结构向石墨晶体转化，强度和模量缩合，最后得到含碳量92%以上的CF。结构向石墨晶体转化，强度和模量均显著提高。‹石墨化：CF-II属于乱层石墨结构，石墨层片取向较低，弹性模量低。石墨化处理可较大提高纤维的模量，但拉伸强度较低。21.热处理温度以及热处理过程施加张力的大小对CF结构和性能的影响？答：热处理温度升高，纤维的模量增加。因为随着HTT升高，微晶尺寸增大，层片间距变小。而强度则随着热处理温度的升高，出现最大值。21.热处理温度以及热处理过程施加张力的大小对CF结构和性能的影响？答：热处理温度升高，纤维的模量增加。因为随着HTT升高，微晶尺寸增大，层片间距变小。而强度则随着热处理温度的升高，出现最大值。大，层片间距变小。而强度则随着热处理温度的升高，出现最大值。热处理过程中施加张力增大，取向角减小，模量增大。大，层片间距变小。而强度则随着热处理温度的升高，出现最大值。热处理过程中施加张力增大，取向角减小，模量增大。22.影响碳纤维强度的主要因素是什么？热处理温度，缺陷含量29Kevlar纤维的化学结构对纤维的性能有什么影响？29Kevlar纤维的化学结构对纤维的性能有什么影响？29.Kevlar纤维的化学结构对纤维的性能有什么影响？P5829.Kevlar纤维的化学结构对纤维的性能有什么影响？P5834比较GFCF和KF的主要优缺点？34.比较GF、CF和KF的主要优缺点？GF优点：强度高；缺点：模量较低，强度受湿度影响CF优点：强度高，模量高，耐高低温性能好；缺点：冲击性能差，表面活CF优点：强度高，模量高，耐高低温性能好；缺点：冲击性能差，表面活性低，与基体黏结性差。KF优点：强度高，密度小，具有一定的韧性；缺点：抗压、抗扭性能较低，耐水性、耐紫外光差第三章第三章基体材料基体材料1.简要说明基体在复合材料中的作用。‹粘合纤维，固定位置，均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；1.简要说明基体在复合材料中的作用。‹粘合纤维，固定位置，均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）；‹保护纤维，防止纤维受损；‹赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）；‹保护纤维，防止纤维受损；‹赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）；‹决定复合材料生产工艺、成型方法。‹决定复合材料生产工艺、成型方法。2环氧、酚醛及不饱和聚酯树脂的固化各有什么特点？对制备工艺有什么影2.环氧、酚醛及不饱和聚酯树脂的固化各有什么特点？对制备工艺有什么影响？‹酚醛：A阶段(可溶可熔)→B阶段(转变阶段)→C阶段(不溶不熔)。固化阶段界限明显，干法工艺中可根据固化阶段性把浸渍和压制分别在不同的工段进行。‹不饱和聚酯树脂：凝胶→定型→熟化三个阶段。固化阶段界限不明显，一般采取从黏流态树脂到固化定型一次完成的工艺方法。‹环氧树脂凝胶定型熟化三个阶段三阶段比聚酯树脂明显固化条件随固‹环氧树脂：凝胶→定型→熟化三个阶段。三阶段比聚酯树脂明显，固化条件随固化剂不同可在很大范围变动。因此几乎对所用成型工艺都能适应。11.环氧值为0.51当量/100g的618#环氧树脂，用苯酐做固化剂，试计算100环氧树脂所需苯酐的量参考107计算（64158）11.环氧值为0.51当量/100g的618#环氧树脂，用苯酐做固化剂，试计算100环氧树脂所需苯酐的量参考107计算（64158）100g环氧树脂所需苯酐的量。参考p107计算，（64.158）100g环氧树脂所需苯酐的量。参考p107计算，（64.158）12.试写出2-乙基-4-甲基咪唑的分子式，请说明其在固化环氧树脂时的固化机理。参见p11013目前，环氧树脂的增韧有几种方法？简要说明其增韧机理。13.目前，环氧树脂的增韧有几种方法？简要说明其增韧机理。‹橡胶弹性体增韧：具有活性端基的弹性体分子可以通过活性端基与环氧基的反应嵌段进入环氧的交联网络。机理-橡胶颗粒脱胶或断裂后所形成孔洞的塑性体膨胀，颗粒或孔洞所诱发的剪切屈服变形；‹热塑性树脂增韧-热塑性树脂颗粒对裂纹扩展起约束、闭合作用和钉锚作用，阻止裂纹扩展；热塑性树脂与环氧树脂形成半互穿网络聚合物；‹热致液晶增韧-热致液晶聚合物以原纤的形式存在于环氧树脂连续相中，可以阻止裂缝提高基体韧性可以阻止裂缝，提高基体韧性；‹核壳结构聚合物增韧-CSLP粒子空穴化—塑性形变，吸收外加能量‹刚性纳米粒子增韧在基体受冲击时纳米粒子与基体之间产生微裂纹(银‹刚性纳米粒子增韧-在基体受冲击时，纳米粒子与基体之间产生微裂纹(银纹)，吸收能量；基体塑性变形吸收冲击能。第四章第四章聚合物基复合材料的界面聚合物基复合材料的界面1.复合材料的界面效应有那些？如何影响复合材料的性能？物效应引起各组分之间相润扩散相溶性面吉布斯自由能1.复合材料的界面效应有那些？如何影响复合材料的性能？物效应引起各组分之间相润扩散相溶性面吉布斯自由能‹物理效应：引起各组分之间相互浸润、扩散、相溶性、界面吉布斯自由能、结构网络互穿的变化；‹化学效应：导致界面上的化学反应形成新的界面层结构；‹物理效应：引起各组分之间相互浸润、扩散、相溶性、界面吉布斯自由能、结构网络互穿的变化；‹化学效应：导致界面上的化学反应形成新的界面层结构；‹化学效应：导致界面上的化学反应、形成新的界面层结构；‹力学效应：引起界面上的应力分布。‹化学效应：导致界面上的化学反应、形成新的界面层结构；‹力学效应：引起界面上的应力分布。2.影响界面黏结强度的因素有那些？提高界面黏结强度的途径有那些？‹纤维表面晶体大小及比表面积：晶体增大、粘结性能变差，粘结强度降低；比表面积大，粘结强度高；‹浸润性：浸润性↑，粘结强度↑；空隙率↑，粘结强度↓‹界面反应性界面反应性↑粘结强度↑‹界面反应性：界面反应性↑，粘结强度↑‹残余应力：降低残余应力6.简述水对复合材料的破坏机理。‹水的浸入：形成较厚的水膜‹水对玻璃纤维表面的化学腐蚀作用：碱金属溶于水中，溶液呈碱性，加速表面腐蚀导致骨架解体强度降表面腐蚀，导致SiO2骨架解体，强度下降。‹水对树脂的降解作用：物理效应，化学效应‹水溶胀树脂导致界面脱粘破坏界面处树脂溶胀→剪应力当剪应力界‹水溶胀树脂导致界面脱粘破坏：界面处树脂溶胀→剪应力，当剪应力界面粘结力→界面脱粘破坏‹水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏‹水进入孔隙产生渗透压导致界面脱粘破坏‹水促使破坏裂纹的扩展8什么是偶联剂？简述用于玻璃纤维的偶联剂类型及作用机理8.什么是偶联剂？简述用于玻璃纤维的偶联剂类型及作用机理。‹偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，偶联剂分子应至少含有两种官能团，第一种官能团在理论上可于增强材料起化学反应，第二种官能团在官能团第种官能团在理论可于增强材料起化学反应第种官能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成化学键结合。‹有机硅烷类偶联剂，有机铬络合物偶联剂‹作用机理：1)水解；2)与玻璃纤维表面作用；3)与树脂基体作用第五章第五章聚合物基复合材料的成型工艺聚合物基复合材料的成型工艺4.成型复合材料时，施加压力的主要作用是什么？复合材料为什么一般可采用低压成型？‹见p1655什么是复合材料的成型三要素？说明其对产品性能和生产效率的影响？5.什么是复合材料的成型三要素？说明其对产品性能和生产效率的影响？‹成型三要素：赋形、浸渍、固化‹浸渍的好坏、赋形的快慢、固化的快慢同时影响产品性能和生产效率两个‹浸渍的好坏、赋形的快慢、固化的快慢同时影响产品性能和生产效率两个对立的方面。若强调经济性，加快成型周期，就要牺牲一部分性能；反之，若重视性能，就要牺牲经济性。9.什么是袋压成型？主要有哪几种形式？‹袋压成型是借助成型袋与模具之间抽真空形成的负压或袋外施加压力使‹袋压成型是借助成型袋与模具之间抽真空形成的负压或袋外施加压力，使复合材料坯料贴近模具，从而固化成型的方法。‹主要有：真空袋成型，气压袋（压力袋）成型，真空袋-热压罐成型。‹主要有：真空袋成型，气压袋（压力袋）成型，真空袋热压罐成型。11.纤维缠绕成型有哪三种缠绕规律？它们是如何实现的？‹环向缠绕-芯模绕自己轴线做匀速运动，丝束在平行于芯模轴线方向的筒身区间均匀缓慢的移动。芯模每转一周，丝束沿芯模轴向移动一个纱片宽度。‹纵向缠绕-缠绕时导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自己轴线慢速间歇转动。导丝头每转一周，芯模转过一个微小角度。‹螺旋缠绕-缠绕时芯模绕自己轴线匀速转动，导丝头按一定运动速度沿芯模轴线方向往返运动。12.论述注胶压力、注胶速率和注胶温度对树脂传递模塑（RTM）成型工艺的影响。答：A、压力。压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一。压力的高低取决于模具的材料要求和结构设计。为降低压力，可采取如下措施：降低树脂粘度；适当的模具12.论述注胶压力、注胶速率和注胶温度对树脂传递模塑（RTM）成型工艺的影响。答：A、压力。压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一。压力的高低取决于模具的材料要求和结构设计。为降低压力，可采取如下措施：降低树脂粘度；适当的模具材料要求和结构设计。为降低压力，可采取如下措施：降低树脂粘度；适当的模具注胶口和排气口设计；适当的纤维排布；降低注胶速率。B、注胶速率。注胶速率决定于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度，受树脂的活性期、压注设备的能力、模具钢度、制件的尺寸和纤维含量的制约。由于树材料要求和结构设计。为降低压力，可采取如下措施：降低树脂粘度；适当的模具注胶口和排气口设计；适当的纤维排布；降低注胶速率。B、注胶速率。注胶速率决定于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度，受树脂的活性期、压注设备的能力、模具钢度、制件的尺寸和纤维含量的制约。由于树脂的活性期压注设备的能力模具钢度制件的尺寸和纤维含量的制约由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压力，较慢的冲模压力和一定的冲模反压有助于改善RTM的微观流动状况，但冲模时间增加降低了效率。C、注胶温度。注胶温度取决于树脂体系的活性期和最小粘度的温度。在不大大降低脂的活性期压注设备的能力模具钢度制件的尺寸和纤维含量的制约由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压