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1、复合材料原理与工艺课程习题1、增加体和功能体在复合材料中起的主导作用？答：1)填充：用廉价的增加体，特殊是颗粒状填料可降低本钱。2)增加：(a)功能体可给予聚合物基体本身所没有的特殊功能。功能体 的这种作用主要取决于它的化学组成和结构。(b)纤维状或 片状增加体可提高聚合物基复合材料的力学性能和热性能。 其效果在很大程度上取决于增加体本身的力学性能和形态 等。2、复合材料区分于单一材料的主要特点？答：1)不仅保持其原组分的局部优点，而且具有原组分不具备的特性；2)材料的可设计性；3)材料与结构的全都性。3、材料复合效应的分类？答：(1)线性效应：线性指量与量之间成正比关系。平行效应、平均效应、
2、相 补效应、相抵效应。(2)非线性效应：非线性指量与量之间成曲线关系。相乘效应、诱导效应、 共振效应、系统效应。4、建立材料的微观模型包含的内容？答：1)材料的几何结构模型，2)材料的物理模型，即计算场量的理论和方法。5、推导并联传递方式中，复合材料的阻力系数答：设外作用场强度为I入，经均质材料响应后，传递输出场强度为I出，那么材料总传递动力为：AI=I入一I出。(1)材料传递时的阻力系数为a时，那么传递通量q为：q=-l/aXAI/Al (2) 对于并联型复相结构，相间无能量交换，那么系统的总通量.为各组分相 同量之和：qc=2qi(l X Vi) (3)式(2)代入式(3),得:qc= -
3、Zl/aiXViXAIi/Ali由于组分相传递推动力梯度相等，故有：qc= (Zl/aiXVi) XAI/A1=1/aoXAI/Al 贝lj etc为：1/ac=Z 1/aiXVi6、复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有哪 些特点.曾：(；具有肯定的厚度；(2)性能在厚度方向上有肯定的梯度变化；(3)随环境条件变化而转变。7、简述复合材料界面的争论对象；答：(1)增加体外表有关的问题：增加体外表的化学、物理结构与性能；增加体与外表处理物质界面层的结构与性质及对增加体外表特性的影响；增加体外表特性与基体之间的相互关系及两者间的相互作用(增加体未处理 时)；增加体与外表
4、处理物质的界面作用；增加体外表特性与复合材料特性的相互关系。(2)外表处理物质的有关问题：最外层的化学、物理结构及内层的化学、物理结构；外表处理物质与基体之间的相互作用；外表处理物质对基体的影响；处理条件及处理剂层的特性；处理剂层随时间的变化；、处理剂层与复合材料性能的相互关系。(3)外表处理的最优化技术。(4)粉体材料在基体中的分散：分散状态的评价；分散技术及机理；分散状态与复合材料性能。(5)复合技术的优化及其机理。8、简述与外表张力有关的因素。答:(1)外表张力与物质结构、性质有关。(2)物质的外表张力与它相接触的另一相物质有关。(3)外表张力随温度不同而不同，一般温度上升，外表张力下降
5、。9、吸附按作用力的性质可分为哪几类？各有什么特点？答：吸附按作用力的性质，可分为：物理吸附和化学吸附。(1)物理吸附的特点：、无选择性，吸附量相差较大；、吸附可呈单分子 层或多分子层；、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。一般在低温下进 行的吸附是物理吸附。(2)化学吸附的特点：、有选择性；、只能单分子吸附，且不易吸附或解 吸；、平衡慢。10、采用接触角的学问，争论固体被液体的浸润性。答：接触角可以衡量液体对固体的浸润的效果3 厂加%当y sv Y si, cos 0 90 ,此时固体不为液体浸润;(2)当 Ylv(vsv-ysl)0,那么 Icos80,即 0 0 90 ,此时固体 为液体所浸
6、润；(3)假设ysv-ysl = y lv,那么cos 0 =1,。=0,此时固体外表可以被液体完全浸润, 并获得最大粘附功。11、界面的相容性指什么？如何确定？答：界面的相容性之复合材料中增加体与基体相接触构成界面时，两者之间产生的物理和 化学的相容性；通常，相容性是依据在混合时的吉布斯的自由能 G来确定。即假设 G0, 就相容；AG。就不相容，即不混合。12、偶联剂的结构及其作用机理。偶联剂有哪些？偶联剂官能团对固化体系热 效应及内耗峰影响的缘由？答：偶联剂是这样的一类化合物，它们的分子两端通常含有性质不同的基团，一端的基团 与增加体外表发生化学作用或物理作用，另一端的基团那么能和基体发生
7、化学作用或物 理作用，从而使增加体和基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面 的性能，并有效地对抗了水的侵蚀。偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的缘由：（1）官能团参加反响；（2）优先 吸附引起的现象。13、简述增加体外表的物理特性对界面结合性能的影响。答：比外表积，对界面的影响：是导致复合材料中的界面存在并引起界面效应的根本所 在。多孔性，对界面的影响：局部孔隙能被基体填充，局部由于很难完全浸润，界 面结合不好，成为应力传递的薄弱环节。增加体外表的极性，极性的基体与极性的 增加体有较强的界面结合，因而也就有较强的界面结合强度及复合材料强度。增加 体外表的均一性，影响界面结合
8、效果。增加体外表的结晶特性，影响复合材料的界 面作用和材料性能。14、为什么玻璃纤维外表经常吸附一层水分子？水对玻璃纤维增加不饱合聚酯复合材料的性能有什么影响？答：阳离子在玻璃纤维外表不能获得所需要数量的氧离子，产生外表张力，当处于力的不 平衡状态时，就有吸附外界物质的倾向，大气中存在的水分即是最常遇的物质，因此玻璃纤维外表经常吸附一层水分子。由于吸附水的作用，玻纤外表带有一Si 0H基团,玻璃纤维成分中含碱量越高，吸附水对SiO2骨架的破坏愈大，纤维强度下降就越大。15、简述复合材料界面的形成过程。答：第一阶段基体与增加体在一种组分为液态时发生接触或润湿；其次阶段是液态组成的 固化过程。16
9、、解释润湿理论所包含的内容，并指出其胜利之处与缺乏之处。答：指出：要使树脂对增加体紧密接触，就必需使树脂对增加体外表很好地浸润。前提条件：液态树脂的外表张力必需低于增加体的临界外表张力。结合方式：属于机械结合与润湿吸附。胜利之处：解释了增加体外表粗化、外表积增加有利于提高与基体树脂界面结合力的事 实。缺乏：a、不能解释施用偶联剂后使树脂基复合材料界面粘结强度提高的现象。b、证明偶联剂在玻璃纤维/树脂界面上的偶联效果肯定有局部（或者是主要的）不 是由界面的物理吸附所供应，而是存在着更为本质的因素在起作用。17、解释化学键理论与优先吸附理论，并指出其胜利之处与缺乏之处。答：化学键理论认为：基体树脂
10、外表的活性官能团与增加体外表的官能团能起化学反响。 因此树脂基体与增加体之间形成化学键的结合，界面的结合力是主价键力的作用。偶 联剂正是实现这种化学键结合的架桥剂。胜利之处：在偶联剂应用于玻璃纤维复合材料中得到很好应用，也被界面争论的试验所 证明。缺乏：a、聚合物不具备活性基团；b、不具备与树脂反响的基团。优先吸附理论认为：界面上可能发生增加体外表优先吸附树脂中的某些组分，这些组分 与树脂有良好的相容性，可以大大改善树脂对增加体的浸润；同时，由于优先吸附作用, 在界面上可以形成所谓的“柔性层”，此“柔性层”极可能是一种欠固化的树脂层，它 是“可塑的”，可以起到松弛界面上应力集中的作用，故可以防
11、止界面粘脱。胜利之处：解释化学键不能解释的现象。18、阐述偶联剂的结构及其作用机理。偶联剂有哪些？答：偶联剂是这样的一类化合物，它们的分子两端通常含有性质不同的基团，一端的基团 与增加体外表发生化学作用或物理作用，另一端的基团那么能和基体发生化学作用或物 理作用，从而使增加体和基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面 的性能，并有效地对抗了水的侵蚀。按化学组成，偶联剂主要可分为有机铭和有机硅两大类，此外还有钛酸酯等。19、碳纤维外表处理机理是什么？20、答：清除碳纤维外表杂质，在碳纤维外表刻蚀沟槽或形成微孔以增大外表积，从类似石墨 层面改性成碳状结构以增加碳纤维外表能，或者引入具有
12、极性或反响性的官能团以形 成与树脂起作用的中间层。20、金属氢氧化物的阻燃机理是什么？答：金属氢氧化物的阻燃作用主要由于它脱水时的吸热效应，降低了分散相的温 度，因而有效地减缓了聚合物的分解速度。其次，金属氢氧化物脱水放出的 水稀释了由聚合物热解所生成的可燃性气体并削减了烟雾的生成。一般来 说，满意以下条件的才能成为有效的阻燃剂：产生不燃性气体的温度略低于 聚合物热分解温度；在复合塑料的混炼、成型温度下不产生不燃性气体。21、阐述荷叶双疏机理。答：外表张力由化学组成打算，而接触角不仅和外表张力有关和外表粗糙度也有关。在各种材料的外表假如有纳米尺寸稽核外形互补的微观结构，如凹凸相间的纳米结构,
13、由于纳米尺寸的凹外表可使吸附气体存在，所以宏观上相当于有一层稳定的气体薄膜, 使油和水无法直接和外表完全接触，从而表现出超双疏性。22、解释界面破坏的能量流散概念，并说明其在界面破坏上的应用。答：当裂纹受到外因素作用时，裂纹的进展过程将是渐渐通过树脂最终到达纤维外表。在 裂纹扩展的过程中，将随着裂纹的进展渐渐消耗能量，并且由于能量的流散而减缓裂 纹的进展。23、增加体与基体复合，需要解决哪些关键问题？怎样解决这些问题? 答：24、给诞生活中复合材料的例子（三个）。答：（1）玻璃纤维增加塑料耐腐蚀贮罐（2）卫星用颗粒增加铝基复合材料零件（3）硬 质合金铳刀（4）硬质合金轴承刀具25、碳纤维有什么
14、特征、对聚合物复合材料的性能有什么影响？答：特征：密度小，高强度，高刚度，热膨胀系数低，耐疲惫和耐腐蚀等。以碳为基体的碳纤维增加材料，兼备碳的惰性和碳纤维的高强度，在高达3000缺氧 的条件下，依旧能保持肯定的强度。具有低密度、高强度、高刚度和高温稳定等优良 性能，是航天飞机和其他军事装备的抱负耐高温结构材料。叱0=26、泊松比、剪切应力的概念。答：主泊松比是指在轴向外加应力时横向应变与纵向应变的比值：A剪切应力：物体内部任一截面的两方单位面积上的相互作用力：27、芳纶纤维外表有什么特征、对聚合物复合材料的性能有什么影响？答：外表特征：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀；影响：由芳纶纤维增加的复合
15、材料， 其比强度和比模量都分别高于作为高性能复合材料所要求的最低值4X 106cm和4X 108cm o28、了解吉布斯自由能的变化对复合材料形成的影响。答：复合材料的相容性是依据在混合时的吉布斯自由能AG的变化来确定的，即AG0就不相容。29、SiO2增加聚合物复合材料要解决的问题。答：未经外表处理的SiO2玻璃纤维与聚合物基体之间一般难以发生界面反响，因而界面粘 结不良，为改善这种状况，通常对玻璃纤维外表进行化学处理，使之形成新的外表，并 使新生外表上的活性基团与聚合物基体界面反响。由于玻璃纤维外表主要存在硅氧硅基 团三SiOSi三和硅羟基三Si 0H ,所以外表处理剂中一般都带有能与硅羟
16、基其化学反 应的活性羟基。30、碳纤维增加复合材料需要解决哪些问题、如何解决？答：碳纤维增加复合材料（CFRP）存在断裂延长率低、脆性的缺点，这就导致冲击强度和层 间剪切强度的性能变坏。这方面的问题可采纳碳纤维和玻璃纤维或芳纶纤维混合增加 的形式。31、聚合物基体与增加体复合形成复合材料，在基体相与增加相之间形成界面。 依据界面粘结的强弱，可将界面分为哪几种界面？各种界面粘结对力学性能有 什么影响？答：（1）增加体与基体互不反响，互不溶解的界面；（2）增加体与基体不反响，但相互溶解的界面；（3）增加体与基体反响形成界面反响层。32、二氧化硅有极细的粒径，对橡胶具有良好的增加作用。试述怎样实现二
17、氧 化硅对橡胶的增加作用？答：超细粒子SiO2 一方面可通过大比外表积和高外表活性吸附橡胶分子，形成结合胶，从而 有效地限制橡胶大分子的变形力量;另一方面,SiO2作为硬物质，可以承载应力,阻碍裂 纹扩展，支化大裂纹，并通过所吸附的橡胶分子链在其外表的滑移效应缓解应力和实现 取向增加,从而提高橡胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性和耐疲惫破坏强度。33、简析外表处理的增加体与聚合物基体复合形成复合材料的界面结构答：34、聚合物基体与增加体复合形成复合材料，在基体相与增加相之间形成界面。 依据界面粘结的强弱，可将界面分为哪几种界面？各种界面粘结对力学性能有 什么影响答：（1）增加体与基体互不反响，互不溶解的界面；（2）增加体与基体不反响，但相互溶解的界面；（3）增加体与基体反响形成界面反响层。35、阐述金属氢氧化物的阻燃机理，并说明氢氧化物用于聚合物材料阻燃需要 解决哪些主要问题。答：金属氢氧化物的阻燃作用主要由于它脱水时的吸热效应，降低了分散相的温 度，因而有效地减缓了聚合物的分解速度。其次，金属氢氧化物脱水放出的 水稀释了由聚合物热解所生成的可燃性气体并削减了烟雾的生成。一般来说, 满意以下条件的才能成为有效的阻燃剂：产生不燃性气体的温度略低于聚合 物热分解温度；在复合塑料的混炼、成型温度下不产生不燃性气体。需要解决的主要问题：改善抑烟性，开发协同体系等。