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文档简介
1.试述玻璃纤维的制备过程,玻璃纤维的主要成分及结构,说明特性。答:玻璃纤维的制备有两种方法:一玻璃球法:生产玻璃纤维的过程将硅砂、石英、硼酸和其他组分(粘土粘氟石等)干混后经高温熔融,融化后的玻璃液直接通过漏板形成了玻璃纤维。二直接熔融法,将玻璃玻璃配合料投入熔窑熔化后直接制成各种支数的连续玻璃纤维。主要成分:其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。结构:。特性:拉伸强度高,伸长小(3%)。弹性系数高,刚性佳。弹性限度内伸长量大且拉伸强度高,故吸收冲击能量大。为无机纤维,具不燃性,耐化学性佳。吸水性小。尺度安定性,耐热性均佳。加工性佳,可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。透明可透过光线。与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。价格便宜。不易燃烧,高温下可熔成玻璃状小珠。2.在制备碳纤维的过程中,预氧化,碳化,石墨化过程的作用分别是什么?并分析结构和性能间的关系。答。以聚丙烯基(PAN)为原料制备的碳纤维为例。预氧化:PAN的玻璃化温度低于100度,分解前或软化熔融,不能直接在惰性气体中进行碳化。先在空气中进行预氧化处理,使PAN的结构转化为稳定的六元环结构,就不易熔融。另外当加热足够长的时间将产生纤维吸氧作用,形成PAN分子间的化学键合。碳化:除去大量NHO等非碳元素,改变PAN纤维的结构,形成了碳纤维。石墨化:使纤维中结晶碳向石墨晶体取向,使之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高纤维的弹性模量。结构与性能的关系:碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高,无蠕变,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,耐腐蚀性好,纤维的密度低,X射线透过性好。但其耐冲击性较差,容易损伤,在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,碳纤维在使用前须进行表面处理。3.简述芳纶纤维的生产过程答。芳纶纤维的生产工艺可以根据纺丝流程的不同分为一步法和两步法。一步法:直接纺丝法,主要是通过溶液缩聚进行纺丝(该法是目前常用的方法之一,其优点是生产工艺流程短,成不相对较低)。两步法:通过先制备PPTA聚合物,再将聚合物溶于溶剂中进行纺丝得到需要的纤维材料,具体过程:首先对苯二甲胺和对苯二甲酸酰氯进行缩聚得到聚合物,然后沉淀、洗涤(中和)、干燥,然后溶解,干、湿法纺丝,水洗(中和),卷曲、干燥,直接得到凯夫拉(凯夫拉-29)或进行热处理得到凯夫拉-49。4.试比较玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维的主要优缺点。答。玻璃纤维:具有原料易得、拉伸强度高、弹性模量高、防火、防霉、耐热、耐腐蚀和尺寸稳定的优点,是一种常用的性能优良的增强材料。玻璃纤维的主要缺点是脆性大和不耐磨。碳纤维:高强度高模量,热膨胀系数低,尺寸稳定,耐疲劳耐高温耐腐蚀,阻尼特性好, 导热导电性能优良,但韧性差,不耐氧化,价格昂贵。芳纶纤维:高强度高模量密度低韧性好,比强度比模量很高,超过玻璃纤维和碳纤维。5试分析基体在材料中的作用。答。在复合材料中,基体材料通过与增强材料界面间的粘结成为一体,并以剪切力的形式向增强材料传递载荷,保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。同时基体还像隔膜一样,使增加材料彼此分开。这样,对于纤维增加复合材料来说,即使是个别纤维断裂,裂纹也不会迅速的从一根纤维扩展到其他纤维。另外,复合材料的拉伸性能、压缩性能、剪切性能、耐热性能的关系。6在选用复合材料树脂基体时,应考虑的因素有哪些?答。1 基体材料自身的基体材料自身的基体材料自身的基体材料自身的性能性能性能性能,力学性能、耐热性能、耐腐蚀性能等满足产品的使用要求。2对增强材料有良好的浸润性与粘附力3.具有良好的工艺性能:容易操作,胶液具有足够长的适用期胶液具有足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮藏期、固化收缩小等。4.低毒性、低刺激性。保证生产工人的安全。5.来源方便、价格合理。7.常用环氧树脂分子式以及特点有哪些?简述其固化过程。答。特点:力学性能、高附着力强、固化收缩率小、优良的电绝缘性、稳定性好、抗化学药品性优良、耐热性好。固化过程:树脂固化过程为:黏流态树脂体系发生交联反应而转变成不溶不熔的具有体型网络的固态树脂的全过程称为树脂的固化。凝胶阶段、硬化阶段和完全固化阶段。8酚醛树脂的合成反应式,热固性和热塑性酚醛树脂的固化反应式?答。9. 试比较预混法和预浸法制备纤维模塑的优缺点。答。预混法制备纤维模塑优点:适合所有的热塑性树脂,简单高效。缺点:树脂粘度大,纤维浸渍不好(树脂粘度控制)。预浸法制备纤维模塑优点:纤维易被树脂浸透,便于制造薄厚两型预浸料,设备造价较低。缺点:需要去除并回收溶剂,树脂体积含量不易控制。10.复合材料预浸料的主要质量指标有哪些?如何控制?答:预浸料的质量指标有:外观、物理性能和成型工艺性能指标。应该这样控制:(1)要求外观纤维应相互平行,依次密排,不允许有明显的交叉和松散;所以树脂分布均匀并完全润湿纤维;没有外来杂物和已固化树脂颗粒及丝头、丝团等物。(2)物理性能主要是预浸料单位面积质量AP,纤维单位面积质量Af和含胶量R。所以要求三者之的关系:预浸料的单位面积质量和厚度可以通过选择和控制纤维单位面积质量Af和含胶量R来调节。如纤维均匀且制备预浸料的工艺过程稳定,控制严格,则纤维单位面积质量Af的偏差能控制在3,含胶量的偏差也可控制在3范围。(3)成型工艺性:1)预浸料的黏度和铺覆性黏度直接影响后续的铺层操作。2)预浸料的凝胶时间是确定固化加压时机的依据,对制品质量影响很大。3)预浸料树脂的流出量在成型固化过程中有部分多余的树脂从复合材料中流出。4)预浸料的挥发分含量少量挥发分有助于成型时树脂的流动,但挥发分过多会增加制品中的孔隙率,还会降低制品性能,尤其是层间剪切性能。11. 如何选择复合材料成型方?答:选择复合材料成型方法:一根据材料的形成与制品的形成是同时完成的。复合材料的生产过程也就是复合材料制品的生产过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。二要求复合材料的成型比较方便二要求复合材料的成型比较方便二要求复合材料的成型比较方便二要求复合材料的成型比较方便。一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,故用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它 材料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。12简述手糊成型过程、特点、应用?答。成型过程:手糊成型是用于制备热固性树脂复合材料的一种最原始、最简单的成型工艺。用手工将增强材料的纱或毡铺放在模具中,通过浇、刷或喷的方法加上树脂;纱或毡也可在铺放前用树脂浸渍,用橡皮辊或涂刷的方法赶出其中的空气。如此反复,直到所需厚度。固化通常在常温、常压下进行,也可适当加热,或常温时加入催化剂或促进剂以加快固。特点:用湿态树脂成型,设备简单,费用少,一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低,生产周期长,质量不稳定。应用:中国有30%以上的FRP产品是手糊法生产的,其他有模压法、缠绕法、层压法等。13简述缠绕成型过程、特点、应用?答。成型过程:将浸过树脂胶液的连续纤维或布带,按照一定规律缠绕到芯模上,然后固化脱模成为复合材料制品。特点:14. 简述拉挤成型过程、特点、应用?答。成型过程:先将树脂和增强纤维制成粒料,然后再将粒料加入挤出机内,经塑化、挤出、冷却定型而成制品。特点:能加工绝大多数热塑性复合材料及部分热固性复合材料;生产过程连续,自动化程度高;工艺易掌握及产品质量稳定等。应用于生产线型制品。15.提高界面结合强度的途径有?答。提高界面结合强度的途径有:1反应结合: 在复合材料组分之间发生化学作用,在界面上形成共价键结合在理论上可获得最强的界面粘结能。2溶解与浸润结合:界面润湿理论是基于液态树脂对增强材料表面的浸润亲和,即物理和化学吸附作用。液态树脂对纤维表面的良好浸润是十分重要的。浸润不良会在界面上产生空隙,导致界面缺陷和应力集中,使界面强度下降。良好的或完全浸润将使界面强度大大提高,甚至优于基体本身的内聚强度。3机械结合: 当两个表面相互接触后,由于表面粗糙不平将发生机械互锁。 另一方面,尽管表面积随着粗糙度增大而增大,但其中有相当多的孔穴,粘稠的液体是无法流入的。无法流入液体的孔不仅造成界面脱粘的缺陷,而且也形成了应力集中点。4上述三种形式的混合结合方式。16什么是偶联剂?试述玻璃纤维偶联剂的类型、作用和机理?答。偶联剂:能提高树脂与固体表面黏合强度的助剂。玻纤偶联剂主要是硅烷类偶联剂。作用:提高复合材料湿态物理机械强度、湿态电气性能,并改善玻纤的集束性、保护性和加工工艺。机理:此处,n=03;X可水解的基团;Y一有机官能
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