聚合物基复合材料课后习题.pdf

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p27 6 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 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 热性能 高温热处理后强度下降 导热系数低 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 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p29 13 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p165 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 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 树脂凝胶时间的前提下 为了使树脂在最小的压力下使纤维获得充足的浸润 注胶 温度应尽量接近最小树脂粘度的温度 过高的温度会缩短树脂的工作期 过低的温 度会使树脂粘度增大 而使压力升高 阻碍了树脂正常渗入纤维的能力 较高的温 树脂凝胶时间的前提下 为了使树脂在最小的压力下使纤维获得充足的浸润 注胶 温度应尽量接近最小树脂粘度的温度 过高的温度会缩短树脂的工作期 过低的温 度会使树脂粘度增大 而使压力升高 阻碍了树脂正常渗入纤维的能力 较高的温 度会使树脂表面张力降低 使纤维床上的空气受热上升 有利于气泡的排出 度会使树脂表面张力降低 使纤维床上的空气受热上升 有利于气泡的排出 13 简述RFI工艺的原理和特点 15 什么是片状模塑料 SMC 它有什么特点 见p185 15 什么是片状模塑料 SMC 它有什么特点 片状模塑料是用多组分不饱和聚酯树脂糊充分浸渍短切玻璃纤维 或毡 并在 上下面覆盖聚乙烯薄膜而获得的片状夹芯形式的模塑料 特点 操作方便 模压成型时间短 生产效率高 改善成型加工工作环境 和劳动条件 成型流动性好 可成型结构复杂的制件或大型制件 并且制品 表面质量好 组分的种类配比可调配性好 可降低成本使制品轻量化 玻纤 在生产和成型过程中均为损伤 长度均匀 制品强度高 24 为什么复合材料固化时要分段加温固化 答 固化温度高低决定着树脂与固化剂的反应活性大小 在低温台阶树脂部分固化慢速反应有利于形成均匀固化网络结构内应 24 为什么复合材料固化时要分段加温固化 答 固化温度高低决定着树脂与固化剂的反应活性大小 在低温台阶树脂部分固化慢速反应有利于形成均匀固化网络结构内应在低温台阶树脂部分固化 慢速反应 有利于形成均匀固化网络结构 内应 力小 树脂性能好 在高温使固化反应完全 提高基体的力学性能和耐热性 台阶式固化制度有利于基体充分浸渍纤维 进一步完成浸渍过程 排除界面 在低温台阶树脂部分固化 慢速反应 有利于形成均匀固化网络结构 内应 力小 树脂性能好 在高温使固化反应完全 提高基体的力学性能和耐热性 台阶式固化制度有利于基体充分浸渍纤维 进一步完成浸渍过程 排除界面 细节的气泡 低温台阶慢反应 容易控制加压点 对于多组分竞争反应的体 系 台阶式固化也是分子设计的需要 细节的气泡 低温台阶慢反应 容易控制加压点 对于多组分竞争反应的体 系 台阶式固化也是分子设计的需要 试从下图热固性树脂的动态介电曲线图中分析固化过程中的结试从下图热固性树脂的动态介电曲线图中分析固化过程中的结 试从下图热固性树脂的动态介电曲线图中分析固化过程中的结 构变化 状态转变及性能变化 试从下图热固性树脂的动态介电曲线图中分析固化过程中的结 构变化 状态转变及性能变化 简谈复合材料的固化内应力 并说明减小内应力的措施简谈复合材料的固化内应力 并说明减小内应力的措施 答 A 内应力来源 热固性树脂的固化要产生聚合收缩 固化温度越高 收缩率越大 产生的内应力也将越大 高聚物的高弹松弛特性是当链段运 答 A 内应力来源 热固性树脂的固化要产生聚合收缩 固化温度越高 收缩率越大 产生的内应力也将越大 高聚物的高弹松弛特性是当链段运 动被冻结 产生的内应力不易松弛掉 由于树脂导热性差 固化收缩时 制件内各点的固化温度和收缩率不一致 从而产生内应力 树脂体系固化 动被冻结 产生的内应力不易松弛掉 由于树脂导热性差 固化收缩时 制件内各点的固化温度和收缩率不一致 从而产生内应力 树脂体系固化 收缩率越大 反应速率越快 制件越厚 温度梯度越大 在固化过程中产 生的内应力越大 收缩率越大 反应速率越快 制件越厚 温度梯度越大 在固化过程中产 生的内应力越大 B 减小内应力的措施 慢速升温或低温固化 固化均匀 收缩充分 添加 粉状填料或柔性树脂 降低固化速率或松弛内应力 在接近Tg温度下充分 B 减小内应力的措施 慢速升温或低温固化 固化均匀 收缩充分 添加 粉状填料或柔性树脂 降低固化速率或松弛内应力 在接近Tg温度下充分粉状填料或柔性树脂 降低固化速率或松弛内应力 在接近 g温度下充分 固化 缓慢冷却 松弛热收缩 后处理 粉状填料或柔性树脂 降低固化速率或松弛内应力 在接近 g温度下充分 固化 缓慢冷却 松弛热收缩 后处理 第七章第七章 复合材料的基本力学性能复合材料的基本力学性能 1 细观力学的基本假设主要是什么 答基本假设有等初应力假设纤维和基体初应力相等且为0不考虑制造 1 细观力学的基本假设主要是什么 答基本假设有等初应力假设纤维和基体初应力相等且为0不考虑制造答 基本假设有 等初应力假设 纤维和基体初应力相等且为0 不考虑制造 过程引起的热应力 变形一致假设 纤维和基体牢固粘结在一起 形成一 个整体 受力过程中 F和M界面不产生滑移 即变形一致 线弹性假设 在 答 基本假设有 等初应力假设 纤维和基体初应力相等且为0 不考虑制造 过程引起的热应力 变形一致假设 纤维和基体牢固粘结在一起 形成一 个整体 受力过程中 F和M界面不产生滑移 即变形一致 线弹性假设 在 弹性范围内受载时 纤维 基体和复合材料的应力与应变呈线性关系 服从 胡克定律 不考虑泊松效应 弹性范围内受载时 纤维 基体和复合材料的应力与应变呈线性关系 服从 胡克定律 不考虑泊松效应 3 用烧蚀法测定玻璃纤维 环氧树脂质量分数 m 29 环氧树脂体积分数Vm 45 97 3 用烧蚀法测定玻璃纤维 环氧树脂质量分数 m 29 环氧树脂体积分数Vm 45 97 纤维质量分数 f 71 纤维体积分数Vf 54 03 纤维质量分数 f 71 纤维体积分数Vf 54 03 4 用第3题 理论密度 c 1 9g cm3 空隙率 4 用第3题 理论密度 c 1 9g cm3 空隙率 空隙率VV 2 1 空隙率VV 2 1 5 单向复合材料在平行于纤维方向加载时试计算 5 单向复合材料在平行于纤维方向加载时 试计算 Vf分别为10 25 50 及75