高分子基复合材料考试范围

1、第一章：1.复合材料定义：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特点：“取长补短，协同作用”；可设计性 可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能可按对材料性能的要求进行材料的设计和制造可制成所需的任意形状产品，可避免多次加工工序 2.决定性能的因素：增强材料的性能、含量及分布情况 基体材料的性能、含量 增强材料与基体材料的界面结合情况 成型工艺和结构设计3.主要性能：比强度、比模量大，耐疲劳性能好 ，减震性好，过载时安全性好，具有多种功能性，有很好的加工工艺性 ，耐烧灼性好，有良好的摩擦性能，包括良好的摩阻特性及减 摩特性，高度

2、的电绝缘性能，优良的耐腐蚀性能，有特殊的光学、电学、磁学特性缺点：耐高温性能、耐老化性能、材料强度一致性有待于进一步提高 。成型方法：糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型、挤拉成型第二章：1无碱和中碱纤维的性能比较：种类耐酸性耐水性机械强度防老化性电绝缘性成本浸润剂适用条件无碱一般好高较好好较高树脂易渗透强度高的场合中碱好差较低较差低低树脂渗透性差强度低的场合2.碳纤维制造方法：气相法、有机纤维碳化法气相法：在高温惰性气氛中将小分子有机物（烃或芳烃）沉积成纤维。 用于制造晶须，短纤维；不能得到连续长丝有机纤维碳化法为：将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，而后在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化，

3、使有机纤维失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物 碳纤维原料：天然纤维、再生纤维、合成纤维 有机纤维碳化法：以粘胶纤维为原料制造碳纤维：以粘胶纤维为原料制造碳纤维。 环状分子结构（不熔融） 很强的分子内、分子间氢键 可以直接进行碳化处理 缺点：纤维的性能平衡性比较差；弹性系数比较大，强度较低碳化收率较低（20%-30%）以聚丙腈（PAN）为原料制造碳纤维预氧化和碳化生产周期长；成本高；强度低原因：存在大量-CN基团，分子间作用力强以沥青为原料制造碳纤维：有丰富的原料来源；属综合利用； 可降低成本；产率达到80%-90%。 原料：石油沥青、煤焦沥青、聚氯乙烯沥青 分类：各向同性沥

4、青、各向异性沥青 沥青的组成：含有多种芳烃的低分子量缩聚物 芳纶纤维对位Kevlar高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度的新型有机纤维应用：Kevlar增强塑料、轮胎、三角皮带、同步带Kevlar-29：绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物、防弹板、防弹头盔Kevlar 49：航空、航天、国防、造船等部门应用的各类复合材料的增强材料（火箭发动机壳体、飞机部件）间位纤维 耐高温性能好；抗氧化性，耐水性好； 耐化学试剂性能好；耐磨和耐多次曲折性好； 不易燃烧，具有自熄性 用途：易燃易爆环境的工作服 第三章三大树脂：1. 不饱和树脂：固化阶段：凝胶阶段，从加入促进剂后到树脂变成凝胶状态的一段时间（固化

5、过程中最重要的阶段）影响凝胶时间的因素： 阻聚剂、引发剂和促进剂的加入量； 环境温度和湿度； 树脂的体积； 交联剂蒸发损失量硬化阶段，从树脂开始凝胶到树脂达到一定硬度，能把制品从模具上取下为止的一段时间完全固化阶段：通常在室温下进行，并用后处理的方法加速2.环氧树脂：固化剂：凡能与环氧树脂中环氧基或羟基发生反应使树脂固化的物质统称为固化剂或硬化剂按工艺历程分类： 含有活泼氢的化合物、离子型引发剂、交联剂 按工艺历程分类： 含有活泼氢的化合物、离子型引发剂、交联剂 3.：特点：耐热性好，能耐瞬时超高温； 阻燃，发烟率低； 电性能良好； 耐腐蚀性好； 原料来源充足，价格低廉缺点：必须高压（高温）成

6、型；机械强度较差，性脆应用：大量用于粉状压层、短纤维增强材料，内饰材料 少量应用于玻璃纤维复合材料，耐烧蚀材料 在碳纤维和有机纤维复合材料中很少使用 4.聚酰亚胺树脂：半梯型结构的聚合物，高温老化时环的一部分断裂后开环，而避免主链断裂，使主链断裂的几率减小特点：突出的耐热性及热稳定性和氧化稳定性；优异的力学、介电性能、尺寸稳定性、耐辐射、耐油、耐摩擦、耐磨耗性能良好的化学稳定性和粘结性等 缺点：对碱和过热蒸汽不稳定，易水解 脆性较大 可加工性差 应用：航空、航天器及火箭部件，汽车工业，电子、 电工领域5.热固性树脂：缩聚型（行为似热固性树脂）：芳香二酐和芳香二胺两步法制备加聚型（热固性树脂）：

7、由含不饱和端基的分子量较低并已预先酰亚胺化的化合物制备热塑性（热塑性树脂）：含有柔性链节或氟取代基，结构上和合成路线与缩聚型相似第四章：1界面：定义：基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域，具有一定厚度。界面尺寸：几个纳米几个微米原始接触层、反应层、互扩散层、表面涂层、氧化物层、杂质 1、外力场2、增强材料3、增强材料表面区4、相互渗透区5、基体表面区6、树脂基体2：界面效应传递效应： 把力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用；阻断效应： 界面在一定程度上阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中；不连续效应： 在界面产生不连续的物理性能，如抗静

8、电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等散射和吸收效应： 光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收；诱导效应： 一种物质的表面结构使另一种与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等 界面效应的决定因素 界面结合状态、形态以及物理、化学性质； 界面两侧组分材料的浸润性、相容性、扩散性等 3界面形成：第一阶段：基体与增强纤维的接触与浸润过程第二阶段：聚合物的固化过程完整的界面：有效传递应力，性能优异的必要条件韧性复合材料 基体/纤维应变较大，界面结合达到比较牢固和比较完善，明显提高横向和层间拉伸强度和剪切强度/模量脆性复合材

9、料 基体/纤维/界面断裂应变小，从提高断裂韧性的角度出发，应适当减弱界面强度和提高纤维延伸率4作用机理及论点：界面浸润理论：增强材料被液体树脂良好的浸润非常重要；浸润不良会在界面产生空隙，容易应力集中而使复合材料发生开裂；如完全浸润，则基体与填充剂之间的粘结强度将大于基体的内聚强度 化学键理论：处理增强剂表面的偶联剂既含有能与增强剂起化学作用的官能团，又含有能与树脂基体起化学作用的官能团；无偶联剂存在时，如果基体与纤维表面可以发生化学反应，则它们也能够形成牢固的界面 减弱界面局部应力作用理论：处于基体与增强材料界面间的处理剂，提供了一种具有“自愈能力”的化学键。此键在外力下处于不断形成与断裂的

10、平衡态。5.表面处理：定义：在增强材料表面涂上表面处理剂，表面处理剂包括浸润剂、一系列偶联剂和助剂等物质，以利于增强材料与基体间形成良好的粘接界面，提高复合材料各种性能偶联剂：结构特点及作用：偶联剂作为表面处理剂，其分子在化学结构上至少带有两类反应性官能团：一种官能团能很好与玻璃纤维表面的Si-OH反应而与之结合；另一种官能团能很好与合成树脂结合(产生共聚)。偶联剂像“桥”一样把两种性能截然不同的物质联合起来，形成一个统一的整体，获得良好的粘结性。这种中间连接作用叫架桥作用或偶联作用。n 交联剂：（1）沃兰（Volan）：甲基丙烯酸氯化铬配合物 R基团（CH3-C=CH2）以及Cr-OH、Cr

11、-Cl与基体树脂反应有机硅烷偶联剂 R(CH2)nSiX3 (n=03)R 有机官能团，与有机树脂反应或相互作用X 可水解基团，可与玻璃纤维（或无机颗粒） 反应的官能团第五章：1设计过程：明确设计条件 性能要求、载荷情况、环境条件、形状限制材料设计 原材料选择、铺层性能确定、复合材料层合板设计 结构设计 典型结构件设计（杆、梁、板、壳） 复合材料结构设计（衍架、刚架、硬壳式结构）2设计原则：）铺层定向原则 0、45 、60 、90 ）均衡对称铺设原则； ）铺层取向按承载选取原则）铺层最小比例原则；）铺设顺序原则；（前五点需略微解释）冲击载荷区设计原则；）防边缘分层破坏设计原则；）按局部屈曲设计

12、原则；）连接区设计原则；）变厚度设计原则3加工技术及使用方法：手糊工艺：适用于热固性工艺过程：模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物； 其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物； 用刷子、压辊或刮刀压挤织物，均匀浸胶 并排除气泡； 涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物； 反复这个过程直至所需厚度； 热压成型（冷压成型）； 脱模模压成型：适用于热固和热塑工艺过程： 定量的模塑料或颗粒树脂与短纤维混合 放入敞开的金属对模中 密闭加热使其熔化，压力作用下充满模腔 形成与模腔相同形状的模制品 加热使其发生交联固化，或者冷却使热塑性树脂硬化 脱模得到复合材料制品 连续缠绕成型工艺 ，适用于热固性，过程不要求拉挤成型适

13、用于热塑性和热固性，过程不要求复合材料的应用：玻璃纤维增强塑料（GFRP）的应用（1）石油化工工业输油管、储油设备、化工管道；救生船、勘测船的船身、甲板和上层结构（2）建筑工业玻璃纤维增强塑料透明瓦：工厂采光，街道、植物园、温泉、商停等的顶棚玻璃纤维增强塑料板材：建筑物墙板、天花板、卫生间、浴室、门、窗框（3）造船业赛艇、交通艇、救生艇、帆船、渔船优点：稳定性好、速度快、维修费用低、寿命长（4）铁路运输驾驶室、车门、车窗、行李架、座椅、盥洗设备（5）汽车制造业汽车外壳、零部件（底盘、车门、车窗、车座、发动机罩、驾驶室）（6）宇航工业飞机机身、机翼、螺旋桨、起落架、门窗玻璃纤维增强热塑性塑料的应用（1）玻璃纤维增强聚丙烯汽车、电风扇、洗衣机零部件，油泵阀门、管件、叶轮、油箱、农用喷雾器桶身（2）玻璃纤维增强聚酰胺轴承、轴承架、齿轮、精密机器零件、汽车零件（3）玻璃纤维增强聚苯乙烯汽车内部零部件、家用电器