碳纤维在纺织中的应用试题及答案

碳纤维在纺织中的应用试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.碳纤维在服用纺织品中最常用的前驱体纤维是（）A.粘胶基B.沥青基C.PAN基D.聚乙烯基答案：C2.下列哪项不是碳纤维用于纺织增强复合材料的主要优势（）A.高比强度B.耐高温C.高延伸率D.低热膨胀答案：C3.在碳纤维机织预型件中，最常用的组织是（）A.平纹B.斜纹C.缎纹D.三维角联锁答案：B4.碳纤维表面电化学氧化处理的主要目的是（）A.提高导电性B.降低模量C.增加表面活性基团D.减少单丝直径答案：C5.碳纤维与芳纶混纺织物用于防刺服时，主要利用的是（）A.碳纤维的韧性B.芳纶的耐热C.碳纤维的高模量与芳纶的韧性协同D.碳纤维的低成本答案：C6.在碳纤维三维编织结构中，"四步法"3D编织的最大优点是（）A.高延伸B.厚度方向增强C.低成本D.高透光答案：B7.碳纤维上浆剂中常用的主成分为（）A.环氧树脂B.酚醛树脂C.不饱和聚酯D.聚乙烯醇答案：A8.碳纤维织物用于电加热服装时，其发热机理属于（）A.介电损耗B.涡流效应C.焦耳热D.红外辐射吸收答案：C9.下列哪种测试方法可直接获得碳纤维束的层间剪切强度（）A.三点弯曲B.微脱粘C.单丝拔出D.横向拉伸答案：B10.碳纤维/环氧复合材料在纺织结构下出现"纤维屈曲"缺陷，最可能在下列哪一工艺阶段产生（）A.预浸B.热压固化C.编织D.表面处理答案：B11.用于碳纤维展纤的设备中，"气浮式"展纤原理主要利用（）A.静电排斥B.高速气流C.超声波D.机械刮板答案：B12.在碳纤维三维机织复合材料中，经纱密度50根/10cm，纬纱密度40根/10cm，则其理论纤维体积分数最接近（）A.35%B.45%C.55%D.65%答案：C13.碳纤维与玻璃纤维混编织物用于无人机机翼蒙皮，可显著（）A.提高介电常数B.降低雷达散射截面C.增加重量D.降低刚度答案：B14.碳纤维表面等离子体处理时，常用气体为（）A.N₂B.O₂C.ArD.CO₂答案：B15.在碳纤维热塑性预浸带生产中，"双钢带压"工艺主要解决（）A.纤维分散B.树脂浸润C.厚度公差D.静电积累答案：C16.碳纤维织物经向拉伸模量显著高于纬向，其主要原因是（）A.纬纱卷曲大B.经纱捻度高C.经纱细D.纬纱上浆多答案：A17.碳纤维/环氧层合板在三点弯曲中呈层间剪切破坏，其临界跨厚比约为（）A.5:1B.10:1C.16:1D.32:1答案：C18.碳纤维在智能纺织品中作为应变传感器时，其电阻变化主要源于（）A.隧道效应B.压阻效应C.热电效应D.压电效应答案：B19.碳纤维三维机织预制体在RTM工艺中渗透率各向异性比值K₁/K₂一般（）A.<1B.≈1C.2~5D.>10答案：C20.碳纤维与金属丝并捻制成导电纱，金属丝通常选用不锈钢，其主要考虑（）A.耐腐蚀B.低密度C.高延伸D.低熔点答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列哪些属于碳纤维在产业用纺织品中的典型应用（）A.飞机刹车毡B.汽车传动带C.防水篷布D.高温滤料答案：A、B、D22.碳纤维三维编织结构参数包括（）A.编织角B.纱线细度C.纤维体积分数D.铺层顺序答案：A、B、C23.碳纤维展纤后单位面积质量降低可带来（）A.层间剪切强度提高B.成型厚度减薄C.表面光洁度提高D.纤维直度提高答案：B、C、D24.碳纤维/环氧预浸料储存过程中易发生的质量退化有（）A.树脂析出B.吸湿C.交联度下降D.纤维强度下降答案：A、B25.碳纤维用于电热织物时，为提升发热均匀性可采取（）A.并捻金属丝B.织物结构设计C.表面涂层D.降低纤维模量答案：A、B、C26.碳纤维三维机织复合材料在冲击后压缩（CAI）性能提高的途径有（）A.增韧树脂B.缝合C.插层热塑性膜D.提高纤维模量答案：A、B、C27.碳纤维与玄武岩纤维混编可兼顾（）A.成本B.冲击韧性C.介电性能D.耐高温答案：A、B、D28.碳纤维在柔性可穿戴器件中需解决的瓶颈问题有（）A.可拉伸性B.耐洗涤C.导电稳定性D.染色性答案：A、B、C29.碳纤维织物用于建筑加固时，其粘贴工艺常用（）A.湿法B.干法C.缠绕D.真空辅助答案：A、C、D30.碳纤维表面接枝纳米管可提升（）A.界面剪切强度B.层间断裂韧性C.导电性D.热导率答案：A、B、C、D三、填空题（每空1分，共20分）31.碳纤维的含碳量一般高于________%。答案：9032.在三维编织中，纱线沿厚度方向的运动轨迹称为________。答案：轴向纱33.碳纤维展纤宽度与原始宽度之比称为________比。答案：展纤34.碳纤维/环氧层合板常用固化制度为"________固化"，即先升温后恒温。答案：阶梯35.碳纤维单丝直径通常为________μm。答案：5~836.碳纤维表面氧化处理后，接触角可降至________°以下。答案：5037.在RTM工艺中，树脂注入压力一般控制在________MPa。答案：0.1~0.338.碳纤维电热织物的功率密度常用单位为________。答案：W/m²39.碳纤维三维机织预制体厚度方向增强纱称为________纱。答案：Z40.碳纤维与金属丝并捻纱的线密度单位常用________。答案：tex41.碳纤维/环氧层间断裂韧性GIC测试采用________梁试样。答案：双悬臂42.碳纤维在空气中长期使用的极限温度约为________℃。答案：35043.碳纤维表面接枝硅烷偶联剂可提高与________基体的界面结合。答案：环氧44.碳纤维展纤后单位面积质量可降低________%以上。答案：3045.碳纤维三维编织复合材料冲击后压缩强度保持率通常用________表示。答案：CAI46.碳纤维用于柔性传感器时，其电阻变化率与应变关系称为________系数。答案：灵敏47.碳纤维/环氧预浸料玻璃化转变温度Tg常用________分析法测定。答案：DSC48.碳纤维三维机织预制体渗透率测试采用________定律。答案：Darcy49.碳纤维与玻璃纤维混编可降低雷达________截面。答案：散射50.碳纤维在建筑加固中，其设计强度取值需除以________系数。答案：材料分项四、简答题（每题8分，共40分）51.简述碳纤维展纤工艺对后续热压罐成型层合板孔隙率的影响机理。答案：展纤使单丝分散、间隙减小，利于树脂流动与浸润；展纤后单位面积质量降低，铺层数减少，气泡排出路径缩短；展纤提高纤维直度，减少屈曲导致富树脂区，从而降低孔隙率。52.说明碳纤维三维编织预制体在厚度方向增强的原理及其对层间断裂韧性的贡献。答案：三维编织引入Z向纱，形成贯穿厚度纤维桥联，裂纹扩展需拉断或拔出Z纱，耗能增加；Z纱阻碍层间剪切滑移，使裂纹尖端钝化，GIC、GIIC提高2~3倍。53.列举碳纤维电热织物在可穿戴领域需解决的三项关键技术，并给出解决思路。答案：①可拉伸：采用螺旋包覆氨纶或针织结构；②耐洗涤：选用氟碳疏水涂层、热熔胶封边；③温度均匀：设计并联导电网格、嵌入温度传感器闭环控制。54.说明碳纤维表面电化学氧化处理后，界面剪切强度提高的微观机制。答案：氧化后表面含氧官能团（COOH、OH）增加，与环氧基体形成共价键；表面粗糙度增大，机械啮合增强；表面能升高，树脂润湿角减小，界面缺陷减少，IFSS提高30~60%。55.对比碳纤维/环氧与碳纤维/PEEK热塑性预浸料在纺织加工中的优缺点。答案：环氧预浸料室温刚性大、悬垂性差，需低温储存，但固化周期短；PEEK预浸料常温柔韧、可焊接、可回收，需高温成型（380℃），对模具耐热性要求高，成本高于环氧30%。五、计算与分析题（共50分）56.（10分）已知碳纤维三维机织预制体面密度为1.2kg/m²，纤维密度1.8g/cm³，树脂密度1.2g/cm³，要求纤维体积分数Vf=50%。求：①固化后单层厚度；②所需树脂量（g/m²）。答案：①Vf=mf/(ρf·h)→h=1.2/(1.8×0.5)=1.333mm；②树脂量mr=ρr·h·(1Vf)=1.2×1.333×0.5=0.8kg/m²=800g/m²。57.（15分）某碳纤维电热织物电阻R=4Ω，工作电压U=12V，目标功率密度P=800W/m²，织物有效面积A=0.02m²。求：①实际功率密度；②若需精确达到800W/m²，应如何调整电压；③连续工作1h耗能。答案：①P实=U²/(R·A)=144/(4×0.02)=1800W/m²；②U调=√(P目·R·A)=√(800×4×0.02)=8V；③E=P实·A·t=1800×0.02×1=0.036kWh。58.（15分）给出碳纤维/环氧层合板三点弯曲试样尺寸：长150mm、宽15mm、厚2mm，跨距80mm，测得最大载荷F=180N，位移δ=2.5mm。求：①弯曲强度σ；②弯曲模量E；③判断破坏模式（纤维断裂/层间剪切）。答案：①σ=3FL/(2bh²)=3×180×80/(2×15×2²)=360MPa；②E=F·L³/(4bh³δ)=180×80³/(4×15×2³×2.5)=46GPa；③跨厚比40:1>16:1，且σ小于典型层间剪切强度，为纤维断裂。59.（10分）某三维编织预制体渗透率测试：树脂粘度μ=0.3Pa·s，厚度h=5mm，注射压力ΔP=0.2MPa，流速Q=2mL/s，试样面积A=100cm²。求面内渗透率K。答案：K=Qμh/(AΔP)=2×10⁻⁶×0.3×5×10⁻³/(100×10⁻⁴×0.2×10⁶)=1.5×10⁻¹⁰m²=150Darcy。六、综合设计题（30分）60.设计一款用于极地科考服的碳纤维复合电热织物，要求：工作电压24V，环境温度40℃，服装面积0.8m²，目标维持人体表面35℃，总热损失估算200W。给出：①织物结构示意图（文字描述）；②碳纤维纱线选型与电阻设计；③温控系统框图；④安全与洗涤方案；⑤成本估算。答案：①采用三层结构：外层芳纶防风布，中间层碳纤维/银纤维并捻纱以5mm间距织成网格，内层锦纶亲肤布，网格节点缝入PT1000温度传感器。②热平衡：P=200W，I=P/U=8.3A，总电阻R=U²/P=2.88Ω；选用3KPAN基碳纤维，单纱线密度200