复合材料习题
第五章
一、判断题
1、陶瓷基复合材料的制备过程大多涉及高温，因此仅有可承受上述高温的增强材料才可被用于制备陶瓷基复合材料。（√）
2、化学气相浸渍法（CVI）是一种用于多孔预制体的化学气相沉积。（√）
3、在碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷复合材料的压制阶段，碳化硅晶须取向于垂直于压轴方向。（√）
4、Y2O3加入到ZTA（zirconia toughening alumina）中是为了促进相变形成单斜晶体。（?）
5、陶瓷复合材料中，连续纤维的增韧效果远远高于颗粒增韧的效果。（√）
6、玻璃陶瓷是含有大量微晶体的陶瓷。（?）
7、陶瓷基复合材料的最初失效往往是陶瓷基体的开裂。（√）
1、所有的天然纤维是有机纤维，所有的合成纤维是无机纤维。（?）
2、聚乙烯纤维是所有合成纤维中密度最低的纤维。（√）
3、玻璃纤维是晶体，其晶粒尺寸约20μm。（?）
4、氧化铝纤维仅有δ-Al2O3晶体结构。（?）
5、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的丝芯上形成的。（√）
6、PAN是SiC纤维的先驱体。（?）
7、纤维表面处理是为了使纤维表面更光滑。（?）
8、Kevlar纤维具有负的热膨胀系数。（?）
9、石墨纤维的含碳量、强度和模量都比碳纤维高。（√）
1、C f/C是目前唯一可用于温度高达2800℃的高温复合材料，但必须是在非氧化性气氛下。（√）
2、C f/C的制备方法与MMC的制备方法相类似，如液态法、固态法等。（?）
3、C f/C已在航空航天、军事领域中得到了广泛应用，这主要是因为其价格便宜、工艺简便易行，易于推广应用。（?）
4、单向增强和三维增强的C f/C的力学与物理性能（热膨胀、导热）为各向同性。（?）
5、一般沉积碳、沥青碳以及树脂碳在偏光显微镜下具有相同的光学特征，即各向同性。（?）
6、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到90%。（√）
7、采用硼类添加剂，如B2O3、B4C等，C f/C的抗氧化温度可提高到600℃左右。
（√）
8、目前，高温抗氧化保护涂层已可使C f/C安全使用温度达1650℃，在更高温度下只能起短时保护作用。（√）
二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。
1、聚酰亚胺的使用温度一般在：（D）
A、120℃以下
B、180℃以下
C、250℃以下
D、250℃以上
2、拉挤成型是（A、C）
A、低劳动强度、高效率FRP生产方法。
B、适于大型、复杂形状制品。
C、适于恒定截面型材。
D、设备投资少。
3、玻璃纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因是（B、D）
A、环氧树脂吸湿变脆。
B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。
C、纤维吸湿、强度降低。
D、破坏纤维与基体界面。
4、碳纤维表面处理是为了（A、C、D）
A、表面引入活性官能团，如羧基、羟基、羰基等。
B、表面引入偶联剂。
C、清除表面污染。
D、增加纤维与基体粘结强度。
5、偶联剂是这样一种试剂：（A、C）
A、它既能与纤维反应，又能与基体反应。
B、它能与纤维反应，但不能与基体反应，也不与基体相容。
C、它能与纤维反应，不与基体反应，但与基体相容。
D、它不与纤维反应，但与基体反应或相容。
1、通常MMC（metal matrix composite）（B、C）
A、采用高熔点、重金属作为基体。
B、要比基体金属或合金的塑性与韧性差。
C、要比基体金属或合金的工作温度高。
D、要比基体金属或合金的弹性模量低。
2、原位MMC（B、D）
A、可以通过压铸工艺制备。
B、可以通过定向凝固工艺制备。
C、可以通过扩散结合或粉末法制备。
D、可以通过直接金属氧化法（DIMOX TM）制备。
3、单向纤维增强MMC的纵向拉伸模量（A、D）
A、随纤维体积含量的增加而增加。
B、与纤维体积含量无关，而与纤维和基体的模量有关。
C、与横向拉伸模量相同。
D、与基体的模量有关。
4、在体积含量相同情况下，SiC晶须与颗粒增强MMC（B）
A、具有基本相同的抗拉强度和屈服强度。
B、具有基本相同的拉伸模量。
C、具有基本相同的断裂韧性。
D、具有基本相同的蠕变性能。
5、MMC制备工艺中，固态法与液态法相比（A、B）
A、增强材料与基体浸润性要求可以降低。
B、增强材料在基体中分布更均匀。
C、增强材料仅局限于长纤维。
D、增强材料/基体界面反应更剧烈（如果存在界面反应时）。
6、为了改善增强材料与基体浸润性，制备MMC时，可以通过（A、B、D）
A、基体合金化，以降低液态基体的表面张力。
B、基体合金化，以增加液态基体与增强材料的界面能。
C、涂层，增加增强材料的表面能。
D、涂层，降低增强材料的表面能。
7、MMC中，目前典型的增强材料/基体界面包括有（A、B、C）
A、不发生溶解，也不发生界面反应，如B f/Al。
B、不发生溶解，但发生界面反应，如B f/Ti。
C、极不容易互相浸润，但能发生强烈界面反应，如C f/Al。
D、既容易互相浸润，又不发生界面反应，如SiC f/At。
1、浆体是（D）
A、一种溶胶。
B、丢失一定液体的溶胶。
C、颗粒小于100mm的小颗粒在液体中的悬浮液。
D、1-50 m颗粒在液体中的悬浮液。
2、用碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷（A、B）
A、提高了抗热震性。
B、降低了热膨胀系数。
C、减少了热传导性。
D、增加了密度。
3、微裂纹增韧（A、D）
A、主要是由于颗粒热膨胀系数不同产生的残余应力。
B、是由于颗粒总处于拉应力状态。
C、是由于颗粒总处于压应力状态。
D、颗粒的压力状态与热膨胀系数失配和压力大小有关。
4、相变增韧（B、C）
A、是由于陶瓷基体中加入的氧化锆由单斜相转变为四方相。
B、是由于陶瓷基体中加入的氧化锆由四方相转变为单斜相。
C、其增韧机理是陶瓷基体由于氧化锆相变产生了微裂纹。
D、总是导致陶瓷基复合材料的强度下降。
5、纤维拔出（C、D）
A、是纤维在外力作用下与基体的脱离。
B、其拔出能总是小于脱粘能。
C、其拔出能总是大于脱粘能。
D、增韧作用比纤维脱粘强。
1、Kevlar纤维（A、B）
A、由干喷湿纺法制成。
B、轴向强度较径向强度高。
C、强度性能可保持到1000℃以上。
D、由化学沉积方法制成。
2、玻璃纤维（A、C、D）
A、由SiO2玻璃制成。
B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。
C、具有短程网络结构。
D、价格便宜、品种多。
3、氧化铝纤维（B、C）
A、由有机先驱体制成。
B、通过浆体成型法制成。
C、有γ、α、δ晶型。
D、具有较高的比强度。
4、SiC纤维（B、C）
A、用浆体成型法制成。
B、用化学气相沉积法制成。
C、有时含有W芯。
D、常用于聚合物基复合材料。
5、聚乙烯纤维（A、C）
A、纤维强度随分子量增大而增高。
B、分子量越大，加工越容易。
C、熔点较低，约135℃左右。
D、能在200℃使用。
6、生产碳纤维的主要原料有（A、B、D）
A、沥青。
B、聚丙烯腈。
C、聚乙烯。
D、人造丝。
7、各种纤维在拉伸断裂前不发生任何屈服，但在SEM下观察到（A、D）
A、Kevlar纤维呈韧性断裂，有径缩及断面减小。
B、碳纤维呈韧性断裂，有断面收缩。
C、玻璃纤维呈韧性断裂，有断面收缩。
D、碳纤维、玻璃纤维呈脆性断裂，无断面收缩。
8、在所有纤维中（A、B、D）
A、聚乙烯纤维具有最佳的比模量和比强度搭配。
B、碳纤维的比模量最高。
C、氧化铝纤维的比模量和比强度最高。
D、玻璃纤维的比模量最低。
9、晶须（A、B）
A、是含有缺陷很少的单晶短纤维。
B、长径比一般大于10。
C、直径为数十微米。
D、含有很少缺陷的短纤维。
10、颗粒增强体（B、C）
A、是一种粒状填料。
B、用于改善基体的力学性能。
C、可分为刚性和延性颗粒两种。
D、起填充体积作用。
1、C/C具有：（B、C）
A、比PMC、MMC更高的高温强度。
B、假塑性断裂特性，在高温下比陶瓷或石墨的断裂韧性高。
C、优异的高温摩擦摩损特性。
D、各向同性的拉伸、压缩强度和模量。
2、C/C可以做为：（A、B、D）
A、比石墨性能更好的高温热压模具。
B、军用或民用飞机刹车装置中的摩擦材料。
C、航天飞机的机翼和鼻锥。
D、固体火箭发动机喷管的喉衬或喷口部件。
3、C/C中的基体碳，可以选用：（A、D）
A、沥青碳。
B、天然石墨。
C、炭黑。
D、沥青碳、沉积碳和树脂碳共同作为基体碳。
4、C/C的CVD工艺（A、B、C）
A、其原理与陶瓷基复合材料的CVI相同。
B、可分为等温、温度梯度、压力梯度以及温度-压力梯度等工艺方法。
C、该工艺中，为防止孔隙口的堵塞，应使扩散速度大于沉积速度。
D、该工艺中，为防止孔隙口的堵塞，应使扩散速度小于沉积速度。
5、选择C/C高温抗氧化涂层材料的主要关键是：（C）
A、涂层材料的高熔点。
B、涂层材料高温抗氧化性和热膨胀系数。
C、涂层的氧扩散渗透率极低和与C/C的热膨胀系数匹配性。
D、涂层材料高温挥发性。
三、如何改善聚合物的耐热性能？
产生交联结构（对于热固性树脂、有机硅树脂等，工艺条件影响聚合物的交联密度）。
增加高分子链的刚性（引进不饱和共价键或环状结构（脂环、芳环、杂环）、引入极性基团）。
提高聚合物分子链的键能，避免弱键的存在（例：以C-F键完全取代C-H键，可大大提高聚合物的热稳定性）。
形成结晶聚合物，结晶聚合物的熔融温度大大高于相应的非结晶聚合物。
四、简述不饱和聚酯树脂基体的组成、代表物质及作用。
主要成分：不饱和聚酯树脂，按化学结构可分为顺酐型、丙烯酸型、丙烯酸环氧酯型聚酯树脂。
辅助材料：交联剂、引发剂和促进剂
交联剂：烯类单体，既是溶剂，又是交联剂。能溶解不饱和聚酯树脂，使其双键间发生共聚合反应，得到体型产物，以改善固化后树脂的性能。常用的交联剂：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯等。
引发剂：一般为有机过氧化物，在一定的温度下分解形成游离基，从而引发不饱和聚酯树脂的固化。常用的引发剂：过氧化二异丙苯[C6H5C(CH3)2]2O2、过氧化二苯甲酰(C6H5CO)2O2。
促进剂：把引发剂的分解温度降到室温以下。
对过氧化物有效的促进剂：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。
对氢过氧化物有效的促进剂：具有变价的金属钴：环烷酸钴、萘酸钴等。
五、简述不饱和聚酯树脂的固化特点。
不饱和聚酯树脂的固化是放热反应，可分为三
个阶段：
胶凝阶段：从加入促进剂到不饱和聚酯树脂变
成凝胶状态的时间，是固化过程最重要的阶段。
影响胶凝时间的因素：阻聚剂、引发剂和促进
剂的加入量，交联剂的蒸发损失，环境温度和
湿度等。
硬化阶段：从树脂开始胶凝到具有一定硬度，能把制品从模具上取下为止的时间。
完全固化阶段：通常在室温下进行，可能需要几天至几星期。
六、什么是玻璃钢？其特点是什么？
玻璃纤维作为增强材料，热固性塑料作为基体的纤维增强塑料，俗称玻璃钢。主要有玻璃纤维增强玻环氧树脂、璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂。具有如下优点：（1）GFRP的突出特点是比重小、比强度高。
（2）良好的耐腐蚀性。
（3）良好的电绝缘材料。
（4）具有不受电磁影响特性。
（5）保温、隔热、隔音、减振等性能。
当然，这种材料最大的缺点是刚性差、耐热性不如金属和陶瓷材料、导热性也很差、易老化等。
七、玻璃纤维增强热塑性塑料都有哪些？
玻璃纤维(长纤维或短纤维)作为增强材料，热塑性塑料（包括聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、ABS树脂、聚甲醛等）作为基体的纤维增强塑料。与热固性材料相比更轻、比强度高，蠕变性大大改善。
（1）玻璃纤维增强聚丙烯
（2）玻璃纤维增强聚酰胺
（3）玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料
（4）玻璃纤维增强聚碳酸酯
（5）玻璃纤维增强聚酯
（6）玻璃纤维增强聚甲醛
（7）玻璃纤维增强聚苯醚
八、复合材料的结构设计的综合过程是什么？
（1）明确设计要求：性能要求，载荷要求、环境条件，形状限制等
(2)材料设计：原材料选择，铺层性能确定，复合材料层合板的设计
（3）结构设计:典型结构件的设计等
九、复合材料的材料设计是什么？
(1)原料选择与复合材料性能
①原材料选择原则
a 比强度、比刚度的原则
b 材料与结构的使用环境相适应的原则
c 满足结构的特殊性能要求的原则
d 满足工艺性要求的原则
e 性价比高的原则
②纤维选择：根据结构的功能选取能满足一定的力学、物理和化学性能的纤维
③树脂选择要求：
a要求基体材料能在结构使用温度范围内工作
b要求基体材料具有一定的力学性能
c要求基体的断裂伸长率大于或接近纤维的断裂伸长率
d要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学性能。
e要求具有一定的工艺性
(2)单层性能的确定：通常需要实验来测定
①单层树脂含量的确定:据单层的功能来确定
②刚度的预测可依公式而定
③强度的预测公式
(3)复合材料层合板设计
即按照单层的性能确定层合板中各铺层的取向，铺设顺序，各定向层相对于总层数的百分比和总层数
十、论述题、聚合物基复合材料成型加工技术。
1手糊工艺
手糊工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法。其工艺过程是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子压辊刮刀压挤使其均匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树脂和铺贴每二层纤维织物，反复上述过程到达到所需厚度为止。然后在一定的压力作用下加热固化成型，或自放热固化成型。
其优点是不受产品尺寸和形状限制，适于少批量生产，设备简单，投资低，缺点是劳动条件差，效率低，质量难控制且不稳定，产品力学性能低
2模压成型工艺
概念：将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合物放入敞开的金属对模中，闭模后加热使其熔化，并在压力作用下充满模腔，形成与模腔相同形状的模制品，再经加热使树脂进一步发生交联反应而固化，或者冷却使热塑性树脂硬化，脱模后得到复合材料制品。
优点：较高的生产效率，制品尺寸准确，表面光洁，多数结构复杂的制品可一次成型，制品外观和尺寸稳定性好，容易实现机械化生产和自动化控制。
缺点：模具设计制造复杂，压机及模具投资高，制品尺寸受设备限制，只适合制造批量大的中小型产品。只适用于短切纤维。
3树脂传递模塑（RTM）成型工艺
一种闭模成型工艺方法，其过程：将液态热固性树脂及固化剂由计量设备分别从储桶内抽出，经静态混合器混合均匀，注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内，经固化、脱模、后加工而成制品。
特点：
（1）固定设备投资少
（2）产品光滑，尺寸稳定容易组合
（3）设计灵活，制模时间短
（4）对树脂和填料的适应性广泛
（5）安全环保（密闭无污染），低劳动强度低
4 喷射成型工艺
分别将混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树脂从喷枪两侧或喷枪内混合喷出，同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成制品（P115图5-12）。
特点：成型比较复杂和大型的产品，施工现场污染大，机械和手机相结合,物料组成不精确，物料物性条件受限。
5连续缠绕成型工艺
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，然后固化脱模成为增强塑料制品的工艺过程。
优点
（1）纤维按预定要求排列的规整度和精度高，通过改变纤维排布方式、数量可实现结构设计，能较好地发挥增强材料抗张性能优异的特点，制品结构合理，比强度和比模量都高（2）质量比较稳定，生产效率较高
（3）缺点：设备投入大，只有规模生产才能节省成本
（4）特点：适于制备承受内压的中空型容器
6拉挤成型工艺
将浸渍过树脂的连续纤维束或带状织物在索引装置作用下通过成型模定型，在模中或固化炉中固化，制成具有特定横截面形状和长度不受限制的复合材料型材。
优点：生产效率高，便于自动化生产；能充分发挥增强材料的作用，制品性能稳定可靠；树脂损耗少；各向强度可调，长度可据需要定
7挤出成型工艺
（1）[FRTP(热塑性玻璃钢)，玻纤增强热固性塑料(简称GFRP)]
挤出成型是热塑性复合材料的成型方法
（2）FRTP挤出成型工艺，FRTP管挤出成型工艺
其过程包括加料、塑化、成型、定型四个阶段，后者要求成型温度提高10-20℃，并要表面硬化以提高耐磨性。
8 注射成型工艺
将颗粒状树脂，短纤维增强料等送入注射腔内加热熔化，加压挤出到密闭模具中冷却定型后开模而得到复合材料
特点:制品精度高、生产周期短、效率较高、容易实现自动控制，
热塑性和热固性树脂都可，但以前者为多。
复合材料概论总思考题 一．复合材料总论 1.什么是复合材料？复合材料的主要特点是什么？ ①复合材料是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。 ②1）组元之间存在着明显的界面；2）优良特殊性能；3）可设计性；4)材料和结构的统一 2.复合材料的基本性能（优点）是什么？——请简答6个要点 （1）比强度，比模量高（2）良好的高温性能（3）良好的尺寸稳定性（4）良好的化学稳定性（5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性（6）良好的功能性能 3.复合材料是如何命名的？如何表述？举例说明。4种命名途径 ①根据增强材料和基体材料的名称来命名，如碳纤维环氧树脂复合材料 ②(1) 强调基体：酚醛树脂基复合材料（2）强调增强体：碳纤维复合材料 （3）基体与增强体并用：碳纤维增强环氧树脂复合材料（4）俗称：玻璃钢 5.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？ 3个层次 答：1、一次结构：由集体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能； 二次结构：由单层材料层复合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何三次结构：指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。 2、①单层材料设计：包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能； ②铺层设计：包括对铺层材料的铺层方案作出合理安排，该层次决定层合板的性能； ③结构设计：最后确定产品结构的形状和尺寸。 6.试分析复合材料的应用及发展。 答：①20世纪40年代，玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后，纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料。至60年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。 ②随着航空航天技术发展，对结构材料要求比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对不同需求，出现了高性能树脂基先进复合材料，标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆续出现金属基和陶瓷基先进复合材料。 ③经过60年代末期使用，树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构，今年来又逐步进入其他工业领域。
一.填空题： 1．玻璃钢材料由（基材）与（增强材料）组成，其中（各类树脂）和（凝胶材料）为玻璃钢的常用基材。 2．常见可以拉制成纤维的玻璃种类主要分为（无碱玻璃）、（中碱玻璃）、（高碱玻璃）、（高强玻璃），其中（无碱玻璃纤维）是应用最多的玻纤。 3．连续玻璃纤维纺织制品就起产品形态而言可分为（纱线）（织物）两大类别。 4. 预浸料的制备方式可分为（湿法）（干法）及（粉末法）。 5. 结构胶粘剂一般以（热固性树脂）为基体，以（热塑性树脂）或（弹性体）为增韧剂，配以固化剂等组成。 6. 按照材料成分分类主要分为（环氧树脂胶粘剂）（聚酰亚胺胶粘剂）（酚醛树脂胶粘剂）（硅酮树脂胶粘剂）。 7. 玻璃钢制品的生产过程可大致分为（定型）（浸渍）（固化）三个要素。 8. 环氧树脂是分子中含有两个或两个以上（环氧基团）的一类高分子化合物。 9. 按适用于玻璃钢手糊成型的模具结构形式分为：（单模）及（敞口式对模）。 10. 叶片制造常用的基体树脂有（不饱和聚酯树脂），（环氧乙烯基树脂）及（环氧树脂）三类。 二.名词解释： 1．热固性树脂：这种树脂在催化剂及一定的温度、压力作用下发生不可逆的化学反应，是线性有机聚合物链相互交联后形成的三维结构体。 2．预浸料：将定向排列的纤维束或织物浸涂树脂基体，并通过一定的处理后贮存备用的中间材料。 3．不饱和聚酯树脂：是由饱和的或不饱和的（二元醇）与饱和的及不饱和的（二元酸或酸酐）缩聚而成的线性高分子化合物。 4．单位面积质量：一定大小平板状材料的质量和它的面积之比。 5. 含水率：在规定条件下测得的原丝或制品的含水量。即试样的湿态质量和干态质量的差数与湿态质量的比值，用百分率表示。 6. 拉伸断裂强度：在拉伸试验中，试样单位面积或线密度所承受的拉伸断裂强力。单丝以Pa 为单位，纱线以N/tex为单位。 7. 弹性模量：物体在弹性限度内，应力与其应变的比例数。有拉伸和压缩弹性模量（又称杨氏弹性模量）、剪切和弯曲弹性模量等，以Pa（帕斯卡）为单位。
复合材料复习题 1、简述增强材料（增强体、功能体）在复合材料中所起的作用，并举例说明。 填充：廉价、颗粒状填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸钙粉末。 增强：纤维状或片状增强体，提高复合材料的力学性能和热性能。效果取决于增强体本身的力学性能、形态等。例：TiC颗粒增强Si3N4复合材料、碳化钨/钴复合材料，切割工具；碳/碳复合材料，导弹、宇航工业的防热材料（抗烧蚀），端头帽、鼻锥、喷管的喉衬。 赋予功能：赋予复合材料特殊的物理、化学功能。作用取决于功能体的化学组成和结构。例：1-3型PZT棒/环氧树脂压电复合材料，换能器，用于人体组织探测。 2、复合材料为何具有可设计性？简述复合材料设计的意义。如何设计防腐蚀（碱性）玻璃纤维增强塑料？ 组分的选择、各组分的含量及分布设计、复合方式和程度、工艺方法和工艺条件的控制等均影响复合材料的性能，赋予了复合材料性能的可设计性。 意义：①每种组分只贡献自己的优点，避开自己的缺点。②由一组分的优点补偿另一组分的缺点，做到性能互补。③使复合材料获得一种新的、优于各组分的性能（叠加效应）。优胜劣汰、性能互补、推陈出新。 耐碱玻璃纤维增强塑料的设计：使用无碱玻璃纤维和耐碱性树脂（胺固化环氧树脂）。在保证必要的力学性能的前提下，尽量减少玻璃纤维的体积比例，并使树脂基体尽量保护纤维不受介质的侵蚀。 3、简述复合材料制造过程中增强材料的损伤类型及产生原因。 力学损伤：属于机械损伤，与纤维的脆性有关。脆性纤维（如陶瓷纤维）对表面划伤十分敏感，手工操作、工具操作，纤维间相互接触、摆放、缠绕过程都可能发生。 化学损伤：主要为热损伤，表现为高温制造过程中，增强体与基体之间化学反应过量，增强体中某些元素参与反应，增强体氧化。化学损伤与复合工艺条件及复合方法有关。热损伤伴随着增强体与基体之间界面结构的改变，产生界面反应层，使界面脆性增大、界面传递载荷的能力下降。 4、简述复合材料增强体与基体之间形成良好界面的条件。 在复合过程中，基体对增强体润湿；增强体与基体之间不产生过量的化学反应；生成的界面相能承担传递载荷的功能。 复合材料的界面效应，取决于纤维或颗粒表面的物理和化学状态、基体本身的结构和性能、复合方式、复合工艺条件和环境条件。 5、什么是相乘效应？举例说明。 两种具有转换效应的材料复合在一起，产生了连锁反应，从而引出新的机能。可以用通式表示：X/Y·Y/Z=X/Z （式中X、Y、Z分别表示各种物理性能）。 压磁效应?磁阻效应=压敏电阻效应；闪烁效应?光导效应=辐射诱导导电。 例：磁电效应（对材料施加磁场产生电流）——传感器，电子回路元件中应用。 压电体BaTiO3与磁滞伸缩铁氧体NiFe2O4烧结而成的复合材料。对该材料施加磁场时会在铁氧体中产生压力，此压力传递到BaTiO3，就会在复合材料中产生电场。最大输出已达103 V·A。 单一成分的Cr2O3也有磁电效应，但最大输出只有约170 V·A。 6、推导单向板复合材料中纤维体积分数与纤维半径的关系（以正方形阵列为例）。 纤维体积：(4?1/4)πr2l=πr2l 复合材料体积：(2R)2l=4R2l 纤维体积分数：V f=πr2l/(4R2l)= πr2/(4R2) 纤维间距与纤维体积分数的关系： s=2R-2r=2[πr2/(4V f)]1/2-2r=2[(π/4V f)1/2-1]r 7、什么是材料复合的结构效果？试述其内涵。 结构效果是指在描述复合材料的性能时，必须考虑组分的几何形态、分布形态和尺度等可变因素。这类效果往往可以用数学关系描述。 结构效果包括：1、几何形态效果（形状效果）：决定因素是组成中的连续相。对于1维分散质，当分散质的性质与基体有较大差异时，分散质的性能可能会对复合材料的性能起支配作用。2、分布形态效果（取向效果）：又可分为几何形态分布（几何体的取向）和物理性能取向：导致复合材料性能的各向异性，对复合材料的性能有很大影响。3、尺度效果：影响材料表面物理化学性能（比表面积、表面自由能）、表面应力分布和界面状态，导致复合材料性能的变化。 8、简述单向复合材料的细观力学分析模型的基本假设的要点。 单元体：宏观均匀、无缺陷、增强体与基体性能恒定、线弹性。 增强体：匀质、各向同性、线弹性、定向排列、连续。
航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］ 材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都 对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。 固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航 天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之 一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标， 目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。 目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。 作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动 机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的 固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的 提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号 远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在 研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。 二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料 国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳 体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方 面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用 的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。 芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多 个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应 用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚
2014学年度第 一 学期课程考试 《复合材料》本科 试卷（B 卷） 注意事项：1. 本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。 一、选择题(30分，每题2分) 【得分： 】 1.复合材料中的“碳钢”是（ ） A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。 B 、玻璃纤维增强塑料。 C 、碳纤维增强塑料。 D 、氧化铝纤维增强塑料。 2.材料的比模量和比强度越高（ ） A 、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C 、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D 、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ） A 、前者成本低 B 、前者的拉伸强度好 C 、前者原料来源广泛 D 、前者加工更容易 4、Kevlar 纤维（ ） A 、由干喷湿纺法制成。 B 、轴向强度较径向强度低。 C 、强度性能可保持到1000℃以上。 D 、由化学沉积方法制成。 5、碳纤维（ ） A 、由化学沉积方法制成。 B 、轴向强度较径向强度低。 C 、强度性能可保持到3000℃以上。 D 、由先纺丝后碳化工艺制成。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（ ） A 、120℃以下 B 、180℃以下 C 、250℃以下 D 、250℃以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（ ）
A、环氧树脂吸湿变脆。 B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。 C、环氧树脂发生交联反应。 D、环氧树脂发生水解反应。 8、玻璃纤维（） A、由SiO2玻璃制成。 B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。 C、其强度比整块玻璃差。 D、价格贵、应用少。 9、生产锦纶纤维的主要原料有（） A、聚碳酸酯。 B、聚丙烯腈。 C、尼龙。 D、聚丙烯。 10、晶须（） A、其强度高于相应的本体材料。 B、长径比一般小于5。 C、直径为数十微米。 D、含有很少缺陷的长纤维。 11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（）。 A．玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料B．玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料 C．聚酰胺材料D．聚酰胺基玻璃纤维复合材料 12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是（）。 A．碳纤维B．氧化铝纤维C．玻璃纤维D．碳化硅纤维13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（）。 A．环氧树脂 B．不饱和聚酯 C．酚醛树脂 D．尼龙14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（） A．预浸料制造B．制件的铺层 C．固化及后处理加工D．干燥 15、有关环氧树脂，说法正确的是（） A、含有大量的双键 B、使用引发剂固化 C、使用胺类固化剂固化 D、属于热塑性塑料 二、判断题(20分，每题2分)【得分：】 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（） 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（） 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（） 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（） 5、复合材料具有可设计性。（） 6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（） 7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（）
复合材料习题 第一章 一、判断题：判断以下各论点的正误。 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（?） 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（?） 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（?） 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（?） 5、复合材料具有可设计性。（?） 6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（?） 7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（?） 8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。（?） 二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。 1、金属基复合材料通常（B、D） A、以重金属作基体。 B、延性比金属差。 C、弹性模量比基体低。 D、较基体具有更高的高温强度。 2、目前，大多数聚合物基复合材料的使用温度为（B） A、低于100℃。 B、低于200℃。 C、低于300℃。 D、低于400℃。 3、金属基复合材料的使用温度范围为（B） A、低于300℃。 B、在350-1100℃之间。 C、低于800℃。 D、高于1000℃。 4、混杂复合材料（B、D） A、仅指两种以上增强材料组成的复合材料。 B、是具有混杂纤维或颗粒增强的复合材料。 C、总被认为是两向编织的复合材料。 D、通常为多层复合材料。 5、玻璃钢是（B） A、玻璃纤维增强Al基复合材料。 B、玻璃纤维增强塑料。 C、碳纤维增强塑料。 D、氧化铝纤维增强塑料。 6、功能复合材料（A、C、D） A、是指由功能体和基体组成的复合材料。 B、包括各种力学性能的复合材料。 C、包括各种电学性能的复合材料。 D、包括各种声学性能的复合材料。 7、材料的比模量和比强度越高（A） A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。B． C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 三、简述增强材料（增强体、功能体）在复合材料中所起的作用，并举例说明。 填充：廉价、颗粒状填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸钙粉末。 增强：纤维状或片状增强体，提高复合材料的力学性能和热性能。效果取决于增强体本身的力学性能、形态等。例：TiC颗粒增强SiN复合材料、碳化钨/钴复合材料，切割工具；碳/碳复合材
航空航天先进复合材料现状 2014-08-10 Lb23742 摘要:回顾了树脂基复合材料的发展史;综述了先进复合材料工业上通常使用环氧树脂的品种、性能和特性;复合材料使用的增强纤维;国防、军工及航空航天用树脂基复合材料;用于固体发动机壳体的树脂基体;用于固体发动机喷管的耐热树脂基体;火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体;树脂基结构复合材料;防弹结构复合材料;先进战斗机用复合材料;树脂基体;航天器用外热防护涂层材料;飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料;碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天中的其它应用;民用大飞机复合材料;国产大飞机的软肋还是技术问题;复合材料之惑。 关键词:树脂基体;复合材料;国防;军工;航空航天;结构复合材料 0 前言 复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。 环氧树脂是优良的反应固化型性树脂。在纤维增强复合材料领域中，环氧树脂大显身手。它与高性能纤维:PAN基碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玄武岩纤维、S或E玻璃纤维复合，便成为不可替代的重要的基体材料和结构材料，广泛运用在电子电力、航天航空、运动器材、建筑补强、压力管雄、化工防腐等六个领域。本文重点论述航空航天先进树脂基体复合材料的国内外现状及中国的技术软肋问题 1 树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)，是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国不科学地俗称为玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、
纖維與複合材料題庫 1.請說明在纖維製品行銷管道中目前最為通行之方式，並說明為何會採 用此種模式？ 2.請說明在天然纖維(Nature Fibers)中之植物纖維以何種纖維材料之成 本最低，並且請列舉此種纖維之終端用途? 3.請說明何謂人造纖維(Artificial Fibers)？並請列舉五種生產量最多之 人造纖維及其常採用之紡絲方式？另請列舉此五種纖維之終端用途? 4.請說明何謂無機纖維(Inorganic Fibers)？並請列舉三種生產量最多之 無機纖維及其常採用之紡絲方式與終端用途? 5.請說明在天然纖維中之羊毛纖維(Wool Fiber)，若要製作高級不會有皺 摺之西裝(Suit)應該採用以何種纖維來做混紡最為便宜，且配合何種織物結構?並除製作西裝以外另請列舉三種終端用途? 6.請說明內政部頒布之服飾標示基準中，針對西裝應該有何種內容之標 示項目(Care Label)? 並說明其洗標之涵義？ 7.請說明在高科技紡織品之工業用紡織品(Industrial Textiles)之定義及 其三種終端用途及其所強調之性質? 8.請說明在CFRP之拉伸實驗中，狗骨頭形狀與長方形之樣本在拉伸前 需加以何種處理?若未經此前處理過程會有何種負面效益? 9.請說明塑膠、橡膠、複合材料與纖維之主要不同點，並且列舉每種產
品之三種終端用途? 10.請依照纖維、紗、織物、染色整理加工與成衣製作之觀點，說明一般 之防彈衣與羊毛背心有何差異處？ 11.請依照纖維、紗、織物、染色整理加工與成衣製作之觀點，說明一般 之雨傘布與運動杉有何差異處？ 12.請列舉五種家用紡織品(Home Textiles)所使用之纖維、紗、織物及依 序排列其附加價值？ 13.請以纖維型態之觀點，舉例說明五種不同之五種纖維型態(需備註英 文)種類，並說明其所使用之附加價值與終端用途? 14.請說明在染色整理加工中，所針對纖維、紗、織物之加工成本何者最 低？為什麼？且說明不同之應用時機？ 15.請以紗型態之觀點，舉例說明五種不同之紗(Yarn)型態(需備註英文) 種類，並說明其所使用之附加價值與終端用途? 16.在高科技紡織品中，請列舉其所適用之五種奈米原料種類及其功能？ 並說明其製作方法？ 17.請定義何謂奈米複合材料？並說明奈米複合材料(Nano Polymer Composites)之結構、組成與功能如何？ 18.請定義何謂材料的一次與二次功能？並請舉例說明材料的二次功 能？
、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有光， 电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚合 度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为 增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15 页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高分 子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977 年，美国化学家MacDiarmid ，物理学家Heeger 和日本化学家Shirakawa 首次发现掺杂碘的聚乙炔具 有金属的导电特性，并因此获得2000 年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释 1.高分子的柔顺性
航空航天复合材料结构设计要求的比较 复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料,它既能保留原有组分材料的主要特色,又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联与协同,从而获得原组分材料无法比拟的优越性能, 复合化是当代材料技术发展的重要趋势之一，而大量采用高性能复合材料是航空航天飞行器发展的重要方向。航空航天追求性能第一的特点,使其成为先进复合材料技术的率先实验和转化的战场,航空航天工业的发展和需求推动了先进复合材料的发展,而先进复合材料的发展和应用又促进了航空航天的进步。先进复合材料继铝、钢、钛之后,迅速发展成四大结构材料之一,其用量成为航空航天结构的先进性标志之一。将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重20%~30%,这是其他先进技术很难达到的效果。美国NASA的Langley 研究中心在航空航天用先进复合材料发展报告中指出,各种先进技术的应用可以使亚音速运输机获得51%的减重(相对于起飞重量)效益,其中,气动设计与优化技术减重4·6%,复合材料机翼机身和气动剪裁技术减重24·3%,发动机系统和热结构设计减重13.1%,先进导航与飞行控制系统减重9%,说明了先进复合材料的应用减重最明显。这不仅带来相当大的经济效益,而且可以增加装备的机动性,还可以提高其抗疲劳、耐腐蚀性能。 由于航天与航空的使用环境和应用范围存在区别，因而造成复合
材料在航空飞行器与航天飞行器上使用的设计要求也有很多不同之处。而且由于任务目标和使用环境差异，飞机结构的要求不能直接作为空间飞行器的结构设计要求。空间飞行器的飞行环境和承受的载荷很特殊，并且几乎没有可能再去检查和维修航天器的结构或在其任务条件下验证其结构的性能。因此，空间飞行器复合结构设计必须比飞机复合材料结构设计更加稳定可靠。虽然如此，飞机行业的复合材料结构设计方面的经验仍然可以为航天器的复合材料结构设计提供一定的参考和借鉴。 航空和航天复合材料结构设计要求具体在哪些方面存在差异呢？ 第一点是两者的生成规模差别很大。航空产品通常进行大规模生产，不仅整机生产数量多，而且因为需要维修等等，这样更换损坏的零件同样数量巨大；而航天产品则大多生产较少。因此在结构设计时，航空产品对结构设计时需要对加工工艺等配套设施进行细致的考虑，以达到成本、周期。效益的均衡，而航天结构设计则大多不需要考虑。同时生产数量的差异也使后续的设计工作产生了很大不同。 第二点是初始设计要求。飞机工业需要通过测试数量庞大的样本总结设计出一套模块建立的方法。但航天器的生产数量很有限，因此用于航空专业的样本采集到模块建立的方法，要想应用于航天器，从成本和进度的角度来看，是不切实际的。 第三点是强度要求。在航空和航天器中，对于强度的要求二者是一致的，但因工作环境不同存在一定的区别。航空和航天器复合材料
第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（二）第2 页共8 页 课 题 第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（二） 目的与要求耐久性/损伤容限的基本设计方法、通用过程流程和一般设计原则提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法和材料使用因素 了解耐久性/损伤容限设计实例 材料因素对耐久性/损伤容限设计的影响程度 重点耐久性/损伤容限的基本设计方法、通用过程流程和一般设计原则提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法和材料使用因素 难 点 耐久性/损伤容限的基本设计方法、通用过程流程和一般设计原则 教 具 复 习提问耐久性/损伤容限的基本设计方法、通用过程流程和一般设计原则？提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法和材料使用因素？ 新知 识点 考查 耐久性/损伤容限的基本设计方法、通用过程流程和一般设计原则 布置 作业 课堂布置 课后 回忆 耐久性/损伤容限的基本设计方法、通用过程流程和一般设计原则？备注 教员
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第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（二）第2 页共8 页 1.耐久性/损伤容限设计方法 1.1.概述 1.1.1目的 耐久性/损伤容限的设计方法主要是正确地制定和执行，对结构的耐久性/损伤 容限控制计划。 1.1.2主要的两项任务 ●确定关键件根据系统的整体性、零件在系统中的位置、作用以及零件的 服役环境，又设计人员预先或者设计过程中确定零件或部件是否属于关键件， 或者重要件。 ●对关键件进行全面的质量控制由设计人员，协同工艺人员、质量控制、 操作人员和其他方面的人员，共同完成关注关键件或重要件的制造过程，要求 从材料的定制、运输、存储、下料、铺贴、固化、成形、机械加工，以及随后 的试验等方面进行控制。 1.1.3设计原则 ●关键部位、关键件可能出现的缺陷/损伤的类型、尺寸、位置、范围以及 他们的相对严重性； ●评定损伤对疲劳载荷的敏感性及其疲劳扩展性，修理的最佳方案和可能保 留的剩余强度值； ●最后剩余强度的验证，确定检查间隔时间、检查方法，以及中间发生的损 伤扩展； ●环境对带有缺陷或损伤的零部的影响程度，突发事件可能导致的损伤和缺 陷的发展。 1.2.关键件的选择 1.2.1.评价因素 ●一旦破坏或其破坏持续未被查出会对结构安全造成严重的后果的结构危 险部位和构建 ?承受的服役中出现超载能力对飞机而言就是飞行可能出现结构承 力； ?静态试验或启动过程中附加的超大载荷对飞机而言则表示为，地面
1.复合材料的分类方法？ 复合材料的分类方法也很多。常见的有以下几种。 按基体材料类型分类聚合物基复合材料以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料。 金属复合材料以金属为基体制成的复合材料，如铝墓复合材料、铁基复合材料等。 无机非金属基复合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。 按增强材料种类分类 玻璃纤维复合材料。 碳纤维复合材料。 有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。 金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。 陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、翩纤维等)复合材料。 此外，如果用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的复合材料称为“混杂复合材料”。混杂复合材料可以看对免戈趁两种或多种单一纤维复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。 按增强材料形态分类 连续纤维复合材料作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处。 短纤维复合材料短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料。 粒状填料复合材料微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料。 编织复合材料以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。 按用途分类 复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。 2.举例说明复合材料在现代工业中的应用？ <1>建筑工业中，复合材料广泛应用于各种轻型结构房屋，建筑装饰、卫生洁具、冷却塔、储水箱、门窗及其门窗构件、落水系统和地面等。 <2>化学工业中，复合材料主要应用于防腐蚀管、罐、泵、阀等。 <3>交通运输方面，如汽车制造业中，复合材料主要应用于各种车身结构件、引擎罩、仪表盘、车门、底板、座椅等；在铁路运输中用于客车车厢、车门窗、水箱、卫生间、冷藏车、储藏车、集装箱、逃生平台等。
复合材料在航天航空领域的应用现状与展望 摘要现代飞机和卫星的制造材料应具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀等特性，先进复合材料的独有性能使它成为制造卫星和飞机的理想材料。本文重点介绍了我国航天用符合材料的研究情况，并展望了今后的发展趋势。 关键词复合材料；航空航天；应用现状；发展趋势 Prospect and Application of Composites in Aviation and Aerospace Abstract Nowadays, the material of producing planes and satellites should be light, strong and should resist high temperature, corrosion and so on. Because of the unique peculiarities, advanced composites become the ideal material of producing planes and satellites. In this paper, the present status and prospect of applied research on composite materials for aero-space application in China are given. Key words composites; aviation and aerospace ; application and development; development trends
2014学年度第一学期课程考试 《复合材料》 本科试卷（B 卷） 注意事项：1.本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷; 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚; 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效; 分： 】 A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。 B 、玻璃纤维增强塑料。 C 、碳纤维增强塑料。 D 、氧化铝纤维增强塑料。 2. 材料的比模量和比强度越高（ ） A 、 制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B 、 制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C 、 制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D 制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3. 在体积含量 相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ） A 、前者成本低 B C 、前者原料来源广泛 D 4、 K evlar 纤维（ ） A 、由干喷湿纺法制成。 B 4.考试结束，试卷、草稿纸一并交回 一、选 （30 分， 分 ） 择 每 【 、前者的拉伸强度好 、前者加工更容易 、轴向强度较径向强度低 D 、由化学沉积方法制成。 、轴向强度较径向强度低。 D 、由先纺丝后碳化工艺制成 （ ）
C、强度性能可保持到1000C以上。 5、碳纤维（） A、由化学沉积方法制成。B C、强度性能可保持到3000C以上。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在： A 120C以下B、180C以下C、250E以下 D、250 E以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（） A、环氧树脂吸湿变脆。 B 、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度
8、玻璃纤维（ ） A 、由SiO 2玻璃制成。 B 、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。 C 、其强度比整块玻璃差。 D 、价格贵、应用少。 9、 生产锦纶纤维的主要原料有（ ） A 、聚碳酸酯。 B 、聚丙烯腈。 C 、尼龙。 D 、聚丙烯。 10、 晶须（ ） A 、其强度高于相应的本体材料。 B 、长径比一般小于 5。 C 、直径为数十微米。 D 、含有很少缺陷的长纤维。 11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（ ）。 A .玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料 B ?玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料 C ．聚酰胺材料 D ．聚酰胺基玻璃纤维复合材料 12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是 14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（ ） A ．预浸料制造 15、有关环氧树脂，说法正确的是（ 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。 5、复合材料具有可设计性。 6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。 7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。 8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。 10、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的钨丝芯上形成的 9、 般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到 90%。 A ．碳纤维 B ． 氧化铝纤维 C ． 玻璃纤维 D ．碳化硅纤维 13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（ ）。 A ．环氧树脂 B ．不饱和聚酯 C ．酚醛树脂 D ．尼龙 C ．固化及后处理加工 D ．干燥 B .制件的铺层 A 、含有大量的双键 B 、 使用引发剂固化 C 、使用胺类固化剂固化 、判断题 （20分，每题 2 D 、 属于热塑性塑料 得分：
一.填空题: 1. 玻璃钢材料由(基材)与(增强材料)组成,其中(各类树脂)与(凝胶材料)为玻璃钢得常用基材。 2.常见可以拉制成纤维得玻璃种类主要分为(无碱玻璃)、(中碱玻璃)、(高碱玻璃)、(高强玻璃), 其中(无碱玻璃纤维)就是应用最多得玻纤。 3. 连续玻璃纤维纺织制品就起产品形态而言可分为(纱线)(织物)两大类别。 4、预浸料得制备方式可分为(湿法)(干法)及(粉末法)。 5、结构胶粘剂一般以(热固性树脂)为基体,以(热塑性树脂)或(弹性体)为增韧剂,配以固化剂等组成。 6、按照材料成分分类主要分为(环氧树脂胶粘剂)(聚酰亚胺胶粘剂)(酚醛树脂胶粘剂)(硅酮树脂胶粘剂)。 7、玻璃钢制品得生产过程可大致分为(定型)(浸渍)(固化)三个要素。 8、环氧树脂就是分子中含有两个或两个以上(环氧基团)得一类高分子化合物。 9、按适用于玻璃钢手糊成型得模具结构形式分为:(单模)及(敞口式对模)。 10、叶片制造常用得基体树脂有(不饱与聚酯树脂),(环氧乙烯基树脂)及(环氧树脂)三类。 二、名词解释: 1. 热固性树脂:这种树脂在催化剂及一定得温度、压力作用下发生不可逆得化学反应,就是线性有机聚合物链相互交联后形成得三维结构体。 2. 预浸料:将定向排列得纤维束或织物浸涂树脂基体,并通过一定得处理后贮存备用得中间材料。 3. 不饱与聚酯树脂:就是由饱与得或不饱与得(二元醇)与饱与得及不饱与得(二元酸或酸酐)缩聚而成得线性高分子化合物。 4.单位面积质量:一定大小平板状材料得质量与它得面积之比。 5、含水率:在规定条件下测得得原丝或制品得含水量。即试样得湿态质量与干态质量得差数与湿态质量得比值,用百分率表示。 6、拉伸断裂强度:在拉伸试验中,试样单位面积或线密度所承受得拉伸断裂强力。单丝以Pa为单位,纱线以N/tex为单位。 7、弹性模量:物体在弹性限度内,应力与其应变得比例数。有拉伸与压缩弹性模量(又称杨氏弹性模量)、剪切与弯曲弹性模量等,以Pa(帕斯卡)为单位。 8、偶联剂:能在树脂基体与增强材料得界面间促进或建立更强结合得一种物质。 9、片状模塑料:由树脂、短切或未经短切得增强纤维以及细粒状填料(有时不加填料),经充分混合而制成一种厚度一般为1mm ～25 mm得薄片状中间制品,能在热压条件下,进行模塑或层压。 10、纤维体积含量:纤维体积与复合材料得总体积之比。
. 精选文本 一、判断题： 1、复合材料是由两个以上组元材料化合而成。（ ） 2、层板复合是一种由颗粒增强的复合材料。（ ） 3、应用最广泛的复合材料是金属基复合材料。（ ） 4、复合材料具有可设计性。（ ） 5、竹子、贝壳是天然的复合材料。（ ） 6、玻璃钢是玻璃纤维增强的树脂基复合材料，问世于1940s 。（ ） 7、比强度和比模量分别是材料的强度、弹性模量与其密度的比值。（ ） 8、基体与增强体界面在高温使用过程中不会发生变化。（ ） 9、浸润性是基体与增强体间粘结的充分条件。（ ） 10、浸润性是基体与增强体间粘结的必要条件，但不是充分条件。（ ） 11、界面结合强度过高，复合材料易发生脆性断裂。（ ） 12、脱粘是指纤维与基体发生完全分离的现象。（ ） 13、混合法则：P c = P m V m + P r V r 可用于各种复合材料的性能估计。（ ） 14、纤维长度 l < l c 时，纤维上作用的应力永远达不到其抗拉强度。（ ） 15、天然纤维都是有机的，而无机纤维均需人工合成。（ ） 16、UHMWPE 纤维是所有增强体纤维中密度最小的。（ ） 17、玻纤是晶态玻璃制成的细丝，其晶粒尺寸约30 m 。（ ） 18、单晶Al 2O 3f 仅有一种晶态结构，即：a -Al 2O 3。（ ） 19、多晶Al 2O 3f 仅有一种晶体结构，即： -Al 2O 3。（ ） 20、B f 既可用CVD 法制备，也可用溶液化学方法结合烧结制备。（ ） 21、制备SiC f 采用 PAN 作为先驱体。（ ） 22、纤维表面处理的目的是使其表面光洁度提高。（ ） 23、Kevlar 纤维平行于其轴向上其热膨胀系数小于零。（ ） 24、乘积效应属于传递效应的一种。（ ） 25、Ni 3Al 属于Berthollide 型金属间化合物。（ ） 26、Cu 3Au 、Fe 3Al 、Ti 3Al 、Ni 3Al 都是Kurnakov 型金属间化合物。（ ） 27、体积分数相同时，SiC w 的增强效果优于SiC p 。（ ） 28、体积分数相同时，SiC w 的增强效果不如SiC p 。（ ） 29、体积分数相同时，SiC w 的增强效果与SiC p 相当。（ ） 30、颗粒/晶须增强MMC 是目前应用最广、开发前景最大的MMC 。（ ） 31、B f /Al 可利用半固态复合铸造法制备。（ ） 32、利用扩散结合法制备MMC 时，最关键的步骤是排布铺层工序。（ ） 33、制备纤维有排布要求的FRMMC 唯一可行方法是粉末冶金法。（ ） 34、粉末冶金法制备MMC 的优点之一就在于其对增强体材料的添加比例几乎无限制。（ ） 35、Ospray 法制备的PRMMC 相对密度可达95%以上，且几乎无界面反应。（ ） 36、原位复合法得到的复相组织处于热力学平衡状态，因而其高温稳定性较好。（ ） 37、压铸法制备的MMC 中基体-增强体界面是自然形成的，因而无湿润性、界面反应困扰，且具有很高的界面结合强度（ ）。 38、MMC 种类繁多，其制备多为复合+成形一体化过程。（ ） 39、半固态复合铸造法制备MMC 时，在固液两相区的搅拌使基体组织细化、增强体分散均匀，但同时也导致熔体粘稠化、流动性变差。（ ） 40、双马树脂是一种PMC 常用的热塑性树脂基体材料。（ ） 41、热固性聚酰亚胺树脂的综合力学性能优于环氧树脂，但不如双马树脂。（ ） 42、层压成形属于干法压力成形的一种。（ ） 43、模压成形只适于大批量生产PMC 板材。（ ） 44、注射成形对热固性/热塑性基体均适用，但更多用于热塑性树脂基PMC 的制备。（ ） 45、CMC 的气孔率越高，其韧性越好。（ ） 46、FRCMC 的性能主要取决于增强体纤维的强度，而与其弹性模量关系不大。（ ） 47、基体-增强体热膨胀系数差越小，CMC 的综合力学性能越好。（ ） 48、粉末冶金法与浆料法相比，所制备的CMC 增强体分布更为均匀。（ ） 49、反应烧结法的主要优点是所制备的CMC 具有很低的气孔率。（ ） 50、C/C 复合材料的成分特点是：99%以上为C 元素，只包含少量其它杂质元素。（ ） 51、沥青作为浸渍碳化法的基体先驱体材料，在常压下碳化时其产碳率为50%左右，与酚醛等树脂类先驱体基本相当。（ ）