复合材料原理作业

1、复合材料的概念？复合材料的命名方式?复合材料区别于单一材料的主要特点？2、增强体和功能体在复合材料中起的主导作用？3、复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？4、试分析复合材料的应用及发展。5、简述复合材料的复合效应。1.答：复合材料是指有两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同复合方法所得到的宏观多相材料。复合材料的命名方式是将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。复合材料区别于单一材料的主要特点是:（1）材料与结构的一致性性；（2）材料性能的可设计性。2.答：增强体和功能体在复合材料中起的主导作用有：（1）填充；（2）增强；（3）赋予功能。3.答：复合材料的优点有：（1）强度高；（2）耐腐蚀；（3）耐高温；（4）质量轻。存在的主要问题是（1）性能不够完善；（2）生产时手糊工艺效率低；（3）；回收处理困难4.答：复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电气、、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。重点发展回收（粉碎回收）、化学回收（热裂解）和能量回收，加强技术路线、综合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用。21世纪的高性能树脂基复合材料技术是赋予复合材料自修复性、自分解性、自诊断性、自制功能等为一体的智能化材料。以开发高刚度、高强度、高湿热下使用的复合材料为重点，构筑材料、成型加工、设计、检查一体化的材料系统。组织系统上将是联盟和集团化，这将更充分的利用各方面的资源（技术资源、物质资源），紧密联系各方面的优势，以推动复合材料工业的进一步发展。5.答：复合材料的复合效应是复合材料特有的一种效应，包括线性效应和非线性效应两类。线性效应包括平均效应、平行效应、相补效应和相抵效应。相补效应和相抵效应常常是共同存在的，相补效应是希望得到的，而相抵效应要尽量能够避免。平均效应、相乘效应、平行效应、诱导效应、相补效应、共振效应、相抵效应、系统效应等各种复合效应。1.复合材料的结构类型有哪些，材料的复合效果怎么分类？2.复合材料常见的模型有哪些，复合材料的性质如何分类？1.答：复合材料的结构类型有，0-3型结构、1-3型结构、2-2型结构、2-3型结构、3-3型结构。材料的复合效果大致归结为（1）组分效果（2）结构效果（3）界面效果，其中结构效果又可分为形状效果、取向效果、尺度效果。2.答：复合材料常见的模型有：（1）同心球壳模型（2）同轴圆柱模型（3）片状模型，复合材料的性质分为固有性质、传递性质、强度性质、转换性质。1.答：复合材料界面效应归为四类：（1）分割效应：一个连续体被分割成许多区域，分析尺寸大小、中断强度、分散情况等对基体的力学性能的影响；（2）不连续效应:在界面上引起的物理性质的不连续性和界面摩擦出现的现象，如电阻、介电特性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等；（3）散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生的散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性及耐热冲击性等；（4）感应效应：在界面上产生的感应效应，特别是应变、内应力和由此出现的现象——高的弹性、低的热膨胀性、耐冲击性和耐热性等。复合材料界面问题的研究包括：（1）增强体表面的有关问题（2）表面处理物质的有关问题（3）表面处理的最优化技术（4）粉体材在基体中的分散（5）复合技术的优化及其机理。2.答：表面张力：物质的一种特性，是物质内部分子之间相互作用的一种表现，表征表层分子作用于单位长度上的收缩力；表面自由能：物质发生单位面积变化时，外力所需做的功；比表面能：单位表面积的自由能。对于高分子-高分子体系，因∆S的贡献非常小，所以∆H越小，∆G也就越小，因而越接近于相容性参数，越能增加粘结力。3.答:在复合材料成型时，粘结剂体系中加入辅助材料组成复合粘结体系或将增强体表面处理的情况有很多。例如，为防止表面的流胶，不饱和聚酯树脂中加入触变剂—气相二氧化硅;为防止渗透，在脲醛树脂中加入蛋白粉做触变剂等。1.答：复合材料中，增强体与基体间最终界面的获得，一般分为两个阶段。第一阶段基体与增强体在在一种组分为液态时发生接触或润湿过程，或是两种组分在在一定条件下均呈液态的分散、接触及湿润过程；也可以是两种固态组分在分散情况下以一定的条件发生物理及化学变化形成结合并看作为一种特殊湿润过程。第二阶段是液态组成的固化过程。要形成复合材料增强体与基体间稳定的界面结合，不论是何种材料均必须通过物理或化学的固化过程。此时，增强体及基体分子应能量处于最低结构稳定的状态，从而使复合材料中的界面固定并稳定。树脂基复合材料的界面结合理论有(1)湿润理论(2)化学键理论(3)优先吸附理论(4)防水层理论(5)可逆水解理论(6)摩擦理论。非树脂基复合材料的结合类型有：(1)机械结合(2)溶解与浸润结合(3)反应界面结合(4)氧化结合(5)混合结合。2.答：复合材料界面破坏机理有：一是微裂纹破坏理论；二是界面破坏理论；三是化学结构破坏理论界面分析技术有：(1)常规分析①拔脱试验②顶出法③临界长度法④界面粘结能法⑤力学性能测试法(2)电子显微镜观测法①增强材料表面形貌分析②复合材料的断面形貌分析(3)红外光谱与拉曼光谱法(4)X射线衍射法(5)光电子能谱分析法及其他界面分析方法。1.简述玻璃纤维-聚合物复合体系的界面反应。答：2.简述玻璃纤维增强混凝土的界面反应。答：3.简述碳纤维-铝复合体系的界面反应。答：1.简述玻纤表面的处理方法和影响因素，沃兰处理剂与玻纤的作用机理。2.画出碳纤维用CVD法镀Ti-B层的反应装置示意图.3.简述聚乙烯的改性方法有哪些？1.答：玻纤表面的处理主要采用①后处理法：先用洗涤法或灼烧法除去拉丝过程中涂覆在玻纤表面的纺织型浸润剂，再经处理剂溶液浸渍、烘培、水洗、烘干等工艺使玻纤表面被覆上一层偶联剂，凡是使用纺织型浸润剂的玻纤及制品都采用此法。②前处理法：适当改变浸润剂配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不防碍树脂基体对玻纤的浸润和粘结。将偶联剂加入到浸润剂中，在拉丝过程中表面处理剂就被覆盖到玻纤表面上。③迁移法：迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体掺和，在浸胶的同时将偶联剂施予玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液中到纤维表面的“迁移作用”而与纤维表面发生反应，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。迁移法比较适用于填料与树脂不便于分开的体系。处理方法的因素有：处理方法的影响、烘焙温度的选择、烘培时间的选择、处理液的配制及使用。沃兰处理剂与玻纤的作用机理：沃兰处理剂一端的活性基团水解后产生的羟基能与玻璃纤维表面的硅醇基发生缩水反应，从而在玻纤表面形成硅-氧-铬强健；另一端则通过不饱和双键与合成树脂中的活性基团发生化学反应看，使表面处理剂通过化学键把玻璃纤维与合成树脂有机地结合为一个整体。2.答：3.答：聚乙烯的改性方法有如下几种：①交联：采用过氧化物进行交联可以使聚乙烯分子结构成为三维立体网状结构。②氯化：以四氯化碳和三氯甲烷作溶剂，将高密度聚乙烯混合，在反应器内加热使聚乙烯溶解，然后用液氯进行氯化反应。③共聚：通过将乙烯单体与丙烯、丁烯、醋酸乙烯等进行共聚反应，生成共聚物。④共混：聚乙烯和橡胶类物质共混可显著提高抗冲击性能还可以改善加工性能。1.单向板的强度分析主要有哪些？2.短纤维增强复合材料的强度分析。3.粒子复合材料的强度特性，复合材料力学复合的常见问题。1.答：单向板的强度分析主要有：（1）单向板的纵向拉伸强度σ1u（2）单向板的横向拉伸强度σ2u（3）单向板的纵向压缩强度σ1u（4）单向板的横向压缩强度σ2u（5）单向板的偏轴拉伸强度。2.答：由于纤维长度和体积含量的不同，短纤维复合材料纵向强度是不同的。而纵向破坏形式有两种，若L1/2Lc（纤维长度小于载荷传递长度）时，复合材料中的纤维达不到其极限强度，基体破坏后，材料即告破坏。当L大于等于1/2Lc时，又分两种失效模式，一是当纤维含量较高时，纤维是主承载体，一旦纤维破坏，复合材料即为失效；二是当纤维体积含量较低时，纤维断裂后，基体仍能承担载荷，直至基体破坏后复合材料才告失效。3.答：粒子复合材料的强度特性：在粒子复合材料中，基体是连续相，是承担载荷的主体，故这类复合材料的破坏机理和强度主要取决于基体和界面。对于聚合物基粒子复合材料的强度，粒子的影响有两种情况：一是表面惰性粒子；二是表面活性粒子。对于表面呈惰性的复合体系，粒子与基体间没有化学作用发生，除热残余应力姓陈的机械结合外，界面结合甚弱。粒子具有活性表面时（粒子表面本身具有活性或表面经处理后具有活性），粒子与基体间可发生化学作用，一方面形成某种化学键，另一方面可能使粒子周围的基体增加有序性，加强了物理作用，提高了密度，减少了缺陷。对于表面具有活性的粒子复合材料，聚合物基体的极性、结晶性均会对复合材料的强度产生影响。复合材料力学复合的常见问题：抗冲击特性；撕裂强度；蠕变特性；疲劳特性；硬度；摩擦系数。