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聚合物基复合材料复习要点（课后题） 高分子12-1班 王云华 2015.6
考试题型
一、 填空题（1分*10题=10分） 二、 判断题（1分*6=6分） 三、 名词解释（4分*5=20分）
四、 简答题（8分*8题=64分，含1道计算题）
第一章 聚合物基复合材料的概念、特性、应用与进展
1. 什么是复合材料？与金属材料相比有何主要差别？
答：定义：复合材料是由有机高分子、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。它既保持了原组分材料的主要特色，又通过符合效应获得原组分所不具备的的新性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并充分并联，从而获得新的优越性能，这与一般的简单的混合有本质的区别。 与金属材料的区别：
2. 复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？
答：优点：1）比强度、比模量高；2）耐疲劳性好，破损性能高；3）阻尼减振性好：a.受力结构的自振频率除了与结构本身形状有关以外，还与材料的比模量平方根成正比；b.复合材料具有较高的自振频率，其结构一般不易产生共振；c.复合材料机体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料得振动阻尼很高，一旦振起来，也可在较短时间内停下来。4）具有多种功能性：a.瞬时耐高温性、耐烧蚀性好；b.优异的电绝缘性能和高频介电性能；c.良好的摩擦性能；d.优良的腐蚀性，维护成本低；e.特殊的光学、电学、磁学的特性。5）良好的加工工艺性；6）各向异性和性能的可设计性。
主要问题：工艺方法的自动化、机械化程度低，材料性能的一致性和产品质量的稳定性差，质量的检测方法不完善，破坏模式不确定和长期性能不确定，长期耐高温和环境老化性能不好等。
3. 简述复合材料的组成。界面为什么也是一个重要组成部分？
聚合物基复合材料复习要点（课后题） 高分子12-1班 王云华 2015.6 答：复合材料是由基体材料和增强体材料构成的多项体系。基体材料为连续相，按所用基体材料的不同，可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和聚合物基复合材料。增强材料为分散相，通常为纤维状材料，如玻璃纤维、有机纤维等。
原因：界面也是重要组成部分的原因是因为增强相与基体相的界面区域因为其特殊的结构组成，这种结构对材料的宏观性能产生影响，因此也是不可缺少的重要组成部分。
4. 什么是先进复合材料（ACM）？
答：具有质轻、高比模量、高比强度等优良性能的的纤维复合材料称为先进复合材料(ACM)。
第二章 增强材料
1. 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？
答：块状玻璃比玻璃纤维本身尺寸大，其内部和表面存在较大缺陷的概率增大，而材料破坏就是由最危险或尺寸最大的裂纹导致的，所以块状玻璃壁纤维的强度低得多。而且玻璃纤维具有以下特点：1）玻璃纤维的体积效应或尺寸效应，即：体积或尺寸越大，测试的强度越低。2）玻璃纤维强度的分散性较大；3）玻璃纤维强度受湿度影响。吸水后，湿态强度下降。4）玻璃纤维的拉伸模量较低。
2. 制备玻璃纤维时，为什么要使用浸润剂？主要有哪三类浸润剂？各有什么不同？
答：浸润剂的作用在于：使单丝集束，便与后续的并股、纺织等工序；防止原纱缠绕成卷时，纤维相互粘结；保护纤维，防止纺织时，纤维的表面磨损而降低强度。
浸润剂的类型有如下三类：1）纺织型浸润剂。纺织型浸润剂具有良好的集束性、润滑性、成膜性和抗静电性。主要用于玻璃纤维纺织加工制品。2）增强型浸润剂。增强型浸润剂是专门为生产增强用玻璃纤维而发展起来的，主要是为了改善树脂对纤维的浸润性，提高树脂与纤维的粘结力。3）化学处理剂。在制
聚合物基复合材料复习要点（课后题） 高分子12-1班 王云华 2015.6 备玻璃纤维的过程中，直接采用玻璃纤维的化学处理剂作为浸润剂，这就是玻璃纤维的前处理法，常用于高性能无捻玻纤纱等制品。 3. 什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？
答：原纱：是指玻璃纤维制造过程中的单丝经集束后的单股纱；市购的或用于织布的玻璃纱一般是原纱退绕后加捻或不加捻的合股纱。 单丝：
支数：指1g原纱的长度（m）。支数越大表示原纱越细。 特：指1000m原纱的质量。tex数越大，纱越粗。 旦：指9000m原纱的质量。den数越大，纱越粗。 合股数：几根原纱合并起来的原纱根数即为合股数N。
捻度：捻度表示纱的加捻程度，指每米原纱的加捻数，即捻/m。 芳纶：芳香族聚酰胺纤维统称芳纶。 比强度：材料的强度与密度的比值。
4. 根据哪些指标来判断纱的粗细？如何判断？牌号6-80/2中各数字的含义是什么？6-80/2与6-160/4两种规格的无碱纱中，哪种纱粗些？15特的原纱与80支的原纱相比，哪种纱粗些？
答：判断原纱粗细的指标有支数β、特（tex）和旦。支数越大表示原纱越细。tex数越大，纱越粗。den数越大，纱越粗。
牌号6-80/2中各数的含义：6表示单丝直径df为6μm，原纱支数β0位80，股数N为2。6-80/2的纱粗些。β0=1000/15=66.7<80,故15特的原纱更粗。 5. 为什么玻璃布的强度比单丝强度要低得多？
答：布的断裂强度σb实际上也表示了布中纤维的拉伸强度。由于布中的玻璃纤维经过纺织以及在布中呈现弯曲及扭曲状态，其拉伸强度要低于玻璃纱的强度。
6. 在PAN法制备碳纤维的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化三个过程？这三个处理过程对碳纤维的性能有什么影响？ 答：PAN原丝的预氧化处理 预氧化的目的就是为了防止原丝在碳
化时裂解，通过氧化反应使得纤维分子中含有羟基、羰基，这样可在分子间和分子内形成氢键，从而提高纤维的热稳定性。预氧丝的碳化 预氧丝的碳化一般
聚合物基复合材料复习要点（课后题） 高分子12-1班 王云华 2015.6 是在惰性气氛中，将预氧丝加热至300一1500 ℃ ，从而除去纤维中的非碳原子(如H、O、N等)。生成的碳纤维的碳含量约为95％。碳化过程中，未反应的聚丙烯腈进一步环化，分子链间脱水、脱氢交联，末端芳构化生成氨。随着温度的进一步升高，分子链间的交联和石墨晶体进一步增大。PAN的石墨化 石墨化过程是在高纯度惰性气体保护下于2000—3000℃温度下对碳纤维进行热处理。碳纤维经石墨化温度处理后，纤维中残留的氮、氢等元素进一步脱除，碳一碳重新排列，层面内的芳环数增加，层片尺寸增大，结晶态碳的比例增加。 7. 对生产CF的PAN原丝的质量有什么要求？（P36）
答：1）碳化过程不熔融，能保持纤维形态；2）碳化收率较高（碳化收率即制备出的碳纤维与原丝的质量比，他是碳纤维制造过程中重要的经济技术指标）；3）碳纤维强度、模量等性能符合要求；4）能获得稳定连续长丝。 8. 简单描述一下碳纤维的结构。结构对碳纤维的性能有什么影响？ 答：
9. Ⅰ型碳纤维和Ⅱ型碳纤维在结构与性能上有什么不同？
答：答：结构：碳纤维的模量随碳化过程处理温度的提高而提高，这是因为随碳化温度升高，结晶区长大，碳六元环规整排列区域扩大，结晶取向度提高。经2500℃高温处理后，称高模量碳纤维——Ⅰ型碳纤维。碳纤维的强度随处理温度升高，在1300-1700℃范围内，强度出现最高值，超过1700℃后处理，强度反而下降，这是由于纤维内部缺陷增多、增大所造成的，碳纤维的强度与其内部缺陷有关，内部缺陷越大，强度越低。在1300-1700℃范围内处理的碳纤维强度称为高强度碳纤维或Ⅱ型纤维。
性能：Ⅰ型CF模量最高，强度最低，断裂伸长率最小，密度最大；Ⅱ型CF模量介质中，强度最高，断裂伸长率最大，密度最小。 10.
比较CF、GF和KF性能上的差异？
答：CF和GF比较：CF在空气下的耐热性比GF差，CF不像GF那样在湿空气中会发生水解反应，其耐水性比GF好。Σfu：S-GF最高，Ⅰ型CF最低，E-GF与Ⅱ型CF差不多。Ef：Ⅱ型CF是GF的3倍，Ⅰ型CF是GF的5-7倍；CF密度小，断裂伸长率低。KF与GF的比较：KF韧性比CF好，强度与S-GF、CF-Ⅱ相