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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 当，断裂伸长率高于CF，低于GF；密度低于CF、GF，界面粘结性比CF差，介电性能比GF好，模量比CF低。 11.
影响碳纤维强度的主要因素是什么？
答：影响碳纤维强度的主要因素是温度。CF强度随处理温度升高，在1300-1700℃后，强度反而下降，这是由于内部缺陷增多、增大造成的。
12. Nomex纤维与Kelvar-49的化学纤维结构式有什么不同？ 13.
杜邦公司的新芳纶纤维Kelvar-49在性能上有什么主要特点？
答：1）力学性能 ( 弹性模量高；( 强度高；(σ-ε曲线为直线，具有脆性材料特征，断裂伸长率εfu为2.5%，高于CF，低于GF。④密度最小；⑤良好的韧性；⑥各向异性；⑦抗压性能、抗扭性能较低；⑧强度分散性大；⑨防止性能好；⑩抗蠕变性、抗疲劳性好。2）热性能：Kelvar-49具有良好的热稳定性和良好的耐低温性。3）化学性能除强酸强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。4）其他性能。? 芳纶与树脂的界面粘性不好，甚至比CF差。? 芳纶的介电性能比GF好，可做雷达罩透波材料。 14.
Kelvar纤维结构是什么？它是如何影响纤维性能的？
答：1）模量高。结构含有大量苯环，分子链刚性大，使分子链难以旋转。高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态，形成棒状结构，并具有极高结晶度，从而使纤维具有很高的模量。2）强度高。聚合物的线形结构使分子间排列的十分紧密，分子链堆积密度大，单位面积的分子链数目多，纤维具有较高的强度。3）各向异性。沿纤维方向是强的共价键，而在纤维的横向是较弱的氢键，是纤维力学性能各向异性的主要原因。4）韧性比CF好。主链有柔性链节。5）耐热性好，尺寸稳定性好。由于苯环结构的刚性，高聚物具有晶体的本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性，如不发生高温分解，其热焓不会有很大变化，这又使纤维在高温下不致热塑化。6）耐腐蚀性。这种苯环结构环内电子的共轭作用使纤维具有化学稳定性。 15.
比较GF、CF和KF的主要优缺点。
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：
优点 GF 强度高 CF 强度高，模量高，耐高低性能好 冲击性能差，表面活性低，与基体黏结性差 KF 强度高，密度小，具有一定韧性 抗压、抗扭性能较低，耐水性、耐紫外光差 缺点 模量较低 第三章 基体材料
1.简要说明基体在复合材料中的作用。
答：1）基体起着均衡载荷、传递载荷的作用。2）纤维只有在基体的支撑下才能承受压力，同时基体防止纤维屈曲。3）在复合材料的生产与应用中，基体起着保护纤维、防止纤维磨损的作用。4）复合材料的耐热性、耐腐蚀性、阻燃性、抗辐射、耐溶剂及吸湿性，复合材料的工艺性以及制件的成型方法都取决于基体。
2.在选择复合材料应用树脂基体时，主要考虑哪几个方面的问题？
答：1）使用性。使用性时首先要考虑的条件。2）工艺性。应考虑树脂基体的操作工艺性，例如，是室温固化还是加热固化，是否需要加压，树脂粘度大小，使用周期长短，毒性大小等。3）经济性。例如，原料来源是否丰富，成本高低，是否具有打入市场的竞争力等。
3.环氧树脂、酚醛及不饱和聚酯树脂的固化各有什么特点？对制备工艺有什么影响？
答：1）酚醛树脂固化：A阶段（可溶、可熔）——B阶段（转变阶段）——C阶段（不溶、不熔）。固化阶段界限明显，干法工艺可根据固化阶段性把浸渍和压制分别在不同的工段进行。2）不饱和聚酯树脂：不饱和聚酯在湿法工艺中，其固化阶段分为凝胶、定型、和熟化三个阶段。固化阶段不明显，一般采用从粘流态树脂到固化定型一次完成的工艺方法。3）环氧树脂：环氧树脂固化阶段也可分为凝胶、定型、和熟化三个阶段。由于其固化是借助于分子中的环氧基团与固化剂分子间开环加成反应，且具有逐步的性质，因此其三个阶段比
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 聚酯树脂明显。同时，环氧树脂的固化条件随固化剂不同可在很大范围内变动。所有这些，使环氧树脂比聚酯树脂有更好的工艺适应性，几乎对所有成型工艺都能适应。
4.双酚A型环氧树脂有什么特点？试写出其结构式。
答：1）大分子的两端是反应能力很强得环氧基。2）分子链上有很多醚键，是一种线型聚醚结构。3）n值较大的树脂分子链上有规律的，相距较远的出现许多种羟基，可以看成是一种长链多元醇。4）主链上还有大量苯环次甲基和异丙基。
5.环氧值为0.51当量/100g的618#环氧树脂，用苯酐作固化剂，试计算100g环氧树脂所需苯酐的量。 phr=0.85*148*0.51=64
6.目前，环氧树脂的增韧有几种方法？简要说明其增韧机理。
答：1）橡胶弹性体增韧：具有活性端基的弹性分子可以通过活性端基与环氧基的反应嵌段进入环氧的交联网络中。2）热塑性树脂增韧；3）热致液晶增韧；4）核壳结构聚合物增韧；5）刚性粒子纳米增韧。
增韧机理：1）“银纹钉锚”机理：银纹钉锚机理又称为“颗粒撕裂拉伸机理”。指向环氧相引入外来相，外来相在连续的环氧相中以颗粒、条状或其他形状分散存在，外来相有与环氧相相当的弹性模量和远大于基体的断裂伸长率。微裂纹在环氧相中产生并延伸，外来相颗粒在微裂纹中起桥梁或钉锚作用，对微裂纹的进一步扩大或延伸起到约束作用，阻止形成宏观断裂。外来相颗粒拉长或撕裂所吸收的能量就是断裂韧性的增加值。
2）银纹剪切带机理：外来相颗粒作为应力集中物在外力作用下诱发大量银纹和剪切带，吸收能量。外来相颗粒和剪切带控制和终止银纹。
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 3)空穴增韧机理：体系相容性较差时分散相以规整的球状均匀分散在基体连续相中，两相之间有明显的界面，甚至在分散相粒子周围存在着空穴。 4)协同效应。
第四章 聚合物基复合材料的界面
1.复合材料的界面效应应该有哪些？如何影响复合材料的性能？
答：复合材料的界面效应包括：1）物理效应，引起各组分之间相互浸润、扩散、相溶性、界面吉布斯自由能、结构网络互传的变化；2）化学效应，导致界面上的化学效应，形成新的界面层结构；3）力学效应，引起界面上的应力分布。
界面对复合材料的断裂韧性及对潮湿和腐蚀环境的反应起着决定性作用。具有弱界面的复合材料有较低的强度和刚度，但它的断裂抗力较高；具有强界面的复合材料有高的刚度和强度，但非常脆，这个效应与裂纹扩展过程中发生脱粘和纤维从基体中拔出的难易有关。 2.复合材料界面的形成有几个阶段？
答：界面的形成可以分成两个阶段：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。第二个阶段是聚合物的固化阶段。 3.影响界面粘结强度的因素有哪些？
答：1）纤维表面晶体大小及比表面积：碳纤维表面晶体增大，碳纤维石墨化程度上升，模量增高，导致表面光滑、更惰性，它与树脂粘附性和反应性变得更差，所以界面粘结强度下降；纤维的比表面积，粘结的物理界面大，粘结强度高。2）界面的粘结强度随浸润性增加而增大，随空隙率的上升而下降。3）界面反应性：界面粘结强度随界面反应性的增大而增大，界面的反应性大小与复合材料层剪强度紧密相关。4）残余力对界面粘结强度的影响：对于高聚物基复合材料而言，界面残余应力的产生是由树脂和纤维热膨胀系数不同所产生的热应力与固化过程树脂体积收缩所产生的化学应力所致。界面内应力的存在，使试件破坏所需的外力相应的下降。 4.简述水对复合材料的破坏机理。