复合材料练习题

复合材料练习题

第一章 绪论

一、选择题：从A、B、C、D当选择出正确的答案。

1．混杂复合材料（ ）

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．总被以为是两向编织的复合材料

D．一样为多层复合材料

2．玻璃钢是（ ）

A．玻璃纤维增强A1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。

3．功能复合材料（ ）

A．是指由功能体和基体组成的复合材料。

B．包括各类力学性能曲复合材料。

C．包括各类电学性能的复合材料。

D．包括各类声学性能的复合材料。

4．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．制作同一零件的自重越小、刚度越小。

D．制作同一零件的自重越大、刚度越小。

5．以下图中属于短纤维增强的复合材料是（ ）

二、复合材料为何具有可设计性？简述复合材料设计的意义。 A B C D 组分的选择、各组分的含量及散布设计、复合方式和程度、工艺方式和工艺条件的操纵等均阻碍复合材料的性能，给予复合材料的可设计性。

意义：①每种组分只奉献自己的优势，躲开自己的缺点。②由一组分的优势补偿另一组分的缺点，做到性能互补。③使复合材料取得一种新的、优于各组分的性能（叠加效应）。优胜劣汰、性能互补、推陈出新。

第二章 复合材料的界面

一、选择题：从A、B、C、D当选择出正确答案。

1．复合材料界面的作用（ ）

A．仅仅是把基体与增强体粘结起来。

B．将增强体经受的载荷由基体传递到增强体。

C．老是使复合材料的性能得以改善。

D．老是降低复合材料的整体性能。

2．浸润性（ ）

A．当γSL+γLG＜γSG时，易发生浸润。

B．当γSL+γLG＞γSG时，易发生浸润。

C．接触角θ=0℃时，不发生浸润。

D．是液体在固体上的铺展。

3．增强材料与基体的作用是（ ）

A．增强材料是经受载荷的要紧组元。

B．基体是经受载荷的要紧组元。

C．增强材料与基体都是经受载荷的要紧组元。

D．基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用。

4．混合定律（ ）

A．表示复合材料性能随组元材料体积含量呈线性转变。

B．表示复合材料性能随组元材料体积含量呈曲性转变。

C．表示复合材料性能与基体和增强体性能与含量的转变。

D．考虑了增强体的散布和取向。

5．短纤维复合材料普遍应用的要紧缘故（ ）

A．短纤维比持续纤维廉价。

B．持续纤维复合材料的制造方式灵活。

C．短纤维复合材料老是各向同性。

D．使短纤维定向排列比持续纤维容易。

二、氧化铝纤维和SiC纤维的密度别离为/cm3和/cm3，假设对这两种纤维进行拉伸实验，在拉伸实验中直到纤维失效的变形为弹性变形，平均拉伸强度和失效应变氧化铝纤维为1500MPa和%，SiC纤维为2300MPa和%。计算这两种纤维的比模量和比强度。

三、简述复合材料增强体与基体之间形成良好界面的条件。

答：在复合进程中，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映，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。

四、复合材料的界面具有如何的特点？

答：界面相的化学组成、结构和物理性能与增强材料和基体的均不相同，对复合材料的整体性能产生重大阻碍。

界面具有必然的厚度（约几个纳米到几个微米），厚度不均匀。

材料特性在界面是不持续的，这种不持续可能是陡变的，也可能是渐变的。材料特性包括元素浓度、原子的配位、晶体结构、密度、弹性模量、热膨胀系数等。

第三章 复合材料的增强体

一、选择题

1．Kevlar纤维（ ）

A．由干喷湿纺法制成。

B．轴向强度较径向强度高。

C．强度性能可维持到1000℃以上。

D．由化学沉积方式制成。

2．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．具有短程网络结构。

D．价钱廉价、品种多。

3．SiC纤维 （ ）

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．经常使用于聚合物基复合材料。

4．生产碳纤维的要紧原料有 （ ）

A．沥青。 B．聚丙烯腈。

C．聚乙烯。

D．人造丝。

5．各类纤维在拉伸断裂前不发生任何屈服，但在SEM下观察到：（ ）

A．Kevlar49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。

6．晶须 （ ）

A．是含有缺点很少的单晶短纤维。

B．长径比一样大于10。

C．直径为数十微米。

D．含有很少缺点的短纤维。

二、玻璃纤维什么缘故具有高强度？试讨论玻璃纤维强度的因素。

玻璃纤维的理论强度很高，可是由于微裂纹的存在，产生应力集中，发生破坏，从而降低了玻璃的强度。玻璃纤维经高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使得裂纹产生的机遇减小，同时玻璃纤维的横截面较小，使裂纹存在的概率也减少，致使玻璃纤维强度较高。

阻碍因素：

⑴ 一样情形下，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增加。

⑵ 随纤维长度增加，纤维强度显著下降。

⑶ 化学组成对强度的阻碍。一样来讲，含碱量越高，强度越低。

⑷ 寄存时刻对纤维强度的阻碍——纤维的老化。当纤维寄存一段时刻后，强度下降。

⑸ 施加负荷时刻对纤维强度的阻碍——纤维的疲劳。纤维强度随施加负荷时刻的增加而降低。

⑹ 玻璃纤维成型方式和成型条件对强度的阻碍。如硬化速度越快，拉制的玻璃纤维强度也越高。

三、简述聚丙烯腈基碳纤维的制造工艺。

用聚丙烯睛原丝生产碳纤维的要紧工艺流程：

1．热稳固化处置（预氧化处置）

氧化性气氛中，200~300℃，使链状聚丙烯睛分子发生交联、环化、氧化、脱氢等化学反映，形成耐热的梯形结构，以经受更高的碳化温度，提高碳化收率，改善力学性能，稳固化处置进程中，前驱丝一直维持牵伸状态。

2．碳化处置

在高纯惰性气氛和必然张力下，将预氧丝加热至1000~1500℃发生热分解，以除去非碳原子（N、H、O）等，形成乱层石墨结构，生成碳含量约95wt%的碳纤维。

3．石墨化处置

在高纯氮气爱惜下，快速升温至2000~3000℃，碳纤维中残留的非碳原子进一步脱除，乱层石墨结构转化为类似石墨的结晶状态，对纤维继续施加牵伸力，使石墨晶体的六角层平面平行于纤维轴取向。

四、碳纤维表面处置方式有哪些。 1． 表面清洁法，大体是将碳纤维在惰性气体爱惜下加热到必然的高温并保温一按时刻，从而达到清除水，净化其表面的目的。

2．氧化法

氧化法的目的在于增加纤维表面的粗糙度和极性基团含量。氧化法有液相氧化法和气相氧化法。液相氧化法又可分为介质直接氧化法和阳极氧化法两种方式。

介质直接氧化法利用的氧化剂为浓硝酸、次氯酸钠等液体，不仅工艺进程比较复杂，而且废液及洗涤液造成污染，工业上已很少采纳。

气相氧化法采纳的氧化剂有空气、臭氧、氧气和二氧化碳等。

电解氧化是用碳纤维作阳极，在不同电解质溶液中于必然电流密度下，靠电解产生的初生态氧对碳纤维进行氧化刻蚀。

3．表面涂层法

该方式是通过必然途径，将某种聚合物、表面处置剂、偶联剂或金属涂覆在碳纤维的表面，减弱碳纤维表面的缺点，缓和界面应力，从而提高复合材料性能的碳纤维处置方式。

4．等离子体法

利用等离子体可对碳纤维表面进行侵蚀、氧化，使其表面的物理和化学状态发生转变，处置后碳纤维表面产生侵蚀沟槽并形成等化学基团。

六、气相生长碳纤维是一种长度为10~100μm，直径为150nm左右的微米级碳纤维，由于价钱低廉，常被用于做树脂基复合材料的第二相以增增强度或提高导电性能，某实验中，为了改善气相生长碳纤维在树脂基体中的分散性，对气相生长碳纤维表面进行双氧水和硝酸处置。结果说明，处置后的气相生长碳纤维在树脂中的分散性有了明显改善，复合材料的导电性能的实验结果如下表：

碳纤维含量vt%

（未经过表面处理） 复合材料的体积电阻率Ω·cm 碳纤维含量vt%

（经过表面处理） 复合材料的体积电阻率Ω·cm

0 无法测量 0 无法测量

2 3000 2 无法测量

3 2500 3 8700

4 4 4200

5 5 1500

6 6 600

7 7 126

请画出碳纤维处置前后，碳纤维含量对复合材料导电性能阻碍的示用意，并对该实验现象作出说明。 第四章 聚合物基复合材料

一、选择题。从A、B、C、D当选择出正确的答案。

1．聚酰亚胺的利用温度一样在：（ ）

A．120℃以下 B．180℃以下 C．250℃以下 D．250℃以下

2．拉挤成型是 （ ）

A．低劳动强度、高效率FRP生产方式。

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阻碍，缘故是 （ ）

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．纤维吸湿、强度降低。

D．破坏纤维与基体界面。

4．碳纤维表面处置是为了 （ ）

A．表面引入活性官能团，如一COOH，一OH或＞C=O

B．表面引入偶联剂。

C．清除表面污染。

D．增加纤维与基体粘接强度。

5．偶联剂是如此一种试剂，（ ）

A．它既能与纤维反映，又能与基体反映。

B．它能与纤维反映，但不能与基体反映，也不与基体相容。

C．它能与纤维反映，不与基体反映，但与基体相容。

D．它不与纤维反映，但与基体反映或相容。

6．飞机上的大型结构件是通过，（ ）

A．手糊成型制造。

B．缠绕成型制造。

C．热压罐成型制造。

D．模压成型制造。

7．目前，大多数聚合物基复合材料可利用温度为（ ）

A．低于100℃

B．低于200℃

C．低于300℃

D．低于400℃

二、试述聚合物基复合材料有哪些要紧的成型方式，并彼此对照，讨论不同成型方式的优缺点（至少3种）。

1．手糊成型工艺