复合材料原理题目.docx

绪论1. 增强体和功能体在复合材料中起的主导作用？ 增强体：承受载荷的作用 功能体：赋予复合材料一定的物理、化学功能2. 从工程应用的角度，复合材料可分为哪两类？ 结构复合材料 功能复合材料3. 复合材料区别于单一材料的主要特点？ 1.保持原组分的部分优点，且具有原组分不具备的特性 2.可设计性 3.材料与结构的一致性4. 材料复合效应的分类？简述每种效应的内容 线性效应：平均（复合材料所显示的最典型的一种复合效应）平行（组成复合材料的各组分在复合材料中，保留本身作用，无制约无补偿） 相补（基体与增强体在性能上能互补，提高综合性能） 相抵（基体与增强体性能相互制约限制整体性能提高） 非线性效应：相乘（两种具有转换效应的材料复合产生 x/y * y/z=x/z） 诱导（一组分材料通过诱导作用使另一组分材料的结构改变而改变整体性能或 产生新的效应）共振（两相邻材料在一定条件下产生机械的电、磁的共振） 系统（复杂效应）5. 对于含有 2种组分的复合材料，其典型的结构0-3型、1-3型、2-3型、2-2 型和 3-3 型分别指什么结构？0-3 基体三维连续相，增强体或功能体不连续的微粒分布1- 3 基体三维连续相，增强体纤维状一维材料2- 2 两组分呈层状叠合而成的多层结构2-3 基体三维连续相，增强体或功能体为二维结构的片状材料3- 3 基体三维连续相，增强体或功能体为三维网状结构或块状结构镶嵌在基体6. 复合材料的复合效果包括哪几种？其内容分别指什么？ 组分效果结构效果 （几何形态效果/形状效果 分布状态效果/取向效果 尺度效果） 界面效果7. 建立材料的微观模型包括哪两方面的内容？ 材料的几何结构模型和物理模型8. 复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有哪些特点 1具有一定的厚度 2性能在厚度方向上有一定的梯度变化 3随环境条件变化而改变9. 简述复合材料界面的研究对象 界面问题 对界面的控制10. 简述与表面张力有关的因素。

1物质结构、性质有关2与它相接触的另一相物质有关3温度一般T升高，表面张力下降11. 吸附按作用力的性质可分为哪几类？各有什么特点？ 物理吸附（一般在低温下进行）1 无选择性，吸附量相差较大2 吸附可呈单分子层或多分子层3 吸附、解吸速度较快，易平衡 化学吸附1有选择性；2只能单分子吸附，且不易吸附或解吸；3平衡慢12. 利用接触角的知识，讨论固体被液体的浸润性当0=0°，液体完全铺展在固体表面；当0<0<180液体部分润湿固体;当0=180°，固体表面完全不能被液体润湿；固体与液体点接触13. 界面的相容性指什么？如何确定？指复合材料在制造、使用过程中各组分之间相互协调、配合的速度吉布斯自由能△G<0,就相容；△ G>0,就不相容，即不混合14. 偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的原因官能团参与反应 优先吸附引起的现象15. 简述增强体体表面的物理特性对界面结合性能的影响物理特性决定界面粘结的好坏；比表面积，多孔性，极性，结构均一性，结晶特性16. 为什么玻璃纤维表面常常吸附一层水分子？ 玻璃纤维的表面阳离子不能获得所需要数量的氧离子，产生表面张力，当处于力的不平衡状 态时，就有吸附大气中的水。

四17. 简述复合材料界面的形成过程润湿过程；固化过程18. 解释润湿理论所包含的内容，并指出其成功之处与不足之处 浸润是形成复合材料界面的基本条件之一浸润不良会在界面上产生空隙，易因应力集中而 使复合材料发生开裂；如果完全浸润，则基体与增强相间的粘结强度将大于基体的内聚强度 将提高复合材料的强度成功：解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高与基体树脂界面结合力的事实 不足：不能解释施用偶联剂后使树脂基复合材料界面粘结强度提高的现象19. 解释化学键理论与优先吸附理论，并指出其成功之处与不足之处 化学键：基体树脂表面的活性官能团与增强体表面的官能团能起化学反应，在界面上形成共价键结合理论上可获得最强的界面粘结能）成功：在偶联剂应用于玻璃纤维复合材料中得到很好应用，也被界面研究的实验证实 不足：不能解释为什么有的偶联剂官能团不能与树脂反应，却仍有较好的处理效果 优先吸附：界面上可能发生增强体表面优先吸附树脂中的某些组分，这些组分与树脂有良好 的相容性，可以大大改善树脂对增强体的浸润松弛界面上应力集中的作用， 防止界面粘脱）成功：解释化学键不能解释的现象即当偶联剂不具备与树脂反应的基团时，仍能达到良好 的处理效果。

不足：20. 解释界面破坏的能量流散概念，并说明其在界面破坏上的应用概念：当裂纹受到外因素作用时，裂纹的发展过程将是逐渐通过树脂最后到达纤维表面 在裂纹扩展的过程中，将随着裂纹的发展逐渐消耗能量，并且由于能量的流散而减缓裂纹的 发展对于垂直的裂纹峰还将减缓对纤维的冲击若化学键集中，裂纹发展时，为引起集中键的破坏就冲断纤维；或者键能的破坏而造成界面 脱粘应用：界面控制技术21. 简述非树脂基复合材料的界面类型分类 金属基复合材料：机械结合界面；溶解于润湿结合界面；反应结合界面 陶瓷基复合材料：机械结合；物理结合（机械结合+次价键作用）；化学结合（最主要的结合 方式）；扩散结合22. 如何对复合材料界面进行优化设计 注意材料的应用要求；弹性模量的设计；界面的残余应力；基体与增强体的相容性；相间的 动力学效果；偶联剂的性能五23. 简述硅烷偶联剂与玻璃纤维的作用过程，写出反应方程式1） 有机硅烷水解，生成硅醇2） 玻璃纤维表面吸水，生成羟基3） 硅醇于吸水的玻璃纤维表面反应：1硅醇于玻璃纤维表面反应生成氢键 2低温干燥，硅醇醚化反应 3高温干燥，硅醇于吸水玻璃纤维间醚化反应24. 硅烷偶联剂与聚合物基体是怎么作用的？25. 玻璃纤维增强水泥的目的，玻璃纤维受到水泥侵蚀的类型及采取的主要措施？ 目的：克服水泥硬化体抗拉强度低、抗裂性查、脆性大等缺点 类型：化学侵蚀（水泥水化生成的 Ca（OH）2 与玻璃纤维的硅氧骨架之间发生化学反应生成 水化硅酸钙。

水泥液相中存在NaOH, KOH会加速反应）；应力侵蚀（水泥水化生成的晶体可进入玻璃纤维表面存在的缺陷中，在缺陷端部造成 应力集中并使缺陷扩展措施:1•改变玻璃纤维的化学组成（加入较多量的ZrO2） 2•对玻纤表面进行被覆处理3•使用 水化物碱度低的水泥，减缓或防止侵蚀六26. 玻璃纤维表面处理的目的和意义？ 有利于增强体与基体间形成一个良好的粘结界面，提高复合材料的各种性能27. 简述偶联剂的作用机理? 偶联剂是一类化合物，分子两端的基体，一端的基团与增强体表面发生化学作用或物理作用， 另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用，使增强体和基体很好地偶联起来，获得 良好的界面粘结，改善多种性能，抵抗了水的侵蚀28. 沃兰与玻璃纤维表面的作用机理？沃兰水解-玻璃纤维吸水，生成硅羟基-水解反应，沃兰与沃兰，沃兰与玻纤表面间形成氢 键-脱水反应，沃兰与沃兰，沃兰与玻纤表面间缩合-醚化反应29. 碳纤维表面处理的目的和意义? 改善碳纤维表面结构和性能，使碳纤维与基体材料很好地粘结，提高复合材料层间剪切强度， 断裂韧性，尺寸稳定性及界面的抗湿性30. 碳纤维表面处理的方法有哪些？ 氧化法（气相氧化法；液相氧化法；阳极电解氧化法） 表面晶须化法 蒸气沉积法 电聚合法 电沉积法 等离子体法31. 为提高聚乙烯的复合性能，其改性方法有哪些？ 交联；氯化；共聚；共混七32. 请推导复合材料单向板受轴向载荷时，纤维承受的载荷占总载荷的比例公式，并计算 Vf=0.5的单向板，当Ef/Em分别为0.1、1、10、50时，纤维承担的载荷所占的比例分 别为多少？33.某玻璃纤维/环氧树脂复合材料的Em=3.53 GPa, Vf=0.6，试验得E1=47.07 GPa。

试由材 料力学法估算E234.某玻璃纤维/环氧树脂复合材料的vf=0.25,vm=0.6, Em=3.53 GPa，试验测得E2=15.59GPa试由材料力学方法估算v1235.纤维体积分数为40%的单向聚酯基复合材料在平行于纤维方向承受100MPa应力，如果 纤维和基体的拉伸模量Ef和Em分别为75GPa和5GPa，泊松比vf和vm分别为0.21 和0.35，计算复合材料的轴向和横向应变Hffi—K —解：E] = E严f +EmVJH - 75 xOJ + 5 X (1-0.4) - 33GPaCTE100x10*33x10*-3.03x10t-0H-喊」--眄_ L1-nVf L-n 陟] ]% = %-叫-M"眄=眄F -賊」1-矿』--HTiff- = iff; + 也眄' E= t,u(25 一 2£?) + Jy2t7 =畐a (2j - 2a) + J —2n $5.72x10^=6.3033-l)a 5.72xl0-6+(——l)x5zlfls80Vl2 = VJvf -Vf/]vfn =0.4x0.21+0.6x0.35 =0.294vi2 二—二岂二—叫佝=-0.294x3.03x10 ' =-8.91x10^36.依据Halpin-Tsai方程，推导当E=0和E二^时复合材料弹性模量表达式。

*1甘 >jj-0也」逊十嘶亠级出^二 心 I-叭 ■ ■' 」:—-I-■- + ] W37.如图所示单向复合材料中纤维按照正方形排 列，纤维直径为10 |am,Vf=0.60, Ef=80 GPa, Em=3GPa,当受x方向载荷时，求基体在x方向局部应变sm与复合材料平均 应变sc的比值iqj.na' ttot2t^2j 4j 2厶咱制脂盼38. 单向板的纵向拉伸强度的表达式？39. 什么是剪切滞后？ 在靠近短边的端部，由于正应力是靠剪力的作用逐渐由集中力转化为均匀的，而由于剪力传 递正应力有一个逐渐的过程，所以在端部，剪力所起的作用还很有限，而正应力分布还不均 匀40. 短纤维复合材料的强度性能与短纤维长度的关系？写出表达式并分析当/ =匚时・二卩宀+短纤堆的増强效果仅为长纤錐堆强时的•半「当巧：〔％）：.江儿―匕达到 定值时.纤縱起增强柞用.当py = o时，于=3狈片，只有基体承载"” =2口 且卩/T1时，<7h =0.75t7；rr短纤维的増强效果仅为长纤维増强时的o/n倍.一41. 分析粒子复合材料的强度时，粒子的影响有几种情况，具体有什么影响？表面惰性粒子：粒子与基体间无化学作用，除了热残余应力形成的机械结合外，界面结合甚 弱。

表面活性粒子：粒子与基体间可发生化学作用，一方面形成某种化学结合，另一方面可使粒子周围的基体增加有序性，加强物理作用，提高密度及减少缺陷42. 从理论上分析为什么超微细粒子比通常粒子对聚合物具有更好的增强作用？认为，竝子与對SNI3存在一个界面.且界面层圍a与較子尺 寸孟关u竝子羊轻T,界面闕磨r“假遢界面与粒子有类很的 1£K.毎饨I子的半径要相删咖;：粒子有效烯枳够S护：&一］叶P苗式（7125）評面层厚度一般在0.01坤》左右，即壬a O-01/fl^（1） r > 1/rtn. '-< 0.01.5 i , 貝合徉至的弹性模呈与粒子尺寸基本无关.（2） r<0„ B不能恕观「将对E有较大⑶超微址粒子"通常r@为〔）1 - 0 tnpnr晦窮响极大. B齐能韶观.将对E有较大老响。