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1、复合材料基础知识 一 名词解释 1复合材料:是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料. 2基体:在复合材料中,有一相是为连续相的, 复合材料中起到粘接增强体成为整体并转递载荷到增强体的主要组分之一 3增强体:在复合材料中,有一相是分散相, 为复合材料中承受载荷的组分 4聚合物基复合材料:是以有机聚合物基为基体,连续纤维为增强材料组合而成的. 5金属基复合材料:以金属为基体,以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料. 6陶瓷基复合材料:基体为陶瓷,以纤维,晶须,颗粒为增强体,(纤维:碳纤维,玻璃纤维,硼纤维) 7水泥基复合材料:以水泥为基体与其他材料组合而得到的具有新
2、性能的材料. 8碳/碳复合材料:由碳纤维或各种碳织物增强碳,或石墨化的树脂碳以及化学气相沉(CVD)碳所形成 的复合材料,也称为碳纤维增强碳复合材料. 9玻璃钢:玻璃纤维增强热固性塑料(GFRP)是以玻璃纤维做为增强材料,热固性塑料(环氧树脂,酚醛树脂,不饱和聚酯树脂)做为基体的纤维增强塑料. 10脱模剂:为使制品与模具分离而附于模具成型面的物质. 11复合材料的蠕变: 固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。 12CVD:化学气相沉积 13玻璃纤维:以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制,拉丝,纺纱 ,织布等工艺制造成的. 14碳纤维:由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合
3、物碳.是一种非金属材料. 15硼纤维:一种将硼元素通过高温化学气相沉积在钨丝表面制成的高性能增强纤维,具有很高的比强度和比模量,也是制造金属复合材料最早 采用的高性能纤维. 16氧化铝纤维:以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称氧化纤维. 17晶须:指人工控制条件下以高纯度单晶形式生长成的一种短纤维. 18A玻璃:(有碱玻璃纤维),类似于窗玻璃及玻璃瓶钠钙玻璃.由于含碱量高,强度低,对潮气侵蚀极为敏感. E玻璃:(无碱玻璃纤维),以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维.这种纤维强度较高,耐热性和电性能优良,能抗大气侵蚀,化学稳定性也好,但不耐碱,最大的特点是电性能好,也称做电气玻璃. S玻璃:镁铝硅酸玻璃
4、纤维,具有高的比强度. M玻璃:高模量玻璃 19玻璃纤维增强环氧树脂:指玻璃纤维做为增强材料,环氧树脂做为基体的纤维增强塑料. 20玻璃纤维增强酚醛树脂: 指玻璃纤维做为增强材料,以酚醛树脂做为基体的纤维增强塑料. 21玻璃纤维增聚酯树脂: 指玻璃纤维做为增强材料,以不饱和聚酯做为基体的纤维增强塑料. 22单模,对模:手糊成型模具分单模和对模.单模分阳模和阴模. 23等代设计法:指在载荷和使用环境不变的条件下,用相同形状的复合材料层合板来代替其他材料,并用原来的材料的设计方法进行设计,以保证强度或刚度. 24水泥:凡细磨成粉末状,加入适量的水后成为塑性浆体,既能在空气中,水中硬化,并能将砂,石
5、等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料. 二 重要知识 1 复合材料中的基体有三种主要作用 A力学上:粘结纤维,保护纤维,传递应力 B物理上:耐热性,电性能 C化学上:耐溶解性,耐水性,老化性固结增强相,均衡载荷和传递应力,保持基本性质 2复合材料的界面的作用和效应 作用:起载荷传递作用, 效应:a传递效应,b不连续效应, c 散射和吸收效应 d诱导效应 3复合材料的可设计性以及意义,如何设计防腐蚀(碱性)玻璃纤维增强塑料? 复合材料的可设计性:材料的性能,形状,以及物理,化学性能都可以通过复合材料的基体和增强材料的选择以及工艺的选择来实现各种不同的需求. 4增强材料的表面处理,沃兰
6、的结构式,沃兰和有机硅烷对玻璃纤维表面处理的机理? 增强材料的表面处理:为改善纤维表面的浸润性,提高界面结合力,对纤维进行的预处理.(就是在增强材料表面涂覆上一种称为表面处理的物质,这种表面处理剂包括浸润剂及一系列的偶联剂和助剂等物质,以利于增强材料与基体形成一个良好的粘结面,从而达到提高复合材料各种性能和目的.) 5玻璃纤维,碳纤维,硼纤维,芳纶的生产过程以及性能(优点和缺点),表面处理方法? 一. 玻璃纤维的性能:物理性能:1,拉伸强度高,防水,防霉,防蛀,耐高温和绝缘性能, 缺点:具有脆性,不耐腐,对人的皮肤有刺激性. 化学性能:除对氢氟酸,浓碱,浓磷酸外对所有化学品和有机溶剂都有良好
7、的化学稳定性. 表面处理方法:前处理法,后处理法,迁移法 二.碳纤维 A生产过程:拉丝-牵伸-稳定-碳化-石墨化 B性能:物理性能:1,比重在1.52.0之间,2热膨系数与其他类纤维不同,具有各向异性,3导热率有方向性,随温度升高而降低,4有导电性, 化学性能:除能被氧化剂外,对一般酸碱是惰性的. C表面处理方法:氧化法,沉积化,电聚合法,电沉积法,等离子体处理. 三,硼纤维:性能：具有良好 的力学性能,强度高,模量高,密度小,弯曲强度 比拉伸强度 高,2化学稳定性好,但表面具有活性. 四.芳伦:性能:1力学性能是拉伸强度高,弹性模量高,密度小,2热稳定性,耐火而不熔,3化学性能是有良好有耐介
8、质性能,受酸碱的侵蚀,耐水性不好. 处理方法:有机化学反应,等离子体处理. 6不饱和聚酯树脂的固化过程以及性能(优点和缺点)? 不饱和聚酯树脂的固化过程:a 胶凝阶段,b硬化阶段c完全固化阶段 性能:A优点:1,工艺性能良好,如室温下粘度低,可以在室温下固化,在常压下成型2,固化后树脂的综合性能良好3,价格低廉B缺点:固化时体积收缩率较大成型时气味和毒性较大,耐热性,强度和模量都较低,容易变形, 7,玻璃纤维增强环氧树脂,玻璃纤维增强酚醛树脂,玻璃纤维增强聚酯树脂主要性能? 1,比重小,比强度高,2良好 的耐腐蚀性,在酸,碱,有机溶剂,海水等介中均很稳定.3,良好 的电绝缘材料,4,不受电磁作
9、用的影响 5,保温,隔热,隔音,减振 6最大的缺点是刚性差 8铝基复合材料的制造与加工? 铝基复合材料的制造:过程分为三个阶段:纤维排列,复合材料组分的组装压合和零件层压. 加工:成型,连接,机械加工,热处理. 9陶瓷基复合材料的使用范围? 10晶须或者纤维增韧陶瓷基复合材料的制造工艺和成型加工方法? 制造工艺:配料-成型-烧结-精加工. 成型加工方法:1,泥浆烧铸法2,热压烧结法3浸渍法 11 RTM成型工艺,模压成型工艺和手糊成型工艺? RTM成型工艺:是一种闭模成型工艺方法,工艺过程为:将液态热固性树脂(不饱和聚酯)及固化剂,由计量设备分别从储桶内抽出,经静态混合器混合均匀,注人事先铺有
10、玻璃纤维增强材料的密封模内,经固化,脱模,后加工而成制品. 模压成型工艺:模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维复合材料成型方法 .将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合物放入敞开的金属对模中,闭模后加热使其熔化,并在压力作用下充满腔,形成与模腔相同形状的模制品,再经加热使树脂进下步发生交联反应而固化,或者冷却使热塑性树脂硬化,脱模后得到复合材料制品 手糊成型工艺:手糊成型工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法,是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物,再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物,用刷牙,压辊或刮刀压挤织物,使其均匀浸胶并排除气泡后,再涂刷树脂混合物和铺贴第
11、二层纤维织物,在一定压力作用下加热固化成型,或树脂体系固化时放出的热量固化成型(冷压成型)最后脱模得到制品. 12在连续玻璃纤维及制品的制造过程中,拉丝时要的浸润剂的原因? 原因:是由于浸润剂有多方面的作用,1原丝中的纤维不散乱而能相互粘附在一起.2防止纤维间的磨损.3原丝相互间不粘结在一起.4便于纺织加工. 13金属基纤维复合材料的界面结合形式以及影响界面稳定性的因素? 界面结合形式:1物理结合2,溶解和浸润结合3,反应结合 影响界面稳定性的因素:1,物理方面的不稳定因素主要指在高温条件下增强纤维与基体之间的熔融.2化学方面的不稳定因素主要与复合材料在加工和使用过程中发生的界面化学作用有关,有连续界面反应,交换式界面反应和暂稳态界面变化. 14 晶须增韧陶瓷基复合材料的强韧化机理? 靠晶须的拔出桥连与裂纹转向机制对强度和韧性的提高产生突出贡献.晶须的拔出长度存在一个临界值lpo,当晶须某端距主裂纹距离小于临界值,则晶须拔出长度小于临界拔出长度lpo,当晶须两端到主裂纹的距离均大于临界拔出长度时,晶须拔出过程产生断裂,断裂长度小于临界拔出长度,界面结合强度直接影响复合材料的韧化机制与韧化效果,界面强度过高,晶须与基体一起断裂,另一方面,界面强度提有利于载荷转移,提高强化效果,界面强度过低,则晶须拔出功减小.
