第一章

1复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？（P6） 2简述复合材料的组成？界面为什么也是一个重要组成？ 答：组成：基体，增强材料 3谈谈复合材料的发展？ 答：复合材料是新材料领域的重要组成部分，与传统材料相比，复合材料具有：可设计性强、比强度比模量高、抗疲劳断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料，是发展现代工业、国防和科学技术不可缺少的基础材料，也是新技术革命赖以发展的重要物质基础，复合材料已成为新材料领域的重要主导材料。

第二章

2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：玻璃纤维的结构与玻璃的结构本质上没有什么区别，都是一种具有短距离网络结构的非晶结构。玻璃纤维的强度和模量主要取决于组成氧化物的三维结构。玻璃是由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构，网络间的空隙由钠离子填充，每一个四面体均由一个硅原子与其周围的氧原子形成离子键，而不是直接联到网络结构上。网络结构和各化学键的强度可以通过添加其它金属氧化物来改变，由此可生产出具有不同化学性能和物理性能的玻璃纤维。填充的Na或ca等阳离子称为网络改性物。（P27

6. 玻璃纤维性能的主要特点是什么？

..力学特性-脆性材料，拉伸强度高，但模量较低；纤维强度分 散性较大，强度受湿度影响；

..热性能-高温热处理后强度下降，导热系数低

..耐介质性能-除HF外，对其他介质具有较好的耐腐蚀能力，受 水侵蚀强度下降

..电性能-与组分尤其是含碱量有关，具有良好的高频介电性能

8什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？8. 什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？ 见p29

10为什么玻璃布的强度比单丝强度要低的多？

答：玻璃纤维的细度的影响因素：原料的熔融温度、漏板孔径、拉丝温度、拉丝速度等。从理论上讲，玻璃纤维直径越细，其强度越高。但实际生产中，单丝在拉丝过程中表面形成了很多微裂纹，使其强度远低于理论值。直径在10~20微米范围内，单丝强度相差不大。

13. 当环境湿度较大时，S-玻纤与E-玻纤在性能上有何差异？

S-玻纤，即高强玻璃纤维，碱金属氧化物含量<0.3%；E-玻纤，即电工用玻 璃纤维，碱金属氧化物含量<1%；湿度大，水的侵蚀会使GF强度下降，含 碱量越大侵蚀越快因此E玻纤强度下降速率比S玻纤快碱量越大，侵蚀越快，因此E-玻纤强度下降速率比S-玻纤快。

15. 在PAN法制备CF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CF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熔融，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 预氧丝的碳化一般是在惰性气氛中，将预氧丝加热至1000一1800 ℃ ，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。

16;对生产CF的PAN原丝的质量有什么主要要求/ 答：（P44）

17：简述碳纤维的结构 结构对其性能的影响？ 答：（P43）

18; I型碳纤维与II型碳纤维在结构域性能有什么不同？ 答：（P45）

19：比较CF与GF在性能上的差异？ 答：（P45）

21. 热处理温度以及热处理过程施加张力的大小对CF结构和性能的影响？ 答：热处理温度升高，纤维的模量增加。因为随着HTT升高，微晶尺寸增 大，层片间距变小。而强度则随着热处理温度的升高，出现最大值。，， 热处理过程中施加张力增大，取向角减小，模量增大。

22.影响碳纤维强度的主要因素是什么？

答：玻璃纤维的直径和长度减小，强度提高；含碱量越高，强度越低；

（热处理温度，缺陷含量）

30：Kevlar纤维的化学结构对纤维性能有什么影响？

答：芳纶Kevlar纤维的制法：纺丝常采用浓硫酸为溶剂，形成溶致液晶体系，（各向异性，沿剪切力方向取向），采用湿法纺丝或干喷—湿纺工艺。溶致液晶（Lyotropic liquid Crystal)——体系在一定条件下可以从各向同性转变为各向异性，即液晶态溶液，聚合物在溶液中呈一定的取向状态，在外界剪切力的作用下，聚合物分子沿剪切力的方向取向，有利于纺丝成型。液晶态的特点：分子具有沿着某一个方向的取向。

29. Kevlar纤维的化学结构对纤维的性能有什么影响？ P58

34. 比较GF、CF和KF的主要优缺点？

GCF优点：强度高，模量高，耐高低温性能好；缺点：冲击性能差，表面活CF优点：强度高，模量高，耐高低温性能好；缺点：冲击性能差，表面活 性低，与基体黏结性差。

KF优点：强度高，密度小，具有一定的韧性；缺点：抗压、抗扭性能较低， 耐水性、耐紫外光差。

第三章第三章基体材料基体材料

1. 简要说明基体在复合材料中的作用。

粘合纤维，固定位置，均衡载荷，传递载荷（将单根的纤维粘成整体）； 保护纤维，防止纤维受损；

赋予复合材料各种特性（耐热、耐腐蚀、阻燃、抗辐射）； 决定复合材料生产工艺、成型方法。

答：①基体材料通过界面与增强材料粘结成一体，并使纤维位置固定，赋予复合材料一定的形状，并以剪应力的形式向增强材料传递载荷，并使载荷均衡； ②保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。

③决定复合材料的一些性能。如复合材料的高温使用性能(耐热性)、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水性、耐化学品性能)等；

④对复合材料一些性能有重要影响，如纵向拉伸、压缩性能、疲劳性能、断裂韧性等。

⑤决定复合材料的成型工艺方法及工艺参数的选择；如：基体的粘度、使用期直接影响增强材料的浸渍、复合材料的铺层和预浸料的储存

环氧、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？ ..酚醛：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，干法工艺中可根据固化阶段性把浸渍和压制分别在不同的工段 进行。

..不饱和聚酯树脂：凝胶→定型→熟化三个阶段。固化阶段界限不明显，一 般采取从黏流态树脂到固化定型一次完成的工艺方法。

..环氧树脂凝胶定型熟化三个阶段三阶段比聚酯树脂明显固化条件随固..环氧树脂：凝胶→定型→熟化三个阶段。三阶段比聚酯树脂明显，固化条件随固

化剂不同可在很大范围变动。因此几乎对所用成型工艺都能适应。 2:基体的强度模量和收缩率怎样影响复合材料的性能/ 答：复合材料以优良的比强度和比模量著称，用到复合材料的场合都是要用它在获得足够的刚度和强度时能将总体质量减轻。

作为结构件的复合材料起增强作用的还是纤维本身，基体会将纤维粘合成一个整体，来共同受力，在承担外载荷的时候纤维增强体受力并抵抗变形，基体起到传导力的作用，将载荷分散到整个结构件上共同抵御变形。 除了三维编织预制件作为增强体以外，复合材料都要涉及层间的问题，而层间完全是基体的粘接强度在起作用，作为基体材料要有足够的剪切性能，在受力时就不会因为强度不够而使复合材料分层失去抵抗外载荷的能力。

基体的收缩率要和增强体匹配，不要过大导致层间脱开。

所以作为复合材料在选材的时候要综合考虑增强体和基体的选择。

10.若要使环氧树脂室温固化，可采用哪几种固化剂？是写出其结构式。

答：脂肪族胺类是较常用的室温固化剂，它的固化速度快，反应时放出的热量又能促进树脂与固化剂反应。但这类固化剂对人体有刺激作用，固化产物较脆而且耐热性差，在复合材料方面应用不多。阴离子及阳离子型固化剂：是催化性固化剂，仅仅起到固化反应的催化作用，这类物质主要是引发树脂分子中环氧基的开环聚合反应，从而交联成体型结构的高聚物。由于树脂分子间的直接相互反应，使固化后的体型结构高聚物基本具有聚醚的结构

11.环氧值为0.51当量/100g的618#环氧树脂，用苯酐做固化剂，试计算100g环氧树脂所需苯酐的量。参考p107计算，（64.158）

12. 试写出2-乙基-4-甲基咪唑的分子式，请说明其在固化环氧树脂时的固化 机理。参见p110

13目前，环氧树脂的增韧有几种方法？简要说明其增韧机理。13. 目前，环氧树脂的增韧有几种方法？简要说明其增韧机理。

..橡胶弹性体增韧：具有活性端基的弹性体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。机理-橡胶颗粒脱胶或断裂后所形成孔洞 的塑性体膨胀，颗粒或孔洞所诱发的剪切屈服变形；

..热塑性树脂增韧-热塑性树脂颗粒对裂纹扩展起约束、闭合作用和钉锚作 用，阻止裂纹扩展；热塑性树脂与环氧树脂形成半互穿网络聚合物； ..热致液晶增韧-热致液晶聚合物以原纤的形式存在于环氧树脂连续相中， 可以阻止裂缝，提高基体韧性；

..核壳结构聚合物增韧-CSLP粒子空穴化—塑性形变，吸收外加能量

..刚性纳米粒子增韧在基体受冲击时纳米粒子与基体之间产生微裂纹(银..刚性纳米粒子增韧-在基体受冲击时，纳米粒子与基体之间产生微裂纹(银 纹)，吸收能量；基体塑性变形吸收冲击能。

第四章第四章聚合物基复合材料的界面聚合物基复合材料的界面 1. 复合材料的界面效应有那些？如何影响复合材料的性能？

..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、 结构网络互穿的变化；

..化学效应：导致界面上的化学反应形成新的界面层结构；..化学效应：导致界面上的化学反应、形成新的界面层结构；

..力学效应：引起界面上的应力分布。

2. 影响界面黏结强度的因素有那些？提高界面黏结强度的途径有那些？

..纤维表面晶体大小及比表面积：晶体增大、粘结性能变差，粘结强度降低； 比表面积大，粘结强度高；

..浸润性：浸润性↑，粘结强度↑；空隙率↑，粘结强度↓

..界面反应性界面反应性↑粘结强度↑..界面反应性：界面反应性↑，粘结强度↑ ..残余应力：降低残余应力