复合材料考试Word文档下载推荐.docx
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生产方法:
凝胶纺丝法——超倍拉伸技术
工艺流程:
UHMW-PE,溶剂,抗氧剂等→溶解脱泡→UHMW-PE溶液→挤出纺丝→初生态,凝胶纤维→脱溶剂→干凝胶纤维→加热,超倍拉伸定型→UHMW-PE纤维
9.是比较玻璃纤维,碳纤维,芳纶纤维,PBO纤维,UHMW-PE纤维和陶瓷纤维的力学性能,耐热性并指出每种材料最独特的性能特点。
答:
1.玻璃纤维:
拉伸强度很高,扭转强度和剪切强度较低,耐热性高。
2.碳纤维:
高强度,高模量,低密度,耐化学腐蚀性,低电阻,低热膨胀系数。
3.芳纶纤维:
优异的拉伸强度,拉伸模量,优良的耐热性,低密度。
4.BPO纤维:
高强度,高模量,耐高温,高温下不熔融,高热稳定性,吸湿性低,耐有机溶剂,耐碱性能好,柔软性能好,不耐酸,不耐光。
5.UHMW-PE纤维:
高强度,耐热性能低,耐磨性高。
6.陶瓷纤维:
抗拉伸强度大,抗机械振动好,弹性好,耐热性好,热导率低,热稳定性好。
最独特的性能:
1.玻璃纤维:
拉伸强度很高。
2.碳纤维:
优异耐化学腐蚀性,低电阻,耐辐射性能。
3.芳纶纤维:
低密度,优良减震性能,耐磨性,抗疲劳性,尺寸稳定性,优良介质性能。
4.BPO纤维:
吸湿性低,阻燃性能好。
5.UHMW-PE纤维:
耐腐蚀,耐海水,耐磨,耐紫外线辐射,耐冲击。
6.陶瓷纤维:
很低的介电损耗和介电常数。
10.试总结得到高性能纤维的方法,并举例。
所谓高性能纤维指在外部作用下不易发生反应,或具备高弹性系数,高强度,高模量,或有良好耐热性,耐气候性,耐摩擦性,耐化学性及高绝缘性的纤维材料。
方法:
1.坩埚法和池窑法,制造玻璃纤维
2.热解有机纤维,制造碳纤维
3.凝胶纺丝法,制造高性能UHMW-PE纤维
4.熔融纺丝法及淤浆纺丝法,制造高性能Al2O3纤维
5.化学气相沉积法及先驱体法,制造高性能Sie纤维
6.无机或有机先驱转化法,制造高性能氧化硼纤维。
1.复合材料界面有哪些机能?
1.传递效应:
将外力传递给增强物,起桥梁作用。
2.阻断效应:
阻止裂纹扩展,中断材料破环,减缓应力集中。
3.不连续效应:
在界面上产生物理性能不连续现象
4.散射和吸收效应:
光波和声波等在界面上产生散射和吸收。
5.诱导效应:
增强的表面结构使聚合物基本与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变,由产生一些现象,如高弹性,低膨胀性,耐冲击性等。
2.复合材料界面形成分为哪两个阶段?
1.基体与增强材料的接触和浸润过程
2.基体与增强材料通过相互作用使界面固定阶段。
3.如何判断材料表面被浸润情况?
通过接触角来判断材料表面被侵润情况。
0到90度:
润湿
90到180度:
不润湿
0度:
完全润湿,粘附力最大
4.玻璃纤维表面处理方法有哪些?
简要说明硅烷偶联剂的作用?
1.处理方法:
1.有机络合物类表面处理剂。
2.有机硅烷类表面处理剂。
2.作用:
硅烷偶联剂具有两种性质不同的官能团,一端为亲玻璃纤维的官能团,一端为亲树脂官能团,将玻璃纤维和树脂粘结在一起,在界面上形成共价键。
5.为什么要对碳纤维表面处理,方法有哪些?
处理目的和意义:
碳纤维表面处理就是为了改善其表面结构和性能,采取针对性措施,使获得与基体材料很好的粘结,从而达到提高其复合材料层间剪切强度,断裂韧性,尺寸稳定性及界面抗湿性。
1.表面浸涂有机化合物
2.表面涂覆有机化合物
3.表面化学处理
4.电解氧化处理
5.等离子体处理
1.说明影响不饱和聚酯固化树脂性能的因素
A不饱和聚酯的相对分子质量。
树脂的力学强度、耐热性、介电性能随相对分子质量增加而提高。
B聚酯化过程中顺式双键的异构化。
随转化程度的提高,树脂固化时间与凝胶化时间缩短,力学性能耐热性能耐腐蚀性提高。
2.不饱和聚酯树脂固化分为哪几个阶段?
3个阶段:
凝胶、定型、熟化
3不饱和聚酯固化树脂结构与哪些因素有关?
A线型不饱和聚酯分子交联点间苯乙烯的重复单元数。
B线型不饱和聚酯分子中双键的反应的分数。
4.乙烯基酯树脂和烯丙基酯树脂和不饱和聚酯树脂在结构和合成方法上有什么不同?
A乙烯基酯树脂:
以不饱和酸和带活性点低相对分子质量聚合物为原料反应得到,分子端基或侧基含有不饱和双键的树脂。
B烯丙基酯树脂:
由多烯丙基酯化合物经自由基聚合反应得到。
分子中含有不饱和双键和酯键,且酯键在聚合物的侧链上一般要在较高温度下才能固化。
C不饱和聚酯树脂:
以二元酸和二元醇为原料经缩聚反应得到,酯键在聚合物主链结构中,既可以常温固化也可以加热固化。
5有哪些方法可以制备阻燃树脂?
A添加型阻燃树脂:
a添加无机填料,如水和氧化铝、磷酸盐、三氧化二锑、硼砂
b添加邮寄阻燃剂,如有机氯化石蜡、十溴二苯醚等
c含磷化合物,如磷酸三乙酯等
B反应型阻燃树脂:
分子结构中含有阻燃元素,如四溴苯酐、四氟苯酐等
6.环氧树脂性能特点有哪些?
形式多样,固化方便,黏附力强,收缩率低,力学性能好,电性能好,有耐化学性,尺寸稳定,耐霉菌。
7.二酚基丙烷型环氧树脂合成的影响因素?
答:
a二酚基丙烷与环氧氨丙烷的物质的量之比
b.NaOH用量、浓度、投料方式、配成10%——30%水溶液
c反应温度60——90
d加料顺序:
低分子量时,碱后加;
高分子量时,环氧氨丙烷后加
e体系中含水量:
0.3%——2%
8.计算E-51树脂平均相对分子量
100/(0.51/2)=392.16
9.环氧树脂有哪些类型,各有何特性
a缩水甘油醚类:
含活泼氨的酚类和醇类与环氧氨丙烷缩聚,有优良热稳定性,力学性能,电绝缘性,耐水性
b缩水甘油脂类:
黏度低,使用工艺低,反应活性高,粘合力高,;
力学性能好,表面光滑度好,表面光泽度好,耐超低温,透光好
c缩水甘油胺类:
多官能度,环氧当量高,脆性大
d酯环族类:
抗压,抗拉强度好,力学性能好,电性能好,耐电弧,耐紫外老化
e脂肪族类:
良好的力学性能,韧性好,耐高低温
10.举例说明环氧树脂有哪些固化类型
逐步聚合反应:
a反应性固化剂:
多元伯醇、多元羧酸
b催化性固化剂:
叔胺,三氧化硼酸合物
离子型聚合反应:
a阴离子型固化剂:
叔胺类、DMP-10
b阳离子型固化剂:
三氟化硼、胺类
11.计算用二乙烯三胺固化E—44树脂用量
胺当量三胺相对分子量/胺中活泼氢个数=103÷
5=20.6
二乙烯三按用量=按当量·
环氧值=20.6·
0.44=9.064
12.环氧树脂有哪些类型稀释剂和增韧剂
稀释剂:
a非活性稀释剂:
苯二甲酸酯类
b活性稀释剂:
V-丁内醇、亚磷酸二本酯
增韧剂:
a非活性增韧剂:
苯二甲酸二甲酯
b活性增韧剂:
低相对分子量聚酰胺、聚硫橡胶
13.酚醛树脂合成有哪些影响因素
a单体官能度,酚的邻对位取代基
b酚苯上取代基:
间为取代基酚类增加邻对位取代活性;
邻对位取代基则降低邻对位基取代活性
c催化剂:
NaOHMyOHCL
d单体物质的量之比:
n甲醛/n苯酚>
1.1
e反应介质,PH,中性点3.0—3,1
f其他
14酚醛树脂固化分哪些阶段
a液态树脂b凝胶c不溶不熔坚硬固体
15酚醛树脂固化方法及影响因素
1)可在加热酸性条件下固化,热固化,常温固化
2)热固化影响速率:
a合成时甲醛和苯酚物质量之比大,凝胶时间短
b固化体系PH=4时,反应慢
c固化温度:
温度升高,凝胶时间下降
3)固化速率影响因素
a六次甲基四安:
用量少,凝胶时间下降
b树脂中游离酚、含水量:
含水量高,凝胶时间短
c温度:
温度高,凝胶时间短
16,酚醛树脂有哪些,有什么区别?
热固性,热塑性两类
热塑性:
缩聚反应在强酸条件下,PH<
3的情况下进行,甲醛和苯酚的物质的量比小于1,合成得到一种线性热塑性树脂,它是可溶可熔的分子内不含羟甲基的酚醛树脂。
它是线形树脂,进一步反应不会形成三维网状结构,要加入固化剂才能形成三维网络状结构树脂。
这类树脂称二阶树脂。
热固性:
缩聚反应一般是在碱性条件下进行,常用催化剂为氢氧化钠,氢氧化钡等。
甲醛和苯酚的物质的量之比控制在1.1~1.5.它是含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂,合成反应不加以控制。
则提醒缩聚反应会一直进行至形成不溶不熔的具有三维网状结构的固化树脂这类树脂称一阶树脂。
1,各种成型工艺(手糊,喷射,袋压,模压)的定义和优缺点
手糊:
指用手工或在机械辅助下将增强材料和热固性树脂铺覆在模具上,树脂固化形成复合材料的一种成型方法
优点:
操作简单,操作者容易培训,设备投资少,生产费用低,能生存大型和复杂结构的制品,制品可设计性好,且容易改变设计。
模具材料来源广,可制成夹层结构。
缺点:
是劳动密集型成型方法,生产率低。
制品质量与操作者技术水平有关,生产周期长制品力学性能较其他方法低。
喷射:
利用喷枪将玻璃纤维素及树脂同时喷到模具上而制的复合材料的工艺方法。
利用粗纱代替玻璃布,可降低材料费用。
半机械操作,生产效率比手糊法高2~4倍,对大型制品,这种优点更突出。
喷射成型无搭缝,制品整体性好,减少飞边,截屑和胶液剩余损耗。
树脂含量高,制品强度低,现场粉尘大,工作环境差。
袋压:
在手糊成型的制品上,装上橡胶袋或聚乙烯,聚乙烯醇袋,将气体压力施加到未固化的复合材料制品表面而制品成型的工艺方法。
制品两面较平滑,能适应聚酯,环氧及酚醛树脂,制品质量高,成型周期短。
成本高,不适用于大尺寸制品。
模压:
指将模压料至于金属对模中,在一定温度和压力下,压制成型复合材料制品的一种成型工艺。
生产效率高,制品尺寸精确,表面光洁,价格低廉,容易机械化自动化,多数结构复杂的制品可以一次成型,无需有损于制品性能的辅助加工,制品外观及尺寸的重复性好。
压模的设计与制造复杂,初次投资较高,制品尺寸受设备控制,一般只适用中小型复合材料制品。
2.手糊成型的工艺过程和制品结构。
1)增强材料裁剪。
2)模具准备。
3)涂擦脱模剂。
4)喷涂胶衣5)成型操作。
6)固化。
7)脱模8)修边9)装配10)制品
结构:
从上到下面层,短切毡,短切毡或粗纱布,短切毡,表面毡,胶衣层,脱模剂,模具
3.手糊成型用基体树脂种类和特点
不饱和树脂,环氧树脂和酚醛树脂
特点:
能配制出粘度适中的胶液,能在室温或低温下凝胶固化,要求在固化时无低分子物产生,无毒低毒,价格便宜,来源广。
工艺性能:
环氧树脂:
粘度大,使用需加入稀释剂,固化剂用量变化范围小,胶液使用期不易调整,用胺类化合物做固化剂,毒性大。
不饱和聚酯树脂:
粘度小,对玻璃纤维浸润性好,胶液使用期调节范围广
酚醛树脂:
粘度小,对玻璃纤维浸润性好。
在较低温度下,固化周期长
制品性能:
力学性能,耐腐蚀性好,固化收缩率低,但脆性大
力学性能比环氧树脂低,制品耐酸性好。
固化收缩率大,制品表面质量差
阻燃性能好,燃烧时烟密度低,毒性小
价格:
不饱和树脂,酚醛树脂便宜,环氧树脂高
4.脱模剂的类型及复合使用原因
类型:
薄膜型,溶液型,油蜡型
薄膜型:
使用方便,脱模效果好,但因变形小,不适用于形状复杂的制品
溶液型;
;
种类多,应用广,可以试用不同类型复合材料制品的制造需求。
其包括1)过氯乙烯溶液脱模剂2)聚乙烯醇脱模剂3)聚苯乙烯脱模剂4)醋酸纤维素脱模剂5)硅橡胶脱模剂
油膏石蜡型脱模剂:
便宜,使用方便,效果好。
无毒,对模具无腐蚀
复合使用原因:
尽管各种脱模剂本身粘附性很低,但手糊成型用的树脂都有较高的粘附性。
因此,脱模剂和制品界面上仍有一定的粘附力。
脱模剂复合使用时,分开部分实在粘附力最小的两层脱模剂之间,所以对大制品和形状复杂制品,以及对强度不高的模具,在成型时采用复合脱模剂是很必要的。
5.触变性概念和触变剂作用
触变性:
指在混合搅拌,涂刷等动作状态下,树脂粘度降低,而静止时粘度又变高的性质。
作用:
防止树脂流挂,滴落,麻面;
使成型操作易进行。
6.模具结构形式
分单模和对模,单模有份阴模和阳模。
不论单模还是对模都可以根据工艺要求设计成整体式和拼装式
7.泡沫塑料制造方法
物理发泡法:
惰性气体发泡法是在较高压力3~5MP下,将惰性气体压入聚合物,然后降低压力升温,使压缩气体膨胀形成泡沫塑料。
低沸点液体发泡法是把低沸点液体溶于聚合物颗粒中,然后升高温度,当树脂软化,液体蒸发,形成泡沫塑料。
化学发泡法:
一是依靠塑料泡沫中的原料祖坟相互方应放出气体,形成泡沫结构。
而是借助化学发泡剂的分解产生气体,形成气泡结构。
8.短纤维模压料的制备方法
是将经过预混和预浸后的短纤维状物料在模具中成型复合材料制品的一种成型方法,主要用于制备高强度异形复合材料制品或具有耐腐蚀耐热等特殊性能的制品,树脂基体一般采用酚醛树脂,环氧树脂等,纤维长度30~50mm纤维含量50%~60%
三种制备法:
预混法,预浸法,浸毡法
预混法:
树脂调配
纤维切割——热处理——混合——撕松——烘干——存放
预浸法:
树脂调配
玻璃纤维——热处理——浸胶——撕松——烘干——切割-——存放
浸毡法:
将短切玻璃纤维均匀撒在玻璃底布上,然后用玻璃面部覆盖再使夹层通过浸胶,烘干,剪切制的
9,模压料的质量指标及计算方法与影响因素
质量指标:
树脂含量,挥发物含量,不溶性树脂含量
计算方法:
V=(G1—G2)÷
G1×
100%
V,挥发物含量。
G1模压料重。
G2放入烘箱20分钟后冷却称重
R=(G1(1—V)—G4)÷
G1(1—V)×
100%
C=(G3—G4)÷
(G1(1—V)—G4)×
R树脂含量,G3浸入丙酮溶液,然后烘干冷却之后称的重量。
G4,再将冷却后的样品在高炉中燃烧,将树脂烧尽后的称重。
C,不溶性树脂含量
影响因素:
1)溶剂:
树脂溶液中溶剂起到调节树脂粘度的作用,粘度降低有利于树脂对纤维的渗透附着,并减少纤维强度损失,粘度过小,在预混过程中会导致纤维离析,影响质量。
2)纤维长度:
纤维过长,易引起纤维相互缠结,产生结团料
3)浸渍时间:
确保纤维均匀浸透情况下,浸渍时间尽量短,捏和时间长引起纤维强度损失,溶剂挥发过量增加撕松困难
4)烘干条件:
控制挥发物含量和不溶性树脂的重要原因
5)其他:
树脂相对密度,刮胶辊位置,烘箱温度,牵引速度及纤维张力
10.模压料工艺特性及影响因素
工艺性指模压料的流动性,收缩率和压缩比
1)流动性影响因素:
树脂反应程度:
不溶性树脂含量高,反应程度也高,流动性差
挥发物含量:
挥发量增加,流动性增加
增强材料长度和含量:
长度增加,流动性下降
物料形态和成型工艺条件:
预混料预浸料有更好流动性
成型温度和压力
2)模压料的收缩率:
取决于树脂种类,增强材料及填料含量,模压料质量指标,制品结构,成型工艺条件
3)压缩比:
取决于模压料特性和成型工艺过程也和制品结构有一定关系。
11.片状模塑料的组成
树脂,引发剂,增稠剂,脱模剂,低收缩添加剂,填料,增强材料
12.增稠剂的增稠特性和主要类型,影响因素
其作用使不饱和聚酯树脂的粘度迅速增加粘度达到工艺要求后又相对稳定
Ca,Mg的氧化物和氢氧化物系统
MO和环状酸,酐的组合系统
Li和MgO的组合系统
物理因素:
树脂糊混合时的温度湿度时间填料和增稠剂的表面积
化学因素:
树脂化学组成,增稠剂类型,添加剂和各种杂质的存在
增稠剂活性的影响:
制备方法不同,增稠剂活性不同
聚酯树脂酸度影响:
增稠速度与酸度成正比。
水分影响:
水分存在强烈影响初期粘度
温度影响:
较高温度可以降低树脂系统产生增稠作用之前的粘度,另一面,较高温度有时浸渍后树脂粘度迅速升高。
13短纤维膜压料成型工艺
模具预热————涂模脱剂
装模————压制————脱模
模压预热————模压料预成型
后处理——————修整及辅助加工
检验
成品
14.层压成型工艺影响浸胶质量因素
胶液的浓度,粘度,浸渍时间,浸渍过程中的张力,挤胶辊,刮胶辊也会影响浸胶质量
15.缠绕成型的工艺措施
按树脂基体的状态不同分为干法,湿法和半干法
干法:
在缠绕前预先将玻璃纤维制成浸渍带,然后卷在卷盘上待用
湿法:
缠绕成型时玻璃纤维经集束后进入树脂胶槽浸胶,在张力控制下,直接缠绕在芯模上,然后固化成型。
半干法:
与湿法比增加烘干成型,与干法比,缩短烘干时间,降低胶纱烘干程度,使缠绕过程可在室温下进行,既能出去溶剂。
又提高缠绕速度和制品质量。
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