高分子复合材料作业

（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。

9.什么是UHMWPE纤维？它是如何制造的？说明其结构、性能和应用范围。 答：超高分子量聚乙烯纤维（UHMW—PE）制法：纤维状结晶生长法；单晶片—超拉伸法；冻胶挤压—超拉伸法；冻胶纺丝—超拉伸法。加工困难，难以熔融纺丝。采用半稀溶液喷丝，使大分子解缠；超拉伸有利于大分子链充分伸直，提高纤维的取向和结晶。

性能：聚乙烯纤维超轻，密度0.97g/cm3；具有高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘、不吸水、电磁波透过好等多种优越性。

其不足是熔点较低135℃和高温容易蠕变，因此仅能在100 ℃以下使用。

第四章

1.什么是复合材料成型的三要素？说明其对产品性能的影响。 答：成型三要素：赋形、浸渍、固化。

⑴ 赋形 赋形的基本问题在于增强材料如何达到均匀；或在设定的方向上，如何可信度很高地进行排列。将增强先行赋形过程称为“预成型”。其赋形的程度进行到与制品最终形状相近似，而最终形状的赋形则靠成型模具进行。

⑵ 浸渍 所谓浸渍意味着将增强材料间的空气转换为基体树脂。浸渍的机理可分为脱泡和浸渍两部分。浸渍好坏与难易的主要影响因素是基体树脂的粘度、基体树脂与增强材料的配比，以及增强材料的品种、形态。

⑶ 固化 固化意味着基体树脂的化学反应，即分子结构上的变化，由线性结构变成网状结构。固化要采用引发剂、促进剂，有时还需加热，促使固化反应的进行。

2.复合材料成型时施加压力的主要作用是什么？复合材料为什么可采用低压成型？

答:(1)使熔融的树脂具有一定的流动性，进一步浸渍玻璃纤维布。使层压板结构密实，提高层间粘结强度。

(2)冷压的目的是防止层压板在冷却过程中的变形。

(3)用来克服胶布中挥发物产生的蒸气压力，防止形成大量的气泡和微孔。 通常制品的机械强度(拉伸、弯曲、压缩等)随压力的增加而增加。但压力不能过大，否则玻璃纤维被压碎，反而致使强度降低。层压板的比重随压力的增加而增加。压力增加到一定值时，比重变化不明显。层压板的吸水性随压力增大而降低 3.如何选择复合材料制件的成型方法？

答(1)产量大且尺寸不太大时，采用压制成型等机械化成型方法； (2)产量少且尺寸较大时，则采用手糊或喷射成型方法； (3)两者之间则可采用树脂传递成型法。

(4)回转体宜采用纤维缠绕成型法和离心浇铸成型法 4.为什么复合材料固化时要分段加温？

答:压制温度即层压板压制过程中的固化温度，它与树酯的固化特性有关。 5.手糊成型所用胶液里通常含有哪些辅助材料?它们的作用及用量范围？

答:(1)无捻粗纱：无捻粗纱容易浸透树脂，在手糊成型中配合其他纤维制品使用，可用于填充制品死角、单向强度要求高的制品和局部制品增强。

(2)短切纤维毡：短切纤维毯比织物成本低、变形性好，增厚效果显著，使用方便等。用它制造的产品具有平面各向同性，制品中树脂含量可达60~80％。常用于糊制强度要求不高，荷载随机性大和防腐蚀制品等。

(3)表面毡：是专门用于制品表面，构成富树脂层，以改善玻璃钢制品的表面性能；

(4)无捻粗纱布：无捻布的特点是变形性好，增厚效果显著，易被树脂浸透，价格较其它布便宜等。但是无捻粗纱布在45 ° 方向强度较低，仅为0°方向的30％，为加捻布的50％。无捻粗纱布是手糊成型用的主要增强材料。 6.手糊成型使用不同材料制成的模具时应注意什么问题？

(1)金属：材料有良好的耐磨性和易成型性。模具可加温加压，使用寿命长，光洁度好，表面精度高，不易变形。但其加工复杂，制造周期长，造价贵，主要用于大批量生产或精度要求高的中、小型产品生产。

(2)木材：木材要求质地均匀， 无节疤、变形小等。常用的有红松、银杏、杉木、枣木等。应事先干燥，以防止变形和开裂。木模不耐久，不耐高温， 模具表面需经过封孔处理，防止树脂向内部渗透，造成脱模困难及表面不光洁等。同时要防止模内水分固化时蒸发，影响产品的表面质量。优点是加工容易，比较轻便，短时内可以多次使用，但容易变形损坏，模具表面需经常维修，适用于结构复杂的试制产品及小批量中小型产品。

(3)石膏：通常是半水石膏铸造而成，其优点是制造简单，材料易得，价格便宜。石膏模的缺点是不耐用，怕冲击，表面要经过细加工和防护处理，使用前要经过干燥，防止模内水分固化时蒸发，影响产品质量。石膏控适用于小批量及形状复杂的产品生产。

(4)水泥及混凝土： 模具制造方便，成本低，有一定的强度，刚性好，不易变形，可长期使用。但表面需经过打磨、抛光、封孔、涂漆后才能使用。一般用于造型简单、表面质量要求不高的产品。

(5)玻璃钢：是由木模或石膏模翻制而成。根据使用要求，可以用环氧树脂、聚酯树脂制造。为了减少收缩和降低成本，还可以填加部分矿物填料。优点是制造方便，可以制造形状复杂的模具，并且线膨胀和收缩小，精度较高，表面光洁度好，耐化学腐蚀及质轻耐久等。其缺点是成本较贵。它适用于表面质量要求较高、形状复杂制品的大批量生产。

(6)石蜡：是用浇铸法成型。多用来制造形状复杂，批量不大的小产品成型。还可以用作难以取出的模芯。石蜡模制造方便，不需要涂脱模剂，材料可以反复使用，成本低，但模具不耐热，易变形，制品精度不高，表面涂漆困难。 7.缠绕成型工艺的特点及适用范围。 答：纤维缠绕成型——是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液、连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下使之固化制成一定形状制品的方法。 缠绕成型工艺分类：（1）湿法缠绕成型（2）干法缠绕成型（又称预浸带缠绕）（3）湿干（半干）法缠绕成型

8.常用脱模剂有哪几种？举例说明各类脱模剂各有何特点。

答:石蜡、黄油、甲基硅油、聚乙烯醇水溶液、聚氯乙烯薄膜等。 选用应根据：模具材料、树脂类型、固化温度、产品外型构造、生产周期、经济效益。 9.树脂传递成型与反应注射成型的特点及原理。

答：RTM法——一般是指在模具的型腔里预先放置增强材料（包括螺帽、螺栓、

聚氨酯泡沫塑料等嵌件），夹紧后，从设置于适当位置的注入孔在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中，使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到的成型制品。

工艺流程：模具清理、脱模处理、胶衣涂布和固化、纤维及嵌件安放、合模夹紧、树脂注入、树脂固化、启模、脱模。 RTM工艺特点：（1）无需涂胶衣，双面光滑；（2）表面品质好高精度的复杂构件；（3）成型后只需做小的修边；（4）设备和模具投资少；（5）空隙率低；（6）纤维含量高；（7）CAD辅助模具和产品设计；（8）易于实现局部加强；(9)成型过程中散发挥发物少；(10)双面模具最初费用高；(11)预成型坯的投资大；(12)工艺要求严格

RIM——是集聚合与加工于一体的聚合物加工方法。将反应物（单体或齐聚物）精确计量，经高压碰撞混合后充入模内，混合物在模具型腔内固化成型。 RIM工艺过程：碰撞混合、充模、固化成型、脱模及后处理。 突出特点：生产效率高、能耗低；产品设计灵活，性能优良。

第五章

1.什么是偶联剂？简述其作用机理？

答：偶联剂是一种化合物，其分子两端通常含有不同的基团。偶联剂的作用是靠偶联剂分子中的两种基团：一种基团可与玻璃纤维表面起化学反应，以化学键连接；另一种基团可参与树脂的固化反应生成化学键。通过这两种不同的基团的反应，在两者之间架起键桥，把两种不同性质的材料连接起来，键桥的力量是分子间的吸引力所无法比拟的，从而获得良好的粘接性。 2.影响界面结合强度的因素哪些？如何提高界面结合强度？

答：影响界面结合强度的因素：表面的几何形状、分布状况、纹理结构；表面吸附气体和蒸气程度；表面吸水情况；杂质存在；表面形态(形成与块状物不同的表面层)；在界面的溶解、浸透、扩散和化学反应；表面层的力学特性；润湿速度等。

提高界面结合强度：被粘体对粘接剂吸附越强，粘接强度越高。增强材料与基体间必须形成化学键才能使粘结界面产生良好的粘结强度。表面形状不规则的沟槽和孔穴越多，粘合强度越高。大分子链结构及柔顺性。减少表面污染将大大提高粘结作用。

3.如何用显微观察法研究复合材料的界面？ 答：透射电子显微镜（TEM）：可研究聚合物内部的结构和分散状态；交连聚合物的网络、交联程度和交联密度以及聚合物的结晶形态。 扫描电子显微镜（SEM）：可通过观察复合材料破坏表面的形貌来评价纤维与树脂、金属与高聚物界面的粘结性能，以及结构和力学性能之间的关系；还可用于研究聚合物、共聚物和共混物的形态，表面断裂及裂纹发展形貌，两相聚合物的细微结构，聚合物网络、交联程度与交联密度等。

4.玻璃纤维和碳纤维的表面各有什么特点？如何进行表面处理

答：玻璃纤维的表面处理：一般采用偶联剂处理法，也可采用等离子法等方法。 玻璃纤维的表面处理方法：普通处理法（后处理法）：玻璃纤维单丝在集束成股时要浸上浸润剂，使纤维不散乱并相互粘附在一起，防止磨损和便于加工。处理时先将浸润剂通过连续热处理烧蚀掉，然后选择相应的偶联剂涂覆与玻璃纤维表面。但处理过程中纤维强度有所下降。前处理法：在玻璃纤维浸润剂中加入偶联剂，称为增强型浸润剂。省去复杂的后处理工艺及设备，避免了热处理造成的纤

维强度损失，但既要满足拉伸纺织要求又要满足浸润和结合，技术问题较复杂。迁移处理法：将偶联剂直接加入到基体胶液中，依靠偶联剂的扩散作用从胶液中迁移至纤维表面并与纤维发生作用。但偶联剂用量较大，易发生水解，或在粘稠树脂中不易迁移，故效率较低。

碳纤维的表面处理方法：氧化法：气相、液相、阳极氧化法。

化学气相沉积法：高温及还原气氛中，烃、金属卤化物以碳、碳化物的形式在纤维表面形成沉积膜或生长晶须。

电沉积法、电聚合法：将有机物沉积或聚合到碳纤维表面。

等离子体法：等离子体是电离了的气态物质，含有离子、电子、自由基、激发的分子和原子的电离气体，并且电子、正负离子的含量大致相等，称为等离子体。它可由电学放电、高频电磁振荡、高能辐射等方法产生。可改变纤维表面状态，沟槽加深、粗糙、活性基团等，改善表面浸润性及反应性。