复合材料试题B卷及答案
复合材料试题B卷及答
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2014学年度第一学期课程考试
《复合材料》本科试卷（B卷）
注意事项：1. 本试卷共六大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷；
2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚；
3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效；
4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。
一、选择题(30分，每题2分)【得分：】
1.复合材料中的“碳钢”是（）
A、玻璃纤维增强Al基复合材料。
B、玻璃纤维增强塑料。
C、碳纤维增强塑料。
D、氧化铝纤维增强塑料。
2.材料的比模量和比强度越高（）
A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。
B、制作同一零件时自重越大、刚度越大。
C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。
D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。
3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（）
A、前者成本低
B、前者的拉伸强度好
C、前者原料来源广泛
D、前者加工更容易
4、Kevlar纤维（）
A、由干喷湿纺法制成。
B、轴向强度较径向强度低。
C、强度性能可保持到1000℃以上。
D、由化学沉积方法制成。
5、碳纤维（）
A、由化学沉积方法制成。
B、轴向强度较径向强度低。
C、强度性能可保持到3000℃以上。
D、由先纺丝后碳化工艺制成。
6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（）
A、120℃以下
B、180℃以下
C、250℃以下
D、250℃以上
7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（）
A、环氧树脂吸湿变脆。
B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。
C、环氧树脂发生交联反应。
D、环氧树脂发生水解反应。
8、玻璃纤维（）
A、由SiO2玻璃制成。
B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。
C、其强度比整块玻璃差。
D、价格贵、应用少。
9、生产锦纶纤维的主要原料有（）
A、聚碳酸酯。
B、聚丙烯腈。
C、尼龙。
D、聚丙烯。
10、晶须（）
A、其强度高于相应的本体材料。
B、长径比一般小于5。
C、直径为数十微米。
D、含有很少缺陷的长纤维。
11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（）。
A．玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料 B．玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料C．聚酰胺材料 D．聚酰胺基玻璃纤维复合材料
12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是（）。
A．碳纤维 B．氧化铝纤维 C．玻璃纤维 D．碳化硅纤维
13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（）。
A．环氧树脂 B．不饱和聚酯 C．酚醛树脂 D．尼龙14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（）
A．预浸料制造 B．制件的铺层
C．固化及后处理加工 D．干燥
15、
16、有关环氧树脂，说法正确的是（）
A、含有大量的双键
B、使用引发剂固化
C、使用胺类固化剂固化
D、属于热塑性塑料
二、判断题(20分，每题2分)【得分：】
1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（）
2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（）
3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（）
4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（）
5、复合材料具有可设计性。（）
6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（）
7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（）
8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。（）
9、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到90%。（）
10、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的钨丝芯上形成的。（）
三、问答题(50分，每题5分)【得分：】
1.选择复合材料用树脂基体时，主要应考虑哪几方面问题？
2.
3.环氧树脂和酚醛树脂固化各有什么特点对制备工艺有什么影响
4.
5.
6.简述玻璃纤维主要优缺点？
7.
8.
9.简述芳香族聚酰胺纤维主要优缺点？
11.
12.说明UHMWPE纤维的结构、性能和应用范围。
13.
14.简述玻璃纤维直接熔融法制备工艺
15.
16.在PAN法制备碳纤维的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化三个过程？
17.
18.复合材料成型时施加压力的主要作用是什么？复合材料为什么要采用低压成型？
19.
20.如何选择复合材料制件的成型方法？
10.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？
——参考答案及评分标准——
一、选择题(30分，每题2分)【得分：】
1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（）
2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（）
3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（）
4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（）
5、复合材料具有可设计性。（）
6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（）
7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（）
8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。（）
9、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到90%。（）
10、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的钨丝芯上形成的。（）
三、问答题(50分，每题5分)【得分：】
1.选择复合材料用树脂基体时，主要应考虑哪几方面问题？
答：1)能够满足产品的使用需要，如使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。高拉伸模量、高拉伸强度、高断裂韧性的基体有利于提高复合材料的力学性能；
2)对纤维具有良好的润湿性和粘结性；3)容易操作，如要求胶液具有足够的适用期、预浸料具有足够长的储存期、固化收缩小等；4)低毒性、低刺激性；5)价格合理
2.不饱和聚酯树脂的固化过程
答：不饱和聚酯树脂的的固化是一个放热反应，其过程可分为以下三个阶段： 1）胶凝阶段从加入促进剂后到树脂变成凝胶状态的一段时间。这段时间对于玻璃钢制品的成型工艺起决定性作用，是固化过程最重要的阶段。
2）硬化阶段硬化阶段是从树脂开始到胶凝到一定硬度，能把制品从模具上取下为止的一段时间。
3）完全固化阶段通常在室温下进行，在后处理之前，室温至少要放置24小时，这段时间越长，制品吸水率越小，性能越好。
3.简述玻璃纤维主要优缺点？
答：玻璃纤维的特点：拉伸强度和冲击强度高，延伸率小；弹性模量较大；耐热，属于无机材料，不可燃；化学耐久性好；绝缘性和绝热性好；吸水率较低；与基体材料粘结性好；价格较其他增强材料低；可作为有机聚合物基或无机非金
属材料基复合材料的增强体。缺点：容易被水腐蚀。
4.简述芳香族聚酰胺纤维主要优缺点？
芳香族聚酰胺纤维：外观呈黄色；强度高、弹性模量高，密度小~，比强度极高（与S-GF、CF-Ⅱ相当）、比模量高（约为GF的2倍），韧性好，耐冲击，抗疲劳抗蠕变；除少数强酸强碱外，对其他介质（普通有机溶剂、盐类溶液等）有很好的耐化学药品性；具有自熄性和良好的热稳定性；高温下不溶，300 ℃以上短时间强度不变，温度上升纤维逐渐热分解或碳化；热膨胀系数为各向异性，纵向热膨胀系数为负值；但对紫外线较敏感，不宜曝光使用；抗压抗扭性差；耐水性差。
5.说明UHMWPE纤维的结构、性能和应用范围。
性能：聚乙烯纤维超轻，密度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。6.简述玻璃纤维直接熔融法？
答：池窑拉丝法（直接熔融法）
玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类（硅砂、石英石、硼酸、粘土、氟石等），经熔融（ 1300℃）后，借自重由坩埚底部的漏丝板流出，孔径为～
2mm，流出的玻璃液温度约为1190℃，在迅速冷却的过程中，借助高速（1000～3000m／min）转动，拉制成直径很细（3～20 μm）的玻璃纤维。从坩埚中拉出的每根纤维叫单丝，一个坩埚拉出的所有单丝经过浸润剂槽后，集束成一根原纱。
7.在PAN法制备碳纤维的工艺过程中，为什么要进行预氧化、碳化和石墨化三个过程？
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。
8.复合材料成型时施加压力的主要作用是什么？复合材料为什么要采用低压成型？
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9.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
10.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，增厚效果显着，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，增厚效果显着，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。