复合材料试题B卷与答案.docx
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复合材料试题B卷与答案
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。
题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
评分人
得分
一、选择题(30分,每题2分)【得分:
】
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
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、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.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?
3.简述玻璃纤维主要优缺点?
4.简述芳香族聚酰胺纤维主要优缺点?
5.说明UHMWPE纤维的结构、性能和应用范围。
6.简述玻璃纤维直接熔融法制备工艺?
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?
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?
9.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:
】
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
C
A
B
A
D
A
B
A
C
A
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
C
C
B
D
D
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?
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(1.44~1.45),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。
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1.5~2mm,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(3~20μm)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。
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