复合材料试题B卷及答案

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 得 分 二 三 四 五 六 七 总分 评分人 一、选择题(30分，每题2分) 【得分： 】

题号 答案 题号 答案 1 11 2 12 3 13 4 14 5 15 6 16 7 17 8 18 9 19 10 20 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（ ）

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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。 （ ）

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】

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？

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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？

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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？

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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？

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—— 参考答案及评分标准 ——

一、选择题(30分，每题2分) 【得分： 】

题号 答案 题号 答案 1 C 11 C 2 A 12 C 3 B 13 B 4 A 14 D 5 D 15 D 6 A 16 7 B 17 8 A 18 9 C 19 10 A 20 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

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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（3～20 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。

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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

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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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