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樹脂基復合材料界面力學

發布時間:2024-08-02 05:12:59

Ⅰ 哈工大材料研究生錄取分數線是多少

復試分數線是320(09),310(08),310(07)過這個線可以參加復試.
具體錄取分數線分方向
材料科學基本過復試線可以,復試分筆試(200分,120過線)和面試(80分)都得過線
加工最後錄取分看初試加復試的總分.
焊接,分數最高,基本過360才有戲,復試還得答得好
鍛壓,350以上吧.
鑄造,稍微少點.
這個線還和報的人數有關,具體方向在復試的時候選.
材料加工考金屬學與熱處理,材料學不是。
你自己看下面的考試大綱,各個方向說的很明白。材料加工考最後一組。
選答題部分考試大綱

第一組:「材料結構與力學性能(選答)」部分考試大綱
(材料學學科,金屬材料與陶瓷材料方向選答部分;材料物理與化學學科,材料物理與化學方向)

一、考試要求
試卷內容分為兩部分:第一部分為材料結構與缺陷;第二部分為材料力學性能。
材料結構與缺陷部分的基本要求是應考者需全面掌握晶體材料結構及其缺陷的基本概念、基本規律、基本原理,要求能靈活運用材料結構與缺陷的基本理論綜合分析材料結構與性能的相關性。
材料力學性能的基本要求是:(1)理解並掌握材料彈性變形、塑性變形與斷裂等基本力學行為的宏觀規律及微觀本質,並進一步了解應力狀態、試樣幾何因素以及環境因素對材料力學行為的影響;(2)熟悉材料常用力學性能指標的意義、測試原理、影響因素及其應用范圍,具有按照實際工作條件和相關標准、規范等正確選擇試驗方法和指標進行材料測試、評價及選擇材料的能力,並了解改善材料力學性能的基本方法和途徑。
二、考試內容
1)材料結構與缺陷部分
a:晶體學基礎:原子的結合鍵、結合能;結合鍵的特點、與性能的關系;晶體學的基本概念;晶面指數、晶向指數的標定;晶面間距的計算;晶體的對稱性。
b:晶體結構:典型純金屬的晶體結構;合金相的晶體結構;離子晶體結構;共價晶體結構;亞穩態結構。
c:晶體缺陷:晶體缺陷的分類、結構、表徵、運動特性;空位和間隙原子形成與平衡濃度;位錯的基本類型與表徵、位錯的運動與增殖、位錯的彈性性質、實際晶體中的位錯;界面、相界、孿晶界;位錯及位錯與其他晶體缺陷的交互作用。
d:相圖:相圖的基本規律、分析方法與應用;分析各種類型的二元相圖及其晶體的結晶過程和組織;三元相圖的基本知識。
2)材料力學性能部分
a:材料基本力學性能試驗:(1) 掌握靜載拉伸試驗方法與拉伸性能指標的含義及測定,熟悉典型材料拉伸變形斷裂行為與應力-應變曲線;(2) 熟悉壓縮、彎曲、扭轉試驗原理、特點及應用,了解應力狀態對材料力學行為的影響;(3) 掌握布氏、洛氏、維氏硬度試驗原理、特點及應用范圍。
b:材料變形行為與變形抗力:(1)掌握彈性變形行為及其物理本質,熟悉材料的彈性常數及其工程意義;(2)熟悉材料塑性變形行為及其微觀機制,了解材料物理屈服現象;(3)了解材料的理論與實際屈服強度、微觀與宏觀屈服應力及宏觀屈服判據;(4)了解材料強化的基本途徑與常用方法。
c:材料斷裂行為:(1)了解材料常見斷裂形式及其分類方法;(2)熟悉金屬延性斷裂行為及微觀機制;(3)熟悉解理和沿晶斷裂行為及微觀機制;(4)了解斷裂的宏觀強度理論。
d:材料的脆性及脆化因素:(1)了解材料脆性的本質及表現,熟悉微觀脆性與宏觀脆性的聯系與區別;(2)熟悉缺口頂端的應力和應變特徵,了解缺口試樣拉伸行為及缺口敏感性;(3)了解沖擊載荷特徵與沖擊變形斷裂特點,掌握缺口試樣沖擊試驗與沖擊韌性的意義及應用;(4)了解材料低溫脆性的本質及其評定方法。
e:材料裂紋體的斷裂及其抗力:(1)了解材料的理論斷裂強度,掌握Griffith強度理論及應用;(2)掌握線彈性斷裂力學的基本概念與基本原理,了解裂紋尖端塑性區及其修正; (3)了解裂紋體的斷裂過程與斷裂韌性的測定及其影響因素。
f:材料的疲勞:(1)熟悉高周、低周疲勞行為,s-N與-N疲勞曲線及其經驗規律,掌握疲勞抗力的意義及表徵; (2)了解疲勞斷裂過程、特徵及微觀機制;(3)掌握疲勞裂紋擴展的斷裂力學處理思路與Paris方程;(4)了解材料疲勞抗力的影響因素。
g:材料高溫力學性能:(1)了解高溫下材料力學性能特點、高溫蠕變行為、斷裂過程及其微觀機制;(2)掌握蠕變極限與持久強度指標的含義、評價方法及影響因素。
三、試卷結構
a)滿分:100分 (材料結構與缺陷、材料力學性能各佔50分)
b)題型結構
a:材料結構與缺陷部分(50分)
(1)概念題(名詞解釋、多項選擇、填空、改錯等)(10分)
(2)簡答題(10分)
(3)計算題(10分)
(4)綜合論述及應用題(20分)
b:力學性能部分(50分)
(1)基本術語解釋(10分)
(2)多項選擇(5分)
(3)簡答題(15分)
(4)綜合論述與計算題(20分)
四、參考書目
1.《材料科學基礎》,胡賡祥、蔡珣主編,上海交通大學出版社,2000年
2.《材料科學基礎》,潘金生、仝健民、田民波編,清華大學出版社,1998年
3.《材料的力學性能》(第2版),鄭修麟主編,西北工業大學出版社,2000年
4.《材料力學性能》,石德珂、金志浩編,西安交通大學出版社, 1998年

第二組:「無機材料物理化學(選答)」部分考試大綱
(材料學學科,無機非金屬材料方向選答部分)

一、 考試要求:
要求學生熟練掌握本大綱所求的內容,並能夠利用相關原理,解決工程中所遇到的實際問題。
二、考試內容:
1)熱力學第一定律:熱力學第一定律、焓、熱容、熱力學第一定律對理想氣體的應用、熱化學。
2)熱力學第二定律:熵的概念、熵變的計算、Helmholz自由能和Gibbs自由能、化學反應方向的確定、熱力學對單組分體系的應用、偏摩爾量與化學勢、化學勢與化學平衡。
3)溶液:概念、拉烏爾定律、亨利定律、混合溶液各組分的化學勢、混合氣體各組分的化學勢。
4)相平衡:相平衡條件、相律、水的相圖、二組分相圖的組成原理、杠桿規則、二元凝聚體系相圖、形成化合物的二元相圖;三組分體系相圖的構成原理、三組分固熔體系相圖分析。
5)化學平衡:化學反應的平衡條件、液相與氣相的反應平衡常數、化學反應平衡常數與標准生成Gibbs自由能。
6)界面現象:表面自由能和表面張力、彎液面下的附加壓力、彎液面上的蒸汽壓、吉布斯吸附公式、潤濕現象和接觸角、表面活性劑。
7)熱力學應用:熱力學勢函數及應用。
8)相變:液固相變熱力學,液固相變動力學,均勻成核與非均勻成核。
9) 燒結:燒結過程動力學,燒結過程中的物質傳遞。
三、 試卷結構:
a) 滿分:100分
b) 題型結構
a:選擇題(20分)
b:問答題(30分)
c:計算題(50分)
四、 參考書目
《物理化學》,傅獻彩、沈文霞、姚天揚主編,高等教育出版社,2000年
《無機材料科學基礎》陸佩文 編著 武漢工業大學出版社,1996年

第三組:「高分子材料(選答)」部分考試大綱
(材料學學科,樹脂基復合材料方向;材料物理與化學學科,高分子材料方向選答部分)

二、 考試要求:
要求學生熟練掌握本大綱所求的內容,並能夠利用相關原理,解決實際問題。《高分子材料學》滿分100分。
高分子化學部分
第一章 緒論
「掌握內容」
1. 基本概念:單體、聚合物、聚合反應、結構單元、重復單元、單體單元、鏈節、聚合度、均聚物、共聚物。
2.加成聚合與縮合聚合;連鎖聚合與逐步聚合。
3. 從不同角度對聚合物進行分類。
4. 常用聚合物的命名、來源、結構特徵。
5.線性、支鏈形和體形大分子。
6. 聚合物相對分子質量及其分布。
7.大分子微結構。
8.聚合物的物理狀態和主要性能。
「熟悉內容」
1. 系統命名法。
2. 典型聚合物的名稱、符號及重復單元。
3. 聚合物材料和機械強度。
第二章 自由基聚合
「掌握內容」
1.自由基聚合的單體。
2.自由基基元反應每步反應特徵;自由基聚合反應特徵。
3.常用引發劑的種類;引發劑分解動力學;引發劑效率;影響引發劑效率的因素;引發劑選擇原則。
4.聚合動力學研究方法;自由基聚合微觀動力學方程推導;自由基聚合反應速率常數;自動加速現象。
5.無鏈轉移反應時的分子量;鏈轉移反應對聚合度的影響。
6.影響聚合反應速率和分子量的因素(溫度、壓力、單體、引發劑)。
7.阻聚與緩聚。
8.聚合熱力學。
「熟悉內容」
1. 熱聚合、光引發聚合、輻射聚合。
2. 聚合過程中速率變化的類型。
3 自由基聚合的相對分子質量分布。
4.反應速率常數的測定。
第三章 自由基共聚合
「掌握內容」
1. 共聚合基本概念:
無規共聚物,接枝共聚物,交替共聚物,嵌段共聚物,竟聚率,恆比點。
2.共聚物的分類和命名。
3.二元共聚組成微分方程推導。
4. 理想共聚、交替共聚、非理想共聚(有或無恆比點)的定義,根據竟聚率值判斷兩單體對的共聚類型及共聚組成曲線類型。
5. 共聚物組成控制方法。
6.共聚物微觀結構與鏈段分布。
7. 單體和自由基活性的表示方法,取代基的共軛效應、極性效應及位阻效應對單體和自由基活性的影響。
「熟悉內容」
1.共聚合的意義及典型共聚物。
2.影響竟聚率的因素和竟聚率測定方法。
3.共聚物的組成與轉化率的關系。
4.多元共聚。
5.共聚合速率。
第四章 聚合方法
「掌握內容」
1. 四種聚合實施方法的基本組成及優缺點。
2. 懸浮聚合與乳液聚合的機理及動力學。
「熟悉內容」
1. 典型聚合物的聚合實施方法。
2. 聚合方法的選擇。
第五章 陽離子聚合
「掌握內容」
1.陽離子聚合常見單體與引發劑。
2.陽離子聚合機理。
3.影響陽離子聚合因素 .
第六章 陰離子聚合
「掌握內容」
1.陰離子聚合常見單體與引發劑。
2.陰離子聚合機理,聚合速率及聚合度。
3.影響陰離子聚合因素。
4.活性陰離子聚合聚合原理、特點及應用。
5. 陽離子聚合、陰離子聚合、自由基聚合的比較。
第九章 逐步聚合反應
「掌握內容」
1. 逐步聚合的基本概念:
官能團,平均官能度,線形縮聚,反應程度,當量系數,體型縮聚,無規預聚物,結構預聚物,凝膠化作用,凝膠點。
2.縮聚反應的類型及典型聚合物的命名。
3. 逐步聚合反應的特點。
4. 逐步聚合官能團等活性理論。
5.縮聚反應聚合物分子量的控制。
6. 典型線性和體型縮聚物的合成方法。
7. 線形逐步聚合與體型逐步聚合的比較。
8. 逐步聚合與連鎖聚合的比較。
「熟悉內容」
1. 線形逐步聚合動力學。
2. 縮聚物的分子量分布。
3. 影響聚合反應動力學方程的因素。 .
第十章 聚合物的化學反應
「掌握內容」
1. 聚合物化學反應的基本概念:
幾率效應,鄰近基團效應。
2. 聚合物與小分子反應活性的比較及影響因素。
3. 典型的聚合物的化學反應
聚乙酸乙酯的反應
芳香烴的取代反應
4.制備嵌段聚合物及接枝聚合物常用的方法。
5. 聚合物交聯反應:橡膠的硫化、飽和聚烯烴的過氧化物交聯。
6. 典型聚合物的熱降解反應。
「熟悉內容」
1. 纖維素的反應、鹵化反應、環化反應。
2. 光致交聯固化。
3. 氧化降解、聚合物老化機理及老化的防止與利用。
4. 功能高分子的定義及主要種類。
高分子物理部分
第一章 高分子鏈的近程結構
「掌握內容」
1.化學組成:基團(極性與非極性),單體單元(均聚與共聚)及末端基;梯形與螺旋型結構。
2.鍵接結構:頭-頭(尾-尾)及頭-尾結構。
3.構型(旋光異構,幾何異構)。
4.支化與交聯
「熟悉內容」
1.高分子鏈構型的測定方法。
第二章 高分子鏈的遠程結構
「掌握內容」
1.基本概念:
均方末端距,高斯鏈,構象。
2.高分子鏈長、末端距的計算方法; 高分子鏈的柔順性及本質。
「熟悉內容」
1.高分子鏈的旋轉及構象統計。
第三章聚合物的聚集態結構
「掌握內容」
1.基本概念:
單晶,片晶,球晶,纖維狀晶,串晶,伸直鏈晶體;結晶度,取向,取向度;內聚能密度,相容性。
2.Keller折疊鏈模型;無規線團模型;局部有序模型。
3.高分子鏈結晶動力學。
4.結晶度及取向的測定方法,液晶的表徵。
5.高分子合金
「熟悉內容」
1.不同晶型的形成條件。
2.取向對聚合物材料的影響。
第四章 高分子的運動
「掌握內容」
1.高聚物分子運動的特點。
2.玻璃化轉變。
4. 玻璃化溫度與鏈結構的關系。
5. 玻璃態的分子運動。
6. 晶態高聚物的分子運動。
「熟悉內容」
1. 高聚物分子運動的研究方法。
第五章 高聚物的力學性能
一、高彈性
「掌握內容」
1.基本概念:
楊氏模量,切變模量,本體模量,熵彈性。
2.橡膠高彈形變的特點與本質。
「熟悉內容」
1. 橡膠彈性動力學分析及統計理論。
2.典型的熱塑性彈性體。
二、聚合物的粘彈性
「掌握內容」
1.基本概念:
蠕變,應力鬆弛,動態粘彈性, 滯後與阻尼,Boltzmann疊加原理,時-溫等效原理,鬆弛(遲後)時間及其鬆弛(遲後)時間譜。
2. 高分子材料(包括高分子固體,熔體及濃溶液)的力學行為特性,粘彈性本質。
3.描述聚合物粘彈性的力學模型及所描述的聚合物的力學過程。
「熟悉內容」
1. Maxwell模型與Voigt(或Kelvin)模型的數學推導。
2. WLF方程及應用。
3. 粘彈性的研究方法。
三、聚合物的屈服和斷裂
「掌握內容」
1. 基本概念:
屈服應力,斷裂應力,沖擊強度,疲勞, 銀紋,剪切帶,脆性斷裂,韌性斷裂,應力集中。
2. 晶態、非晶態及取向聚合物應力-應變特點。
3. 聚合物的屈服與增韌機理。
4. 影響聚合物強度的因素與增強途徑、機理。
「熟悉內容」
1. 斷裂理論。
第六章 聚合物的電學性能、熱性能、光學性能
「掌握內容」
1.基本概念:
介電極化,介電鬆弛,摻雜,壓電系數, 焦電系數, 聚合物壓電體。
2.高聚物的導電率、導電聚合物的結構與導電性。
3.高聚物的熱穩定性、熱膨脹、熱傳導,熱變形溫度。
4.折光指數,透明度,霧度,雙折射,散射。
「熟悉內容」
1.高聚物的電擊穿,高分子的靜電現象。
第七章 高分子溶液
「掌握內容」
1.基本概念:
溶度參數,Huggins參數,θ溫度,第二維利系數A2,聚合物增塑,凝膠,凍膠。
2.高分子的溶解過程;溶劑對聚合物溶解能力判定原則;高分子溶液與理想溶液的偏差;Flory-Huggins高分子溶液理論;Flory-Krigbaum稀溶液理論。
3.Huggins參數、θ溫度及第二維利系數A2之間的關系;θ溶液與理想溶液。
4.高分子濃溶液及應用。
「熟悉內容」
1. Flory-Huggins晶格理論的假定條件及局限性。
第八章 聚合物的分子量和分子量分布
「掌握內容」
1.基本概念:
相對粘度,增比粘度,比濃粘度,比濃對數粘度,特性粘度,數均分子量、重均分子量、粘均分子量、Z均分子量。
2.聚合物分子量的統計意義;常用的統計平均相對摩爾質量。
3.相對摩爾質量分布寬度及表示方法。
4.聚合物分子量的測定原理;不同測定方法的適用范圍。
5.特性粘度和相對摩爾質量的關系。
6.高分子的分級方法。
參考書目
1、潘祖仁編,《高分子化學》(第三版),化學工業出版社,2004.
2、何曼君等編,《高分子物理》(第二版),復旦大學出版社,2000.

第四組:「復合材料基礎(選答)」部分考試大綱
(航天學院材料學學科,復合材料方向選答部分)

一、考試要求
復合材料基礎滿分為100分。主要考察學生對材料科學和復合材料學基礎知識的掌握程度。
二、考試內容
1)復合材料的基本概念及原理
a:基本概念
b:分類方法
c:性能特點
d:基本設計原理
2)復合材料的基體
a:聚合物
b:金屬
c:陶瓷
3)復合材料的增強相的形態及製造工藝
a:纖維
b:顆粒
4)復合材料的界面
a:基本概念
b:粘結機制
c:陶瓷相變增韌
5)聚合物基、金屬基和陶瓷基復合材料
a:聚合物基復合材料的製造工藝、性能特點及應用
b:金屬基復合材料的製造工藝、性能特點及應用
c:陶瓷基復合材料的製造工藝、性能特點及應用
6)復合材料的性能分析及測試
a:性能分析
b:性能測試
三、試卷結構
a) 滿分:100分
b) 題型結構
a:概念題(20分)每題4分,共5題。
b:簡答題(40分)每題8分,共5題。
c:論述題(40分)每題20分,共2題。
四、參考書目
1.《復合材料概論》,王榮國、武衛莉、谷萬里編著,哈爾濱工業大學出版社,2003年1月
2.《高性能復合材料學》,郝元凱、肖加余編著,化學工業出版社,2004年1月

第五組:「固體物理(選答)」部分考試大綱
(材料物理與化學學科,材料物理與化學方向選答部分)

一、考試要求
要求考生系統地掌握固體物理的基本概念和基本原理,並能利用固體物理的基本原理分析固體的物理性能。要求考生對晶體結構與晶體結合、晶格熱振動及固體的熱性質、固體電子論(特別是能帶結構)等基本原理有很好的掌握,並能熟練應用固體物理的基本原理分析固體的導電性質與磁性質等物理性質。
二、考試內容
1)固體結構與固體結合
a:晶體結構
b:晶體衍射與倒易點陣
c:布里淵區
d:固體鍵合的物理本質
2)晶格熱振動及晶體的熱性質
a:格波,聲學和光學格波,聲子
b:固體比熱
c:固體熱傳導
3)自由電子理論及能帶理論
a:費米面
b:霍爾效應
c:固體能帶的基本概念
d:導體、絕緣體和半導體的物理本質
4)半導體晶體
a:半導體的有效質量
b:p型和n型半導體
c:載流子濃度
d:p-n結
三、試卷結構
a)滿分:100分
b)題型結構
a:概念及簡答題(40分)
b:論述題(60分)
c)內容結構
a:固體結構與固體結合(15分)
b:晶格熱振動及晶體的熱性質(30分)
c:自由電子理論及能帶理論(30分)
d:半導體晶體(25分)
四、參考書目
《固體物理學》,黃昆原著、韓汝琦改編,高等教育出版社

第六組:「金屬學與熱處理(選答)」部分考試大綱
(材料加工工程學科,材料加工工程方向選答部分)

一、 考試要求
要求考生全面、系統地掌握「金屬學與熱處理」課程的基礎理論,基本知識和基本技能,並能靈活運用金屬學熱處理理論分析和解決工程實際的問題的綜合能力。
二、考試內容
1)金屬學理論
a:金屬與合金的晶體結構及晶體缺陷
b:純金屬的結晶理論
c:二元合金相圖及二元合金的結晶
d:鐵碳合金及Fe-Fe3C相圖
e:三元合金相圖
f:金屬的塑性變形理論及冷變形金屬加熱時的組織性能變化
2)熱處理原理及工藝
a:鋼的加熱相變理論
b:鋼的冷卻相變理論
c:回火轉變理論
d:合金的時效及調幅分解
e:鋼的普通熱處理工藝及鋼的淬透性
三、試卷結構
a)滿分:100分
b)題型結構
a:基本知識與基本概念題 (約20分)
b:理論分析論述題(約40分)
c:實際應用題(約20分)
d:計算與作圖題(約20分)
c)內容結構
a:金屬學理論(約60分)
b:熱處理原理及工藝(約40分)
d)試題形式
a:選擇題
b:判斷題
c:簡答與綜合題等
四、參考書目:
《金屬學與熱處理原理》,崔忠圻、劉北興編,哈爾濱工業大學出版社,2004年修訂版

Ⅱ 澶嶅悎鏉愭枡鍔涘﹀崥澹鐨勭爺絀舵柟鍚

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Ⅲ 樹脂基復合材料知識

纖維增強樹脂基復合材料常用的樹脂為環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂。目前常用的有:熱固性樹脂、熱塑性樹脂,以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中,也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體,冷卻後又變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型,在加工過程中發生固化,形成不熔和不溶解的網狀交聯型高分子化合物,因此不能再生。復合材料的樹脂基體,以熱固性樹脂為主。早在40年代,在戰斗機、轟炸機上就開始採用玻璃纖維增強塑料作雷達罩。60年代美國在F—4、F—111等軍用飛機上採用了硼纖維增強環氧樹脂作方向舵、水平安定面、機翼後緣、舵門等。在導彈製造方面,50年代後期美國中程潛地導彈「北極星A—2」第二級固體火箭發動機殼體上就採用了玻璃纖維增強環氧樹脂的纏繞製件,較鋼質殼體輕27%;後來採用高性能的玻璃纖維代替普通玻璃纖維造「北極星A—3」,使殼體重量較鋼制殼體輕50%,從而使「北極星A—3」導彈的射程由2700千米增加到4500千米。70年代後採用芳香聚醯胺纖維代替玻璃纖維增強環氧樹脂,強度又大幅度提高,而重量減輕。碳纖維增強環氧樹脂復合材料在飛機、導彈、衛星等結構上得到越來越廣泛的應用。

在化學工業上的應用
編輯
環氧乙烯基酯樹脂在氯鹼工業中,有著良好的應用。
氯鹼工業是玻璃鋼作耐腐材料最早應用領域之一,目玻璃鋼已成為氯鹼工業的主要材料。玻璃鋼已用於各種管道系統、氣體鼓風機、熱交換器外殼、鹽水箱以至於泵、池、地坪、牆板、格柵、把手、欄桿等建築結構上。同時,玻璃鋼也開始進入化工行業的各個領域。在造紙工業中的應用也在發展,造紙工業以木材為原料,造紙過程中需要酸、鹽、漂白劑等,對金屬有極強的腐蝕作用,唯有玻璃鋼材料能抵抗這類惡劣環境,玻璃鋼材料已、在一些國家的紙漿生產中顯現其優異的耐蝕性。
在金屬表面處理工業中的應用,則成為環氧乙烯基酯樹脂重要應用,金屬表面處理廠所使用的酸,大多為鹽酸、基本上用玻璃鋼是沒有問題的。環氧樹脂作為纖維增強復合材料進入化工防腐領域,是以環氧乙烯基酯樹脂形態出現的。它是雙酚A環氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環加成化學反應而製成,每噸需用環氧樹脂比例達50%,這類樹脂既保留了環氧樹脂基本性能,又有不飽和聚酯樹脂良好的工藝性能,所以大量運用在化工防腐領域。
其在化工領域的防腐主要包括:化工管道、貯罐內襯層;電解槽;地坪;電除霧器及廢氣脫硫裝置;海上平台井架;防腐模塑格柵;閥門、三通連接件等。為了提高環氧乙烯基酯樹脂優越的耐熱性、防腐蝕性和結構強度,樹脂還不斷進行改性,如酚醛、溴化、增韌等環氧乙烯基酯樹脂等品種,大量運用於大直徑風葉、磁懸浮軌道增強網、賽車頭盔、光纜纖維牽引桿等。
樹脂基復合材料作為一種復合材料,是由兩個或兩個以上的獨立物理相,包含基體材料(樹脂)和增強材料所組成的一種固體產物。樹脂基復合材料具有如下的特點:
(1)各向異性(短切纖維復合材料等顯各向同性);
(2)不均質(或結構組織質地的不連續性);
(3)呈粘彈性行為;
(4)纖維(或樹脂)體積含量不同,材料的物理性能差異;
(5)影響質量因素多,材料性能多呈分散性。
樹脂基復合材料的整體性能並不是其組分材料性能的簡單疊加或者平均,這其中涉及到一個復合效應問題。復合效應實質上是原相材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互補充的結果。它表現為樹脂基復合材料的性能在其組分材料基礎上的線性和非線性的綜合。復合效應有正有負,性能的提高總是人們所期望的,但有進材料在復合之後某些方面的性能出現抵消甚至降低的現象是不可避免的。
復合效應的表現形式多樣,大致上可分為兩種類型:混合效應和協同效應。
混合效應也稱作平均效應,是組分材料性能取長補短共同作用的結果,它是組分材料性能比較穩定的總體反映,對局部的擾動反應並敏感。協同效應與混合效應相比,則是普遍存在的且形式多樣,反映的是組分材料的各種原位特性。所謂原位特性意味著各相組分材料在復合材料中表現出來的性能並不只是其單獨存在時的性能,單獨存在時的性能不能表徵其復合後材料的性能。
樹脂基復合材料的力學性能
力學性能是材料最重要的性能。樹脂基復合材料具有比強度高、比模量大、抗疲勞性能好等優點,用於承力結構的樹脂基復合材料利用的是它的這種優良的力學性能,而利用各種物理、化學和生物功能的功能復合材料,在製造和使用過程中,也必須考慮其力學性能,以保證產品的質量和使用壽命。
1、樹脂基復合材料的剛度
樹脂基復合材料的剛度特性由組分材料的性質、增強材料的取向和所佔的體積分數決定。樹脂基復合材料的力學研究表明,對於宏觀均勻的樹脂基復合材料,彈性特性復合是一種混合效應,表現為各種形式的混合律,它是組分材料剛性在某種意義上的平均,界面缺陷對它作用不是明顯。
由於製造工藝、隨機因素的影響,在實際復合材料中不可避免地存在各種不均勻性和不連續性,殘余應力、空隙、裂紋、界面結合不完善等都會影響到材料的彈性性能。此外,纖維(粒子)的外形、規整性、分布均勻性也會影響材料的彈性性能。但總體而言,樹脂基復合材料的剛度是相材料穩定的宏觀反映。
對於樹脂基復合材料的層合結構,基於單層的不同材質和性能及鋪層的方向可出現耦合變形,使得剛度分析變得復雜。另一方面,也可以通過對單層的彈性常數(包括彈性模量和泊松比)進行設計,進而選擇鋪層方向、層數及順序對層合結構的剛度進行設計,以適應不同場合的應用要求。
2、樹脂基復合材料的強度
材料的強度首先和破壞聯系在一起。樹脂基復合材料的破壞是一個動態的過程,且破壞模式復雜。各組分性能對破壞的作用機理、各種缺陷對強度的影響,均有街於具體深入研究。
樹脂基復合材強度的復合是一種協同效應,從組分材料的性能和樹脂基復合材料本身的細觀結構導出其強度性質。對於最簡單的情形,即單向樹脂基復合材料的強度和破壞的細觀力學研究,還不夠成熟。
單向樹脂基復合材料的軸向拉、壓強度不等,軸向壓縮問題比拉伸問題復雜。其破壞機理也與拉伸不同,它伴隨有纖維在基體中的局部屈曲。實驗得知:單向樹脂基復合材料在軸向壓縮下,碳纖維是剪切破壞的;凱芙拉(Kevlar)纖維的破壞模式是扭結;玻璃纖維一般是彎曲破壞。
單向樹脂基復合材料的橫向拉伸強度和壓縮強度也不同。實驗表明,橫向壓縮強度是橫向拉伸強度的4~7倍。橫向拉伸的破壞模式是基體和界面破壞,也可能伴隨有纖維橫向拉裂;橫向壓縮的破壞是因基體破壞所致,大體沿45°斜面剪壞,有時伴隨界面破壞和纖維壓碎。單向樹脂基復合材料的面內剪切破壞是由基體和界面剪切所致,這些強度數值的估算都需依靠實驗。
雜亂短纖維增強樹脂基復合材料盡管不具備單向樹脂基復合材料軸向上的高強度,但在橫向拉、壓性能方面要比單向樹脂基復合材料好得多,在破壞機理方面具有自己的特點:編織纖維增強樹脂基復合材料在力學處理上可近似看作兩層的層合材料,但在疲勞、損傷、破壞的微觀機理上要更加復雜。
樹脂基復合材料強度性質的協同效應還表現在層合材料的層合效應及混雜復合材料的混雜效應上。在層合結構中,單層表現出來的潛在強度與單獨受力的強度不同,如0/90/0層合拉伸所得90°層的橫向強度是其單層單獨實驗所得橫向拉伸強度的2~3倍;面內剪切強度也是如此,這一現象稱為層合效應。
樹脂基復合材料強度問題的復雜性來自可能的各向異性和不規則的分布,諸如通常的環境效應,也來自上面提及的不同的破壞模式,而且同一材料在不同的條件和不同的環境下,斷裂有可能按不同的方式進行。這些包括基體和纖維(粒子)的結構的變化,例如由於局部的薄弱點、空穴、應力集中引起的效應。除此之外,界面粘結的性質和強弱、堆積的密集性、纖維的搭接、纖維末端的應力集中、裂縫增長的干擾以及塑性與彈性響應的差別等都有一定的影響。
樹脂基復合材料的物理性能
樹脂基復合材料的物理性能主要有熱學性質、電學性質、磁學性質、光學性質、摩擦性質等(見表)。對於一般的主要利用力學性質的非功能復合材料,要考慮在特定的使用條件下材料對環境的各種物理因素的響應,以及這種響應對復合材料的力學性能和綜合使用性能的影響;而對於功能性復合材料,所注重的則是通過多種材料的復合而滿足某些物理性能的要求。
樹脂基復合材料的物理性能由組分材料的性能及其復合效應所決定。要改善樹脂基復合材料的物理性能或對某些功能進行設計時,往往更傾向於應用一種或多種填料。相對而言,可作為填料的物質種類很多,可用來調節樹脂基復合材料的各種物理性能。值得注意的是,為了某種理由而在復合體系中引入某一物質時,可能會對其它的性質產生劣化作用,需要針對實際情況對引入物質的性質、含量及其與基體的相互作用進行綜合考慮。
樹脂基復合材料的化學性能
大多數的樹脂基復合材料處在大氣環境中、浸在水或海水中或埋在地下使用,有的作為各種溶劑的貯槽,在空氣、水及化學介質、光線、射線及微生物的作用下,其化學組成和結構及各種性能會發生各種變化。在許多情況下,溫度、應力狀態對這些化學反應有著重要的影響。特別是航空航天飛行器及其發動機構件在更為惡劣的環境下工作,要經受高溫的作用和高熱氣流的沖刷,其化學穩定性是至關重要的。
作為樹脂基復合材料的基體的聚合物,其化學分解可以按不同的方式進行,它既可通過與腐蝕性化學物質的作用而發生,又可間接通過產生應力作用而進行,這包括熱降解、輻射降解、力學降解和生物降解。聚合物基體本身是有機物質,可能被有機溶劑侵蝕、溶脹、溶解或者引起體系的應力腐蝕。所謂的應力腐蝕,是摜材料與某些有機溶劑作用在承受應力時產生過早的破壞,這樣的應力可能是在使用過程中施加上去的,也可能是鑒於製造技術的某些局限性帶來的。根據基體種類的不同,材料對各種化學物質的敏感程度不同,常見的玻璃纖維增強塑料耐強酸、鹽、酯,但不耐鹼。一般情況下,人們更注重的是水對材料性能的影響。水一般可導致樹脂基復合材料的介電強度下降,水的作用使得材料的化學鍵斷裂時產生光散射和不透明性,對力學性能也有重要影響。不上膠的或僅只熱處理過的玻璃纖維與環氧樹脂或聚酯樹脂組成的復合材料,其拉伸強度、剪切強度和彎曲強度都很明顯地受沸水影響,使用偶聯劑可明顯地降低這種損失。水及各種化學物質的影響與溫度、接觸時間有關,也與應力的大小、基體的性質及增強材料的幾何組織、性質和預處理有關,此外還與復合材料的表面的狀態有關,纖維末端暴露的材料更易受到損害。
聚合物的熱降解有多種模式和途徑,其中可能幾種模式同時進行。如可通過"拉鏈"式的解聚機理導致完全的聚合物鏈的斷裂,同時產生揮發性的低分子物質。其它的方式包括聚合物鏈的不規則斷裂產生較高分子量的產物或支鏈脫落,還有可能形成環狀的分子鏈結構。填料的存在對聚合物的降解有影響,某些金屬填料可通過催化作用加速降解,特別是在有氧存在的地方。樹脂基復合材料的著火與降解產生的揮發性物質有關,通常加入阻燃劑減少著火的危險。某些聚合物在高溫條件下可產生一層耐熱焦炭,這些聚合物與尼龍、聚酯纖維等復合後,因這些增強物本身的分解導致揮發性物質產生可帶走熱量而冷卻燒焦的聚合物,進一步提高耐熱性,同時賦予復合材料以優良的力學性能,如良好的坑震性。
許多聚合物因受紫外線輻射或其它高能輻射的作用而受到破壞,其機理是當光和射線的能量大於原子間的共價鍵能時,分子鏈發生斷裂。鉛填充的聚合物可用來防止高能輻射。紫外線輻射則一般受到更多的關注,經常使用的添加劑包括炭黑、氧化鋅和二氧化鈦,它們的作用是吸收或者反射紫外線輻射,有些無面填料可以和可見光一樣傳輸紫外線,產生熒光。
力學降解是另一種降解機理,當應力的增加頻率超過一個鍵通過平移所產生的響應能力時,就發生鍵的斷裂,由此形成的自由基還可能對下一階段的降解模式產生影響。硬質和脆性聚合物基體應變小,可進行有或者沒有鏈斷裂的脆性斷裂,而較軟但粘性高的聚合物基體大多是力學降解的。
樹脂基復合材料的工藝特點
樹脂基復合材料的成型工藝靈活,其結構和性能具有很強的可設計性。樹脂基復合材料可用模具一次成型法來製造各種構件,從而減少了零部件的數量及接頭等緊固件,並可節省原材料和工時;更為突出的是樹脂基復合材料可以通過纖維種類和不同排布的設計,把潛在的性能集中到必要的方向上,使增強材料更為有效地發揮作用。通過調節復合材料各組分的成分、結構及排列方式,既可使構件在不同方向承受不同的作用力,還可以製成兼有剛性、韌性和塑性等矛盾性能的樹脂基復合材料和多功能製品,這些是傳統材料所不具備的優點。樹脂基復合材料在工藝方面也存在缺點,比如,相對而言,大部分樹脂基復合材料製造工序較多,生產能力較低,有些工藝(如製造大中型製品的手糊工藝和噴射工藝)還存在勞動強度大、產品性能不穩定等缺點。
樹脂基復合材料的工藝直接關繫到材料的質量,是復合效應、"復合思想"能否體現出來的關鍵。原材料質量的控制、增強物質的表面處理和鋪設的均勻性、成型的溫度和壓力、後處理及模具設計的合理性都影響最終產品的性能。在成型過程中,存在著一系列物理、化學和力學的問題,需要綜合考慮。固化時在基體內部和界面上都可能產生空隙、裂紋、缺膠區和富膠區;熱應力可使基體產生或多或少的微裂紋,在許多工藝環節中也都可造成纖維和纖維束的彎曲、扭曲和折斷;有些體系若工藝條件選擇不當可使基體與增強材料之間發生不良的化學反應;在固化後的加工過程中,還可進一步引起新的纖維斷裂、界面脫粘和基體開裂等損傷。如何防止和減少缺陷和損傷,保證纖維、基體和界面發揮正常的功能是一個非常重要的問題。
樹脂基復合材料的成型有許多不同工藝方法,連續纖維增強樹脂基復合材料的材料成型一般與製品的成型同時完成,再輔以少量的切削加工和連接即成成品;隨機分布短纖維和顆粒增強塑料可先製成各種形式的預混料,然後進行擠壓、模塑成型。
組合復合效應
復合體系具有兩種或兩種以上的優越性能,稱為組合復合效應貧下中農站這樣的情況很多,許多的力學性能優異的樹脂基復合材料同時具有其它的功能性,下面列舉幾個典型的例子。
1、光學性能與力學性能的組合復合
纖維增強塑料,如玻璃纖維增強聚酯復合材料,同時具有充分的透光性和足夠的比強度,對於需要透光的建築結構製品是很有用的。
2、電性能與力學性能的組合復合
玻璃纖維增強樹脂基復合材料具有良好的力學性能,同時又是一種優良的電絕緣材料,用於製造各種儀表、電機與電器的絕緣零件,在高頻作用下仍能保持良好的介電性能,又具有電磁波穿透性,適製作雷達天線罩。聚合物基體中引入炭黑、石墨、酞花菁絡合物或金屬粉等導電填料製成的復合材料具有導電性能,同時具有高分子材料的力學性能和其它特性。
3、熱性能與力學性能的組合復合
①耐熱性能
樹脂基復合材料在某些場合的使用除力學性能外,往往需要同時具有好的耐熱性能。
②耐燒蝕性能
航空航天飛行器的工作處於嚴酷的環境中,必須有防護材料進行保護;耐燒蝕材料靠材料本身的燒蝕帶走熱量而起到防護作用。玻璃纖維、石英纖維及碳纖維增強的酚醛樹脂是成功的燒蝕材料。酚醛樹脂遇到高溫立即碳化形成耐熱性高的碳原子骨架;玻璃纖維還可部分氣化,在表面殘留下幾乎是純的二氧化硅,它具有相當高的粘結性能。兩方面的作用,使酚醛玻璃鋼具有極高的耐燒蝕性能。

Ⅳ 澶嶅悎鏉愭枡鐣岄潰鎵╂暎鐞嗚虹殑鍐呮兜

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