材料，刚性纤维的破坏应变明显地小于基体的破坏应变，即?fu
uu?Vm??m??1?Vf? 基体可以全部承受，此时复合材料的强度为：?1u??m当Vf较大时，纤维发生断裂时，转移到基体上的载荷很大，使基体无法承受全
部载荷。因此，当纤维断裂后，基体即刻断裂，复合材料的强度为：
''?u??u?1u??uf?Vf??m??1?Vf? f?Vf??m?Vm或1?fu
u'u'??m??mVf的变化）：Vf'???m???uf??m?
十一、垂直于纤维扩展的裂纹需要克服哪些断裂能？
对于脆性纤维/脆性基体复合材料，需要克服的断裂功：纤维拔出和纤维断裂（吸收能量）、纤维与基体的脱胶（纤维与基体的界面较弱时：消耗贮存的应变能）、应力松弛（纤维断裂时：消耗贮存的应变能）、纤维桥连（消耗纤维上的应变能）。
对于脆性纤维/韧性基体复合材料，基体的塑性变形（粘接强度很高、纤维无法拔出时：吸收能量）也会增加断裂功。
十二、什么是纤维的长度分布？如何表示？
纤维的长度分布是指短切纤维的长度与纤维数量之间的关系，对复合材料的性能有决定性作用。
通常用纤维长度的平均值表示，有两种方法： 纤维长度的数均长度：LN??Ni?Li（Ni：长度为Li的纤维数量）
?Ni?Wi?Li（Wi：长度为Li的纤维质量） ?Wi纤维长度的重均长度：LW?数均长度LN低于重均长度LW，在正态分布时，LN与纤维长度的中值相同。
十三、试写出取向短纤维复合材料的弹性性能表达式，给出取向效率因子的计算方法。
取向分布的短纤维复合材料，弹性性能：
E??0??l?Ef?Vf?Em??1?Vf?（?0：取向效率因子）
取向效率因子?0：?0A???A'ffAcos???Aff4?
?A??A'ffcos4?（Af：一组平行纤维的总的横截面积；?：纤维与外载荷的
夹角；Af'：平行于外载荷方向的一组等效纤维的总截面积）
十四、试讨论短纤维复合材料的强度性能。
由于纤维长度和体积含量的不同，短纤维复合材料的纵向强度是不同的，纵向破坏有两种形式：l 对于纤维长度l和直径d都相同、单向平行排列的短纤维复合材料，当纤维受拉伸应力时：?c=?f·Vf+?m·Vm（拉应力在纤维端部为0，在纤维中部最大） 纤维端部?f0为0，?fu发生在（l-lc）的中间部位，因此纤维的平均应力?f： ?f?u?uf?lc/2??f??l?lc?llc????u?1?f?? ?2l?因此，复合材料承受的最大应力（即复合材料的强度）（(?m)fu：纤维所受拉伸力作用达到拉伸屈曲破坏应力时的基体应力）：?u??uf??1? 十五、如何衡量聚合物基体的耐热性？如何提高聚合物的玻璃化温度？简述填料影响聚合物玻璃化温度的原因。 表征聚合物基体耐热性的物理量是玻璃化温度Tg，对于结晶性聚合物则是熔点Tm：玻璃化温度在宏观上是指聚合物由玻璃态转变为高弹态的特征温度，在微观上是高分子链段开始运动的温度。实际应用中，使用热变形温度来表征材料的耐热性。 提高聚合物玻璃化温度的方法：增加大分子链的刚性（提高主链的刚性——不饱和共价键、环烃、侧链引入极性基团、交联等）；添加填料。 填料影响聚合物玻璃化温度的原因：改变了聚合物的微观结构：①改变了界面层聚合物大分子的敛集密度（一般情况下是密度降低），使分子间作用力发生改变。②在界面上，填料——聚合物分子之间发生作用力，使聚合物大分子链段的运动受到阻碍，从而使聚合物的玻璃化温度升高。 十六、试述Sb2O3、钼化物、Al(OH)3的阻燃机理。 Sb2O3：最常用的阻燃填料之一，单独使用时几乎没有阻燃效果，与有机卤化物并用时具有明显的阻燃效果。对于含氯有机物：Sb2O3与含氯有机物分解生成的HCl作用生成SbCl3，生成的SbCl3在气相捕捉H·、HO·和·CH3等活性自由基从而减缓燃烧过程的进行；对于含溴有机物：它们与Sb2O3之间也有类似的阻燃协 ??lc?u?V???f?m?f?Vm 2l?同作用。 生成的SbX3在固相与聚合物反应生成碳化物层，抑制残留的聚合物热分解，并隔绝向聚合物提供氧。 钼化物：阻燃效果略低于Sb2O3，但具有抑制燃烧时发烟的特点。钼化物的阻燃机理主要不是通过气相反应，而是在固相上促进碳化层的生成或者促进卤素或卤化氢的生成以实现阻燃效果。 Al(OH)3：热塑性和热固性聚合物中最常用的阻燃性填料之一。Al(OH)3的阻燃作用：脱水时的吸热效应，降低了凝聚相的温度，有效地减缓了聚合物的分解速度；脱水放出的水稀释了聚合物热解所生成的可燃性气体并减少了烟雾的生成。 第三章 一、判断题：判断以下各论点的正误。 1、不饱和聚酯树脂是用量最大的聚合物复合材料基体。（?） 2、环氧树脂是用于耐高温的热固性树脂基体。（?） 3、热固性树脂是一种交联的高分子，一般不结晶；而热塑性树脂是线型、结晶的高分子。（?） 4、聚酰亚胺是一类分子中含有基团的热固性树脂。（?） 1、MMC具有比聚合物基复合材料更高的比强度和比模量。（?） 2、MMC具有比其基体金属或合金更高的比强度和比模量。（?） 3、原位复合MMC的增强材料/基体界面具有物理与化学稳定性。（?） 4、原位复合法制备MMC的基本思路是为了提高增强材料与基体之间的浸润性和减少界面反应。（?） 5一般，颗粒及晶须增强MMC的疲劳强度及寿命比基体金属或合金高。（?） 6、陶瓷纤维增强MMC的抗蠕变性能高于基体金属或合金。（?） 1、陶瓷基复合材料的制备过程大多涉及高温，因此仅有可承受上述高温的增强材料才可被用于制备陶瓷基复合材料。（?） 2、化学气相浸渍法（CVI）是一种用于多孔预制体的化学气相沉积。（?） 3、在碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷复合材料的压制阶段，碳化硅晶须取向于垂直于压轴方向。（?） 4、Y2O3加入到ZTA（zirconia toughening alumina）中是为了促进相变形成单斜晶体。（?） 5、陶瓷复合材料中，连续纤维的增韧效果远远高于颗粒增韧的效果。（?） 6、玻璃陶瓷是含有大量微晶体的陶瓷。（?） 7、陶瓷基复合材料的最初失效往往是陶瓷基体的开裂。（?） 1、所有的天然纤维是有机纤维，所有的合成纤维是无机纤维。（?） 2、聚乙烯纤维是所有合成纤维中密度最低的纤维。（?） 3、玻璃纤维是晶体，其晶粒尺寸约20?m。（?） 4、氧化铝纤维仅有?-Al2O3晶体结构。（?） 5、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的丝芯上形成的。（?） 6、PAN是SiC纤维的先驱体。（?） 7、纤维表面处理是为了使纤维表面更光滑。（?） 8、Kevlar纤维具有负的热膨胀系数。（?） 9、石墨纤维的含碳量、强度和模量都比碳纤维高。（?） 1、Cf/C是目前唯一可用于温度高达2800℃的高温复合材料，但必须是在非氧化性气氛下。（?） 2、Cf/C的制备方法与MMC的制备方法相类似，如液态法、固态法等。（?） 3、Cf/C已在航空航天、军事领域中得到了广泛应用，这主要是因为其价格便宜、工艺简便易行，易于推广应用。（?） 4、单向增强和三维增强的Cf/C的力学与物理性能（热膨胀、导热）为各向同性。（?） 5、一般沉积碳、沥青碳以及树脂碳在偏光显微镜下具有相同的光学特征，即各向同性。（?） 6、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%。（?） 7、采用硼类添加剂，如B2O3、B4C等，Cf/C的抗氧化温度可提高到600℃左右。（?） 8、目前，高温抗氧化保护涂层已可使Cf/C安全使用温度达1650℃，在更高温度下只能起短时保护作用。（?） 二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。 1、聚酰亚胺的使用温度一般在：（D） A、120℃以下 B、180℃以下 C、250℃以下 D、250℃以上 2、拉挤成型是（A、C） A、低劳动强度、高效率FRP生产方法。 B、适于大型、复杂形状制品。 C、适于恒定截面型材。 D、设备投资少。 3、玻璃纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因是（B、D） 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、纤维吸湿、强度降低。 D、破坏纤维与基体界面。 4、碳纤维表面处理是为了（A、C、D） A、表面引入活性官能团，如羧基、羟基、羰基等。 B、表面引入偶联剂。 C、清除表面污染。 D、增加纤维与基体粘结强度。 5、偶联剂是这样一种试剂：（A、C） A、它既能与纤维反应，又能与基体反应。 B、它能与纤维反应，但不能与基体反应，也不与基体相容。 C、它能与纤维反应，不与基体反应，但与基体相容。 D、它不与纤维反应，但与基体反应或相容。 1、通常MMC（metal matrix composite）（B、C） A、采用高熔点、重金属作为基体。 B、要比基体金属或合金的塑性与韧性差。 C、要比基体金属或合金的工作温度高。 D、要比基体金属或合金的弹性模量低。 2、原位MMC（B、D） A、可以通过压铸工艺制备。 B、可以通过定向凝固工艺制备。 C、可以通过扩散结合或粉末法制备。 D、可以通过直接金属氧化法（DIMOXTM）制备。 3、单向纤维增强MMC的纵向拉伸模量（A、D） A、随纤维体积含量的增加而增加。 B、与纤维体积含量无关，而与纤维和基体的模量有关。 C、与横向拉伸模量相同。 D、与基体的模量有关。 4、在体积含量相同情况下，SiC晶须与颗粒增强MMC（B） A、具有基本相同的抗拉强度和屈服强度。 B、具有基本相同的拉伸模量。 C、具有基本相同的断裂韧性。 D、具有基本相同的蠕变性能。 5、MMC制备工艺中，固态法与液态法相比（A、B） A、增强材料与基体浸润性要求可以降低。 B、增强材料在基体中分布更均匀。 C、增强材料仅局限于长纤维。 D、增强材料/基体界面反应更剧烈（如果存在界面反应时）。 6、为了改善增强材料与基体浸润性，制备MMC时，可以通过（A、B、D） A、基体合金化，以降低液态基体的表面张力。