解答：R为C/C复合材料的氧化速率，单位：%/h；K为常数，当C/C复合材料中碳氧化生成CO，K=0.75；?为C/C复合材料的体密度，单位为g/cm3；x为C/C复合材料构件截面厚度的1/2，单位为cm；h为涂层厚度，单位为cm；M为涂层的氧扩散渗透率，单位为g/cm·s。 4.26?m。
九、试述影响复合材料性能的因素。
基体和增强材料（增强体或功能体）的性能；复合材料的结构和成型技术；复合材料中增强材料与基体的结合状态（物理的和化学的）及由此产生的复合效应。
十、复合材料的界面具有怎样的特点？
界面相的化学组成、结构和物理性能与增强材料和基体的均不相同，对复合材料的整体性能产生重大影响。
界面具有一定的厚度（约几个纳米到几个微米），厚度不均匀。
材料特性在界面是不连续的，这种不连续性可能是陡变的，也可能是渐变的。材料特性包括元素的浓度、原子的配位、晶体结构、密度、弹性模量、热膨胀系数等。
十一、什么是浸润？如何描述浸润程度的大小？试讨论影响润湿角大小的因素。
浸润：固-气界面被固-液界面置换的过程，用于描述液体在固体表面上自动铺展的程度。
固体表面的润湿程度可以用液体分子对其表面的作用力大小来表征，具体来说就是接触角。 Young公式讨论了液体对固体的润湿条件：
?lv?cos???sv??sl
降低液-固表面能和液-气表面能或者增大固-气表面能有助于润湿。 ?=0?（?lv=?sv-?sl），完全浸润；0??sv-?sl>0），部分浸润；?>90?（?sv
影响接触角（润湿角）大小的因素：
固体表面的原始状态，例：吸附气体、氧化膜等均使接触角增大。 固体表面粗糙度增加将使接触角减小。
固相或液相的夹杂、相与相之间化学反应的产物都将影响润湿性。原因：夹杂或反应产物改变了固相的性质和固相的表面粗糙度。
十二、如何改善基体对增强材料的润湿性？
1、纤维表面处理：清除纤维表面的杂质、气泡、用化学方法去除纤维表面的氧化膜，或者表面涂层，这些操作都能增进液态基体对纤维的润湿性。
2、变更基体成分：对于金属基复合材料，合金化改善润湿性最方便、有效。
加入合金元素后，?角的变化还与熔化时间有关。
3、改变温度：一般，提高制造温度可以增加润湿性，但是，过高的温度会产生一些不利影响：基体严重过热、氧化、基体与增强材料在高温下发生化学反应、增强材料损伤等。
4、增加液体压力：对于不润湿的情况，必须施加大于Pc（Pc?4?lv?Vf/df?cos?）的外压才能使液体渗入纤维束。
5、改变加工气氛：?sv和?lv值随气体性质的不同而变化，因此改变制造过程中的环境气氛可以控制液体与固体之间的润湿状况。固体或液体表面吸附某种气体，也可以改变?sv或?lv。
十三、简述玻璃纤维表面化学组成、结构及反应性的特点。
玻璃纤维整体化学组成包含Si、O、Al、Ca、Mg、B、F、Na等，但其表面只含有Si、O、Al。
玻璃纤维的结构与块状玻璃相似：由三维空间的不规则连续网络构成，阳离子位于多面体中心，被一定数目的O2-包围，在玻璃内部阳离子与阴离子的作用力处于平衡状态。玻璃表面的阳离子不能获得所需数量的O2-，因而产生一种表面力，此表面力与表面张力、表面吸湿性密切相关，有吸附外界物质的倾向。
玻璃纤维表面会吸附多层水分子膜，表面吸附的水与玻璃组成的中的碱金属或碱土金属作用，在玻璃表面形成-OH基：
?Si-OD+H2O??Si-OH+D++OH-（D：
碱金属或碱土金属）
玻璃纤维上所吸附的水具有明显的碱性，将进一步与二氧化硅网络反应：
?Si-O-Si?+OH-??Si-OH+?Si-O-
反应中生成的?Si-O-将继续与水反应形成另外的OH-：?Si-O-+H2O??Si-OH+OH- 这样，表面的吸附水就破坏了玻璃纤维中的SiO2网络结构，玻璃纤维成分中含碱量愈高，吸附水对SiO2骨架的破坏愈大，纤维强度下降就愈大。 玻璃纤维表面的反应性主要是由表面明显的碱性和Si-OH基团所决定。Si-OH基团具有一般活性基团所具有的反应性质，这种性质是纤维表面改性、改善纤维与树脂基体界面粘结的有利条件。
十四、简述复合材料的界面结合类型及其特点。
1、机械结合：增强材料与基体之间仅依靠纯粹的粗糙表面相互嵌入（互锁）作用进行连接（摩擦力），没有化学作用。
影响机械结合的因素：增强材料与基体的性质、纤维表面的粗糙度、基体的收缩
（正压力）有利于纤维箍紧。
2、溶解与浸润结合：在复合材料的制造过程中，由单纯的浸润和溶解作用，使增强材料和基体形成交错的溶解扩散界面，是一种次价键力的结合。（当基体的基团或分子与增强材料表面间距小于0.5nm时，次价键力就发生作用。次价键力包括诱导力、色散力、氢键等。）
形成溶解与浸润结合的基本条件：增强材料与基体间的接触角小于90?，增强材料与基体间有一定的溶解能力。
3、反应界面结合：基体与增强材料间发生化学反应，在界面上形成新的化合物、以主价键力相互结合。这是一种最复杂、最重要的结合方式。
反应结合受扩散控制，扩散包括反应物质在组分物质中的扩散（反应初期）和在反应产物中的扩散（反应后期）。要实现良好的反应结合，必须选择最佳的制造工艺参数（温度、压力、时间、气氛等）来控制界面反应的程度。
界面反应层是非常复杂的组成，有时发生多个反应，产生交换反应结合。界面的反应产物大多是脆性物质，达到一定厚度时，界面上的残余应力可使其发生破坏，因此，界面结合先随反应程度提高而增加结合强度，但反应达到一定程度后，界面结合有所减弱。
4、混合结合：上述界面结合方式的混合，实际情况中发生的重要的界面结合形式。
十五、简述影响增强材料与基体粘结性能的因素。 固-液复合过程中，固体表面与液体的浸润性。
不同组分的分子或原子彼此相互接近时的状态，形成化学结合时相互作用的强弱。
化学结合的形式（主价键结合：共价键、离子键、金属键等；次价键作用：静电作用、诱导力、色散力、氢键、分子间的扩散等）。
十六、试讨论碳纤维/环氧树脂复合材料的界面反应。
碳纤维表面含有氧原子，以羟基、羰基、羧基、内酯基形式存在，这些基团可以与树脂基体中的胺基、环氧基等基团形成氢键。
但是，碳纤维表面的这些含氧基团的浓度很低，反应的活性点很稀少，需要通过表面改性以减小碳纤维表面晶棱尺寸、增加表面积以及增加碳纤维表面含氧基团。
例：碳纤维的氧化处理：
氧含量显著增加，氧化过程
分别产生羟基、羰基、羧基，并可能以环状官能团形式存在。
胺固化的环氧树脂中的胺基能与碳纤维表面的羧基形成氢键，环氧基也能与羟基和羧基形成氢键，在过量单
体和较高温度时，这些氢键就转变成共价键。
十七、试讨论玻璃纤维增强混凝土中玻璃受到侵蚀的类型及其防护方法。
中碱、无碱玻璃纤维在硅酸盐水泥水化物中受到侵蚀，导致玻璃纤维增强混凝土的抗拉强度大幅度下降，甚至丧失殆尽。 ①化学侵蚀：水泥水化生成的Ca(OH)2与玻璃纤维的硅氧骨架之间发生化学反应生成水化硅酸钙，当水泥液相中有NaOH、KOH存在时会加速反应。
②应力侵蚀：由于玻璃纤维表面存在缺陷，水泥水化生成的晶体可进入这些缺陷中，在缺陷端部造成应力集中并使缺陷扩展。 防止水泥水化物对玻璃纤维侵蚀的措施：
①改变玻璃纤维的化学组分。例：加入较多量的ZrO2可提高玻璃纤维的抗碱性。 ②对玻璃纤维表面进行被覆处理，以隔绝水泥水化物对纤维的侵蚀。例：可用锆、钛、锌、铝等金属的水溶性盐对玻璃纤维进行处理；也可用抗碱性好的树脂（环氧树脂、呋喃）对玻璃纤维进行浸渍处理而后使之固化。
③使用水化物碱度低的水泥以减缓或防止对玻璃纤维的侵蚀。例：采用水化产物中Ca(OH)2含量低的甚至无Ca(OH)2的水泥（高铝水泥、硫铝酸盐水泥）。
十八、试讨论硼纤维-铝基复合体系的界面反应及其防护。
B在高温下，除Ag、Cu、Sn、Be外，可以与其它金属发生反应生成不规则的结构，形成脆性的反应层。
硼纤维和铝的界面反应由于渗入氧生成氧化物而发生破坏，即B2O3层的破坏。当铝的纯度较高时，在纤维上生成AlB2：
Al+2B?AlB2 2B+3O?B2O3
碳化硅涂层能使硼纤维具有突出的抗氧化性。因为硼接触不到铝，硼化物的形成完全被抑制。铝与硅不形成化合物，而铝与碳的反应在碳化硅存在的情况下，在热力学上是非常困难的。硼或铝穿过碳化硅移动的扩散系数在800K时非常小，2.5?m的碳化硅层已足以阻挡扩散。
十九、什么是增强材料的表面处理？简述偶联剂的化学结构及作用。
表面处理是在增强材料的表面涂覆上表面处理剂（包括浸润剂、偶联剂、助剂等物质），它有利于增强材料与基体间形成良好的粘结界面，从而达到提高复合材料各种性能的目的。
偶联剂的化学结构：分子两端含有性质不同的基团，一端的基团与增强材料表面发生化学作用或物理作用，另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用，从而使增强材料与基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面的性能，并有效地抵抗水的侵蚀。
二十、试讨论玻璃纤维的表面处理中偶联剂用量的确定及影响表面处理效果的因素。
偶联剂的用量会影响最后处理效果，在实际应用中起偶联作用的是偶联剂单分子层。过多地使用偶联剂是不必要和有害的。每种偶联剂的实际最佳用量，多数要从实验中确定。偶联剂用量也可采用计算法求得：100g给定被处理的增强材料的表面积，被1g硅烷偶联剂的最小涂覆面积除，即得该硅烷偶联剂在100g此种被处理材料上涂覆一单分子层时所需要的量。偶联剂在被处理材料表面上的涂覆并非只是单分子层，被处理材料单丝之间的间隙中往往比表面上含有更多的偶联剂，也不能保证偶联剂分子全部涂覆在被处理材料的表面上，所以，偶联剂的实际用量应高于上述计算值。 影响处理效果的因素：
处理方法的影响：不同的处理方法会影响处理效果。一般来说，前处理法的效果最为明显。
烘焙温度的选择：温度过低不起反应，达不到应有的偶联效果；温度过高会引起偶联剂分解和自聚等不良后果，以致严重影响偶联效果。 烘焙时间的选择：烘焙时间应选择在一定烘焙温度下偶联剂与玻璃纤维表面的偶联反应能充分进行。随着烘焙时间的延长，被处理玻璃纤维的憎水性有所提高，但是处理时间过长生产效率就低。一般采用高温短时间的烘焙制度。
处理液的配制及使用：直接影响处理效果，应该严格控制处理液的pH值，以抑制水解产物的自行缩合。在整个处理过程中，对处理液的pH值应不断调节。
二十一、试述碳纤维的表面处理方法及作用效果：
1、表面浸涂有机化合物：采用类似纺织中的浆纱工艺，在碳纤维表面涂覆含有反应性端基的树脂（羟端基的丁二烯/丙烯酸共聚物等），以改善碳纤维的界面粘结性。
2、表面涂覆无机化合物：
①表面上沉积无定形碳：在高模量结晶型碳纤维表面加涂一层低模量无定形碳，无定形碳活性大，易与树脂浸润，提高界面粘结力，能显著提高碳纤维复合材料的层间剪切强度。