Ⅰ 哈工大材料研究生录取分数线是多少
复试分数线是320(09),310(08),310(07)过这个线可以参加复试.
具体录取分数线分方向
材料科学基本过复试线可以,复试分笔试(200分,120过线)和面试(80分)都得过线
加工最后录取分看初试加复试的总分.
焊接,分数最高,基本过360才有戏,复试还得答得好
锻压,350以上吧.
铸造,稍微少点.
这个线还和报的人数有关,具体方向在复试的时候选.
材料加工考金属学与热处理,材料学不是。
你自己看下面的考试大纲,各个方向说的很明白。材料加工考最后一组。
选答题部分考试大纲
第一组:“材料结构与力学性能(选答)”部分考试大纲
(材料学学科,金属材料与陶瓷材料方向选答部分;材料物理与化学学科,材料物理与化学方向)
一、考试要求
试卷内容分为两部分:第一部分为材料结构与缺陷;第二部分为材料力学性能。
材料结构与缺陷部分的基本要求是应考者需全面掌握晶体材料结构及其缺陷的基本概念、基本规律、基本原理,要求能灵活运用材料结构与缺陷的基本理论综合分析材料结构与性能的相关性。
材料力学性能的基本要求是:(1)理解并掌握材料弹性变形、塑性变形与断裂等基本力学行为的宏观规律及微观本质,并进一步了解应力状态、试样几何因素以及环境因素对材料力学行为的影响;(2)熟悉材料常用力学性能指标的意义、测试原理、影响因素及其应用范围,具有按照实际工作条件和相关标准、规范等正确选择试验方法和指标进行材料测试、评价及选择材料的能力,并了解改善材料力学性能的基本方法和途径。
二、考试内容
1)材料结构与缺陷部分
a:晶体学基础:原子的结合键、结合能;结合键的特点、与性能的关系;晶体学的基本概念;晶面指数、晶向指数的标定;晶面间距的计算;晶体的对称性。
b:晶体结构:典型纯金属的晶体结构;合金相的晶体结构;离子晶体结构;共价晶体结构;亚稳态结构。
c:晶体缺陷:晶体缺陷的分类、结构、表征、运动特性;空位和间隙原子形成与平衡浓度;位错的基本类型与表征、位错的运动与增殖、位错的弹性性质、实际晶体中的位错;界面、相界、孪晶界;位错及位错与其他晶体缺陷的交互作用。
d:相图:相图的基本规律、分析方法与应用;分析各种类型的二元相图及其晶体的结晶过程和组织;三元相图的基本知识。
2)材料力学性能部分
a:材料基本力学性能试验:(1) 掌握静载拉伸试验方法与拉伸性能指标的含义及测定,熟悉典型材料拉伸变形断裂行为与应力-应变曲线;(2) 熟悉压缩、弯曲、扭转试验原理、特点及应用,了解应力状态对材料力学行为的影响;(3) 掌握布氏、洛氏、维氏硬度试验原理、特点及应用范围。
b:材料变形行为与变形抗力:(1)掌握弹性变形行为及其物理本质,熟悉材料的弹性常数及其工程意义;(2)熟悉材料塑性变形行为及其微观机制,了解材料物理屈服现象;(3)了解材料的理论与实际屈服强度、微观与宏观屈服应力及宏观屈服判据;(4)了解材料强化的基本途径与常用方法。
c:材料断裂行为:(1)了解材料常见断裂形式及其分类方法;(2)熟悉金属延性断裂行为及微观机制;(3)熟悉解理和沿晶断裂行为及微观机制;(4)了解断裂的宏观强度理论。
d:材料的脆性及脆化因素:(1)了解材料脆性的本质及表现,熟悉微观脆性与宏观脆性的联系与区别;(2)熟悉缺口顶端的应力和应变特征,了解缺口试样拉伸行为及缺口敏感性;(3)了解冲击载荷特征与冲击变形断裂特点,掌握缺口试样冲击试验与冲击韧性的意义及应用;(4)了解材料低温脆性的本质及其评定方法。
e:材料裂纹体的断裂及其抗力:(1)了解材料的理论断裂强度,掌握Griffith强度理论及应用;(2)掌握线弹性断裂力学的基本概念与基本原理,了解裂纹尖端塑性区及其修正; (3)了解裂纹体的断裂过程与断裂韧性的测定及其影响因素。
f:材料的疲劳:(1)熟悉高周、低周疲劳行为,s-N与-N疲劳曲线及其经验规律,掌握疲劳抗力的意义及表征; (2)了解疲劳断裂过程、特征及微观机制;(3)掌握疲劳裂纹扩展的断裂力学处理思路与Paris方程;(4)了解材料疲劳抗力的影响因素。
g:材料高温力学性能:(1)了解高温下材料力学性能特点、高温蠕变行为、断裂过程及其微观机制;(2)掌握蠕变极限与持久强度指标的含义、评价方法及影响因素。
三、试卷结构
a)满分:100分 (材料结构与缺陷、材料力学性能各占50分)
b)题型结构
a:材料结构与缺陷部分(50分)
(1)概念题(名词解释、多项选择、填空、改错等)(10分)
(2)简答题(10分)
(3)计算题(10分)
(4)综合论述及应用题(20分)
b:力学性能部分(50分)
(1)基本术语解释(10分)
(2)多项选择(5分)
(3)简答题(15分)
(4)综合论述与计算题(20分)
四、参考书目
1.《材料科学基础》,胡赓祥、蔡珣主编,上海交通大学出版社,2000年
2.《材料科学基础》,潘金生、仝健民、田民波编,清华大学出版社,1998年
3.《材料的力学性能》(第2版),郑修麟主编,西北工业大学出版社,2000年
4.《材料力学性能》,石德珂、金志浩编,西安交通大学出版社, 1998年
第二组:“无机材料物理化学(选答)”部分考试大纲
(材料学学科,无机非金属材料方向选答部分)
一、 考试要求:
要求学生熟练掌握本大纲所求的内容,并能够利用相关原理,解决工程中所遇到的实际问题。
二、考试内容:
1)热力学第一定律:热力学第一定律、焓、热容、热力学第一定律对理想气体的应用、热化学。
2)热力学第二定律:熵的概念、熵变的计算、Helmholz自由能和Gibbs自由能、化学反应方向的确定、热力学对单组分体系的应用、偏摩尔量与化学势、化学势与化学平衡。
3)溶液:概念、拉乌尔定律、亨利定律、混合溶液各组分的化学势、混合气体各组分的化学势。
4)相平衡:相平衡条件、相律、水的相图、二组分相图的组成原理、杠杆规则、二元凝聚体系相图、形成化合物的二元相图;三组分体系相图的构成原理、三组分固熔体系相图分析。
5)化学平衡:化学反应的平衡条件、液相与气相的反应平衡常数、化学反应平衡常数与标准生成Gibbs自由能。
6)界面现象:表面自由能和表面张力、弯液面下的附加压力、弯液面上的蒸汽压、吉布斯吸附公式、润湿现象和接触角、表面活性剂。
7)热力学应用:热力学势函数及应用。
8)相变:液固相变热力学,液固相变动力学,均匀成核与非均匀成核。
9) 烧结:烧结过程动力学,烧结过程中的物质传递。
三、 试卷结构:
a) 满分:100分
b) 题型结构
a:选择题(20分)
b:问答题(30分)
c:计算题(50分)
四、 参考书目
《物理化学》,傅献彩、沈文霞、姚天扬主编,高等教育出版社,2000年
《无机材料科学基础》陆佩文 编著 武汉工业大学出版社,1996年
第三组:“高分子材料(选答)”部分考试大纲
(材料学学科,树脂基复合材料方向;材料物理与化学学科,高分子材料方向选答部分)
二、 考试要求:
要求学生熟练掌握本大纲所求的内容,并能够利用相关原理,解决实际问题。《高分子材料学》满分100分。
高分子化学部分
第一章 绪论
「掌握内容」
1. 基本概念:单体、聚合物、聚合反应、结构单元、重复单元、单体单元、链节、聚合度、均聚物、共聚物。
2.加成聚合与缩合聚合;连锁聚合与逐步聚合。
3. 从不同角度对聚合物进行分类。
4. 常用聚合物的命名、来源、结构特征。
5.线性、支链形和体形大分子。
6. 聚合物相对分子质量及其分布。
7.大分子微结构。
8.聚合物的物理状态和主要性能。
「熟悉内容」
1. 系统命名法。
2. 典型聚合物的名称、符号及重复单元。
3. 聚合物材料和机械强度。
第二章 自由基聚合
「掌握内容」
1.自由基聚合的单体。
2.自由基基元反应每步反应特征;自由基聚合反应特征。
3.常用引发剂的种类;引发剂分解动力学;引发剂效率;影响引发剂效率的因素;引发剂选择原则。
4.聚合动力学研究方法;自由基聚合微观动力学方程推导;自由基聚合反应速率常数;自动加速现象。
5.无链转移反应时的分子量;链转移反应对聚合度的影响。
6.影响聚合反应速率和分子量的因素(温度、压力、单体、引发剂)。
7.阻聚与缓聚。
8.聚合热力学。
「熟悉内容」
1. 热聚合、光引发聚合、辐射聚合。
2. 聚合过程中速率变化的类型。
3 自由基聚合的相对分子质量分布。
4.反应速率常数的测定。
第三章 自由基共聚合
「掌握内容」
1. 共聚合基本概念:
无规共聚物,接枝共聚物,交替共聚物,嵌段共聚物,竟聚率,恒比点。
2.共聚物的分类和命名。
3.二元共聚组成微分方程推导。
4. 理想共聚、交替共聚、非理想共聚(有或无恒比点)的定义,根据竟聚率值判断两单体对的共聚类型及共聚组成曲线类型。
5. 共聚物组成控制方法。
6.共聚物微观结构与链段分布。
7. 单体和自由基活性的表示方法,取代基的共轭效应、极性效应及位阻效应对单体和自由基活性的影响。
「熟悉内容」
1.共聚合的意义及典型共聚物。
2.影响竟聚率的因素和竟聚率测定方法。
3.共聚物的组成与转化率的关系。
4.多元共聚。
5.共聚合速率。
第四章 聚合方法
「掌握内容」
1. 四种聚合实施方法的基本组成及优缺点。
2. 悬浮聚合与乳液聚合的机理及动力学。
「熟悉内容」
1. 典型聚合物的聚合实施方法。
2. 聚合方法的选择。
第五章 阳离子聚合
「掌握内容」
1.阳离子聚合常见单体与引发剂。
2.阳离子聚合机理。
3.影响阳离子聚合因素 .
第六章 阴离子聚合
「掌握内容」
1.阴离子聚合常见单体与引发剂。
2.阴离子聚合机理,聚合速率及聚合度。
3.影响阴离子聚合因素。
4.活性阴离子聚合聚合原理、特点及应用。
5. 阳离子聚合、阴离子聚合、自由基聚合的比较。
第九章 逐步聚合反应
「掌握内容」
1. 逐步聚合的基本概念:
官能团,平均官能度,线形缩聚,反应程度,当量系数,体型缩聚,无规预聚物,结构预聚物,凝胶化作用,凝胶点。
2.缩聚反应的类型及典型聚合物的命名。
3. 逐步聚合反应的特点。
4. 逐步聚合官能团等活性理论。
5.缩聚反应聚合物分子量的控制。
6. 典型线性和体型缩聚物的合成方法。
7. 线形逐步聚合与体型逐步聚合的比较。
8. 逐步聚合与连锁聚合的比较。
「熟悉内容」
1. 线形逐步聚合动力学。
2. 缩聚物的分子量分布。
3. 影响聚合反应动力学方程的因素。 .
第十章 聚合物的化学反应
「掌握内容」
1. 聚合物化学反应的基本概念:
几率效应,邻近基团效应。
2. 聚合物与小分子反应活性的比较及影响因素。
3. 典型的聚合物的化学反应
聚乙酸乙酯的反应
芳香烃的取代反应
4.制备嵌段聚合物及接枝聚合物常用的方法。
5. 聚合物交联反应:橡胶的硫化、饱和聚烯烃的过氧化物交联。
6. 典型聚合物的热降解反应。
「熟悉内容」
1. 纤维素的反应、卤化反应、环化反应。
2. 光致交联固化。
3. 氧化降解、聚合物老化机理及老化的防止与利用。
4. 功能高分子的定义及主要种类。
高分子物理部分
第一章 高分子链的近程结构
「掌握内容」
1.化学组成:基团(极性与非极性),单体单元(均聚与共聚)及末端基;梯形与螺旋型结构。
2.键接结构:头-头(尾-尾)及头-尾结构。
3.构型(旋光异构,几何异构)。
4.支化与交联
「熟悉内容」
1.高分子链构型的测定方法。
第二章 高分子链的远程结构
「掌握内容」
1.基本概念:
均方末端距,高斯链,构象。
2.高分子链长、末端距的计算方法; 高分子链的柔顺性及本质。
「熟悉内容」
1.高分子链的旋转及构象统计。
第三章聚合物的聚集态结构
「掌握内容」
1.基本概念:
单晶,片晶,球晶,纤维状晶,串晶,伸直链晶体;结晶度,取向,取向度;内聚能密度,相容性。
2.Keller折叠链模型;无规线团模型;局部有序模型。
3.高分子链结晶动力学。
4.结晶度及取向的测定方法,液晶的表征。
5.高分子合金
「熟悉内容」
1.不同晶型的形成条件。
2.取向对聚合物材料的影响。
第四章 高分子的运动
「掌握内容」
1.高聚物分子运动的特点。
2.玻璃化转变。
4. 玻璃化温度与链结构的关系。
5. 玻璃态的分子运动。
6. 晶态高聚物的分子运动。
「熟悉内容」
1. 高聚物分子运动的研究方法。
第五章 高聚物的力学性能
一、高弹性
「掌握内容」
1.基本概念:
杨氏模量,切变模量,本体模量,熵弹性。
2.橡胶高弹形变的特点与本质。
「熟悉内容」
1. 橡胶弹性动力学分析及统计理论。
2.典型的热塑性弹性体。
二、聚合物的粘弹性
「掌握内容」
1.基本概念:
蠕变,应力松弛,动态粘弹性, 滞后与阻尼,Boltzmann叠加原理,时-温等效原理,松弛(迟后)时间及其松弛(迟后)时间谱。
2. 高分子材料(包括高分子固体,熔体及浓溶液)的力学行为特性,粘弹性本质。
3.描述聚合物粘弹性的力学模型及所描述的聚合物的力学过程。
「熟悉内容」
1. Maxwell模型与Voigt(或Kelvin)模型的数学推导。
2. WLF方程及应用。
3. 粘弹性的研究方法。
三、聚合物的屈服和断裂
「掌握内容」
1. 基本概念:
屈服应力,断裂应力,冲击强度,疲劳, 银纹,剪切带,脆性断裂,韧性断裂,应力集中。
2. 晶态、非晶态及取向聚合物应力-应变特点。
3. 聚合物的屈服与增韧机理。
4. 影响聚合物强度的因素与增强途径、机理。
「熟悉内容」
1. 断裂理论。
第六章 聚合物的电学性能、热性能、光学性能
「掌握内容」
1.基本概念:
介电极化,介电松弛,掺杂,压电系数, 焦电系数, 聚合物压电体。
2.高聚物的导电率、导电聚合物的结构与导电性。
3.高聚物的热稳定性、热膨胀、热传导,热变形温度。
4.折光指数,透明度,雾度,双折射,散射。
「熟悉内容」
1.高聚物的电击穿,高分子的静电现象。
第七章 高分子溶液
「掌握内容」
1.基本概念:
溶度参数,Huggins参数,θ温度,第二维利系数A2,聚合物增塑,凝胶,冻胶。
2.高分子的溶解过程;溶剂对聚合物溶解能力判定原则;高分子溶液与理想溶液的偏差;Flory-Huggins高分子溶液理论;Flory-Krigbaum稀溶液理论。
3.Huggins参数、θ温度及第二维利系数A2之间的关系;θ溶液与理想溶液。
4.高分子浓溶液及应用。
「熟悉内容」
1. Flory-Huggins晶格理论的假定条件及局限性。
第八章 聚合物的分子量和分子量分布
「掌握内容」
1.基本概念:
相对粘度,增比粘度,比浓粘度,比浓对数粘度,特性粘度,数均分子量、重均分子量、粘均分子量、Z均分子量。
2.聚合物分子量的统计意义;常用的统计平均相对摩尔质量。
3.相对摩尔质量分布宽度及表示方法。
4.聚合物分子量的测定原理;不同测定方法的适用范围。
5.特性粘度和相对摩尔质量的关系。
6.高分子的分级方法。
参考书目
1、潘祖仁编,《高分子化学》(第三版),化学工业出版社,2004.
2、何曼君等编,《高分子物理》(第二版),复旦大学出版社,2000.
第四组:“复合材料基础(选答)”部分考试大纲
(航天学院材料学学科,复合材料方向选答部分)
一、考试要求
复合材料基础满分为100分。主要考察学生对材料科学和复合材料学基础知识的掌握程度。
二、考试内容
1)复合材料的基本概念及原理
a:基本概念
b:分类方法
c:性能特点
d:基本设计原理
2)复合材料的基体
a:聚合物
b:金属
c:陶瓷
3)复合材料的增强相的形态及制造工艺
a:纤维
b:颗粒
4)复合材料的界面
a:基本概念
b:粘结机制
c:陶瓷相变增韧
5)聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料
a:聚合物基复合材料的制造工艺、性能特点及应用
b:金属基复合材料的制造工艺、性能特点及应用
c:陶瓷基复合材料的制造工艺、性能特点及应用
6)复合材料的性能分析及测试
a:性能分析
b:性能测试
三、试卷结构
a) 满分:100分
b) 题型结构
a:概念题(20分)每题4分,共5题。
b:简答题(40分)每题8分,共5题。
c:论述题(40分)每题20分,共2题。
四、参考书目
1.《复合材料概论》,王荣国、武卫莉、谷万里编著,哈尔滨工业大学出版社,2003年1月
2.《高性能复合材料学》,郝元凯、肖加余编著,化学工业出版社,2004年1月
第五组:“固体物理(选答)”部分考试大纲
(材料物理与化学学科,材料物理与化学方向选答部分)
一、考试要求
要求考生系统地掌握固体物理的基本概念和基本原理,并能利用固体物理的基本原理分析固体的物理性能。要求考生对晶体结构与晶体结合、晶格热振动及固体的热性质、固体电子论(特别是能带结构)等基本原理有很好的掌握,并能熟练应用固体物理的基本原理分析固体的导电性质与磁性质等物理性质。
二、考试内容
1)固体结构与固体结合
a:晶体结构
b:晶体衍射与倒易点阵
c:布里渊区
d:固体键合的物理本质
2)晶格热振动及晶体的热性质
a:格波,声学和光学格波,声子
b:固体比热
c:固体热传导
3)自由电子理论及能带理论
a:费米面
b:霍尔效应
c:固体能带的基本概念
d:导体、绝缘体和半导体的物理本质
4)半导体晶体
a:半导体的有效质量
b:p型和n型半导体
c:载流子浓度
d:p-n结
三、试卷结构
a)满分:100分
b)题型结构
a:概念及简答题(40分)
b:论述题(60分)
c)内容结构
a:固体结构与固体结合(15分)
b:晶格热振动及晶体的热性质(30分)
c:自由电子理论及能带理论(30分)
d:半导体晶体(25分)
四、参考书目
《固体物理学》,黄昆原著、韩汝琦改编,高等教育出版社
第六组:“金属学与热处理(选答)”部分考试大纲
(材料加工工程学科,材料加工工程方向选答部分)
一、 考试要求
要求考生全面、系统地掌握“金属学与热处理”课程的基础理论,基本知识和基本技能,并能灵活运用金属学热处理理论分析和解决工程实际的问题的综合能力。
二、考试内容
1)金属学理论
a:金属与合金的晶体结构及晶体缺陷
b:纯金属的结晶理论
c:二元合金相图及二元合金的结晶
d:铁碳合金及Fe-Fe3C相图
e:三元合金相图
f:金属的塑性变形理论及冷变形金属加热时的组织性能变化
2)热处理原理及工艺
a:钢的加热相变理论
b:钢的冷却相变理论
c:回火转变理论
d:合金的时效及调幅分解
e:钢的普通热处理工艺及钢的淬透性
三、试卷结构
a)满分:100分
b)题型结构
a:基本知识与基本概念题 (约20分)
b:理论分析论述题(约40分)
c:实际应用题(约20分)
d:计算与作图题(约20分)
c)内容结构
a:金属学理论(约60分)
b:热处理原理及工艺(约40分)
d)试题形式
a:选择题
b:判断题
c:简答与综合题等
四、参考书目:
《金属学与热处理原理》,崔忠圻、刘北兴编,哈尔滨工业大学出版社,2004年修订版
Ⅱ 澶嶅悎鏉愭枡鍔涘﹀崥澹鐨勭爺绌舵柟鍚
澶嶅悎鏉愭枡鍔涘﹀崥澹鐨勭爺绌舵柟鍚戝寘鎷浠ヤ笅鍑犱釜鏂归潰锛
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4銆佸嶅悎鏉愭枡缁撴瀯璁捐′笌浼樺寲锛氬湪瀹為檯搴旂敤涓锛屽嶅悎鏉愭枡缁撴瀯鐨勮捐″瑰叾鍔涘︽ц兘鏈夌潃鑷冲叧閲嶈佺殑褰卞搷銆備竴浜涚爺绌舵柟鍚戝寘鎷閫氳繃缁撴瀯鍒嗘瀽鍜屼紭鍖栬捐★紝璁捐″嚭鍏锋湁浼樺紓鍔涘︽ц兘鐨勫嶅悎鏉愭枡缁撴瀯锛屽苟涓斿瑰叾璁捐¤繘琛岄獙璇佸拰璇勪及銆
Ⅲ 树脂基复合材料知识
纤维增强树脂基复合材料常用的树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂。目前常用的有:热固性树脂、热塑性树脂,以及各种各样改性或共混基体。热塑性树脂可以溶解在溶剂中,也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体,冷却后又变硬。热固性树脂只能一次加热和成型,在加工过程中发生固化,形成不熔和不溶解的网状交联型高分子化合物,因此不能再生。复合材料的树脂基体,以热固性树脂为主。早在40年代,在战斗机、轰炸机上就开始采用玻璃纤维增强塑料作雷达罩。60年代美国在F—4、F—111等军用飞机上采用了硼纤维增强环氧树脂作方向舵、水平安定面、机翼后缘、舵门等。在导弹制造方面,50年代后期美国中程潜地导弹“北极星A—2”第二级固体火箭发动机壳体上就采用了玻璃纤维增强环氧树脂的缠绕制件,较钢质壳体轻27%;后来采用高性能的玻璃纤维代替普通玻璃纤维造“北极星A—3”,使壳体重量较钢制壳体轻50%,从而使“北极星A—3”导弹的射程由2700千米增加到4500千米。70年代后采用芳香聚酰胺纤维代替玻璃纤维增强环氧树脂,强度又大幅度提高,而重量减轻。碳纤维增强环氧树脂复合材料在飞机、导弹、卫星等结构上得到越来越广泛的应用。
在化学工业上的应用
编辑
环氧乙烯基酯树脂在氯碱工业中,有着良好的应用。
氯碱工业是玻璃钢作耐腐材料最早应用领域之一,目玻璃钢已成为氯碱工业的主要材料。玻璃钢已用于各种管道系统、气体鼓风机、热交换器外壳、盐水箱以至于泵、池、地坪、墙板、格栅、把手、栏杆等建筑结构上。同时,玻璃钢也开始进入化工行业的各个领域。在造纸工业中的应用也在发展,造纸工业以木材为原料,造纸过程中需要酸、盐、漂白剂等,对金属有极强的腐蚀作用,唯有玻璃钢材料能抵抗这类恶劣环境,玻璃钢材料已、在一些国家的纸浆生产中显现其优异的耐蚀性。
在金属表面处理工业中的应用,则成为环氧乙烯基酯树脂重要应用,金属表面处理厂所使用的酸,大多为盐酸、基本上用玻璃钢是没有问题的。环氧树脂作为纤维增强复合材料进入化工防腐领域,是以环氧乙烯基酯树脂形态出现的。它是双酚A环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制成,每吨需用环氧树脂比例达50%,这类树脂既保留了环氧树脂基本性能,又有不饱和聚酯树脂良好的工艺性能,所以大量运用在化工防腐领域。
其在化工领域的防腐主要包括:化工管道、贮罐内衬层;电解槽;地坪;电除雾器及废气脱硫装置;海上平台井架;防腐模塑格栅;阀门、三通连接件等。为了提高环氧乙烯基酯树脂优越的耐热性、防腐蚀性和结构强度,树脂还不断进行改性,如酚醛、溴化、增韧等环氧乙烯基酯树脂等品种,大量运用于大直径风叶、磁悬浮轨道增强网、赛车头盔、光缆纤维牵引杆等。
树脂基复合材料作为一种复合材料,是由两个或两个以上的独立物理相,包含基体材料(树脂)和增强材料所组成的一种固体产物。树脂基复合材料具有如下的特点:
(1)各向异性(短切纤维复合材料等显各向同性);
(2)不均质(或结构组织质地的不连续性);
(3)呈粘弹性行为;
(4)纤维(或树脂)体积含量不同,材料的物理性能差异;
(5)影响质量因素多,材料性能多呈分散性。
树脂基复合材料的整体性能并不是其组分材料性能的简单叠加或者平均,这其中涉及到一个复合效应问题。复合效应实质上是原相材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互补充的结果。它表现为树脂基复合材料的性能在其组分材料基础上的线性和非线性的综合。复合效应有正有负,性能的提高总是人们所期望的,但有进材料在复合之后某些方面的性能出现抵消甚至降低的现象是不可避免的。
复合效应的表现形式多样,大致上可分为两种类型:混合效应和协同效应。
混合效应也称作平均效应,是组分材料性能取长补短共同作用的结果,它是组分材料性能比较稳定的总体反映,对局部的扰动反应并敏感。协同效应与混合效应相比,则是普遍存在的且形式多样,反映的是组分材料的各种原位特性。所谓原位特性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独存在时的性能,单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。
树脂基复合材料的力学性能
力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点,用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能,而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料,在制造和使用过程中,也必须考虑其力学性能,以保证产品的质量和使用寿命。
1、树脂基复合材料的刚度
树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明,对于宏观均匀的树脂基复合材料,弹性特性复合是一种混合效应,表现为各种形式的混合律,它是组分材料刚性在某种意义上的平均,界面缺陷对它作用不是明显。
由于制造工艺、随机因素的影响,在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性,残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外,纤维(粒子)的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言,树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。
对于树脂基复合材料的层合结构,基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形,使得刚度分析变得复杂。另一方面,也可以通过对单层的弹性常数(包括弹性模量和泊松比)进行设计,进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计,以适应不同场合的应用要求。
2、树脂基复合材料的强度
材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程,且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响,均有街于具体深入研究。
树脂基复合材强度的复合是一种协同效应,从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形,即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究,还不够成熟。
单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等,轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同,它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知:单向树脂基复合材料在轴向压缩下,碳纤维是剪切破坏的;凯芙拉(Kevlar)纤维的破坏模式是扭结;玻璃纤维一般是弯曲破坏。
单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表明,横向压缩强度是横向拉伸强度的4~7倍。横向拉伸的破坏模式是基体和界面破坏,也可能伴随有纤维横向拉裂;横向压缩的破坏是因基体破坏所致,大体沿45°斜面剪坏,有时伴随界面破坏和纤维压碎。单向树脂基复合材料的面内剪切破坏是由基体和界面剪切所致,这些强度数值的估算都需依靠实验。
杂乱短纤维增强树脂基复合材料尽管不具备单向树脂基复合材料轴向上的高强度,但在横向拉、压性能方面要比单向树脂基复合材料好得多,在破坏机理方面具有自己的特点:编织纤维增强树脂基复合材料在力学处理上可近似看作两层的层合材料,但在疲劳、损伤、破坏的微观机理上要更加复杂。
树脂基复合材料强度性质的协同效应还表现在层合材料的层合效应及混杂复合材料的混杂效应上。在层合结构中,单层表现出来的潜在强度与单独受力的强度不同,如0/90/0层合拉伸所得90°层的横向强度是其单层单独实验所得横向拉伸强度的2~3倍;面内剪切强度也是如此,这一现象称为层合效应。
树脂基复合材料强度问题的复杂性来自可能的各向异性和不规则的分布,诸如通常的环境效应,也来自上面提及的不同的破坏模式,而且同一材料在不同的条件和不同的环境下,断裂有可能按不同的方式进行。这些包括基体和纤维(粒子)的结构的变化,例如由于局部的薄弱点、空穴、应力集中引起的效应。除此之外,界面粘结的性质和强弱、堆积的密集性、纤维的搭接、纤维末端的应力集中、裂缝增长的干扰以及塑性与弹性响应的差别等都有一定的影响。
树脂基复合材料的物理性能
树脂基复合材料的物理性能主要有热学性质、电学性质、磁学性质、光学性质、摩擦性质等(见表)。对于一般的主要利用力学性质的非功能复合材料,要考虑在特定的使用条件下材料对环境的各种物理因素的响应,以及这种响应对复合材料的力学性能和综合使用性能的影响;而对于功能性复合材料,所注重的则是通过多种材料的复合而满足某些物理性能的要求。
树脂基复合材料的物理性能由组分材料的性能及其复合效应所决定。要改善树脂基复合材料的物理性能或对某些功能进行设计时,往往更倾向于应用一种或多种填料。相对而言,可作为填料的物质种类很多,可用来调节树脂基复合材料的各种物理性能。值得注意的是,为了某种理由而在复合体系中引入某一物质时,可能会对其它的性质产生劣化作用,需要针对实际情况对引入物质的性质、含量及其与基体的相互作用进行综合考虑。
树脂基复合材料的化学性能
大多数的树脂基复合材料处在大气环境中、浸在水或海水中或埋在地下使用,有的作为各种溶剂的贮槽,在空气、水及化学介质、光线、射线及微生物的作用下,其化学组成和结构及各种性能会发生各种变化。在许多情况下,温度、应力状态对这些化学反应有着重要的影响。特别是航空航天飞行器及其发动机构件在更为恶劣的环境下工作,要经受高温的作用和高热气流的冲刷,其化学稳定性是至关重要的。
作为树脂基复合材料的基体的聚合物,其化学分解可以按不同的方式进行,它既可通过与腐蚀性化学物质的作用而发生,又可间接通过产生应力作用而进行,这包括热降解、辐射降解、力学降解和生物降解。聚合物基体本身是有机物质,可能被有机溶剂侵蚀、溶胀、溶解或者引起体系的应力腐蚀。所谓的应力腐蚀,是掼材料与某些有机溶剂作用在承受应力时产生过早的破坏,这样的应力可能是在使用过程中施加上去的,也可能是鉴于制造技术的某些局限性带来的。根据基体种类的不同,材料对各种化学物质的敏感程度不同,常见的玻璃纤维增强塑料耐强酸、盐、酯,但不耐碱。一般情况下,人们更注重的是水对材料性能的影响。水一般可导致树脂基复合材料的介电强度下降,水的作用使得材料的化学键断裂时产生光散射和不透明性,对力学性能也有重要影响。不上胶的或仅只热处理过的玻璃纤维与环氧树脂或聚酯树脂组成的复合材料,其拉伸强度、剪切强度和弯曲强度都很明显地受沸水影响,使用偶联剂可明显地降低这种损失。水及各种化学物质的影响与温度、接触时间有关,也与应力的大小、基体的性质及增强材料的几何组织、性质和预处理有关,此外还与复合材料的表面的状态有关,纤维末端暴露的材料更易受到损害。
聚合物的热降解有多种模式和途径,其中可能几种模式同时进行。如可通过"拉链"式的解聚机理导致完全的聚合物链的断裂,同时产生挥发性的低分子物质。其它的方式包括聚合物链的不规则断裂产生较高分子量的产物或支链脱落,还有可能形成环状的分子链结构。填料的存在对聚合物的降解有影响,某些金属填料可通过催化作用加速降解,特别是在有氧存在的地方。树脂基复合材料的着火与降解产生的挥发性物质有关,通常加入阻燃剂减少着火的危险。某些聚合物在高温条件下可产生一层耐热焦炭,这些聚合物与尼龙、聚酯纤维等复合后,因这些增强物本身的分解导致挥发性物质产生可带走热量而冷却烧焦的聚合物,进一步提高耐热性,同时赋予复合材料以优良的力学性能,如良好的坑震性。
许多聚合物因受紫外线辐射或其它高能辐射的作用而受到破坏,其机理是当光和射线的能量大于原子间的共价键能时,分子链发生断裂。铅填充的聚合物可用来防止高能辐射。紫外线辐射则一般受到更多的关注,经常使用的添加剂包括炭黑、氧化锌和二氧化钛,它们的作用是吸收或者反射紫外线辐射,有些无面填料可以和可见光一样传输紫外线,产生荧光。
力学降解是另一种降解机理,当应力的增加频率超过一个键通过平移所产生的响应能力时,就发生键的断裂,由此形成的自由基还可能对下一阶段的降解模式产生影响。硬质和脆性聚合物基体应变小,可进行有或者没有链断裂的脆性断裂,而较软但粘性高的聚合物基体大多是力学降解的。
树脂基复合材料的工艺特点
树脂基复合材料的成型工艺灵活,其结构和性能具有很强的可设计性。树脂基复合材料可用模具一次成型法来制造各种构件,从而减少了零部件的数量及接头等紧固件,并可节省原材料和工时;更为突出的是树脂基复合材料可以通过纤维种类和不同排布的设计,把潜在的性能集中到必要的方向上,使增强材料更为有效地发挥作用。通过调节复合材料各组分的成分、结构及排列方式,既可使构件在不同方向承受不同的作用力,还可以制成兼有刚性、韧性和塑性等矛盾性能的树脂基复合材料和多功能制品,这些是传统材料所不具备的优点。树脂基复合材料在工艺方面也存在缺点,比如,相对而言,大部分树脂基复合材料制造工序较多,生产能力较低,有些工艺(如制造大中型制品的手糊工艺和喷射工艺)还存在劳动强度大、产品性能不稳定等缺点。
树脂基复合材料的工艺直接关系到材料的质量,是复合效应、"复合思想"能否体现出来的关键。原材料质量的控制、增强物质的表面处理和铺设的均匀性、成型的温度和压力、后处理及模具设计的合理性都影响最终产品的性能。在成型过程中,存在着一系列物理、化学和力学的问题,需要综合考虑。固化时在基体内部和界面上都可能产生空隙、裂纹、缺胶区和富胶区;热应力可使基体产生或多或少的微裂纹,在许多工艺环节中也都可造成纤维和纤维束的弯曲、扭曲和折断;有些体系若工艺条件选择不当可使基体与增强材料之间发生不良的化学反应;在固化后的加工过程中,还可进一步引起新的纤维断裂、界面脱粘和基体开裂等损伤。如何防止和减少缺陷和损伤,保证纤维、基体和界面发挥正常的功能是一个非常重要的问题。
树脂基复合材料的成型有许多不同工艺方法,连续纤维增强树脂基复合材料的材料成型一般与制品的成型同时完成,再辅以少量的切削加工和连接即成成品;随机分布短纤维和颗粒增强塑料可先制成各种形式的预混料,然后进行挤压、模塑成型。
组合复合效应
复合体系具有两种或两种以上的优越性能,称为组合复合效应贫下中农站这样的情况很多,许多的力学性能优异的树脂基复合材料同时具有其它的功能性,下面列举几个典型的例子。
1、光学性能与力学性能的组合复合
纤维增强塑料,如玻璃纤维增强聚酯复合材料,同时具有充分的透光性和足够的比强度,对于需要透光的建筑结构制品是很有用的。
2、电性能与力学性能的组合复合
玻璃纤维增强树脂基复合材料具有良好的力学性能,同时又是一种优良的电绝缘材料,用于制造各种仪表、电机与电器的绝缘零件,在高频作用下仍能保持良好的介电性能,又具有电磁波穿透性,适制作雷达天线罩。聚合物基体中引入炭黑、石墨、酞花菁络合物或金属粉等导电填料制成的复合材料具有导电性能,同时具有高分子材料的力学性能和其它特性。
3、热性能与力学性能的组合复合
①耐热性能
树脂基复合材料在某些场合的使用除力学性能外,往往需要同时具有好的耐热性能。
②耐烧蚀性能
航空航天飞行器的工作处于严酷的环境中,必须有防护材料进行保护;耐烧蚀材料靠材料本身的烧蚀带走热量而起到防护作用。玻璃纤维、石英纤维及碳纤维增强的酚醛树脂是成功的烧蚀材料。酚醛树脂遇到高温立即碳化形成耐热性高的碳原子骨架;玻璃纤维还可部分气化,在表面残留下几乎是纯的二氧化硅,它具有相当高的粘结性能。两方面的作用,使酚醛玻璃钢具有极高的耐烧蚀性能。
Ⅳ 澶嶅悎鏉愭枡鐣岄潰鎵╂暎鐞嗚虹殑鍐呮兜
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