复合材料测试技术复习讲解

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1、第第1 1章章 绪绪 论论 n1.1前言 n1.2CM试验的特点及其主要内容 n1.3CM试验的标准 n1.4试验设计方法 复合材料的一般分类方法 1.金属基复合材料 (MMCs) 2.陶瓷基复合材料 (CMCs) 3.聚合物基复合材料 (PMCs) 全世界的所有复合材料的生产量中， 树脂基复合材料占90%以上，其中95%是玻 璃纤维 增强高分子基复合材料。 60年代 树脂基复合材料应用日益广泛；缺点：耐热性差 70年代 金属基复合材料；克服了树脂基复合材料的耐热差 和不导电、导热性差的缺点 80年代 陶瓷基复合材料（耐热部件）；不足指出：提高韧性 （3）CM的产品检验逐渐占有重要的地位，成为

2、 CM试验技术不可分割的一部分。 CM试验 的大体 趋势（ P1） （2）对CM微观结构的研究，几乎应用了所有近 代测试仪器； （1）对材料基本性能的测试，普遍要求提高其 准确度和精密度； （2） CM的各向异性决定了试验方法的复杂 性。 特点 （1）处于不断完善、不断进步的过程中； 为了使试验中获得可以互相沟通，相互比较的试验 结果，以得到最佳社会效益，就必须制定标准。 标准是经社会公认的，权威当局批准的 ，为了统一特定活动的，并要求共同实 施各项规则的文件。 1.3 CM试验标准 标准资料的分类 1) 按内容分 基础标准、产品标准、工艺装备标准、原材料标 准和工艺方法标准五种； 2) 按使

3、用范围分 有国际标准、区域性标准、国家标准、专业标准 、军用标准、企业标准六种； 3) 按技术成熟程度分 有法定标准、推荐标准、试行标准和标准草案四 种。 从CM及其制品形成的过程可知，影响CM性能的因 素很多。如果我们能够合理安排试验程序，也就是 通过试验设计，可以显著节省试验过程中人力，财 力和时间的消耗，以最少的试验次数寻找到最好的 试验结果。 1.4试验设计方法 单因素优化实验设计 步骤 确定实验范围 x：实验点 axb 确定目标 根据实际及实验要求，科学安排实验点 单因素试验方法分类 均分法 对分法 黄金分割法（0.618法） 当两个因素A和B同时影响试验结果时，我们采 用陡度法来寻

4、找最佳试验结果。 先在一个平面内将因素A和B取为坐标的水平轴 和垂直轴。在该坐标内取不在一条直线上的四个点 ，四点分别为x1(A1,B2)，x2(A2,B2)，x3(A3,B3)， x4(A4,B4)四点的试验结果分别是f（x1），f（x2），f （x3），f（x4）。定义x1-x2的陡度为: 双因素优选 法：陡度法 按上述定义可以求得六个陡度值。比较它们可 知哪个陡度大，陡度大的方向又哪一个试验结果好 。假设x1x4最大，且f(x4)比f(x1)好, 则沿陡度大的方 向x1x4探索，做试验x5，然后再进行分析，确定x6 ，直至找到最佳点。 x5 x4 x3 x2 x1 A B 试验正交设计方

5、法 水平 在正交设计中，每个因素在试验中所存在的 状态称为水平。 试验指标 表示试验结果好坏的物理量为试验指标。 在一次试验中，试验指标可以是单个，也可 以是多个。 如温度为一因素，具体取 值80、90、100，即 为3个水平。 正交设计方法包括两个步骤： 选用正交表安排试验； 正交试验结果的数据分析。 正交表是正交设计的工具。正交表用 Ln(mk)符号表示。 L9(34)表示4 个因素，每个因素各取3 个 水平的问题，需做9 次试验的配列方法的 正交表。 正交表的选用 正交设计的优点 (1) 用较少试验次数找到好的试验结果。 (2) 通过试验结果分析，容易区别各因素影响试 验结果的主次关系。

6、 (3) 从试验数据中容易了解每个因素各水平影响 试验结果的基本趋势。 (4) 除找到好的试验结果外，还能明确进一步试 验的方向。 1.3 试验误差与数据处理 测量误差 测量试验指标的实质是将被测量与规定 的作为标准的量进行比较并确定比值的 过程。测量值并不是客观存在的真值。 测量值与客观真值的偏差称为误差。试 验中，误差是不可避免的。 可分为系统误差、过失误差和随机误差三 类。 1.3.1 试验误差分析 A 列表法 B 图解法 1.3.3 试验结果的表示方法（P12） C 函数表示法 作业 1.复合材料试验的特点及发展趋势是怎样的？ 2.单因素0.618法安排实验的基本原理是怎样的？ 3.双

7、因素法安排实验的基本原理是怎样的？ 第第2 2章章 增强材料常规测试技术增强材料常规测试技术 n n 2.12.1纤维及其织物纤维及其织物 n n 2.22.2粉状填料粉状填料 A.单丝直径 单丝直径的测试方法很多，常用的是显微镜法。 显微镜法是采用透射式或反射式具有分格线目镜 的显微镜。 2.1.1单丝 单丝的主要测试项目有直径、密度、强度和模量 。 利用单丝与周围介质对光透射率和反射率的差异 可以在视野中清晰地看到单根纤维的轮廓。通过 数纤维两边缘间的格数，再进行计算，就可以得 到单丝直径。 测试原理（作业. .试述显微镜法测单丝直径的原理。试述显微镜法测单丝直径的原理。） d=p.N p

8、:目镜中每分格的标定宽度; N:格数 . 至少应测量25根纤维，取平均值。 透射式显微镜法制备试样的方法是：剪一小截纤维 束放在载物玻片上，加一滴甘油，用干净针尖拨散 纤维，盖上盖玻片。 试样制备和测试过程（P31） 反射式显微镜法制备试样的方法是：将多束平行排 布的纤维浇上已加固化剂的环氧树脂。固化后，在 垂直纤维轴方向切断，将断面湿法磨平，抛光，洗 净，擦干既可。 测定纤维密度的方法有比重瓶浸液法，浮沉法和 密度梯度管法。 B.纤维密度 比重瓶浸液法 一定质量的纤维（或粉料）在一定容积的比重瓶 中，当液体对其完全浸润时，它占容积大小一定 是它空间体积的大小。 测试原理（2.2.试述纤维密度

9、的测试原理，试述纤维密度的测试原理， 并说明测试过程中对浸液有什么要求？并说明测试过程中对浸液有什么要求？ ） 整个过程需要温度恒定，否则L不同，影响测量 结果。 纤维或粉料浸在某液体中时必定停留在相同密度的纤维或粉料浸在某液体中时必定停留在相同密度的 液体中，否则必沉底或浮于液面上。液体中，否则必沉底或浮于液面上。 浮沉法（原理浮沉法（原理 P32P32） 已知透明有机液体密度最大的是三溴甲烷，可以与已知透明有机液体密度最大的是三溴甲烷，可以与 密度小的相溶性透明液体配成不同的混合液体（密度小的相溶性透明液体配成不同的混合液体（2-2- 4 4）。当纤维浮在液面就滴加轻液，反之则滴加重）。当

10、纤维浮在液面就滴加轻液，反之则滴加重 液，直至纤维停留在混合液中，用比重计测混合液液，直至纤维停留在混合液中，用比重计测混合液 密度，即为纤维密度。密度，即为纤维密度。 密度梯度管法（P32） 先配好一组不同密度的混合液体，然后将液体由轻 到重依次通过一个插到管底部的漏斗，注入管中。 注入时避免对液体搅动和震荡（保证有密度梯度） ，使液体在管中自上到下保持由轻到重的密度梯度 状态。对此管内放入标准密度空心小球，标定管中 高度h与密度的对应值，并画成图，要求h成 直线关系。由公式可计算出纤维密度。 混合定律公式（2-4） 注意：配制的液体不能对试样起化学反应或溶解溶 胀 。 C 单丝强度与模量（

11、P33P33） 在测量单丝拉伸强度和模量时，我们采用很灵敏的 拉力机。测试前必须对仪器进行校核。用标准砝码 对仪器进行调满和1/2量程校正，并用秒表对走纸 速度和拉伸速度进行校正。 先以坐标纸做成纸框，再用镊子夹一根足够长的单 丝，置于纸框空格中央，用浆糊固定，使纤维与纸 框边平行，再用另一半纸框折叠盖压将单丝夹于中 间，试样就准备好了。 试样制备（3 . .测单丝强度及纤维束强度时试样测单丝强度及纤维束强度时试样 应如何制备，为什么这样？应如何制备，为什么这样？ ） S=4P/d2 E=4pl/d2l 将试样夹好，使纸框中线与夹具中线重合，然 后打开记录仪开关。用剪刀将纸框剪断，留单 丝独立

12、承载，最后计算得到： A 纤维束拉伸强度 在拉伸纤维束时，有可能各单丝受力不均而断裂 参差不齐，这是由于夹头对各根纤维夹力松紧不 一，或各单根纤维伸直的程度不一所致。如果用 树脂将纤维粘结起来，依靠树脂传递应力，则可 较好地克服上述缺点，其试验步骤与单丝的基本 一致。 2.1.2纤维束 纱的粗细通常以支数表示，其定义是：每股纤 维1克质量的长度米数值，量纲与线密度互为 倒数。 B 纤维束线密度 定义为单位长度纤维束地质量. 可按下式计算线密度: t=m/l 线密度越大 代表纤维越粗 支数越大 代表纤维越细 ABC在一水平线上，中间悬挂一小重物（23g）, 使纤维呈ADB绷紧状态。当温度升高时，

13、纤维束长 度发生变化，D点的位置就下移到E点或上升到E点 ，根据公式可求得平均热膨胀系数） 单位温度内纤维丝长度变化率 C 平均热膨胀系数中垂法（P36） 粉状填料的测试 粉状填料的主要测试项目有：视密度，平均 粒径和吸油值。 2.2.1 视密度（表观密度） 将漏斗与量筒安装好，漏斗下口与量筒入口对正并 相距2030mm，用平板堵住漏斗下口，将粉料自由 下落流入漏斗中，然后抽撤平板，使粉料自由落入 量筒内，不允许震动或敲击量筒。待装满后，刮去 量筒上多余的粉料，称量筒内粉料质量m，按下式 计算粉料的视密度 =m/v v量筒的容积 视密度定义为单位体积粉状料 的质量。 平均粒径及粒径分布是粉料的

14、常规指标，它直接 与表面积有关，其测量方法有筛目分级、沉积天 平分级及激光测粒仪。 2.2.2平均粒径 吸油值反映粉料比表面积大小和表面吸附能力 强弱，其定义为 1 g炭黑吸附邻苯二甲酸二丁 酯的毫升数。广义说来，也有定义颜料和其它 粉料吸附亚麻仁油的，单位都是ml/g. 2.2.2吸油值 其操作要点：用天平称粉料若干，放于洁净干燥的 玻板上，用精度为0.1ml滴定管将油滴加到粉料上 ，并不断搅拌，用玻棒滚压，逐渐滴入油，直至粉 料全部粘在棒上，且玻板上无油状粉迹。 1.试述显微镜法测单丝直径的原理。 2.试述纤维密度的测试原理，并说明测试过程中对浸 液有什么要求？ 3.测单丝强度及纤维束强度

15、时试样应如何制备，为什 么这样？ 4.吸油值反应了粉料的什么性能，测试前应怎样处理 试样，为什么？ 5.吸油值测试的操作要点是怎样的？ 6. 试述中垂法测纤维束热膨胀系数的原理？ 第第3 3章章 聚和物基体测试技术聚和物基体测试技术 n n 3.13.1热固性树脂热固性树脂 n n 3.23.2热塑性树脂热塑性树脂 环氧值是环氧树脂的一个重要指标，它反映树脂分子中环氧基团的 含量和树脂与助剂反应的能力。 3.1.1环氧值的测定 定义为100克环氧树脂中环氧基团的物质的量 。 CH CH2 + HX CH CH2X O OH 环氧基是一个醚键形式，是一个三元环，具有较大的张力和活性，能与许多 试剂发生加成反应，导致三元环破裂。测定环氧值就是利用环氧基与卤化氢 的加成反应。 环氧树脂溶解于盐酸丙酮溶液，环氧基与稍过量的盐酸反