碳纖維在紡織中的應(yīng)用試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.碳纖維在服用紡織品中最常用的前驅(qū)體纖維是（）A.粘膠基B.瀝青基C.PAN基D.聚乙烯基答案：C2.下列哪項(xiàng)不是碳纖維用于紡織增強(qiáng)復(fù)合材料的主要優(yōu)勢(shì)（）A.高比強(qiáng)度B.耐高溫C.高延伸率D.低熱膨脹答案：C3.在碳纖維機(jī)織預(yù)型件中，最常用的組織是（）A.平紋B.斜紋C.緞紋D.三維角聯(lián)鎖答案：B4.碳纖維表面電化學(xué)氧化處理的主要目的是（）A.提高導(dǎo)電性B.降低模量C.增加表面活性基團(tuán)D.減少單絲直徑答案：C5.碳纖維與芳綸混紡織物用于防刺服時(shí)，主要利用的是（）A.碳纖維的韌性B.芳綸的耐熱C.碳纖維的高模量與芳綸的韌性協(xié)同D.碳纖維的低成本答案：C6.在碳纖維三維編織結(jié)構(gòu)中，"四步法"3D編織的最大優(yōu)點(diǎn)是（）A.高延伸B.厚度方向增強(qiáng)C.低成本D.高透光答案：B7.碳纖維上漿劑中常用的主成分為（）A.環(huán)氧樹脂B.酚醛樹脂C.不飽和聚酯D.聚乙烯醇答案：A8.碳纖維織物用于電加熱服裝時(shí)，其發(fā)熱機(jī)理屬于（）A.介電損耗B.渦流效應(yīng)C.焦耳熱D.紅外輻射吸收答案：C9.下列哪種測(cè)試方法可直接獲得碳纖維束的層間剪切強(qiáng)度（）A.三點(diǎn)彎曲B.微脫粘C.單絲拔出D.橫向拉伸答案：B10.碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料在紡織結(jié)構(gòu)下出現(xiàn)"纖維屈曲"缺陷，最可能在下列哪一工藝階段產(chǎn)生（）A.預(yù)浸B.熱壓固化C.編織D.表面處理答案：B11.用于碳纖維展纖的設(shè)備中，"氣浮式"展纖原理主要利用（）A.靜電排斥B.高速氣流C.超聲波D.機(jī)械刮板答案：B12.在碳纖維三維機(jī)織復(fù)合材料中，經(jīng)紗密度50根/10cm，緯紗密度40根/10cm，則其理論纖維體積分?jǐn)?shù)最接近（）A.35%B.45%C.55%D.65%答案：C13.碳纖維與玻璃纖維混編織物用于無人機(jī)機(jī)翼蒙皮，可顯著（）A.提高介電常數(shù)B.降低雷達(dá)散射截面C.增加重量D.降低剛度答案：B14.碳纖維表面等離子體處理時(shí)，常用氣體為（）A.N?B.O?C.ArD.CO?答案：B15.在碳纖維熱塑性預(yù)浸帶生產(chǎn)中，"雙鋼帶壓"工藝主要解決（）A.纖維分散B.樹脂浸潤(rùn)C(jī).厚度公差D.靜電積累答案：C16.碳纖維織物經(jīng)向拉伸模量顯著高于緯向，其主要原因是（）A.緯紗卷曲大B.經(jīng)紗捻度高C.經(jīng)紗細(xì)D.緯紗上漿多答案：A17.碳纖維/環(huán)氧層合板在三點(diǎn)彎曲中呈層間剪切破壞，其臨界跨厚比約為（）A.5:1B.10:1C.16:1D.32:1答案：C18.碳纖維在智能紡織品中作為應(yīng)變傳感器時(shí)，其電阻變化主要源于（）A.隧道效應(yīng)B.壓阻效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.壓電效應(yīng)答案：B19.碳纖維三維機(jī)織預(yù)制體在RTM工藝中滲透率各向異性比值K?/K?一般（）A.<1B.≈1C.2~5D.>10答案：C20.碳纖維與金屬絲并捻制成導(dǎo)電紗，金屬絲通常選用不銹鋼，其主要考慮（）A.耐腐蝕B.低密度C.高延伸D.低熔點(diǎn)答案：A二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）21.下列哪些屬于碳纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的典型應(yīng)用（）A.飛機(jī)剎車氈B.汽車傳動(dòng)帶C.防水篷布D.高溫濾料答案：A、B、D22.碳纖維三維編織結(jié)構(gòu)參數(shù)包括（）A.編織角B.紗線細(xì)度C.纖維體積分?jǐn)?shù)D.鋪層順序答案：A、B、C23.碳纖維展纖后單位面積質(zhì)量降低可帶來（）A.層間剪切強(qiáng)度提高B.成型厚度減薄C.表面光潔度提高D.纖維直度提高答案：B、C、D24.碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料儲(chǔ)存過程中易發(fā)生的質(zhì)量退化有（）A.樹脂析出B.吸濕C.交聯(lián)度下降D.纖維強(qiáng)度下降答案：A、B25.碳纖維用于電熱織物時(shí)，為提升發(fā)熱均勻性可采取（）A.并捻金屬絲B.織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)C.表面涂層D.降低纖維模量答案：A、B、C26.碳纖維三維機(jī)織復(fù)合材料在沖擊后壓縮（CAI）性能提高的途徑有（）A.增韌樹脂B.縫合C.插層熱塑性膜D.提高纖維模量答案：A、B、C27.碳纖維與玄武巖纖維混編可兼顧（）A.成本B.沖擊韌性C.介電性能D.耐高溫答案：A、B、D28.碳纖維在柔性可穿戴器件中需解決的瓶頸問題有（）A.可拉伸性B.耐洗滌C.導(dǎo)電穩(wěn)定性D.染色性答案：A、B、C29.碳纖維織物用于建筑加固時(shí)，其粘貼工藝常用（）A.濕法B.干法C.纏繞D.真空輔助答案：A、C、D30.碳纖維表面接枝納米管可提升（）A.界面剪切強(qiáng)度B.層間斷裂韌性C.導(dǎo)電性D.熱導(dǎo)率答案：A、B、C、D三、填空題（每空1分，共20分）31.碳纖維的含碳量一般高于________%。答案：9032.在三維編織中，紗線沿厚度方向的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為________。答案：軸向紗33.碳纖維展纖寬度與原始寬度之比稱為________比。答案：展纖34.碳纖維/環(huán)氧層合板常用固化制度為"________固化"，即先升溫后恒溫。答案：階梯35.碳纖維單絲直徑通常為________μm。答案：5~836.碳纖維表面氧化處理后，接觸角可降至________°以下。答案：5037.在RTM工藝中，樹脂注入壓力一般控制在________MPa。答案：0.1~0.338.碳纖維電熱織物的功率密度常用單位為________。答案：W/m239.碳纖維三維機(jī)織預(yù)制體厚度方向增強(qiáng)紗稱為________紗。答案：Z40.碳纖維與金屬絲并捻紗的線密度單位常用________。答案：tex41.碳纖維/環(huán)氧層間斷裂韌性GIC測(cè)試采用________梁試樣。答案：雙懸臂42.碳纖維在空氣中長(zhǎng)期使用的極限溫度約為________℃。答案：35043.碳纖維表面接枝硅烷偶聯(lián)劑可提高與________基體的界面結(jié)合。答案：環(huán)氧44.碳纖維展纖后單位面積質(zhì)量可降低________%以上。答案：3045.碳纖維三維編織復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度保持率通常用________表示。答案：CAI46.碳纖維用于柔性傳感器時(shí)，其電阻變化率與應(yīng)變關(guān)系稱為________系數(shù)。答案：靈敏47.碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg常用________分析法測(cè)定。答案：DSC48.碳纖維三維機(jī)織預(yù)制體滲透率測(cè)試采用________定律。答案：Darcy49.碳纖維與玻璃纖維混編可降低雷達(dá)________截面。答案：散射50.碳纖維在建筑加固中，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值需除以________系數(shù)。答案：材料分項(xiàng)四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）51.簡(jiǎn)述碳纖維展纖工藝對(duì)后續(xù)熱壓罐成型層合板孔隙率的影響機(jī)理。答案：展纖使單絲分散、間隙減小，利于樹脂流動(dòng)與浸潤(rùn)；展纖后單位面積質(zhì)量降低，鋪層數(shù)減少，氣泡排出路徑縮短；展纖提高纖維直度，減少屈曲導(dǎo)致富樹脂區(qū)，從而降低孔隙率。52.說明碳纖維三維編織預(yù)制體在厚度方向增強(qiáng)的原理及其對(duì)層間斷裂韌性的貢獻(xiàn)。答案：三維編織引入Z向紗，形成貫穿厚度纖維橋聯(lián)，裂紋擴(kuò)展需拉斷或拔出Z紗，耗能增加；Z紗阻礙層間剪切滑移，使裂紋尖端鈍化，GIC、GIIC提高2~3倍。53.列舉碳纖維電熱織物在可穿戴領(lǐng)域需解決的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并給出解決思路。答案：①可拉伸：采用螺旋包覆氨綸或針織結(jié)構(gòu)；②耐洗滌：選用氟碳疏水涂層、熱熔膠封邊；③溫度均勻：設(shè)計(jì)并聯(lián)導(dǎo)電網(wǎng)格、嵌入溫度傳感器閉環(huán)控制。54.說明碳纖維表面電化學(xué)氧化處理后，界面剪切強(qiáng)度提高的微觀機(jī)制。答案：氧化后表面含氧官能團(tuán)（COOH、OH）增加，與環(huán)氧基體形成共價(jià)鍵；表面粗糙度增大，機(jī)械嚙合增強(qiáng)；表面能升高，樹脂潤(rùn)濕角減小，界面缺陷減少，IFSS提高30~60%。55.對(duì)比碳纖維/環(huán)氧與碳纖維/PEEK熱塑性預(yù)浸料在紡織加工中的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：環(huán)氧預(yù)浸料室溫剛性大、懸垂性差，需低溫儲(chǔ)存，但固化周期短；PEEK預(yù)浸料常溫柔韌、可焊接、可回收，需高溫成型（380℃），對(duì)模具耐熱性要求高，成本高于環(huán)氧30%。五、計(jì)算與分析題（共50分）56.（10分）已知碳纖維三維機(jī)織預(yù)制體面密度為1.2kg/m2，纖維密度1.8g/cm3，樹脂密度1.2g/cm3，要求纖維體積分?jǐn)?shù)Vf=50%。求：①固化后單層厚度；②所需樹脂量（g/m2）。答案：①Vf=mf/(ρf·h)→h=1.2/(1.8×0.5)=1.333mm；②樹脂量mr=ρr·h·(1Vf)=1.2×1.333×0.5=0.8kg/m2=800g/m2。57.（15分）某碳纖維電熱織物電阻R=4Ω，工作電壓U=12V，目標(biāo)功率密度P=800W/m2，織物有效面積A=0.02m2。求：①實(shí)際功率密度；②若需精確達(dá)到800W/m2，應(yīng)如何調(diào)整電壓；③連續(xù)工作1h耗能。答案：①P實(shí)=U2/(R·A)=144/(4×0.02)=1800W/m2；②U調(diào)=√(P目·R·A)=√(800×4×0.02)=8V；③E=P實(shí)·A·t=1800×0.02×1=0.036kWh。58.（15分）給出碳纖維/環(huán)氧層合板三點(diǎn)彎曲試樣尺寸：長(zhǎng)150mm、寬15mm、厚2mm，跨距80mm，測(cè)得最大載荷F=180N，位移δ=2.5mm。求：①彎曲強(qiáng)度σ；②彎曲模量E；③判斷破壞模式（纖維斷裂/層間剪切）。答案：①σ=3FL/(2bh2)=3×180×80/(2×15×22)=360MPa；②E=F·L3/(4bh3δ)=180×803/(4×15×23×2.5)=46GPa；③跨厚比40:1>16:1，且σ小于典型層間剪切強(qiáng)度，為纖維斷裂。59.（10分）某三維編織預(yù)制體滲透率測(cè)試：樹脂粘度μ=0.3Pa·s，厚度h=5mm，注射壓力ΔP=0.2MPa，流速Q(mào)=2mL/s，試樣面積A=100cm2。求面內(nèi)滲透率K。答案：K=Qμh/(AΔP)=2×10??×0.3×5×10?3/(100×10??×0.2×10?)=1.5×10?1?m2=150Darcy。六、綜合設(shè)計(jì)題（30分）60.設(shè)計(jì)一款用于極地科考服的碳纖維復(fù)合電熱織物，要求：工作電壓24V，環(huán)境溫度40℃，服裝面積0.8m2，目標(biāo)維持人體表面35℃，總熱損失估算200W。給出：①織物結(jié)構(gòu)示意圖（文字描述）；②碳纖維紗線選型與電阻設(shè)計(jì)；③溫控系統(tǒng)框圖；④安全與洗滌方案；⑤成本估算。答案：①采用三層結(jié)構(gòu)：外層芳綸防風(fēng)布，中間層碳纖維/銀纖維并捻紗以5mm間距織成網(wǎng)格，內(nèi)層錦綸親膚布，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)縫入PT1000溫度傳感器。②熱平衡：P=200W，I=P/U=8.3A，總電阻R=U2/P=2.88Ω；選用3KPAN基碳纖維，單紗線密度200