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2002年  第19卷  第5期

剑麻纤维增强聚合物基复合材料
卢珣, 章明秋, 容敏智, 杨桂成, 曾汉民
2002, 19(5): 1-6.
摘要:
剑麻是一种价廉质轻、具有高比强度和比模量的天然纤维,可用作聚合物复合材料的增强材料。本文作者总结了近年来剑麻/聚合物复合材料的研究进展,介绍了剑麻的结构与性能、表面改性方法及其复合材料力学性能的影响因素等,并对今后的研究作了进一步的展望。
用液晶高分子微纤自增强的原位复合材料
官建国, 马会茹, 段华军
2002, 19(5): 7-13.
摘要:
刚性棒状的主链型热致液晶聚合物(TLCP)能自组织形成液晶畴,具有各向异性和优异的物理性质。将其加入到热塑性聚合物(TP)中,可明显改善体系的加工特性,并能"原位"生成高长径比、高模量和高强度的微纤,形成自增强的原位复合材料。本文作者简述了原位复合材料的加工流变学和微观结构形态;详细讨论了TLCP/TP原位复合材料的化学组成、物理性质(特别是相容性),和加工成型参数等因素对TLCP微纤的"原位"生成及其性能的影响;重点阐述了TLCP/TP共混体系的增容技术。文中作者首次提出了在加工过程中引入电场协助微纤原位生成,制备高性能原位复合材料的新概念。
亚麻/LLDPE复合材料力学性能的研究
许瑞, 徐闻, 程赫鹏
2002, 19(5): 14-21.
摘要:
本文研究了碱液及硅烷偶联剂对亚麻纤维结构与性能的影响,讨论了碱液及硅烷偶联剂浓度、亚麻预处理时间对亚麻/LLDPE复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻经碱液及偶联剂预处理后,吸湿率降低,热稳定性提高,结晶度和晶面间距下降,亚麻/LLDPE复合材料的力学性能有明显提高。
电子束辐射交联制备低氧含量SiC纤维的研究
楚增勇, 宋永才, 冯春祥, 许云书, 傅依备
2002, 19(5): 22-27.
摘要:
本文作者研究了电子束辐射交联对PCS纤维不熔化效果、热分解特性的影响,探讨了辐射交联机理,并制得了低氧含量的SiC纤维,研究了其耐高温性能。结果显示,PCS辐照纤维开始实现不熔化的吸收剂量是15MGy。所得纤维的氧含量为3.3wt%,抗拉强度为1.65GPa,晶粒尺寸3.4nm。在He气氛下1600℃处理30min后失重8wt%,强度保留80%,晶粒长大到16.3nm。
XPS,AFM研究沥青基碳纤维电化学表面处理过程的机制
王成忠, 杨小平, 于运花, 刘承坤
2002, 19(5): 28-32.
摘要:
对各向同性沥青基碳纤维进行电化学氧化表面处理,用XPS,AFM分析了碳纤维表面含氧官能团和表面微观形貌的变化过程。实验结果表明:电化学氧化处理是表面碳及其含氧官能团逐步被氧化成羧基和CO2的过程。氧化处理首先是使碳纤维表面变得更光滑,持续氧化后才会出现沟槽,SEM的分辨率不足以表征碳纤维电化学氧化前后的表面形貌变化,而采用AFM可在纳米尺度上表征碳纤维在电化学氧化过程中的表面形貌变化。AFM和XPS的结合可表征碳纤维电化学氧化表面处理的进程。
钡酚醛树脂体系化学流变特性研究
路遥, 段跃新, 梁志勇, 张佐光
2002, 19(5): 33-37.
摘要:
在粘度实验和DSC热分析实验的基础上,对用于RTM工艺的钡酚醛树脂体系的化学流变特性进行研究,并根据双阿累尼乌斯方程建立树脂体系的流变模型。模型与实验结果具有良好的一致性。模型可揭示树脂体系在不同工艺条件下的粘度变化规律,定量预报RTM工艺树脂的低粘度平台工艺窗口,为合理制定RTM工艺参数、保证产品质量和实现工艺参数的全局优化提供必要的科学依据。
原位红外技术研究天然橡胶/粘土复合材料热降解产物
敖宁建, 陈美, 廖远琰, 王晨, 周慧玲, 钱红莲
2002, 19(5): 38-42.
摘要:
将粘土经还原剂及酸处理,再与天然胶乳共沉制备粘土胶复合材料, 用带原位样品池的傅立叶变换红外光谱仪动态研究粘土胶复合材料在不同温度下热降解气相产物。在低分解温度下,粘土胶分解产物主要是乙烯、低分子烯烃类及含羰基化合物;随分解温度升高,则低分子烯烃含量减少,较长链烯类生成,并同时产生大量烷烃类分解产物。随着粘土中Cu,Mn,Co,Fe等金属组分含量升高,粘土胶分解产物中含羰基氧化产物、烯烃及CO2含量增加,说明金属组分对粘土胶降解氧化产生促进作用。
C/C密度梯度材料的热学及力学性能研究
张守阳, 李贺军, 孙军
2002, 19(5): 43-46.
摘要:
C/C密度梯度材料的研究在国内尚属于空白,本文作者研究了C/C复合材料的导热系数与密度间的关系,并对比密度均匀材料与密度梯度材料的导热系数和力学性能,从理论上探索C/C密度梯度材料的应用前景。为进一步开发C/C密度梯度材料提供了理论依据。
离心铸造Al-16wt%Si合金自生梯度复合材料
谭银元
2002, 19(5): 47-51.
摘要:
本文作者通过改变离心铸造的转速,获得了内层有较多初晶Si其余部分为共晶组织或初晶Si由外向内偏析的Al-16wt%Si合金自生梯度复合材料。分析了复合材料的形成过程,考察了复合材料的组织、硬度、耐磨性和物相结构。
钛酸钾晶须增强铝基复合材料的热循环尺寸稳定性
卫中山, 吴申庆, 王珉, 左敦稳
2002, 19(5): 52-56.
摘要:
用挤压铸造工艺制备了钛酸钾晶须增强铝基复合材料,研究了其热膨胀系数和热循环尺寸稳定性。复合材料的热膨胀系数低于ZL109合金且随晶须含量的增加而降低。50℃~280℃热循环实验中,ZL109合金和复合材料中都观察到应变滞后现象。ZL109合金的热循环曲线具有最大的应变滞后和残余塑性应变,而30 vol%复合材料热循环前后几乎没有尺寸变化,具有很高的尺寸稳定性。最后,我们认为可以用热循环曲线来分析工作在变温环境下的结构材料的尺寸稳定性和失效。
SiC晶须增强铝基复合材料热膨胀行为与内应力关系的研究
胡明, 郑馥, 费维栋, 王黎东, 姚忠凯
2002, 19(5): 57-61.
摘要:
本文作者研究了600℃水淬和600℃退火处理的碳化硅晶须增强铝基复合材料的热膨胀行为,阐述两者热膨胀行为与内应力的内在关系。结果表明:淬火后复合材料基体的位错密度、内应力、及材料的有效屈服强度较高;而退火后复合材料基体的位错密度、内应力、及材料的有效屈服强度较低。当材料在600℃淬火后,升温过程中材料的热膨胀系数曲线在80℃和245℃各出现一个峰值,且后者明显高于前者;而600℃退火后材料的热膨胀系数曲线只在80℃出现一个波峰,且其峰值低于淬火材料相应的峰值。分析表明:材料热膨胀系数曲线出现的第一个峰是基体内拉应力释放的结果;而淬火后材料热膨胀系数曲线出现的第二个峰是基体压应力释放速率的标志。
挤压铸造硼酸铝晶须增强Al基复合材料浸渗过程理论分析
胡锐, 李华伦, 魏明, 张志宏, 李武
2002, 19(5): 62-65.
摘要:
本文作者采用挤压铸造法,制取了硼酸铝晶须增强Al基复合材料,并根据Laplace方程及多孔体的渗流物理基本原理,从多孔渗流动力学角度分析了挤压浸渗过程中金属液在多孔体中的流动,认为紊流才是其主要的表现形式。并较详细地分析了晶须长度对预制件孔结构及浸渗的影响。
Cu-Zr合金基体中TiB2的原位反应合成
闵光辉, 王常春, 于普涟, 张书玉
2002, 19(5): 66-70.
摘要:
本文作者利用原位反应合成法制备了TiB2/Cu-Zr复合材料,并对其显微结构进行了观察。分析了合成TiB2的反应过程。结果表明:TiB2在Cu-Zr基体中以两种形态存在,分布均匀,尺寸为0.5 μm~10 μm;在建立TiB2反应合成机制模型的基础上,简单描述了不同形态TiB2的生长机制。
用于复合材料增强体的多壁纳米碳管化学镀镍
孔凡志, 张孝彬, 熊文庆, 刘芙, 黄宛真, 孙沿林, 涂江平
2002, 19(5): 71-74.
摘要:
纳米碳管由于其特有的高强度、高韧性,成为一种富有潜力的复合材料增强体。通过对纳米碳管的化学镀镍,可以得到连续、一致的镀层(20 nm~30 nm)。TEM观察表明:在化学镀镍的前期,金属镍主要以纳米颗粒的形式沉积到纳米碳管表面的催化中心;随着镀镍时间的延长,镀层逐渐加厚,并且连接在一起,成为连续的镀层。在化学镀过程中,纳米碳管曲率的影响不明显,关键在于预处理后催化中心的分布情况。
从微孔洞起始的热冲击裂纹的数值研究——Ⅰ: 热应力分析
贺鹏飞, 李京剑, Yuan C, Stern R, Clegg W J
2002, 19(5): 75-78.
摘要:
陶瓷材料在热冲击荷载作用下的典型破坏模式是裂纹的起始和扩展。当高温的材料或构件突然处于低温环境时,裂纹将由材料或构件的表面开始产生和发展。因此,材料表面及其表面附近的材料微结构对裂纹的起始有着非常重要的影响。实验表明:某些具有微孔洞结构的陶瓷材料比相应的密实材料的抗热冲击性能有所提高,但相关的机制目前还没有得到定量的解释。本文作者利用商业有限元软件ABAQUS,分析了受热冲击表面上的开口微孔洞、处于表面附近的闭口微孔洞周围的热应力场,以及微孔洞的大小、微孔洞与表面的距离对热应力场的影响,其目的是为进一步分析裂纹的起始和扩展做准备。数值结果表明:一般情况下,闭口微孔洞引起的应力集中比开口微孔洞引起的应力集中更为严重,特别当闭口微孔洞与表面之间的距离很小时,和没有微孔洞情况相比,闭口微孔洞引起的最大的应力集中系数超过6。
从微孔洞起始的热冲击裂纹的数值研究——Ⅱ:能量释放率分析
贺鹏飞, 李京剑, Yuan C, Stern R, Clegg W J
2002, 19(5): 79-83.
摘要:
利用商业的有限元软件ABAQUS,分析了具有微孔洞结构氧化铝陶瓷材料在受到热冲击作用下,从处于材料表面上的开口微孔洞以及临近材料表面的闭口微孔洞的底部起始的裂纹扩展。结果表明:对于从开口微孔洞和闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随冷却时间的变化规律类似,即随冷却时间t由零开始增加,能量释放率也由零开始快速增大,在冷却时间大约为t=0.1 s时,达到其最大值,随后开始降低。另外对于从开口微孔洞底部起始的裂纹,结果发现裂纹的能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加而增加,而对于从闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加、以及微孔洞与材料受热冲击面距离的增加而增加。以开口微孔洞底部起始的裂纹为例,研究了裂纹与临近微孔洞之间的作用,发现临近微孔洞的存在可以明显减小裂纹的能量释放率。这些结果对于从材料的微结构角度设计材料的抗热冲击性能有参考价值。
纤维拔出实验的样本尺寸效应
彭细荣, 杨庆生
2002, 19(5): 84-89.
摘要:
本文作者通过数值模拟的方法,考察了纤维在基体中埋深长度及基体对纤维的包裹厚度等几何因素对纤维拔出实验中界面应力分布和断裂力学性能的影响。在理想界面(纤维与基体间完好粘结)假设下,纤维与基体间界面剪应力与正应力沿纤维轴向的分布进行了定量研究;在忽略温度残余应力、裂缝间摩擦力和材料非线性效应的条件下,对开裂全过程中系统能量释放率的变化规律进行了数值跟踪。研究表明:实验样本的几何尺寸显著地影响界面的应力分布和断裂性能。
复合材料梁的脱层识别
罗松南, 曹志远, 傅衣铭
2002, 19(5): 90-94.
摘要:
本文作者研究了具任意脱层复合材料梁的单参数振动反分析。基于弹性理论,建立了复合材料脱层梁的基本方程式。对脱层梁进行了分区处理,方便地描述了脱层长度、脱层位置。利用边界条件、区间位移连续性条件和弯矩剪力平衡条件建立了反分析的特征方程式。综合考虑系统的一阶固有频率和一阶振型,通过反分析特征方程式求出某一待定参数。为工程无损检测提供理论依据。
数值计算模拟复合材料固化中夹杂气泡的影响和残余应力的变化
王荣国, 田秋, 马文有, 代成琴, 田丰, 陈玉金, 李辰砂, 曹茂盛
2002, 19(5): 95-101.
摘要:
复合材料的固化有着复杂的内部过程,传统的工艺条件难以保障产品的质量。影响复合材料成型质量的主要因素为树脂基体内的气泡的增长和各铺层之间的残余应力,本文作者分析气泡和残余应力形成的机理,建立过程模型,并编制计算机程序模拟计算气泡的增长和残余应力的形成,为复合材料成型工艺的设计提供依据。
大电机定子复合绝缘材料老化的动态力学分析
宋建成, 高乃奎, 成永红, 乐波, 谢恒方方土
2002, 19(5): 102-107.
摘要:
对大电机定子环氧云母复合绝缘材料进行了长时间多因子应力老化,采用动态力学分析仪对不同老化阶段的复合绝缘材料进行了动态力学实验,分析了各力学参量与复合绝缘材料老化时间的关系。根据Eyring绝对反应速度理论,推导了复合绝缘材料玻璃化转变活化能的计算公式并计算了不同老化阶段复合绝缘材料的表观活化能。
复合材料层合板准静态横压损伤及其压缩破坏研究
张子龙, 程小全, 益小苏
2002, 19(5): 108-113.
摘要:
为了考察一种小试件CAI试验方法的有效性,本文作者对复合材料层合板的准静态横向压缩特性和损伤,以及损伤后的压缩破坏进行了试验研究,采用C扫描、热揭层等技术对层合板内的损伤进行测量,并将含准静态横压损伤层合板的剩余压缩强度与低速冲击后板的压缩强度进行了比较。结果表明:在横压过程中存在分层损伤起始门槛压缩载荷值或压入深度值,以及横压载荷极限值;小板试件各界面的分层面积沿厚度方向的分布和继后的压缩破坏形式等与SACMA的CAI试验标准的情况相异。
高应变率加载下复合泡沫塑料的吸能特性及失效机理研究
卢子兴, 袁应龙
2002, 19(5): 114-117.
摘要:
通过SHPB冲击实验装置对空心玻璃微球填充聚氨酯复合泡沫塑料进行了动态压缩实验,获得了不同密度复合泡沫塑料在高应变率加载条件下的应力-应变曲线,研究了材料的动态力学性能。基于所获得的应力-应变曲线,进一步分析和讨论了复合泡沫塑料的能量吸收特性,发现材料最佳吸能点的包络线是同一直线。此外,通过动态变形试件的扫描电镜分析,还研究了这类新材料的动态失效问题。
柔性复合材料前掠翼飞机静气动弹性分析
万志强, 唐长红, 邹丛青
2002, 19(5): 118-124.
摘要:
本文作者计算分析的是柔性复合材料前掠翼概念机的静气动弹性特性。文中作者利用NASTRAN计算了单独机翼的发散速度,并重点计算和分析了该机在亚音速情况下,飞行载荷和纵向静稳定性、操纵性导数分别随马赫数和动压变化的曲线。通过对比分析可以看出:(1)相同高度下,随着马赫数的增加,刚体纵向静稳定性、操纵性导数和弹性纵向静稳定性、操纵性导数分别呈不同的变化趋势,且某些变化相差甚大;机翼剪力、弯矩和扭矩随翼展变化的曲线中,刚体部分所占的比例不断减小,弹性部分所占的比例不断增加;机翼的最大垂直挠度(在翼尖前缘处)和最大扭角(在翼尖处)略有增加。(2)相同马赫数下,随着动压的不断增加,刚体纵向静稳定性、操纵性导数保持不变,弹性纵向静稳定性、操纵性导数呈线性变化;机翼剪力、弯矩和扭矩随翼展变化的曲线中,也同样是刚体部分所占的比例不断减小,弹性部分所占的比例不断增加;机翼的最大垂直挠度(在翼尖前缘处)和最大扭角(在翼尖处)略有增加。(3)使用复合材料剪裁技术可以适当减小机翼内洗,从而提高发散速度,减小机翼前缘垂直挠度和飞行载荷中弹性部分的比例。