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2003年  第20卷  第2期

增强纤维对环氧树脂基体电子束固化特征的影响研究
隋刚, 张佐光, 袁宇慧, 李敏, 李凤梅
2003, 20(2): 1-6.
摘要:
通过研究增强纤维对环氧树脂的电子束辐射固化区域增长形貌及固化度梯度变化的影响发现:未经处理的碳纤维与树脂混合体系经辐射固化后,在纤维根部存在明显空隙。碳纤维经过硝酸处理后,树脂与纤维间的界面结合明显改善。加入增强纤维后,树脂体系的辐射固化层厚度和凝胶含量均有所下降,其下降幅度随纤维含量增加而变大,碳纤维的影响作用大于玻璃纤维。与纯树脂体系相比,纤维树脂混合体系在靠近电子束辐射表面处的凝胶含量随辐射深度增加现象不明显。
结构型隐身复合材料吸波及动/静态力学性能研究
曹茂盛, 王国凡, 高正娟, 张铁夫, 王彪, 朱静
2003, 20(2): 7-12.
摘要:
在纤维增强树脂基复合材料中添加代号分别为S-5,S-1A,HT,XF-4b,SM,TX,XF-2微米级颗粒吸收剂,在保证良好隐身性能的前提下,赋予了材料一定的力学性能。对应于10 dB隐身水平,平板试样的有效吸收频带宽度大约在10 GHz。非标准试样的动态力学性能测试结果表明:本结构型隐身材料具有良好的抗冲击性能,然而,标准试样的静态拉、压、弯、剪等指标低于传统结构材料。
碳纤维和二硫化钼混杂增强尼龙复合材料的摩擦学性能研究
王军祥, 顾明元, 朱真才, 葛世荣, 刘维民
2003, 20(2): 13-18.
摘要:
以注塑成型法制备MoS2和碳纤维混杂增强尼龙1010复合材料,采用MM-200型磨损试验机考察复合材料摩擦磨损性能。研究结果表明:在干摩擦条件下,MoS2和碳纤维混杂可显著改善尼龙复合材料摩擦学性能,较小载荷下复合材料磨损以轻微磨粒磨损和疲劳磨损为主,较高载荷下复合材料则以热疲劳断裂剥落磨损为主。摩擦过程中MoS2和对偶铁发生摩擦化学反应,生成和对偶底材具有较强结合能力的硫化亚铁和硫酸铁等,同时部分被氧化生成MoO3
粉末浸渍长玻璃纤维增强聚丙烯的压缩模塑
周晓东, 张春光, 潘伟, 戴干策
2003, 20(2): 19-24.
摘要:
采用粉末浸渍的方法制备连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸料,经切割获得长纤维增强聚丙烯粒子,采用单螺杆挤出机挤出形成模塑料,探索了模塑料的压缩模塑成型工艺,研究了成型后材料的力学性能及其影响因素。结果表明:粉末浸渍的长纤维增强聚丙烯经压缩模塑后可获得力学性能优良的制品;随着预浸料切割长度的增大、纤维含量的增加,材料的力学性能提高;在基体聚丙烯中添加接枝极性基团的功能化聚丙烯,可改善体系的界面结合,提高材料的力学性能,但功能化聚丙烯的含量超过一定值后,材料的冲击强度有所下降;适当提高模具温度、模塑料温度及成型压力,可以提高材料的力学性能。
碳纳米管/ABS树脂基复合材料的力学性能和雷达波吸收性能的研究
沈曾民, 杨子芹, 赵东林, 陈晓红, 郝宁
2003, 20(2): 25-29.
摘要:
采用竖式炉流动法制备的碳纳米管经液相阳极氧化表面处理后增强ABS热塑性工程塑料。复合材料的力学性能研究显示:碳纳米管的加入有效提高了复合材料的拉伸性能,但材料的耐冲击性能下降。当碳纳米管含量为12 wt%时,复合材料的拉伸强度由45.00 MPa提高到69.96 MPa,杨氏模量由0.75 GPa提高到1.93 GPa。对碳纳米管/ABS复合材料的反射系数测定表明:复合材料在一定频率范围内有雷达波吸收性能。
固化剂类型与固化条件对环氧/粘土纳米复合材料插层剥离行为的影响
宋春芳, 林薇薇, 王齐, 封麟先, 李强
2003, 20(2): 30-34.
摘要:
本文作者选用了5种不同类型的胺类固化剂:二乙烯三胺(DETA),二氨基二苯基甲烷(DDM),2.4.6三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30),增韧改性胺和低温固化改性胺。考察了固化剂类型,固化温度和时间对环氧树脂/粘土纳米复合材料插层剥离行为的影响。固化程度和粘土层间距分别采用FT-IR和XRD,TEM检测。结果表明:环氧/粘土的插层与剥离行为与所选用的五种固化剂类型关系不大,而主要取决于固化工艺参数。在合适的固化条件下,当环氧树脂在粘土层间的固化速度大于层外固化速度,达到基本固化时,就能实现粘土的剥离,得到环氧/粘土纳米复合材料。
超声作用对芳纶纤维表面性质的影响
刘丽, 张翔, 黄玉东, 姜彬, 张志谦
2003, 20(2): 35-40.
摘要:
芳纶纤维表面性质是影响其复合材料界面粘接性能的重要因素。本文作者采用超声技术对芳纶纤维表面进行改性处理,研究了超声作用下,芳纶纤维表面化学组成和表面结构的变化。结果表明:超声处理后,纤维表面极性官能团含量增加,比表面积加大,从而改善了芳纶纤维和环氧树脂之间的浸润性。
20wt% SiO2/Al-Mg复合材料的界面反应及其微结构
李国彬, 孙继兵, 郭全梅, 刘世敏
2003, 20(2): 41-46.
摘要:
采用粉末冶金法制备了20wt% SiO2/Al-Mg复合材料。研究了SiO2和基体元素Al,Mg反应机制,研究表明:在原SiO2颗粒内,形成MgAl2O4,MgO,Mg2Si和少量Al和Si。MgAl2O4呈不规则形状,而且MgAl2O4往往和Al相邻;MgO和Mg2Si形成片层状共析体;经620℃烧结30min,SiO2被完全反应掉。反应生成物Si多数被排到Al基体中;原Al-Mg基体中主要物相为:Al,Mg2Si和Si,Mg2Si颗粒的尺寸小于0.2μm。原Al-Mg基体中,单质Mg已不存在,Mg反应形成Mg2Si。
退火对CdS/SiO2介孔组装体系吸收边的影响
杨一军, 阚彩侠, 毕会娟, 张立德
2003, 20(2): 47-52.
摘要:
本文作者通过溶胶-凝胶法获得块材CdS纳米颗粒/介孔SiO2组装体系(CdS/SiO2)块体样品,室温下的拉曼谱中观察到CdS的两个特征峰;在氮气和空气气氛中退火处理后,发现吸收边位置随复合量和退火温度不同而移动。经计算,CdS颗粒粒径的理论值与其自由激子半径相当,说明吸收边的移动起因于量子限域效应。
聚硅氧烷先驱体转化制备三维Cf/Si-O-C复合材料的研究
马青松, 陈朝辉, 郑文伟, 胡海峰
2003, 20(2): 53-57.
摘要:
研究了含氢聚硅氧烷(PSO)与二乙烯基苯(DVB)的交联与裂解。结果表明:只有在氯铂酸的催化作用下,PSO与DVB才能完全交联。DVB/PSO质量比对陶瓷产率的影响较大,DVB/PSO=0.5时陶瓷产率最高,达到76%。裂解产物中Si,C,O的含量分别为38.3wt%,34.3wt%,27.4wt%。以质量比为0.5的DVB/PSO体系为先驱体,采用先驱体转化法制备出三维Cf/Si-O-C复合材料。研究发现:第一次裂解时采用热压辅助可以明显提高材料的力学性能。第一次在1600℃,10MPa的条件下热压裂解5min,后续真空浸渍-常压裂解处理六个周期所制得的材料具有较高的力学性能,其弯曲强度和断裂韧性分别为502MPa,23.7MPa·m 1/2。理想的界面结合状态是其具有高性能的主要原因。
烧成温度对Al2O3/Ni复合材料的致密化、物相组成和显微结构的影响
李国军, 黄校先, 郭景坤, 陈大明
2003, 20(2): 58-63.
摘要:
首先采用非均相沉淀合成出Ni包裹Al2O3粉体,然后热压烧结包裹粉体制备了Al2O3/Ni复合材料。本文作者主要研究了不同烧成温度对复合材料致密化、物相组成和显微结构的影响。结果表明:在1400℃保温1h,烧结体获得了最大相对密度,而致密度随Ni含量的增加反而降低;高于1350℃时,除Al2O3和Ni相外,在烧结体的表层生成一种由Al,Ni,O,C四种元素组成的新相;随着温度的升高,包裹层的纳米Ni颗粒聚合、长大,并退缩至三角晶界处,在适当的烧结温度(1400℃),少数小的纳米Ni颗粒被卷入Al2O3晶内,大的位于三角晶界,当烧成温度为1450℃时,不仅观察到Al2O3/Ni界面存在空隙,也发现了Al2O3晶粒异常长大现象。
热梯度化学气相沉积动力学过程的探讨
闫桂沈, 李贺军, 张守阳, 郝志彪
2003, 20(2): 64-70.
摘要:
主要是关于热梯度化学气相过程中预制体致密机理的探讨。通过对沉积试验的结果分析发现:在热梯度化学气相沉积的大部分阶段,预制体沉积致密的动力学方程符合低分子填充孔隙的动力学方程,即指数形式致密方程,这说明热梯度法致密预制体的过程从本质上来说,仍是受制于裂解产物在预制体上孔隙填充的这一动力学过程的,与文献中提到的常规均热法沉积致密模式是一致的。另外,从机理分析和实验结果的对比中发现:热梯度化学气相沉积能够较大幅度提高预制体致密速率的原因是存在于沉积过程的温度梯度和浓度梯度可以较大幅度提高沉积分子的定向扩散速率,所以提高了预制体的致密速率。但这一沉积速率的加快并不改变预制体的致密模式。
炭/炭复合材料用高性能浸渍剂沥青的研究
许斌, 李铁虎
2003, 20(2): 71-75.
摘要:
根据原生QI杂质由微米级炭粒构成的特性,采用溶剂絮凝法对煤焦油进行了净化处理,以净化煤焦油为原料制备了低QI含量的高性能浸渍剂沥青,对比研究了高性能浸渍剂沥青的流变性能和渗透性能。结果证实:高性能浸渍剂沥青极大地改善了浸渍效果,并且使炭/炭复合材料的力学性能显著提高。
三维四步法圆型编织结构分析
陈利, 李嘉禄, 李学明
2003, 20(2): 76-80.
摘要:
三维编织中,编织纱线趋向于沿携纱器运动的方向运动。本文作者根据携纱器的运动规律,采用定义代表性控制域的方法,详细地研究了三维圆型编织中所形成的空间纱线交织结构。在此基础上,获得的预成型件结构单胞模型包含四种内部单胞和两种表面单胞。预成型件的整体结构可由六种单胞组装而成,且单胞的几何特性与其在预成型件横截面内所处的位置有关。单胞与预成型件具有相同的取向,有利于材料的力学性能分析。
二步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数
李嘉禄, 孙颖
2003, 20(2): 81-87.
摘要:
以比较真实的细观结构为基础,本文作者运用"单元体叠加法",通过具体推导编织结构参数和工艺参数之间的关系,提出一套准确的编织工艺计算公式用于指导实际生产的工艺设计。同时,进行了许多设计的实验,有效地验证了所得到的结构参数和工艺参数之间关系的正确性。
基于三维有限元法的层合圆柱壳应力分析
程乐锦, 薛明德, 胡宁
2003, 20(2): 88-93.
摘要:
针对空间结构中常见的蜂窝夹芯壳体提出了一种32节点相对自由度三层壳元,以及一种精确计算层间应力的后处理方案。这种32节点壳元可以更好地反映结构固有的特性,易与三维实体单元相连接,使变厚度、带有补强的蜂窝夹芯复合材料壳体等复杂结构问题得以正确建模。本文作者的后处理方案克服了位移有限元层间应力不连续的缺点,保证了应力精确满足边界条件。综合运用以上方法的典型算例表明:计算精度是令人满意的。
对流换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析
许杨健, 涂代惠
2003, 20(2): 94-99.
摘要:
用有限元法和有限差分法相结合的方法,分析了由 ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性瞬态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在精确计算瞬态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态温度场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据。
聚丙烯/聚苯乙烯共混体系模量的细观力学研究
万志敏, 谢志民, 盛京
2003, 20(2): 100-105.
摘要:
应用复合材料细观力学理论和相应分析模型,预测了聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)共混体系的弹性模量并进行相应的试验研究。系统研究了非相容PP/PS共混物的体积含量和共混时间对共混物形态和弹性模量的影响,分析了细观形态与宏观力学性能间的关系。对PP/PS共混物的拉伸实验结果表明:微观力学模型在模量预报上是可行的,其中Mori-Tanaka法更有效,因为与半经验模型(如Halpin-Tsai法和改进的混合模型)相比,它没有试验参数,在材料设计时具有更大的优越性。
模拟水泥基复合材料细观断裂过程的随机弹簧元
刘玉擎
2003, 20(2): 106-111.
摘要:
叙述了水泥基复合材料从微观裂缝发生到断裂形成的一个计算机模拟系统。该系统主要是通过把骨料和水泥基分别看成具有不同性质的构造单元考虑水泥基复合材料的非均质性;用弹簧元法的单元形状任意性与变位不连续性模拟其构造上的随机性及其断裂形成过程。并以数值模拟混凝土试件的拉伸断裂和压缩断裂为例,探讨材料的裂缝细观进展机理及其和宏观力学特性的关系。
含椭球夹杂耐热梯度功能材料细观结构优化应力方程
李永, 宋健, 张志民
2003, 20(2): 112-117.
摘要:
梯度功能材料具有复杂的细观结构组合方式,对其进行细观力学的研究是当前的主要发展方向。本文作者对非均质、耐热、含椭球夹杂梯度功能材料的细观结构与性能进行了分析,研究其细观力学建模和在机械/热载荷下的损伤演化和破坏。结果可应用于多相夹杂梯度功能材料的细观应力分析和细观性能预测,并均以显式给出,以便于工程应用。
混杂碳/碳复合材料超高温力学性能实验研究
易法军, 韩杰才, 杜善义
2003, 20(2): 118-122.
摘要:
利用快速通电加热测试技术,模拟混杂碳/碳复合材料的超高温工作环境,测试了材料不同温度下的拉伸、压缩力学性能,得到了材料的拉伸、压缩强度与模量随温度的变化规律,并给出了相应的拟合曲线。结果表明:材料的强度和模量在一定范围内随温度的升高而增加,在2000 K~2400 K之间达到最大值,当温度超过2700 K后迅速下降。材料轴向的拉伸、压缩性能随温度的变化较横向缓慢,强度的变化范围较模量的小。