2011年 第28卷 第2期
2011, 28(2): 1-9.
摘要:
以烧蚀型防热复合材料、 非(微)烧蚀型防热复合材料、 高温高效隔热复合材料以及高温透波复合材料为重点, 简要总结了国内外防热复合材料发展现状, 介绍了我国重点领域的突破与进展, 并展望了未来防热复合材料的发展趋势。
以烧蚀型防热复合材料、 非(微)烧蚀型防热复合材料、 高温高效隔热复合材料以及高温透波复合材料为重点, 简要总结了国内外防热复合材料发展现状, 介绍了我国重点领域的突破与进展, 并展望了未来防热复合材料的发展趋势。
2011, 28(2): 10-15.
摘要:
利用碳纳米管(CNTs)表面官能团与环氧丙烯酸酯(EA)齐聚物的反应, 制备了碳纳米管/环氧丙烯酸酯(CNTs/EA)光敏性树脂, 通过紫外光(UV)固化交联制备出新型复合涂层。研究了涂层的阻隔红外/紫外线性能, 在近红外区(4000~12000 cm-1)的阻隔率为68.55%, 对可见光(380~780 nm)的透过率大于85％, 对于＜300 nm的紫外线完全阻隔。同时复合涂层力学性能与EA涂层相比也得到提高, 在光阻隔涂层方面具有潜在的应用前景。
利用碳纳米管(CNTs)表面官能团与环氧丙烯酸酯(EA)齐聚物的反应, 制备了碳纳米管/环氧丙烯酸酯(CNTs/EA)光敏性树脂, 通过紫外光(UV)固化交联制备出新型复合涂层。研究了涂层的阻隔红外/紫外线性能, 在近红外区(4000~12000 cm-1)的阻隔率为68.55%, 对可见光(380~780 nm)的透过率大于85％, 对于＜300 nm的紫外线完全阻隔。同时复合涂层力学性能与EA涂层相比也得到提高, 在光阻隔涂层方面具有潜在的应用前景。
2011, 28(2): 16-21.
摘要:
采用熔融共混法制备了不同质量分数的羧基化多壁碳纳米管(CMWNTs)/聚己二酸己二胺(PA66)切粒, 并将切粒熔融纺丝制成CMWNTs/PA66复合纤维。 采用SEM、 DMA和单纤维电子强力仪等研究了CMWNTs对复合纤维形貌和力学性能的影响。CMWNTs在纤维中沿纤维轴向束状分布均匀。CMWNTs的加入提高了PA66纤维的力学性能和玻璃化温度。CMWNTs的质量分数为0.5%时, CMWNTs/PA66复合纤维的储能模量最大, 为PA66纤维的5.5倍; 玻璃化温度提高了27.6℃。CMWNTs的质量分数为0.3％时, 复合纤维的初始模量最大, 比PA66纤维增加了101.4%。当CMWNTs的质量分数为1%时, 复合纤维的断裂强度最大, 与纯PA66相比增加了48.8%。
采用熔融共混法制备了不同质量分数的羧基化多壁碳纳米管(CMWNTs)/聚己二酸己二胺(PA66)切粒, 并将切粒熔融纺丝制成CMWNTs/PA66复合纤维。 采用SEM、 DMA和单纤维电子强力仪等研究了CMWNTs对复合纤维形貌和力学性能的影响。CMWNTs在纤维中沿纤维轴向束状分布均匀。CMWNTs的加入提高了PA66纤维的力学性能和玻璃化温度。CMWNTs的质量分数为0.5%时, CMWNTs/PA66复合纤维的储能模量最大, 为PA66纤维的5.5倍; 玻璃化温度提高了27.6℃。CMWNTs的质量分数为0.3％时, 复合纤维的初始模量最大, 比PA66纤维增加了101.4%。当CMWNTs的质量分数为1%时, 复合纤维的断裂强度最大, 与纯PA66相比增加了48.8%。
2011, 28(2): 22-26.
摘要:
详细研究了ePTFE(expanded Poly-Tetra-Fluoro-Ethylene, 多孔聚四氟乙烯)增强相含量对复合质子交换膜力学性能的影响。结果表明, 增强相ePTFE体积分数对ePTFE/Nafion复合质子交换膜的物理增强存在一个阈值, 其理论数值约为20.7%。当ePTFE增强相含量低于该值时, 复合膜的断裂强度随ePTFE含量增加而减小; 当ePTFE增强相含量高于该值时, 复合膜的断裂强度随ePTFE含量增加而增大。ePTFE/Nafion复合质子交换膜的屈服强度随ePTFE含量的变化也表现出类似规律。
详细研究了ePTFE(expanded Poly-Tetra-Fluoro-Ethylene, 多孔聚四氟乙烯)增强相含量对复合质子交换膜力学性能的影响。结果表明, 增强相ePTFE体积分数对ePTFE/Nafion复合质子交换膜的物理增强存在一个阈值, 其理论数值约为20.7%。当ePTFE增强相含量低于该值时, 复合膜的断裂强度随ePTFE含量增加而减小; 当ePTFE增强相含量高于该值时, 复合膜的断裂强度随ePTFE含量增加而增大。ePTFE/Nafion复合质子交换膜的屈服强度随ePTFE含量的变化也表现出类似规律。
2011, 28(2): 27-35.
摘要:
通过熔融共混制备了有机蒙脱土 (OMMT)/聚氧化乙烯(PEO)- 聚丙烯(PP)复合材料, 采用TEM、 SEM、 DSC、 透光率分析等手段研究了OMMT在PEO-PP共混物中的分布及OMMT对共混物相形态、 OMMT含量对复合材料透光率的影响。结果表明, OMMT选择性分布在PEO分散相内部及两相界面, 对PEO-PP共混物起到增容作用, OMMT 的加入使PEO相粒径得到细化, 粒径尺寸趋于均匀, PP球晶尺寸明显减小, 复合材料的透明性显著增加。
通过熔融共混制备了有机蒙脱土 (OMMT)/聚氧化乙烯(PEO)- 聚丙烯(PP)复合材料, 采用TEM、 SEM、 DSC、 透光率分析等手段研究了OMMT在PEO-PP共混物中的分布及OMMT对共混物相形态、 OMMT含量对复合材料透光率的影响。结果表明, OMMT选择性分布在PEO分散相内部及两相界面, 对PEO-PP共混物起到增容作用, OMMT 的加入使PEO相粒径得到细化, 粒径尺寸趋于均匀, PP球晶尺寸明显减小, 复合材料的透明性显著增加。
2011, 28(2): 36-41.
摘要:
以PVP/Ti(OC4H9)4溶胶为壳层, 以PVP/Ni(CH3COO)2·4H2O溶胶为核层, 采用同轴静电纺丝法制备了核壳结构Ti(OC4H9)4/Ni(CH3COO)2·4H2O PVP纤维; 用程序升温法, 在550 ℃下烧结6 h, 制备了NiO-TiO2 同轴纳米纤维。采用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外吸收光谱(FTIR)、 热重(TG)等测试技术对复合纳米纤维的结构和性能进行了表征, 并研究了该催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝溶液的催化降解性能。结果表明, NiO-TiO2同轴纳米纤维具有很好的光催化活性, 而且该复合催化剂可以循环使用。
以PVP/Ti(OC4H9)4溶胶为壳层, 以PVP/Ni(CH3COO)2·4H2O溶胶为核层, 采用同轴静电纺丝法制备了核壳结构Ti(OC4H9)4/Ni(CH3COO)2·4H2O PVP纤维; 用程序升温法, 在550 ℃下烧结6 h, 制备了NiO-TiO2 同轴纳米纤维。采用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外吸收光谱(FTIR)、 热重(TG)等测试技术对复合纳米纤维的结构和性能进行了表征, 并研究了该催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝溶液的催化降解性能。结果表明, NiO-TiO2同轴纳米纤维具有很好的光催化活性, 而且该复合催化剂可以循环使用。
2011, 28(2): 42-48.
摘要:
以马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)作为增容剂, 采用熔体共混的方法制备了PA1010-PP共混物, 通过扫描电镜(SEM)、 力学性能和差示扫描量热(DSC)测试, 研究了动态保压注射成型中POE-g-MAH对PA1010-PP共混物的增容作用。力学性能测试结果表明, 在注射成型过程中施加剪切应力, 明显提高了共混物的拉伸和冲击性能。SEM结果表明, 剪切诱导制品产生多层次结构, 而且分散相相区尺寸显著减小, 分散更趋均匀, 相界面更加模糊。DSC结果表明, 剪切应力作用下, 当POE-g-MAH的质量分数达到15%时, PP出现2个结晶峰, 即出现异相成核结晶和均相成核结晶, PP均相成核结晶的出现从另一个方面表明动态试样中分散相PP尺寸小于静态试样。剪切应力作用下增容作用的提高归因于剪切应力作用下独特相形态的形成。
以马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)作为增容剂, 采用熔体共混的方法制备了PA1010-PP共混物, 通过扫描电镜(SEM)、 力学性能和差示扫描量热(DSC)测试, 研究了动态保压注射成型中POE-g-MAH对PA1010-PP共混物的增容作用。力学性能测试结果表明, 在注射成型过程中施加剪切应力, 明显提高了共混物的拉伸和冲击性能。SEM结果表明, 剪切诱导制品产生多层次结构, 而且分散相相区尺寸显著减小, 分散更趋均匀, 相界面更加模糊。DSC结果表明, 剪切应力作用下, 当POE-g-MAH的质量分数达到15%时, PP出现2个结晶峰, 即出现异相成核结晶和均相成核结晶, PP均相成核结晶的出现从另一个方面表明动态试样中分散相PP尺寸小于静态试样。剪切应力作用下增容作用的提高归因于剪切应力作用下独特相形态的形成。
2011, 28(2): 49-53.
摘要:
对不同纤维体积分数和不同纤维分布状态的纤维模型进行数值模拟, 分析纤维微结构的改变对流体流动行为的影响。结果表明, 在纤维体积分数低时, 纤维间最小距离对平均渗透率影响小; 在纤维体积分数高时, 平均渗透率随着最小距离的减小而减小。研究渗透率标准偏差与最小距离、 体积分数三者关系, 在纤维体积分数低时, 渗透率的标准偏差主要由最小距离决定; 在纤维体积分数高时, 渗透率的标准偏差由纤维体积分数及最小距离共同决定。
对不同纤维体积分数和不同纤维分布状态的纤维模型进行数值模拟, 分析纤维微结构的改变对流体流动行为的影响。结果表明, 在纤维体积分数低时, 纤维间最小距离对平均渗透率影响小; 在纤维体积分数高时, 平均渗透率随着最小距离的减小而减小。研究渗透率标准偏差与最小距离、 体积分数三者关系, 在纤维体积分数低时, 渗透率的标准偏差主要由最小距离决定; 在纤维体积分数高时, 渗透率的标准偏差由纤维体积分数及最小距离共同决定。
2011, 28(2): 54-58.
摘要:
采用磁控溅射和真空蒸镀结合的方法, 制备了Mg-PbO2-Ti-PbO2-PTFE复合薄膜烟火材料, 利用X射线光电子能谱(XPS)分析了真空蒸镀的薄膜成分, 并测定了薄膜材料与基底间的附着力。采用光纤法测量薄膜材料的燃烧线速度, 分析了其燃烧过程。结果表明,利用真空蒸镀法可得到PbO2薄膜, 复合薄膜烟火材料与基底有较好的附着力, 复合薄膜烟火材料的燃烧线速度无约束条件下为(331.82±9.23) mm·s-1, 有约束条件时为(435.98±18.60) mm·s-1, 误差小于5%, 燃烧时间与长度呈良好的线性关系。
采用磁控溅射和真空蒸镀结合的方法, 制备了Mg-PbO2-Ti-PbO2-PTFE复合薄膜烟火材料, 利用X射线光电子能谱(XPS)分析了真空蒸镀的薄膜成分, 并测定了薄膜材料与基底间的附着力。采用光纤法测量薄膜材料的燃烧线速度, 分析了其燃烧过程。结果表明,利用真空蒸镀法可得到PbO2薄膜, 复合薄膜烟火材料与基底有较好的附着力, 复合薄膜烟火材料的燃烧线速度无约束条件下为(331.82±9.23) mm·s-1, 有约束条件时为(435.98±18.60) mm·s-1, 误差小于5%, 燃烧时间与长度呈良好的线性关系。
2011, 28(2): 59-63.
摘要:
以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体, 采用溶胶-凝胶法原位制备了SiO2/胶原水解物-聚乙烯醇杂化复合膜(SiO2/CH-PVA杂化膜)。通过溶胀、 热重(TG)、 红外光谱(FTIR)、 扫描电镜(SEM)和拉伸实验, 考察了SiO2对杂化膜性能的影响。结果表明, SiO2的引入减小了膜的平衡溶胀度, 减缓了膜的溶胀速率, 有效地抑制了胶原水解物的溶解。红外光谱中Si—O—Si、 Si—C键的吸收峰表明形成了交联的有机聚合物/无机杂化体系, SiO2的引入显著地提高了杂化膜的热稳定性和力学性能, 当SiO2质量分数由0%增加到20%, 杂化膜的抗张强度由18 MPa提高到25 MPa, 断裂伸长率由510%提高到780%。
以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体, 采用溶胶-凝胶法原位制备了SiO2/胶原水解物-聚乙烯醇杂化复合膜(SiO2/CH-PVA杂化膜)。通过溶胀、 热重(TG)、 红外光谱(FTIR)、 扫描电镜(SEM)和拉伸实验, 考察了SiO2对杂化膜性能的影响。结果表明, SiO2的引入减小了膜的平衡溶胀度, 减缓了膜的溶胀速率, 有效地抑制了胶原水解物的溶解。红外光谱中Si—O—Si、 Si—C键的吸收峰表明形成了交联的有机聚合物/无机杂化体系, SiO2的引入显著地提高了杂化膜的热稳定性和力学性能, 当SiO2质量分数由0%增加到20%, 杂化膜的抗张强度由18 MPa提高到25 MPa, 断裂伸长率由510%提高到780%。
2011, 28(2): 64-69.
摘要:
利用乳液聚合法引发醋酸乙烯酯(VAc)在有机蒙脱土(OMMT)中原位插层聚合, 与聚丙烯(PP)-乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合体系熔融共挤制备出PVAc-nano-OMMT/PP-EVA复合材料。X射线衍射(XRD)与透射电镜(TEM)测试结果表明, 在强剪切作用下, PVAc-nano-OMMT/PP-EVA形成了剥离型纳米复合材料结构; 热失重(TGA)测试结果显示PVAc-nano-OMMT/PP-EVA的起始分解温度明显高于PP-EVA和nano-OMMT/PP-EVA, PVAc-nano-OMMT的存在使材料的热性能得以改善; 在PVAc-nano-OMMT/PP-EVA共混物中, PVAc-nano-OMMT具有明显的增韧作用; 通过氧指数(LOI)和锥形量热(CONE)测试, PVAc-nano-OMMT/PP-EVA的氧指数为24.1%, 可较大幅度地降低材料燃烧的热释放程度、 有效燃烧热和烟释放过程, 阻燃性能提高。
利用乳液聚合法引发醋酸乙烯酯(VAc)在有机蒙脱土(OMMT)中原位插层聚合, 与聚丙烯(PP)-乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合体系熔融共挤制备出PVAc-nano-OMMT/PP-EVA复合材料。X射线衍射(XRD)与透射电镜(TEM)测试结果表明, 在强剪切作用下, PVAc-nano-OMMT/PP-EVA形成了剥离型纳米复合材料结构; 热失重(TGA)测试结果显示PVAc-nano-OMMT/PP-EVA的起始分解温度明显高于PP-EVA和nano-OMMT/PP-EVA, PVAc-nano-OMMT的存在使材料的热性能得以改善; 在PVAc-nano-OMMT/PP-EVA共混物中, PVAc-nano-OMMT具有明显的增韧作用; 通过氧指数(LOI)和锥形量热(CONE)测试, PVAc-nano-OMMT/PP-EVA的氧指数为24.1%, 可较大幅度地降低材料燃烧的热释放程度、 有效燃烧热和烟释放过程, 阻燃性能提高。
2011, 28(2): 70-76.
摘要:
以碳化温度为900 ℃的竹炭为导电骨料、 酚醛树脂为黏结剂、 炭黑为添加剂, 采用模压成型法制备竹炭/酚醛树脂复合导电材料。考察了竹炭的粒度、 酚醛树脂用量、 炭黑用量、 成型压力及固化温度等工艺因素对竹炭/酚醛树脂复合导电材料导电性和抗弯强度的影响。结果表明: 随着酚醛树脂用量的增加, 复合材料的抗弯强度增大, 电导率先增大后减小; 增加成型压力可同时提高复合材料的电导率和抗弯强度; 增大竹炭粉粒的粒径、 增加炭黑用量、 提高固化温度有利于改善复合材料的导电性, 但会不同程度地改变复合材料的力学性能。制备竹炭/酚醛树脂复合导电材料的最佳工艺条件为: 竹炭粒度≤75 μm, 树脂用量30%, 炭黑用量7.5%, 成型压力280 MPa, 固化温度180 ℃。
以碳化温度为900 ℃的竹炭为导电骨料、 酚醛树脂为黏结剂、 炭黑为添加剂, 采用模压成型法制备竹炭/酚醛树脂复合导电材料。考察了竹炭的粒度、 酚醛树脂用量、 炭黑用量、 成型压力及固化温度等工艺因素对竹炭/酚醛树脂复合导电材料导电性和抗弯强度的影响。结果表明: 随着酚醛树脂用量的增加, 复合材料的抗弯强度增大, 电导率先增大后减小; 增加成型压力可同时提高复合材料的电导率和抗弯强度; 增大竹炭粉粒的粒径、 增加炭黑用量、 提高固化温度有利于改善复合材料的导电性, 但会不同程度地改变复合材料的力学性能。制备竹炭/酚醛树脂复合导电材料的最佳工艺条件为: 竹炭粒度≤75 μm, 树脂用量30%, 炭黑用量7.5%, 成型压力280 MPa, 固化温度180 ℃。
2011, 28(2): 77-81.
摘要:
为了改善硬组织修复用三维编织碳纤维增强聚醚醚酮(3D C/PEEK)复合材料的生物活性, 采用空气等离子体处理技术对其进行表面预处理, 随后浸入1.5倍模拟体液(SBF)中进行仿生沉积, 研究了等离子体处理时间对表面形貌、 亲水性、 表面化学态以及仿生沉积效果的影响。结果表明, 随着等离子体处理时间的延长, 3D C/PEEK复合材料表面粗糙度增加, 表面亲水性得到明显改善, 同时表面极性官能团数量增加。经过等离子处理后的3D C/PEEK复合材料试样浸入1.5倍SBF中7天后, 两种处理时间的复合材料表面均有沉积层生成, 且经过120 s处理的复合材料表面沉积层更加致密均匀, EDS分析证实沉积层为钙磷化合物。
为了改善硬组织修复用三维编织碳纤维增强聚醚醚酮(3D C/PEEK)复合材料的生物活性, 采用空气等离子体处理技术对其进行表面预处理, 随后浸入1.5倍模拟体液(SBF)中进行仿生沉积, 研究了等离子体处理时间对表面形貌、 亲水性、 表面化学态以及仿生沉积效果的影响。结果表明, 随着等离子体处理时间的延长, 3D C/PEEK复合材料表面粗糙度增加, 表面亲水性得到明显改善, 同时表面极性官能团数量增加。经过等离子处理后的3D C/PEEK复合材料试样浸入1.5倍SBF中7天后, 两种处理时间的复合材料表面均有沉积层生成, 且经过120 s处理的复合材料表面沉积层更加致密均匀, EDS分析证实沉积层为钙磷化合物。
2011, 28(2): 82-87.
摘要:
在无化学处理的条件下制备出淀粉/聚乙烯醇(PVA)复合膜, 进行了力学性能、 溶胀度及红外光谱测试, 并通过溶血试验、 动态凝血试验、 血小板消耗试验对复合膜的血液相容性进行了表征。研究结果表明, 通过共混改性把淀粉引入到PVA中, 改善了力学性能和血液相容性。当PVA与淀粉的质量比为4∶1时, 复合膜的抗拉强度为13.73 MPa, 抗拉应变率为43.07%, 性能最佳。
在无化学处理的条件下制备出淀粉/聚乙烯醇(PVA)复合膜, 进行了力学性能、 溶胀度及红外光谱测试, 并通过溶血试验、 动态凝血试验、 血小板消耗试验对复合膜的血液相容性进行了表征。研究结果表明, 通过共混改性把淀粉引入到PVA中, 改善了力学性能和血液相容性。当PVA与淀粉的质量比为4∶1时, 复合膜的抗拉强度为13.73 MPa, 抗拉应变率为43.07%, 性能最佳。
2011, 28(2): 88-93.
摘要:
利用同轴静电纺丝方法, 制备聚丁二酸丁二酯(PBS)-丝素蛋白(SF)核-壳结构复合超细纤维膜, 并对复合超细纤维膜进行FE-SEM、 TEM形态表征, 分析了内层纺丝流率对纤维形貌的影响; 通过FTIR和XRD测试, 比较了甲醇处理前后复合超细纤维膜分子结构和结晶性能的变化, 并进行力学性能测试。结果表明: 通过对纤维核层PBS、 壳层SF和横截面的观察, 复合超细纤维有明显的核-壳结构, 可以清晰看出纤维的核层PBS和壳层SF; 随着核层纺丝流率的增大, 超细纤维的平均直径增大; 甲醇处理后, 复合超细纤维膜中壳层SF分子结构由无规构象转变为β-折叠构象, 复合超细纤维膜核层衍射吸收强度减小, 但整个核-壳结构复合超细纤维膜结晶性能无明显变化; 甲醇处理后拉伸破坏应力从14.9 MPa增大到17.2 MPa, 但拉伸破坏应变从96.8%减小到81.8%。
利用同轴静电纺丝方法, 制备聚丁二酸丁二酯(PBS)-丝素蛋白(SF)核-壳结构复合超细纤维膜, 并对复合超细纤维膜进行FE-SEM、 TEM形态表征, 分析了内层纺丝流率对纤维形貌的影响; 通过FTIR和XRD测试, 比较了甲醇处理前后复合超细纤维膜分子结构和结晶性能的变化, 并进行力学性能测试。结果表明: 通过对纤维核层PBS、 壳层SF和横截面的观察, 复合超细纤维有明显的核-壳结构, 可以清晰看出纤维的核层PBS和壳层SF; 随着核层纺丝流率的增大, 超细纤维的平均直径增大; 甲醇处理后, 复合超细纤维膜中壳层SF分子结构由无规构象转变为β-折叠构象, 复合超细纤维膜核层衍射吸收强度减小, 但整个核-壳结构复合超细纤维膜结晶性能无明显变化; 甲醇处理后拉伸破坏应力从14.9 MPa增大到17.2 MPa, 但拉伸破坏应变从96.8%减小到81.8%。
2011, 28(2): 94-99.
摘要:
为了研究光老化对涂层/钢板界面附着力的影响, 利用室外(拉萨、 武汉)大气曝晒试验与室内人工老化加速试验装置对丙烯酸聚氨酯涂层钢板进行了老化试验。采用拉拔法和电化学交流阻抗技术(EIS)分别评价了老化前后涂层/钢板界面的干附着力和湿附着力性能。拉拔法测试结果表明, 涂层的干附着力随老化时间延长而减小。基于EIS电化学参数得到了与其相似的结果, 即失粘面积随老化时间增加而增大。同时发现在相同试验周期内荧光紫外老化加速试验比氙灯加速老化试验所产生的涂层失粘面积更大, 这与在紫外辐射较强地区(拉萨)和较弱平原地区(武汉)曝晒后所得结果具有很好的对应性, 表明增大紫外辐照强度会促进涂层湿附着力降低。研究证实, 光老化使涂层附着力减小, 从而加速涂层下钢板腐蚀的发生和发展。
为了研究光老化对涂层/钢板界面附着力的影响, 利用室外(拉萨、 武汉)大气曝晒试验与室内人工老化加速试验装置对丙烯酸聚氨酯涂层钢板进行了老化试验。采用拉拔法和电化学交流阻抗技术(EIS)分别评价了老化前后涂层/钢板界面的干附着力和湿附着力性能。拉拔法测试结果表明, 涂层的干附着力随老化时间延长而减小。基于EIS电化学参数得到了与其相似的结果, 即失粘面积随老化时间增加而增大。同时发现在相同试验周期内荧光紫外老化加速试验比氙灯加速老化试验所产生的涂层失粘面积更大, 这与在紫外辐射较强地区(拉萨)和较弱平原地区(武汉)曝晒后所得结果具有很好的对应性, 表明增大紫外辐照强度会促进涂层湿附着力降低。研究证实, 光老化使涂层附着力减小, 从而加速涂层下钢板腐蚀的发生和发展。
2011, 28(2): 100-104.
摘要:
采用频率为10 Hz、 应力比为0.1的正弦波研究了室温下循环次数对二维炭毡C/C复合材料(2D炭毡C/C复合材料)的弯曲疲劳强度的影响, 并利用偏光显微镜和扫描电子显微镜对该材料的热解碳组织形貌以及疲劳前后的断口形貌和微观结构进行了观察。结果表明, 2D炭毡C/C复合材料的热解碳结构由光滑层和各向同性层组成, 其疲劳极限为76.5 MPa, 是静态弯曲强度的90%。在不同循环周次的疲劳载荷作用后, 材料的剩余弯曲强度和韧性都得到了提高。在疲劳加载过程中, 纤维/基体的界面结合强度发生弱化, 纤维的协同承载能力得到提高, 使C/C复合材料出现了疲劳强化现象。
采用频率为10 Hz、 应力比为0.1的正弦波研究了室温下循环次数对二维炭毡C/C复合材料(2D炭毡C/C复合材料)的弯曲疲劳强度的影响, 并利用偏光显微镜和扫描电子显微镜对该材料的热解碳组织形貌以及疲劳前后的断口形貌和微观结构进行了观察。结果表明, 2D炭毡C/C复合材料的热解碳结构由光滑层和各向同性层组成, 其疲劳极限为76.5 MPa, 是静态弯曲强度的90%。在不同循环周次的疲劳载荷作用后, 材料的剩余弯曲强度和韧性都得到了提高。在疲劳加载过程中, 纤维/基体的界面结合强度发生弱化, 纤维的协同承载能力得到提高, 使C/C复合材料出现了疲劳强化现象。
2011, 28(2): 105-110.
摘要:
以短切碳纤维为增强相, 采用原位复合法制备短切碳纤维(Cf)/羟基磷灰石(HA)生物复合材料。为提高材料的界面结合, 对Cf表面进行氧化处理。对纯HA结构、 Cf表面以及复合材料断口形貌分别采用XRD、 FTIR、 SEM进行分析表征; 采用万能试验机对复合材料进行力学性能测试。结果表明: 氧化处理后Cf表面变粗糙, 有羟基羧基官能团出现; Cf质量分数为3%时Cf/HA复合材料相对密度最大, 力学性能最好, 弯曲强度和弯曲模量分别约为130 MPa和36 GPa。Cf/HA复合材料断口SEM照片表明, Cf质量分数低于6%时能够实现在HA基体中的均匀分布。
以短切碳纤维为增强相, 采用原位复合法制备短切碳纤维(Cf)/羟基磷灰石(HA)生物复合材料。为提高材料的界面结合, 对Cf表面进行氧化处理。对纯HA结构、 Cf表面以及复合材料断口形貌分别采用XRD、 FTIR、 SEM进行分析表征; 采用万能试验机对复合材料进行力学性能测试。结果表明: 氧化处理后Cf表面变粗糙, 有羟基羧基官能团出现; Cf质量分数为3%时Cf/HA复合材料相对密度最大, 力学性能最好, 弯曲强度和弯曲模量分别约为130 MPa和36 GPa。Cf/HA复合材料断口SEM照片表明, Cf质量分数低于6%时能够实现在HA基体中的均匀分布。
2011, 28(2): 111-116.
摘要:
采用流动电势技术、 接触角技术及表面轮廓技术分别考察了由不同脱乙酰度壳聚糖制备的海藻酸钠/壳聚糖(ACA)膜的表面电荷分布、 表面亲疏水性、 表面粗糙度, 并以纤维蛋白原为模型, 采用静态吸附实验技术考察了表面性质对蛋白在ACA微胶囊表面的吸附量及吸附构象的影响。结果表明, ACA微胶囊表面净电荷为负, 表面正电荷随脱乙酰度的降低而减少。由脱乙酰度60%~90%壳聚糖制备的ACA膜的表面接触角均为70°左右, 且无显著性差异。ACA微胶囊表面呈颗粒状结构, 表面粗糙度随壳聚糖脱乙酰度的降低而减小。蛋白吸附分析表明, "棒状"的纤维蛋白原分子以"侧向"和"直立" 2种形式吸附于ACA微胶囊表面。当壳聚糖脱乙酰度较低时, 蛋白吸附量较小, 且此时蛋白多以"直立"形式吸附。以上结果表明, 由壳聚糖脱乙酰度带来的ACA微胶囊表面性质差异不仅影响了蛋白吸附量, 而且影响了蛋白吸附方式。
采用流动电势技术、 接触角技术及表面轮廓技术分别考察了由不同脱乙酰度壳聚糖制备的海藻酸钠/壳聚糖(ACA)膜的表面电荷分布、 表面亲疏水性、 表面粗糙度, 并以纤维蛋白原为模型, 采用静态吸附实验技术考察了表面性质对蛋白在ACA微胶囊表面的吸附量及吸附构象的影响。结果表明, ACA微胶囊表面净电荷为负, 表面正电荷随脱乙酰度的降低而减少。由脱乙酰度60%~90%壳聚糖制备的ACA膜的表面接触角均为70°左右, 且无显著性差异。ACA微胶囊表面呈颗粒状结构, 表面粗糙度随壳聚糖脱乙酰度的降低而减小。蛋白吸附分析表明, "棒状"的纤维蛋白原分子以"侧向"和"直立" 2种形式吸附于ACA微胶囊表面。当壳聚糖脱乙酰度较低时, 蛋白吸附量较小, 且此时蛋白多以"直立"形式吸附。以上结果表明, 由壳聚糖脱乙酰度带来的ACA微胶囊表面性质差异不仅影响了蛋白吸附量, 而且影响了蛋白吸附方式。
2011, 28(2): 117-122.
摘要:
通过离子凝胶法制备出球形完好的海藻酸钠-胰蛋白酶微球。红外分析表明, 微球中凝胶基质通过海藻酸钠的—COO-与Ca2+发生静电作用交联形成。SEM观察显示微球中存在蛋格结构及孔洞。考察了不同因素对微球载药率、 包封率和体外释药率的影响。结果表明, 海藻酸钠水溶液浓度越高释药率越低, 当海藻酸钠与胰蛋白酶质量比为4, 海藻酸钠水溶液浓度为4%时呈最大的包封率和载药量; 随着海藻酸钠与胰蛋白酶质量比增大, 载药率降低, 包封率呈先增后降变化趋势。
通过离子凝胶法制备出球形完好的海藻酸钠-胰蛋白酶微球。红外分析表明, 微球中凝胶基质通过海藻酸钠的—COO-与Ca2+发生静电作用交联形成。SEM观察显示微球中存在蛋格结构及孔洞。考察了不同因素对微球载药率、 包封率和体外释药率的影响。结果表明, 海藻酸钠水溶液浓度越高释药率越低, 当海藻酸钠与胰蛋白酶质量比为4, 海藻酸钠水溶液浓度为4%时呈最大的包封率和载药量; 随着海藻酸钠与胰蛋白酶质量比增大, 载药率降低, 包封率呈先增后降变化趋势。
2011, 28(2): 123-129.
摘要:
利用低温水溶液均相沉积法制备了磷酸钙盐微纤维; 应用原位沉析法制备了壳聚糖(CS)三维棒材及羟基磷灰石(HA*)/CS复合棒材。XRD证实应用原位沉析法制备HA*/CS复合棒材过程中, 磷酸钙盐转化为羟基磷灰石结构, 尺寸为10~60 μm, 并用SEM对晶体形貌进行了表征, 分析了转化机制。HA*/CS复合材料的微观形貌表明, HA*晶体在CS凝胶棒原位沉析的过程中析出而与CS基体形成镶嵌、 相互咬合结构, 且在基体中分散均匀, 有效地提高了HA*与CS基体的界面连接作用, 使力学性能显著提高。所制备的HA*/CS棒材随HA*含量的增大(在其饱和溶解度3.3 wt%范围内), 复合材料的弯曲性能逐渐提高, 当羟基磷灰石质量分数为3.3%时, 复合材料的弯曲强度达到159.6 MPa, 弯曲模量达到5.1 GPa, 比CS基体分别提高85.6%和54.5%。HA*/CS复合棒材的弯曲强度和弯曲模量远高于松质骨, 弯曲强度也比密质骨高。
利用低温水溶液均相沉积法制备了磷酸钙盐微纤维; 应用原位沉析法制备了壳聚糖(CS)三维棒材及羟基磷灰石(HA*)/CS复合棒材。XRD证实应用原位沉析法制备HA*/CS复合棒材过程中, 磷酸钙盐转化为羟基磷灰石结构, 尺寸为10~60 μm, 并用SEM对晶体形貌进行了表征, 分析了转化机制。HA*/CS复合材料的微观形貌表明, HA*晶体在CS凝胶棒原位沉析的过程中析出而与CS基体形成镶嵌、 相互咬合结构, 且在基体中分散均匀, 有效地提高了HA*与CS基体的界面连接作用, 使力学性能显著提高。所制备的HA*/CS棒材随HA*含量的增大(在其饱和溶解度3.3 wt%范围内), 复合材料的弯曲性能逐渐提高, 当羟基磷灰石质量分数为3.3%时, 复合材料的弯曲强度达到159.6 MPa, 弯曲模量达到5.1 GPa, 比CS基体分别提高85.6%和54.5%。HA*/CS复合棒材的弯曲强度和弯曲模量远高于松质骨, 弯曲强度也比密质骨高。
2011, 28(2): 130-135.
摘要:
利用水热法合成羟基磷灰石晶须(HAW), 采用浆料-粉末冶金法制备羟基磷灰石晶须/镁金属基复合材料(HAW/Mg)。用XRD、 FTIR、 FESEM和TG对材料进行表征。分析了尿素含量对HA物相和晶体结构的影响, 以及HAW/Mg复合材料的热稳定性和显微结构。结果表明: 在本实验条件下, 得到的产物均为带状、 含碳酸根的HAW; 随着尿素添加量的增加, HAW逐渐变长且结晶度增加; HAW与Mg之间在600 ℃以下无化学反应, 且HA不会加剧Mg的氧化; HAW在HAW/Mg复合材料中分散均匀, 不易折断。
利用水热法合成羟基磷灰石晶须(HAW), 采用浆料-粉末冶金法制备羟基磷灰石晶须/镁金属基复合材料(HAW/Mg)。用XRD、 FTIR、 FESEM和TG对材料进行表征。分析了尿素含量对HA物相和晶体结构的影响, 以及HAW/Mg复合材料的热稳定性和显微结构。结果表明: 在本实验条件下, 得到的产物均为带状、 含碳酸根的HAW; 随着尿素添加量的增加, HAW逐渐变长且结晶度增加; HAW与Mg之间在600 ℃以下无化学反应, 且HA不会加剧Mg的氧化; HAW在HAW/Mg复合材料中分散均匀, 不易折断。
2011, 28(2): 136-141.
摘要:
研究了可用于磁场传感器的磁电复合材料, 对传统的磁电复合材料进行了结构创新, 采用条状PZT和 Terfenol-D 的材料体系, 用热固树脂进行粘合, Terfenol-D 沿长度方向磁化且PZT条沿厚度方向极化。与传统的1-3型复合不同的是: 每根PZT的输出极被串联起来。在同样的磁场激励下, 新型复合材料的输出电压为相同体积的同种结构复合材料的2.2倍, 增强了材料对磁场的灵敏度和抗噪声性能。
研究了可用于磁场传感器的磁电复合材料, 对传统的磁电复合材料进行了结构创新, 采用条状PZT和 Terfenol-D 的材料体系, 用热固树脂进行粘合, Terfenol-D 沿长度方向磁化且PZT条沿厚度方向极化。与传统的1-3型复合不同的是: 每根PZT的输出极被串联起来。在同样的磁场激励下, 新型复合材料的输出电压为相同体积的同种结构复合材料的2.2倍, 增强了材料对磁场的灵敏度和抗噪声性能。
2011, 28(2): 142-148.
摘要:
以2D C/SiC复合材料为基底, 采用聚合物裂解工艺(Polymer plyen)制备了含硼硅玻璃SiC自愈合涂层。利用扫描电镜对含硼硅玻璃SiC涂层的2D C/SiC复合材料氧化前后的微结构形貌进行了分析。研究了含硼硅玻璃SiC涂层的C/SiC复合材料在静态空气中700℃、 1000℃和1200℃下的氧化行为, 并分析了涂层层数对C/SiC复合材料氧化行为的影响。结果表明: 含硼硅玻璃SiC涂层在该温度下形成的玻璃相可以较好地封填表面缺陷(裂纹和孔洞); 并且随温度升高及涂层层数增加, 试样在氧化过程中质量减少率降低, 氧化后的强度保持率提高。
以2D C/SiC复合材料为基底, 采用聚合物裂解工艺(Polymer plyen)制备了含硼硅玻璃SiC自愈合涂层。利用扫描电镜对含硼硅玻璃SiC涂层的2D C/SiC复合材料氧化前后的微结构形貌进行了分析。研究了含硼硅玻璃SiC涂层的C/SiC复合材料在静态空气中700℃、 1000℃和1200℃下的氧化行为, 并分析了涂层层数对C/SiC复合材料氧化行为的影响。结果表明: 含硼硅玻璃SiC涂层在该温度下形成的玻璃相可以较好地封填表面缺陷(裂纹和孔洞); 并且随温度升高及涂层层数增加, 试样在氧化过程中质量减少率降低, 氧化后的强度保持率提高。
2011, 28(2): 149-154.
摘要:
采用液相加压浸渗法将TaC渗入到三维针刺毡中, 并结合反应熔体渗透法(RMI)制得C/SiC-TaC复合材料。采用热膨胀仪测量了热处理前后复合材料从室温到1400 ℃温度范围内的热膨胀系数(CTE), 发现C/SiC-TaC的CTE数值较C/SiC的高。从材料内部热应力的变化、 制备方法及添加物和基体的性能方面定性地分析了CTE的变化机制。研究表明, C/SiC-TaC复合材料的膨胀性能在各个温度段的变化机制不同, 低温段(1100 ℃以下)CTE的不断上升主要由90°无纬布、 TaC和SiC基体贡献, 该阶段的起伏波动主要由复合材料的结构应力和孔隙分布不均及残余Si产生; 高温段(1100 ℃以上)的热膨胀性能主要由0°无纬布和界面热应力决定。热处理降低了复合材料在1100 ℃以下的CTE, 也改变了高温段的变化规律。
采用液相加压浸渗法将TaC渗入到三维针刺毡中, 并结合反应熔体渗透法(RMI)制得C/SiC-TaC复合材料。采用热膨胀仪测量了热处理前后复合材料从室温到1400 ℃温度范围内的热膨胀系数(CTE), 发现C/SiC-TaC的CTE数值较C/SiC的高。从材料内部热应力的变化、 制备方法及添加物和基体的性能方面定性地分析了CTE的变化机制。研究表明, C/SiC-TaC复合材料的膨胀性能在各个温度段的变化机制不同, 低温段(1100 ℃以下)CTE的不断上升主要由90°无纬布、 TaC和SiC基体贡献, 该阶段的起伏波动主要由复合材料的结构应力和孔隙分布不均及残余Si产生; 高温段(1100 ℃以上)的热膨胀性能主要由0°无纬布和界面热应力决定。热处理降低了复合材料在1100 ℃以下的CTE, 也改变了高温段的变化规律。
2011, 28(2): 155-159.
摘要:
以MoO3粉、 Mo粉、 Si粉及Al粉为原料, 采用机械化学还原法原位合成了纳米Al2O3/Mo5Si3复合粉体, 并对固态反应过程进行了探讨。结果显示, 球磨30 h后复合粉体的主要物相为Mo5Si3、 Mo3Si及Al2O3, 反应为机械诱导的自蔓延反应; 随产物中Al2O3含量增加, Si烧损增加, 复合粉体中Mo3Si含量增加; 复合粉体粒度较小, 在1~3 μm之间; 含Al2O3质量分数为20%~40%的Al2O3/Mo5Si3复合粉体球磨30 h后, Mo5Si3、 Mo3Si和Al2O3的晶粒尺寸在31~79.3 nm之间, 产物具有纳米晶结构; 1000 ℃退火1 h后, 复合粉体没有发生物相转变, 粉体具有较好的稳定性。
以MoO3粉、 Mo粉、 Si粉及Al粉为原料, 采用机械化学还原法原位合成了纳米Al2O3/Mo5Si3复合粉体, 并对固态反应过程进行了探讨。结果显示, 球磨30 h后复合粉体的主要物相为Mo5Si3、 Mo3Si及Al2O3, 反应为机械诱导的自蔓延反应; 随产物中Al2O3含量增加, Si烧损增加, 复合粉体中Mo3Si含量增加; 复合粉体粒度较小, 在1~3 μm之间; 含Al2O3质量分数为20%~40%的Al2O3/Mo5Si3复合粉体球磨30 h后, Mo5Si3、 Mo3Si和Al2O3的晶粒尺寸在31~79.3 nm之间, 产物具有纳米晶结构; 1000 ℃退火1 h后, 复合粉体没有发生物相转变, 粉体具有较好的稳定性。
2011, 28(2): 160-164.
摘要:
通过脉冲电沉积技术制备出含1, 4-丁炔二醇或糖精为添加剂的Al2O3/Ni-Co复合材料, 采用TEM、 EDS等方法分析了含2种添加剂的Al2O3/Ni-Co复合材料的微观组织结构, 比较了添加剂对材料光洁度、 显微硬度、 室温塑性以及高温塑性的影响, 并通过SEM对变形后材料的显微结构进行了表征。以糖精为添加剂所制备的Al2O3/Ni-Co的硬度最高可达HV469, 断裂强度达1150 MPa, 室温延伸率达7%, 超塑性延伸率达417%。
通过脉冲电沉积技术制备出含1, 4-丁炔二醇或糖精为添加剂的Al2O3/Ni-Co复合材料, 采用TEM、 EDS等方法分析了含2种添加剂的Al2O3/Ni-Co复合材料的微观组织结构, 比较了添加剂对材料光洁度、 显微硬度、 室温塑性以及高温塑性的影响, 并通过SEM对变形后材料的显微结构进行了表征。以糖精为添加剂所制备的Al2O3/Ni-Co的硬度最高可达HV469, 断裂强度达1150 MPa, 室温延伸率达7%, 超塑性延伸率达417%。
2011, 28(2): 165-169.
摘要:
为了研究三维碳纤维编织体增强碳化硅陶瓷基复合材料(3D C/SiC)在疲劳过程中的损伤演化并建立其电阻变化率(ΔR/R0)随疲劳周次变化的模型, 对其进行了应力比为0.1、 频率为20 Hz、 最大疲劳应力为250、 255、 260 MPa的拉-拉疲劳试验, 通过电阻增量仪器测量了连续3D C/SiC在疲劳中的电阻变化率。实验结果表明, ΔR/R0除首次循环降低外, 随着疲劳周次的增加呈缓慢增加、 台阶式增加和急剧增加3个阶段。根据损伤力学理论, 以ΔR/R0为损伤参量, 得到了ΔR/R0随疲劳周次变化的模型, 该模型结果与实验结果吻合较好。
为了研究三维碳纤维编织体增强碳化硅陶瓷基复合材料(3D C/SiC)在疲劳过程中的损伤演化并建立其电阻变化率(ΔR/R0)随疲劳周次变化的模型, 对其进行了应力比为0.1、 频率为20 Hz、 最大疲劳应力为250、 255、 260 MPa的拉-拉疲劳试验, 通过电阻增量仪器测量了连续3D C/SiC在疲劳中的电阻变化率。实验结果表明, ΔR/R0除首次循环降低外, 随着疲劳周次的增加呈缓慢增加、 台阶式增加和急剧增加3个阶段。根据损伤力学理论, 以ΔR/R0为损伤参量, 得到了ΔR/R0随疲劳周次变化的模型, 该模型结果与实验结果吻合较好。
2011, 28(2): 170-173.
摘要:
采用水热-沉积原位分步反应法, 制备了羟基磷灰石(HA)-氧化锆(ZrO2)复合微粉, 采用XRD和TEM对复合微粉的物相、 形貌和大小进行了表征。对复合微粉进行模压成型、 热处理制备了复合陶瓷试样, 并测试其力学性能。结果表明: 所得复合微粉以纳米级四方相ZrO2为"核心", 逐层包覆HA, 形成核-壳层结构 (HA-n-ZrO2); 复合微粉也呈纳米尺度, 且晶化度良好, 随着HA含量的增加, 包覆层逐步加厚。复合微粉中HA质量分数由0增大至100%时, 所得成型陶瓷的抗弯强度和平均维氏硬度分别由183 MPa降至61 MPa以及781.75 MPa降到131.76 MPa, 表明ZrO2的存在对于增大陶瓷体的力学性能确能起到"核心"关键作用。
采用水热-沉积原位分步反应法, 制备了羟基磷灰石(HA)-氧化锆(ZrO2)复合微粉, 采用XRD和TEM对复合微粉的物相、 形貌和大小进行了表征。对复合微粉进行模压成型、 热处理制备了复合陶瓷试样, 并测试其力学性能。结果表明: 所得复合微粉以纳米级四方相ZrO2为"核心", 逐层包覆HA, 形成核-壳层结构 (HA-n-ZrO2); 复合微粉也呈纳米尺度, 且晶化度良好, 随着HA含量的增加, 包覆层逐步加厚。复合微粉中HA质量分数由0增大至100%时, 所得成型陶瓷的抗弯强度和平均维氏硬度分别由183 MPa降至61 MPa以及781.75 MPa降到131.76 MPa, 表明ZrO2的存在对于增大陶瓷体的力学性能确能起到"核心"关键作用。
2011, 28(2): 174-178.
摘要:
以Al-SiO2-蔗糖为反应体系, 利用自反应淬熄法合成了Al2O3-Si复相空心陶瓷微珠, 研究了其形成机制。结果表明, 熔射产物由球形、 类球形和不规则粉状物三类颗粒组成, 球形颗粒和类球形颗粒为内部空心结构, 由Al2O3-Si复相以及可能含有的少量未反应SiO2组成, 粉状物由SiC、 C与可能含有的SiO2和发生反应但未成球的颗粒组成。高的反应放热量与快的反应速率有利于陶瓷熔滴的形成, C氧化产生的大量气体是形成内部空心结构的关键, 3个因素共同决定着空心陶瓷微珠的形成。
以Al-SiO2-蔗糖为反应体系, 利用自反应淬熄法合成了Al2O3-Si复相空心陶瓷微珠, 研究了其形成机制。结果表明, 熔射产物由球形、 类球形和不规则粉状物三类颗粒组成, 球形颗粒和类球形颗粒为内部空心结构, 由Al2O3-Si复相以及可能含有的少量未反应SiO2组成, 粉状物由SiC、 C与可能含有的SiO2和发生反应但未成球的颗粒组成。高的反应放热量与快的反应速率有利于陶瓷熔滴的形成, C氧化产生的大量气体是形成内部空心结构的关键, 3个因素共同决定着空心陶瓷微珠的形成。
2011, 28(2): 179-184.
摘要:
稀土氧化物(RE)掺杂氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)是提高传统YSZ热障涂层隔热性能和高温稳定性的有效途径之一。在1500 ℃高温固相反应烧结24 h制得Gd2O3和Yb2O3多元稀土氧化物掺杂的YSZ(含3.5%Y2O3(摩尔分数))(GY-YSZ)陶瓷材料。采用XRD研究了GY-YSZ 陶瓷材料的晶体结构和物相组成; 采用激光脉冲法研究了Gd2O3和Yb2O3掺杂对GY-YSZ 陶瓷材料的热物理性能的影响规律。研究发现, 掺杂2.0%~3.0%Gd2O3和Yb2O3(摩尔分数)后GY-YSZ的热导率为0.90~1.15 W·(m·K)-1, 比YSZ降低30%以上, 显示了良好的隔热性能。稀土氧化物掺杂对YSZ陶瓷材料热物理性能的影响机制为: 掺杂Gd2O3和Yb2O3导致YSZ中单斜相(M)、 四方相(T)和立方相(C)含量发生变化, 同时YSZ晶格发生畸变。
稀土氧化物(RE)掺杂氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)是提高传统YSZ热障涂层隔热性能和高温稳定性的有效途径之一。在1500 ℃高温固相反应烧结24 h制得Gd2O3和Yb2O3多元稀土氧化物掺杂的YSZ(含3.5%Y2O3(摩尔分数))(GY-YSZ)陶瓷材料。采用XRD研究了GY-YSZ 陶瓷材料的晶体结构和物相组成; 采用激光脉冲法研究了Gd2O3和Yb2O3掺杂对GY-YSZ 陶瓷材料的热物理性能的影响规律。研究发现, 掺杂2.0%~3.0%Gd2O3和Yb2O3(摩尔分数)后GY-YSZ的热导率为0.90~1.15 W·(m·K)-1, 比YSZ降低30%以上, 显示了良好的隔热性能。稀土氧化物掺杂对YSZ陶瓷材料热物理性能的影响机制为: 掺杂Gd2O3和Yb2O3导致YSZ中单斜相(M)、 四方相(T)和立方相(C)含量发生变化, 同时YSZ晶格发生畸变。
2011, 28(2): 185-190.
摘要:
为了制备晶粒细小、 组织均匀的复合材料, 提高材料的力学性能, 用搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料, 并对不同碳纳米管含量的复合材料的微观结构、 拉伸性能及断口形貌进行分析。结果表明: 碳纳米管添加到铝基体中, 搅拌摩擦中心区晶粒细小, 碳纳米管与基体之间结合良好, 未发现明显的缺陷; 碳纳米管对基材有明显的强化作用, 铝基复合材料抗拉强度随着碳纳米管含量的增加而提高; 碳纳米管体积分数为7%时, 抗拉强度达到201 MPa, 是基材的2.2倍; 复合材料在宏观上呈现脆性断裂特征, 微观上呈现韧性断裂特征, 其断裂机制以CNTs/Al界面脱粘、 基体撕裂和增强体断裂为主。
为了制备晶粒细小、 组织均匀的复合材料, 提高材料的力学性能, 用搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料, 并对不同碳纳米管含量的复合材料的微观结构、 拉伸性能及断口形貌进行分析。结果表明: 碳纳米管添加到铝基体中, 搅拌摩擦中心区晶粒细小, 碳纳米管与基体之间结合良好, 未发现明显的缺陷; 碳纳米管对基材有明显的强化作用, 铝基复合材料抗拉强度随着碳纳米管含量的增加而提高; 碳纳米管体积分数为7%时, 抗拉强度达到201 MPa, 是基材的2.2倍; 复合材料在宏观上呈现脆性断裂特征, 微观上呈现韧性断裂特征, 其断裂机制以CNTs/Al界面脱粘、 基体撕裂和增强体断裂为主。
2011, 28(2): 191-195.
摘要:
采用水热法、 沉淀法制备了纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物粉末作为锂离子电池负极材料, 用XRD和TEM对其结构和形貌进行了分析和表征, 并用充放电和循环性能等对其电化学性能进行了测试。结果表明, 采用水热法可以制备出粒度分布较均匀、 颗粒形状为块状、 平均粒径约30 nm的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物; 采用沉淀法可以制备出粒度分布较均匀、 颗粒形状为球状、 平均粒径约90 nm的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物。沉淀法制备的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物放电容量高于水热法制备的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物。
采用水热法、 沉淀法制备了纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物粉末作为锂离子电池负极材料, 用XRD和TEM对其结构和形貌进行了分析和表征, 并用充放电和循环性能等对其电化学性能进行了测试。结果表明, 采用水热法可以制备出粒度分布较均匀、 颗粒形状为块状、 平均粒径约30 nm的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物; 采用沉淀法可以制备出粒度分布较均匀、 颗粒形状为球状、 平均粒径约90 nm的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物。沉淀法制备的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物放电容量高于水热法制备的纳米Fe2O3-CuO 复合氧化物。
2011, 28(2): 196-200.
摘要:
自制了包括铁铬系辐射粉料、 粘结剂、 添加剂、 助烧剂的高温红外辐射涂料, 并对涂料进行了烧结实验; 利用热重差热分析和SEM、 XRD分析对涂料烧结过程中的显微结构变化及物相组成进行了研究, 利用电子探针对涂层与高铝耐火砖的结合界面进行了线扫描分析。测试结果表明, 涂料经1500 ℃烧结后, 辐射粉料以尖晶石相分散在铝硅基体相中; 涂料在2~18 μm的平均辐射率达到0.89。电子探针线扫描分析和热震实验显示, 该涂料与耐火砖形成牢固的结合层, 使涂层具有良好的抗热震性。
自制了包括铁铬系辐射粉料、 粘结剂、 添加剂、 助烧剂的高温红外辐射涂料, 并对涂料进行了烧结实验; 利用热重差热分析和SEM、 XRD分析对涂料烧结过程中的显微结构变化及物相组成进行了研究, 利用电子探针对涂层与高铝耐火砖的结合界面进行了线扫描分析。测试结果表明, 涂料经1500 ℃烧结后, 辐射粉料以尖晶石相分散在铝硅基体相中; 涂料在2~18 μm的平均辐射率达到0.89。电子探针线扫描分析和热震实验显示, 该涂料与耐火砖形成牢固的结合层, 使涂层具有良好的抗热震性。
2011, 28(2): 201-205.
摘要:
整体屈曲是缝纫复合材料夹芯板的一种重要失效模式。考虑到缝纫夹芯复合材料板一般较厚且面板与芯层厚度相差较大, 缝纫工艺对夹芯板刚度影响较大的特点, 基于高阶剪切理论, 编制了缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性分析的有限元程序。利用该程序对多个算例进行了计算, 所得临界屈曲应力与文献及试验结果吻合很好。同时, 讨论了不同边界条件下缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性随缝纫参数(包括针距、 行距和缝纫针半径)以及结构参数(包括面板铺层角、 芯层厚度和缝纫夹芯板边长)的变化规律。
整体屈曲是缝纫复合材料夹芯板的一种重要失效模式。考虑到缝纫夹芯复合材料板一般较厚且面板与芯层厚度相差较大, 缝纫工艺对夹芯板刚度影响较大的特点, 基于高阶剪切理论, 编制了缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性分析的有限元程序。利用该程序对多个算例进行了计算, 所得临界屈曲应力与文献及试验结果吻合很好。同时, 讨论了不同边界条件下缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性随缝纫参数(包括针距、 行距和缝纫针半径)以及结构参数(包括面板铺层角、 芯层厚度和缝纫夹芯板边长)的变化规律。
2011, 28(2): 206-210.
摘要:
发展了一种细观力学有限元分析方法——拟真实的参数化双随机分布模型, 该模型综合考虑了纤维增强树脂基复合材料的真实微结构特点和纤维单丝综合力学性能测试结果的离散性特征, 模拟了复合材料中纤维排列和强度分布的随机性。借助移动窗口法研究了该参数化双随机分布模型的可靠性, 确定了其代表性体积单元的尺寸。基于能量法原理推导了单向复合材料的弹性模量预测公式, 结合能量法和渐进失效分析方法, 利用该细观力学有限元方法分别预测了单向纤维增强树脂基复合材料T300/5228的弹性模量和强度性能。数值模拟结果和大部分试验结果吻合良好, 表明发展的细观力学有限元方法能够较好地预测复合材料的力学性能。
发展了一种细观力学有限元分析方法——拟真实的参数化双随机分布模型, 该模型综合考虑了纤维增强树脂基复合材料的真实微结构特点和纤维单丝综合力学性能测试结果的离散性特征, 模拟了复合材料中纤维排列和强度分布的随机性。借助移动窗口法研究了该参数化双随机分布模型的可靠性, 确定了其代表性体积单元的尺寸。基于能量法原理推导了单向复合材料的弹性模量预测公式, 结合能量法和渐进失效分析方法, 利用该细观力学有限元方法分别预测了单向纤维增强树脂基复合材料T300/5228的弹性模量和强度性能。数值模拟结果和大部分试验结果吻合良好, 表明发展的细观力学有限元方法能够较好地预测复合材料的力学性能。
2011, 28(2): 211-216.
摘要:
对某浮空器蒙皮用柔性复合材料的撕裂性能和顶破性能进行了实验研究和数值分析。通过不同切口宽度和总宽度试样的撕裂实验, 发现撕裂过程为典型的脆性断裂特征, 根据线弹性断裂模型对撕裂过程进行数值模拟得到与实验结果一致的断裂过程, 通过数值计算得到扩展过程中裂纹尖端的应力强度因子, 计算得到的撕裂承载能力随相对切口宽度增加而降低, 与实验结果一致。对不同直径试样进行顶破实验, 并以断裂应变为裂纹临界扩展的断裂模型进行数值分析, 得到顶破模拟结果与实验结果一致: 使顶破位置达到相同的断裂应变值, 大直径试样需要较大的位移值, 失效时圆心位置的应力水平保持不变使得最大顶破承载水平保持不变。
对某浮空器蒙皮用柔性复合材料的撕裂性能和顶破性能进行了实验研究和数值分析。通过不同切口宽度和总宽度试样的撕裂实验, 发现撕裂过程为典型的脆性断裂特征, 根据线弹性断裂模型对撕裂过程进行数值模拟得到与实验结果一致的断裂过程, 通过数值计算得到扩展过程中裂纹尖端的应力强度因子, 计算得到的撕裂承载能力随相对切口宽度增加而降低, 与实验结果一致。对不同直径试样进行顶破实验, 并以断裂应变为裂纹临界扩展的断裂模型进行数值分析, 得到顶破模拟结果与实验结果一致: 使顶破位置达到相同的断裂应变值, 大直径试样需要较大的位移值, 失效时圆心位置的应力水平保持不变使得最大顶破承载水平保持不变。
2011, 28(2): 217-221.
摘要:
基于薄壁容器理论及卸载后容器内衬残余应变为零的假设, 提出了一种含金属内衬的复合材料缠绕薄壁容器自紧设计的工程方法, 在自紧压力预测中可分别考虑金属内衬的双线性随动和等向强化特征。通过与有限元分析结果比较, 证明了本文中提出的自紧设计方法的简便性和有效性。以一典型容器为例, 研究了在自紧工艺后内衬的残余应变场和工作压力时应力场分布, 证明了采用本文中提出的自紧设计可明显提高容器的承载能力。
基于薄壁容器理论及卸载后容器内衬残余应变为零的假设, 提出了一种含金属内衬的复合材料缠绕薄壁容器自紧设计的工程方法, 在自紧压力预测中可分别考虑金属内衬的双线性随动和等向强化特征。通过与有限元分析结果比较, 证明了本文中提出的自紧设计方法的简便性和有效性。以一典型容器为例, 研究了在自紧工艺后内衬的残余应变场和工作压力时应力场分布, 证明了采用本文中提出的自紧设计可明显提高容器的承载能力。
2011, 28(2): 222-230.
摘要:
采用考虑纤维束相互挤压的纤维束截面八边形单胞模型, 引入周期性边界条件, 对三维编织复合材料的渐进损伤过程进行数值模拟, 并预测了材料的拉伸强度。通过在应变能密度函数中引入损伤状态变量, 建立了含损伤材料的刚度矩阵, 运用基于不同失效模式下损伤状态变量的刚度渐进折减法表征材料积分点损伤, 通过数值结果与试验结果的对比, 分析了Hashin和Tsai-Wu两种准则作为判定纤维束起始损伤的适用性。分析表明: 基于引入不同失效模式的Tsai-Wu准则的数值模拟和试验结果吻合良好; Hashin准则不适合作为编织纤维束的损伤判据; 不同编织角材料的失效机制不同。
采用考虑纤维束相互挤压的纤维束截面八边形单胞模型, 引入周期性边界条件, 对三维编织复合材料的渐进损伤过程进行数值模拟, 并预测了材料的拉伸强度。通过在应变能密度函数中引入损伤状态变量, 建立了含损伤材料的刚度矩阵, 运用基于不同失效模式下损伤状态变量的刚度渐进折减法表征材料积分点损伤, 通过数值结果与试验结果的对比, 分析了Hashin和Tsai-Wu两种准则作为判定纤维束起始损伤的适用性。分析表明: 基于引入不同失效模式的Tsai-Wu准则的数值模拟和试验结果吻合良好; Hashin准则不适合作为编织纤维束的损伤判据; 不同编织角材料的失效机制不同。
2011, 28(2): 231-234.
摘要:
设计并制备了一种共形承载一体化的埋微带天线蜂窝夹层结构。利用有限元方法分析了该结构的力学性能, 与三点弯曲实验比较, 获得较好的一致性。研究了蜂窝层厚度等参数对电性能和力学性能的影响。结果表明, 蜂窝层厚度为8~14 mm时, 共形承载天线不仅具有高增益和低损耗, 还具有较好的力学性能。
设计并制备了一种共形承载一体化的埋微带天线蜂窝夹层结构。利用有限元方法分析了该结构的力学性能, 与三点弯曲实验比较, 获得较好的一致性。研究了蜂窝层厚度等参数对电性能和力学性能的影响。结果表明, 蜂窝层厚度为8~14 mm时, 共形承载天线不仅具有高增益和低损耗, 还具有较好的力学性能。
2011, 28(2): 235-241.
摘要:
通过建立二维有限元模型, 研究了Z-pinning增强工艺过程中Pin针的嵌入对预成型件纤维变形区域的改变, 定量表征了工艺引起的基体富集区的形状和大小, 以及局部纤维方向变化和纤维含量非均匀分布的特征参数, 得到纤维非均匀分布的规律。在此基础上, 模拟了不同直径的Pin针对层合板面内微观结构的影响规律。结果表明: Pin针直径的改变对基体富集区的影响较大; 局部纤维偏转角和纤维体积含量随着Pin针直径的增大而增大, 但其最大值变化不明显。
通过建立二维有限元模型, 研究了Z-pinning增强工艺过程中Pin针的嵌入对预成型件纤维变形区域的改变, 定量表征了工艺引起的基体富集区的形状和大小, 以及局部纤维方向变化和纤维含量非均匀分布的特征参数, 得到纤维非均匀分布的规律。在此基础上, 模拟了不同直径的Pin针对层合板面内微观结构的影响规律。结果表明: Pin针直径的改变对基体富集区的影响较大; 局部纤维偏转角和纤维体积含量随着Pin针直径的增大而增大, 但其最大值变化不明显。
