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2011年  第28卷  第4期

E 51环氧树脂固化反应中动力学转变
吴唯, 刘明昌, 陈玉, 浦伟光, 吴祥
2011, 28(4): 1-6.
摘要:
采用等温DSC法研究了E-51环氧树脂与4, 4’-二氨基二苯基砜(DDS)体系的固化反应过程, 并与已有固化模型拟合得到了170、180、190、200 ℃下的等温固化反应动力学的参数, 根据决定系数R2确定了适合的固化模型。研究表明: 当固化度小于40%时属于Kamal自催化模型; 当固化度大于40%时属于n级固化模型, 即固化反应由Kamal自催化反应向n级反应转变。
γ射线辐射对CF PTFE/PA6复合材料性能的影响
杨明成, 钟磊, 朱德荣, 李召朋, 吴国忠
2011, 28(4): 7-11.
摘要:
采用超细聚四氟乙烯(PTFE)粉末作为减摩功能填料, 碳纤维(CF)作为增强材料, 制备了CF-PTFE/PA6复合材料; 利用60Co-γ射线对该复合材料进行了辐射改性, 对复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了研究, 并采用SEM观察了该复合材料冲击断面的表面形貌。结果表明: 添加8%的PTFE和13%的CF的CF-PTFE/PA6复合材料不仅具有较好的力学强度和摩擦学性能, 而且经过120 kGy辐射处理后, 其弯曲强度、拉伸强度和冲击强度分别提高了9.9%、7.9%和11.7%。
磷钨铁杂多酸/聚酰胺胺复合膜的制备及电催化性能
林深, 施源德, 欧阳锐, 郭春美, 陈丽芳
2011, 28(4): 12-16.
摘要:
通过层层自组装方法在氧化铟锡(ITO)电极上原位制备了Dawson型磷钨铁杂多酸/聚酰胺-胺复合膜。用XPS、UV-Vis、CV、AFM分析表征复合膜的形成过程和电化学性能。结果表明: 杂多酸阴离子和聚酰胺-胺层层自组装形成多层复合膜且增长均匀; 复合膜在酸性溶液中出现了三对氧化还原峰; 用该复合膜修饰的电极稳定性好, 对亚硝酸盐和溴酸盐均具有良好的电催化活性。
单丝断裂能量法研究温度对碳纤维/环氧界面性能的影响
蔡群, 李敏, 罗辑, 顾轶卓, 刘洪新, 张佐光
2011, 28(4): 17-22.
摘要:
针对两种不同上浆剂碳纤维/高温固化环氧树脂体系, 采用基于WND(Wagner-Nairn-Detassis)能量模型的单丝断裂法, 测试分析了从室温到130 ℃范围内单丝复合体系界面断裂能的变化规律, 研究了碳纤维上浆剂对界面耐热性能的影响, 并结合复合材料层板的短梁剪切性能, 分析了微观和宏观界面性能的关联性。结果表明: 在测试温度范围内, 碳纤维/环氧体系的界面断裂能随温度升高呈先下降而后基本不变的趋势, 去除上浆剂后界面断裂能及其随温度的变化程度与未去除上浆剂的情况存在差异, 说明上浆剂对界面耐热性有重要作用。碳纤维/环氧树脂层板层间剪切强度随温度升高线性下降, 与界面断裂能的变化规律不一致, 这与两种测试方法的原理及界面破坏位置的不同有关。
碳纤维与环氧树脂润湿和黏附作用
曹芳维, 李敏, 王绍凯, 顾轶卓, 张佐光
2011, 28(4): 23-28.
摘要:
对比分析了不同类型碳纤维与环氧树脂的接触角的变化规律, 并利用Young-Dupre法和Wu法, 分析了黏附功随温度的变化规律, 以及树脂固化对纤维/树脂润湿、黏附作用的影响。结果表明: 升高温度有利于T300、CCF、T700纤维和环氧AG80树脂的润湿, 去除纤维表面上浆剂后其表面能极性分量下降, 与AG80树脂的润湿和黏附性能变差; 在树脂体系未发生化学反应前, AG80/DDS树脂体系比AG80纯树脂与T700纤维的润湿性能好, 黏附性能差; 110 ℃恒温条件下随固化时间延长, AG80/DDS和E51/DDS树脂体系与T700纤维的浸润和黏附性能均改善。
基于数值模拟的热梯度CVI制备C/C 复合材料致密化行为
边国军, 齐乐华, 宋永善, 张卫红, 李贺军
2011, 28(4): 29-33.
摘要:
根据热梯度化学气相渗透(CVI)工艺制备C/C复合材料的特点, 建立了均相与非均相反应的多场耦合数学模型。以2D炭毡为预制体, 天然气为前驱体, 炉压为100 kPa的工艺条件下, 通过计算获得了预制体致密化过程中密度的演变规律; 分析了沉积温度及气体流量对致密化的影响, 获得了合理的沉积温度和气体流量范围。致密化100 h后, 预制体整体密度的计算值与实验值基本一致, 径向密度分布的模拟值与实验值呈相同的变化规律, 验证了模型的可靠性和模拟的预测能力。
酸刻蚀玻璃纤维增强等规聚丙烯(iPP) 复合材料的界面结晶形态
李庆涛, 郑国强, 刘春太
2011, 28(4): 34-39.
摘要:
将在稀酸溶液中刻蚀不同时间的玻璃纤维(GF)添加到等规聚丙烯(iPP)基体中制得GF/iPP复合材料。通过偏光显微镜研究了刻蚀不同时间的GF对界面结晶形态的影响。结果表明, 在刻蚀4 h的GF增强iPP复合材料中, GF表面在结晶初期诱导iPP基体生成独特的环带状晶核, 并在此晶核上可以进一步诱导生成β横晶。此外, 该复合材料在142 ℃等温结晶的结果进一步说明了刻蚀4 h的GF对基体的异相成核作用具有二元性, 即同时具有β成核和α成核的能力。
纳米功能化石墨烯/室温硫化硅橡胶复合材料的制备与表征
马文石, 邓帮君
2011, 28(4): 40-45.
摘要:
用KH-550对氧化石墨进行改性, 再对其进行还原, 获得功能化石墨烯(FG), 未经干燥的FG经超声处理后可以稳定分散在质量比9∶1的丙酮/水混合液中; 在高速搅拌和超声分散条件下, 将FG分散液分散到室温硫化(RTV)硅橡胶中, 固化后得到纳米FG(nano-FG)/RTV硅橡胶复合材料。采用FTIR、TEM、SEM、XRD和DSC分析了FG及复合材料的结构和形貌。结果表明: KH-550连接到石墨烯片层表面上, 使其片层起皱、折叠, 部分发生了剥离, 层间距增大到3.46 ; FG经过超声处理后剥离成透明至半透明的片层; nano-FG/RTV硅橡胶复合材料的断面结构为褶皱结构, 不同于纯硅橡胶, 也未出现微观相分离; 与硅橡胶相比, 复合材料的TgTm和结晶度均有所提高。复合材料的力学性能测试结果表明, nano-FG对RTV硅橡胶具有明显的补强效果, 当nano-FG质量分数为0.5 %时, nano-FG/RTV硅橡胶复合材料的拉伸强度比纯RTV硅橡胶提高了一倍多, 达到了0.43 MPa; 断裂伸长率也提高了52%, 达到了265%。
碳包铝纳米粒子填充硅橡胶制备散热复合材料
林锦, 张海燕, 洪浩群, 涂文英
2011, 28(4): 46-51.
摘要:
以甲基乙烯基硅橡胶为基胶, 碳包铝(C-Al)纳米粒子为填料, 采用机械混炼法制备了散热用C-Al/硅橡胶复合材料。采用SEM研究了C-Al纳米粒子在硅橡胶中的分散情况; 并研究了填料对复合材料热导率、热膨胀系数(CTE)和热稳定性的影响。结果表明: C-Al纳米粒子在硅橡胶中分散性良好; C-Al/硅橡胶复合材料的热导率随C-Al填充量的增加而增大, 填充体积分数超过50%时热导率开始下降, C-Al适宜用量为总体积的50%; 随着填料的增加, 复合材料CTE减小。TGA分析表明, 填充C-Al纳米粉体的复合材料热稳定性高于未填充硅橡胶。
粒径对Ni/硅橡胶复合材料压敏性及介电性质的影响
常方高, 孙震兴, 付鹤鹏, 夏存军, 宋桂林
2011, 28(4): 52-57.
摘要:
采用不同粒径的Ni粉与硅橡胶(110型)按质量比2.4∶1.0制成Ni/硅橡胶复合材料, 分别测量了其压敏导电性及介电性质, 并结合扫描电镜照片对其微观导电机制进行了分析。结果表明随着填料Ni粉粒径的减小, Ni/硅橡胶复合材料的直流电阻率对外加压强更加敏感: 在低压强下, 粒径为74、48和18 μm的样品的电阻率随压强的变化率分别为1.73×104、2.59×104和3.71×10 4 Ω·m/kPa。样品直流电阻率陡降的区域随粒径的减小向压强较小的方向移动, 显示出复合材料的渗流阈值与填充粒子的粒径有关: 粒径越小, 渗流阈值也越小。Ni/硅橡胶复合材料的交流电导率、介电常数、介电损耗均随填料Ni粉粒径的减小而变大: Ni粉粒径为18 μm的Ni/硅橡胶复合材料的电导率约为10-2 S·m-1, 比74 μm粒径样品的电导率(约10-7 S·m-1)提高了5个数量级; 对应的介电常数由约102提高到约103。改变填料Ni粉粒径可以有效地调节复合材料的弹性和压敏、电输运特性。
硫酸钙晶须改性氟橡胶复合材料的热稳定性
李辉, 褚国红, 施强, 耿兵, 张书香
2011, 28(4): 58-62.
摘要:
采用热分析技术研究了在氮气气氛中硫酸钙晶须(CSW)/氟橡胶(FPM)复合材料的非等温热分解行为及其动力学, 并与无水硫酸钙(ACS)/氟橡胶(FPM)复合材料进行了对比。通过Kissinger法和Ozawa法分别计算出其热分解活化能, 且结果相近。结果表明: Kissinger法计算的CSW/FPM复合材料的热分解活化能为203.33 kJ·mol-1, 高于ACS/FPM复合材料的热分解活化能(174.74 kJ·mol-1), 具有较高的热稳定性; 热分解反应级数约为1级。随着失重率的增大, 热分解活化能增大。
微胶囊对微胶囊/环氧树脂复合材料增韧作用
倪卓, 杜学晓, 王帅, 梁伟杰, 苏晓敏, 单晓凤
2011, 28(4): 63-69.
摘要:
使用脲醛(Urea-formaldehyde)树脂-环氧树脂微胶囊(E-51)和三聚氰胺-尿素-甲醛共缩聚树脂 (Melamine-urea-formaldehyde)-环氧树脂微胶囊(E-51)制备微胶囊/环氧树脂复合材料样品。对其力学性能进行了测试, 并对复合材料的断面形貌进行了观察, 研究了微胶囊对微胶囊/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明: 随着微胶囊用量的增加, 复合材料拉伸强度和弯曲强度有所降低; 微胶囊质量分数小于2%时, 复合材料断裂伸长率和断裂弯曲应变有所提高; 大于2%时复合材料断裂伸长率和断裂弯曲应变下降。微胶囊对环氧树脂有增韧效果, 微胶囊表面越粗糙, 粒径越小, 增韧效果越明显。在裂纹扩展区, 大部分微胶囊破裂, 裂纹终止区, 大部分微胶囊剥离。
改性石墨烯的制备及对石墨烯/HDPE非等温结晶动力学的影响
吕晴, 于杰, 秦军, 罗筑, 谢普
2011, 28(4): 70-76.
摘要:
为了研究改性石墨烯(MGN)对高密度聚乙烯(HDPE)结晶行为的影响, 采用化学氧化还原法制备出石墨烯(GN)和MGN, 并用熔融共混法制备出GN/HDPE和MGN/HDPE 复合材料。采用红外光谱仪和差示扫描量热仪对GN和MGN的结构及复合材料的结晶行为做了测试, 并用莫氏方程对复合材料进行了非等温结晶动力学研究。红外光谱结果表明硬脂酸分子已成功接枝在GN上; 差示扫描热分析结果表明MGN对HDPE结晶行为的抑制程度比GN更明显。
GF/不饱和聚酯复合材料的抗风沙侵蚀性能
杨士超, 李鲲, 段跃新, 袁超
2011, 28(4): 77-82.
摘要:
为解决大风环境下高速列车的安全问题, 铁路路基拟采用防风走廊结构以抵御大风和风沙。综合比较研究复合材料的比强度、比刚度和耐蚀性等各项性能参数后, 拟选择复合材料作为防风沙走廊结构材料。分别对玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料风沙侵蚀前后进行了弯曲和拉伸性能测试, 研究了喷砂角度、喷砂风速和喷砂时间对材料力学性能的影响。结果表明, 喷砂角度对于侵蚀效果影响不明显; 随着喷砂风速的增大和侵蚀时间的延长, 侵蚀程度不断加深, 侵蚀效果随风速呈线性变化。
Sol-gel原位相转变矿化制备纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架材料
李波, 李立华, 赵名艳, 周长忍
2011, 28(4): 83-88.
摘要:
为了模拟天然骨组织的结构和成分, 以羟基磷灰石(HA)为钙磷源, 以壳聚糖(CS)为大分子基质材料, 在酸性环境中形成均相溶液, 通过Sol-gel相转变矿化方法和陈化处理, 原位构建了纳米HA/CS复合多孔支架材料, 研究了共沉积时体系的pH值和陈化时间对支架压缩强度、晶相组成及形貌等的影响。结果表明体系pH为10和11时, 支架的力学强度远高于未矿化壳聚糖支架强度, 但是随着体系pH的升高强度逐渐下降。XRD分析结果表明陈化处理有利于磷酸钙盐向HA转化, 随着陈化时间的延长, 纳米HA沿c轴择优生长。SEM观察显示支架材料具有相互贯穿的多孔结构, 纳米级的短棒状或颗粒状HA晶体颗粒均匀分散在孔壁上, 随着陈化处理以及陈化时间的延长, 形成致密的纳米无机/有机均匀复合体。这种快速深度矿化方法为骨支架材料的制备提供了新思路。
Silk RGD融合蛋白修饰羟基磷灰石/丝素蛋白支架对成骨细胞生长的影响
吕银洁, 张艳红, 刘琳, 朱良均, 姚菊明
2011, 28(4): 89-93.
摘要:
通过浸渍吸附的方法, 用桑蚕丝素-RGD融合蛋白(简称Silk-RGD)对多孔状磷灰石/丝素蛋白(HA/SF)复合支架材料进行表面修饰, 研究了复合支架材料在不同浓度Silk-RGD蛋白溶液中浸渍后对两种不同成骨细胞MG-63和MC3T3-E1黏附、增殖和分化的影响。结果表明, Silk-RGD融合蛋白修饰的复合支架材料的细胞黏附性能显著高于未经修饰的对照组, 且其促黏附性能具有Silk-RGD浓度依赖性; 体外培养7天时, 细胞增殖能力较对照组更显著,当Silk-RGD的吸附量为11 μg/mg时, MG-63的增殖率较对照样提高了21%, MC3T3-E1提高了50%; 而碱性磷酸酶活性检测结果显示, 复合支架经Silk-RGD表面修饰后对MC3T3-E1细胞的分化有一定的促进作用, 但对MG-63细胞的影响不明显。
玉米秸秆微晶纤维素/聚乳酸复合膜的制备与性能
李春光, 徐鹏飞, 李云霞, 王彦秋, 林鹏, 张锐
2011, 28(4): 94-98.
摘要:
采用玉米秸秆微晶纤维素(CSCMC)作为增强材料, 生物可降解材料聚乳酸(PLA)作为基体, 制备了CSCMC/PLA复合膜材料, 并对复合膜的结晶度、热稳定性能、力学性能进行了测试。结果表明, 复合膜材料的热稳定性能和力学性能优于纯聚乳酸膜。当CSCMC的质量分数为10%时, 复合膜的热稳定性能和力学性能达到最佳, 与纯PLA膜相比, 起始分解温度提高了34.38 ℃, 拉伸强度提高了58.3%, 断裂伸长率提高了31.1%。
玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料复合机制
许小芳, 申世杰, 刘亚兰, 李龙
2011, 28(4): 99-106.
摘要:
用三种硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570分别处理玄武岩纤维(BF), 以未经偶联剂处理的BF为对照组。X射线电子能谱(XPS)分析三种偶联剂对BF的改性, 发现BF表面的Si元素与偶联剂中的Si元素形成了Si—O—Si键, 其含量顺序为KH550>KH570>KH560。测定了不同方法处理后的BF增强环氧树脂(BF/EP)复合材料水浴前后的弯曲性能和层间剪切强度(ILSS), 同时用SEM观察了BF/EP水浴前后的断裂面微观形貌, 结果发现水浴前三种偶联剂处理BF后都能提高BF/EP的界面粘结性能, 提高效果为KH550>KH560>KH570, 试样破坏时界面无脱粘, 主要发生的是基体破坏, 界面力学性能优于基体力学性能; 水浴处理后, 不同BF/EP的力学性能下降程度不同, 耐水性较差, 试样断裂面呈脆性断裂, 界面脱粘, 部分纤维被拔出后在基体中留下空洞。
C/SiC ZrC 复合材料在甲烷燃气环境中的氧化行为
刘巧沐, 张立同, 成来飞, 栾新刚, 孟志新
2011, 28(4): 107-111.
摘要:
分别采用聚合物先驱体浸渗热解法(PIP)、浆料浸渗法(SI)结合PIP法和化学气相渗透法(CVI)制备了C/SiC复合材料, 利用化学气相沉积(CVD)工艺在三种C/SiC复合材料表面制备了ZrC涂层, 得到了C/SiC-ZrC复合材料。考核了三种C/SiC-ZrC复合材料在甲烷燃气环境中的氧化行为。结果表明: 在甲烷风洞中1800 ℃氧化30 min后, 前两种工艺制备的C/SiC-ZrC复合材料表面氧化严重, 氧化失重率均达到12%以上; CVI工艺制备的C/SiC-ZrC复合材料氧化失重率最小(6.9%), 抗氧化性能最好。
单壁碳纳米管/六角钡铁氧体复合材料的微波吸收性能
贺可强, 郁黎明, 盛雷梅, 安康, 赵新洛
2011, 28(4): 112-116.
摘要:
用电弧法制备含铁的单壁碳纳米管(SWCNTs), 并将其提纯之后掺杂到用溶胶-凝胶自燃法制备的M型六角钡铁氧体(BaFe12O19)纳米晶粉体中, 得到了具有网状结构的复合材料。利用同轴法测试了样品的电磁参数, 研究了不同混合比SWCNTs/BaFe12O19 复合材料的吸波性能。结果表明: 复合粉体SWCNTs/BaFe12O19的磁损耗主要是由于自然共振和交换共振引起的; 当掺杂2%(质量分数)SWCNTs时, 微波反射衰减最大值可以达到 24.85 dB, 高于10 dB的频带宽度可以达到6.30 GHz, 具有较宽的吸波频段。
Nb Si基自生复合材料感应熔炼铸锭的组织特征及影响因素
盖京茹, 贾丽娜, 李小溅, 郑立静, 张虎
2011, 28(4): 117-123.
摘要:
采用氧化钇坩埚真空感应熔炼方法制备了Nb-16Si-22Ti-6Hf和Nb-16Si-22Ti-6Hf-2Cr-2Al合金铸锭, 并在1500 ℃时进行了100 h的热处理。结果表明, 铸态和热处理后的合金均由铌基固溶体(NbSS)、Nb3Si、β-Nb5Si3和γ-Nb5Si3组成。冷却速度、合金化元素及热处理均会影响合金的组织。冷却速度较低时, 铸锭顶部的组织较粗大; 合金化元素Cr和Al可以促进Nb3Si的共析转变, 使合金铸锭的组织均匀、细化; 热处理则促进Nb3Si→Nb5Si3+NbSS的发生, 且Nb3Si的尺寸和体积分数均减小, 边界变圆润, NbSS枝晶粗化, 共晶组织由片层状变为不规则岛状。
络合溶胶-凝胶法制备氧化物弥散强化 12Cr钢中氧化物的形成机制
郭丽娜, 贾成厂, 胡本芙
2011, 28(4): 124-129.
摘要:
以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂, 采用EDTA络合溶胶-凝胶法向氩气雾化制备的预合金粉末中添加Y2O3, 复合粉通过热等静压致密化, 锻造后固溶处理, 制得化学成分为Fe-12Cr-2.5W-0.25Ti-0.2V-0.4Y2O3 (0.4Y2O3/12Cr, 质量分数, %)的氧化物弥散强化(ODS) 铁素体钢(12Cr)。采用SEM、FE-SEM、XRD对复合粉末、热等静压态和锻造态Y2O3/12Cr铁素体钢中的氧化物的形成过程和行为进行了分析和表征。结果表明: 化学法制备的Y2O3弥散强化0.4Y2O3/12Cr铁素体钢中氧化物的形成机制有络合热分解机制、界面反应机制和再析出机制。通过选择合适的工艺参数和机械分散作用可获得细小均匀的氧化物强化相。
往复挤压法制备Al2O3P/Al复合材料的室温阻尼性能
张忠明, 胡博, 高峰涛, 王锦程
2011, 28(4): 130-135.
摘要:
以纯Al粉及Al2O3粉为原料, 采用往复挤压法制备了不同体积分数的Al2O3颗粒增强纯Al基复合材料, 并测试了材料的阻尼性能, 研究了室温条件下, 阻尼与应变振幅及频率变化的关系以及增强颗粒的含量对材料阻尼性能的影响。结果表明: 通过往复挤压, Al2O3均匀地分布于Al基体上, 形成了致密、均匀的复合材料。往复挤压法制备的Al2O3P/Al复合材料具有良好的阻尼性能, 复合材料中增强颗粒含量越大, 阻尼性能越好。在较低的应变振幅下, Al2O3P/Al复合材料主要的阻尼机制为位错阻尼机制, 而在较高的应变振幅下, 界面阻尼则成为复合材料主要的阻尼机制。
Al2O3/Mo复合材料的磨料磨损性能
侯风亮, 倪峰, 崔延遂, 侯麦珍, 魏世忠, 流杰
2011, 28(4): 136-141.
摘要:
对Al2O3/Mo复合材料的微观形貌进行了分析, 同时测试了Al2O3/Mo复合材料的磨损行为。结果表明, 随Al2O3体积分数的增加, 基体的密度先增大后减小, 显微硬度逐渐增加, 磨损过程中产生的切削、犁沟在数量、深度上都有一定程度的减少。当Al2O3的体积分数为3%时, 随着磨粒粒度的减小, 复合材料的比磨损率逐渐增加, Al2O3的体积分数较高(5%、10%、15%)时, 比磨损率随磨料粒径的增大而呈现先增加后减少的趋势。材料的磨损量随载荷增加而增加, 材料的磨损量的排列顺序不受载荷变化的影响。在同一载荷下, 材料的磨损量随掺杂量的增加呈现下降趋势, 但是随着掺杂量的不断增大, 磨损量下降趋势减缓。
35CrMoA钢激光淬火-渗氮复合改性层微观组织及脆性
绳以健, 仇性启, 程义远, 陈自振
2011, 28(4): 142-148.
摘要:
研究了气体渗氮层和激光淬火-渗氮层的相组成、微观结构、显微硬度及脆性。结果表明, 激光淬火-渗氮白亮层中ε-Fe3N含量由14.74%增至69.45%, 而脆硬的ξ-Fe2N含量由79.95%降至25.03%。表层的N含量降低, 渗氮层N浓度曲线降低趋势平缓, N的总扩散通量增加, 渗氮层厚度增加。激光淬火-渗氮层组织晶粒细小致密, 渗碳体分布在条状下贝氏体组织中, 硬度高的Cr2N颗粒数目增加, 白亮层显微硬度值显著提高, 渗氮层脆断的临界压力由气体渗氮层的3 N提高到激光淬火-渗氮层的6 N。
MnO2/CMSs复合材料的制备及其电化学性能
杨永珍, 刘伟峰, 郭明聪, 刘旭光, 许并社
2011, 28(4): 149-155.
摘要:
采用0.1 mol/L的KMnO4和0.1 mol/L的HNO3对化学气相沉积法合成的碳微球(CMSs)进行氧化后, 在CMSs表面包覆MnO2层得到MnO2/CMSs复合材料, 用H2C2O4洗涤MnO2/CMSs复合材料得到氧化CMSs。通过场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪等对产物的形貌和结构进行表征, 观察了氧化前后CMSs在水和乙醇中的分散性, 并采用循环伏安法测试了MnO2/CMSs复合材料的电化学性能。结果表明: 经KMnO4和HNO3处理的CMSs表面包覆有MnO2层, MnO2的负载率约为60%。MnO2/CMSs复合材料在中性溶液中有一定的电容性能; 经H2C2O4洗涤后得到氧化CMSs, 其表面引入了含氧官能团, 使其在水和乙醇中均表现出良好的分散性。
Nylon6 TiO2杂化超细纤维的制备与表征
韩晓建, 黄争鸣, 黄晨, 何创龙, 许云辉, 王浩
2011, 28(4): 156-161.
摘要:
采用静电纺丝法制备了Nylon6-TiO2及其杂化超细纤维无纺布。使用SEM、TEM 和 FTIR等方法探讨了其微观形貌、结构, 并通过抗菌性能方法验证其抗菌性能与不同金属离子掺杂Nylon6-TiO2纤维膜的关系。结果表明: Ag+的掺杂可改善电纺纤维的形貌特征, 使纤维尺寸均匀, 珠状物减少; Cu2+的掺杂降低了Nylon6-TiO2的纤维形貌。同时, 纳米TiO2的添加实现了Nylon6-TiO2纤维膜在光催化条件下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果, Cu2+和(或)Ag+的掺杂使纤维膜在无光催化条件下具有一定抗菌效果, 为开发新一代过滤膜、防护服及医疗器械等复合材料奠定基础。
EG/Na X型沸石复合材料的制备及其对苯气体的吸附
付猛, 龚利云, 张婷婷, 陈志刚
2011, 28(4): 162-166.
摘要:
采用水热合成方法, 在膨胀石墨(EG)的孔壁内部和表面合成沸石, 制备EG/Na-X型沸石复合材料, 研究了SiO2/Al2O3摩尔比对沸石类型的影响。采用XRD、FE-SEM、FTIR、N2吸附-脱附等温线及静态保干器法对制得的复合材料进行表征。结果表明: 沸石类型受SiO2/Al2O3摩尔比影响较大, 随SiO2/Al2O3摩尔比的增加, 沸石类型逐渐由Na-A型向Na-X型转变, 在摩尔比SiO2/Al2O3=7.9时, Na-A型沸石全部转变为呈八面体形状的Na-X型沸石。吸附温度为25 ℃时, EG/Na-X型沸石复合材料对苯气体的静态饱和吸附量可达340 mg/g。
整体中空复合材料隔声性能的实验研究
李鸿顺, 钱坤, 曹海建, 俞科静, 李文敏
2011, 28(4): 167-170.
摘要:
为了探讨整体中空复合材料结构与隔声性能之间的关系, 设计并制备了不同高度、不同面板厚度以及不同芯材的玻璃纤维整体中空织物/环氧树脂复合材料。采用混响室-消声室法对其隔声性能进行了测试分析。研究表明: 整体中空复合材料的结构对其隔声性能有明显的影响。复合材料的隔声性能随着结构高度的增加逐渐提高, 面板厚度对材料的隔声效果影响较大, 芯材排列形式对其隔声性能影响相对较小; 8 形整体中空复合材料的隔声性能略高于 88 形和 X 形。
试件厚度对超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的影响
侯利军, 张秀芳, 徐世烺
2011, 28(4): 171-179.
摘要:
通过不同厚度超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)试件的四点弯曲试验, 研究了厚度对其弯曲性能的影响, 并通过理论量纲分析做了进一步解释。结合ASTM C 1609标准, 提出了以单位塑性铰区体积的能量消耗Tv为参数的韧性评价方法。试验结果表明: 不同厚度试件的名义弯曲应力-弯曲应变曲线与裂缝宽度变化曲线几乎重合; 挠度随厚度增大呈反比例下降; 在极限破坏时, 中和轴高度与试件厚度比约为0.88。对于ASTM C 1609标准, 韧性指数随厚度的增大而增大, 而新提出的韧性指数Tv与试件厚度无关。对于拉应变硬化的超高韧性水泥基复合材料, 弯曲强度、韧性性能和裂缝宽度均不存在尺寸效应。建议选用与普通FRC材料韧性及弯曲性能测定相同的试件尺寸(100 mm×100 mm×400 mm)作为标准试件形式。
尺度关联的微结构构型与排布的材料/结构动力学设计
刘远东, 尹益辉, 郭中泽
2011, 28(4): 180-184.
摘要:
考虑微观尺度和宏观尺度的关联, 将微结构胞元设计和多尺度均匀化设计结合, 建立了由相同尺寸和内部构型的微结构胞元组成的复合材料结构的材料/结构一体化动力学优化设计方法, 给出了相应的算例。方法中引入了微观和宏观两个尺度上的独立密度变量, 采用材料属性的合理近似模型对密度进行惩罚, 利用有限元超单元技术建立材料与结构的联系。基于算例获得了超单元尺寸与微观、宏观材料用量对结构拓扑构型的影响规律。将算例结果与已有方法的结果比较, 表明本文方法具有合理有效性, 可作为对轻质结构进行动力学设计的一种新方法。
复合材料点阵夹芯结构的换热特性
孙雨果, 高亮
2011, 28(4): 185-195.
摘要:
采用FLUENT软件模拟了受一恒定温度载荷的复合材料点阵夹芯结构在辅助流体强制对流作用下的热行为和热传输特性。对流体的压力场、速度场、温度场等场分布规律及特征进行了分析, 详细地阐述了点阵夹芯结构本身的构型对胞元内近壁流动和热传输类型的影响。采用雷诺数Re、努塞尔数Nu、压降损失系数KCell三个以胞元特征长度为度量的无量纲参数对结构的换热性能进行了表征与评价; 并引入温度最小渗透率、最大渗透率和水平渗透率的概念, 更加直观地表征结构的换热性能。结果表明, 强制对流下结构的换热性能明显提高, 有利于其轻质多功能化的实现。
双稳定矩形非对称复合材料层板的跳变研究
李昊, 戴福洪, 杜善义
2011, 28(4): 196-201.
摘要:
对双稳定矩形非对称复合材料层合板两种稳定构型的跳变行为进行了实验和数值研究。通过实验测得中心加载下层合板两种稳定构型跳变的临界载荷, 建立了两种稳定构型的非线性有限元分析模型, 成功预报了层合板固化后的两种稳定构型, 并进一步预报了两种稳定构型的跳变临界载荷, 预报结果与实验结果吻合良好。实验和有限元模拟结果表明, 中心加载下矩形非对称层合板两种构型的临界载荷相差较大, 并且跳变的过程有所差异。
压缩载荷下复合材料整体加筋板渐进损伤非线性数值分析
常园园, 许希武, 郭树祥
2011, 28(4): 202-211.
摘要:
建立了考虑脱粘的复合材料整体加筋板渐进损伤有限元分析模型。该模型采用界面单元模拟筋条与壁板之间的连接界面, 连接界面和复合材料层板分别采用Quads准则和Hashin准则作为失效判据, 基于ABAQUS软件, 建立了含连续损伤状态变量的材料刚度退化方案。基于该模型, 采用非线性有限元方法研究了压缩载荷下复合材料整体加筋壁板在考虑初始几何缺陷时的破坏过程, 分析了结构相应失效模式的细观损伤机制; 详细讨论了轴向刚度比对结构承载能力及破坏模式的影响。结果表明: 考虑脱粘损伤的有限元模型能有效模拟加筋板的破坏过程; 在加筋板铺层设计合理的情况下, 增加筋条与壁板刚度比能有效提高加筋板截面单位面积的承载能力。
复合材料薄壁管冲击断裂分析与吸能特性优化
李喆, 孙凌玉
2011, 28(4): 212-218.
摘要:
为实现不同冲击载荷下的吸能管结构逆向设计, 应用复合材料强度和刚度理论, 计算得到树脂基纤维增强复合材料正交各向异性的力学参数, 同时应用非线性显式有限元算法模拟了轴向冲击载荷作用下管件的动态断裂过程。根据正交设计原理, 得到了管件比吸能与其几何参数之间的非线性映射关系, 并构造出了相应的响应表面。按照汽车正面碰撞对冲击加速度的要求, 应用序列二次规划算法对吸能管进行了优化设计, 得到了具有较优吸能效率和较小冲击力峰值的吸能管结构参数。结果显示: 方管的变形模式、吸能量、冲击载荷-位移曲线变化趋势、冲击载荷峰值等与试验结果吻合很好; 当管件的壁厚、截面长度、管长分别选取2.1、44、200 mm时, 可得到设计域内的最大比吸能29.23 J/g。
新型BTG塑料合金关于温度-频率-振幅的动态阻尼性能模型
陈希瑞, 龚宪生
2011, 28(4): 219-224.
摘要:
建立了描述一种新型BTG塑料合金的温度-频率-振幅的动态阻尼性能数学模型。通过动态热分析仪DMA242, 获取了BTG塑料合金的频率扫描、温度扫描和幅值扫描的动态阻尼损耗因子实验数据。通过分析实验数据, 将温度扫描的阻尼损耗因子量分离为仅与频率相关以及与频率、温度均相关的两个分量, 并分别用Kelvin分数导数的阻尼损耗因子模型和高斯函数模型来表达这两个分量, 再以此为基准, 考虑振幅对阻尼损耗的影响, 由此建立了综合考虑温度-频率-振幅的阻尼损耗数学模型。结果表明, 所建立的综合考虑温度-频率-振幅的阻尼损耗数学模型能准确描述实验数据。
复合材料胶-螺混合连接接头承载力分析
马毓, 赵启林
2011, 28(4): 225-230.
摘要:
针对制作工艺为连接处预先制孔, 粘结和螺栓安装一并完成的复合材料胶-螺混合连接接头, 利用其传力机制和胶-螺之间的变形协调条件推导了承载力计算方法。计算了接头中胶连接的破坏荷载, 分析了胶连接承受其破坏荷载时胶层剪应变沿搭接长度的分布规律, 利用胶-螺之间的变形协调条件计算了此时螺栓连接所承担荷载; 胶连接的破坏荷载和此时螺栓连接所承担荷载之和即为接头承载力。利用该公式对一组采用上述工艺制作的试件进行了承载力计算和试验验证, 理论值与试验值吻合较好, 验证了理论推导的正确性。