2011年 第28卷 第5期
2011, 28(5): 1-11.
摘要:
纳米粒子由于十分容易聚集和团聚, 加之表面亲水性的纳米颗粒和表面憎水性的聚合物基体的相容性较差, 往往以较大的团聚体形式分散于聚合物基体树脂中, 导致复合材料的性能不佳。基于常规共混法的纳米颗粒/聚合物复合材料制备技术仍是重要的制备途径之一, 关键在于如何解决复合体系中纳米粒子的有效分散和利用问题。为此, 本文中针对非层状纳米无机粒子/热塑性聚合物复合材料的制备, 介绍了纳米无机粒子表面改性和纳米颗粒在热塑性聚合物中的分散技术方面的研究进展。
纳米粒子由于十分容易聚集和团聚, 加之表面亲水性的纳米颗粒和表面憎水性的聚合物基体的相容性较差, 往往以较大的团聚体形式分散于聚合物基体树脂中, 导致复合材料的性能不佳。基于常规共混法的纳米颗粒/聚合物复合材料制备技术仍是重要的制备途径之一, 关键在于如何解决复合体系中纳米粒子的有效分散和利用问题。为此, 本文中针对非层状纳米无机粒子/热塑性聚合物复合材料的制备, 介绍了纳米无机粒子表面改性和纳米颗粒在热塑性聚合物中的分散技术方面的研究进展。
2011, 28(5): 12-19.
摘要:
深入研究了粒子空间分布对材料导热性能的影响, 探索了有效导热通路形成的必要条件。为了解决任意体积分数、指定空间构型的代表体积元(RVE)建模难题, 用空间分布势能函数来描述目标空间分布构型, 设计了Monte Carlo可控空间分布算法, 该算法能够有效生成包含团簇和网链结构的任意空间构型的RVE。模拟研究结果表明: 相同体积分数下, 网链构型较团簇构型更能有效地形成导热通路, 具有更高的热导率; 体积分数对有效导热通路能否形成有重要影响, 仅当体积分数大于20%之后, 才具备形成有效导热通路的条件; 粒子间距只有小于一定水平时, 导热通路才能有效形成, 随着粒子间距的增加, 热导率成指数衰减。一定量的体积分数和较有效的粒子分布是形成有效导热通路的两个必要条件, 二者缺一不可。
深入研究了粒子空间分布对材料导热性能的影响, 探索了有效导热通路形成的必要条件。为了解决任意体积分数、指定空间构型的代表体积元(RVE)建模难题, 用空间分布势能函数来描述目标空间分布构型, 设计了Monte Carlo可控空间分布算法, 该算法能够有效生成包含团簇和网链结构的任意空间构型的RVE。模拟研究结果表明: 相同体积分数下, 网链构型较团簇构型更能有效地形成导热通路, 具有更高的热导率; 体积分数对有效导热通路能否形成有重要影响, 仅当体积分数大于20%之后, 才具备形成有效导热通路的条件; 粒子间距只有小于一定水平时, 导热通路才能有效形成, 随着粒子间距的增加, 热导率成指数衰减。一定量的体积分数和较有效的粒子分布是形成有效导热通路的两个必要条件, 二者缺一不可。
2011, 28(5): 20-26.
摘要:
采用两次乳化包埋技术制备了一种载蛋白的乳酸-乙醇酸共聚物/壳聚糖复式微球(Poly(lactide-co-glycolide)/chitosan 微球, 简称PLGA/chitosan微球)。先以复乳法(W/O/W)制备加载牛血清白蛋白(BSA)的PLGA微球, 再以壳聚糖(Chitosan)为基体对PLGA微球进行包埋, 用三聚磷酸钠(TPP)进行交联。制备中, 改变内部PLGA基体的分子量制备了3种PLGA/chitosan微球以达到不同的释放动力学。采用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分别对PLGA/chitosan 微球的形貌、平均粒径及表面物理化学特征进行了表征。进行了复式微球在体外的蛋白释放实验, 同时检测了体外降解过程中环境pH值的变化。结果表明, PLGA/chitosan微球具有球中包埋球的复式结构。复式微球的载药率为6%~8%, 微球平均粒径为40~60 μm。该微球早期蛋白的突释较PLGA微球显著减少, 释放周期大于75天。此外, PLGA/chitosan微球降解过程中, 能维持孵育液的pH值在7~8之间, 为人体可接受范围, 是一种优异的蛋白缓释微球。
采用两次乳化包埋技术制备了一种载蛋白的乳酸-乙醇酸共聚物/壳聚糖复式微球(Poly(lactide-co-glycolide)/chitosan 微球, 简称PLGA/chitosan微球)。先以复乳法(W/O/W)制备加载牛血清白蛋白(BSA)的PLGA微球, 再以壳聚糖(Chitosan)为基体对PLGA微球进行包埋, 用三聚磷酸钠(TPP)进行交联。制备中, 改变内部PLGA基体的分子量制备了3种PLGA/chitosan微球以达到不同的释放动力学。采用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分别对PLGA/chitosan 微球的形貌、平均粒径及表面物理化学特征进行了表征。进行了复式微球在体外的蛋白释放实验, 同时检测了体外降解过程中环境pH值的变化。结果表明, PLGA/chitosan微球具有球中包埋球的复式结构。复式微球的载药率为6%~8%, 微球平均粒径为40~60 μm。该微球早期蛋白的突释较PLGA微球显著减少, 释放周期大于75天。此外, PLGA/chitosan微球降解过程中, 能维持孵育液的pH值在7~8之间, 为人体可接受范围, 是一种优异的蛋白缓释微球。
2011, 28(5): 27-33.
摘要:
对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。
对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。
2011, 28(5): 34-40.
摘要:
采用E-51型环氧树脂为导电胶基体树脂, 低分子量聚酰胺树脂(PA)为固化剂, 填加经硅烷偶联剂(KH550)改性后的纳米级和微米级铜粉及助剂制备导电胶。首次采用了液态固化剂(低分子量的聚酰胺酯), 以解决导电胶制备过程中填料用量受限的难题。通过正交试验方法探讨了导电胶中导电填料的含量、导电填料配比、硅烷偶联剂用量和还原剂添加量对导电胶粘接性能和导电性能的影响, 对导电胶的制备工艺进行了优化, 获得了制备导电胶的最佳方案。测试结果表明该导电胶能够在60 ℃下4 h内快速固化。在填料质量分数为65%时, 导电胶具有最低的体积电阻率3.6×10-4 Ω·cm; 导电胶的抗剪切强度达到17.6 MPa。在温度为85 ℃、湿度(RH)为85%的环境下经过1000 h老化测试后导电胶电阻率的变化和剪切强度的变化均不超过10%。
采用E-51型环氧树脂为导电胶基体树脂, 低分子量聚酰胺树脂(PA)为固化剂, 填加经硅烷偶联剂(KH550)改性后的纳米级和微米级铜粉及助剂制备导电胶。首次采用了液态固化剂(低分子量的聚酰胺酯), 以解决导电胶制备过程中填料用量受限的难题。通过正交试验方法探讨了导电胶中导电填料的含量、导电填料配比、硅烷偶联剂用量和还原剂添加量对导电胶粘接性能和导电性能的影响, 对导电胶的制备工艺进行了优化, 获得了制备导电胶的最佳方案。测试结果表明该导电胶能够在60 ℃下4 h内快速固化。在填料质量分数为65%时, 导电胶具有最低的体积电阻率3.6×10-4 Ω·cm; 导电胶的抗剪切强度达到17.6 MPa。在温度为85 ℃、湿度(RH)为85%的环境下经过1000 h老化测试后导电胶电阻率的变化和剪切强度的变化均不超过10%。
2011, 28(5): 41-45.
摘要:
以原位分散聚合法制备出纳米碳化硅/聚酰亚胺(n-SiC/PI)复合薄膜, 采用SEM、热机械分析仪(TMA)、阻抗分析仪和热重分析(TG)研究了所制备薄膜的表面形貌、热膨胀、介电性能及热稳定性。结果表明: SiC粒子均匀分散在PI基体中, 复合薄膜的热膨胀系数(CTE)随着SiC含量的增加逐渐减小, SiC质量分数为15%时, CTE降低了11%, 且复合膜的热膨胀系数实验值比较接近于Kerner公式的计算值。复合膜的介电常数和介电损耗随着填料含量的变化而变化, 但始终维持在较低的范围内, 并在相当大的频率范围内保持稳定。
以原位分散聚合法制备出纳米碳化硅/聚酰亚胺(n-SiC/PI)复合薄膜, 采用SEM、热机械分析仪(TMA)、阻抗分析仪和热重分析(TG)研究了所制备薄膜的表面形貌、热膨胀、介电性能及热稳定性。结果表明: SiC粒子均匀分散在PI基体中, 复合薄膜的热膨胀系数(CTE)随着SiC含量的增加逐渐减小, SiC质量分数为15%时, CTE降低了11%, 且复合膜的热膨胀系数实验值比较接近于Kerner公式的计算值。复合膜的介电常数和介电损耗随着填料含量的变化而变化, 但始终维持在较低的范围内, 并在相当大的频率范围内保持稳定。
2011, 28(5): 46-51.
摘要:
以分散聚合法制备的聚苯乙烯(PS)微球为有机模板, 以正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为无机前躯体物料, 通过静电吸附作用成功地制备了纳米 PS-SiO2 复合微球和SiO2单分散空心结构。通过红外(FTIR)、热重(TG)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM) 和热重分析仪(TGA)等手段对纳米复合材料进行了表征, 并对产物的抗磨性能进行了测试。结果表明, 该方法可一次性制备大量的复合微球, 这些微球的直径约为0.7 μm, 分散性能良好。在煅烧去除模板后, 得到了保持完整的空心纳米 SiO2 结构, 微球的球壳稳定性较好。摩擦实验表明, 添加了2 wt%空心微球的植物油在较低载荷工况下具有优异的减磨性能, 摩擦系数可低至0.058。
以分散聚合法制备的聚苯乙烯(PS)微球为有机模板, 以正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为无机前躯体物料, 通过静电吸附作用成功地制备了纳米 PS-SiO2 复合微球和SiO2单分散空心结构。通过红外(FTIR)、热重(TG)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM) 和热重分析仪(TGA)等手段对纳米复合材料进行了表征, 并对产物的抗磨性能进行了测试。结果表明, 该方法可一次性制备大量的复合微球, 这些微球的直径约为0.7 μm, 分散性能良好。在煅烧去除模板后, 得到了保持完整的空心纳米 SiO2 结构, 微球的球壳稳定性较好。摩擦实验表明, 添加了2 wt%空心微球的植物油在较低载荷工况下具有优异的减磨性能, 摩擦系数可低至0.058。
2011, 28(5): 52-57.
摘要:
通过对3种不同针织方式碳纤维经编织物结构的分析和弯曲性能测试, 研究了织物针织方式对NCFs复合材料力学性能的影响。采用链式缝编的 织物与经平缝编的 织物相比, 束缚效果更好, 经编线引起的纤维变形区的宽度较小, 因此 织物增强的复合材料中的富树脂区和空洞相对较少, 弯曲强度和模量均高于 复合材料。单向经编织物也采用经平缝编, 纤维取向与双轴向织物相比更准确, 由于缝编引起的纤维变形和损伤较少, 复合材料的弯曲性能高于两种双轴向经编材料。
通过对3种不同针织方式碳纤维经编织物结构的分析和弯曲性能测试, 研究了织物针织方式对NCFs复合材料力学性能的影响。采用链式缝编的 织物与经平缝编的 织物相比, 束缚效果更好, 经编线引起的纤维变形区的宽度较小, 因此 织物增强的复合材料中的富树脂区和空洞相对较少, 弯曲强度和模量均高于 复合材料。单向经编织物也采用经平缝编, 纤维取向与双轴向织物相比更准确, 由于缝编引起的纤维变形和损伤较少, 复合材料的弯曲性能高于两种双轴向经编材料。
2011, 28(5): 58-63.
摘要:
考察了玻璃纤维三维夹芯层连织物/氰酸酯(CE)复合材料的透波性能, 并与夹芯层连织物/环氧树脂复合材料和蜂窝夹层结构复合材料进行了对比。研究发现: 实验频段范围内三维夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的平均透波率高于蜂窝夹层结构复合材料和夹芯层连织物/环氧树脂复合材料; 夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的透波率受电磁波入射角度影响较小, 并且在芯柱高度为8 mm时有最大值, 平行经向入射的透波率略大于平行纬向入射的透波率, 8~12 GHz频率的透波率略大于12~18 GHz的透波率; 由于反射作用, 面板增强后夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的透波率下降明显。
考察了玻璃纤维三维夹芯层连织物/氰酸酯(CE)复合材料的透波性能, 并与夹芯层连织物/环氧树脂复合材料和蜂窝夹层结构复合材料进行了对比。研究发现: 实验频段范围内三维夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的平均透波率高于蜂窝夹层结构复合材料和夹芯层连织物/环氧树脂复合材料; 夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的透波率受电磁波入射角度影响较小, 并且在芯柱高度为8 mm时有最大值, 平行经向入射的透波率略大于平行纬向入射的透波率, 8~12 GHz频率的透波率略大于12~18 GHz的透波率; 由于反射作用, 面板增强后夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的透波率下降明显。
2011, 28(5): 64-69.
摘要:
以对苯二酚二对苯甲酸酯(HQB)、N,N'-二(ω-羟乙基)苯均四甲酰二亚胺(BHDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)为单体, 利用溶液缩聚方法, 合成了一种含有亚氨基的新型液晶聚氨酯(HBLCP), 并将该液晶聚氨酯与环氧树脂(E-51)共混制备液晶聚氨酯/环氧树脂复合材料(HBLCP/E-51)。采用FTIR、DSC、POM和WAXD等方法对HBLCP的结构和液晶相转变行为进行了表征, 并利用SEM观察复合材料断裂形貌, 探讨其增韧机制。结果表明, 加入质量分数为3%的HBLCP, 可使HBLCP/E-51复合材料的冲击强度提高2.3倍, 拉伸强度和弯曲强度也有不同程度的提高, 呈现出典型的韧性断裂, 热分解温度提高12~20 ℃, 出现最大分解速率时的温度提高12~15 ℃。
以对苯二酚二对苯甲酸酯(HQB)、N,N'-二(ω-羟乙基)苯均四甲酰二亚胺(BHDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)为单体, 利用溶液缩聚方法, 合成了一种含有亚氨基的新型液晶聚氨酯(HBLCP), 并将该液晶聚氨酯与环氧树脂(E-51)共混制备液晶聚氨酯/环氧树脂复合材料(HBLCP/E-51)。采用FTIR、DSC、POM和WAXD等方法对HBLCP的结构和液晶相转变行为进行了表征, 并利用SEM观察复合材料断裂形貌, 探讨其增韧机制。结果表明, 加入质量分数为3%的HBLCP, 可使HBLCP/E-51复合材料的冲击强度提高2.3倍, 拉伸强度和弯曲强度也有不同程度的提高, 呈现出典型的韧性断裂, 热分解温度提高12~20 ℃, 出现最大分解速率时的温度提高12~15 ℃。
2011, 28(5): 70-76.
摘要:
建立无弯曲纤维织物(Non-crimped fabrics, NCF)的几何结构单胞, 应用树脂在纤维束内与束间耦合流动的模型, 数值模拟树脂的细观流动行为, 结合Darcy定律, 计算单胞的面内等效渗透率, 并对计算方案进行验证。在此基础上, 探讨织物的纤维束间距离、纤维束高度以及束内渗透率等细观结构参数与单胞面内等效渗透率之间的关系。结果表明: 单胞面内等效渗透率随纤维束间距离的增大而增大, 其倒数的对数之间呈正的线性关系; 纤维束高度对单胞面内等效渗透率的影响类似于纤维束间距离对其的影响; 单胞面内等效渗透率随纤维束内渗透率的增加而线性增加。
建立无弯曲纤维织物(Non-crimped fabrics, NCF)的几何结构单胞, 应用树脂在纤维束内与束间耦合流动的模型, 数值模拟树脂的细观流动行为, 结合Darcy定律, 计算单胞的面内等效渗透率, 并对计算方案进行验证。在此基础上, 探讨织物的纤维束间距离、纤维束高度以及束内渗透率等细观结构参数与单胞面内等效渗透率之间的关系。结果表明: 单胞面内等效渗透率随纤维束间距离的增大而增大, 其倒数的对数之间呈正的线性关系; 纤维束高度对单胞面内等效渗透率的影响类似于纤维束间距离对其的影响; 单胞面内等效渗透率随纤维束内渗透率的增加而线性增加。
2011, 28(5): 77-82.
摘要:
研究了CCF300碳纤维/5405双马树脂复合材料在71 ℃恒温水浸循环吸湿-脱湿行为。试样经过三次饱和吸湿-脱湿过程, 探讨不同循环次数CCF300/5405复合材料的吸湿率和水分扩散速率变化, 并采用SEM观察纤维/基体界面变化, 分析了造成循环湿热环境下复合材料体系吸湿-脱湿变化的原因。研究结果表明: CCF300/5405复合材料的吸湿行为基本满足Fick第二定律, 并且在水浸14天后达到饱和吸湿状态, 饱和吸湿率约为0.66%; 材料吸湿处理后, 纤维与基体间的界面遭到水分破坏, 产生大量空隙和裂纹, 使水分的扩散速率明显增加, 饱和吸湿率略有增大, 并且这种破坏不可逆。
研究了CCF300碳纤维/5405双马树脂复合材料在71 ℃恒温水浸循环吸湿-脱湿行为。试样经过三次饱和吸湿-脱湿过程, 探讨不同循环次数CCF300/5405复合材料的吸湿率和水分扩散速率变化, 并采用SEM观察纤维/基体界面变化, 分析了造成循环湿热环境下复合材料体系吸湿-脱湿变化的原因。研究结果表明: CCF300/5405复合材料的吸湿行为基本满足Fick第二定律, 并且在水浸14天后达到饱和吸湿状态, 饱和吸湿率约为0.66%; 材料吸湿处理后, 纤维与基体间的界面遭到水分破坏, 产生大量空隙和裂纹, 使水分的扩散速率明显增加, 饱和吸湿率略有增大, 并且这种破坏不可逆。
2011, 28(5): 83-88.
摘要:
采用均质法和单胞有限元法, 研究了斜纹机织碳纤维/环氧树脂复合材料的三维本构模型, 并应用于轻量化电动汽车结构的设计计算中。通过光学显微镜观测获得T300碳纤维/环氧树脂复合材料层合板细观结构几何参数, 依据参数建立了代表体积元的几何模型; 结合有限元分析方法与层合板理论对代表体积元模型进行受力分析, 获得了复合材料三维本构模型参数, 并运用单向拉伸与三点弯曲物理试验对所建立的本构模型进行了验证; 通过二次开发, 把该三维本构模型用于轻量化电动汽车结构件的设计中, 并根据汽车安全测试标准对所设计的结构进行了强度校核。研究表明: 运用所建立的三维材料本构模型进行的仿真实验结果与真实拉伸和弯曲试验结果相吻合, 误差分别为4.04%和7.79%, 可用于轻量化结构的设计; 研究开发的电动汽车, 轻量化效果明显, 在满足车身强度要求下整车质量减轻了12%。
采用均质法和单胞有限元法, 研究了斜纹机织碳纤维/环氧树脂复合材料的三维本构模型, 并应用于轻量化电动汽车结构的设计计算中。通过光学显微镜观测获得T300碳纤维/环氧树脂复合材料层合板细观结构几何参数, 依据参数建立了代表体积元的几何模型; 结合有限元分析方法与层合板理论对代表体积元模型进行受力分析, 获得了复合材料三维本构模型参数, 并运用单向拉伸与三点弯曲物理试验对所建立的本构模型进行了验证; 通过二次开发, 把该三维本构模型用于轻量化电动汽车结构件的设计中, 并根据汽车安全测试标准对所设计的结构进行了强度校核。研究表明: 运用所建立的三维材料本构模型进行的仿真实验结果与真实拉伸和弯曲试验结果相吻合, 误差分别为4.04%和7.79%, 可用于轻量化结构的设计; 研究开发的电动汽车, 轻量化效果明显, 在满足车身强度要求下整车质量减轻了12%。
2011, 28(5): 89-95.
摘要:
采用DSC、Ozawa法、固态13C核磁共振(13C NMR)、红外光谱(IR)、裂解-气相色谱(Py-GC)和XRD研究了硼改性酚醛树脂的固化动力学、固化机制和裂解行为。结果表明: 硼改性酚醛树脂的近似凝胶温度、固化温度和后处理温度分别为350.0 K、386.2 K和433.3 K, 固化反应峰顶的活化能为152.4 kJ/mol; 硼改性酚醛树脂的固化反应主要包括PhCH2—OH之间的反应、PhCH2—OH与B—OH之间的反应、PhCH2—OH与酚环上活泼氢之间的反应, 以及醚键的歧化反应。硼改性酚醛树脂的剧烈分解温度为500~800 ℃, 失重为14.9%; 裂解生成的挥发物有CO、CO2、H2O、苯和甲苯等; 在1000 ℃时的残碳率为67.2%; 硼改性酚醛树脂在1000 ℃高温裂解30 min后生成了玻璃碳。
采用DSC、Ozawa法、固态13C核磁共振(13C NMR)、红外光谱(IR)、裂解-气相色谱(Py-GC)和XRD研究了硼改性酚醛树脂的固化动力学、固化机制和裂解行为。结果表明: 硼改性酚醛树脂的近似凝胶温度、固化温度和后处理温度分别为350.0 K、386.2 K和433.3 K, 固化反应峰顶的活化能为152.4 kJ/mol; 硼改性酚醛树脂的固化反应主要包括PhCH2—OH之间的反应、PhCH2—OH与B—OH之间的反应、PhCH2—OH与酚环上活泼氢之间的反应, 以及醚键的歧化反应。硼改性酚醛树脂的剧烈分解温度为500~800 ℃, 失重为14.9%; 裂解生成的挥发物有CO、CO2、H2O、苯和甲苯等; 在1000 ℃时的残碳率为67.2%; 硼改性酚醛树脂在1000 ℃高温裂解30 min后生成了玻璃碳。
2011, 28(5): 96-99.
摘要:
利用扫描电镜、X衍射仪以及红外漫反射仪, 并通过对生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在模拟体液(SBF)中失重率及模拟体液pH值的变化的检测, 系统研究了生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF中的降解和矿化性能。结果发现: 随着含有生物活性玻璃的聚乳酸支架在SBF溶液中浸泡时间的增长, SBF的pH值不断下降; 含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的质量不断下降。XRD、FTIR谱图和SEM图像表明: 在SBF中浸泡一定时间后, 有无定型的或结晶不完善的磷灰石在含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的表面沉积形成。
利用扫描电镜、X衍射仪以及红外漫反射仪, 并通过对生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在模拟体液(SBF)中失重率及模拟体液pH值的变化的检测, 系统研究了生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF中的降解和矿化性能。结果发现: 随着含有生物活性玻璃的聚乳酸支架在SBF溶液中浸泡时间的增长, SBF的pH值不断下降; 含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的质量不断下降。XRD、FTIR谱图和SEM图像表明: 在SBF中浸泡一定时间后, 有无定型的或结晶不完善的磷灰石在含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的表面沉积形成。
2011, 28(5): 100-105.
摘要:
通过优化的加工条件制备了羟基磷灰石/热致液晶高分子(HA/Vectra A950)复合材料仿生人工骨, 研究了HA含量对复合材料显微结构和力学性能的影响, 分析了HA与Vectra A950共混后的力学性能以及界面结合问题。研究结果表明: 当HA与Vectra A950的质量比小于10∶100时, 复合材料呈现明显的皮芯结构, 皮层液晶微纤高度取向, HA主要分散在芯部, 其模量和强度达到或超过天然骨的力学性能; 随着HA含量的增加, 皮芯结构逐步减弱并消失, 而缺陷显著增加。当HA与Vectra A950的质量比增加到20∶100, 复合材料的力学性能、尤其是韧性显著降低, 这可能是由于HA颗粒与液晶基体之间的结合较差导致的。为保证复合材料仿生人工骨的生物活性, HA的含量应与天然骨接近。因此, 需对HA和Vectra A950的界面进行改性以提高其结合性能。
通过优化的加工条件制备了羟基磷灰石/热致液晶高分子(HA/Vectra A950)复合材料仿生人工骨, 研究了HA含量对复合材料显微结构和力学性能的影响, 分析了HA与Vectra A950共混后的力学性能以及界面结合问题。研究结果表明: 当HA与Vectra A950的质量比小于10∶100时, 复合材料呈现明显的皮芯结构, 皮层液晶微纤高度取向, HA主要分散在芯部, 其模量和强度达到或超过天然骨的力学性能; 随着HA含量的增加, 皮芯结构逐步减弱并消失, 而缺陷显著增加。当HA与Vectra A950的质量比增加到20∶100, 复合材料的力学性能、尤其是韧性显著降低, 这可能是由于HA颗粒与液晶基体之间的结合较差导致的。为保证复合材料仿生人工骨的生物活性, HA的含量应与天然骨接近。因此, 需对HA和Vectra A950的界面进行改性以提高其结合性能。
2011, 28(5): 106-111.
摘要:
以生物相容性好且可生物降解的海藻酸钠(Sodium Alginate, Alg)、几丁聚糖(Chitosan, Chi)为壁材, 采用静电液滴装置制备了球形度好、表面光洁、分散性好、平均粒径为210 μm的海藻酸钙(Calcium Alginate, Ca-Alg)胶珠, 并以卡培他滨(CAP)为模型药物, 采用一步法和两步法制备了栓塞型载CAP Ca-Alg/Chi微胶囊, 并考察了CAP浓度对微胶囊载药量和药物释放的影响。结果表明: 随着CAP浓度的增大, 载药量增大, 包封率却随之减小; 微胶囊在0.5 h内的累积释放量不到20%, 无突释效应; 微胶囊有一定的缓释性能, 有望成为一种栓塞型抗肿瘤药物新剂型。
以生物相容性好且可生物降解的海藻酸钠(Sodium Alginate, Alg)、几丁聚糖(Chitosan, Chi)为壁材, 采用静电液滴装置制备了球形度好、表面光洁、分散性好、平均粒径为210 μm的海藻酸钙(Calcium Alginate, Ca-Alg)胶珠, 并以卡培他滨(CAP)为模型药物, 采用一步法和两步法制备了栓塞型载CAP Ca-Alg/Chi微胶囊, 并考察了CAP浓度对微胶囊载药量和药物释放的影响。结果表明: 随着CAP浓度的增大, 载药量增大, 包封率却随之减小; 微胶囊在0.5 h内的累积释放量不到20%, 无突释效应; 微胶囊有一定的缓释性能, 有望成为一种栓塞型抗肿瘤药物新剂型。
2011, 28(5): 112-118.
摘要:
采用红外热波成像技术分别对二维叠层C/SiC(2D C/SiC)复合材料的无SiC涂层盲孔试样和有SiC涂层的三点弯曲强度试样的氧化损伤进行无损检测。分析了材料氧化损伤与热辐射强度信号之间的关系, 以及热扩散系数与材料密度、抗弯强度之间的关系, 探索了采用红外热波成像检测和评价2D C/SiC氧化损伤的可行性。检测结果表明: 红外热波成像可以直观地反映2D C/SiC复合材料的氧化损伤。2D C/SiC氧化后的密度随热扩散系数的减小呈对数降低, 其抗弯强度随热扩散系数的减小呈抛物线降低。由此得出, 热扩散系数可以作为衡量陶瓷基复合材料的氧化损伤程度的依据, 红外热波成像是一种无损检测陶瓷基复合材料氧化损伤的有效方法。
采用红外热波成像技术分别对二维叠层C/SiC(2D C/SiC)复合材料的无SiC涂层盲孔试样和有SiC涂层的三点弯曲强度试样的氧化损伤进行无损检测。分析了材料氧化损伤与热辐射强度信号之间的关系, 以及热扩散系数与材料密度、抗弯强度之间的关系, 探索了采用红外热波成像检测和评价2D C/SiC氧化损伤的可行性。检测结果表明: 红外热波成像可以直观地反映2D C/SiC复合材料的氧化损伤。2D C/SiC氧化后的密度随热扩散系数的减小呈对数降低, 其抗弯强度随热扩散系数的减小呈抛物线降低。由此得出, 热扩散系数可以作为衡量陶瓷基复合材料的氧化损伤程度的依据, 红外热波成像是一种无损检测陶瓷基复合材料氧化损伤的有效方法。
2011, 28(5): 119-125.
摘要:
以大尺寸大孔径SiO2为模板, 通过丙烯腈溶液浸渍、原位聚合、溶剂蒸发制备出聚丙烯腈(PAN)/SiO2复合物, 再经800 ℃真空炭化处理得到大尺寸大孔径的C/SiO2复合材料。用SEM、FTIR、XPS和粉末XRD对样品结构进行表征。结果表明: SiO2模板特有的毛细管效应使复合物中PAN以薄膜形式包覆在SiO2材料的三维薄层上, 且PAN膜的厚度可以通过调整聚合溶液中丙烯腈浓度及聚合物填充次数进行控制, 炭膜的厚度与C/SiO2复合材料的表观电导率呈现一定的依赖关系。当聚合溶液中丙烯腈质量分数为33%时, 经过两次原位聚合, 所得到的C/SiO2复合材料的体积电阻为16 Ω·cm, 炭膜的平均厚度为16 nm, 比表面积约为93 m2·g-1。
以大尺寸大孔径SiO2为模板, 通过丙烯腈溶液浸渍、原位聚合、溶剂蒸发制备出聚丙烯腈(PAN)/SiO2复合物, 再经800 ℃真空炭化处理得到大尺寸大孔径的C/SiO2复合材料。用SEM、FTIR、XPS和粉末XRD对样品结构进行表征。结果表明: SiO2模板特有的毛细管效应使复合物中PAN以薄膜形式包覆在SiO2材料的三维薄层上, 且PAN膜的厚度可以通过调整聚合溶液中丙烯腈浓度及聚合物填充次数进行控制, 炭膜的厚度与C/SiO2复合材料的表观电导率呈现一定的依赖关系。当聚合溶液中丙烯腈质量分数为33%时, 经过两次原位聚合, 所得到的C/SiO2复合材料的体积电阻为16 Ω·cm, 炭膜的平均厚度为16 nm, 比表面积约为93 m2·g-1。
2011, 28(5): 126-132.
摘要:
对C/SiC复合材料表面SiC涂层在1300 ℃干氧和湿氧环境中退火处理60 h, 利用显微CT技术对高温氧化后的SiC涂层进行无损检测。通过重构SiC涂层不同深度的氧化形貌, 并利用SEM、EDS和XRD进行辅助验证, 得到沿SiC涂层表面和厚度方向的氧化形貌。结果表明: 显微CT能有效地检测氧化后SiC涂层中存在的氧化产物SiO2及其氧化深度, 其在表面及深度方向均呈非均匀分布; 在干氧环境中SiC涂层的氧化面积沿着涂层的深度方向呈减少趋势, 而在湿氧环境中SiC涂层的氧化面积沿着涂层的深度方向呈先增加后递减的趋势, 验证了C/SiC复合材料表面SiC涂层在干氧和湿氧中不同的氧化机制。
对C/SiC复合材料表面SiC涂层在1300 ℃干氧和湿氧环境中退火处理60 h, 利用显微CT技术对高温氧化后的SiC涂层进行无损检测。通过重构SiC涂层不同深度的氧化形貌, 并利用SEM、EDS和XRD进行辅助验证, 得到沿SiC涂层表面和厚度方向的氧化形貌。结果表明: 显微CT能有效地检测氧化后SiC涂层中存在的氧化产物SiO2及其氧化深度, 其在表面及深度方向均呈非均匀分布; 在干氧环境中SiC涂层的氧化面积沿着涂层的深度方向呈减少趋势, 而在湿氧环境中SiC涂层的氧化面积沿着涂层的深度方向呈先增加后递减的趋势, 验证了C/SiC复合材料表面SiC涂层在干氧和湿氧中不同的氧化机制。
2011, 28(5): 133-138.
摘要:
用真空非自耗电弧熔炼法制备了Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Cr-2Al母合金锭, 用Y2O3坩埚真空感应熔炼对母合金锭重熔, 浇注在温度梯度约为4 ℃/mm的模壳里, 制备出Φ 60 mm×170 mm铸锭, 研究了1500 ℃/100 h真空热处理后铸锭的组织特征对室温抗拉强度和高温压缩性能的影响。结果表明, 真空感应熔炼Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Cr-2Al合金经过1500 ℃/100 h热处理后, 合金锭的组成相为NbSS枝晶, Nb5Si3层片或不规则颗粒和残留Nb3Si块。块状Nb3Si的尺寸越大, 发生完全共析转变需要的时间越长、温度越高。热处理合金锭的室温抗拉强度在208~355 MPa之间, 室温延伸率变化不大, 均小于0.3%。残留的粗大块状Nb3Si和热处理过程中析出的HfO2是导致合金锭拉伸性能较低的重要原因。合金锭的高温压缩强度受到组织中硅化物相含量的影响, 压缩强度与硅化物含量成正比。
用真空非自耗电弧熔炼法制备了Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Cr-2Al母合金锭, 用Y2O3坩埚真空感应熔炼对母合金锭重熔, 浇注在温度梯度约为4 ℃/mm的模壳里, 制备出Φ 60 mm×170 mm铸锭, 研究了1500 ℃/100 h真空热处理后铸锭的组织特征对室温抗拉强度和高温压缩性能的影响。结果表明, 真空感应熔炼Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Cr-2Al合金经过1500 ℃/100 h热处理后, 合金锭的组成相为NbSS枝晶, Nb5Si3层片或不规则颗粒和残留Nb3Si块。块状Nb3Si的尺寸越大, 发生完全共析转变需要的时间越长、温度越高。热处理合金锭的室温抗拉强度在208~355 MPa之间, 室温延伸率变化不大, 均小于0.3%。残留的粗大块状Nb3Si和热处理过程中析出的HfO2是导致合金锭拉伸性能较低的重要原因。合金锭的高温压缩强度受到组织中硅化物相含量的影响, 压缩强度与硅化物含量成正比。
2011, 28(5): 139-144.
摘要:
采用电场激活压力辅助合成技术(FAPAS)并结合原位反应的方法制备TiB2-TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料, 研究了TiB2-TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料的界面微结构特征及其结合强度, 分析了梯度材料界面的微观组织和元素分布, 并分析了试样的抗剪切强度和显微硬度。研究表明: 制备的TiB2-TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料组织致密, TiB2-TiC复合陶瓷晶粒细小且均匀分布; 各层界面区形成了良好的扩散冶金结合, 连接区剪切强度达85.878 MPa。显微硬度由钛板到陶瓷层呈梯度变化, 表层最大显微硬度达HV2760。
采用电场激活压力辅助合成技术(FAPAS)并结合原位反应的方法制备TiB2-TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料, 研究了TiB2-TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料的界面微结构特征及其结合强度, 分析了梯度材料界面的微观组织和元素分布, 并分析了试样的抗剪切强度和显微硬度。研究表明: 制备的TiB2-TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料组织致密, TiB2-TiC复合陶瓷晶粒细小且均匀分布; 各层界面区形成了良好的扩散冶金结合, 连接区剪切强度达85.878 MPa。显微硬度由钛板到陶瓷层呈梯度变化, 表层最大显微硬度达HV2760。
2011, 28(5): 145-149.
摘要:
以高纯的α-Al2O3为原料, 以MgO、La2O3为烧结助剂, 采用热压烧结工艺制备Al2O3。用阿基米德法、SEM、XRD等研究了材料的烧结性能、显微结构和相组成; 用三点弯曲法测试材料的力学性能, 用阻抗仪和氦质谱检漏仪分别测试试样的介电性能和气密性。结果表明: 在1500 ℃烧结制备的材料晶粒细小, 平均晶粒尺寸小于1 μm, 样品的抗弯强度达到600 MPa以上; La2O3加入量为2%时, 介电损耗为4.00×10-4, 漏气率为2.2×10-9 Pa·m3·s-1。
以高纯的α-Al2O3为原料, 以MgO、La2O3为烧结助剂, 采用热压烧结工艺制备Al2O3。用阿基米德法、SEM、XRD等研究了材料的烧结性能、显微结构和相组成; 用三点弯曲法测试材料的力学性能, 用阻抗仪和氦质谱检漏仪分别测试试样的介电性能和气密性。结果表明: 在1500 ℃烧结制备的材料晶粒细小, 平均晶粒尺寸小于1 μm, 样品的抗弯强度达到600 MPa以上; La2O3加入量为2%时, 介电损耗为4.00×10-4, 漏气率为2.2×10-9 Pa·m3·s-1。
2011, 28(5): 150-155.
摘要:
采用分子动力学的方法研究了Al-Ag合金粉末在氧化气氛进行热处理的物相转变与扩散行为, 着重对物相扩散速率、转变温度、Ag-Al2O3物相转变过程进行了研究。结果表明: O原子与Al原子的相互作用为Ag原子的扩散提供动力, Ag的析出与Al2O3致密氧化膜的形成相互冲突, 在600 K氧化气氛下合金粉末中Ag的析出速率大, 内部形成Ag2Al相。实验结果验证了模型设计与计算结果的合理性, 表明通过控制反应温度、Al2O3致密氧化膜的形成和Ag的短路径扩散能够控制Ag在纳米尺度内。
采用分子动力学的方法研究了Al-Ag合金粉末在氧化气氛进行热处理的物相转变与扩散行为, 着重对物相扩散速率、转变温度、Ag-Al2O3物相转变过程进行了研究。结果表明: O原子与Al原子的相互作用为Ag原子的扩散提供动力, Ag的析出与Al2O3致密氧化膜的形成相互冲突, 在600 K氧化气氛下合金粉末中Ag的析出速率大, 内部形成Ag2Al相。实验结果验证了模型设计与计算结果的合理性, 表明通过控制反应温度、Al2O3致密氧化膜的形成和Ag的短路径扩散能够控制Ag在纳米尺度内。
2011, 28(5): 156-161.
摘要:
分别以微波法和微波化学法制备的膨胀蛭石为骨料, 采用模压成型工艺制备了膨胀蛭石/石膏复合保温材料, 研究了膨胀蛭石的片径、膨胀方法和熟石膏/膨胀蛭石的质量比(膏石比)与膨胀蛭石/石膏复合保温材料的含水率、导热系数和抗压强度的关系。结果表明: 膨胀蛭石/石膏保温材料的导热系数和抗压强度随膨胀蛭石的片径的增大而减小, 与膏石比呈二次函数关系, 并随膏石比的增大而增大; 在相同的实验条件下, 采用微波化学法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.082 W(m·K)-1)与以微波法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.097 W(m·K)-1)相比, 具有更好的保温性能。制备的复合保温材料可以用作隔热、吸声和湿度调节材料。
分别以微波法和微波化学法制备的膨胀蛭石为骨料, 采用模压成型工艺制备了膨胀蛭石/石膏复合保温材料, 研究了膨胀蛭石的片径、膨胀方法和熟石膏/膨胀蛭石的质量比(膏石比)与膨胀蛭石/石膏复合保温材料的含水率、导热系数和抗压强度的关系。结果表明: 膨胀蛭石/石膏保温材料的导热系数和抗压强度随膨胀蛭石的片径的增大而减小, 与膏石比呈二次函数关系, 并随膏石比的增大而增大; 在相同的实验条件下, 采用微波化学法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.082 W(m·K)-1)与以微波法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.097 W(m·K)-1)相比, 具有更好的保温性能。制备的复合保温材料可以用作隔热、吸声和湿度调节材料。
2011, 28(5): 162-167.
摘要:
研究了用短切玄武岩纤维(BF)增强木塑(WPC)复合材料(BF/WPC)体系中, BF的含量与BF/WPC力学性能之间的关系, 定性探讨了纤维增强机制。结果表明, 与WPC相比, 除断裂伸长率有所下降之外, BF/WPC的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度均有明显提高, 且这些性能取得最大值时BF的质量分数分别为15%~30%、15%~25%、20%~30%, 提高的幅度约为30%。提出了"弱端面"的定性假说, 由此解释了BF/WPC各项强度指标与增强纤维含量之间存在着最大值现象的原因。
研究了用短切玄武岩纤维(BF)增强木塑(WPC)复合材料(BF/WPC)体系中, BF的含量与BF/WPC力学性能之间的关系, 定性探讨了纤维增强机制。结果表明, 与WPC相比, 除断裂伸长率有所下降之外, BF/WPC的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度均有明显提高, 且这些性能取得最大值时BF的质量分数分别为15%~30%、15%~25%、20%~30%, 提高的幅度约为30%。提出了"弱端面"的定性假说, 由此解释了BF/WPC各项强度指标与增强纤维含量之间存在着最大值现象的原因。
2011, 28(5): 168-173.
摘要:
将泡沫填充圆管的平均压溃载荷视为圆管、泡沫及圆管与泡沫相互作用三部分之和, 基于作者提出的直链塑性铰改进模型, 研究了两种泡沫变形模式对泡沫填充圆管准静态压溃行为的影响, 得到了新的最优屈曲半波长和平均压溃载荷的理论计算公式, 并研究了两种泡沫变形模式下, 偏心率和塑性角参数对最优屈曲半波长和平均压溃载荷的影响。结果表明, 泡沫变形模式 Ⅰ 下的平均压溃载荷略高于泡沫变形模式 Ⅱ 下的相应值, 泡沫变形模式对最优屈曲半波长影响较大; 与文献[14]相比, 所得平均压溃载荷理论预测值与试验结果吻合得更好。
将泡沫填充圆管的平均压溃载荷视为圆管、泡沫及圆管与泡沫相互作用三部分之和, 基于作者提出的直链塑性铰改进模型, 研究了两种泡沫变形模式对泡沫填充圆管准静态压溃行为的影响, 得到了新的最优屈曲半波长和平均压溃载荷的理论计算公式, 并研究了两种泡沫变形模式下, 偏心率和塑性角参数对最优屈曲半波长和平均压溃载荷的影响。结果表明, 泡沫变形模式 Ⅰ 下的平均压溃载荷略高于泡沫变形模式 Ⅱ 下的相应值, 泡沫变形模式对最优屈曲半波长影响较大; 与文献[14]相比, 所得平均压溃载荷理论预测值与试验结果吻合得更好。
2011, 28(5): 174-180.
摘要:
基于谱有限元对Lamb波在复合材料层合板中的传播进行了模拟。结合Gabor小波分析对谱有限元及传统有限元模拟结果与理论结果进行了对比, 并对相控阵法结构探伤的扫描过程进行了模拟和分析, 给出了Lamb波的传播和扫描图像。结果表明, 在得到更精确模拟结果的同时, 谱有限元较传统有限元法能大大缩短计算时间, 证实了该方法在模拟Lamb波在复合材料板中的传播方面的优越性。同时, 谱有限元法能很好地模拟相控阵法探伤的扫描过程, 模拟结果与实际结果吻合, 证实了本文建模方法的可行性和精确性。
基于谱有限元对Lamb波在复合材料层合板中的传播进行了模拟。结合Gabor小波分析对谱有限元及传统有限元模拟结果与理论结果进行了对比, 并对相控阵法结构探伤的扫描过程进行了模拟和分析, 给出了Lamb波的传播和扫描图像。结果表明, 在得到更精确模拟结果的同时, 谱有限元较传统有限元法能大大缩短计算时间, 证实了该方法在模拟Lamb波在复合材料板中的传播方面的优越性。同时, 谱有限元法能很好地模拟相控阵法探伤的扫描过程, 模拟结果与实际结果吻合, 证实了本文建模方法的可行性和精确性。
2011, 28(5): 181-185.
摘要:
研究了东方龙虱去除外表皮后的鞘翅内表皮层及其鞘翅断面的力学性能。利用纳米压痕仪测得鞘翅内表皮层硬度和弹性模量分别为(0.065±0.007) GPa和(0.704±0.013) GPa, 均远远小于鞘翅外表皮层的硬度和弹性模量。鞘翅断面的力学性能测试结果表明: 在鞘翅横断面上, 靠近联接部位的硬度和弹性模量略大于鞘翅中部和外侧; 而在鞘翅纵向断面上, 鞘翅中部的硬度和弹性模量明显大于头部和尾部, 其断面力学性能呈现一定的分布规律。
研究了东方龙虱去除外表皮后的鞘翅内表皮层及其鞘翅断面的力学性能。利用纳米压痕仪测得鞘翅内表皮层硬度和弹性模量分别为(0.065±0.007) GPa和(0.704±0.013) GPa, 均远远小于鞘翅外表皮层的硬度和弹性模量。鞘翅断面的力学性能测试结果表明: 在鞘翅横断面上, 靠近联接部位的硬度和弹性模量略大于鞘翅中部和外侧; 而在鞘翅纵向断面上, 鞘翅中部的硬度和弹性模量明显大于头部和尾部, 其断面力学性能呈现一定的分布规律。
2011, 28(5): 186-191.
摘要:
以微波结晶法制备的碳酸根型镁铝水滑石(LDHs)为前体, 对氨基苯甲酸为客体, 由水热法、离子交换法、焙烧复原法三种方法组装合成了对氨基苯甲酸插层镁铝水滑石复合材料。并用XRD、FTIR、TG-DSC、SEM等对其结构进行表征。结果表明: 各种方法均能合成相应的插层水滑石层柱材料, 层间距分别扩大为0.81 nm、0.79 nm、1.45 nm。三种合成材料的紫外吸收强弱与对氨基苯甲酸插层水滑石分子后的层间距大小有关。该研究指出对氨基苯甲酸插层水滑石作为一种紫外吸收层柱材料在化妆品领域具有应用潜力。
以微波结晶法制备的碳酸根型镁铝水滑石(LDHs)为前体, 对氨基苯甲酸为客体, 由水热法、离子交换法、焙烧复原法三种方法组装合成了对氨基苯甲酸插层镁铝水滑石复合材料。并用XRD、FTIR、TG-DSC、SEM等对其结构进行表征。结果表明: 各种方法均能合成相应的插层水滑石层柱材料, 层间距分别扩大为0.81 nm、0.79 nm、1.45 nm。三种合成材料的紫外吸收强弱与对氨基苯甲酸插层水滑石分子后的层间距大小有关。该研究指出对氨基苯甲酸插层水滑石作为一种紫外吸收层柱材料在化妆品领域具有应用潜力。
2011, 28(5): 192-196.
摘要:
应变不变量失效理论是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论, 广泛应用于复合材料结构失效分析。根据该理论, 建立了碳纤维增强树脂基复合材料微观力学模型, 获取树脂基体和纤维不同位置的机械应变放大系数和热应变放大系数。对国产复合材料CCF300/5228、CCF300/5428和T700/5428不同铺层角单向层合板进行拉伸试验, 并根据试验结果得到对应复合材料的应变不变量性能。分析了增强体纤维和树脂基体对复合材料应变不变量性能的影响; 并将应变不变量失效理论应用于国产复合材料失效分析。结果表明碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能中的第一应变不变量和基体Von-Mises应变临界值取决于树脂, 而纤维Von-Mises应变临界值取决于增强体纤维; 应变不变量失效理论能够用于国产复合材料失效分析。
应变不变量失效理论是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论, 广泛应用于复合材料结构失效分析。根据该理论, 建立了碳纤维增强树脂基复合材料微观力学模型, 获取树脂基体和纤维不同位置的机械应变放大系数和热应变放大系数。对国产复合材料CCF300/5228、CCF300/5428和T700/5428不同铺层角单向层合板进行拉伸试验, 并根据试验结果得到对应复合材料的应变不变量性能。分析了增强体纤维和树脂基体对复合材料应变不变量性能的影响; 并将应变不变量失效理论应用于国产复合材料失效分析。结果表明碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能中的第一应变不变量和基体Von-Mises应变临界值取决于树脂, 而纤维Von-Mises应变临界值取决于增强体纤维; 应变不变量失效理论能够用于国产复合材料失效分析。
2011, 28(5): 197-205.
摘要:
为揭示冲洗水流经丙纶、涤纶集尘极表面浸入扩散过程的一般规律, 解决传统湿式静电技术由集尘极材料选择及表面水膜布置不均引发的系列问题, 利用高速摄像系统测量不同体积和性质的液滴在丙纶纤维织物(840A)和涤纶纤维织物(728)表面扩散面积和液滴高度随时间的变化关系, 得到液滴浸入扩散动力学特性。结果表明: 水液滴与840A的接触角θ为136.2°, 与728的θ为52.5°, 乙醇液滴与840A的θ为41.9°, 与728的θ为46.5°; 液滴扩散可分为扩散初期和后期两个阶段; 水、乙醇液滴在728表面的扩散形状均为椭圆, 扩散过程分别符合ExpAssoc、Hill分布; 水、乙醇液滴在840A表面的扩散形状为圆和椭圆, 乙醇液滴扩散过程符合Hill分布; 织物表面纹理结构、液滴体积和性质、织物厚度、材料表面自由能对液滴扩散过程有明显影响。
为揭示冲洗水流经丙纶、涤纶集尘极表面浸入扩散过程的一般规律, 解决传统湿式静电技术由集尘极材料选择及表面水膜布置不均引发的系列问题, 利用高速摄像系统测量不同体积和性质的液滴在丙纶纤维织物(840A)和涤纶纤维织物(728)表面扩散面积和液滴高度随时间的变化关系, 得到液滴浸入扩散动力学特性。结果表明: 水液滴与840A的接触角θ为136.2°, 与728的θ为52.5°, 乙醇液滴与840A的θ为41.9°, 与728的θ为46.5°; 液滴扩散可分为扩散初期和后期两个阶段; 水、乙醇液滴在728表面的扩散形状均为椭圆, 扩散过程分别符合ExpAssoc、Hill分布; 水、乙醇液滴在840A表面的扩散形状为圆和椭圆, 乙醇液滴扩散过程符合Hill分布; 织物表面纹理结构、液滴体积和性质、织物厚度、材料表面自由能对液滴扩散过程有明显影响。
2011, 28(5): 206-213.
摘要:
通过单束纤维与纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete, TRC)薄板的单轴拉伸试验, 研究了纤维编织网增强混凝土这种新型材料的受力特征和影响其极限承载力的主要因素, 提出临界配网率的概念。以配网率为变化参数, 讨论了在低配网率(配网率小于1%)时材料的力学性能。当配网率大于临界配网率时, 纤维编织网增强混凝土薄板的极限承载力大于其开裂荷载, 加载过程中没有承载力突降; 随着配网率增加, 纤维的利用率随着配网率增加呈线性降低, 即纤维丝的强度并不能完全发挥。低配网率时, 随着配网率增加, 薄板的裂缝间距减小, 裂缝宽度下降。根据混合定律和ACK模型把TRC薄板的拉伸应力-应变曲线简化成三线型模型, 从宏观上提出了考虑配网率影响的极限承载力计算公式。
通过单束纤维与纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete, TRC)薄板的单轴拉伸试验, 研究了纤维编织网增强混凝土这种新型材料的受力特征和影响其极限承载力的主要因素, 提出临界配网率的概念。以配网率为变化参数, 讨论了在低配网率(配网率小于1%)时材料的力学性能。当配网率大于临界配网率时, 纤维编织网增强混凝土薄板的极限承载力大于其开裂荷载, 加载过程中没有承载力突降; 随着配网率增加, 纤维的利用率随着配网率增加呈线性降低, 即纤维丝的强度并不能完全发挥。低配网率时, 随着配网率增加, 薄板的裂缝间距减小, 裂缝宽度下降。根据混合定律和ACK模型把TRC薄板的拉伸应力-应变曲线简化成三线型模型, 从宏观上提出了考虑配网率影响的极限承载力计算公式。
2011, 28(5): 214-219.
摘要:
试验研究了短切碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的压阻效应, 获得了正、负两种压阻效应相互转换的全过程。从隧道效应和孔隙的连通性角度对该现象的产生机理进行了探讨。结果表明, 在连续烘干和单向循环加载条件下, CFRC的压阻效应会随含水量变化而发生改变。多数情况下, CFRC的体积电阻率随压应变单调减少, 压阻效应为正。含水量越少, 正压阻效应越明显。当含水量减少到约3.19%~4.04%的范围时, CFRC的体积电阻率随压应变单调增加, 压阻效应为负。与正压阻效应相比, 负压阻效应表现更强。CFRC的正、负压阻效应及其相互转换是隧道效应和孔隙连通性两方面相互影响的必然结果。
试验研究了短切碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的压阻效应, 获得了正、负两种压阻效应相互转换的全过程。从隧道效应和孔隙的连通性角度对该现象的产生机理进行了探讨。结果表明, 在连续烘干和单向循环加载条件下, CFRC的压阻效应会随含水量变化而发生改变。多数情况下, CFRC的体积电阻率随压应变单调减少, 压阻效应为正。含水量越少, 正压阻效应越明显。当含水量减少到约3.19%~4.04%的范围时, CFRC的体积电阻率随压应变单调增加, 压阻效应为负。与正压阻效应相比, 负压阻效应表现更强。CFRC的正、负压阻效应及其相互转换是隧道效应和孔隙连通性两方面相互影响的必然结果。
2011, 28(5): 220-227.
摘要:
用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。
用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。
2011, 28(5): 228-233.
摘要:
针对具有典型铺设角 的开孔碳纤维层合板, 采用三维有限元数值模拟方法, 分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力, 讨论了界面层参数对层间应力的影响, 详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生的位置。结果表明: 对于相同铺设角的界面层, 沿厚度方向的位置影响层间应力的大小, 但不影响分布趋势; 而铺层顺序(如 或 )对层间应力的大小和分布趋势影响则较小。最大层间正应力产生于 的界面层, 位于与拉伸方向成90°的位置, 是外加拉伸应力的51%; 最大层间剪应力产生于 的界面层, 最大层间环向剪应力位于与拉伸方向成74°的位置, 是外加拉伸应力的64%; 而最大层间径向剪应力位于与拉伸方向成66°的位置, 是外加拉伸应力的25%。
针对具有典型铺设角 的开孔碳纤维层合板, 采用三维有限元数值模拟方法, 分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力, 讨论了界面层参数对层间应力的影响, 详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生的位置。结果表明: 对于相同铺设角的界面层, 沿厚度方向的位置影响层间应力的大小, 但不影响分布趋势; 而铺层顺序(如 或 )对层间应力的大小和分布趋势影响则较小。最大层间正应力产生于 的界面层, 位于与拉伸方向成90°的位置, 是外加拉伸应力的51%; 最大层间剪应力产生于 的界面层, 最大层间环向剪应力位于与拉伸方向成74°的位置, 是外加拉伸应力的64%; 而最大层间径向剪应力位于与拉伸方向成66°的位置, 是外加拉伸应力的25%。
2011, 28(5): 234-240.
摘要:
针对风电叶片玻璃纤维层合板的力学性能进行试验研究, 确定其主要力学性能参数, 分析各种铺层、测试方向及配方因素对玻璃纤维层合板力学性能的影响。依据BS EN ISO测试标准, 应用微机控制万能试验机、应变仪对风电叶片玻璃纤维层合板进行拉伸、压缩及剪切破坏试验, 得到试件的拉伸、压缩、剪切强度及弹性模量、泊松比等力学性能, 并对四种不同配方玻璃纤维层合板的力学性能及其在不同加载方式下的破坏形态进行了比较与分析。结果表明, 纤维层合板各向异性特征十分明显, 沿纤维方向强度高; 配方对层合板的力学性能有一定影响; 其破坏形式与铺层方式和测试角度关系密切, 而与其配方基本无关。
针对风电叶片玻璃纤维层合板的力学性能进行试验研究, 确定其主要力学性能参数, 分析各种铺层、测试方向及配方因素对玻璃纤维层合板力学性能的影响。依据BS EN ISO测试标准, 应用微机控制万能试验机、应变仪对风电叶片玻璃纤维层合板进行拉伸、压缩及剪切破坏试验, 得到试件的拉伸、压缩、剪切强度及弹性模量、泊松比等力学性能, 并对四种不同配方玻璃纤维层合板的力学性能及其在不同加载方式下的破坏形态进行了比较与分析。结果表明, 纤维层合板各向异性特征十分明显, 沿纤维方向强度高; 配方对层合板的力学性能有一定影响; 其破坏形式与铺层方式和测试角度关系密切, 而与其配方基本无关。
