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2013年  第30卷  第4期

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能
王伟霞, 顾轶卓, 李敏, 刘洪新, 张佐光
2013, 30(4): 1-6.
摘要:
建立了单丝断裂双树脂体系法, 利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和, 解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题。分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量, 考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能, 并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较。结果表明: 单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致; 双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能, 且二者得到的变化规律一致; 湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势, 国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系。
多壁碳纳米管/聚苯乙烯-聚氯乙烯复合材料的导电特性
石磊, 徐学诚
2013, 30(4): 7-12.
摘要:
用溶液共混法制得了MWNTs/PS-PVC复合材料, 进行了电导率的测试分析。通过对载流子浓度、迁移率的测量以及电导活化能的计算等分析研究了影响MWNTs/PS-PVC复合材料电导率的因素和导电机制。结果表明: 当PS与PVC的质量比为1:1时, MWNTs/PS-PVC复合材料的导电阈值最低; 当MWNTs的质量分数为1.5%, PS在PS-PVC基体中的质量分数为50%时, MWNTs/PS-PVC复合材料的电导率比MWNTs/PVC单一聚合物复合材料的提高了4个数量级。在导电网络的形成过程中, MWNTs/PS-PVC复合材料中形成的与无机化合物超晶格结构类似的n-i-p-i结构, 降低了MWNTs/PS-PVC复合材料的电导活化能, 增加了载流子浓度, 使MWNTs/PS-PVC复合材料电导率显著提高。
苯并噁嗪共混树脂及其玻璃纤维布增强复合材料的制备与性能
刘志华, 袁荞龙, 黄发荣
2013, 30(4): 13-21.
摘要:
采用氨基保护和还原方法合成了对氨基苯炔丙基醚(APPE), 与苯酚和多聚甲醛通过Mannich缩合制备了含炔丙基的苯并噁嗪(P-APPE)。采用溶液共混的方法, 将P-APPE与苯酚/苯胺型苯并噁嗪(PAF)和含硅芳炔树脂(PSA)共混得到了改性苯并噁嗪树脂。用差示扫描量热法、动态热力学分析、热失重分析和宽频介电仪研究了该树脂体系的热性能和介电性能。研究结果表明: PSA加入到苯并噁嗪树脂中可提高共混树脂的热性能, 加入质量分数为14.3%的PSA可使共混树脂的 T g从195℃提高至235℃, 其5%热失重温度从350℃提高至399℃; 共混树脂的介电损耗因子和介电常数随PSA加入量的增加而降低。玻璃纤维布增强的共混树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲强度在加入质量分数为5.3%的PSA后下降超过50%。
酚醛-蒙脱土和KH550-埃洛石复配改性尼龙6的制备及性能
赖登旺, 李笃信, 杨军, 刘爱学, 胡天辉
2013, 30(4): 22-28.
摘要:
通过自制的酚醛-纳米蒙脱土(PF-MMT)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷-纳米埃洛石(KH550-HNTs)以不同质量配比复配改性PA6, 研究了不同复配比例对PA6结晶性能、热稳定性、吸水性和力学性能的影响。结果表明: PF-MMT复配KH550-HNTs改性PA6提高了体系的热稳定性和抗吸水性, Tg变化不大, 但结晶度下降。纳米PF-MMT复配KH550-HNTs/PA6复合材料的刚性得到提高, 韧性有所下降, 尤其是弯曲强度得到较大提高。
一种新型ZHS-MF复合阻燃剂的制备及其在软质PVC中的应用
李志伟, 黄永山, 李小红, 张治军
2013, 30(4): 29-34.
摘要:
采用化学沉淀法合成了纳米羟基锡酸锌(ZHS), 然后以纳米ZHS为无机核, 以三聚氰胺-甲醛树脂(MF)为有机壳层, 构筑了一种新型的ZHS-MF复合阻燃剂, 并将其用作软质聚氯乙烯(PVC)的阻燃添加剂进行了阻燃性能研究。XRD、TEM、FTIR、TG测试结果表明, 所制备的产物为MF包覆ZHS的复合结构, ZHS质量分数约为35%。极限氧指数(LOI)测试结果表明, 随着阻燃剂ZHS-MF添加量的增加, PVC的LOI逐渐上升, 由纯PVC的23.8%上升到29.6%, 表明ZHS-MF对PVC具有很好的阻燃效果。在相同LOI条件下ZHS-MF中ZHS实际含量比实际需要的ZHS明显减少, 说明MF的包覆层与ZHS起到了协同阻燃作用。烟密度等级(SDR)测试结果表明, 在ZHS-MF添加量为15%时, 经MF包覆的ZHS对PVC的抑烟性能优于未包覆的ZHS, 说明MF的包覆层与ZHS起到了协同抑烟作用。
Mg(OH)2-Al(OH)3-微胶囊红磷/高抗冲聚苯乙烯无卤阻燃复合材料
刘继纯, 于卓立, 陈梁, 罗洁, 郑喜俊, 潘炳力
2013, 30(4): 35-43.
摘要:
以氢氧化镁(MH)、氢氧化铝(ATH) 和微胶囊红磷(MRP) 为无卤阻燃剂, 高抗冲聚苯乙烯(HIPS) 树脂为聚合物基体, 通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MH-ATH-MRP/HIPS复合材料。采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能。结果表明, 阻燃剂用量相同时, 在HIPS基体中同时引入MH和ATH得到的复合材料比单独加入MH或ATH得到的复合材料具有更好的阻燃性能。当MH-ATH/HIPS的质量比为70:30:100时, 复合材料的水平燃烧级别达到FH-1级, 氧指数为25.2%, 但垂直燃烧无级别。在上述体系中加入极少量的MRP(占复合材料的质量分数为2.9%)就可使复合材料的火灾性能指数(FPI) 提高85%, 燃烧过程中热量释放和质量损失更慢、成炭能力明显增强, 垂直燃烧级别达到FV-0级。当MH-ATH-MRP/HIPS的质量比为21:9:12:100时, 复合材料的各项阻燃性能达到最佳, 可以大幅度减少阻燃剂的用量。MH、ATH和MRP对HIPS具有非常显著的协同阻燃作用。同时加入MH和ATH时不仅可以在更宽的温度范围内抑制HIPS的升温和分解, 而且能够在更宽的温度范围内相继释放出水蒸气稀释氧气和可燃气体的浓度, 从而起到协同阻燃作用。加入MRP后复合材料的成炭能力大大增强, 进一步改善了凝聚相阻燃的效果, 因此阻燃性能显著提高。
微胶囊红磷和聚苯醚对高抗冲聚苯乙烯的协同阻燃作用
刘继纯, 罗洁, 郑喜俊, 于卓立, 潘炳力, 杜西刚
2013, 30(4): 44-52.
摘要:
利用微胶囊红磷(MRP)和聚苯醚(PPO)来提高高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的阻燃性能, 通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MRP-PPO/HIPS复合材料。采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能。研究表明, 阻燃剂用量相同时, 在HIPS基体中同时加入MRP和PPO得到的复合材料比单独加入MRP或PPO得到的复合材料具有更好的阻燃性能。当MRP-PPO/HIPS的质量比为10:20:70时, 复合材料的氧指数为23.9%, 水平燃烧级别达到FH-1级, 垂直燃烧级别达到FV-0级, 阻燃性能达到最佳。MRP用量过多时, 复合材料的阻燃性能下降。研究认为, PPO和MRP对HIPS具有较强的协同阻燃作用。两者以适当比例并用时能够使复合材料在燃烧时的热释放速率和燃烧热大幅度减小, 降低了气相燃烧区的温度, 起到气相阻燃作用。同时, 复合材料在热分解和燃烧时能够生成连续和致密的炭层, 抑制了燃烧过程中的热量传递和物质交换, 起到凝聚相阻燃作用。因此, 复合材料的阻燃性能显著改善。
考虑纤维方向分布的玻纤增强PP复合材料拉伸性能
秦计生, 彭雄奇, 申杰, 郭庆
2013, 30(4): 53-58.
摘要:
纤维方向及其分布对玻纤增强PP复合材料的力学特性具有至为关键的影响。提出了一种快速获取纤维数量及每根纤维方向的方法。通过引入方向张量, 利用Moldflow软件进行玻纤增强PP树脂注塑成型模拟获得纤维方向的平均分布, 结合显微方法观察判断特定点的纤维沿厚度方向的分层情况及定量判断纤维方向的分布。对轿车玻璃纤维增强注塑仪表板的纤维方向相对一致处取与纤维方向呈0°、45°、90°的样条, 通过拉伸实验测得拉伸模量, 利用所提出的方法研究了仪表板内玻纤方向的分布及其对拉伸模量的影响。研究结果表明: 玻纤增强注塑仪表板的力学性能是各向异性的, 其沿厚度方向纤维按方向大致可分为三层。
空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能
黄伟九, 叶峰, 赵远, 王选伦
2013, 30(4): 59-65.
摘要:
通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料, 采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响, 并对其磨损形貌及机制进行了分析。结果表明: 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料; 空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大, 但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大; 15%空心微珠-10%碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳; 随着滑动速度提高, 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降, 磨损率增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升, 而磨损率则随着载荷增加而增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损, 在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损。
自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响
余为, 李慧剑, 梁希, 王美芬
2013, 30(4): 66-73.
摘要:
制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料, 测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度。通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能, 分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因。研究表明: 环氧树脂老化后屈服极限有所降低, 但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势。泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低, 但添加HGM体积比高于20%的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加。
泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧泡沫复合材料压缩及弯曲力学性能
田爱平, 余为, 李东杰
2013, 30(4): 74-81.
摘要:
制备了泡沫铝、泡沫铝-环氧树脂及含有不同体积分数空心玻璃微珠(HGM)的三种泡沫铝-HGM/环氧泡沫互穿相复合材料(IPC)。通过一系列准静态压缩实验, 观察了其变形形貌, 研究了其弹性模量、屈服极限、比强度及比刚度等力学性能与HGM体积分数的关系。通过三点弯曲实验, 研究了IPC的弯曲极限载荷、弯曲弹性模量等性能, 分析了其断口形貌与材料结构的关系。实验结果表明: 四种IPC的力学性能均较纯泡沫铝有大幅度的提高, 其中, 泡沫铝-环氧树脂的压缩和弯曲力学性能最好。随着复合材料中HGM体积分数增加, IPC力学性能逐渐缓慢降低。
交联方式对半乳糖基温敏凝胶结构和性能的影响
张青松, 王亚茹, 陈莉, 赵义平
2013, 30(4): 82-87.
摘要:
为改善传统化学交联水凝胶的低力学性能、透明度、溶胀度和生物相容性, 以无机纳米粒子硅酸镁锂(LMSH)作为物理交联剂, 半乳糖氨基化的丙烯酸衍生物(GAC)作为生物相容性单体, N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为功能单体, 采用原位自由基聚合制备得到兼具温度敏感性和生物相容性的纳米复合水凝胶poly(NIPAM-LMSH-GAC)。结果表明: LMSH在水凝胶基体中被完全剥离, 并起到交联作用; 相比于传统化学交联剂制备的此类水凝胶, 所得物理交联的纳米复合水凝胶具有更高的溶胀度、良好的温敏性、优异的脉冲响应性, 但鼠成纤细胞(L929)在纳米复合水凝胶表面的细胞数量略低; 物理交联剂LMSH的使用和一定量的GAC的使用并没有明显改变水凝胶的体积相转变温度(VPTT), 仍保持在33℃左右。
银基蒙脱土/壳聚糖的制备及性能
李田, 张媛媛, 宋智勇, 吴宏涛, 李树浩
2013, 30(4): 88-92.
摘要:
为了在改善壳聚糖(CS)抑菌性能的同时提高其强度, 将银基蒙脱土(Ag-MMT)在CS的醋酸溶液中通过溶液插层法制备了银基蒙脱土/壳聚糖(Ag-MMT/CS)。在模拟体液环境中测得的银离子释放性能显示Ag-MMT/CS中的银离子可以达到平稳缓慢释放; 通过最小抑菌圈法对Ag-MMT/CS进行抑菌性能测试, 结果表明, Ag-MMT/CS对金黄色葡萄球菌有良好的抑菌效果, 抑菌圈直径可达9.2 mm, 比CS增大50.6%, 抑菌率测试结果显示蒙脱土的加入有助于吸附并杀死更多的细菌; 动态热机械分析(DMA)测试结果显示, Ag-MMT/CS的储能模量最高可达3261 MPa, 比CS提高195%, 显示出良好的动态力学性能。
C/SiC复合材料的氧化对其内耗行为的影响
洪智亮, 成来飞, 赵春年, 张立同, 王一光
2013, 30(4): 93-100.
摘要:
通过分析C/SiC在高温(1250、1300和1350℃)空气氧化过程中质量、强度、物相、气孔率、微观形貌演变规律, 并同时采用动态热机械分析仪测得内耗的变化趋势, 研究了氧化对其内耗行为的影响规律, 进而为以内耗表征复合材料的氧化行为奠定基础。为明确C/SiC各组元在氧化与内耗行为对应关系中所发挥的作用, 进一步研究了SiC陶瓷在1300℃、空气中的氧化与内耗行为之间的对应关系。结果表明: SiC陶瓷氧化对其内耗行为的影响规律不明显且影响程度较弱; C/SiC在氧化过程中的内耗行为受C相的氧化损伤控制, 且作用规律明显, 其内耗保持率曲线均出现峰值, 其中1250、1300和1350 ℃的峰值分别为6.65、3.48和1.59。
单向纤维增强陶瓷基复合材料界面滑移规律
方光武, 高希光, 宋迎东
2013, 30(4): 101-107.
摘要:
建立了分析单向纤维增强陶瓷基复合材料力学特性的界面摩擦模型。采用基体应变能准则对基体损伤状态进行预测; 由Weibull分布模型拟合出纤维断裂分数; 将界面磨损处理为纤维/基体相对滑移历程的函数τi=τi (Δδ), 很好地表征了不同位置纤维/基体相对滑移历程不同所引起的界面磨损程度的区别。运用该模型分析了准静态加载和拉-拉循环载荷下的应力-应变特性, 预测结果与实验数据吻合较好。最后采用此模型研究了任意载荷历程下界面的滑移规律。
真空浸渍制备膨胀石墨基C/C复合材料及其甲醛吸附性能
顾诚, 陈志刚, 刘成宝, 陈丰, 曹煜, 吴正颖
2013, 30(4): 108-115.
摘要:
以蔗糖为炭源, 磷酸为活化剂, 采用真空浸渍法经炭化、活化制得膨胀石墨基C/C复合材料。采用SEM、氮气吸脱附法、TG和TEM等测试手段, 研究了磷酸/蔗糖质量比(Xp)、蔗糖浓度对复合材料孔结构和比表面积的影响, 利用FTIR和Boehm滴定法对复合材料表面的化学官能团进行表征, 并考察了C/C复合材料对甲醛的吸附能力。结果表明: 膨胀石墨基C/C复合材料含有大量的微孔、一定量的介孔和大孔, 表面含有丰富的含氧官能团, 有利于对甲醛极性分子的吸附。在 Xp=1.0、蔗糖溶液浓度为30%(质量分数)时所制得的膨胀石墨基C/C复合材料比表面积最高, 达到2112 m2/g, 孔容为1.08 mL/g, 其对甲醛的吸附量为854 mg/g, 较同工艺制备的活性炭提高了26.9%。
施镀时间和浓度对碳纳米管镀Ni层厚度的影响
刘越, 晋冬艳, 田家龙, 赵群
2013, 30(4): 116-120.
摘要:
为降低碳纳米管的表面活化能, 改善碳纳米管与金属基体的相容性, 采用化学镀的方法, 在碳纳米管表面镀覆一层金属Ni。研究了施镀时间和镀液浓度对碳纳米管表面镀Ni层厚度的影响。结果表明: 随着施镀时间延长, Ni沉积颗粒变大导致镀Ni层变厚; 镀液浓度增加, 碳纳米管表面沉积的Ni颗粒增多, 镀Ni层逐渐致密。本实验工艺条件下, 镀液浓度为0.08 mol/L, 反应时间为30 min时, 可以在碳纳米管表面镀覆一层界面结合良好且致密的Ni层, 其厚度约为10 nm。热处理能有效缓解镀Ni层应力, 改善界面结合。
NbSe2/Cu新型自润滑复合材料制备及其摩擦学性能
霍生伟, 李长生, 唐华, 阎逢元, 梁家青, 胡志立
2013, 30(4): 121-127.
摘要:
以片层状NbSe2为原料, 通过粉末冶金复压复烧的方法制备出不同质量分数的NbSe2/Cu复合材料。对复合材料的显微结构、物理性能及摩擦磨损性能进行了研究。结果表明, NbSe2的加入可显著提高材料的摩擦学性能。这是由于复合材料在摩擦热和变形挤压的共同作用下, 基体中NbSe2被逐渐挤出, 形成了NbSe2的固体润滑膜。NbSe2表面镀Cu可提高NbSe2与Cu基体的界面结合强度, 所形成的固体自润滑膜不易脱落且更加完整, 从而使复合材料具有更优异的物理性能和摩擦学性能。
三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料摩擦磨损性能
杨少锋, 张炎, 陈维平
2013, 30(4): 128-135.
摘要:
采用SRV摩擦磨损试验机研究了球墨铸铁及三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料的干摩擦磨损性能, 测量了球墨铸铁和复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率; 用扫描电镜观察磨损表面形貌, 并分析了三维网络Al2O3对复合材料磨损机制的影响。结果表明: 陶瓷与金属基体之间具有良好界面结合的三维网络Al2O3/球墨鋳铁复合材料, 其摩擦系数随载荷和摩擦频率的变化保持稳定; 复合材料的耐磨性能远优于球墨铸铁, 而且随着摩擦频率和载荷的增加, 复合材料的抗磨损性能明显提高。这是由于复合材料中陶瓷与金属相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递; 金属基体中的石墨减摩作用保持摩擦系数的稳定; 三维陶瓷骨架在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用, 制约了基体的塑性变形和高温软化, 有利于磨损表面氧化膜的留存。
CuO-Al铝热体系超重力熔铸W-Cu梯度复合材料
孙祥鸣, 宋月鹏, 高东升, 李江涛, 陈义祥, 许令峰, 郭晶, 郭世斌, 赵培
2013, 30(4): 136-141.
摘要:
对添加W颗粒的CuO-Al体系的绝热温度进行了计算分析, 而后在超重力场中点燃添加20%质量分数W颗粒的CuO-Al铝热剂压块, 通过分析获得的W-Cu复合材料显微组织发现, W含量分布不均匀且质量分数较低。将纯W颗粒压片置于CuO-Al-W铝热剂压块底部, 超重力场中燃烧熔铸W-Cu复合材料, 对其进行显微组织、相结构及硬度分布的研究, 结果表明, 沿超重力方向材料底部W含量较低(60%~65%), 中部W含量较高(80%~89%), 顶部W颗粒呈链状、团簇状聚集状态且含量较低(<40%), 结合硬度及相结构的检测结果, 表明合金材料中沿超重力方向W成分呈连续梯度变化, 并对其成型机制进行了初步分析, 认为W成分连续梯度变化是由超重力燃烧熔铸工艺特点所决定的。
卵磷脂/果胶锌复合凝胶球的制备及性能
武文洁, 李维爽, 赵远航, 刘敏, 王丽娟
2013, 30(4): 142-147.
摘要:
采用滴制法, 以吲哚美辛(IDM)为模型药物, 皂化高甲氧化苹果果胶为骨架材料, 氯化锌为交联剂, 并复合卵磷脂(PC)制成吲哚美辛卵磷脂/果胶锌复合凝胶球。针对工艺参数对复合凝胶球粒径、粒重、载药量与包封率以及体外释药性能的影响进行了讨论。凝胶球均成均匀球形, 粒径1.13~1.42 mm, 粒重1.13~2.32 mg, 包封率范围70.72%~94.76%, 载药量范围5.84%~13.54%。同时实验结果表明, 卵磷脂的加入比例、药胶比(吲哚美辛与果胶的质量比)和皂化用NaOH浓度对复合凝胶球的形态、载药及释药性能均有明显影响。其中, 卵磷脂的加入使复合凝胶球载药性能和在模拟肠液中的缓释性能明显提高, 当卵磷脂与果胶的质量比为5:4, 皂化用NaOH浓度为30 g/L, 药胶质量比1:4时, 复合凝胶球在肠模拟液中8 h累计释药率为8.93%。稳定性实验结果表明, 在高温和光照的条件下放置, 卵磷脂/果胶锌复合凝胶球比原药及果胶锌凝胶球具有更好的稳定性, 显示出卵磷脂对果胶锌复合凝胶球在结肠定位给药系统的明显改善作用。
Eu3+、Dy3+和Er3+对制备堇青石晶相转变的对比表征
罗旭东, 曲殿利, 张国栋
2013, 30(4): 148-155.
摘要:
以菱镁矿风化石、工业Al2O3和SiO2微粉为原料, 固相反应烧结合成制备堇青石。通过在反应物中分别加入不同含量的Eu2O3、Dy2O3和Er2O3, 研究分析和对比了Eu3+、Dy3+和Er3+对堇青石晶相组成、晶粒大小、晶胞常数、结晶度及显微结构的影响。采用XRD和SEM表征试样中的晶相和显微结构, 利用X'Pert Plus软件对结晶相的晶胞参数和结晶度进行分析, 采用半定量法对试样晶相组成进行计算, 利用Scherrer公式计算堇青石的晶粒大小。结果表明: 由于Eu2O3、Dy2O3和Er2O3的加入, 通过固相反应烧结所得堇青石试样中出现了莫来石相, Eu3+、Dy3+和Er3+对Mg2+的置换作用改变了堇青石相晶格常数和晶胞体积。随着添加剂含量的增加, 堇青石结构中液相量增加, 相对结晶度降低, 常温致密度提高, 堇青石晶粒粒径减小。综合对比分析, Eu2O3对堇青石晶相转变的影响程度最弱, Er2O3对堇青石晶相转变的影响程度最强, 对提高合成堇青石的烧结性和热震稳定性效果最好。
一种新型自粘接预浸料-Nomex蜂窝板面-芯结合强度关键影响因素试验研究
米莹娟, 王伟, 张冬梅, 白光辉, 张博明
2013, 30(4): 156-162.
摘要:
以Nomex蜂窝和新型自粘接预浸料作为试验材料, 通过采用均压板的共固化工艺制备蜂窝夹层板。采用滚筒剥离方法测试其面-芯结合性能, 采用电子显微镜等方法观察其蒙皮-蜂窝粘接面、剥离后蒙皮表面结构及蜂窝壁端面的微观形态, 并测试了蜂窝壁厚度与蜂窝壁浸渍的树脂成分。结合以上测试结果研究了在采用均压板的制备过程中工艺参数和蜂窝特征对蜂窝夹层板面-芯结合强度的影响规律, 并考察了蜂窝夹层板的粘接形式。结果表明: 在采用均压板模具的共固化工艺中, 一定的升温速率范围内, 蜂窝板的面-芯结合强度随着升温速率的减小而增大; 而加压时机对蜂窝板的面-芯结合强度的大小没有明显的影响; 蜂窝壁端面越粗糙、蜂窝壁树脂层厚度越小, 夹层板的面-芯结合强度越好。
玻璃固载TiO2/纳米纤维素复合薄膜的制备及其光催化性能
刘红玲, 彭俊军, 李明, 杨锋
2013, 30(4): 163-169.
摘要:
将微晶纤维素溶解于NaOH-尿素的低温溶液中形成纤维素溶液, 在水浴中再生形成纳米纤维素溶液。然后将纳米纤维素溶液与TiO2(P25)混合, 并添加少量的钛酸正丁酯作为交联剂形成复合溶液。将制备得到的复合溶液通过流延法固载到玻璃片表面形成玻璃固载的TiO2/纳米纤维素复合膜。通过SEM、XRD表征了复合膜的形貌与结构。将玻璃固载的TiO2/纳米纤维素复合膜在紫外光下进行光催化降解甲基橙(MO)以评估复合膜的光催化性能, 研究了纳米TiO2含量对复合膜光催化性能的影响, 复合膜的重复使用性能以及光降解的动力学过程。结果表明: 复合膜对MO的光催化降解能力可达90%以上, 与纯TiO2粉末相当, 并重复使用3次光催化性能基本保持不变。复合膜对甲基橙的降解动力学符合一级动力学特征。当纳米TiO2相对于纤维素的质量分数为33.3%时, 光催化活性最高, 动力学速率常数为0.035 min-1
基于遗传算法的功能梯度材料参数的反演分析
许杨剑, 李翔宇, 王效贵
2013, 30(4): 170-176.
摘要:
采用一种基于遗传算法结合响应面插值的反演方法, 利用微压痕实验和有限元模拟, 对功能梯度材料(FGM)的本构模型参数进行识别分析。此方法首先以解耦的方式对压痕试验进行有限元模拟计算, 然后利用三次拉格朗日插值函数构造荷载-位移响应面, 并将响应面上插值得到的相关结果传递给遗传算法以实现材料参数的反演辨识。对功能梯度材料参数的反演研究表明: 该方法在保证较高精度的同时能够极大地提高常规遗传算法的反演效率; 另外, 利用大、小压头组合的双压头模式对功能梯度材料进行压痕的反演分析, 较之单压头能够获得更为合理的结果。
复合材料点阵夹芯结构平压性能不确定分析与优化
许孟辉, 邱志平
2013, 30(4): 177-184.
摘要:
考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性, 采用区间向量实现不确定参数定量化, 建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型。考虑结构功能状态判断的模糊性, 分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下, 建立了不确定平压载荷作用下含区间参数模糊可靠性分析与优化模型。研究结果表明: 材料参数及结构参数不确定性, 特别是设计容差对复合材料点阵夹芯结构平压性能影响明显, 因此在工程优化中不仅需要充分考虑材料参数与外部载荷等不确定性, 而且需要充分重视传统不确定设计方法中未计及的设计容差的影响。本研究实现了理论成果与工程应用的有机结合, 为工程领域复合材料点阵夹芯结构平压性能分析与优化提供有效理论方法。
嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能
张忠胜, 梁森
2013, 30(4): 185-191.
摘要:
使用正交实验法, 研制出满足嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构制作工艺要求的黏弹性材料组分, 提出使用刷涂工艺代替压片工艺制备黏弹性材料薄膜, 并对两种工艺制备的碳纤维/双马来酰亚胺(T300/QY8911)复合材料试件进行层间剪切测试, 获得了薄膜厚度与层间最大剪切应力的变化关系, 实验数据表明: 刷涂工艺能提高嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能10%以上, 而且阻尼层越薄, 提高幅度越大; 失效表面证明: 刷涂工艺所制得试件能在阻尼薄膜与复合材料界面间形成互穿网络结构。
狭长磁电弹性体中Ⅲ型半无限裂纹的场强度因子
郭俊宏, 卢子兴, 斯日古楞
2013, 30(4): 192-197.
摘要:
通过引入合适的保角映射, 利用复变函数方法研究了裂纹面上受反平面剪应力和面内磁电载荷共同作用下狭长磁电弹性体中半无限裂纹的断裂行为, 给出了磁电全非渗透型边界条件下裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解。当狭长体高度趋于无限大时, 可得到无限大磁电弹性体中半无限裂纹的解析解。若不考虑磁场或电场作用, 所得解可退化为已知解。通过数值算例, 分析了裂纹面上受载长度、狭长体高度以及磁、电和机械载荷对能量释放率的影响。
基于弯曲刚度最大分层临界载荷的层压板局部屈曲预测
巴塔西, 于哲峰, 汪海
2013, 30(4): 198-205.
摘要:
提出了一种预测含特定分层损伤层压板发生局部屈曲时整体应变的方法。认为含分层子板的局部屈曲载荷由其弯曲刚度最大的分层决定, 因而含有相同最大弯曲刚度分层的不同子板具有相同的屈曲载荷。在已知弯曲刚度最大分层的屈曲载荷的情况下, 根据层压板的轴向刚度公式, 计算出发生局部屈曲时弯曲刚度最大的分层与完好的基板分别承受的载荷, 即得到总载荷, 进而得到层压板的整体应变。用ABAQUS有限元分析软件建立含分层损伤的层压板模型, 使用准静态加载进行了多种分层深度和分层位置下的局部屈曲仿真, 所得局部屈曲载荷符合上述推论。用所提方法预测发生局部屈曲时的整体应变, 结果与有限元结果吻合较好, 此方法可用于建立分层参数识别的参照样本库。
模具对复合材料构件固化变形的影响分析
岳广全, 张嘉振, 张博明
2013, 30(4): 206-210.
摘要:
通过光纤光栅的方法实验研究了在热压罐成型工艺过程中, 复合材料构件由金属固化模具与复合材料构件热不匹配导致的沿厚度方向和面内的固化残余应力发展, 得到了固化后残余应力沿构件厚度方向和面内的分布情况, 并分析了该残余应力分布的产生机制以及对构件固化后变形的影响。结果表明: 复合材料与模具之间的热不匹配导致的固化残余应变沿构件厚度方向呈梯度分布, 靠近模具端大于远离模具端, 并且该应变会引起构件固化后的翘曲变形, 变形以沿纤维方向为主。
复合材料加筋板低速冲击损伤的数值模拟
饶辉, 许希武, 朱炜, 张超
2013, 30(4): 211-218.
摘要:
建立了复合材料加筋板在横向低速冲击载荷作用下的渐进损伤有限元模型。该模型考虑了复合材料加筋板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层脱粘等五种典型的损伤形式, 在层内采用应变描述的失效判据, 结合相应的材料性能退化方案, 通过编写VUMAT用户自定义子程序以实现相应损伤类型的判断和演化。在层间以及筋条与层板间加入界面元, 模拟层间区域的情况, 结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。通过对数值模拟结果与实验数据的比较, 验证了模型的合理性和有效性。同时探讨了不同位置、不同冲击能量以及含初始损伤(脱粘)等因素对复合材料加筋板低速冲击性能的影响。
融合纤维数据的复合材料筒体结构持久寿命评估方法
马小兵, 王亭亭, 赵宇
2013, 30(4): 219-224.
摘要:
对于由T700碳纤维浸胶丝束缠绕铝合金筒壁构成的复合材料筒体结构, 通过提高筒体转速增加纤维拉应力的加速寿命试验仍无法获得充分的失效数据, 试验结果多表现为高应力大删失比与低应力无失效混合的寿命数据类型, 且采用现行方法进行持久寿命评估的结果存在置信度偏低的问题。针对这一问题, 首先对纤维和筒体的加速等同性与失效机制一致性进行分析, 进而通过对加速模型参数估计量的部分协方差矩阵进行统计检验与信息融合, 建立了一种可融合纤维数据的筒体结构持久寿命评估方法。该方法通过综合利用碳纤维的相似性信息, 从而提高筒体结构持久寿命评估的精度。采用实例验证了文中方法的有效性, 使筒体结构持久寿命的评估精度提高了35%。
纤维增强SiO2气凝胶复合材料压缩性能和变形机制
孙燕涛, 石多奇, 杨晓光, 冯坚, 姜勇刚
2013, 30(4): 225-230.
摘要:
根据热防护系统的特征载荷, 研究了气凝胶的室温、高温压缩和压缩蠕变性能。研究表明纤维增强SiO2气凝胶的压缩曲线可划分为三个阶段: 线性阶段、屈服阶段和密实化阶段。相比纯气凝胶, 该材料具有较高的强度、良好的断裂韧性。该材料存在明显的室温和高温蠕变行为。室温条件下240 h内的蠕变历程可划分为三个阶段, 在168 h以后蠕变变形量达到稳定状态, 基本不再继续增加。对比试样在试验前、热处理后和蠕变试验后的显微结构发现, 气凝胶基体的密实化是加热后试样收缩和影响气凝胶蠕变性能的主要因素。
复合材料结构冲击损伤检出概率的试验研究与分析
肖闪闪, 陈普会, 沈薇, 沈真
2013, 30(4): 231-237.
摘要:
复合材料结构在服役过程中遇到的损伤主要来自于意外冲击, 会产生永久性的凹坑。为了得到凹坑的检出概率, 采用最大似然估算法对一般目视检测(GVI)和详细目视检测(DET)的两种损伤检出概率模型(POD评估模型, 即累积对数正态模型和对数奇函数模型)中的参数进行评估; 开展详细目视检测的试验研究, 并根据检测数据对POD模型进行了验证。结果表明: 凹坑深度的检出概率曲线更符合累积对数正态模型。绿色板的凹坑比黑色板更容易被检出, 且检测角越大越容易被检出。目视勉强可见损伤(BVID)的门槛值在0.35~0.8 mm之间。
聚丙烯纤维化学接枝改性增强水泥基复合材料的界面结合
李启金, 李国忠
2013, 30(4): 238-244.
摘要:
以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂, 采用二步化学接枝法对聚丙烯纤维进行接枝丙烯酸改性, 利用正交分析法研究了引发温度、BPO浓度、接枝温度、接枝时间及丙烯酸(AA)浓度对纤维接枝率的影响, 并评价了改性前后纤维与水泥基体的界面结合性能。结果表明: 上述因素对纤维接枝率的影响大小为引发温度>BPO浓度>接枝时间>接枝温度>AA浓度, 最佳反应条件为引发温度90℃, BPO 4.50×10-2mol/L, 接枝时间60 min, 接枝温度75℃, AA 1.4 mol/L, 此时纤维接枝率达13.12%; 经化学接枝改性后, 聚丙烯纤维表面亲水性和粗糙度增大, 与水泥基体的界面结合得到增强, 纤维掺量为0.05%(体积分数)时, 聚丙烯纤维增强水泥砂浆的抗开裂性能比增大了26.6%, 抗塑性收缩开裂性能显著增强。
风力发电机叶片用玻璃纤维织物的渗透率
张娜, 赵子为, 刘春太, 申长雨
2013, 30(4): 245-249.
摘要:
通过改变纤维层数来改变纤维织物的孔隙率, 采用一维饱和流动方法测量了风力发电叶片用玻璃纤维织物(WindstrandTM)三个方向(xyz)的饱和渗透率大小。考察了孔隙率、模具尺寸以及纤维方向(平行于和垂直于2%的纤维束两个方向)对其饱和渗透率的影响。结果表明: 渗透率随孔隙率的降低而迅速降低; 当孔隙率为34.6%~54.7%时, 模具尺寸对y向饱和渗透率影响不大; 改变2%的纤维束方向(由平行到垂直), 当孔隙率为34.6%~54.7%时, 对饱和渗透率有一定影响。当孔隙率为45%~55%时, 玻璃纤维织物xy方向的饱和渗透率约为z方向饱和渗透率的3~7倍。