2016年 第33卷 第12期
2016, 33(12): 2699-2705.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160120.001
摘要:
从宏、微观的角度研究了碳纤维增强聚酰亚胺树脂基MT300/KH420复合材料的高温力学性能，重点揭示了MT300/KH420复合材料[0°]14和[±45°/0°/90°/+45°/0°2]s层合板在常温~500℃的弯曲性能变化规律。研究表明：MT300/KH420复合材料高温力学性能优异，[0°]14层合板在420℃的弯曲强度保持在51%以上，弯曲模量在500℃以内变化很小。[0°]14层合板在常温下断口粗糙，且贯穿厚度，表现为脆性破坏；随温度升高，树脂流动性增强，呈现出黏弹效应，破坏逐渐集中在加载点处，在500℃，部分树脂热解，纤维束脱离基体并氧化。[±45°/0°/90°/+45°/0°2]s层合板高温弯曲性能较为稳定，主要破坏为上、下表面沿45°方向开裂，并伴有层间分离，在500℃出现严重分层破坏；相比于受基体控制的层合板弯曲性能，温度对受纤维控制的层合板弯曲性能影响较小。
从宏、微观的角度研究了碳纤维增强聚酰亚胺树脂基MT300/KH420复合材料的高温力学性能，重点揭示了MT300/KH420复合材料[0°]14和[±45°/0°/90°/+45°/0°2]s层合板在常温~500℃的弯曲性能变化规律。研究表明：MT300/KH420复合材料高温力学性能优异，[0°]14层合板在420℃的弯曲强度保持在51%以上，弯曲模量在500℃以内变化很小。[0°]14层合板在常温下断口粗糙，且贯穿厚度，表现为脆性破坏；随温度升高，树脂流动性增强，呈现出黏弹效应，破坏逐渐集中在加载点处，在500℃，部分树脂热解，纤维束脱离基体并氧化。[±45°/0°/90°/+45°/0°2]s层合板高温弯曲性能较为稳定，主要破坏为上、下表面沿45°方向开裂，并伴有层间分离，在500℃出现严重分层破坏；相比于受基体控制的层合板弯曲性能，温度对受纤维控制的层合板弯曲性能影响较小。
2016, 33(12): 2706-2711.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160125.001
摘要:
通过对多壁碳纳米管（MWCNTs）表面修饰合成羟基化的MWCNTs，利用羟基化的MWCNTs催化己内酯开环聚合，接着与溴代异丁酰溴反应，合成MWCNTs接枝聚己内酯（PCL）的大分子引发剂，利用该大分子引发剂引发N-异丙基丙烯酰胺单体进行原子转移自由基活性聚合（ATRP），成功制备了MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料。利用FTIR、TGA、XRD、NMR及TEM对产物进行表征。考察了MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料的结晶性能及在氯仿中的溶混性。XRD结果表明：MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料的结晶峰与PCL-b-PNIPAM嵌段共聚物基本一致，并且MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料在氯仿溶液中有很好的混溶性。
通过对多壁碳纳米管（MWCNTs）表面修饰合成羟基化的MWCNTs，利用羟基化的MWCNTs催化己内酯开环聚合，接着与溴代异丁酰溴反应，合成MWCNTs接枝聚己内酯（PCL）的大分子引发剂，利用该大分子引发剂引发N-异丙基丙烯酰胺单体进行原子转移自由基活性聚合（ATRP），成功制备了MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料。利用FTIR、TGA、XRD、NMR及TEM对产物进行表征。考察了MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料的结晶性能及在氯仿中的溶混性。XRD结果表明：MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料的结晶峰与PCL-b-PNIPAM嵌段共聚物基本一致，并且MWCNTs/PCL-b-PNIPAM复合材料在氯仿溶液中有很好的混溶性。
2016, 33(12): 2712-2717.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160128.001
摘要:
人体皮肤与空气间在介电常数上有着失配性，可穿戴设备所用的材料需要与人体皮肤有良好的匹配性能，而单一的材料与结构已不能满足这种需求。利用原位聚合法合成了一系列钛酸钡（BaTiO3）/聚酰亚胺（PI）混合溶液，通过逐层流延涂覆的方法设计制备了一种具有阻抗渐变性质的多层BaTiO3/PI复合薄膜。结果表明：BaTiO3纳米粒子可在复合薄膜中均匀分散，调节无机粒子的含量，能够有效地控制复合薄膜的介电常数在2.5~34.0之间变化；同时，BaTiO3/PI复合薄膜对外加电场的频率具有不敏感性，也具有良好的力学性能，能够满足可穿戴设备对材料的要求。
人体皮肤与空气间在介电常数上有着失配性，可穿戴设备所用的材料需要与人体皮肤有良好的匹配性能，而单一的材料与结构已不能满足这种需求。利用原位聚合法合成了一系列钛酸钡（BaTiO3）/聚酰亚胺（PI）混合溶液，通过逐层流延涂覆的方法设计制备了一种具有阻抗渐变性质的多层BaTiO3/PI复合薄膜。结果表明：BaTiO3纳米粒子可在复合薄膜中均匀分散，调节无机粒子的含量，能够有效地控制复合薄膜的介电常数在2.5~34.0之间变化；同时，BaTiO3/PI复合薄膜对外加电场的频率具有不敏感性，也具有良好的力学性能，能够满足可穿戴设备对材料的要求。
2016, 33(12): 2718-2724.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160219.005
摘要:
采用接枝共聚法制备了马来酸酐和丙烯酸丁酯双单体接枝聚乳酸（PLA）共聚物（mPLA），然后以mPLA为增容剂，通过溶液浇铸法制备纳米纤维素（NCC）/PLA复合材料。采用SEM、DSC、TG、广角X射线衍射（WXRD）、力学和降解性能测试研究了mPLA对NCC/PLA复合材料的结构和性能的影响。结果表明：mPLA在PLA与NCC之间起到了良好的界面增容作用，促进了NCC在PLA基体中的分散。更精细分散的NCC促进了PLA的结晶成核，复合材料的结晶温度降低，结晶度提高；NCC/mPLA/PLA复合材料的力学性能随着mPLA含量增加呈先上升后下降的趋势，当mPLA含量为8%时，复合材料的拉伸强度和弹性模量与未添加mPLA的复合材料相比，分别提高了30.2%和41.4%；亲水性的NCC加速了NCC/PLA复合材料的降解，加入mPLA后，复合材料的降解速率有所减慢，但仍然快于纯PLA的降解。
采用接枝共聚法制备了马来酸酐和丙烯酸丁酯双单体接枝聚乳酸（PLA）共聚物（mPLA），然后以mPLA为增容剂，通过溶液浇铸法制备纳米纤维素（NCC）/PLA复合材料。采用SEM、DSC、TG、广角X射线衍射（WXRD）、力学和降解性能测试研究了mPLA对NCC/PLA复合材料的结构和性能的影响。结果表明：mPLA在PLA与NCC之间起到了良好的界面增容作用，促进了NCC在PLA基体中的分散。更精细分散的NCC促进了PLA的结晶成核，复合材料的结晶温度降低，结晶度提高；NCC/mPLA/PLA复合材料的力学性能随着mPLA含量增加呈先上升后下降的趋势，当mPLA含量为8%时，复合材料的拉伸强度和弹性模量与未添加mPLA的复合材料相比，分别提高了30.2%和41.4%；亲水性的NCC加速了NCC/PLA复合材料的降解，加入mPLA后，复合材料的降解速率有所减慢，但仍然快于纯PLA的降解。
2016, 33(12): 2725-2731.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.005
摘要:
以正十二烷醇（DA）为芯材，密胺树脂（MF）和聚乙二醇改性密胺（PMF）树脂为壁材制备了相变微胶囊（MicroPCMs），并分别添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料中，获得了具有相变蓄热能力的MicroPCMs-WF/HDPE复合材料。采用SEM、FTIR和纳米压痕等方法对MicroPCMs的表面形态、力学性能进行了分析与表征，同时对MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的物理力学及热性能进行了测试。结果表明：经聚乙二醇改性后，改性微胶囊（PMF-MicroPCMs）的弹性模量和硬度较未改性微胶囊（MF-MicroPCMs）分别增加了13.9%和30.0%；MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的熔融温度区间（22.2~28.7℃）满足人体舒适温度范围，较纯WF/HDPE复合材料温度变化速率明显减缓；相比纯WF/HDPE复合材料，MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的吸湿性、冲击强度和表面硬度增加，弯曲和拉伸性能下降；PMF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的性能均优于MF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料，且达到了木塑装饰板材的力学性能标准要求。
以正十二烷醇（DA）为芯材，密胺树脂（MF）和聚乙二醇改性密胺（PMF）树脂为壁材制备了相变微胶囊（MicroPCMs），并分别添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料中，获得了具有相变蓄热能力的MicroPCMs-WF/HDPE复合材料。采用SEM、FTIR和纳米压痕等方法对MicroPCMs的表面形态、力学性能进行了分析与表征，同时对MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的物理力学及热性能进行了测试。结果表明：经聚乙二醇改性后，改性微胶囊（PMF-MicroPCMs）的弹性模量和硬度较未改性微胶囊（MF-MicroPCMs）分别增加了13.9%和30.0%；MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的熔融温度区间（22.2~28.7℃）满足人体舒适温度范围，较纯WF/HDPE复合材料温度变化速率明显减缓；相比纯WF/HDPE复合材料，MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的吸湿性、冲击强度和表面硬度增加，弯曲和拉伸性能下降；PMF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的性能均优于MF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料，且达到了木塑装饰板材的力学性能标准要求。
2016, 33(12): 2732-2739.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.006
摘要:
以单向连续竹青纤维（OBF）和不饱和聚酯树脂（UP）制备了单向OBF/UP复合材料，研究了OBF含量对OBF/UP复合材料纵向静态力学性能及动态力学性能的影响，并采用SEM观察了复合材料拉伸断面处界面结合情况。结果表明：随着OBF含量的增加，OBF/UP复合材料静态力学性能呈先增加后减小趋势，当OBF含量为50wt%时，复合材料拉伸、弯曲性能最优，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别达到285.52 MPa、16.06 GPa、359.80 MPa、27.32 GPa；OBF/UP复合材料存储模量随OBF含量增加呈先增加后减小趋势，当OBF含量为50wt%时，OBF/UP复合材料存储模量最大，且随着OBF含量的增加，OBF/UP复合材料玻璃化转变温度向低温方向移动，损耗峰变宽；断面处微观形貌表明，OBF含量为50wt%时，复合材料界面结合强度较好。制备的OBF/UP复合材料力学性能优良，有潜力取代玻璃纤维增强树脂复合材料在风电叶片材料、公路防护栏材料、船舶材料等领域的应用。
以单向连续竹青纤维（OBF）和不饱和聚酯树脂（UP）制备了单向OBF/UP复合材料，研究了OBF含量对OBF/UP复合材料纵向静态力学性能及动态力学性能的影响，并采用SEM观察了复合材料拉伸断面处界面结合情况。结果表明：随着OBF含量的增加，OBF/UP复合材料静态力学性能呈先增加后减小趋势，当OBF含量为50wt%时，复合材料拉伸、弯曲性能最优，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别达到285.52 MPa、16.06 GPa、359.80 MPa、27.32 GPa；OBF/UP复合材料存储模量随OBF含量增加呈先增加后减小趋势，当OBF含量为50wt%时，OBF/UP复合材料存储模量最大，且随着OBF含量的增加，OBF/UP复合材料玻璃化转变温度向低温方向移动，损耗峰变宽；断面处微观形貌表明，OBF含量为50wt%时，复合材料界面结合强度较好。制备的OBF/UP复合材料力学性能优良，有潜力取代玻璃纤维增强树脂复合材料在风电叶片材料、公路防护栏材料、船舶材料等领域的应用。
2016, 33(12): 2740-2748.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160317.002
摘要:
利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板，通过差示扫描量热（DSC）法试验分析，确定相变参数，运用ANSYS有限元分析，将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中，研究模压成型过程中温度场变化情况，为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标，采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响，得到最优模压工艺制备参数，获得最高复合材料层合板力学性能，为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明：模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为：热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为：热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa，在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板，层间剪切强度为31.12 MPa，压缩强度为100.96 MPa，冲击韧性为2.27 kJ/cm2。
利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板，通过差示扫描量热（DSC）法试验分析，确定相变参数，运用ANSYS有限元分析，将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中，研究模压成型过程中温度场变化情况，为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标，采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响，得到最优模压工艺制备参数，获得最高复合材料层合板力学性能，为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明：模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为：热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为：热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa，在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板，层间剪切强度为31.12 MPa，压缩强度为100.96 MPa，冲击韧性为2.27 kJ/cm2。
2016, 33(12): 2749-2756.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160324.004
摘要:
为优化复杂预成型体结构的液体成型工艺，基于有限元法/生死节点法模拟了复合材料液体模塑成型过程树脂流动，并针对典型矩形平板、圆板结构、I型加筋壁板充模过程进行了仿真与验证。结果表明：典型矩形平板和圆板结构的充模过程模拟结果与理论解一致性较好，验证了生死节点法跟踪树脂流动前锋的有效性。含有方腔的变厚度圆柱体和正方体三维实体结构的充模过程模拟验证了有限元方法对三维结构的适用性。基于有限元法/生死节点法的液体充模过程模拟方法对于复杂求解区域具有更好适应性，可用于复杂实体结构的液体模塑成型工艺过程树脂流动规律预测、指导模具设计及工艺优化。
为优化复杂预成型体结构的液体成型工艺，基于有限元法/生死节点法模拟了复合材料液体模塑成型过程树脂流动，并针对典型矩形平板、圆板结构、I型加筋壁板充模过程进行了仿真与验证。结果表明：典型矩形平板和圆板结构的充模过程模拟结果与理论解一致性较好，验证了生死节点法跟踪树脂流动前锋的有效性。含有方腔的变厚度圆柱体和正方体三维实体结构的充模过程模拟验证了有限元方法对三维结构的适用性。基于有限元法/生死节点法的液体充模过程模拟方法对于复杂求解区域具有更好适应性，可用于复杂实体结构的液体模塑成型工艺过程树脂流动规律预测、指导模具设计及工艺优化。
2016, 33(12): 2757-2765.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.007
摘要:
为探索能够实现碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低损制孔的钻头几何形状，采用4种不同几何形状的钻头，对T800级CFRP层合板进行钻孔实验研究，分析了钻头几何形状对钻削轴向力的影响，探讨了钻削轴向力与分层损伤之间的关系。结果表明：轴向力归零速度与出口分层因子有较好的正相关性，可采用钻削轴向力归零速度来表征钻头几何形状对CFRP层合板钻孔的适用性能。同时，实验发现切削区域具有多阶段几何特征的钻头，在钻出工件底部时轴向力是分阶段缓慢归零，出口分层因子较小。
为探索能够实现碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低损制孔的钻头几何形状，采用4种不同几何形状的钻头，对T800级CFRP层合板进行钻孔实验研究，分析了钻头几何形状对钻削轴向力的影响，探讨了钻削轴向力与分层损伤之间的关系。结果表明：轴向力归零速度与出口分层因子有较好的正相关性，可采用钻削轴向力归零速度来表征钻头几何形状对CFRP层合板钻孔的适用性能。同时，实验发现切削区域具有多阶段几何特征的钻头，在钻出工件底部时轴向力是分阶段缓慢归零，出口分层因子较小。
2016, 33(12): 2766-2774.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.001
摘要:
针对复合材料层合结构缺口强度问题，基于连续损伤力学（CDM）提出了一种三维损伤数值模型。模型区分了层内损伤（纤维失效、纤维间失效）和层间分层损伤的不同失效模式。采用三维Puck准则与Aymerich准则对上述2类损伤进行判定，材料失效后基于CDM中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型考虑了复合材料层合板子层的就位效应和剪切非线性行为。对Carlsson的AS4/3501-6缺口拉伸强度试验进行数值模拟。结果表明：分析结果与试验结果吻合良好，证明了该模型能够准确地预测含缺口复合材料层合板面内拉伸强度。
针对复合材料层合结构缺口强度问题，基于连续损伤力学（CDM）提出了一种三维损伤数值模型。模型区分了层内损伤（纤维失效、纤维间失效）和层间分层损伤的不同失效模式。采用三维Puck准则与Aymerich准则对上述2类损伤进行判定，材料失效后基于CDM中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型考虑了复合材料层合板子层的就位效应和剪切非线性行为。对Carlsson的AS4/3501-6缺口拉伸强度试验进行数值模拟。结果表明：分析结果与试验结果吻合良好，证明了该模型能够准确地预测含缺口复合材料层合板面内拉伸强度。
2016, 33(12): 2775-2780.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160323.001
摘要:
从影响材料电阻率的主要因素——碳纤维体积分数入手，主要分析了材料的电阻率这一电气特性，根据材料表面测量的数据，估算出材料内部碳纤维的体积分数。再根据多个试件测量的数据，拟合出材料的碳纤维体积分数和电阻率的关系曲线。根据估算出的碳纤维体积分数，估算出材料的电阻率。利用三维编织碳纤维复合材料的编织角和花节长度，估算出材料的电阻率。根据材料的电阻率这一电气特性，便于以后对材料进行涡流无损检测分析。
从影响材料电阻率的主要因素——碳纤维体积分数入手，主要分析了材料的电阻率这一电气特性，根据材料表面测量的数据，估算出材料内部碳纤维的体积分数。再根据多个试件测量的数据，拟合出材料的碳纤维体积分数和电阻率的关系曲线。根据估算出的碳纤维体积分数，估算出材料的电阻率。利用三维编织碳纤维复合材料的编织角和花节长度，估算出材料的电阻率。根据材料的电阻率这一电气特性，便于以后对材料进行涡流无损检测分析。
2016, 33(12): 2781-2788.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160324.003
摘要:
将温湿环境实验与阻尼性能测试技术相结合，搭建了温湿环境中嵌入式共固化复合材料阻尼性能的实验测试平台，提出使用最小二乘技术求解相对阻尼系数的新方法，分别探讨了温度和湿热耦合参数对嵌入式共固化碳纤维/双马来酰亚胺复合材料阻尼系数的影响曲线。结果表明：嵌入式共固化复合材料的相对阻尼系数随温度的升高先增加再减小后增大；湿热耦合作用下相对阻尼系数随湿度和温度的提高而增大。为该新型复合材料阻尼结构的设计和全天候应用奠定了基础。
将温湿环境实验与阻尼性能测试技术相结合，搭建了温湿环境中嵌入式共固化复合材料阻尼性能的实验测试平台，提出使用最小二乘技术求解相对阻尼系数的新方法，分别探讨了温度和湿热耦合参数对嵌入式共固化碳纤维/双马来酰亚胺复合材料阻尼系数的影响曲线。结果表明：嵌入式共固化复合材料的相对阻尼系数随温度的升高先增加再减小后增大；湿热耦合作用下相对阻尼系数随湿度和温度的提高而增大。为该新型复合材料阻尼结构的设计和全天候应用奠定了基础。
2016, 33(12): 2789-2796.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160323.002
摘要:
针对高性能超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的特性，成功编织出纬平针、罗纹、畦编3种针织物。采用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）技术，分别制备出6层纬平针、6层罗纹以及6层畦编织物复合材料板。对3种结构复合材料进行压缩试验，并比较分析了比压缩强度-应变曲线、比压缩能量-应变曲线、比压缩能量-应变拟合曲线，分析了压缩过程中的能量吸收情况及材料的破坏形式。结果表明：纬平针结构复合材料的比压缩强度和比压缩能量均最大，其次是罗纹，畦编最小；且3种结构复合材料的压缩破坏过程均不属于脆性破坏；由于材料表现出较好的柔韧性，试样的比压缩能量与压缩应变呈线性相关；相同结构复合材料纵、横向比压缩强度-应变曲线和比压缩能量-应变曲线几乎重合。基体沿增强结构呈分层现象的破坏和树脂的塑性变形是材料的主要破坏形式。
针对高性能超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的特性，成功编织出纬平针、罗纹、畦编3种针织物。采用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）技术，分别制备出6层纬平针、6层罗纹以及6层畦编织物复合材料板。对3种结构复合材料进行压缩试验，并比较分析了比压缩强度-应变曲线、比压缩能量-应变曲线、比压缩能量-应变拟合曲线，分析了压缩过程中的能量吸收情况及材料的破坏形式。结果表明：纬平针结构复合材料的比压缩强度和比压缩能量均最大，其次是罗纹，畦编最小；且3种结构复合材料的压缩破坏过程均不属于脆性破坏；由于材料表现出较好的柔韧性，试样的比压缩能量与压缩应变呈线性相关；相同结构复合材料纵、横向比压缩强度-应变曲线和比压缩能量-应变曲线几乎重合。基体沿增强结构呈分层现象的破坏和树脂的塑性变形是材料的主要破坏形式。
2016, 33(12): 2797-2806.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160224.001
摘要:
选用M40石墨纤维为增强体，采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为40%，基体合金分别为ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301合金的连续M40/Al复合材料，并用NaOH溶液萃取出M40纤维，研究了基体合金对连续M40/Al复合材料纤维损伤和断裂机制的影响。结果表明：不同的基体合金对M40纤维造成的损伤差异较大，从M40/ZL301复合材料中萃取的纤维拉伸强度最高，其拉伸强度为1 686 MPa，约为纤维原丝拉伸强度的38.3%；而从M40/ZL102复合材料中萃取的纤维拉伸强度最低，其拉伸强度仅为687 MPa，且纤维表面粗糙程度不一。不同M40/Al复合材料的断裂机制存在明显差别，M40/ZL102和M40/ZL114A复合材料断裂时无纤维拔出及界面脱粘，裂纹横向穿过纤维导致复合材料在低应力下失效；M40/ZL205A复合材料则表现为少量纤维拔出，界面轻微脱粘；同时，M40/ZL301复合材料表现为大量纤维拔出，裂纹沿界面纵向扩展，界面脱粘明显，纤维充分发挥其承载作用，复合材料的拉伸强度最高，达到了670.2 MPa。
选用M40石墨纤维为增强体，采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为40%，基体合金分别为ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301合金的连续M40/Al复合材料，并用NaOH溶液萃取出M40纤维，研究了基体合金对连续M40/Al复合材料纤维损伤和断裂机制的影响。结果表明：不同的基体合金对M40纤维造成的损伤差异较大，从M40/ZL301复合材料中萃取的纤维拉伸强度最高，其拉伸强度为1 686 MPa，约为纤维原丝拉伸强度的38.3%；而从M40/ZL102复合材料中萃取的纤维拉伸强度最低，其拉伸强度仅为687 MPa，且纤维表面粗糙程度不一。不同M40/Al复合材料的断裂机制存在明显差别，M40/ZL102和M40/ZL114A复合材料断裂时无纤维拔出及界面脱粘，裂纹横向穿过纤维导致复合材料在低应力下失效；M40/ZL205A复合材料则表现为少量纤维拔出，界面轻微脱粘；同时，M40/ZL301复合材料表现为大量纤维拔出，裂纹沿界面纵向扩展，界面脱粘明显，纤维充分发挥其承载作用，复合材料的拉伸强度最高，达到了670.2 MPa。
2016, 33(12): 2807-2814.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160317.006
摘要:
为解决烧结材料工作过程中形成的动压油膜易渗流进多孔基体进而导致润滑性能变差的问题，采用粉末冶金工艺制备了具有不同孔隙结构的复层烧结材料，以期实现高承载能力与良好润滑性能的统一。首先，基于Darcy定律建立了极坐标下该复层烧结材料的流体润滑模型，利用有限差分法进行数值模拟，考察了不同转速下表面Darcy流动对油膜润滑特性的影响；然后，在油润滑工况下进行端面摩擦试验，以验证模拟结果。结果表明：复层烧结材料的油膜润滑性能明显优于普通单层烧结材料，且在一定孔隙率范围内，随着表层孔隙率降低，复层烧结材料的润滑性能变得更好；计入表面Darcy流动时复层烧结材料的油膜润滑性能相对改善，改善效果随转速增加而渐趋显著；摩擦试验与数值分析所得结论具有较好的一致性。研究工作可为复层烧结材料的摩擦学性能分析与结构设计提供一定的理论基础。
为解决烧结材料工作过程中形成的动压油膜易渗流进多孔基体进而导致润滑性能变差的问题，采用粉末冶金工艺制备了具有不同孔隙结构的复层烧结材料，以期实现高承载能力与良好润滑性能的统一。首先，基于Darcy定律建立了极坐标下该复层烧结材料的流体润滑模型，利用有限差分法进行数值模拟，考察了不同转速下表面Darcy流动对油膜润滑特性的影响；然后，在油润滑工况下进行端面摩擦试验，以验证模拟结果。结果表明：复层烧结材料的油膜润滑性能明显优于普通单层烧结材料，且在一定孔隙率范围内，随着表层孔隙率降低，复层烧结材料的润滑性能变得更好；计入表面Darcy流动时复层烧结材料的油膜润滑性能相对改善，改善效果随转速增加而渐趋显著；摩擦试验与数值分析所得结论具有较好的一致性。研究工作可为复层烧结材料的摩擦学性能分析与结构设计提供一定的理论基础。
2016, 33(12): 2815-2823.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160129.003
摘要:
为满足低压电器对于高品质电触头材料的迫切需求，同时保护稀缺资源、降低电触头成本，采用粉末冶金工艺制备了掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu新型电触头复合材料，并对其电导率、硬度及耐磨性能进行了研究。结果表明：复烧与冷变形工艺均可显著提高复合材料的烧结质量、密度、电导率与硬度。随着纳米Al2O3及掺杂纳米SnO2颗粒的总含量增加，掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu电触头复合材料的硬度与耐磨性能表现出了相同的变化规律，即先升高后降低。当纳米Al2O3及掺杂纳米SnO2颗粒的总含量为0.80wt%时，复合材料的硬度与耐磨性能均达到最优；而当纳米Al2O3及掺杂纳米SnO2颗粒的总含量保持0.80wt%不变时，随纳米Al2O3颗粒的含量增加，掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu电触头复合材料的硬度与耐磨性能改善；当掺杂纳米SnO2颗粒的含量为0时，复合材料的耐磨性能达到了最优。因此较之掺杂纳米SnO2颗粒，纳米Al2O3颗粒对掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu电触头复合材料的耐磨性能有更显著的提高作用。
为满足低压电器对于高品质电触头材料的迫切需求，同时保护稀缺资源、降低电触头成本，采用粉末冶金工艺制备了掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu新型电触头复合材料，并对其电导率、硬度及耐磨性能进行了研究。结果表明：复烧与冷变形工艺均可显著提高复合材料的烧结质量、密度、电导率与硬度。随着纳米Al2O3及掺杂纳米SnO2颗粒的总含量增加，掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu电触头复合材料的硬度与耐磨性能表现出了相同的变化规律，即先升高后降低。当纳米Al2O3及掺杂纳米SnO2颗粒的总含量为0.80wt%时，复合材料的硬度与耐磨性能均达到最优；而当纳米Al2O3及掺杂纳米SnO2颗粒的总含量保持0.80wt%不变时，随纳米Al2O3颗粒的含量增加，掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu电触头复合材料的硬度与耐磨性能改善；当掺杂纳米SnO2颗粒的含量为0时，复合材料的耐磨性能达到了最优。因此较之掺杂纳米SnO2颗粒，纳米Al2O3颗粒对掺杂纳米SnO2-Al2O3/Cu电触头复合材料的耐磨性能有更显著的提高作用。
2016, 33(12): 2824-2830.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.007
摘要:
为制备能够在Cu基体中分散均匀的大体积分数的短碳纤维（Cf）/Cu复合材料，采用电化学法在Cf表面进行了镀Cu处理，用平行Cu片做阴极代替长碳纤维束，得到镀层均匀光洁的镀Cu短Cf。在此基础上，将2 V，30 min条件下的Cf/Cu复合丝直接采用放电等离子烧结（SPS）制备了46vol% Cf/Cu复合材料（试样1），又用Cu粉与未包覆的Cf直接混合再烧结制备了另一种46vol% Cf/Cu复合材料（试样2）。利用XRD和SEM分别研究了Cf/Cu复合丝和Cf/Cu复合材料的物相成分、表面及断口形貌，对Cf原丝、Cf/Cu复合丝以及用2种方式制备的Cf/Cu复合材料进行了力学性能研究。结果表明：Cf/Cu复合丝拉伸载荷-位移曲线上出现了较大幅度的波动，这与其表面镀Cu层受力时发生不连续断裂有关。试样1组织的均匀性及力学性能均优于试样2。与Cu相比，用2种不同方法制备的Cf/Cu复合材料的抗拉强度低于Cu，但屈服强度比Cu高。
为制备能够在Cu基体中分散均匀的大体积分数的短碳纤维（Cf）/Cu复合材料，采用电化学法在Cf表面进行了镀Cu处理，用平行Cu片做阴极代替长碳纤维束，得到镀层均匀光洁的镀Cu短Cf。在此基础上，将2 V，30 min条件下的Cf/Cu复合丝直接采用放电等离子烧结（SPS）制备了46vol% Cf/Cu复合材料（试样1），又用Cu粉与未包覆的Cf直接混合再烧结制备了另一种46vol% Cf/Cu复合材料（试样2）。利用XRD和SEM分别研究了Cf/Cu复合丝和Cf/Cu复合材料的物相成分、表面及断口形貌，对Cf原丝、Cf/Cu复合丝以及用2种方式制备的Cf/Cu复合材料进行了力学性能研究。结果表明：Cf/Cu复合丝拉伸载荷-位移曲线上出现了较大幅度的波动，这与其表面镀Cu层受力时发生不连续断裂有关。试样1组织的均匀性及力学性能均优于试样2。与Cu相比，用2种不同方法制备的Cf/Cu复合材料的抗拉强度低于Cu，但屈服强度比Cu高。
2016, 33(12): 2831-2839.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160125.002
摘要:
为制备新型高效去除甲醛材料，采用水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/MnO2气凝胶，通过SEM、TEM、TGA、XPS和BET对RGO/MnO2气凝胶的形态结构及性能进行了表征，并研究了RGO/MnO2气凝胶对甲醛的去除能力。结果表明：在RGO/MnO2气凝胶的前驱体中，氧化石墨烯（GO）为单层二维纳米材料；MnO2气凝胶由MnO2纳米线组成，MnO2纳米线的直径在40 nm左右，长度达5 μm以上，且属于隐钾锰矿型结构。RGO/MnO2气凝胶是一种由片状材料组成的具有三维多孔结构的材料，该片状材料是由均匀分布的RGO纳米片和MnO2纳米线组成的，RGO将MnO2纳米线隔开，起到隔板的作用，使MnO2纳米线在RGO中均匀分布。RGO/MnO2气凝胶在100℃以下具有良好的热学稳定性。RGO/MnO2气凝胶对低浓度甲醛具有较好的去除能力，去除率为62.5%，与MnO2气凝胶相比，相同条件下RGO/MnO2气凝胶对甲醛的去除率提高了30.0%，证实RGO有助于提高MnO2对甲醛的去除能力。
为制备新型高效去除甲醛材料，采用水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/MnO2气凝胶，通过SEM、TEM、TGA、XPS和BET对RGO/MnO2气凝胶的形态结构及性能进行了表征，并研究了RGO/MnO2气凝胶对甲醛的去除能力。结果表明：在RGO/MnO2气凝胶的前驱体中，氧化石墨烯（GO）为单层二维纳米材料；MnO2气凝胶由MnO2纳米线组成，MnO2纳米线的直径在40 nm左右，长度达5 μm以上，且属于隐钾锰矿型结构。RGO/MnO2气凝胶是一种由片状材料组成的具有三维多孔结构的材料，该片状材料是由均匀分布的RGO纳米片和MnO2纳米线组成的，RGO将MnO2纳米线隔开，起到隔板的作用，使MnO2纳米线在RGO中均匀分布。RGO/MnO2气凝胶在100℃以下具有良好的热学稳定性。RGO/MnO2气凝胶对低浓度甲醛具有较好的去除能力，去除率为62.5%，与MnO2气凝胶相比，相同条件下RGO/MnO2气凝胶对甲醛的去除率提高了30.0%，证实RGO有助于提高MnO2对甲醛的去除能力。
2016, 33(12): 2840-2845.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.001
摘要:
通过理论计算，探究Cf/SiC复合材料密度与C/C坯体密度的相关性；而后采用碳纤维布叠层制作2D C/C坯体，经先驱体浸渍裂解工艺增密，制得密度分别为0.98、1.06、1.12 g/cm3的C/C坯体，通过液相渗硅法反应合成2D Cf/SiC复合材料，探究C/C坯体密度对其结构和性能的影响。与理论计算结果来对比。研究结果表明：试验结果与理论数学计算结果基本一致。随着C/C坯体密度的增加，Cf/SiC复合材料的密度出现先上升后下降的趋势，当C/C坯体密度大于0.98 g/cm3后，复合材料的弯曲强度随着C/C坯体密度的增加而降低，C/C坯体密度为0.98 g/cm3时，2D Cf/SiC复合材料结构和性能较优。
通过理论计算，探究Cf/SiC复合材料密度与C/C坯体密度的相关性；而后采用碳纤维布叠层制作2D C/C坯体，经先驱体浸渍裂解工艺增密，制得密度分别为0.98、1.06、1.12 g/cm3的C/C坯体，通过液相渗硅法反应合成2D Cf/SiC复合材料，探究C/C坯体密度对其结构和性能的影响。与理论计算结果来对比。研究结果表明：试验结果与理论数学计算结果基本一致。随着C/C坯体密度的增加，Cf/SiC复合材料的密度出现先上升后下降的趋势，当C/C坯体密度大于0.98 g/cm3后，复合材料的弯曲强度随着C/C坯体密度的增加而降低，C/C坯体密度为0.98 g/cm3时，2D Cf/SiC复合材料结构和性能较优。
2016, 33(12): 2846-2853.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160330.002
摘要:
采用分离式Hopkinson拉杆装置和电子万能试验机研究了二维C/SiC复合材料在4种应变率（0.001、0.010、90.000和350.000 s-1）下的拉伸力学性能，计算并验证了动态试验中的应力平衡状态；采用SEM分析了复合材料在不同应变率下的破坏断口和失效机制；建立了复合材料包含损伤和应变率相关的本构方程。结果表明：二维C/SiC复合材料的应力-应变曲线都表现出非线性的特征。随着应变率的增加，二维C/SiC复合材料的拉伸强度从204 MPa增加到270 MPa，增加了33%，这表明复合材料的拉伸强度具有较强的应变率敏感性。复合材料在准静态和动态加载下表现出不同的破坏模式是由材料内部界面行为的应变率效应造成的。
采用分离式Hopkinson拉杆装置和电子万能试验机研究了二维C/SiC复合材料在4种应变率（0.001、0.010、90.000和350.000 s-1）下的拉伸力学性能，计算并验证了动态试验中的应力平衡状态；采用SEM分析了复合材料在不同应变率下的破坏断口和失效机制；建立了复合材料包含损伤和应变率相关的本构方程。结果表明：二维C/SiC复合材料的应力-应变曲线都表现出非线性的特征。随着应变率的增加，二维C/SiC复合材料的拉伸强度从204 MPa增加到270 MPa，增加了33%，这表明复合材料的拉伸强度具有较强的应变率敏感性。复合材料在准静态和动态加载下表现出不同的破坏模式是由材料内部界面行为的应变率效应造成的。
2016, 33(12): 2854-2859.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160224.002
摘要:
采用流延-化学气相渗透（TC-CVI）工艺制备SiC晶须（SiCW）/SiC层状陶瓷复合材料，研究了SiCW含量对层状陶瓷复合材料力学性能和微观结构的影响，探讨了SiCW/SiC层状陶瓷复合材料的强韧化机制。结果表明：TC-CVI工艺能够有效提高复合材料中晶须含量（40vol%），减少制备过程对晶须损伤，所制备的SiCW/SiC层状陶瓷复合材料具有合适的层内及层间界面结合强度。随着SiCW含量增加，层状陶瓷复合材料的密度和力学性能均有明显提高。含40vol%晶须的SiCW/SiC层状陶瓷复合材料的密度、弯曲强度和断裂韧性均比含25vol%晶须的分别提高了8.4%、30.8%和26.7%。断口形貌中能够观察到层间及层内的裂纹偏转，层内的裂纹桥接和晶须拔出等，这些为主要的增韧机制。高含量SiCW及合适的层间和层内界面结合强度，对提高SiCW/SiC层状陶瓷复合材料强韧性有明显作用。
采用流延-化学气相渗透（TC-CVI）工艺制备SiC晶须（SiCW）/SiC层状陶瓷复合材料，研究了SiCW含量对层状陶瓷复合材料力学性能和微观结构的影响，探讨了SiCW/SiC层状陶瓷复合材料的强韧化机制。结果表明：TC-CVI工艺能够有效提高复合材料中晶须含量（40vol%），减少制备过程对晶须损伤，所制备的SiCW/SiC层状陶瓷复合材料具有合适的层内及层间界面结合强度。随着SiCW含量增加，层状陶瓷复合材料的密度和力学性能均有明显提高。含40vol%晶须的SiCW/SiC层状陶瓷复合材料的密度、弯曲强度和断裂韧性均比含25vol%晶须的分别提高了8.4%、30.8%和26.7%。断口形貌中能够观察到层间及层内的裂纹偏转，层内的裂纹桥接和晶须拔出等，这些为主要的增韧机制。高含量SiCW及合适的层间和层内界面结合强度，对提高SiCW/SiC层状陶瓷复合材料强韧性有明显作用。
2016, 33(12): 2860-2868.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.010
摘要:
采用广义微分求积（GDQ）法开展了不同边界条件下承受面内线性变化载荷作用复合材料层合板振动与屈曲的分析与优化。针对GDQ法求解面内线性变化载荷工况复合材料层合板屈曲问题存在计算振荡、不收敛现象，提出载荷扰动策略实现了GDQ法对复合材料层合板屈曲问题的稳定高效求解。基于基础圆频率和临界屈曲载荷系数的归一化指标，分析了铺层角度对复合材料层合板综合性能的影响，并结合直接搜索模拟退火算法开展了复合材料层合板的铺层顺序优化。结果表明：铺层角度变化对屈曲性能的影响明显强于频率特性；面内线性变化载荷中，以弯曲载荷作用下复合材料层合板的优化综合性能受边界条件变化的影响最小，而优化铺层角度受边界条件变化的影响最大。研究结果为复杂载荷作用下复合材料层合板的设计提供了参考。
采用广义微分求积（GDQ）法开展了不同边界条件下承受面内线性变化载荷作用复合材料层合板振动与屈曲的分析与优化。针对GDQ法求解面内线性变化载荷工况复合材料层合板屈曲问题存在计算振荡、不收敛现象，提出载荷扰动策略实现了GDQ法对复合材料层合板屈曲问题的稳定高效求解。基于基础圆频率和临界屈曲载荷系数的归一化指标，分析了铺层角度对复合材料层合板综合性能的影响，并结合直接搜索模拟退火算法开展了复合材料层合板的铺层顺序优化。结果表明：铺层角度变化对屈曲性能的影响明显强于频率特性；面内线性变化载荷中，以弯曲载荷作用下复合材料层合板的优化综合性能受边界条件变化的影响最小，而优化铺层角度受边界条件变化的影响最大。研究结果为复杂载荷作用下复合材料层合板的设计提供了参考。
2016, 33(12): 2869-2876.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160219.002
摘要:
以十六醇（H）-十六酸（PA）-十二酸（LA）为相变材料，SiO2为载体材料，采用溶胶-凝胶法制备不同H-PA-LA用量的H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料。采用等温吸放湿法和步冷曲线法对H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料的湿性能和热性能进行测试，同时利用FTIR、XRD、SEM、LPSA和DSC对H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料的组成结构、晶体结构、微观形貌、粒径分布、相变温度和相变焓进行表征。结果表明：当H-PA-LA用量为0.06 mol时，所制备的H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料在人体舒适度范围内具有良好的热湿综合性能，即相对湿度为40%~65%时，平衡含湿量为0.07~0.10 g/g，相变温度为26.29℃，相变焓为70.55 J/g。
以十六醇（H）-十六酸（PA）-十二酸（LA）为相变材料，SiO2为载体材料，采用溶胶-凝胶法制备不同H-PA-LA用量的H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料。采用等温吸放湿法和步冷曲线法对H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料的湿性能和热性能进行测试，同时利用FTIR、XRD、SEM、LPSA和DSC对H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料的组成结构、晶体结构、微观形貌、粒径分布、相变温度和相变焓进行表征。结果表明：当H-PA-LA用量为0.06 mol时，所制备的H-PA-LA/SiO2三元相变体系复合材料在人体舒适度范围内具有良好的热湿综合性能，即相对湿度为40%~65%时，平衡含湿量为0.07~0.10 g/g，相变温度为26.29℃，相变焓为70.55 J/g。
2016, 33(12): 2877-2883.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160126.003
摘要:
为获得高性能热结构复合材料，以国产T300碳纤维为原料，通过碳布预浸料交替铺层热压及液相浸渍裂解工艺方法制备了一系列二维碳/碳复合材料，并对二维碳/碳复合材料的微观结构特征、力学性能及烧蚀性能进行了测试与分析。研究结果表明：碳布规格及制备工艺对二维碳/碳复合材料力学性能有较大影响，当碳布规格选用八枚缎纹、经过碳化预处理且高温处理温度达到2 300℃时，二维碳/碳复合材料表现出较好的综合性能，拉伸强度和层间剪切强度的最大值分别高达301 MPa和12.4 MPa，达到了国际先进水平；在模拟典型服役环境考核状态下，制备的不同规格二维碳/碳复合材料的烧蚀性能基本相当，均未出现由于层间强度偏低而发生的烧蚀揭层现象，表现出较好的烧蚀均匀性和结构可靠性。
为获得高性能热结构复合材料，以国产T300碳纤维为原料，通过碳布预浸料交替铺层热压及液相浸渍裂解工艺方法制备了一系列二维碳/碳复合材料，并对二维碳/碳复合材料的微观结构特征、力学性能及烧蚀性能进行了测试与分析。研究结果表明：碳布规格及制备工艺对二维碳/碳复合材料力学性能有较大影响，当碳布规格选用八枚缎纹、经过碳化预处理且高温处理温度达到2 300℃时，二维碳/碳复合材料表现出较好的综合性能，拉伸强度和层间剪切强度的最大值分别高达301 MPa和12.4 MPa，达到了国际先进水平；在模拟典型服役环境考核状态下，制备的不同规格二维碳/碳复合材料的烧蚀性能基本相当，均未出现由于层间强度偏低而发生的烧蚀揭层现象，表现出较好的烧蚀均匀性和结构可靠性。
2016, 33(12): 2884-2892.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160324.002
摘要:
3D打印技术的发展使复杂梯度结构的制造更加容易，有必要对复杂梯度问题的求解开展研究；目前，关于梁结构模量沿轴向或厚度方向梯度变化问题的研究已经较多，但对模量沿2个方向同时变化的研究较少。因此，通过复数形式傅里叶分解的方法对模量以指数形式沿厚度方向和轴向同时变化梯度平面复合梁问题进行了求解。首先，采用弹性力学半逆解法得到了问题的四阶变系数偏微分控制方程的通解；然后，利用级数展开，求解了对称载荷作用下该梁的特解；最后，通过与有限元结果进行对比，说明了级数解的正确性。结果表明：当梯度双向变化时，梁结构的应力分布和变形情况更加复杂，模量较高的位置应力较大，而模量较低的位置应力较小。提出的级数解还可推广至其他相关的梯度双向变化非均匀平面和半平面问题的研究。
3D打印技术的发展使复杂梯度结构的制造更加容易，有必要对复杂梯度问题的求解开展研究；目前，关于梁结构模量沿轴向或厚度方向梯度变化问题的研究已经较多，但对模量沿2个方向同时变化的研究较少。因此，通过复数形式傅里叶分解的方法对模量以指数形式沿厚度方向和轴向同时变化梯度平面复合梁问题进行了求解。首先，采用弹性力学半逆解法得到了问题的四阶变系数偏微分控制方程的通解；然后，利用级数展开，求解了对称载荷作用下该梁的特解；最后，通过与有限元结果进行对比，说明了级数解的正确性。结果表明：当梯度双向变化时，梁结构的应力分布和变形情况更加复杂，模量较高的位置应力较大，而模量较低的位置应力较小。提出的级数解还可推广至其他相关的梯度双向变化非均匀平面和半平面问题的研究。
2016, 33(12): 2893-2904.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160229.002
摘要:
以四氯化钛为钛源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、氯铂酸为掺杂离子、导电碳毡为载体，通过水热合成法制得液晶-Pt离子-无机物钛前驱体溶液，在超声波辅助下采用浸渍提拉法进行负载，在氮气保护下焙烧得到导电碳毡负载铂掺杂介孔TiO2（TiO2-Pt/CCF）光电极，利用现代表征手段对材料结构进行表征。以苯甲醛为目标降解物，对材料的光电催化活性进行研究，并分析了光电协同机制。结果表明：介孔化处理提高了TiO2-Pt/CCF的比表面积，增大了降解反应的有效面积和催化剂表面降解物浓度；金属离子掺杂引入了杂质能级，减小了TiO2的能带隙，同时，Pt充当着光生电子-空穴捕获阱，阻止电子-空穴对的复合，提高了TiO2-Pt/CCF的光电催化效率；TiO2固载化提高了对目标降解物的吸附和表面电子转移。在多功能的协同改性下，TiO2-Pt/CCF比无孔TiO2/CCF和介孔TiO2/CCF有更高的催化活性。
以四氯化钛为钛源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、氯铂酸为掺杂离子、导电碳毡为载体，通过水热合成法制得液晶-Pt离子-无机物钛前驱体溶液，在超声波辅助下采用浸渍提拉法进行负载，在氮气保护下焙烧得到导电碳毡负载铂掺杂介孔TiO2（TiO2-Pt/CCF）光电极，利用现代表征手段对材料结构进行表征。以苯甲醛为目标降解物，对材料的光电催化活性进行研究，并分析了光电协同机制。结果表明：介孔化处理提高了TiO2-Pt/CCF的比表面积，增大了降解反应的有效面积和催化剂表面降解物浓度；金属离子掺杂引入了杂质能级，减小了TiO2的能带隙，同时，Pt充当着光生电子-空穴捕获阱，阻止电子-空穴对的复合，提高了TiO2-Pt/CCF的光电催化效率；TiO2固载化提高了对目标降解物的吸附和表面电子转移。在多功能的协同改性下，TiO2-Pt/CCF比无孔TiO2/CCF和介孔TiO2/CCF有更高的催化活性。
2016, 33(12): 2905-2910.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160219.004
摘要:
由于钠离子半径比锂离子半径大70%，使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难，需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料，采用Hummers法制备氧化石墨烯；在此基础上以钛酸丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备了TiO2前驱体/氧化石墨烯（TiO2/GO）复合材料，通过热处理获得锐钛矿型TiO2/还原氧化石墨烯（TiO2/RGO）复合材料。电化学测试结果表明：TiO2含量为15wt%的TiO2/RGO复合材料在电流密度为20 mA·g-1下的首次放电比容量为74.08 mAh·g-1，随着循环次数的增加，放电比容量逐渐增大，循环50次后达109.10 mAh·g-1；充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势，循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43 mAh·g-1，循环50次后仅为20.47 mAh·g-1。
由于钠离子半径比锂离子半径大70%，使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难，需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料，采用Hummers法制备氧化石墨烯；在此基础上以钛酸丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备了TiO2前驱体/氧化石墨烯（TiO2/GO）复合材料，通过热处理获得锐钛矿型TiO2/还原氧化石墨烯（TiO2/RGO）复合材料。电化学测试结果表明：TiO2含量为15wt%的TiO2/RGO复合材料在电流密度为20 mA·g-1下的首次放电比容量为74.08 mAh·g-1，随着循环次数的增加，放电比容量逐渐增大，循环50次后达109.10 mAh·g-1；充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势，循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43 mAh·g-1，循环50次后仅为20.47 mAh·g-1。
2016, 33(12): 2911-2917.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160317.005
摘要:
基于变分渐近均匀化理论框架建立表征线性黏弹性聚合物基复合材料有效蠕变响应和宏观应力-应变行为的细观力学模型。从线性黏弹性聚合物基复合材料本构方程中构建能量泛函变分表达式出发，采用变分渐近法求解线性黏弹性聚合物基复合材料的有效蠕变柔度系数，并以此为基础计算聚合物基复合材料的时变和单轴拉伸行为。通过算例验证了构建模型的适用性和准确性。由于所有计算均在时间域内完成，不再需要传统线黏弹性复合材料使用的Laplace转换和反演，计算效率大为提高。
基于变分渐近均匀化理论框架建立表征线性黏弹性聚合物基复合材料有效蠕变响应和宏观应力-应变行为的细观力学模型。从线性黏弹性聚合物基复合材料本构方程中构建能量泛函变分表达式出发，采用变分渐近法求解线性黏弹性聚合物基复合材料的有效蠕变柔度系数，并以此为基础计算聚合物基复合材料的时变和单轴拉伸行为。通过算例验证了构建模型的适用性和准确性。由于所有计算均在时间域内完成，不再需要传统线黏弹性复合材料使用的Laplace转换和反演，计算效率大为提高。
2016, 33(12): 2918-2930.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.001
摘要:
针对中国缺少T800级复合材料螺栓连接设计参数的问题，发展一种综合连续损伤力学（CDM）和工程算法的单剪连接强度估算策略，以替代试验，降低研究周期和成本。在该强度估算策略中，首先建立试件的CDM有限元模型，通过数值模拟得到单剪螺栓连接的设计参数，包括单剪挤压强度修正系数、无缺口层合板拉伸强度和应力集中减缓因子等。随后根据上述参数，建立工程算法，估算复合材料单剪螺栓连接的最终挤压强度。结果表明：通过该策略得到的T800级复合材料螺栓连接设计参数和强度估算结果与试验结果有较好的一致性，说明该强度估算策略的可行性。
针对中国缺少T800级复合材料螺栓连接设计参数的问题，发展一种综合连续损伤力学（CDM）和工程算法的单剪连接强度估算策略，以替代试验，降低研究周期和成本。在该强度估算策略中，首先建立试件的CDM有限元模型，通过数值模拟得到单剪螺栓连接的设计参数，包括单剪挤压强度修正系数、无缺口层合板拉伸强度和应力集中减缓因子等。随后根据上述参数，建立工程算法，估算复合材料单剪螺栓连接的最终挤压强度。结果表明：通过该策略得到的T800级复合材料螺栓连接设计参数和强度估算结果与试验结果有较好的一致性，说明该强度估算策略的可行性。
2016, 33(12): 2931-2940.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160321.002
摘要:
采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土，测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度，并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外，测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明：所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势，800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势，800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降，800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下，100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂，单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂，但不能避免爆裂的发生，而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下，混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。
采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土，测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度，并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外，测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明：所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势，800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势，800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降，800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下，100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂，单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂，但不能避免爆裂的发生，而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下，混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。
2016, 33(12): 2941-2951.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160302.001
摘要:
五水硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O）相变储能材料具有较高的相变潜热、储能密度等，但Na2S2O3·5H2O存在过冷和相分离，性能较不稳定。添加成核剂K2SO4、CaSO4·2H2O、Na4P2O7·10H2O和强化传热材料膨胀石墨（EG）进行改性，制备得到性能稳定的EG/Na2S2O3·5H2O相变储能复合材料。测试结果显示：K2SO4对Na2S2O3·5H2O的成核性较差，CaSO4·2H2O、Na4P2O7·10H2O均有较好的成核作用，可明显降低Na2S2O3·5H2O过冷度，但CaSO4·2H2O体系不稳定，添加3.0%质量分数的Na4P2O7·10H2O可使Na2S2O3·5H2O过冷度降低至1℃以内，0.5%~2.0%质量分数的EG可使其过冷度降低至2℃左右，7.0%质量分数的EG可完全消除体系的相分离。复合相变材料的较优组成为7.0%的EG、3.0%的Na4P2O7·10H2O和90.0%的Na2S2O3·5H2O。此时，EG/Na4P2O7·10H2O/Na2S2O3·5H2O复合材料相变潜热为192.5 kJ·kg-1，相变时无液态泄露，无相分离，储热时间比纯物质缩短22.3%，放热较快。
五水硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O）相变储能材料具有较高的相变潜热、储能密度等，但Na2S2O3·5H2O存在过冷和相分离，性能较不稳定。添加成核剂K2SO4、CaSO4·2H2O、Na4P2O7·10H2O和强化传热材料膨胀石墨（EG）进行改性，制备得到性能稳定的EG/Na2S2O3·5H2O相变储能复合材料。测试结果显示：K2SO4对Na2S2O3·5H2O的成核性较差，CaSO4·2H2O、Na4P2O7·10H2O均有较好的成核作用，可明显降低Na2S2O3·5H2O过冷度，但CaSO4·2H2O体系不稳定，添加3.0%质量分数的Na4P2O7·10H2O可使Na2S2O3·5H2O过冷度降低至1℃以内，0.5%~2.0%质量分数的EG可使其过冷度降低至2℃左右，7.0%质量分数的EG可完全消除体系的相分离。复合相变材料的较优组成为7.0%的EG、3.0%的Na4P2O7·10H2O和90.0%的Na2S2O3·5H2O。此时，EG/Na4P2O7·10H2O/Na2S2O3·5H2O复合材料相变潜热为192.5 kJ·kg-1，相变时无液态泄露，无相分离，储热时间比纯物质缩短22.3%，放热较快。
2016, 33(12): 2952-2960.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.003
摘要:
研究了激发剂、固化温度等外部因素对地聚物力学性能的影响及其机制，以NaOH和Na2SiO3作为激发剂，通过正交试验考察了偏高岭土基地聚物的力学性能对激发剂模数、激发剂浓度、固化温度和固化时间等影响因素的敏感性。通过微量热、红外光谱和扫描电镜-能谱方法分析了激发剂浓度影响聚合反应过程及地聚物性能的作用机理。试验结果表明：激发剂浓度是影响地聚物力学性能的最关键因素，地聚物抗压强度随激发剂浓度增加而提高；次关键因素是激发剂模数，地聚物强度随激发剂模数增大而降低。随着激发剂浓度增大，聚合反应逐渐充分，地聚物力学性能也随之提高；激发剂浓度为80%时聚合反应趋向完全，地聚物强度提高到99.98 MPa，生成物Si/Al大于1。
研究了激发剂、固化温度等外部因素对地聚物力学性能的影响及其机制，以NaOH和Na2SiO3作为激发剂，通过正交试验考察了偏高岭土基地聚物的力学性能对激发剂模数、激发剂浓度、固化温度和固化时间等影响因素的敏感性。通过微量热、红外光谱和扫描电镜-能谱方法分析了激发剂浓度影响聚合反应过程及地聚物性能的作用机理。试验结果表明：激发剂浓度是影响地聚物力学性能的最关键因素，地聚物抗压强度随激发剂浓度增加而提高；次关键因素是激发剂模数，地聚物强度随激发剂模数增大而降低。随着激发剂浓度增大，聚合反应逐渐充分，地聚物力学性能也随之提高；激发剂浓度为80%时聚合反应趋向完全，地聚物强度提高到99.98 MPa，生成物Si/Al大于1。
