2020年 第37卷 第3期
2020, 37(3): 493-503.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190911.003
摘要:
为了获得一种去除重金属Cr（Ⅵ）的高性能吸附材料，在原位化学聚合过程中滴加Na2CO3对产物的氧化态进行调节，室温条件下成功制备了埃洛石纳米管/聚间苯二胺（HNTs/PmPD）复合材料。采用SEM、TGA、EDS、Brunauer-Emmett-Teller比表面积分析（BET）、电感耦合等离子体质谱分析（ICP-MS）、FTIR和Zeta电位分析（Zeta）等对HNTs/PmPD复合材料性能和表面结构进行表征。同时，还研究了pH值、时间、初始浓度和温度等实验参数对HNTs/PmPD复合材料的去除Cr（Ⅵ）效果的影响。通过动力学和等温线模型对HNTs/PmPD复合材料吸附Cr（Ⅵ）的实验数据进行了拟合评估。HNTs/PmPD复合材料具有优异的Cr（Ⅵ）去除能力及良好的沉降分离和循环再生性能，室温下的Cr（Ⅵ）吸附容量可达到855.66 mg·g-1以上。研究表明，存在于HNTs/PmPD复合材料表面的大量氨基和亚胺基是去除Cr（Ⅵ）的主要活性位点。HNTs/PmPD复合材料性能优异，在含Cr（Ⅵ）废水治理领域具有广阔的应用前景。
为了获得一种去除重金属Cr（Ⅵ）的高性能吸附材料，在原位化学聚合过程中滴加Na2CO3对产物的氧化态进行调节，室温条件下成功制备了埃洛石纳米管/聚间苯二胺（HNTs/PmPD）复合材料。采用SEM、TGA、EDS、Brunauer-Emmett-Teller比表面积分析（BET）、电感耦合等离子体质谱分析（ICP-MS）、FTIR和Zeta电位分析（Zeta）等对HNTs/PmPD复合材料性能和表面结构进行表征。同时，还研究了pH值、时间、初始浓度和温度等实验参数对HNTs/PmPD复合材料的去除Cr（Ⅵ）效果的影响。通过动力学和等温线模型对HNTs/PmPD复合材料吸附Cr（Ⅵ）的实验数据进行了拟合评估。HNTs/PmPD复合材料具有优异的Cr（Ⅵ）去除能力及良好的沉降分离和循环再生性能，室温下的Cr（Ⅵ）吸附容量可达到855.66 mg·g-1以上。研究表明，存在于HNTs/PmPD复合材料表面的大量氨基和亚胺基是去除Cr（Ⅵ）的主要活性位点。HNTs/PmPD复合材料性能优异，在含Cr（Ⅵ）废水治理领域具有广阔的应用前景。
2020, 37(3): 504-511.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190505.001
摘要:
应用水热合成法制备了来瓦希尔骨架材料（MIL-101（Cr）），通过后磺化法将磺酸（SO3H）基团引入MIL-101（Cr）的笼状结构中，得到具有质子传导功能的MIL-101（Cr）-SO3H。FTIR结果表明，磺酸基团成功引入到MIL-101（Cr）中。SEM和XRD结果表明，磺化前后材料的粒径在纳米尺寸范围，且MIL-101（Cr）-SO3H颗粒的晶体结构无坍塌。元素分析结果表明，MIL-101（Cr）-SO3H的磺化度为0.36。然后将MIL-101（Cr）-SO3H掺杂到磺化酚酞侧基聚芳醚砜（SPES-C）中制备了MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C燃料电池用杂化质子交换膜。SEM结果说明，MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜内MIL-101（Cr）-SO3H分散均匀，SPES-C与MIL-101（Cr）-SO3H两相相容性较好，膜内无缺陷。TGA分析结果表明，MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜热稳定性优良。MIL-101（Cr）-SO3H的引入可以提高MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜吸水率并降低甲醇渗透性。随填充物MIL-101（Cr）-SO3H的含量增加和测试温度升高，MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜的质子传导率随之增大。当温度为80℃时，MIL-101（Cr）-SO3H填充量为5wt%的MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜的质子传导率达到0.162 S·cm-1，比商用Nafion膜的质子传导率（0.134 S·cm-1）提高了20.1%。
应用水热合成法制备了来瓦希尔骨架材料（MIL-101（Cr）），通过后磺化法将磺酸（SO3H）基团引入MIL-101（Cr）的笼状结构中，得到具有质子传导功能的MIL-101（Cr）-SO3H。FTIR结果表明，磺酸基团成功引入到MIL-101（Cr）中。SEM和XRD结果表明，磺化前后材料的粒径在纳米尺寸范围，且MIL-101（Cr）-SO3H颗粒的晶体结构无坍塌。元素分析结果表明，MIL-101（Cr）-SO3H的磺化度为0.36。然后将MIL-101（Cr）-SO3H掺杂到磺化酚酞侧基聚芳醚砜（SPES-C）中制备了MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C燃料电池用杂化质子交换膜。SEM结果说明，MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜内MIL-101（Cr）-SO3H分散均匀，SPES-C与MIL-101（Cr）-SO3H两相相容性较好，膜内无缺陷。TGA分析结果表明，MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜热稳定性优良。MIL-101（Cr）-SO3H的引入可以提高MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜吸水率并降低甲醇渗透性。随填充物MIL-101（Cr）-SO3H的含量增加和测试温度升高，MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜的质子传导率随之增大。当温度为80℃时，MIL-101（Cr）-SO3H填充量为5wt%的MIL-101（Cr）-SO3H/SPES-C杂化膜的质子传导率达到0.162 S·cm-1，比商用Nafion膜的质子传导率（0.134 S·cm-1）提高了20.1%。
2020, 37(3): 512-518.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190521.001
摘要:
以合成的双环氧基笼型倍半硅氧烷（EP-DDSQ）为改性剂，对双酚A型氰酸酯树脂（CE）进行改性，制备EP-DDSQ/CE复合材料。结果表明，EP-DDSQ加快了EP-DDSQ/CE复合材料的固化反应速率。当EP-DDSQ添加量为1wt%时，EP-DDSQ/CE复合材料冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别达到16.9 kJ/m2、123.6 MPa和3.37 GPa，比纯CE分别提高了80.5%、21.6%和14.0%，说明适量的EP-DDSQ能够同时提高EP-DDSQ/CE复合材料的韧性和强度。动态力学分析和热重分析结果表明，在EP-DDSQ添加适量时，EP-DDSQ/CE复合材料的玻璃化转变温度、初始分解温度和质量保持率有所提高，最大分解温度基本保持不变。介电性能分析结果表明，EP-DDSQ/CE复合材料的介电常数和介电损耗呈降低趋势，说明EP-DDSQ的加入赋予了EP-DDSQ/CE复合材料更优异的介电性能。
以合成的双环氧基笼型倍半硅氧烷（EP-DDSQ）为改性剂，对双酚A型氰酸酯树脂（CE）进行改性，制备EP-DDSQ/CE复合材料。结果表明，EP-DDSQ加快了EP-DDSQ/CE复合材料的固化反应速率。当EP-DDSQ添加量为1wt%时，EP-DDSQ/CE复合材料冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别达到16.9 kJ/m2、123.6 MPa和3.37 GPa，比纯CE分别提高了80.5%、21.6%和14.0%，说明适量的EP-DDSQ能够同时提高EP-DDSQ/CE复合材料的韧性和强度。动态力学分析和热重分析结果表明，在EP-DDSQ添加适量时，EP-DDSQ/CE复合材料的玻璃化转变温度、初始分解温度和质量保持率有所提高，最大分解温度基本保持不变。介电性能分析结果表明，EP-DDSQ/CE复合材料的介电常数和介电损耗呈降低趋势，说明EP-DDSQ的加入赋予了EP-DDSQ/CE复合材料更优异的介电性能。
2020, 37(3): 519-529.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190523.001
摘要:
以3，4'-氧双邻苯二甲酸酐、1，3-双（氨丙烷基）四甲基二硅醚和间氨基苯乙炔或对氨基苯基炔丙基醚为原料，合成了六种端炔基遥爪型聚酰亚胺（API），采用模压成型制备了T300碳纤维布增强API（T300碳布/API）复合材料。利用FTIR、1H NMR、DSC、TGA、DMA等方法研究了API树脂及T300碳布/API复合材料的结构和性能。结果表明，六种API树脂溶解性良好，其加工窗口随分子量的增加而变宽，端炔丙氧基API（API-e）树脂的加工性能优于端乙炔基API（API-a）树脂；API树脂固化物的热稳定性随分子量的增加而降低，API-a树脂固化物5%热失重温度（Td5）和800℃残留率高于API-e固化物，分别为473.7℃和48.8%；T300碳布/API复合材料的玻璃化转变温度可达220℃以上，其力学性能随其分子量的增加而提高，T300碳布/API-e复合材料在室温和200℃的力学性能均优于T300碳布/API-a复合材料。室温下T300碳布/API-e复合材料的弯曲强度为636.5 MPa，拉伸强度为406.1 MPa，层间剪切强度（ILSS）为48.4 MPa，在200℃的弯曲强度和ILSS分别为381.9 MPa和33.9 MPa。
以3，4'-氧双邻苯二甲酸酐、1，3-双（氨丙烷基）四甲基二硅醚和间氨基苯乙炔或对氨基苯基炔丙基醚为原料，合成了六种端炔基遥爪型聚酰亚胺（API），采用模压成型制备了T300碳纤维布增强API（T300碳布/API）复合材料。利用FTIR、1H NMR、DSC、TGA、DMA等方法研究了API树脂及T300碳布/API复合材料的结构和性能。结果表明，六种API树脂溶解性良好，其加工窗口随分子量的增加而变宽，端炔丙氧基API（API-e）树脂的加工性能优于端乙炔基API（API-a）树脂；API树脂固化物的热稳定性随分子量的增加而降低，API-a树脂固化物5%热失重温度（Td5）和800℃残留率高于API-e固化物，分别为473.7℃和48.8%；T300碳布/API复合材料的玻璃化转变温度可达220℃以上，其力学性能随其分子量的增加而提高，T300碳布/API-e复合材料在室温和200℃的力学性能均优于T300碳布/API-a复合材料。室温下T300碳布/API-e复合材料的弯曲强度为636.5 MPa，拉伸强度为406.1 MPa，层间剪切强度（ILSS）为48.4 MPa，在200℃的弯曲强度和ILSS分别为381.9 MPa和33.9 MPa。
2020, 37(3): 530-538.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190620.002
摘要:
将生物质可再生资源木质素（Lig）和一种P-N-B系阻燃剂单独或复配使用添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）混合物中，通过挤出成型的方式制备Lig-WF/HDPE复合材料，探究了Lig对阻燃型Lig-WF/HDPE复合材料阻燃性能的影响。锥形量热仪测试结果表明，Lig的加入能有效降低Lig-WF/HDPE复合材料的热释放速率，提高残余物质量。Lig添加量为15wt%时Lig-WF/HDPE复合材料的阻燃效果最佳，但发烟量较大。Lig与P-N-B系阻燃剂复配使用可使（P-N-B）-Lig-WF/HDPE复合材料的发烟量明显降低，阻燃性能进一步提高。Lig添加量为5wt%、P-N-B系阻燃剂添加量为10wt%时，（P-N-B）-Lig-WF/HDPE复合材料的极限氧指数从未添加阻燃剂WF/HDPE复合材料的24.3提高到27.3，且力学性能较两种阻燃剂单独使用时有提升。
将生物质可再生资源木质素（Lig）和一种P-N-B系阻燃剂单独或复配使用添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）混合物中，通过挤出成型的方式制备Lig-WF/HDPE复合材料，探究了Lig对阻燃型Lig-WF/HDPE复合材料阻燃性能的影响。锥形量热仪测试结果表明，Lig的加入能有效降低Lig-WF/HDPE复合材料的热释放速率，提高残余物质量。Lig添加量为15wt%时Lig-WF/HDPE复合材料的阻燃效果最佳，但发烟量较大。Lig与P-N-B系阻燃剂复配使用可使（P-N-B）-Lig-WF/HDPE复合材料的发烟量明显降低，阻燃性能进一步提高。Lig添加量为5wt%、P-N-B系阻燃剂添加量为10wt%时，（P-N-B）-Lig-WF/HDPE复合材料的极限氧指数从未添加阻燃剂WF/HDPE复合材料的24.3提高到27.3，且力学性能较两种阻燃剂单独使用时有提升。
2020, 37(3): 539-545.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190527.002
摘要:
为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能，采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法，将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板，分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明，随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm，CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小，厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm，导电性能提高了约5倍；随着温度升高，CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降，厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板；在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性，表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力，从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。
为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能，采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法，将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板，分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明，随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm，CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小，厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm，导电性能提高了约5倍；随着温度升高，CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降，厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板；在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性，表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力，从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。
2020, 37(3): 546-552.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190917.005
摘要:
采用熔融共混法制备BN纤维-石墨烯微片/聚丙烯（BN纤维-GNP/PP）高导热绝缘复合材料，结合有限元模拟、SEM、XRD、导热导电测试结果，探究了BN纤维含量和长度对BN纤维-GNP/PP复合材料导热绝缘性能的影响。结果表明：BN纤维-GNP/PP复合材料中BN纤维含量和长度的增加可增大GNP分布范围，增大BN纤维与GNP的接触概率；在GNP含量为7wt%、100 μm BN纤维含量为20wt%时BN纤维-GNP/PP复合材料的热导率较PP提高了4.2倍，同时电绝缘性略有提高。模拟结果表明，高含量100 μm BN纤维的加入使BN纤维-GNP/PP复合材料导热网络的构建趋于完整，局部热通量较低的区域减少。片状GNP与纤维状BN二相填料的"协同效应"，使GNP和BN纤维分别作为"岛"和"桥"形成了一种特殊的"双网络"结构，BN纤维作为高导热"桥"阻隔了相邻GNP间导电通路的形成，从而提高了BN纤维-GNP/PP复合材料的导热绝缘性能。
采用熔融共混法制备BN纤维-石墨烯微片/聚丙烯（BN纤维-GNP/PP）高导热绝缘复合材料，结合有限元模拟、SEM、XRD、导热导电测试结果，探究了BN纤维含量和长度对BN纤维-GNP/PP复合材料导热绝缘性能的影响。结果表明：BN纤维-GNP/PP复合材料中BN纤维含量和长度的增加可增大GNP分布范围，增大BN纤维与GNP的接触概率；在GNP含量为7wt%、100 μm BN纤维含量为20wt%时BN纤维-GNP/PP复合材料的热导率较PP提高了4.2倍，同时电绝缘性略有提高。模拟结果表明，高含量100 μm BN纤维的加入使BN纤维-GNP/PP复合材料导热网络的构建趋于完整，局部热通量较低的区域减少。片状GNP与纤维状BN二相填料的"协同效应"，使GNP和BN纤维分别作为"岛"和"桥"形成了一种特殊的"双网络"结构，BN纤维作为高导热"桥"阻隔了相邻GNP间导电通路的形成，从而提高了BN纤维-GNP/PP复合材料的导热绝缘性能。
2020, 37(3): 553-561.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190611.006
摘要:
采用三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）作为阻燃剂，加入到竹纤维/聚丙烯（BF/PP）复合毡中，制备MPP-BF/PP复合材料。采用力学测试和SEM研究MPP对MPP-BF/PP复合材料力学性能和微观形貌的影响；采用极限氧指数（LOI）、热失重（TG）和吸水率为指标研究MPP对MPP-BF/PP复合材料阻燃性、热稳定性和耐水性的影响。测试表明：MPP的质量分数小于30wt%时，MPP-BF/PP复合材料弯曲强度和冲击强度随MPP质量分数的增加先增大后减小，当MPP质量分数达到5wt%时，MPP-BF/PP复合材料呈现出最佳的弯曲强度和冲击强度；MPP在MPP-BF/PP复合材料内部均匀分布，而随着MPP质量分数的增加，MPP-BF/PP复合材料断裂面的粗糙度明显提高，即MPP与PP界面相容性变差，使其力学性能降低。LOI测试结果表明，MPP可以有效提高MPP-BF/PP复合材料的阻燃性能，当MPP质量分数为30wt%时，MPP-BF/PP复合材料LOI达到24.3%。热失重测试表明，MPP的加入可提高MPP-BF/PP复合材料的热分解温度，促进其残炭率明显增大，有利于提高MPP-BF/PP复合材料阻燃性能。耐水性能测试结果表明，MPP质量分数小于20wt%时，MPP对MPP-BF/PP复合材料的耐水性能没有明显影响。采用模糊综合评价法分析表明，MPP质量分数为10wt%时，MPP-BF/PP复合材料性能最优。
采用三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）作为阻燃剂，加入到竹纤维/聚丙烯（BF/PP）复合毡中，制备MPP-BF/PP复合材料。采用力学测试和SEM研究MPP对MPP-BF/PP复合材料力学性能和微观形貌的影响；采用极限氧指数（LOI）、热失重（TG）和吸水率为指标研究MPP对MPP-BF/PP复合材料阻燃性、热稳定性和耐水性的影响。测试表明：MPP的质量分数小于30wt%时，MPP-BF/PP复合材料弯曲强度和冲击强度随MPP质量分数的增加先增大后减小，当MPP质量分数达到5wt%时，MPP-BF/PP复合材料呈现出最佳的弯曲强度和冲击强度；MPP在MPP-BF/PP复合材料内部均匀分布，而随着MPP质量分数的增加，MPP-BF/PP复合材料断裂面的粗糙度明显提高，即MPP与PP界面相容性变差，使其力学性能降低。LOI测试结果表明，MPP可以有效提高MPP-BF/PP复合材料的阻燃性能，当MPP质量分数为30wt%时，MPP-BF/PP复合材料LOI达到24.3%。热失重测试表明，MPP的加入可提高MPP-BF/PP复合材料的热分解温度，促进其残炭率明显增大，有利于提高MPP-BF/PP复合材料阻燃性能。耐水性能测试结果表明，MPP质量分数小于20wt%时，MPP对MPP-BF/PP复合材料的耐水性能没有明显影响。采用模糊综合评价法分析表明，MPP质量分数为10wt%时，MPP-BF/PP复合材料性能最优。
2020, 37(3): 562-572.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190625.002
摘要:
针对特高压气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）用Al2O3/环氧树脂（EP）复合材料，采用非等温差示扫描量热（DSC）法研究了Al2O3/EP复合材料的固化行为，对其DSC曲线进行分峰处理，利用等转化率方法求得不同反应阶段的表观活化能。根据Málek判据得到Al2O3/EP复合材料的固化行为符合的模型类型，并求得不同反应阶段的各个动力学参数及固化动力学方程。利用SEM观察Al2O3/EP复合材料的微观形貌，通过动态热力学分析仪（DMA）分析其动态热力学性能和高温蠕变性能，利用时温等效预测了Al2O3/EP复合材料的长时蠕变行为。结果表明，DSC热流曲线表现为双峰分布；Al2O3/EP复合材料的两个反应阶段的表观活化能分别为35.3 kJ/mol及48.1 kJ/mol，Sestak-Berggren自催化模型能够很好地描述Al2O3/EP复合材料体系在不同固化阶段的固化行为。Al2O3颗粒均匀分散于树脂基体中，填料的加入使裂纹发生偏转。Al2O3/EP复合材料的储能模量（E'）随温度的升高而降低，损耗因子（tanδ）峰值对应的玻璃化转变温度（Tg）为120.03℃。Al2O3/EP复合材料的抗蠕变性能随着拉伸应力和温度的增加而减弱，随着时间的延长，其蠕变速率减小。
针对特高压气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）用Al2O3/环氧树脂（EP）复合材料，采用非等温差示扫描量热（DSC）法研究了Al2O3/EP复合材料的固化行为，对其DSC曲线进行分峰处理，利用等转化率方法求得不同反应阶段的表观活化能。根据Málek判据得到Al2O3/EP复合材料的固化行为符合的模型类型，并求得不同反应阶段的各个动力学参数及固化动力学方程。利用SEM观察Al2O3/EP复合材料的微观形貌，通过动态热力学分析仪（DMA）分析其动态热力学性能和高温蠕变性能，利用时温等效预测了Al2O3/EP复合材料的长时蠕变行为。结果表明，DSC热流曲线表现为双峰分布；Al2O3/EP复合材料的两个反应阶段的表观活化能分别为35.3 kJ/mol及48.1 kJ/mol，Sestak-Berggren自催化模型能够很好地描述Al2O3/EP复合材料体系在不同固化阶段的固化行为。Al2O3颗粒均匀分散于树脂基体中，填料的加入使裂纹发生偏转。Al2O3/EP复合材料的储能模量（E'）随温度的升高而降低，损耗因子（tanδ）峰值对应的玻璃化转变温度（Tg）为120.03℃。Al2O3/EP复合材料的抗蠕变性能随着拉伸应力和温度的增加而减弱，随着时间的延长，其蠕变速率减小。
2020, 37(3): 573-580.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190705.001
摘要:
从工程化应用角度研究了常压空气等离子体改性对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维/环氧树脂复合材料界面性能的调节机制，主要分析了不同处理时间对UHMWPE纤维表面状态变化的影响，及其对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面黏结性能的影响规律。采用SEM及纤维吸水测试研究了等离子体处理对UHMWPE纤维表面物理形貌及纤维表面浸润性能的影响，分别以拉伸和弯曲的方式，通过纤维表面脱黏力及层合板层间剪切强度对UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面黏结性能进行表征。结果表明，仅经过4 s的空气等离子体处理之后，UHMWPE纤维表面脱黏力的提高幅度为84.0%，UHMWPE/环氧树脂复合材料层合板的层间剪切强度由未处理的7.01 MPa提高至15.81 MPa，增幅高达125.5%。研究发现，通过常压空气等离子体处理改变了UHMWPE纤维的表面状态，可以显著高效地调节UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面性能，为扩大该材料的后续工程化应用提供了理论基础。
从工程化应用角度研究了常压空气等离子体改性对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维/环氧树脂复合材料界面性能的调节机制，主要分析了不同处理时间对UHMWPE纤维表面状态变化的影响，及其对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面黏结性能的影响规律。采用SEM及纤维吸水测试研究了等离子体处理对UHMWPE纤维表面物理形貌及纤维表面浸润性能的影响，分别以拉伸和弯曲的方式，通过纤维表面脱黏力及层合板层间剪切强度对UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面黏结性能进行表征。结果表明，仅经过4 s的空气等离子体处理之后，UHMWPE纤维表面脱黏力的提高幅度为84.0%，UHMWPE/环氧树脂复合材料层合板的层间剪切强度由未处理的7.01 MPa提高至15.81 MPa，增幅高达125.5%。研究发现，通过常压空气等离子体处理改变了UHMWPE纤维的表面状态，可以显著高效地调节UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面性能，为扩大该材料的后续工程化应用提供了理论基础。
2020, 37(3): 581-590.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190611.005
摘要:
为了改善Ti/反应型聚酰亚胺（PMR）树脂界面的黏结强度，从而提高Ti-碳纤维（CF）/PMR超混杂层板的力学性能，本文探究了添加多壁碳纳米管（MWCNTs）对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。将不同质量分数（0wt%、2.5wt%、5.0wt%和7.5wt%）的MWCNTs利用超声分散法均匀分散于PMR树脂中，随后进行Ⅰ型断裂韧性试验，探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板界面性能的影响，最后选取最优含量的MWCNTs同时添加到PMR胶层和CF/PMR树脂中，并进行弯曲试验，探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。通过SEM观察和分析了相应的失效模式和增强机制。结果表明：当MWCNTs含量为5.0wt%时，Ⅰ型层间断裂韧性提高了74%；同时添加5.0wt% MWCNTs于PMR胶层和CF/PMR复合材料树脂中，Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能较未添加MWCNTs提高了42%。这是由于MWCNTs在PMR胶层和CF/PMR树脂中的分布均匀性较高，且能分散并承受界面层转移到纤维层的载荷，并利用自身拔出、断裂、桥接、脱黏来吸收并消耗断裂能量，进一步提升Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能。
为了改善Ti/反应型聚酰亚胺（PMR）树脂界面的黏结强度，从而提高Ti-碳纤维（CF）/PMR超混杂层板的力学性能，本文探究了添加多壁碳纳米管（MWCNTs）对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。将不同质量分数（0wt%、2.5wt%、5.0wt%和7.5wt%）的MWCNTs利用超声分散法均匀分散于PMR树脂中，随后进行Ⅰ型断裂韧性试验，探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板界面性能的影响，最后选取最优含量的MWCNTs同时添加到PMR胶层和CF/PMR树脂中，并进行弯曲试验，探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。通过SEM观察和分析了相应的失效模式和增强机制。结果表明：当MWCNTs含量为5.0wt%时，Ⅰ型层间断裂韧性提高了74%；同时添加5.0wt% MWCNTs于PMR胶层和CF/PMR复合材料树脂中，Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能较未添加MWCNTs提高了42%。这是由于MWCNTs在PMR胶层和CF/PMR树脂中的分布均匀性较高，且能分散并承受界面层转移到纤维层的载荷，并利用自身拔出、断裂、桥接、脱黏来吸收并消耗断裂能量，进一步提升Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能。
2020, 37(3): 591-600.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190528.003
摘要:
为了提高薄壁结构的比吸能，通过环形编制技术制备不同编织角度的碳纤维增强聚合物复合材料-铝（CFRP-Al）方管。对不同编织角度、管长和管厚的CFRP-Al方管进行准静态轴向压缩试验，研究CFRP复合材料编织角度对CFRP-Al方管变形模式和比吸能的影响。结果表明，CFRP复合材料可以降低薄壁管的柔度，从而阻止整体欧拉失稳变形模式；大编织角度CFRP复合材料可以有效承担因薄壁管折叠产生的横向拉力，从而阻止薄壁管折角撕裂；此外，随着编织角度增加，CFRP-Al方管的比吸能随之增大。
为了提高薄壁结构的比吸能，通过环形编制技术制备不同编织角度的碳纤维增强聚合物复合材料-铝（CFRP-Al）方管。对不同编织角度、管长和管厚的CFRP-Al方管进行准静态轴向压缩试验，研究CFRP复合材料编织角度对CFRP-Al方管变形模式和比吸能的影响。结果表明，CFRP复合材料可以降低薄壁管的柔度，从而阻止整体欧拉失稳变形模式；大编织角度CFRP复合材料可以有效承担因薄壁管折叠产生的横向拉力，从而阻止薄壁管折角撕裂；此外，随着编织角度增加，CFRP-Al方管的比吸能随之增大。
2020, 37(3): 601-608.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190918.001
摘要:
为有效预测蜂窝夹层复合材料结构压缩失稳载荷和破坏模式，本文基于层压板宏细观多尺度数值分析模型，研究蜂窝夹层复合材料结构在轴向压缩载荷下的屈曲稳定性。基于改进的通用单胞理论模型，并结合ABAQUS用户自定义子程序接口，建立蜂窝夹层复合材料结构宏细观数值模型，预报蜂窝夹层复合材料结构失效载荷和破坏模式，并与试验结果对照，验证了模型的有效性。结果表明：通过本文建立的数值模型可以有效预测蜂窝夹层复合材料结构在压缩载荷下的失稳载荷和破坏模式，其一阶失稳载荷为128.12 kN，与试验结果误差为4.58%，蜂窝夹层复合材料结构破坏模式为先发生屈曲失稳，然后迅速破坏。
为有效预测蜂窝夹层复合材料结构压缩失稳载荷和破坏模式，本文基于层压板宏细观多尺度数值分析模型，研究蜂窝夹层复合材料结构在轴向压缩载荷下的屈曲稳定性。基于改进的通用单胞理论模型，并结合ABAQUS用户自定义子程序接口，建立蜂窝夹层复合材料结构宏细观数值模型，预报蜂窝夹层复合材料结构失效载荷和破坏模式，并与试验结果对照，验证了模型的有效性。结果表明：通过本文建立的数值模型可以有效预测蜂窝夹层复合材料结构在压缩载荷下的失稳载荷和破坏模式，其一阶失稳载荷为128.12 kN，与试验结果误差为4.58%，蜂窝夹层复合材料结构破坏模式为先发生屈曲失稳，然后迅速破坏。
2020, 37(3): 609-617.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190701.001
摘要:
以电纺TiO2纳米纤维为基质和反应物、乙二醇为还原剂，采用溶剂热法原位合成了新型Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维。利用XRD、SEM、高倍透射电子显微镜（HRTEM）、XPS、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光图谱（PL）等分析测试手段研究了Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维的结构和性能。结果表明：当反应温度低于210℃时，Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维的Bi4Ti3O12纳米片随反应温度升高逐渐缩小、增厚，且有金属Bi纳米粒子生成；当反应温度高于210℃时，Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维的纳米片发生堆积、变形、表面金属Bi被氧化成Bi2O3。反应温度对Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维的形貌和物相组成有重要影响；Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维对罗丹明B表现出优异的光催化活性，可见光照5 h其降解率达97.8%。Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维光催化性能提高归结于Bi4Ti3O12与TiO2间形成异质结、金属Bi等离子体共振效应及等离子体共振效应与异质结的协同作用。
以电纺TiO2纳米纤维为基质和反应物、乙二醇为还原剂，采用溶剂热法原位合成了新型Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维。利用XRD、SEM、高倍透射电子显微镜（HRTEM）、XPS、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光图谱（PL）等分析测试手段研究了Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维的结构和性能。结果表明：当反应温度低于210℃时，Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维的Bi4Ti3O12纳米片随反应温度升高逐渐缩小、增厚，且有金属Bi纳米粒子生成；当反应温度高于210℃时，Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维的纳米片发生堆积、变形、表面金属Bi被氧化成Bi2O3。反应温度对Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维的形貌和物相组成有重要影响；Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维对罗丹明B表现出优异的光催化活性，可见光照5 h其降解率达97.8%。Bi@Bi4Ti3O12/TiO2复合纤维光催化性能提高归结于Bi4Ti3O12与TiO2间形成异质结、金属Bi等离子体共振效应及等离子体共振效应与异质结的协同作用。
2020, 37(3): 618-625.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190610.001
摘要:
为改善LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM）锂离子电池三元正极材料的电化学性能，采用液相蒸发法将WO3包覆于NCM表面，得到NCM@WO3复合正极材料。通过XRD、SEM和TEM对NCM@WO3复合材料的结构和形貌进行表征，利用充放电测试、循环伏安及交流阻抗测试对其电化学性能进行表征。结果表明，当WO3包覆量为3wt%时，NCM@WO3复合材料性能最佳，在0.5 C下的首次放电比容量为179.9 mA·hg-1，不可逆容量损失降低至42.4 mA·hg-1，循环50圈后容量保持率为98.3%。WO3的包覆提高了锂离子扩散速率，减少了电极材料与电解液的副反应，NCM@WO3复合材料的电化学性能得到提升。
为改善LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM）锂离子电池三元正极材料的电化学性能，采用液相蒸发法将WO3包覆于NCM表面，得到NCM@WO3复合正极材料。通过XRD、SEM和TEM对NCM@WO3复合材料的结构和形貌进行表征，利用充放电测试、循环伏安及交流阻抗测试对其电化学性能进行表征。结果表明，当WO3包覆量为3wt%时，NCM@WO3复合材料性能最佳，在0.5 C下的首次放电比容量为179.9 mA·hg-1，不可逆容量损失降低至42.4 mA·hg-1，循环50圈后容量保持率为98.3%。WO3的包覆提高了锂离子扩散速率，减少了电极材料与电解液的副反应，NCM@WO3复合材料的电化学性能得到提升。
2020, 37(3): 626-634.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190715.001
摘要:
本文制备了一种液体热固性SiC前驱体（超支化聚碳硅烷，Tri-ImPCS，25℃黏度约为3 000 mPa·s），并进行了高压模塑快速净成型碳纤维/SiC复合材料的工艺探索。液体环氧树脂RE1820（25℃黏度约为500 mPa·s）可以作为Tri-ImPCS的有效固化剂，在室温或较低加热温度（<100℃）固化定型；热固化后的Tri-ImPCS在进行无压烧结时没有发泡现象，能较好的维持形状。在N2气氛中陶瓷化产率较高（以固化前驱体为基准，900℃陶瓷产率为74.8%）；Tri-ImPCS的C/Si原子比约为1.26，在微米尺度上C、Si等元素分布均匀。结合预浸料模压和高压注塑工艺，可以实现碳纤维/SiC复合材料坯体的快速致密。Tri-ImPCS是SiC陶瓷基复合材料理想的液态前驱体。
本文制备了一种液体热固性SiC前驱体（超支化聚碳硅烷，Tri-ImPCS，25℃黏度约为3 000 mPa·s），并进行了高压模塑快速净成型碳纤维/SiC复合材料的工艺探索。液体环氧树脂RE1820（25℃黏度约为500 mPa·s）可以作为Tri-ImPCS的有效固化剂，在室温或较低加热温度（<100℃）固化定型；热固化后的Tri-ImPCS在进行无压烧结时没有发泡现象，能较好的维持形状。在N2气氛中陶瓷化产率较高（以固化前驱体为基准，900℃陶瓷产率为74.8%）；Tri-ImPCS的C/Si原子比约为1.26，在微米尺度上C、Si等元素分布均匀。结合预浸料模压和高压注塑工艺，可以实现碳纤维/SiC复合材料坯体的快速致密。Tri-ImPCS是SiC陶瓷基复合材料理想的液态前驱体。
2020, 37(3): 635-641.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190517.001
摘要:
以AlCl3·6H2O为前驱体，采用离子交换工艺和溶胶-凝胶法，在正硅酸四乙酯（TEOS）乙醇溶液中浸泡实现Al2O3和SiO2的复合，经表面改性和常温常压干燥制备出低成本、无杂质离子、低热导率的Al2O3-SiO2复合气凝胶。探索了不同有机硅烷改性剂对Al2O3-SiO2复合气凝胶结构和隔热性能的影响。结果表明，在改性剂为三甲氧基甲基硅烷（MTMS），改性环境为中性（pH为7）时，Al2O3-SiO2复合气凝胶表现出最均匀的微观结构，SiO2和Al2O3主要以无定形形式存在。MTMS可有效减少Al2O3-SiO2湿凝胶表面的-OH基团，形成Si-O-Si和Al-O-Si基团。Al2O3-SiO2气凝胶比表面积和孔体积分别达到574 m2/g和2.3 cm3/g，热导率低至0.029 W（m·K）-1。以上研究为促进气凝胶材料在隔热领域的应用提供了支持。
以AlCl3·6H2O为前驱体，采用离子交换工艺和溶胶-凝胶法，在正硅酸四乙酯（TEOS）乙醇溶液中浸泡实现Al2O3和SiO2的复合，经表面改性和常温常压干燥制备出低成本、无杂质离子、低热导率的Al2O3-SiO2复合气凝胶。探索了不同有机硅烷改性剂对Al2O3-SiO2复合气凝胶结构和隔热性能的影响。结果表明，在改性剂为三甲氧基甲基硅烷（MTMS），改性环境为中性（pH为7）时，Al2O3-SiO2复合气凝胶表现出最均匀的微观结构，SiO2和Al2O3主要以无定形形式存在。MTMS可有效减少Al2O3-SiO2湿凝胶表面的-OH基团，形成Si-O-Si和Al-O-Si基团。Al2O3-SiO2气凝胶比表面积和孔体积分别达到574 m2/g和2.3 cm3/g，热导率低至0.029 W（m·K）-1。以上研究为促进气凝胶材料在隔热领域的应用提供了支持。
2020, 37(3): 642-649.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190722.001
摘要:
为研究预制体结构及界面对三维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响，采用先驱体浸渍裂解法（PIP）分别制备了三维四向和三维五向SiC/SiC复合材料，并引入热解炭/碳化硅（PyC/SiC）复合界面层，进行拉伸性能测试和断口形貌观察。结果表明，三维五向SiC/SiC复合材料拉伸性能优于三维四向SiC/SiC复合材料，三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸强度、模量和断裂应变分别是三维四向SiC/SiC复合材料的1.22倍、1.25倍、1.43倍，且比三维四向SiC/SiC复合材料具有更好的强度可靠性。这是由于三维五向SiC/SiC复合材料增加了受力方向的纤维含量，限制了纤维在外力作用下的转动和变形，起到定型和稳固作用。添加PyC/SiC复合界面层，三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸强度、模量及断裂应变分别提高了21.7%、15.0%和11.0%。界面的存在可以保护纤维，调节纤维与基体之间的热应力，受力时诱使裂纹偏转和分叉，消耗能量，提高三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸性能。
为研究预制体结构及界面对三维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响，采用先驱体浸渍裂解法（PIP）分别制备了三维四向和三维五向SiC/SiC复合材料，并引入热解炭/碳化硅（PyC/SiC）复合界面层，进行拉伸性能测试和断口形貌观察。结果表明，三维五向SiC/SiC复合材料拉伸性能优于三维四向SiC/SiC复合材料，三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸强度、模量和断裂应变分别是三维四向SiC/SiC复合材料的1.22倍、1.25倍、1.43倍，且比三维四向SiC/SiC复合材料具有更好的强度可靠性。这是由于三维五向SiC/SiC复合材料增加了受力方向的纤维含量，限制了纤维在外力作用下的转动和变形，起到定型和稳固作用。添加PyC/SiC复合界面层，三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸强度、模量及断裂应变分别提高了21.7%、15.0%和11.0%。界面的存在可以保护纤维，调节纤维与基体之间的热应力，受力时诱使裂纹偏转和分叉，消耗能量，提高三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸性能。
2020, 37(3): 650-661.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190529.004
摘要:
以N-甲基咪唑、溴代正丁烷、磷钨酸为原料制备了1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸离子液体[BMIM]3PW12O40，将其通过超声浸渍法负载于氨基化Fe3O4（Fe3O4-NH2），得到枣糕型结构的[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料，通过FTIR、XRD、XPS、TEM、振动样品磁强计（VSM）、SEM等对其组成、形貌等进行表征。以[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料为催化剂，以H2O2为氧化剂，催化氧化以二苯并噻吩为硫源的正辛烷模拟油样，通过单因素法分别考察了超声时间、H2O2用量、反应温度和催化剂用量等因素对脱硫效果的影响，并初步探讨了[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料催化脱硫机制。结果表明：0.5 g/L[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料超声辅助催化氧化浓度为500 mg/g模拟油样，在323 K下H2O2与二苯并噻吩的摩尔比n（O）：n（S）为8：1经超声10 min时，催化脱硫率达到最佳，为88.13%；重复使用5次后，[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料对模拟油样的催化降解率仅下降了2.51%。说明该材料具有良好的催化脱硫性能，并可重复使用。催化机制初步研究表明，活性中心可能为杂多酸阴离子、Fe3O4-NH2和离子液体分别起到载体和协同增容作用。
以N-甲基咪唑、溴代正丁烷、磷钨酸为原料制备了1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸离子液体[BMIM]3PW12O40，将其通过超声浸渍法负载于氨基化Fe3O4（Fe3O4-NH2），得到枣糕型结构的[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料，通过FTIR、XRD、XPS、TEM、振动样品磁强计（VSM）、SEM等对其组成、形貌等进行表征。以[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料为催化剂，以H2O2为氧化剂，催化氧化以二苯并噻吩为硫源的正辛烷模拟油样，通过单因素法分别考察了超声时间、H2O2用量、反应温度和催化剂用量等因素对脱硫效果的影响，并初步探讨了[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料催化脱硫机制。结果表明：0.5 g/L[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料超声辅助催化氧化浓度为500 mg/g模拟油样，在323 K下H2O2与二苯并噻吩的摩尔比n（O）：n（S）为8：1经超声10 min时，催化脱硫率达到最佳，为88.13%；重复使用5次后，[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料对模拟油样的催化降解率仅下降了2.51%。说明该材料具有良好的催化脱硫性能，并可重复使用。催化机制初步研究表明，活性中心可能为杂多酸阴离子、Fe3O4-NH2和离子液体分别起到载体和协同增容作用。
2020, 37(3): 662-673.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190529.001
摘要:
以硫脲和四水合硝酸镉为前驱体，设计了低比例、高比例两种不同石墨相氮化碳（g-C3N4）与CdS质量比，以简单的软化学法制备了CdS-g-C3N4复合光催化剂，采用SEM、XRD、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、FTIR、物理吸附等对CdS-g-C3N4复合光催化剂的结构和性能进行表征，并通过NO光催化降解实验探究了CdS-g-C3N4复合光催化剂在可见光下的光催化活性。结果表明：低CdS质量比的CdS-g-C3N4复合光催化材料中，当CdS与g-C3N4质量比为7%时，CdS-g-C3N4复合光催化剂的降解效果最好，降解率达31%；低g-C3N4质量比的CdS-g-C3N4复合光催材料中，当g-C3N4与CdS的质量比为5%时，CdS-g-C3N4复合光催化剂的降解效果最佳，降解率为36%。CdS与g-C3N4质量比为大比例的CdS-g-C3N4复合光催化剂中，当CdS与g-C3N4的质量比为4：1时，CdS-g-C3N4复合光催化剂的降解效率最高，达33%。且g-C3N4与CdS质量比为5%的CdS-g-C3N4复合光催化剂具有良好的光稳定性，降解效果最佳。
以硫脲和四水合硝酸镉为前驱体，设计了低比例、高比例两种不同石墨相氮化碳（g-C3N4）与CdS质量比，以简单的软化学法制备了CdS-g-C3N4复合光催化剂，采用SEM、XRD、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、FTIR、物理吸附等对CdS-g-C3N4复合光催化剂的结构和性能进行表征，并通过NO光催化降解实验探究了CdS-g-C3N4复合光催化剂在可见光下的光催化活性。结果表明：低CdS质量比的CdS-g-C3N4复合光催化材料中，当CdS与g-C3N4质量比为7%时，CdS-g-C3N4复合光催化剂的降解效果最好，降解率达31%；低g-C3N4质量比的CdS-g-C3N4复合光催材料中，当g-C3N4与CdS的质量比为5%时，CdS-g-C3N4复合光催化剂的降解效果最佳，降解率为36%。CdS与g-C3N4质量比为大比例的CdS-g-C3N4复合光催化剂中，当CdS与g-C3N4的质量比为4：1时，CdS-g-C3N4复合光催化剂的降解效率最高，达33%。且g-C3N4与CdS质量比为5%的CdS-g-C3N4复合光催化剂具有良好的光稳定性，降解效果最佳。
2020, 37(3): 674-680.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190729.002
摘要:
采用三氯甲烷和N，N二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，制备聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）（P（3HB-co-4HB））纺丝溶液，并通过静电纺丝技术制备P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜，用海藻酸钠（SA）对P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜进行包覆，获得P（3HB-co-4HB）@SA复合纤维膜。利用SEM、比表面积仪、原子吸收光谱分别表征了P（3HB-co-4HB）@SA复合纤维膜的纤维形态、比表面积、溶液残留液离子浓度。结果表明：纺丝液浓度在12%时，P（3HB-co-4HB）纤维成纤性好；随着静电压增大，P（3HB-co-4HB）纤维直径先减小后增大。P（3HB-co-4HB）支架材料可以使SA的比表面积提高约3.9倍，P（3HB-co-4HB）@SA复合纤维膜对Cu2+离子、Pb2+离子最大吸附量分别为26.25 mg/g和36.25 mg/g，折算为SA的吸附量分别为364.58 mg/g和503.47 mg/g。
采用三氯甲烷和N，N二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，制备聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）（P（3HB-co-4HB））纺丝溶液，并通过静电纺丝技术制备P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜，用海藻酸钠（SA）对P（3HB-co-4HB）纳米纤维膜进行包覆，获得P（3HB-co-4HB）@SA复合纤维膜。利用SEM、比表面积仪、原子吸收光谱分别表征了P（3HB-co-4HB）@SA复合纤维膜的纤维形态、比表面积、溶液残留液离子浓度。结果表明：纺丝液浓度在12%时，P（3HB-co-4HB）纤维成纤性好；随着静电压增大，P（3HB-co-4HB）纤维直径先减小后增大。P（3HB-co-4HB）支架材料可以使SA的比表面积提高约3.9倍，P（3HB-co-4HB）@SA复合纤维膜对Cu2+离子、Pb2+离子最大吸附量分别为26.25 mg/g和36.25 mg/g，折算为SA的吸附量分别为364.58 mg/g和503.47 mg/g。
2020, 37(3): 681-689.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190719.002
摘要:
海藻酸钠（SA）基的过滤膜是处理含Pb（Ⅱ）废水的理想膜分离材料，将氧化石墨烯（GO）和尿素添加进SA中，以CaCl2溶液交联，制备出GO/SA复合膜，并考察了其对水溶液中Pb（Ⅱ）的吸附性能。通过静态吸附实验，探讨了Pb（Ⅱ）初始浓度、GO质量分数、初始pH值和吸附时间、吸附-解吸次数等对GO/SA复合膜吸附Pb（Ⅱ）效果的影响；对吸附过程进行了吸附动力学和吸附热力学分析，利用FTIR-ATR、XPS等对GO/SA复合膜吸附Pb（Ⅱ）的机制进行了解析。结果表明，GO/SA复合膜对Pb（Ⅱ）的吸附量与Pb（Ⅱ）初始浓度正相关，在pH=5时吸附效果最优，GO质量分数为0.3wt%时为最优配比；吸附过程符合伪二级动力学模型；热力学等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，温度为318 K时，Langmuir模型拟合得到的GO/SA复合膜吸附量达到320.51 mg·g-1。GO/SA复合膜对Pb（Ⅱ）的吸附机制主要为物理吸附。
海藻酸钠（SA）基的过滤膜是处理含Pb（Ⅱ）废水的理想膜分离材料，将氧化石墨烯（GO）和尿素添加进SA中，以CaCl2溶液交联，制备出GO/SA复合膜，并考察了其对水溶液中Pb（Ⅱ）的吸附性能。通过静态吸附实验，探讨了Pb（Ⅱ）初始浓度、GO质量分数、初始pH值和吸附时间、吸附-解吸次数等对GO/SA复合膜吸附Pb（Ⅱ）效果的影响；对吸附过程进行了吸附动力学和吸附热力学分析，利用FTIR-ATR、XPS等对GO/SA复合膜吸附Pb（Ⅱ）的机制进行了解析。结果表明，GO/SA复合膜对Pb（Ⅱ）的吸附量与Pb（Ⅱ）初始浓度正相关，在pH=5时吸附效果最优，GO质量分数为0.3wt%时为最优配比；吸附过程符合伪二级动力学模型；热力学等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，温度为318 K时，Langmuir模型拟合得到的GO/SA复合膜吸附量达到320.51 mg·g-1。GO/SA复合膜对Pb（Ⅱ）的吸附机制主要为物理吸附。
2020, 37(3): 690-695.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190611.004
摘要:
采用分子模拟的方法研究了纳米ZnO/丁腈橡胶（NBR）复合材料的摩擦学行为，考察了纳米ZnO/NBR复合材料的回转半径、原子相对浓度和剪切行为，探讨了纳米ZnO/NBR复合材料摩擦学行为的微观机制。结果表明：与纯NBR材料相比，纳米ZnO/NBR复合材料具有更小的回转半径，橡胶分子链的柔顺性下降；与纳米ZnO/NBR复合材料相比，纯NBR材料摩擦界面具有更高的原子相对浓度，纯NBR材料上下摩擦表面的原子浓度峰值比纳米ZnO/NBR复合材料分别高了6.4%和4.3%。说明纳米ZnO的存在提高了纳米ZnO/NBR复合材料分子链的刚性，减小了能量耗散，从而改善了纳米ZnO/NBR复合材料的摩擦性能。
采用分子模拟的方法研究了纳米ZnO/丁腈橡胶（NBR）复合材料的摩擦学行为，考察了纳米ZnO/NBR复合材料的回转半径、原子相对浓度和剪切行为，探讨了纳米ZnO/NBR复合材料摩擦学行为的微观机制。结果表明：与纯NBR材料相比，纳米ZnO/NBR复合材料具有更小的回转半径，橡胶分子链的柔顺性下降；与纳米ZnO/NBR复合材料相比，纯NBR材料摩擦界面具有更高的原子相对浓度，纯NBR材料上下摩擦表面的原子浓度峰值比纳米ZnO/NBR复合材料分别高了6.4%和4.3%。说明纳米ZnO的存在提高了纳米ZnO/NBR复合材料分子链的刚性，减小了能量耗散，从而改善了纳米ZnO/NBR复合材料的摩擦性能。
2020, 37(3): 696-706.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190729.001
摘要:
为了研究玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料筋和工程水泥基复合材料（ECC）黏结性能的影响因素，对42个GFRP/ECC试件进行了拉拔试验，分析了GFRP复合材料筋表面形式、直径、ECC基体强度及保护层厚度等因素对GFRP复合材料筋与ECC基体黏结性能的影响。结果表明：GFRP/ECC试件的破坏形式主要有拔出破坏、筋剥离剪切破坏、劈裂破坏三种形式。表面带肋GFRP复合材料筋黏结强度比光滑GFRP复合材料筋高约66%；当ECC保护层厚度由1.5D（D为GFRP筋直径）增大至4D时，GFRP/ECC黏结强度提高了约58%；当GFRP复合材料筋直径为12~18 mm时，GFRP/ECC黏结强度随着GFRP复合材料筋直径的增大而降低；ECC强度由33.7 MPa增大至73.3 MPa时，GFRP/ECC黏结强度增大约3倍。增加GFRP复合材料筋表面形式复杂程度，或一定程度上提高ECC基体保护层厚度、提高ECC强度等级，有助于提高GFRP复合材料筋与ECC的黏结强度。
为了研究玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料筋和工程水泥基复合材料（ECC）黏结性能的影响因素，对42个GFRP/ECC试件进行了拉拔试验，分析了GFRP复合材料筋表面形式、直径、ECC基体强度及保护层厚度等因素对GFRP复合材料筋与ECC基体黏结性能的影响。结果表明：GFRP/ECC试件的破坏形式主要有拔出破坏、筋剥离剪切破坏、劈裂破坏三种形式。表面带肋GFRP复合材料筋黏结强度比光滑GFRP复合材料筋高约66%；当ECC保护层厚度由1.5D（D为GFRP筋直径）增大至4D时，GFRP/ECC黏结强度提高了约58%；当GFRP复合材料筋直径为12~18 mm时，GFRP/ECC黏结强度随着GFRP复合材料筋直径的增大而降低；ECC强度由33.7 MPa增大至73.3 MPa时，GFRP/ECC黏结强度增大约3倍。增加GFRP复合材料筋表面形式复杂程度，或一定程度上提高ECC基体保护层厚度、提高ECC强度等级，有助于提高GFRP复合材料筋与ECC的黏结强度。
2020, 37(3): 707-715.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190624.003
摘要:
为探讨氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁的抗弯性能，制作了5根先张预应力混凝土梁，采用电化学法分别对其进行了0 d、7 d、14 d、28 d及42 d的快速腐蚀，随后进行了四点弯曲试验。研究了不同锈蚀程度对预应力混凝土梁自振频率、钢绞线滑移、结构变形、弯曲开裂、破坏模式及极限承载力等性能的影响。结果表明：氯盐环境下锈蚀对预应力混凝土梁高阶频率影响较小，导致一阶频率逐渐增大，28 d后锈蚀裂缝较大且局部混凝土脱落，一阶频率迅速减小；轻微腐蚀对预应力混凝土梁的抗弯性能影响较小，腐蚀程度增大，抗弯性能明显降低，腐蚀42 d后，极限挠度减小了18.7%，抗弯承载力减小了17.3%，延性降低了19%；锈蚀钢绞线与混凝土间滑移速率增大，极限滑移值由5 μm增加至11.4 μm；钢筋锈蚀对弯曲裂缝高度发展的影响不大，但促进了裂缝宽度的扩展，结构屈服后，底部裂缝开裂速率由0.0062 mm/kN增加至0.0252 mm/kN。在试验研究基础上，采用有限元软件ANSYS对各锈蚀梁的受载全过程进行了有限元模拟计算，极限荷载和钢绞线滑移量的模拟值与实测值误差分别小于5%和10%，吻合较好。
为探讨氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁的抗弯性能，制作了5根先张预应力混凝土梁，采用电化学法分别对其进行了0 d、7 d、14 d、28 d及42 d的快速腐蚀，随后进行了四点弯曲试验。研究了不同锈蚀程度对预应力混凝土梁自振频率、钢绞线滑移、结构变形、弯曲开裂、破坏模式及极限承载力等性能的影响。结果表明：氯盐环境下锈蚀对预应力混凝土梁高阶频率影响较小，导致一阶频率逐渐增大，28 d后锈蚀裂缝较大且局部混凝土脱落，一阶频率迅速减小；轻微腐蚀对预应力混凝土梁的抗弯性能影响较小，腐蚀程度增大，抗弯性能明显降低，腐蚀42 d后，极限挠度减小了18.7%，抗弯承载力减小了17.3%，延性降低了19%；锈蚀钢绞线与混凝土间滑移速率增大，极限滑移值由5 μm增加至11.4 μm；钢筋锈蚀对弯曲裂缝高度发展的影响不大，但促进了裂缝宽度的扩展，结构屈服后，底部裂缝开裂速率由0.0062 mm/kN增加至0.0252 mm/kN。在试验研究基础上，采用有限元软件ANSYS对各锈蚀梁的受载全过程进行了有限元模拟计算，极限荷载和钢绞线滑移量的模拟值与实测值误差分别小于5%和10%，吻合较好。
2020, 37(3): 716-723.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190624.002
摘要:
煤炭作为一种来源广泛的非金属矿物，是制备大量多孔碳的理想原料。本文以1/3焦煤为原料，NaOH和KOH为活化剂，制备了多孔碳，并研究了硫/多孔碳复合正极材料的电化学性能。结果表明：采用NaOH和KOH单独活化时制备的多孔碳比表面积很大，分别为1 649 m2/g和1 867 m2/g，而采用NaOH和KOH混合活化制备的多孔碳比表面积大幅度下降，当NaOH与KOH质量比为1：1活化时多孔碳的比表面积最小，为290 m2/g。电化学测试表明，NaOH与KOH质量比为1：1混合活化的硫/多孔碳正极材料的电性能优于NaOH和KOH单独活化的硫/多孔碳正极材料，0.2 C下首次放电比容量为790 mA·h/g，库仑效率为93.16%，100次循环后放电比容量为740 mA·h/g。还分析讨论了煤基多孔碳孔径分布对电化学性能的影响。
煤炭作为一种来源广泛的非金属矿物，是制备大量多孔碳的理想原料。本文以1/3焦煤为原料，NaOH和KOH为活化剂，制备了多孔碳，并研究了硫/多孔碳复合正极材料的电化学性能。结果表明：采用NaOH和KOH单独活化时制备的多孔碳比表面积很大，分别为1 649 m2/g和1 867 m2/g，而采用NaOH和KOH混合活化制备的多孔碳比表面积大幅度下降，当NaOH与KOH质量比为1：1活化时多孔碳的比表面积最小，为290 m2/g。电化学测试表明，NaOH与KOH质量比为1：1混合活化的硫/多孔碳正极材料的电性能优于NaOH和KOH单独活化的硫/多孔碳正极材料，0.2 C下首次放电比容量为790 mA·h/g，库仑效率为93.16%，100次循环后放电比容量为740 mA·h/g。还分析讨论了煤基多孔碳孔径分布对电化学性能的影响。
2020, 37(3): 724-730.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190612.002
摘要:
采用选择性表面溶解（SSD）法将纤维素纤维表面部分溶解，固化后形成多孔结构，最后在Ar气氛中炭化制得多孔碳（HPC-SSD）材料，HPC-SSD材料具有大的比表面积和三维多孔结构。通过SEM、BET、FTIR、XRD及电化学测试，系统地研究了针对纤维素纤维的两种活化预处理方法对HPC-SSD材料的形貌、化学组成、比表面积及电化学性能的影响。通过与纤维素纤维直接炭化所得的多孔碳（HPC）材料的相关性能进行比较发现，HPC-SSD材料的成孔过程更加稳定，有利于大量微孔的形成。采用去离子水→丙酮→二甲基乙酰胺对纤维素纤维进行活化预处理，制得的HPC-SSD材料比电容为226 F·g-1（两电极体系），是HPC材料的4.5倍，比未经过活化预处理的HPC-SSD材料提高了40%。
采用选择性表面溶解（SSD）法将纤维素纤维表面部分溶解，固化后形成多孔结构，最后在Ar气氛中炭化制得多孔碳（HPC-SSD）材料，HPC-SSD材料具有大的比表面积和三维多孔结构。通过SEM、BET、FTIR、XRD及电化学测试，系统地研究了针对纤维素纤维的两种活化预处理方法对HPC-SSD材料的形貌、化学组成、比表面积及电化学性能的影响。通过与纤维素纤维直接炭化所得的多孔碳（HPC）材料的相关性能进行比较发现，HPC-SSD材料的成孔过程更加稳定，有利于大量微孔的形成。采用去离子水→丙酮→二甲基乙酰胺对纤维素纤维进行活化预处理，制得的HPC-SSD材料比电容为226 F·g-1（两电极体系），是HPC材料的4.5倍，比未经过活化预处理的HPC-SSD材料提高了40%。
2020, 37(3): 731-739.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190624.001
摘要:
制备了聚苯胺包覆CoFe类普鲁士蓝纳米立方（CoFePBA@PANI）复合材料，采用XRD、FTIR、SEM和TEM对CoFePBA@PANI复合材料的结构和形貌进行表征，利用循环伏安法（CV）、恒电流充放电法及交流阻抗法（EIS）对CoFePBA@PANI复合材料的电化学性能进行了考察。结果表明：通过植酸的配位作用促使苯胺在具有面心立方结构的CoFePBA表面发生聚合反应，形成了具有核-壳结构的CoFePBA@PANI复合材料。系统地研究了PANI的含量对CoFePBA@PANI复合材料电化学性能的影响，CoFePBA@PANI复合材料在0.5 mol/L Na2SO4和H2SO4的混合酸性介质中，在1 A/g电流密度下，比电容值达到401.2 F/g，电流密度增大至10 A/g时，比电容仍能保持在367.3 F/g。
制备了聚苯胺包覆CoFe类普鲁士蓝纳米立方（CoFePBA@PANI）复合材料，采用XRD、FTIR、SEM和TEM对CoFePBA@PANI复合材料的结构和形貌进行表征，利用循环伏安法（CV）、恒电流充放电法及交流阻抗法（EIS）对CoFePBA@PANI复合材料的电化学性能进行了考察。结果表明：通过植酸的配位作用促使苯胺在具有面心立方结构的CoFePBA表面发生聚合反应，形成了具有核-壳结构的CoFePBA@PANI复合材料。系统地研究了PANI的含量对CoFePBA@PANI复合材料电化学性能的影响，CoFePBA@PANI复合材料在0.5 mol/L Na2SO4和H2SO4的混合酸性介质中，在1 A/g电流密度下，比电容值达到401.2 F/g，电流密度增大至10 A/g时，比电容仍能保持在367.3 F/g。
