2021年 第38卷 第9期
2021, (9): 1-5.
摘要:
2021, 38(9): 3008-3015.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201112.001
摘要:
采用微波超声法，以ZnO为基体原位生长CeO2晶体，得到CeO2/ZnO复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、PL、UV-Vis DRS等方法对制备的材料进行表征，并通过可见光降解AF对样品的光催化性能进行评价。结果表明，ZnO为纳米片互相穿插形成的花形球状结构，其表面附着有纳米CeO2颗粒，分散性较好。ZnO和CeO2的摩尔比为20∶1的CeO2/ZnO复合光催化剂在可见光下表现出良好的光催化活性，光照90 min后对AF的光降解率达到96.44%，较纯相ZnO和CeO2有显著提高。CeO2/ZnO的稳定性较好，6次使用后对AF的光降解率仍达到93.53%。机制研究发现，·O2−是光催化降解AF过程中的主要活性物种。
采用微波超声法，以ZnO为基体原位生长CeO2晶体，得到CeO2/ZnO复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、PL、UV-Vis DRS等方法对制备的材料进行表征，并通过可见光降解AF对样品的光催化性能进行评价。结果表明，ZnO为纳米片互相穿插形成的花形球状结构，其表面附着有纳米CeO2颗粒，分散性较好。ZnO和CeO2的摩尔比为20∶1的CeO2/ZnO复合光催化剂在可见光下表现出良好的光催化活性，光照90 min后对AF的光降解率达到96.44%，较纯相ZnO和CeO2有显著提高。CeO2/ZnO的稳定性较好，6次使用后对AF的光降解率仍达到93.53%。机制研究发现，·O2−是光催化降解AF过程中的主要活性物种。
2021, 38(9): 3016-3025.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201214.002
摘要:
海藻酸钠(SA)是一种天然高分子聚合物，而纳米银(Ag)具有良好的抗菌性，因此利用二者制备的水凝胶敷料在生物医学领域具有广阔的应用前景。本文首先将Ag纳米颗粒负载于氧化石墨烯(GO)片表面得到Ag/石墨烯复合物(Ag-GO)，然后再将其添加到SA中，通过溶胶-凝胶法获得负载Ag-GO的双层海藻酸钠水凝胶薄膜(Ag-GO/SA)。利用FTIR、XRD和SEM等技术对Ag-GO/SA的组成结构和微观形貌进行了表征，并评价了其溶胀性、抗菌性、力学、体外细胞毒性和体内伤口愈合能力等性能。结果表明Ag-GO/SA具有良好的溶胀性、力学强度和抗菌性等性能，与医用纱布相比，Ag-GO/SA可促进SD大鼠的伤口愈合，伤口愈合率高达98%，作为新型伤口敷料具有很大的应用潜力。
海藻酸钠(SA)是一种天然高分子聚合物，而纳米银(Ag)具有良好的抗菌性，因此利用二者制备的水凝胶敷料在生物医学领域具有广阔的应用前景。本文首先将Ag纳米颗粒负载于氧化石墨烯(GO)片表面得到Ag/石墨烯复合物(Ag-GO)，然后再将其添加到SA中，通过溶胶-凝胶法获得负载Ag-GO的双层海藻酸钠水凝胶薄膜(Ag-GO/SA)。利用FTIR、XRD和SEM等技术对Ag-GO/SA的组成结构和微观形貌进行了表征，并评价了其溶胀性、抗菌性、力学、体外细胞毒性和体内伤口愈合能力等性能。结果表明Ag-GO/SA具有良好的溶胀性、力学强度和抗菌性等性能，与医用纱布相比，Ag-GO/SA可促进SD大鼠的伤口愈合，伤口愈合率高达98%，作为新型伤口敷料具有很大的应用潜力。
2021, 38(9): 3026-3034.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201123.001
摘要:
以显著提升芳纶纤维与橡胶基体之间的界面结合强度为目标，本文开发了一种在芳纶纤维表面原位生长碳碳双键超支化聚硅氧烷的策略：首先借助多巴胺的仿生修饰建立初始层，接着采用迈克尔加成反应接枝氨基硅烷偶联剂创建中间层，最后通过脱水缩合反应实现原位生长。改性前后的芳纶纤维表面形貌和化学结构采用扫描电镜、傅里叶变换红外线光谱分析仪、X射线光电子能谱分析仪及热失重分析仪进行了测试表征。由芳纶纤维增强橡胶基复合材料的H-抽出力测试结果可得，本文采用的改性方法能够提升约66.4%的界面结合强度，其原因主要可以归结为表面粗糙度的提升及纤维束与橡胶共硫化的实现。对比分析发现，聚多巴胺初始层的采用使本改性方法具有较高的普适性和工业应用潜力。
以显著提升芳纶纤维与橡胶基体之间的界面结合强度为目标，本文开发了一种在芳纶纤维表面原位生长碳碳双键超支化聚硅氧烷的策略：首先借助多巴胺的仿生修饰建立初始层，接着采用迈克尔加成反应接枝氨基硅烷偶联剂创建中间层，最后通过脱水缩合反应实现原位生长。改性前后的芳纶纤维表面形貌和化学结构采用扫描电镜、傅里叶变换红外线光谱分析仪、X射线光电子能谱分析仪及热失重分析仪进行了测试表征。由芳纶纤维增强橡胶基复合材料的H-抽出力测试结果可得，本文采用的改性方法能够提升约66.4%的界面结合强度，其原因主要可以归结为表面粗糙度的提升及纤维束与橡胶共硫化的实现。对比分析发现，聚多巴胺初始层的采用使本改性方法具有较高的普适性和工业应用潜力。
2021, 38(9): 3035-3043.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201210.005
摘要:
利用聚多巴胺(PDA)涂层黏附和去质子化的特性，采用甲基硅酸钠(SMS)刻蚀PDA涂层，进一步采用十八烷基三甲氧基氯硅烷(OTS)对其进行低表面能处理制备了稳固型超疏水木材(Wood@PDA-SMS-OTS)。采用接触角(CA)测定仪、SEM、XPS分别对试样进行了表征。结果表明，水在Wood@PDA-SMS-OTS试样表面的静态CA最高为157.4°，滚动角(SA)为4.3°；SEM图像表明，SMS成功刻蚀了PDA涂层，同时水解生成疏水性的低聚或半聚的甲基硅氧烷覆盖在PDA涂层表面，形成了明显的微纳米粗糙结构；XPS分析表明，PDA在木材的表面形成均匀的涂层，SMS在刻蚀PDA涂层的同时，其水解生成的聚合物成功负载在PDA的表面，含长链结构的OTS接枝在木材的表面，使木材具有超疏水性能；超疏水木材表面经过24 h的水流冲刷、超声波震荡、酸碱腐蚀及有机溶剂等处理后，仍具有较强的超疏水稳固性。
利用聚多巴胺(PDA)涂层黏附和去质子化的特性，采用甲基硅酸钠(SMS)刻蚀PDA涂层，进一步采用十八烷基三甲氧基氯硅烷(OTS)对其进行低表面能处理制备了稳固型超疏水木材(Wood@PDA-SMS-OTS)。采用接触角(CA)测定仪、SEM、XPS分别对试样进行了表征。结果表明，水在Wood@PDA-SMS-OTS试样表面的静态CA最高为157.4°，滚动角(SA)为4.3°；SEM图像表明，SMS成功刻蚀了PDA涂层，同时水解生成疏水性的低聚或半聚的甲基硅氧烷覆盖在PDA涂层表面，形成了明显的微纳米粗糙结构；XPS分析表明，PDA在木材的表面形成均匀的涂层，SMS在刻蚀PDA涂层的同时，其水解生成的聚合物成功负载在PDA的表面，含长链结构的OTS接枝在木材的表面，使木材具有超疏水性能；超疏水木材表面经过24 h的水流冲刷、超声波震荡、酸碱腐蚀及有机溶剂等处理后，仍具有较强的超疏水稳固性。
2021, 38(9): 3044-3052.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201130.002
摘要:
异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象，球磨法所制备的TiO2-g-C3N4和TiO2-g-C3N4-Bi2O3两种光催化材料作为实验材料，探究不同光源条件下TiO2-g-C3N4、TiO2-g-C3N4-Bi2O3的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明，在可见光和紫外光单独照射条件下，三元体系的TiO2-g-C3N4-Bi2O3均比TiO2-g-C3N4具有更高的光催化活性，并且可见光条件下，TiO2-g-C3N4-Bi2O3比TiO2-g-C3N4的优势更明显；在可见光和紫外光同时照射时，TiO2-g-C3N4-Bi2O3、TiO2-g-C3N4对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明，Bi2O3的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收，并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明，通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺，可以实现TiO2-g-C3N4-Bi2O3的制备，并且证实了TiO2-g-C3N4-Bi2O3材料在有机废水处理方面的良好前景。
异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象，球磨法所制备的TiO2-g-C3N4和TiO2-g-C3N4-Bi2O3两种光催化材料作为实验材料，探究不同光源条件下TiO2-g-C3N4、TiO2-g-C3N4-Bi2O3的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明，在可见光和紫外光单独照射条件下，三元体系的TiO2-g-C3N4-Bi2O3均比TiO2-g-C3N4具有更高的光催化活性，并且可见光条件下，TiO2-g-C3N4-Bi2O3比TiO2-g-C3N4的优势更明显；在可见光和紫外光同时照射时，TiO2-g-C3N4-Bi2O3、TiO2-g-C3N4对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明，Bi2O3的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收，并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明，通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺，可以实现TiO2-g-C3N4-Bi2O3的制备，并且证实了TiO2-g-C3N4-Bi2O3材料在有机废水处理方面的良好前景。
2021, 38(9): 3053-3063.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210108.002
摘要:
为评价热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热的贡献，根据有机硅树脂的烧蚀防热机理建立热响应过程数学模型，预测了有机硅树脂-碳纤织物复合材料的背面温度以及有机硅树脂的热物性参数，重点分析了热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热性能的影响。结果表明在400 kW/m2的热流烧蚀下，有机硅树脂-碳纤织物复合材料40 s前热阻塞效应大部分来自有机硅树脂分解产生的引射气体，40 s后则完全来自于炭燃烧产生的引射气体；阻塞因子在10 s时达到最小，此刻阻挡了121.6 kW/m2的热流进入有机硅树脂内，在整个烧蚀过程中热阻塞效应减少了4.1%的总热量进入有机硅树脂内；在热物性参数中，热阻塞效应对有机硅树脂密度影响最大，导热系数和比热容次之；与增加逸出气体质量流率相比，延长有机硅树脂逸出气体的时间更能显著提高热阻塞效应，达到更好的防热效果。
为评价热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热的贡献，根据有机硅树脂的烧蚀防热机理建立热响应过程数学模型，预测了有机硅树脂-碳纤织物复合材料的背面温度以及有机硅树脂的热物性参数，重点分析了热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热性能的影响。结果表明在400 kW/m2的热流烧蚀下，有机硅树脂-碳纤织物复合材料40 s前热阻塞效应大部分来自有机硅树脂分解产生的引射气体，40 s后则完全来自于炭燃烧产生的引射气体；阻塞因子在10 s时达到最小，此刻阻挡了121.6 kW/m2的热流进入有机硅树脂内，在整个烧蚀过程中热阻塞效应减少了4.1%的总热量进入有机硅树脂内；在热物性参数中，热阻塞效应对有机硅树脂密度影响最大，导热系数和比热容次之；与增加逸出气体质量流率相比，延长有机硅树脂逸出气体的时间更能显著提高热阻塞效应，达到更好的防热效果。
2021, 38(9): 3064-3072.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201207.001
摘要:
以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8及硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备ZIF-8-SiO2复合材料，并采用XRD、SEM、EDS等方法对ZIF-8-SiO2的结构及吸附U(VI)前后的形貌进行表征，结果表明ZIF-8-SiO2成功制备且对U(VI)具有良好的吸附作用。以静态吸附实验，分别考察了pH值、时间、温度、溶液初始铀浓度、盐浓度及超高压环境等对ZIF-8-SiO2吸附性能的影响。由实验结果可得，在初始浓度为80 mg·L−1时，25℃下ZIF-8-SiO2对U(VI)的最大实际吸附量为498 mg·g−1，根据Langmuir模型拟合结果分析得出，ZIF-8-SiO2对U(VI)的理论吸附量最高可达678.5 mg·g−1，且在200~500 MPa范围内，压强越高越有利于吸附。通过FTIR、XPS等方法对ZIF-8-SiO2吸附铀酰离子前后的结构进行分析，探究该吸附过程中可能存在的吸附机制。
以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8及硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备ZIF-8-SiO2复合材料，并采用XRD、SEM、EDS等方法对ZIF-8-SiO2的结构及吸附U(VI)前后的形貌进行表征，结果表明ZIF-8-SiO2成功制备且对U(VI)具有良好的吸附作用。以静态吸附实验，分别考察了pH值、时间、温度、溶液初始铀浓度、盐浓度及超高压环境等对ZIF-8-SiO2吸附性能的影响。由实验结果可得，在初始浓度为80 mg·L−1时，25℃下ZIF-8-SiO2对U(VI)的最大实际吸附量为498 mg·g−1，根据Langmuir模型拟合结果分析得出，ZIF-8-SiO2对U(VI)的理论吸附量最高可达678.5 mg·g−1，且在200~500 MPa范围内，压强越高越有利于吸附。通过FTIR、XPS等方法对ZIF-8-SiO2吸附铀酰离子前后的结构进行分析，探究该吸附过程中可能存在的吸附机制。
2021, 38(9): 3073-3083.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201112.002
摘要:
为了高效便捷地处理放射性废水，制备了聚乙烯亚胺(PEI)改性磁性酵母(MY)复合生物材料(MY@SiO2-PEI)，并将其用于铀(VI)的去除。采用SEM、FTIR、Zeta电位及XPS对材料进行表征，运用Visual MINTEQ模拟不同条件下U(VI)形态分布，通过研究不同溶液pH、温度、反应时间、离子强度，阴离子(CO32−、PO43−)及不同U(VI)初始质量浓度等方面，考察不同因素对MY@SiO2-PEI吸附U(VI)的性能影响，并对MY@SiO2-PEI的循环利用能力进行研究。结果表明，MY@SiO2-PEI对U(VI)的吸附表现出强pH依赖性，离子强度对吸附效果无显著干扰，说明反应主要受表面络合作用控制。FTIR、XPS及Zeta电位分析发现促使U(VI)吸附的主要因素是材料表面不同官能团(N=C、NH(NH2)、C—N=C)与U(VI)的络合作用及静电吸引作用。MY@SiO2-PEI最大吸附量可达173.99 mg/g，且吸附在20 min就可达到吸附平衡。准二级动力学和Langmuir等温方程能很好的拟合此吸附过程，且热力学表明吸附过程是自发吸热过程。MY@SiO2-PEI材料的合成方法简便，去除效果好，再生性佳，是一种很有前途的环境污染治理中放射性核素的吸附剂。
为了高效便捷地处理放射性废水，制备了聚乙烯亚胺(PEI)改性磁性酵母(MY)复合生物材料(MY@SiO2-PEI)，并将其用于铀(VI)的去除。采用SEM、FTIR、Zeta电位及XPS对材料进行表征，运用Visual MINTEQ模拟不同条件下U(VI)形态分布，通过研究不同溶液pH、温度、反应时间、离子强度，阴离子(CO32−、PO43−)及不同U(VI)初始质量浓度等方面，考察不同因素对MY@SiO2-PEI吸附U(VI)的性能影响，并对MY@SiO2-PEI的循环利用能力进行研究。结果表明，MY@SiO2-PEI对U(VI)的吸附表现出强pH依赖性，离子强度对吸附效果无显著干扰，说明反应主要受表面络合作用控制。FTIR、XPS及Zeta电位分析发现促使U(VI)吸附的主要因素是材料表面不同官能团(N=C、NH(NH2)、C—N=C)与U(VI)的络合作用及静电吸引作用。MY@SiO2-PEI最大吸附量可达173.99 mg/g，且吸附在20 min就可达到吸附平衡。准二级动力学和Langmuir等温方程能很好的拟合此吸附过程，且热力学表明吸附过程是自发吸热过程。MY@SiO2-PEI材料的合成方法简便，去除效果好，再生性佳，是一种很有前途的环境污染治理中放射性核素的吸附剂。
2021, 38(9): 3084-3093.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201117.001
摘要:
为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性，提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了轴压试验，研究了CFRP层数和核心混凝土强度等级变化对其轴压性能的影响。试验结果表明，内外壁CFRP的包裹能够有效地提高结构承载力和变形能力；CFRP-钢复合管海水海砂普通混凝土圆柱破坏形态为混凝土压溃，而CFRP-钢复合管海水海砂高强混凝土圆柱破坏形态为剪切破坏；结构的极限应力与CFRP层数、混凝土强度呈正相关，而极限应变随着CFRP层数增加而提高，却随着混凝土强度提高而减小；核心混凝土和钢管对极限应力的贡献随着CFRP层数增加基本不变，且当包裹两层及以上CFRP时，CFRP对试件极限应力的贡献占主导地位。
为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性，提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了轴压试验，研究了CFRP层数和核心混凝土强度等级变化对其轴压性能的影响。试验结果表明，内外壁CFRP的包裹能够有效地提高结构承载力和变形能力；CFRP-钢复合管海水海砂普通混凝土圆柱破坏形态为混凝土压溃，而CFRP-钢复合管海水海砂高强混凝土圆柱破坏形态为剪切破坏；结构的极限应力与CFRP层数、混凝土强度呈正相关，而极限应变随着CFRP层数增加而提高，却随着混凝土强度提高而减小；核心混凝土和钢管对极限应力的贡献随着CFRP层数增加基本不变，且当包裹两层及以上CFRP时，CFRP对试件极限应力的贡献占主导地位。
2021, 38(9): 3094-3108.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201204.001
摘要:
为探究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态本构关系及纤维体积掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVAFRCC)动态力学性能的影响，基于Φ80 mm霍普金森压杆(SHPB)装置分别对不同纤维体积分数(0vol%、0.5vol%、1vol%、1.5vol%、2vol%)的PVAFRCC试件进行冲击压缩试验，得到各类型材料在不同应变率下的应力-应变曲线。结果表明：在约110~270\begin{document}$ {\rm{s}}^{-1} $\end{document} ![]()
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为探究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态本构关系及纤维体积掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVAFRCC)动态力学性能的影响，基于Φ80 mm霍普金森压杆(SHPB)装置分别对不同纤维体积分数(0vol%、0.5vol%、1vol%、1.5vol%、2vol%)的PVAFRCC试件进行冲击压缩试验，得到各类型材料在不同应变率下的应力-应变曲线。结果表明：在约110~270
2021, 38(9): 3109-3117.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201124.002
摘要:
针对多向异型复合材料构件用3D整体预制体，基于衬经2.5D机织结构，提出5种近净形转向仿形编织工艺，设计并制备了具有典型引纱加纱结构的板条状预制体试样。采用计算机断层扫描法(Micro-CT)，观测各系统纱线横截面形态变化和纱线取向分布规律，发现引出加入的纱线沿织物厚度方向挤紧状态发生改变，其横截面从椭圆形变成梯形，又变为三角形，经纱被引出和加入会造成与其接触的纬纱横截面变化。结合复合材料构件的实际承载工况，对具有5种引纱加纱结构的复合材料试样进行了经向抗弯性能测试，结果表明，复合材料的弯曲强度和弯曲模量保持率分别达到82.6%~95.7%和89.1%~97.9%。可见，立足于满足复合材料力学性能要求，发展预制体的三维整体仿形编织技术，是实现复杂形状复合材料构件材料/结构一体化制造的有效途径。
针对多向异型复合材料构件用3D整体预制体，基于衬经2.5D机织结构，提出5种近净形转向仿形编织工艺，设计并制备了具有典型引纱加纱结构的板条状预制体试样。采用计算机断层扫描法(Micro-CT)，观测各系统纱线横截面形态变化和纱线取向分布规律，发现引出加入的纱线沿织物厚度方向挤紧状态发生改变，其横截面从椭圆形变成梯形，又变为三角形，经纱被引出和加入会造成与其接触的纬纱横截面变化。结合复合材料构件的实际承载工况，对具有5种引纱加纱结构的复合材料试样进行了经向抗弯性能测试，结果表明，复合材料的弯曲强度和弯曲模量保持率分别达到82.6%~95.7%和89.1%~97.9%。可见，立足于满足复合材料力学性能要求，发展预制体的三维整体仿形编织技术，是实现复杂形状复合材料构件材料/结构一体化制造的有效途径。
2021, 38(9): 3118-3130.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201127.001
摘要:
为了揭示氧化石墨烯/水泥复合净浆(GO/C)的化学收缩特性，采用体积法对不同水灰比(0.3、0.4、0.5)和不同氧化石墨烯(GO)质量分数(0wt%、0.01wt%、0.02wt%、0.03wt%、0.04wt%、0.05wt%)的水泥复合净浆试件化学收缩进行了测定。试验结果显示：随着水灰比的增加，GO/C化学收缩显著增大。同水灰比条件下掺有氧化石墨烯的GO/C试件前期化学收缩较普通水泥净浆有所下降，当GO质量分数为0.04wt%时，收缩值达到最小；在后期水化中，GO/C试件的化学收缩增长速度明显快于普通水泥净浆。分析表明，GO对水泥净浆孔结构的调控作用和对水化产物氢氧化钙晶体的键合行为是其影响水泥净浆化学收缩性能的主要原因。同时，通过收缩模型与试验值对比发现，现有的普通水泥化学收缩模型无法精准预测GO/C的化学收缩情况，因此，为考虑GO的影响，试验在吴浪模型的基础上，引入\begin{document}$K(\xi , t)$\end{document} ![]()
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为了揭示氧化石墨烯/水泥复合净浆(GO/C)的化学收缩特性，采用体积法对不同水灰比(0.3、0.4、0.5)和不同氧化石墨烯(GO)质量分数(0wt%、0.01wt%、0.02wt%、0.03wt%、0.04wt%、0.05wt%)的水泥复合净浆试件化学收缩进行了测定。试验结果显示：随着水灰比的增加，GO/C化学收缩显著增大。同水灰比条件下掺有氧化石墨烯的GO/C试件前期化学收缩较普通水泥净浆有所下降，当GO质量分数为0.04wt%时，收缩值达到最小；在后期水化中，GO/C试件的化学收缩增长速度明显快于普通水泥净浆。分析表明，GO对水泥净浆孔结构的调控作用和对水化产物氢氧化钙晶体的键合行为是其影响水泥净浆化学收缩性能的主要原因。同时，通过收缩模型与试验值对比发现，现有的普通水泥化学收缩模型无法精准预测GO/C的化学收缩情况，因此，为考虑GO的影响，试验在吴浪模型的基础上，引入
2021, 38(9): 3131-3140.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201231.001
摘要:
目前，对纤维织物超高速碰撞过程中的变形、断裂、破碎等力学行为已有较广泛的研究，但对碰撞过程中纱线间接触问题的分析尚未见公开文献报道。考虑纱线间的相互作用，建立了纤维织物的FEM-SPH耦合单胞模型，该模型不仅能够进行纤维织物超高速碰撞过程中的穿孔断裂、破碎、碎片云扩展等损伤行为分析，还能够进行纱线间的接触作用过程分析。结果表明，该模型分析结果与试验结果具有较好的一致性。
目前，对纤维织物超高速碰撞过程中的变形、断裂、破碎等力学行为已有较广泛的研究，但对碰撞过程中纱线间接触问题的分析尚未见公开文献报道。考虑纱线间的相互作用，建立了纤维织物的FEM-SPH耦合单胞模型，该模型不仅能够进行纤维织物超高速碰撞过程中的穿孔断裂、破碎、碎片云扩展等损伤行为分析，还能够进行纱线间的接触作用过程分析。结果表明，该模型分析结果与试验结果具有较好的一致性。
2021, 38(9): 2767-2775.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210215.003
摘要:
碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)/环氧树脂(Epoxy resin, EP)纳米复合材料中树脂含量、分布、CNT取向及其与树脂间界面结合是制备高性能纳米复合材料的关键因素。为了探究树脂分布和CNT/EP复合材料性能之间的关系，采用浮动催化化学气相沉积法制备的CNT薄膜和EP为原料，通过浸渍、牵伸、清洗和热压固化工艺制备CNT/EP复合薄膜。利用聚焦离子束结合扫描电子显微镜定性表征树脂在复合膜中的分布状态。结果表明，随着树脂含量增加，树脂在复合薄膜表面富集程度增加。在最优工艺条件下制备的纳米复合材料中CNT含量为66.14wt%, 拉伸强度和拉伸模量达到1405 MPa和46.7 GPa。
碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)/环氧树脂(Epoxy resin, EP)纳米复合材料中树脂含量、分布、CNT取向及其与树脂间界面结合是制备高性能纳米复合材料的关键因素。为了探究树脂分布和CNT/EP复合材料性能之间的关系，采用浮动催化化学气相沉积法制备的CNT薄膜和EP为原料，通过浸渍、牵伸、清洗和热压固化工艺制备CNT/EP复合薄膜。利用聚焦离子束结合扫描电子显微镜定性表征树脂在复合膜中的分布状态。结果表明，随着树脂含量增加，树脂在复合薄膜表面富集程度增加。在最优工艺条件下制备的纳米复合材料中CNT含量为66.14wt%, 拉伸强度和拉伸模量达到1405 MPa和46.7 GPa。
2021, 38(9): 2776-2786.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210104.003
摘要:
以乙烯基树脂(VE)为基体，竹纤维(BF)为增强材料，通过偶联剂KH602对纳米SiO2进行改性处理，并利用改性后纳米SiO2分别对竹纤维和树脂进行改性处理，采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征，结果表明：改性纳米SiO2成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中，改性纳米SiO2在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO2改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO2改性树脂)复合材料中分散更为均匀；采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析，考察改性纳米SiO2的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明：BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m，与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外，还初步探讨了改性纳米SiO2的界面增强机制。
以乙烯基树脂(VE)为基体，竹纤维(BF)为增强材料，通过偶联剂KH602对纳米SiO2进行改性处理，并利用改性后纳米SiO2分别对竹纤维和树脂进行改性处理，采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征，结果表明：改性纳米SiO2成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中，改性纳米SiO2在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO2改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO2改性树脂)复合材料中分散更为均匀；采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析，考察改性纳米SiO2的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明：BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m，与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外，还初步探讨了改性纳米SiO2的界面增强机制。
2021, 38(9): 2786-2794.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201116.004
摘要:
采用直接缩聚法制备了乳酸低聚物，用该物质对纳米碳酸钙(CaCO3)进行改性，得到改性纳米碳酸钙(g-CaCO3)。将g-CaCO3与聚乳酸(PLA)通过溶液共混制备了g-CaCO3/PLA复合材料。通过FTIR、吸油值等对g-CaCO3进行了表征，并采用SEM、DSC、万能试验机、流变测试仪、透湿仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-AIR)分光光度计研究了g-CaCO3对PLA结构和性能的影响。结果表明，乳酸低聚物的改性降低了CaCO3的吸油值，改善了CaCO3与PLA的界面相容性，促进了CaCO3在PLA基体中的分散；同时，g-CaCO3在PLA基体中起到成核剂的作用，改善了PLA材料的结晶能力；随着g-CaCO3添加量的增加，g-CaCO3/PLA复合材料的拉伸强度和断裂延伸率呈先上升后下降的趋势，当添加5wt%的g-CaCO3时，拉伸强度比5%CaCO3/PLA复合材料高50%，比纯PLA高20%，当添加量达到10wt%时，拉伸强度仍比纯PLA高出13%；加入g-CaCO3能够提高复合材料的储能模量和复数黏度；此外，g-CaCO3的加入，提高了PLA材料对紫外可见光和水蒸气的阻隔性能。
采用直接缩聚法制备了乳酸低聚物，用该物质对纳米碳酸钙(CaCO3)进行改性，得到改性纳米碳酸钙(g-CaCO3)。将g-CaCO3与聚乳酸(PLA)通过溶液共混制备了g-CaCO3/PLA复合材料。通过FTIR、吸油值等对g-CaCO3进行了表征，并采用SEM、DSC、万能试验机、流变测试仪、透湿仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-AIR)分光光度计研究了g-CaCO3对PLA结构和性能的影响。结果表明，乳酸低聚物的改性降低了CaCO3的吸油值，改善了CaCO3与PLA的界面相容性，促进了CaCO3在PLA基体中的分散；同时，g-CaCO3在PLA基体中起到成核剂的作用，改善了PLA材料的结晶能力；随着g-CaCO3添加量的增加，g-CaCO3/PLA复合材料的拉伸强度和断裂延伸率呈先上升后下降的趋势，当添加5wt%的g-CaCO3时，拉伸强度比5%CaCO3/PLA复合材料高50%，比纯PLA高20%，当添加量达到10wt%时，拉伸强度仍比纯PLA高出13%；加入g-CaCO3能够提高复合材料的储能模量和复数黏度；此外，g-CaCO3的加入，提高了PLA材料对紫外可见光和水蒸气的阻隔性能。
2021, 38(9): 2795-2802.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201203.002
摘要:
氧化石墨烯(GO)对水中染料有着优异的吸附性能，但其氧化程度对复合材料吸附性能和机制的影响还未被充分研究。采用Hummer法，制备3种不同氧化程度的氧化石墨烯，与聚乙烯醇(PVA)复合得到三种GO/PVA气凝胶。利用红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)和热重分析(TG)分析了3种GO的氧化程度；以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物，通过静态吸附实验考察了GO氧化程度对GO/PVA气凝胶在不同溶液pH、吸附时间、初始浓度下对MB吸附性能的影响。通过吸附动力学模型、吸附等温线模型和吸附热力学模型探究了GO氧化程度对GO/PVA气凝胶吸附机制的影响。研究结果表明：GO/PVA气凝胶对MB的吸附行为受pH影响较小；提高GO的氧化程度可以明显提升GO/PVA气凝胶的吸附容量和吸附速度，GO氧化程度的提高增加了气凝胶上的吸附位点，有利于吸附。此外，GO氧化程度对GO/PVA气凝胶的吸附机制无明显影响。
氧化石墨烯(GO)对水中染料有着优异的吸附性能，但其氧化程度对复合材料吸附性能和机制的影响还未被充分研究。采用Hummer法，制备3种不同氧化程度的氧化石墨烯，与聚乙烯醇(PVA)复合得到三种GO/PVA气凝胶。利用红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)和热重分析(TG)分析了3种GO的氧化程度；以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物，通过静态吸附实验考察了GO氧化程度对GO/PVA气凝胶在不同溶液pH、吸附时间、初始浓度下对MB吸附性能的影响。通过吸附动力学模型、吸附等温线模型和吸附热力学模型探究了GO氧化程度对GO/PVA气凝胶吸附机制的影响。研究结果表明：GO/PVA气凝胶对MB的吸附行为受pH影响较小；提高GO的氧化程度可以明显提升GO/PVA气凝胶的吸附容量和吸附速度，GO氧化程度的提高增加了气凝胶上的吸附位点，有利于吸附。此外，GO氧化程度对GO/PVA气凝胶的吸附机制无明显影响。
2021, 38(9): 2803-2813.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201116.001
摘要:
采用聚磷酸铵(APP)与不同比例三聚氰胺(MA)和三嗪成炭剂(CFA)复配对环氧树脂进行阻燃改性。系统研究了不同配比阻燃剂(总量保持40wt%)的加入对环氧树脂流变特性、固化行为、热机械性能、力学性能及阻燃性能的影响。将优化后的阻燃改性环氧树脂用于制备玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRC)，对并其力学和阻燃性能进行了研究。结果表明，APP单独与MA或CFA复配改性环氧树脂并未表现出明显的协同阻燃效应，但它们组成的三元复配阻燃体系(30wt%APP-5wt%MA-5wt%CFA)具有良好的协同阻燃效应。相比未改性环氧树脂，APP-MA-CFA改性环氧树脂的极限氧指数(LOI)由18.0%提高到了50.2%，热释放峰值速率(PHRR)下降了84%，总热释放量(THR)下降了78%。树脂基体中加入阻燃剂后，GFRC的力学性能有所下降，尤其是层间剪切强度。同样地，基于APP-MA-CFA复配改性环氧树脂的GFRC表现出最佳阻燃性能，相比未改性的GFRC，其LOI值由22.8%提高到了66.0%，PHRR由354 kW/m2下降到93 kW/m2，THR由49.3 MJ/m2下降到22.8 MJ/m2。
采用聚磷酸铵(APP)与不同比例三聚氰胺(MA)和三嗪成炭剂(CFA)复配对环氧树脂进行阻燃改性。系统研究了不同配比阻燃剂(总量保持40wt%)的加入对环氧树脂流变特性、固化行为、热机械性能、力学性能及阻燃性能的影响。将优化后的阻燃改性环氧树脂用于制备玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRC)，对并其力学和阻燃性能进行了研究。结果表明，APP单独与MA或CFA复配改性环氧树脂并未表现出明显的协同阻燃效应，但它们组成的三元复配阻燃体系(30wt%APP-5wt%MA-5wt%CFA)具有良好的协同阻燃效应。相比未改性环氧树脂，APP-MA-CFA改性环氧树脂的极限氧指数(LOI)由18.0%提高到了50.2%，热释放峰值速率(PHRR)下降了84%，总热释放量(THR)下降了78%。树脂基体中加入阻燃剂后，GFRC的力学性能有所下降，尤其是层间剪切强度。同样地，基于APP-MA-CFA复配改性环氧树脂的GFRC表现出最佳阻燃性能，相比未改性的GFRC，其LOI值由22.8%提高到了66.0%，PHRR由354 kW/m2下降到93 kW/m2，THR由49.3 MJ/m2下降到22.8 MJ/m2。
2021, 38(9): 2814-2820.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201030.007
摘要:
以碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide, CF/PPS)复合材料层合板为研究对象，采用感应焊接方法对CF/PPS层板进行了焊接，重点研究了湿热环境对CF/PPS层板焊接接头性能的影响，实验结果表明：吸湿前后PPS树脂未发生化学变化；室温环境下，随着吸湿时间的增加，焊接接头剪切强度逐渐下降，与干态焊接接头相比分别降低了15%、18%、23%、32%和38%，不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处的湿应力不断增大，削弱了焊接接头界面的结合性能，影响了焊接接头的失效形式；120℃环境下，不同吸湿时间焊接接头剪切强度的下降率分别为12%、15%、22%、37%和44%，高温高湿使不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处热应力和湿应力增大，加剧了界面结合的损伤，界面脱粘成为焊接接头主要的失效形式。
以碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide, CF/PPS)复合材料层合板为研究对象，采用感应焊接方法对CF/PPS层板进行了焊接，重点研究了湿热环境对CF/PPS层板焊接接头性能的影响，实验结果表明：吸湿前后PPS树脂未发生化学变化；室温环境下，随着吸湿时间的增加，焊接接头剪切强度逐渐下降，与干态焊接接头相比分别降低了15%、18%、23%、32%和38%，不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处的湿应力不断增大，削弱了焊接接头界面的结合性能，影响了焊接接头的失效形式；120℃环境下，不同吸湿时间焊接接头剪切强度的下降率分别为12%、15%、22%、37%和44%，高温高湿使不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处热应力和湿应力增大，加剧了界面结合的损伤，界面脱粘成为焊接接头主要的失效形式。
2021, 38(9): 2821-2828.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201210.001
摘要:
基于三维编织成型及真空辅助树脂传递成型技术，制备了编织纱和轴纱不同混杂方式(编织纱/轴纱：碳纤维-碳纤维(CF-CF)、碳纤维-玻璃纤维(CF-GF)；玻璃纤维-碳纤维(GF-CF))增强环氧树脂(EP)的三类三维编织复合材料薄壁圆管，通过准静态轴向压溃及详细的破坏断面观察，研究了纤维混杂方式对薄壁圆管的能量吸收性能和破坏模式的影响。研究发现：CF-CF/EP样品的比能量吸收值分别比GF-CF/EP大36%，比CF-GF/EP大12%。编织纱为碳纤维时(CF-CF/EP及CF-GF/EP)，圆管的破坏模式均为折叠破坏模式，编织纱采用碳纤维能有效地遏制中央裂纹的轴向扩展，折叠变形的三维结构内部发生了较多细小的微观破坏。而编织纱为玻璃纤维的GF-CF/EP，破坏模式则为开花内外弯曲式，中央裂纹产生，三维结构呈现分层并向圆管内外弯曲。
基于三维编织成型及真空辅助树脂传递成型技术，制备了编织纱和轴纱不同混杂方式(编织纱/轴纱：碳纤维-碳纤维(CF-CF)、碳纤维-玻璃纤维(CF-GF)；玻璃纤维-碳纤维(GF-CF))增强环氧树脂(EP)的三类三维编织复合材料薄壁圆管，通过准静态轴向压溃及详细的破坏断面观察，研究了纤维混杂方式对薄壁圆管的能量吸收性能和破坏模式的影响。研究发现：CF-CF/EP样品的比能量吸收值分别比GF-CF/EP大36%，比CF-GF/EP大12%。编织纱为碳纤维时(CF-CF/EP及CF-GF/EP)，圆管的破坏模式均为折叠破坏模式，编织纱采用碳纤维能有效地遏制中央裂纹的轴向扩展，折叠变形的三维结构内部发生了较多细小的微观破坏。而编织纱为玻璃纤维的GF-CF/EP，破坏模式则为开花内外弯曲式，中央裂纹产生，三维结构呈现分层并向圆管内外弯曲。
2021, 38(9): 2829-2838.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201210.003
摘要:
激光超声技术具有无需耦合剂、快速及高分辨等特点，适用于各向异性碳纤维增强树脂编织复合材料的缺陷检测。运用有限元法分析了激励位置和编织结构对激光点源激发超声波信号的影响，获得了弹性波在材料内部的传播规律以及能量分布特征，并采用1 MHz空气耦合换能器搭建了一套小型化、低成本的非接触激光超声C扫描成像系统，开展了斜纹和缎纹碳纤维增强树脂编织复合材料的近表微结构和内部缺陷检测实验。结果表明，基于空气耦合换能器的激光超声成像可以高精度地再现碳纤维增强树脂编织复合材料的近表树脂囊、碳纤维束形状、取向、尺寸及其内部缺陷等空间分布特征，有望为航空复合材料提供一种原位的微结构表征和缺陷检测方法。
激光超声技术具有无需耦合剂、快速及高分辨等特点，适用于各向异性碳纤维增强树脂编织复合材料的缺陷检测。运用有限元法分析了激励位置和编织结构对激光点源激发超声波信号的影响，获得了弹性波在材料内部的传播规律以及能量分布特征，并采用1 MHz空气耦合换能器搭建了一套小型化、低成本的非接触激光超声C扫描成像系统，开展了斜纹和缎纹碳纤维增强树脂编织复合材料的近表微结构和内部缺陷检测实验。结果表明，基于空气耦合换能器的激光超声成像可以高精度地再现碳纤维增强树脂编织复合材料的近表树脂囊、碳纤维束形状、取向、尺寸及其内部缺陷等空间分布特征，有望为航空复合材料提供一种原位的微结构表征和缺陷检测方法。
2021, 38(9): 2839-2847.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201229.001
摘要:
为推动形状记忆聚合物在空间等极端恶劣环境中的应用，以超薄碳纤维增强聚醚醚酮(Carbon fibers reinforced polyether-ether-ketone，CF/PEEK)预浸料为实验对象，采用薄膜叠层与热压成型工艺制备厚度为0.036 mm超薄预浸料的层合片材，研究了其在热应力驱动下的形状记忆行为。结果表明，在320℃加热-冷却热循环温度场的作用下，CF/PEEK复合材料超薄层合板的初始变形的形状回复率近似可达100%，当变形循环达到100次时，其形状回复率仍然可以保持在90%以上。此外，根据层合板变形的温度与应力-应变关系，解释了CF/PEEK复合材料的热应力驱动变形机制。在此基础上，改变CF/PEEK层合板厚度进行仿真设计，实现了初始状态与深海珊瑚形状、立方体、灯笼草形状之间的变形与回复。利用记忆变形产生的机械夹紧力，完成了硬币抓取实验，验证了CF/PEEK复合材料在主动变形结构应用的可行性。
为推动形状记忆聚合物在空间等极端恶劣环境中的应用，以超薄碳纤维增强聚醚醚酮(Carbon fibers reinforced polyether-ether-ketone，CF/PEEK)预浸料为实验对象，采用薄膜叠层与热压成型工艺制备厚度为0.036 mm超薄预浸料的层合片材，研究了其在热应力驱动下的形状记忆行为。结果表明，在320℃加热-冷却热循环温度场的作用下，CF/PEEK复合材料超薄层合板的初始变形的形状回复率近似可达100%，当变形循环达到100次时，其形状回复率仍然可以保持在90%以上。此外，根据层合板变形的温度与应力-应变关系，解释了CF/PEEK复合材料的热应力驱动变形机制。在此基础上，改变CF/PEEK层合板厚度进行仿真设计，实现了初始状态与深海珊瑚形状、立方体、灯笼草形状之间的变形与回复。利用记忆变形产生的机械夹紧力，完成了硬币抓取实验，验证了CF/PEEK复合材料在主动变形结构应用的可行性。
2021, 38(9): 2848-2861.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201124.003
摘要:
研究9, 10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2, 5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)、6H-二苯并[c, e][1, 2]氧代磷酸甘油酯, 6, 6’-(1, 2-苯乙基)双-, 66’-二氧化物(DiDOPO)三种衍生物的热分解行为，并考察了它们对聚乳酸(PLA)材料热降解、阻燃及力学性能的影响。热重分析结果表明，DOPO阻燃剂初始分解温度(T5%)仅为154℃，DOPO-HQ的T5%提高到342℃，DiDOPO的T5%达到363℃，明显高于DOPO与DOPO-HQ。对比DOPO衍生物/PLA复合材料的T5%发现，T5%(DOPO/PLA，273.5℃)< T5%(DOPO-HQ/PLA，321.5℃)< T5%(DiDOPO/PLA，333.8℃)，呈现出与阻燃剂热稳定性相一致的递增趋势。另外，热降解动力学结果表明复合材料的热降解活化能提高。通过热重-红外光谱分析(TG-IR)、裂解-气相色谱/质谱联用(PY-GC/MS)探究DOPO衍生物/PLA复合材料的热降解行为，结果表明三种阻燃剂主要通过产生磷氧自由基实现气相阻燃作用，DOPO-HQ和DiDOPO的特征基团可能在凝聚相中发挥作用。在垂直燃烧测试中三种体系均达到V-0级，其中DOPO/PLA熔滴最严重，DiDOPO/PLA体系熔滴得以抑制。此外，力学测试结果表明，DOPO/PLA拉伸强度比纯PLA下降83.1%，而DOPO-HQ/PLA和DiDOPO/PLA仅分别下降14.2%和15.6%。
研究9, 10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2, 5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)、6H-二苯并[c, e][1, 2]氧代磷酸甘油酯, 6, 6’-(1, 2-苯乙基)双-, 66’-二氧化物(DiDOPO)三种衍生物的热分解行为，并考察了它们对聚乳酸(PLA)材料热降解、阻燃及力学性能的影响。热重分析结果表明，DOPO阻燃剂初始分解温度(T5%)仅为154℃，DOPO-HQ的T5%提高到342℃，DiDOPO的T5%达到363℃，明显高于DOPO与DOPO-HQ。对比DOPO衍生物/PLA复合材料的T5%发现，T5%(DOPO/PLA，273.5℃)< T5%(DOPO-HQ/PLA，321.5℃)< T5%(DiDOPO/PLA，333.8℃)，呈现出与阻燃剂热稳定性相一致的递增趋势。另外，热降解动力学结果表明复合材料的热降解活化能提高。通过热重-红外光谱分析(TG-IR)、裂解-气相色谱/质谱联用(PY-GC/MS)探究DOPO衍生物/PLA复合材料的热降解行为，结果表明三种阻燃剂主要通过产生磷氧自由基实现气相阻燃作用，DOPO-HQ和DiDOPO的特征基团可能在凝聚相中发挥作用。在垂直燃烧测试中三种体系均达到V-0级，其中DOPO/PLA熔滴最严重，DiDOPO/PLA体系熔滴得以抑制。此外，力学测试结果表明，DOPO/PLA拉伸强度比纯PLA下降83.1%，而DOPO-HQ/PLA和DiDOPO/PLA仅分别下降14.2%和15.6%。
2021, 38(9): 2862-2868.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201116.005
摘要:
以物理法石墨烯为原料，采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)，通过溶胶-凝胶法在氧化石墨烯表面生长拟薄水铝石(AlOOH)纳米颗粒，得到拟薄水铝石包覆氧化石墨烯(GO@AlOOH)，以环氧树脂(E51)和双酚A型氰酸酯(BCE)为原料，GO@AlOOH作为增强体，制备GO@AlOOH/E51-BCE复合材料。采用红外光谱和X射线表征GO@AlOOH，结果表明：AlOOH和GO存在着相互作用，且其表面含有羟基活性基团。复合材料的SEM结果显示：GO@AlOOH的加入使得树脂断裂面明显改变，性能得到提升。当掺杂量为0.6wt%时，复合材料的弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度达到最大，分别为158.23 MPa、2.37 GPa和46.96 kJ/m2。该复合材料具有优异的力学性能，具有一定的发展潜力。
以物理法石墨烯为原料，采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)，通过溶胶-凝胶法在氧化石墨烯表面生长拟薄水铝石(AlOOH)纳米颗粒，得到拟薄水铝石包覆氧化石墨烯(GO@AlOOH)，以环氧树脂(E51)和双酚A型氰酸酯(BCE)为原料，GO@AlOOH作为增强体，制备GO@AlOOH/E51-BCE复合材料。采用红外光谱和X射线表征GO@AlOOH，结果表明：AlOOH和GO存在着相互作用，且其表面含有羟基活性基团。复合材料的SEM结果显示：GO@AlOOH的加入使得树脂断裂面明显改变，性能得到提升。当掺杂量为0.6wt%时，复合材料的弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度达到最大，分别为158.23 MPa、2.37 GPa和46.96 kJ/m2。该复合材料具有优异的力学性能，具有一定的发展潜力。
2021, 38(9): 2869-2881.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210406.001
摘要:
为了研究玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板在球形弹高速斜冲击下的损伤特性，利用一级气炮对2 mm厚度的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板和含一层、三层304不锈钢网的玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板进行倾角为30°的冲击实验，以揭示304不锈钢网对层合板弹道极限和能量吸收的影响规律，并分析层合板损伤特征及其机理。通过实验发现，含有三层不锈钢网层合板的弹道极限最高，而不含不锈钢网层合板和含一层不锈钢网层合板的弹道极限速度接近。层合板吸收的能量随着弹体速度增加呈现出先增加后趋于平稳，然后急剧上升的趋势。层合板损伤模式为基体开裂和破碎、分层、不锈钢丝拉伸断裂、纤维拉伸断裂和剪切断裂。层合板分层损伤面积随弹体速度增大先增大后减小，最后趋于稳定。当弹体速度较低时，层合板主要发生纤维拉伸断裂、基体开裂、层间有分层损伤产生。随着弹体速度的增大，层合板正面纤维逐渐发生压剪断裂、基体破碎，背面纤维发生严重的拉伸撕裂。
为了研究玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板在球形弹高速斜冲击下的损伤特性，利用一级气炮对2 mm厚度的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板和含一层、三层304不锈钢网的玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板进行倾角为30°的冲击实验，以揭示304不锈钢网对层合板弹道极限和能量吸收的影响规律，并分析层合板损伤特征及其机理。通过实验发现，含有三层不锈钢网层合板的弹道极限最高，而不含不锈钢网层合板和含一层不锈钢网层合板的弹道极限速度接近。层合板吸收的能量随着弹体速度增加呈现出先增加后趋于平稳，然后急剧上升的趋势。层合板损伤模式为基体开裂和破碎、分层、不锈钢丝拉伸断裂、纤维拉伸断裂和剪切断裂。层合板分层损伤面积随弹体速度增大先增大后减小，最后趋于稳定。当弹体速度较低时，层合板主要发生纤维拉伸断裂、基体开裂、层间有分层损伤产生。随着弹体速度的增大，层合板正面纤维逐渐发生压剪断裂、基体破碎，背面纤维发生严重的拉伸撕裂。
2021, 38(9): 2882-2893.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201202.001
摘要:
碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料在铺放成型时，由于树脂基体与碳纤维之间的热膨胀系数存在差异以及成型时热-力参数作用下由于纤维的变形而导致纤维与基体接触处产生应力集中等原因，在制品材料中会产生热残余应力。针对碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的实际结构特点，利用ABAQUS有限元软件建立含有界面的碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的细观代表性体积单元(Representative volume element, RVE)有限元模型，采用实验研究和有限元仿真分析的方法，研究在温度-压力参数作用下预浸带铺放制品残余应力的分布规律及影响机理。首先，建立预浸带铺放时的温度和压力模型，研究不同温度和压力参数条件下碳纤维/环氧树脂预浸带铺放制品残余应力的分布情况。其次，采用耦合降温法模拟碳纤维/环氧树脂预浸带残余应力随纤维体积含量、铺放压力以及铺放温度的变化规律，并采用扫描电镜对不同工艺参数条件下预浸带铺放制品的微观结构进行分析。通过对模拟结果进行分析比较得到各因素对制品残余应力的基本影响规律；最后进行不同温度和压力等铺放参数对预浸带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究。
碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料在铺放成型时，由于树脂基体与碳纤维之间的热膨胀系数存在差异以及成型时热-力参数作用下由于纤维的变形而导致纤维与基体接触处产生应力集中等原因，在制品材料中会产生热残余应力。针对碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的实际结构特点，利用ABAQUS有限元软件建立含有界面的碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的细观代表性体积单元(Representative volume element, RVE)有限元模型，采用实验研究和有限元仿真分析的方法，研究在温度-压力参数作用下预浸带铺放制品残余应力的分布规律及影响机理。首先，建立预浸带铺放时的温度和压力模型，研究不同温度和压力参数条件下碳纤维/环氧树脂预浸带铺放制品残余应力的分布情况。其次，采用耦合降温法模拟碳纤维/环氧树脂预浸带残余应力随纤维体积含量、铺放压力以及铺放温度的变化规律，并采用扫描电镜对不同工艺参数条件下预浸带铺放制品的微观结构进行分析。通过对模拟结果进行分析比较得到各因素对制品残余应力的基本影响规律；最后进行不同温度和压力等铺放参数对预浸带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究。
2021, 38(9): 2894-2903.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201201.003
摘要:
针对现有研究对复合材料多胞结构吸能特性研究的不足，提出了一种由多根小尺寸的单根碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管(Single CFRP tube，SCT)填充进大尺寸碳管组成的多胞填充结构(Multicellular filling structure，MFS)，并分别对SCT和MFS进行了单次全行程加载和多次分段加载的准静态压缩，分析了其压缩破坏模式和吸能特性。研究结果表明：MFS最外侧碳管破坏模式与SCT破坏形式相似，且单次全行程压缩与多次分段压缩的破坏模式没有明显区别，但MFS最外侧碳管由于内部碳管及碎屑的挤压呈现出明显的径向变形；相对于单次全行程压缩过程，SCT及MFS多次分段压缩时的总耗能量更多；本次研究的SCT试件最大比吸能为86.0 J/g，最小比吸能为59.3 J/g，然而由于MFS最外侧管件的比吸能低，导致其比吸能在69.8~75.9 J/g之间，小于单管根碳管的最大比吸能，但进一步研究可知，合适的外部约束形式和内部碳管数量可使MFS比吸能高于SCT的最大比吸能。
针对现有研究对复合材料多胞结构吸能特性研究的不足，提出了一种由多根小尺寸的单根碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管(Single CFRP tube，SCT)填充进大尺寸碳管组成的多胞填充结构(Multicellular filling structure，MFS)，并分别对SCT和MFS进行了单次全行程加载和多次分段加载的准静态压缩，分析了其压缩破坏模式和吸能特性。研究结果表明：MFS最外侧碳管破坏模式与SCT破坏形式相似，且单次全行程压缩与多次分段压缩的破坏模式没有明显区别，但MFS最外侧碳管由于内部碳管及碎屑的挤压呈现出明显的径向变形；相对于单次全行程压缩过程，SCT及MFS多次分段压缩时的总耗能量更多；本次研究的SCT试件最大比吸能为86.0 J/g，最小比吸能为59.3 J/g，然而由于MFS最外侧管件的比吸能低，导致其比吸能在69.8~75.9 J/g之间，小于单管根碳管的最大比吸能，但进一步研究可知，合适的外部约束形式和内部碳管数量可使MFS比吸能高于SCT的最大比吸能。
2021, 38(9): 2904-2913.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210312.004
摘要:
层合板的I型层间断裂韧性的测量方法通常为单向纤维增强树脂复合材料的末端切口(End notched flexure, ENF)试样的双悬臂梁(Double cantilever beam, DCB)试验。为了得到带有弧度的层合复合材料结构的I型层间断裂韧性，对圆弧形末端切口(Arc-ENF)试样进行DCB试验。基于梁的弯曲理论和Irwin-Kies公式得到Arc-ENF试样的柔度公式与I型临界能量释放率GIC公式，并且利用ABAQUS软件对DCB试验进行数值模拟。最终，通过对比分析理论公式计算结果、数值模拟结果和DCB试验结果来验证柔度公式和GIC公式的合理性和有效性，对带有任意弧度的DCB试样的I型层间断裂韧性的测试与分析具有参考价值。
层合板的I型层间断裂韧性的测量方法通常为单向纤维增强树脂复合材料的末端切口(End notched flexure, ENF)试样的双悬臂梁(Double cantilever beam, DCB)试验。为了得到带有弧度的层合复合材料结构的I型层间断裂韧性，对圆弧形末端切口(Arc-ENF)试样进行DCB试验。基于梁的弯曲理论和Irwin-Kies公式得到Arc-ENF试样的柔度公式与I型临界能量释放率GIC公式，并且利用ABAQUS软件对DCB试验进行数值模拟。最终，通过对比分析理论公式计算结果、数值模拟结果和DCB试验结果来验证柔度公式和GIC公式的合理性和有效性，对带有任意弧度的DCB试样的I型层间断裂韧性的测试与分析具有参考价值。
2021, 38(9): 2914-2924.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200922.001
摘要:
依据实验测试获得E51环氧树脂的固化动力学和力学性能参数，针对特定尺寸的E51树脂灌封结构，将数值模拟与实验方法相结合，优化树脂的常温固化工艺为“二阶段”中高温固化工艺。首先采用数值模拟方法，分别比较第一段保温平台和第二段保温平台不同温度幅值和固化时间对结构内部的温度、固化度和应变的影响，优选固化工艺参数；然后基于光纤布拉格光栅(FBG)监测技术，对优选和原始固化工艺曲线的结构内部的固化温度和应变进行实时在线监测，结果表明了数值模拟的可行性，显示了通过数值仿真优选固化工艺曲线的可靠性；最后实验测试比较优选工艺和原始工艺曲线下制造的E51树脂浇注体性能，结果显示优选工艺制造的树脂浇注体的拉伸强度、压缩屈服强度、弯曲强度和冲击强度相比原始工艺制作的试样分别提高了3.9%、1.5%、14.5%和16.2%。
依据实验测试获得E51环氧树脂的固化动力学和力学性能参数，针对特定尺寸的E51树脂灌封结构，将数值模拟与实验方法相结合，优化树脂的常温固化工艺为“二阶段”中高温固化工艺。首先采用数值模拟方法，分别比较第一段保温平台和第二段保温平台不同温度幅值和固化时间对结构内部的温度、固化度和应变的影响，优选固化工艺参数；然后基于光纤布拉格光栅(FBG)监测技术，对优选和原始固化工艺曲线的结构内部的固化温度和应变进行实时在线监测，结果表明了数值模拟的可行性，显示了通过数值仿真优选固化工艺曲线的可靠性；最后实验测试比较优选工艺和原始工艺曲线下制造的E51树脂浇注体性能，结果显示优选工艺制造的树脂浇注体的拉伸强度、压缩屈服强度、弯曲强度和冲击强度相比原始工艺制作的试样分别提高了3.9%、1.5%、14.5%和16.2%。
2021, 38(9): 2925-2933.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201230.001
摘要:
基于随机生成结构法创建了纤维随机排布的复合材料纤维体，采用链表数据结构实现了一种物理直观、不依赖网格划分的纤维体等效导热系数理论预测方法。将该方法用于酚醛浸渍碳烧蚀材料，研究了影响等效导热系数的相关因素。结论表明：复合材料的等效导热系数并非材料固有属性，纤维长度与试件尺度相近时，试件尺度会影响材料导热系数；单位空间的纤维根数与等效导热系数呈非线性正相关关系；但等效导热系数并非体积分数的单变量函数，还取决于纤维的连通性，有效长度愈小，则表明连通性愈好，等效导热系数愈大。
基于随机生成结构法创建了纤维随机排布的复合材料纤维体，采用链表数据结构实现了一种物理直观、不依赖网格划分的纤维体等效导热系数理论预测方法。将该方法用于酚醛浸渍碳烧蚀材料，研究了影响等效导热系数的相关因素。结论表明：复合材料的等效导热系数并非材料固有属性，纤维长度与试件尺度相近时，试件尺度会影响材料导热系数；单位空间的纤维根数与等效导热系数呈非线性正相关关系；但等效导热系数并非体积分数的单变量函数，还取决于纤维的连通性，有效长度愈小，则表明连通性愈好，等效导热系数愈大。
2021, 38(9): 2934-2941.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201201.002
摘要:
对编织碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料的三维热扩散性能进行有限元仿真研究。通过TexGen软件创建20层编织CF/EP复合材料三维仿真模型，计算了不同孔隙率样品的有效体积比热和热导率来设置材料属性，并使用幅值曲线模拟周期性点光源进行仿真。首先以孔隙率为0%的样品为例，采用非线性拟合求解热扩散系数，选出最优的调制频率范围为0.1~2 Hz。在此基础上研究了孔隙率对复合材料热扩散性能的影响。结果表明，编织CF/EP复合材料在平面内的热扩散系数随着孔隙率的增大而减小，孔隙率小于1.55%时，孔隙率每增加1%，热扩散系数下降5.4%。孔隙率大于1.55%时，下降速度变慢，仅为2.4%。在平面内沿着经纱和纬纱方向的热扩散较快，经(纬)纱45°方向的热扩散较慢，而在垂直方向上，由于点光源的穿透性使法向的热扩散最快，体现了热扩散的各向异性。
对编织碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料的三维热扩散性能进行有限元仿真研究。通过TexGen软件创建20层编织CF/EP复合材料三维仿真模型，计算了不同孔隙率样品的有效体积比热和热导率来设置材料属性，并使用幅值曲线模拟周期性点光源进行仿真。首先以孔隙率为0%的样品为例，采用非线性拟合求解热扩散系数，选出最优的调制频率范围为0.1~2 Hz。在此基础上研究了孔隙率对复合材料热扩散性能的影响。结果表明，编织CF/EP复合材料在平面内的热扩散系数随着孔隙率的增大而减小，孔隙率小于1.55%时，孔隙率每增加1%，热扩散系数下降5.4%。孔隙率大于1.55%时，下降速度变慢，仅为2.4%。在平面内沿着经纱和纬纱方向的热扩散较快，经(纬)纱45°方向的热扩散较慢，而在垂直方向上，由于点光源的穿透性使法向的热扩散最快，体现了热扩散的各向异性。
2021, 38(9): 2942-2952.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210129.001
摘要:
针对复合层压板单螺栓单搭接结构，提出一种更合理的四阶段刚度模型。该模型是在传统三阶段刚度分析模型的基础上，采用部分滑移理论对模型粘滞阶段的刚度进行了改进；同时考虑到层压板之间、垫片与层压板之间的异步滑动，增加了部分滑移阶段，给出新的刚度模型的理论分析过程和使用条件。为了验证改进模型的准确性，在ABAQUS中建立了对应的三维有限元模型，同时对比了层压板单独建模和均质建模的优缺点，表明单独建模更符合实际，更精确；最后通过分析螺栓孔间隙、扭矩、铺层厚度、宽径比、液态垫片及铺层角度对复合材料螺栓连接各阶段刚度的影响。结果表明：螺栓孔间隙会导致螺杆发生二次弯曲，从而降低其接头刚度；相对于宽径比的影响，铺层厚度对螺栓接头刚度的影响更显著；不同铺层角度对螺栓接头刚度的影响机制也不同。
针对复合层压板单螺栓单搭接结构，提出一种更合理的四阶段刚度模型。该模型是在传统三阶段刚度分析模型的基础上，采用部分滑移理论对模型粘滞阶段的刚度进行了改进；同时考虑到层压板之间、垫片与层压板之间的异步滑动，增加了部分滑移阶段，给出新的刚度模型的理论分析过程和使用条件。为了验证改进模型的准确性，在ABAQUS中建立了对应的三维有限元模型，同时对比了层压板单独建模和均质建模的优缺点，表明单独建模更符合实际，更精确；最后通过分析螺栓孔间隙、扭矩、铺层厚度、宽径比、液态垫片及铺层角度对复合材料螺栓连接各阶段刚度的影响。结果表明：螺栓孔间隙会导致螺杆发生二次弯曲，从而降低其接头刚度；相对于宽径比的影响，铺层厚度对螺栓接头刚度的影响更显著；不同铺层角度对螺栓接头刚度的影响机制也不同。
2021, 38(9): 2954-2963.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201222.003
摘要:
针对复合材料固化成型工艺的直热模具温度场均匀性进行了研究。建立模具温度场和复合材料固化反应温度场的耦合传热学模型，并对该模型进行有限元建模仿真分析。针对影响模具表面温度均匀性的主要因素，即电加热管的间距和功率，设计正交试验优化，优化后模具表面最大温差为3.5℃，达到行业标准。此外，对影响温度场均匀性的其他因素，即加热管与模具的接触热阻、复合材料层合板厚度进行了探讨，接触热阻的存在使得模具表面最大温差达到7.24℃，模具加热到指定温度多用时800 s，降低了效率。研究层合板对模具温度均匀性的影响时发现未加入复合材料时模具表面最大温差为4.44℃，加入层合板耦合后最大温差为3.5℃；厚度为毫米级时，层合板对直热模具表面温度均匀性影响不大。
针对复合材料固化成型工艺的直热模具温度场均匀性进行了研究。建立模具温度场和复合材料固化反应温度场的耦合传热学模型，并对该模型进行有限元建模仿真分析。针对影响模具表面温度均匀性的主要因素，即电加热管的间距和功率，设计正交试验优化，优化后模具表面最大温差为3.5℃，达到行业标准。此外，对影响温度场均匀性的其他因素，即加热管与模具的接触热阻、复合材料层合板厚度进行了探讨，接触热阻的存在使得模具表面最大温差达到7.24℃，模具加热到指定温度多用时800 s，降低了效率。研究层合板对模具温度均匀性的影响时发现未加入复合材料时模具表面最大温差为4.44℃，加入层合板耦合后最大温差为3.5℃；厚度为毫米级时，层合板对直热模具表面温度均匀性影响不大。
2021, 38(9): 2964-2972.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201119.001
摘要:
以TiCp粉末和水雾化Cr15高铬铸铁粉末为原料，采用粉末冶金液相烧结技术制备TiCp增强高铬铸铁复合材料。研究了TiCp含量对高铬铸铁的物相组成、显微组织和力学性能的影响。研究结果表明，全致密的TiCp增强高铬铸铁基体复合材料的构成相为TiC、M7C3型碳化物、马氏体和少量奥氏体；随着TiCp添加量增大，金属基体逐步呈孤岛状，并在其中析出越来越多的M7C3型碳化物，同时TiCp逐步呈连续网状分布；同时，其硬度稳步提升，而抗弯强度和冲击韧性降低。当TiCp添加量为20wt%时烧结态复合材料具有最佳综合力学性能。此时硬度为HRC 66.8 ，冲击韧性为6.86 J/cm2，抗弯强度为1 343.10 MPa。当TiCp添加量为25wt%时硬度达到最大值HRC 67.20 。
以TiCp粉末和水雾化Cr15高铬铸铁粉末为原料，采用粉末冶金液相烧结技术制备TiCp增强高铬铸铁复合材料。研究了TiCp含量对高铬铸铁的物相组成、显微组织和力学性能的影响。研究结果表明，全致密的TiCp增强高铬铸铁基体复合材料的构成相为TiC、M7C3型碳化物、马氏体和少量奥氏体；随着TiCp添加量增大，金属基体逐步呈孤岛状，并在其中析出越来越多的M7C3型碳化物，同时TiCp逐步呈连续网状分布；同时，其硬度稳步提升，而抗弯强度和冲击韧性降低。当TiCp添加量为20wt%时烧结态复合材料具有最佳综合力学性能。此时硬度为HRC 66.8 ，冲击韧性为6.86 J/cm2，抗弯强度为1 343.10 MPa。当TiCp添加量为25wt%时硬度达到最大值HRC 67.20 。
2021, 38(9): 2973-2978.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201214.001
摘要:
采用溶剂热法，以氯化钨(WCl6)为原料制备氧化钨(W18O49)纳米粒子，进一步利用微乳液法合成钆(Gd)螯合氧化钨(W18O49-DTPA/Gd)纳米复合材料。通过XRD、SEM、TEM对其结构和形貌进行表征，结果表明样品的结晶度高，分散性好，梭形形貌，长约为640 nm，宽约为160 nm左右，W和Gd元素均匀的分布于样品中。对W18O49-DTPA/Gd的光热性能进行测试，采用808 nm近红外光照射10 min时，样品的水溶液温度可升高到46.9℃，满足光热治疗癌症的温度要求，而对照组纯水的温度几乎无变化。样品同时具有电子计算机断层扫描(CT)成像功能，成像效果随着浓度增加而加强，与纯W18O49相比，成像效果无明显变化。与人正常干细胞(LO2细胞)共培养24 h，在不同的样品浓度下细胞存活率仍在85%以上。
采用溶剂热法，以氯化钨(WCl6)为原料制备氧化钨(W18O49)纳米粒子，进一步利用微乳液法合成钆(Gd)螯合氧化钨(W18O49-DTPA/Gd)纳米复合材料。通过XRD、SEM、TEM对其结构和形貌进行表征，结果表明样品的结晶度高，分散性好，梭形形貌，长约为640 nm，宽约为160 nm左右，W和Gd元素均匀的分布于样品中。对W18O49-DTPA/Gd的光热性能进行测试，采用808 nm近红外光照射10 min时，样品的水溶液温度可升高到46.9℃，满足光热治疗癌症的温度要求，而对照组纯水的温度几乎无变化。样品同时具有电子计算机断层扫描(CT)成像功能，成像效果随着浓度增加而加强，与纯W18O49相比，成像效果无明显变化。与人正常干细胞(LO2细胞)共培养24 h，在不同的样品浓度下细胞存活率仍在85%以上。
2021, 38(9): 2979-2988.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201124.001
摘要:
将M40J碳纤维(Cf)以叠层缝合结构编织成预制体，采用真空气压浸渗工艺制备成Cf/Al复合材料。在高温环境(350℃、400℃)下进行三点弯曲测试试验，通过SEM、TEM、EDS和XRD对材料的元素分布、物相组成、微观组织和界面特征进行观察分析，研究其高温弯曲性能，探讨该种材料在高温环境下弯曲失效机制。结果表明，制备的Cf/Al复合材料基体与增强体界面轮廓清晰且结合紧密，材料内部基体受残余拉应力。Cf/Al复合材料在350℃时的弯曲强度和模量分别为175.2 MPa和90.1 GPa，在400℃时为160.8 MPa和87.5 GPa；温度升高时叠层缝合结构Cf/Al复合材料的弯曲强度未出现大比例下降，其高温稳定性较其他编织结构更好。Cf/Al复合材料在高温环境下弯曲失效时受拉伸、压缩共同作用，其失效方式是基体开裂及部分纤维断裂，主导因素为基体在高温下软化和材料界面结合强度下降。
将M40J碳纤维(Cf)以叠层缝合结构编织成预制体，采用真空气压浸渗工艺制备成Cf/Al复合材料。在高温环境(350℃、400℃)下进行三点弯曲测试试验，通过SEM、TEM、EDS和XRD对材料的元素分布、物相组成、微观组织和界面特征进行观察分析，研究其高温弯曲性能，探讨该种材料在高温环境下弯曲失效机制。结果表明，制备的Cf/Al复合材料基体与增强体界面轮廓清晰且结合紧密，材料内部基体受残余拉应力。Cf/Al复合材料在350℃时的弯曲强度和模量分别为175.2 MPa和90.1 GPa，在400℃时为160.8 MPa和87.5 GPa；温度升高时叠层缝合结构Cf/Al复合材料的弯曲强度未出现大比例下降，其高温稳定性较其他编织结构更好。Cf/Al复合材料在高温环境下弯曲失效时受拉伸、压缩共同作用，其失效方式是基体开裂及部分纤维断裂，主导因素为基体在高温下软化和材料界面结合强度下降。
2021, 38(9): 2989-2996.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201126.001
摘要:
在A356铝合金熔体中加入K2TiF6盐，通过熔体搅拌原位反应法制备了Al3Ti/A356铝基复合材料，研究了Al3Ti含量对铝基复合材料显微组织及室温和高温拉伸力学性能的影响。结果表明，Al3Ti/A356复合材料的铸态组织由α-Al、共晶Si和(Al, Si)3Ti相组成。随着K2TiF6盐添加量的增加，(Al, Si)3Ti相也逐渐增多，其形状由大块状和棒状转变为小块状，同时，基体中的共晶Si细化效果也越显著。在生成不同Al3Ti含量的复合材料中，2wt%Al3Ti/A356复合材料的常温拉伸抗拉强度和屈服强度均为最高，分别为179.7 MPa和74.1 MPa。350℃高温拉伸时，6wt%Al3Ti/A356复合材料的抗拉强度和屈服强度分别比基体提高22.1%和12.6%，分别达到66.3 MPa和57.9 MPa，最高抗拉强度达到或超过了一些现役汽车活塞用的铝硅合金，表明Al3Ti/A356复合材料具有作为新型耐热铝合金应用于汽车发动机耐热部件的潜力。
在A356铝合金熔体中加入K2TiF6盐，通过熔体搅拌原位反应法制备了Al3Ti/A356铝基复合材料，研究了Al3Ti含量对铝基复合材料显微组织及室温和高温拉伸力学性能的影响。结果表明，Al3Ti/A356复合材料的铸态组织由α-Al、共晶Si和(Al, Si)3Ti相组成。随着K2TiF6盐添加量的增加，(Al, Si)3Ti相也逐渐增多，其形状由大块状和棒状转变为小块状，同时，基体中的共晶Si细化效果也越显著。在生成不同Al3Ti含量的复合材料中，2wt%Al3Ti/A356复合材料的常温拉伸抗拉强度和屈服强度均为最高，分别为179.7 MPa和74.1 MPa。350℃高温拉伸时，6wt%Al3Ti/A356复合材料的抗拉强度和屈服强度分别比基体提高22.1%和12.6%，分别达到66.3 MPa和57.9 MPa，最高抗拉强度达到或超过了一些现役汽车活塞用的铝硅合金，表明Al3Ti/A356复合材料具有作为新型耐热铝合金应用于汽车发动机耐热部件的潜力。
2021, 38(9): 2997-3007.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201116.007
摘要:
针对真空压力浸渗法制备的三维角联锁机织铝基复合材料，采用细观力学有限元模拟与试验结合的方法研究了其面内拉伸变形损伤与断裂力学行为。结果表明：复合材料拉伸应力-应变曲线的计算与试验结果吻合较好，经(纬)向拉伸初始弹性模量、极限强度和断裂应变的计算误差分别为3.96%(1.11%)、1.40%(6.86%)和−5.49%(3.73%)；经向拉伸载荷作用下，经纱界面及其邻近基体合金先后发生损伤，随拉伸应变增加损伤累积和交互作用依次引发界面、基体和纬纱失效，变形后期经纱的断裂最终导致复合材料经向拉伸失效；纬向拉伸变形前期，经纱界面和经纬纱之间薄弱的基体合金相继产生损伤和失效现象，经纱在变形中期即出现横向破坏，起主要承载作用的纬纱轴向断裂是纬向拉伸的主要失效机制，由于三维角联锁机织体中纬纱体分远低于经纱，复合材料纬向拉伸模量和强度分别仅为经向的81.8%和56.5%。
针对真空压力浸渗法制备的三维角联锁机织铝基复合材料，采用细观力学有限元模拟与试验结合的方法研究了其面内拉伸变形损伤与断裂力学行为。结果表明：复合材料拉伸应力-应变曲线的计算与试验结果吻合较好，经(纬)向拉伸初始弹性模量、极限强度和断裂应变的计算误差分别为3.96%(1.11%)、1.40%(6.86%)和−5.49%(3.73%)；经向拉伸载荷作用下，经纱界面及其邻近基体合金先后发生损伤，随拉伸应变增加损伤累积和交互作用依次引发界面、基体和纬纱失效，变形后期经纱的断裂最终导致复合材料经向拉伸失效；纬向拉伸变形前期，经纱界面和经纬纱之间薄弱的基体合金相继产生损伤和失效现象，经纱在变形中期即出现横向破坏，起主要承载作用的纬纱轴向断裂是纬向拉伸的主要失效机制，由于三维角联锁机织体中纬纱体分远低于经纱，复合材料纬向拉伸模量和强度分别仅为经向的81.8%和56.5%。
