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壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能
张钊滟, 马帅, 卢鑫, 郑玉婴, 林腾飞
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.002
摘要:
为了制备高力学性能、阻隔性能和导热性能的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,采用改进的原位溶液聚合法,将壳聚糖改性的氧化石墨烯(CS-GO)与TPU预聚体接枝,再经扩链反应得到CS-GO/TPU复合材料。利用FTIR、XRD、FESEM对CS-GO进行表征,并采用万能试验机、氧气透过仪和导热仪对CS-GO/TPU复合材料的性能进行测试分析。结果表明:CS与GO之间存在氢键作用,CS-GO在TPU基体中的分散性优于GO。CS-GO的均匀分散有效阻隔了O2的渗透,提高了CS-GO/TPU复合材料的阻隔性能。CS-GO与TPU基体之间的相互作用有利于应力载荷的传递和导热网络的形成,与纯TPU相比,当CS-GO含量为1wt%时,CS-GO/TPU复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了106.8%和111.2%,导热系数提高了1.55倍。
羟基磷灰石纳米纤维增强甲基丙烯酸酐改性明胶复合水凝胶的制备及性能
李泓, 张静, 陈可, 罗程严, 徐春波, 梁宸, 李波, 肖文谦, 廖晓玲
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200423.001
摘要:
采用溶剂热法制备了具有超高长径比的羟基磷灰石(HAP)纳米纤维,并将其与甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)结合,利用紫外光交联制备了HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶。通过SEM、XRD、力学测试、溶胀测试、降解测试、细胞培养等对HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶进行结构表征和性能测试。SEM断面观察表明,HAP纳米纤维/GelMA水凝胶呈三维孔隙贯通的多孔结构。力学实验表明,HAP纳米纤维能有效增强水凝胶的弹性模量,且随着HAP纳米纤维添加量的增加,力学性能增强效果越明显。溶胀实验表明,当HAP纳米纤维质量分数为5.2wt%~14.2wt%时,HAP纳米纤维复合水凝胶的溶胀率变化不明显,当质量分数为18.2wt%时,溶胀率降低。降解实验表明,HAP纳米纤维的加入能有效保持水凝胶结构形态,使其更加稳定可控。细胞包裹培养实验表明,HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶能为细胞提供良好的三维生长环境,表现出优良的生物相容性。本实验制备的HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶在组织工程领域有着良好的应用前景。
再生粗骨料硅烷浸渍处理对混凝土介质传输性能的影响
鲍玖文, 李树国, 张鹏, 赵铁军
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200316.002
摘要:
由于残余砂浆的存在,再生粗骨料的物理力学指标远不及天然骨料,致使再生混凝土力学和耐久性能较差;此外,水分及有害离子侵入混凝土内部是引起混凝土材料性能劣化的主要原因。本试验用质量分数为8wt%的硅烷乳液浸渍强化再生粗骨料,通过抗压强度、毛细吸水和抗氯离子侵蚀试验对硅烷浸渍前后不同骨料质量取代率(0%、30%、50%)的再生混凝土介质传输性能进行了研究,最后利用SEM对再生混凝土内部的微观结构进行分析。试验结果表明,硅烷浸渍处理再生粗骨料的吸水率显著降低,由其制备的混凝土强度稍有所下降;再生混凝土毛细累积吸水量明显减少,且抗氯盐侵蚀性能显著提高,其中骨料质量取代率为50%的再生混凝土浸渍处理后氯离子扩散系数降低了37.5%。研究表明,硅烷浸渍处理再生粗骨料是提高再生混凝土耐久性的有效途径。
聚3,4-乙烯二氧噻吩/纳米多孔金复合电极的制备及其在超级电容器中的应用
杨云强, 张佳丽, 章海霞, 侯莹
摘要:
通过一步法将单体3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)电化学聚合到具有高导电率和大比表面积的纳米多孔金(NPG)上,成功制备了具有完美核壳结构的聚3,4-乙烯二氧噻吩/纳米多孔金(PEDOT/NPG)复合电极材料。通过SEM、TEM、Raman和X射线能谱仪对复合电极材料的形貌、微观结构、振动特性和元素组成进行了分析和表征。使用电化学工作站对其电化学性能进行了系统的研究。在三电极体系中,PEDOT/NPG复合电极材料在在3 A/g的低电流密度下,质量比电容可以达到555 F/g,其能量密度和功率密度分别为177.58 Wh/kg和1.73 kW/kg。同时该电极材料经过2 000次循环伏安测试后仍然可以保持最大电容的91.5%,电化学性能优异。
不同导电相对混凝土裂缝智能化自监测的灵敏度与噪声水平的影响
柳根金, 丁一宁, 衡震
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200225.001
摘要:
采用四电极法测量了弯曲荷载作用下智能混凝土梁受拉侧裂缝扩展过程的电阻变化率(ρFCR),对比了碳黑(CB)、钢纤维(SF)、碳纤维(CF)不同组合及掺量对裂缝自监测灵敏度系数(K)的影响;并基于分形理论研究了归一化处理后的电阻变化率-裂缝扩展宽度曲线(ρ'FCR-w'COD)的粗糙程度,以反映不同导电材料对监测信号电阻变化率-裂缝扩展宽度曲线(ρFCR-wCOD)噪声水平的影响。研究表明:用线性函数拟合混凝土裂缝智能化自监测信号ρFCR-wCOD曲线的效果较好,K可用拟合直线的斜率来表征;随着SF掺量的增加,试件的K随之减小;双掺SF与纳米CB试件表现出最佳的裂缝智能化自监测性能,适量纳米CB的掺入对混凝土裂缝监测的K值有提升作用,同时可降低ρ'FCR-w'COD曲线的噪声水平,随着CB掺量的增加,试件的K值呈现先增后减、分形维数D值呈先减后增的规律,纳米CB的最佳掺量为1.0~1.5 kg/m3;CF的掺入对K值有一定的负面影响,但掺入CF的试件裂缝监测信号D值随导电相掺量变化而变化的程度不大。
聚乙烯亚胺修饰富勒烯的制备及其对聚丙烯热氧稳定性的影响
沈海峰, 邵胜栋, 王子路, 郭正虹
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200421.004
摘要:
利用聚乙烯亚胺(PEI)分子中活泼的—NH—与富勒烯(C60)结构中C=C键之间的加成反应,制备了PEI修饰C60杂化物(C60-PEI),并采用FTIR、TEM等测试方法对C60-PEI的分子结构和形态进行表征。采用熔融共混法制备了C60-PEI/聚丙烯(PP)复合材料,并对其热性能和阻燃性能进行研究。热失重分析结果表明,C60-PEI可以更有效地发挥C60的自由基捕捉作用,对PP热稳定性的提高效果较C60更明显;氧化诱导测试(OIT)结果表明,C60-PEI/PP复合材料比C60/PP复合材料具有更优异的抗氧性能;微型量热测试也表明,燃烧过程中C60-PEI/PP复合材料比C60/PP复合材料具有更低的热释放量。
多道次搅拌摩擦加工对SiCP/2A14铝合金复合材料显微组织和力学性能的影响
曹金营, 曹贺, 欧阳求保, 张荻
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200306.002
摘要:
采用搅拌摩擦加工(FSP)技术对SiC颗粒增强2A14铝合金(SiCP/2A14)复合材料进行处理,通过金相表征、电子背散射衍射(EBSD)、SEM、硬度测试及力学拉伸实验等分析了多道次搅拌摩擦加工对SiCP/2A14复合材料微观组织、力学性能及超塑性变形行为的影响。研究表明:经搅拌摩擦加工后,SiCP/2A14复合材料搅拌区内SiC颗粒分布明显均匀,晶粒细化,其中2道次搅拌摩擦加工的SiCP/2A14复合材料的晶粒尺寸最小,为3.14 μm。随着搅拌加工道次的增加,SiCP/2A14复合材料的硬度降低,室温抗拉强度和高温延伸率均先升高后降低,其中2道次搅拌摩擦加工的SiCP/2A14复合材料的室温抗拉强度为319 MPa,相较于未经FSP处理的SiCP/2A14复合材料提高了41%,在500℃、应变速率为1.0×10−3 s−1条件下高温延伸率为609%,相较于未经FSP处理的SiCP/2A14复合材料提高了133%。
纳米SiO2质量分数对胶粘碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接界面黏结性能的影响
李传习, 李游, 高有为, 胡正, 刘一鸣
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200319.001
摘要:
胶黏剂力学性能对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢结构的界面黏结性能影响显著。基于研制的胶黏剂配比,分析了不同纳米SiO2质量分数对胶黏剂常温固化后基本力学性能及微观结构的影响,制作了31个CFRP板-钢板双搭接试件,对其进行了常温固化后的承载能力、有效黏结长度、传力模式、黏结-滑移本构等试验研究,得出了纳米SiO2质量分数对CFRP板-钢板搭接试件界面黏结性能的影响规律,并与常用商品胶黏剂进行了比较。研究结果表明:随纳米SiO2质量分数的增加,胶黏剂应力-应变关系由线性转变为非线性,应变能、断裂伸长率及剪切强度分别最高提升了292.10%、202.88%和133.12%。微观结构分析表明纳米SiO2的添加使断面粗糙度显著增加,形成了密集的塑性空穴,产生了更多的微裂纹,使胶黏剂的韧性大幅度提高。当纳米SiO2质量分数从0增至1wt%,搭接试件破坏模式由界面破坏逐渐变为CFRP板层离破坏。掺入纳米SiO2能显著增加搭接试件的极限承载力(提升256.96%)及界面有效黏结长度(提升3倍),提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值。纳米SiO2质量分数为0与0.5wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型,纳米SiO2质量分数为1wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型,黏结界面韧性大幅提升。CFRP-钢界面承载能力受胶黏剂拉伸强度与断裂伸长率的双重影响,非线性高强度(即具有较高应变能)胶黏剂对应的CFRP-钢搭接接头具有更好的界面性能。
Ce改性金属有机骨架材料对氟的吸附
武鑫霞, 曹占平, 苏婷, 李岚
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200225.003
摘要:
利用水热合成法,将金属Ce与合成金属有机骨架材料(MOFs)所需的反应前体混合,通过“一锅法”和“两步法”分别合成性能不同的Ce/MOF-5材料。采用SEM、XRD、BET等对合成材料进行表征。结果表明:不同的方法合成的Ce/MOF-5形貌有较大差异,对氟吸附性能也不同。并测定了初始浓度、pH值、吸附时间对F吸附效果的影响。实验表明,通过“一锅法”合成的Ce/MOF-5材料对F的吸附在pH=7、吸附时间为60 min左右即可达到吸附平衡,吸附量为109.6 mg·g−1,符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型。
碳纳米管/油酸复合物制备的纳米流体的导电与润湿性能
关集俱, 刘德利, 王勇, 冯伯华, 许雪峰
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200313.001
摘要:
在碳纳米管(CNTs)的空腔中填充油酸(OA)以制备出CNTs/OA复合物,再以此复合物为添加剂制备一种纳米流体。对比研究了纳米流体的导电性能和润湿性能,考察了添加剂质量浓度、酸处理时间、测试温度、电润湿等条件对上述性能的影响。结果表明,OA被成功填充进CNTs内并形成复合物,填充率约20%,在填充过程中CNTs的端面也得到了化学修饰,CNTs的最佳酸化处理时间为8 h;与普通酸处理CNTs比,复合物在基液中具有更好的分散性和表面活性,能更好地提高纳米流体的导电性、润湿性,复合物的最佳浓度约为0.1%;电润湿条件下,随着电压的升高,复合物浓度高的纳米流体的润湿性能提升更明显,这可能是由于CNTs被OA填充后,其自身的电导率和电容得到提高,其所制备的纳米流体也具有更好的导电性和电容量特性。
活性炭/高密度聚乙烯复合材料的力学性能
张庆法, 任夏瑾, 吴娟娟, 于文凡, 徐航, 蔡红珍
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200224.001
摘要:
以稻壳为原料,以H3PO4、KOH、ZnCl2为活化剂在600℃条件下制备三种活性炭,以生物炭、三种活性炭为填料填充高密度聚乙烯(HDPE)制备生物炭/HDPE复合材料和活性炭/HDPE复合材料,并对其力学性能进行测试和分析。结果表明,活性炭比生物炭具有更高的比表面积和发达的孔隙结构,其中经H3PO4活化制备的活性炭比表面积最高,为714.27 m2/g;活性炭/HDPE复合材料比生物炭/HDPE复合材料具有更佳的力学性能,相对于其他材料而言,经H3PO4活化制备的活性炭/HDPE复合材料具有较佳的弯曲性能、拉伸性能、刚性、弹性、抗蠕变性能及抗应力松弛能力,其弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为38.66 MPa、2.46 GPa、32.17 MPa、1.95 GPa。本研究可为活性炭的材料化利用提供有益的借鉴经验。
各向异性不同含量羟基铁粉颗粒/磁性聚氨酯泡沫的可控力学和声学性能
王彩萍, 张家华, 王晓杰
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200401.001
摘要:
聚氨酯泡沫(PUFs)被广泛应用于飞机、车辆和许多其他设施中的噪声控制。本文研究的磁性聚氨酯泡沫(MPUFs)是一种新型智能泡沫,其力学和声学特性可通过磁场控制。采用一步全水法制备了添加羟基铁粉颗粒的磁性聚氨酯泡沫(CIPs/MPUFs),在发泡过程中施加一定强度的磁场,磁颗粒沿着外加磁场方向排列成链状有序结构,得到各向异性磁性泡沫。在外加磁场作用下,CIPs/MPUFs内部磁性颗粒发生迁移,材料的力学和声学性能发生改变。实验研究了外加磁场对CIPs/MPUFs力学性能和吸声性能的影响。实验结果表明:在外加磁场条件下,CIPs/MPUFs的储能模量和损耗模量随磁性颗粒含量的增加而增加;CIPs/MPUFs的平均吸声系数变化幅度在1%~7%之间,当颗粒含量为5wt%、制备磁场为200 mT、测试施加1.5 A电流时,CIPs/MPUFs的平均吸声系数增加幅度最大,为6.5%。
零泊松比超材料设计的多评价点功能基元拓扑优化方法
杨德庆, 钟山
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200306.001
摘要:
提出基于多评价点约束的零泊松比超材料功能基元拓扑优化设计方法。在同一功能基元拓扑基结构中,通过建立对于多个评价点的正、负泊松比约束,实现胞元零泊松比效应。分别采用最小质量和最大柔度目标函数拓扑优化模型优化设计出与半内六角蜂窝相似的零泊松比功能基元最优拓扑构型。提取功能基元最优构型并周期性序构了零泊松比超材料试件,通过有限元方法验证了该功能基元的零泊松比效应,并分析超材料试件的静、动力学特性。计算结果表明,最大柔度目标函数设计的功能基元构型的泊松比更接近于零,且具有更好的承载与隔振性能。设计了零泊松比超材料环肋双层圆柱壳结构,进行外壳静压和内部设备激振下壳体水下辐射噪声分析。研究表明,零泊松比超材料环肋可将外壳压缩变形转换为内外壳间环肋旋转,实现耐压壳内壳的保形,且具有较好的降噪性能。
EDC-NHS交联壳聚糖-聚氧化乙烯-丝素蛋白静电纺丝纳米纤维的制备及生物相容性
孙范忱, 郭静, 杨强, 于跃, 赵亚博
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200421.002
摘要:
为提高壳聚糖(CS)-丝素蛋白(SF)复合纳米纤维的可纺性,解决其易溶胀从而导致纳米纤维尺寸稳定性较差的问题,采用聚氧化乙烯(PEO)提高纳米纤维的可纺性,用静电纺丝来制备纳米纤维,然后通过1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺(EDC)和 N-羟基丁二酰亚胺(NHS)进行交联改性,制备了CS-PEO-SF三元体系的纳米纤维。利用FTIR、XRD、单纤维强力机、SEM分别表征了CS-PEO-SF纳米纤维的分子间相互作用、结晶性能、纳米纤维的力学性能和形貌,同时考察纳米纤维的溶胀度;利用细胞毒性和细胞培养测试表征了CS-PEO-SF纳米纤维的生物相容性。结果表明:PEO的加入可以有效提高CS-SF的可纺性,CS-PEO-SF纳米纤维的平均直径范围为240~510 nm,各组分纤维形态较好;随着SF含量的增加,CS-PEO-SF纳米纤维结晶性能、拉伸强度和断裂伸长率逐渐增大。经交联后的CS-PEO-SF纳米纤维结晶能力和溶胀度降低,力学性能提高。交联前后CS-PEO-SF纳米纤维均不具毒性,有良好的细胞相容性。
高强箍筋约束超高性能混凝土柱轴压性能
邓宗才, 姚军锁
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200203.002
摘要:
通过5根高强箍筋约束超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)柱及4根普通箍筋约束UHPC柱的轴心受压试验,对其承载力、破坏形态、钢筋应变及应力-应变曲线进行了研究,并结合延性、韧性指数分析了体积配箍率、箍筋强度、箍筋间距及形式对约束UHPC轴压性能的影响。结果表明:所有约束柱均表现为延性破坏,高强箍筋可减轻约束UHPC的破坏程度;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋约束UHPC,约束效率高,承载力及变形能力提高显著,轴压性能较理想;体积配箍率对轴压性能的影响程度大于箍筋强度;影响体积配箍率变化的因素中,箍筋间距对改善约束性能的贡献最大,依次是箍筋形式和直径;高强箍筋可有效约束UHPC,在提高约束UHPC强度、变形性能及残余承载力方面明显优于普通箍筋;纵筋微曲会加速保护层剥离,密配高强箍筋能有效延迟纵筋屈曲,显著提高约束性能;纵筋微曲会削弱高强箍筋对核心UHPC的约束效果,建议采用高强纵筋与高强箍筋组合。在试验的基础上给出了能较准确预测箍筋约束UHPC柱承载力的计算式。
纳米纤维素-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合薄膜的制备及应变响应性能
欧华杰, 陈港, 朱朋辉, 魏渊, 李方
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200306.003
摘要:
采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化法制备了不同羧基含量的纳米纤维素(CNF),并将其用作碳纳米管(CNTs)的分散剂,通过超声、离心处理制备出稳定均一的CNF-CNTs分散液,然后通过朗伯-比尔定律测定CNF-CNTs分散液中CNTs的浓度,研究了不同CNF羧基含量对CNTs的分散效果。此外,利用静电纺丝法制备出柔性、多孔的热塑性聚氨酯(TPU)薄膜作为基体,以CNF-CNTs分散液作为导电填料,通过真空抽滤法将CNF-CNTs负载于TPU多孔膜上,制备出CNF-CNTs/TPU复合薄膜,并探究了不同CNF羧基含量对CNF-CNTs/TPU复合薄膜应变响应性能的影响规律。结果表明,羧基含量对CNF的分散性能具有重要影响。随着CNF羧基含量的提高,CNF对CNTs分散效果越好,CNF-CNTs/TPU复合薄膜具有更大的应变响应范围。当CNF羧基含量为1.698 mmol/g时,CNF-CNTs/TPU复合薄膜的应变响应范围高达507%,灵敏度系数为335,表现出优异的应变响应性能。
胶合板表面层层自组装聚磷酸铵-纳米氮化硼/壳聚糖薄膜及其阻燃性能
陈博, 房轶群, 司月月, 王奉强, 邵博, 宋永明, 王清文
摘要:
本文以杨木胶合板为研究对象,以聚磷酸铵-氮化硼/壳聚糖(APP-CS/BN)为阻燃涂层,通过层层自组装的方法将涂层整理到杨木胶合板上,以赋予胶合板一定的阻燃性能。红外光谱和扫描电镜结果显示,APP-CS/BN涂层在胶合板表面组装形成膜结构,组装膜均匀分布在材料表面。锥型量热仪(CONE)燃烧测试表明,与未经处理的胶合板相比,APP-CS/BN自组装涂层能有效延长胶合板点燃时间(TTI),降低胶合板的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR),同时增加材料燃烧后成炭量。随着自组装涂层层数的增加,15层处理材、20层处理材、25层处理材的点燃时间较未处理材分别提升了100%、105%和125%;热释放速率峰值(Pk-HRR)较未处理材分别降低10.15%、22.34%和31.82%;阻燃处理杨木胶合板的THR,较未处理材分别降低2.89%、13.68%和15.32%;未处理材、15层处理材、20层处理材、25层处理材燃烧后成炭率依次为18.55%、24.07%、26.04%和27.65%。随着自组装层数的增加,杨木胶合板的阻燃性能随之增加,但当自组装层数由20层至25层时,胶合板阻燃能力提升的幅度变缓慢。本研究中,阻燃胶合板适宜自组装涂层数为20-25层。
预加方石英含量对SiO2基陶瓷型芯高温蠕变性能的影响
占红星, 芦刚, 严青松, 查军辉, 罗凌
摘要:
将方石英作为第二相、锆英砂作为矿化剂加入到SiO2基陶瓷型芯基体材料中,采用热压注法制备陶瓷型芯试样。研究预加方石英含量对SiO2基陶瓷型芯性能的影响,分析在1550℃下预加方石英含量对SiO2基陶瓷型芯高温蠕变性能的影响机制。结果表明,随着预加方石英含量的增加,SiO2基陶瓷型芯抗弯强度和高温挠度逐渐减小、型芯的气孔率逐渐增加。当预加方石英含量为10wt%时,石英玻璃析晶速率最快,方石英开始相连构成耐高温的方石英骨架,型芯抵抗高温变形的能力显著提升,陶瓷型芯的综合性能最佳,其抗弯强度、高温挠度和气孔率分别为5.13 MPa、1.18 mm和40.55%。
Al2O3基多孔隔热材料表面Al2O3/MoSi2涂层的制备及其性能研究
黄秀波, 张凡, 赵英民, 安烜熜, 杨洁颖
摘要:
采用刷涂法在Al2O3基多孔隔热材料表面制备了Al2O3/ MoSi2涂层,涂层以硅溶胶作为粘结剂,纳米Al2O3与Al2O3纤维作为耐高温组分,MoSi2为高发射率组分。通过扫描电镜、X射线衍射分析对制备的涂层进行了微观表面结构、物相组成的分析。研究了涂层中的纳米Al2O3与Al2O3纤维之间的比例、MoSi2的含量对涂层耐温性能的影响,对涂层的抗热震性能、发射率进行了表征。结果表明,涂层中纳米Al2O3与Al2O3纤维的比例小于1∶1时,热考核后涂层表面无裂纹产生,比例在1∶2~1∶4之间时,涂层中的纤维网络较完整。涂层中MoSi2的最佳含量为20%,20% MoSi2的Al2O3/ MoSi2涂层抗热震实验循环25次后表面保持完好,热考核后在2.5~25 μm波段的平均发射率在0.85左右,具有较高的发射率。
PET-PA6中空桔瓣超细纤维/Lyocell纤维非织造复合材料的制备与性能
朵永超, 钱晓明, 赵宝宝, 吕淑扬
摘要:
采用纺粘技术制备聚酯-聚酰胺6(PET-PA6)双组份中空桔瓣纤维,并与Lyocell纤维网复合,经高压水刺制备双层复合结构的PET-PA6/Lyocell非织造材料,研究了纤维复合比例及面密度对复合非织造材料性能的影响。结果表明:PET-PA6/Lyocell复合非织造材料具有明显的三维立体结构和双层复合结构,PET-PA6纤维裂离后纤维等效直径介于3.60~6.50 μm,Lyocell纤维的直径介于9.30~11.50 μm,且有部分原纤化的微原纤维。面密度一定时,PET-PA6/Lyocell非织造材料相比于PET-PA6非织造材料,亲水性能有明显的提升,当PET-PA6与Lyocell纤维含量比值为1: 1时(面密度为160 g/m2),透气率为249.47 L/(cm2·s),提升117.83%;透湿率为4035 g/(m2·24h),提升36.01%;柔软度为4.39mm,提升67.56%;同时力学性能有所增加,纵横强力比由1.5降至1.2,相差幅度明显降低;但热稳定性有略微的下降。随着的面密度增加,复合非织造材料的透气透湿性能逐渐降低,柔软度降低,力学性能有所增强。Lyocell纤维的复合使得非织造材料的综合性能有了明显的提升,非织造布的三维立体结构和双层复合结构与天然皮革的微观结构相似,有望在超细纤维合成革基布领域得到应用。
机械搅拌器对C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiCp的影响
李鸿武, 杜云慧, 张鹏, 曹海涛, 苏丽洁
摘要:
利用直桨叶搅拌器在圆柱坩埚内机械搅拌C-SiC/Cu半固态浆料,研究搅拌速度200 r/min,搅拌器上下移动速度10 mm/s下C-SiC/Cu半固态浆料中石墨颗粒和SiC颗粒(SiCp)的均匀性。结果表明:直桨叶与水平面的夹角γ与两种颗粒在坩埚顶部和底部含量偏差都存在二次关系,当γ=30°时两种颗粒在坩埚中轴向分布均匀,但同一水平面内的SiCp仍然存在偏聚现象,说明SiCp的偏聚是导致常规直桨叶机械搅拌C-SiC/Cu半固态浆料整体不均匀的主要原因;利用双层桨叶搅拌器代替常规直桨叶搅拌器,通过调整叶片层间距h,当h=10~20 mm时可以消除SiCp的偏聚现象;通过对单层桨叶搅拌器和双层桨叶搅拌器机械搅拌铸造获得的复合材料进行磨损试验发现,前者不同部位磨损率存在差异,后者磨损率几乎相同。说明SiCp的偏聚可以通过增大机械搅拌剪切力度得以消除,利用双层桨叶搅拌器进行机械搅拌可以获得均质的C-SiC/Cu半固态浆料。
一步法合成具有优异循环性能的聚苯胺纳米线/自支撑石墨烯复合材料
辛国祥, 王蒙蒙, 翟耀, 王艳辉, 张邦文, 宋金玲, 刘晓旭
摘要:
研究采用一步电化学剥离和电沉积法,在含Na2SO4、HCl与苯胺单体的混合溶液中,以柔性石墨纸为原料,利用电场条件下电解液离子定向迁移和苯胺单体的电聚合制备聚苯胺纳米线/自支撑石墨烯(PANI/SGr)复合材料。更具活性的新生SGr与PANI结合,显著提高了PANI/SGr复合材料的稳定性。PANI呈纳米线状均匀分布在SGr上,形成的三维网络结构所呈现出的孔隙促进了电解液离子扩散到复合材料的内部结构中。将PANI/SGr复合材料作为超级电容器电极材料进行电化学测试,2 mV·s−1的扫速下获得的比电容为453 F·g−1。在0.5~10 A·g−1的电流密度范围内,PANI/SGr复合材料倍率性能达73.1%。在1 A·g−1的电流密度下PANI/SGr复合材料经10000次充放电之后的循环稳定性仍高达87.3%。这表明PANI/SGr复合材料具有良好的电容性能和优异的循环稳定性,有望作为超级电容器电极材料。
单螺栓修复对含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力影响的实验研究
王遥, 曹东风, 胡海晓, 冀运东, 宋培豪, 李书欣
摘要:
开展了单钉修复对含冲击损伤复合材料层合板压缩承载能力影响的试验研究。试验测试了3种不同能量冲击后碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的压缩承载能力以及失效模式,测定了单螺栓对层合板压缩承载能力的修复效率,并借助数字图像相关方法(Digital Image Correlation, DIC)表征手段揭示了单螺栓修复对含冲击损伤结构失效行为的影响。结果表明:冲击后层合板的压缩承载能力随着冲击能量的增加而减小,冲击损伤破坏了层合板结构的对称性,并导致结构在加载初期呈现出非对称的局部屈曲变形特征,局部屈曲诱发、加剧分层损伤扩展;单螺栓修复能有效恢复结构的整体对称性,在一定程度上抑制含冲击损伤层合板的局部屈曲,达到可观的修复效率。该工作为复合材料紧固件修理方案的制订及修理损伤容限的定义提供一定的指导意义。
胶层厚度对碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料平-折-平混合连接接头力学性能的影响
刘志明, 许昶
摘要:
以碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料平-折-平(FJF)连接接头为对象,通过试验对比分析了特定胶层厚度下连接接头的静强度和疲劳性能,并探究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响。利用背面应变技术对搭接区端部胶层开裂进行监测。利用有限元软件ABAQUS对不同胶层厚度下FJF混合接头搭接区胶层应力分布进行了分析。结果表明,FJF混合接头的平均拉伸极限载荷、搭接区端部胶层开裂平均循环次数和平均疲劳寿命均随着胶层厚度在0.1~0.3 mm范围内增加而增大。不同胶层厚度的混合接头均经历相同的失效阶段,即搭接区胶层端部开裂,胶层沿搭接区断裂扩展,最终靠近加载端孔边拉伸断裂,呈现±45°断口。随着胶层厚度在0.1~0.3 mm范围的增大,搭接区端部胶层剥离应力和剪切应力及孔边胶层压缩应力均减小。在胶层厚度为0.1~0.3 mm范围内,剪应力是胶层破坏的控制因素。
微纳结构超疏水表面的浸润性及防冰性能
武壮壮, 马国佳, 崔向中, 刘星
摘要:
本文以Ti合金为基体材料,通过超快激光加工微结构并复合纳米SiO2/氟化聚氨酯涂料,获得了微纳结构的涂层表面,并与涂料喷涂获得的纳米涂层表面和未处理的Ti合金表面进行了对比分析研究。分别采用扫描电镜、超景深显微镜、接触角和冰结合力测量仪,研究分析了未处理Ti合金表面、纳米结构表面、微纳结构表面的表面形貌、疏水性、防覆冰性能。结果表明:具有微纳结构的涂层表面具有最佳的超疏水性,显示出158.9°的接触角,1.5°的滚动角;与未处理Ti合金表面、纳米结构表面相比,微纳结构表面冰结合力显著降低,表面冰结合强度约为410 kPa。
聚丙烯酰胺对石灰稳定土早期强度和破坏形式的影响
薛艳华, 高明星, 袁飞龙, 李航天
摘要:
为了研究聚丙烯酰胺(PAM)对石灰稳定土早期强度和破坏形式的影响,通过承载比(CBR)试验、三轴不固结不排水剪试验以及超景深三维显微镜分析不同PAM掺量的PAM-石灰稳定土的早期强度,探索PAM对石灰稳定土的固化机制。研究结果表明:PAM能有效提高石灰稳定土的早期强度,随PAM掺量的增加呈先增后减的趋势;PAM能改善石灰稳定土的脆性破坏特点,出现弱应变硬化现象,但PAM掺量超过0.36wt%时,在50 kPa低围压下,PAM-石灰稳定土又呈现脆性破坏的特点;石灰掺量为8wt%、PAM掺量为0.36wt%时,对土体的改良效果较好,该掺量条件下PAM和石灰共同作用能更好的促进土颗粒团聚,增强土体结构及增加土体表面粗糙度,内摩擦角和黏聚力均提高,抗剪强度也增强。
基于广义回归神经网络的纤维增强聚合物复合材料约束损伤混凝土强度预测
曹玉贵, 赵国旭, 尹亚运
摘要:
纤维增强聚合物复合材料(FRP)约束损伤混凝土抗压强度模型对于混凝土柱类构件的修复与加固具有重要指导意义。现有FRP修复混凝土的强度模型适用条件有限,同一模型不能同时应用于不同强弱约束、不同强度混凝土、不同倒角混凝土的强度预测。本文根据广义回归神经网络(GRNN)的特点,基于46个FRP强约束损伤混凝土方柱、210个FRP强约束损伤混凝土圆柱和35个FRP弱约束损伤混凝土圆柱的试验数据,建立了GRNN抗压强度模型,对FRP约束损伤混凝土的强度进行预测,并与现有模型的预测结果进行对比分析,结果表明新建立的广义回归神经网络模型能够准确地预测FRP约束损伤混凝土强度。
聚苯胺/(蒙脱土-纳米纤维素)三元复合电极材料的制备及电化学性能
王宝霞, 李大纲, 汪钟凯
摘要:
采用冷冻干燥法制备蒙脱土-纳米纤维素(MTM-CNFs)复合基底材料,再通过原位聚合,无模版法构建有序纳米阵列线结构,合成了聚苯胺(PANi)三元复合电极材料。对其微观结构、合成机理、电导率以及电化学性质进行了分析,研究了一维线性材料、二维片状材料与导电聚合物的复合机理以及无模版法制备PANi阵列储能材料的方法。结果表明,二维MTM纳米片的加入有利于聚苯胺在基底材料上进行原位生长,形成排列有序的阵列线结构,有效提高了电极材料的比电容量。当复合基底材料中MTM和CNFs质量比为1∶9时,合成的聚苯胺/(蒙脱土-纳米纤维素)三元电极材料比电容量最高,达到596 F/g,相比PANi/CNFs二元材料提高了11.5倍。随着基底材料中MTM纳米片的进一步增加和堆叠,活性物质的减少导致材料比电容量的下降,但相比二元材料,仍有明显提高。另外,MTM纳米片的加入有助于稳定复合电极材料的库伦效率,在1000次充放电循环过程中始终保持在100%左右。
弱可见光催化活性La-TiO2-还原氧化石墨烯填充聚偏氟乙烯共混膜的构建
黄露露, 张艳玲, 王挺, 吴礼光, 董春颖
摘要:
为提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的通量及抗污染性能,首先利用吸附相反应技术耦合乙醇热处理制备La掺杂TiO2-还原氧化石墨烯(La-TiO2-RGO),再将其与PVDF共混制备抗污染超滤膜。结果表明,均匀分散于PVDF高分子中表面亲水的La-TiO2-RGO增多,其共混膜的水通量和抗污染性能也显著提升。当共混膜中出现团聚体,则削弱了其膜通量和抗污染性。在La-TiO2-RGO填充量为2.0wt%时,其共混膜具有最优纯水通量。最高纯水通量可达171L·m−2s·h−1,是PVDF膜的5倍以上,共混膜通量衰减速率也明显低于PVDF膜。另外,由于La-TiO2-RGO具有可见光催化活性,被污染后的共混膜经过光照处理后用水清洗,其膜通量恢复率比直接用水清洗后的通量恢复率大幅提高;热处理温度提升,La-TiO2-RGO弱可见光活性增强,光照后膜通量恢复率变大。但过高热处理温度抑制了La-TiO2-RGO中Ti3+形成且削弱其光活性,其共混膜通量恢复率反而下降;对于La-TiO2-RGO填充量为2.0wt%的共混膜,被污染后分别采用直接水清洗,仅光照处理2h,先光照处理2h后水清洗,膜通量恢复率分别为79%、52%、90%。
基于自动铺放技术的高精度变刚度复合材料层合板屈曲性能
卫宇璇, 张明, 刘佳, 刘硕, 崔志刚
摘要:
基于自动铺放技术制备的曲线变刚度复合材料层合板,可以通过定制面内刚度,有效提高结构的抗屈曲性能。在铺放过程中,铺放轨迹的路径规划是实现变刚度设计的关键技术之一。鉴于此,分别以纤维角度线性变化曲线、等曲率曲线及二次Bezier曲线构成的纤维轨迹为研究对象,对其压缩屈曲性能进行参数化分析。并利用有限元模型研究了铺丝头上丝带宽度对层合板型面精度和抗屈曲力学性能的影响。结果表明:在压缩工况下,二次Bezier曲线路径的抗屈曲性能最佳,等曲率曲线路径受曲率约束的影响最小。铺丝头丝束宽度一定,丝带宽度与重叠区域面积和抗屈曲性能N呈负相关。使用最大的丝带宽度可以最大程度地减小重叠区域的面积,提高结构的型面精度,同时保证结构屈曲性能提高37.3%。
基于分形理论分析裂缝形态对纤维/混凝土渗透性的影响
丁一宁, 马跃, 郝晓卫
摘要:
分形维数可以表征裂缝形态,能够用来分析混凝土裂缝断面的粗糙程度。裂缝形态对开裂混凝土的渗透性有重要影响,为研究这种影响利用劈裂试验获得不同宽度的裂缝,使用不同的纤维种类并设置多种纤维掺量得到粗糙程度不同的裂缝断面,通过水渗透试验测量不同裂缝宽度时混凝土的渗透系数。使用激光扫描仪扫描裂缝断面并重构断面几何形态,采用立方体覆盖法计算断面分形维数。用分形维数将实测裂缝宽度和有效裂缝宽度联系起来,联立达西定律和泊肃叶定律建立开裂混凝土渗透系数和分形维数的函数关系。研究表明:使用相同的网格划分法,分形维数随着纤维掺量的提高而增大;渗透系数随着纤维掺量的提高而降低;函数关系式中分形维数的指数的绝对值和修正系数都随裂缝宽度增加而减小。
连续玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料拉挤成型中的工艺参数
荆蓉, 张锐涛, 孟雨辰, 王彦辉, 张兴刚, 赵玉, 张用兵
摘要:
采用复合纱拉挤方法制备连续玻纤增强聚丙烯(GF/PP)热塑性复合材料,研究了复合纱拉挤成型过程中模具温度及拉挤速度对制品截面中心温度的影响。以傅立叶定律为理论基础,分析了拉挤过程中模腔内的瞬态传热过程;建立了工艺参数矩阵,通过有限元数值计算,预测了不同模具温度、拉挤速度下制品截面中心的温度变化,优选了工艺参数组合。通过实验制备不同温度、不同拉挤速度的GF/PP复合纱拉挤试样,进行了弯曲模量测试及截面形貌观察。结果表明:在GF/PP复合纱拉挤过程中,拉挤速度不宜超过350 mm/min,模具熔融区温度设定应高于180℃;GF/PP复合纱拉挤制品在150℃—230℃—50℃成型温度、100 mm/min拉挤速度的工艺参数设定下获得最优的制品力学性能;在设定拉挤参数时,拉挤速度相较于熔融区温度更重要。
基于压电传感器的树脂基复合材料固化过程监测
张佳奇, 陈铎, 郑跃滨, 周凯, 杨正岩, 武湛君
摘要:
复合材料固化成型工艺是影响树脂基复合材料结构性能的关键之一,因此需要针对其固化过程进行有效的在线监测。本文基于压电传感器提出了一种超声导波技术和机电阻抗技术相结合的树脂基复合材料固化过程监测方法,研究了超声导波能量与固化时间的关系,以及机电阻抗共振峰随固化时间的变化规律。研究表明,固化过程中树脂基复合材料结构的超声导波信号幅值和机电阻抗信号共振峰频率均出现先减小后增大并逐渐平稳的趋势,可以体现树脂基复合材料固化过程中的一系列变化。以监测单向碳纤维(T300)/热固性环氧树脂预浸料固化为例验证压电传感器对复合材料固化的监测方法。T300/热固性环氧树脂复合材料在真空袋压、固化温度120℃条件下,20 min为凝胶时间点,65 min为固化完成时间点。本文的基于压电的固化过程在线监测方法为树脂基复合材料成型工艺的设计和优化提供了基础数据和技术支撑。
金属和陶瓷基复合材料
蜂窝预制体孔径对WC/Fe复合材料中W扩散均匀性的影响
张哲轩, 周再峰, 山泉, 李祖来, 张飞
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200226.001
摘要:
为探究蜂窝预制体孔径对WC/Fe复合材料中W扩散均匀性的影响,采用真空消失模铸渗(V-EPC)工艺制备不同其孔径下的复合材料。检测W质量分数分布,发现预制体孔径较小或较大时W质量分数分布不均匀;而预制体孔径适中时W质量分数分布较均匀,其原孔壁与原孔心处W质量分数与硬度相差最小,复合层耐磨性最高。基于扩散动力学进行模拟,表明W扩散均匀性同时受扩散距离与扩散时间的影响。预制体孔径较小时,扩散距离虽短,但其孔内熔体凝固较快,扩散时间较短,不利于W扩散;预制体孔径较大时,其孔内熔体凝固虽慢,扩散时间较长,但扩散距离增长,仍不利于W扩散;预制体孔径适中时,因兼顾扩散距离与扩散时间,利于W扩散。W扩散均匀性较差时,预制体原孔心处W质量分数较小,硬度也较低,一定范围内降低复合层耐磨性。
颗粒弥散和核-壳共存的TiCN基金属陶瓷的制备
宋金鹏, 高姣姣, 吕明
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200617.003
摘要:
为了制备具有良好综合力学性能的TiCN基金属陶瓷,研究了烧结温度对TiCN-HfN陶瓷微观结构和力学性能的影响,构建了颗粒弥散和核-壳共存的微观结构模型,揭示了材料的致密化机制、增硬机制、增韧补强机制。结果表明:在1 500℃下所制备的TiCN-HfN材料具有颗粒弥散与核-壳共存的微观结构,其中弥散的颗粒为HfN,核为TiCN,壳主要为(Ti, Hf, Mo)CN固溶体;材料具有较好的性能,其相对密度为99.7%、硬度为20.6 GPa、抗弯强度为1 682.5 MPa、断裂韧度为8.5 MPa·m1/2;其致密化机制主要为颗粒和金属液相填充到烧结颈实现致密化,增硬机制主要为致密化和颗粒钉扎强化增硬,增韧补强机制主要为颗粒弥散和颗粒钉扎增韧、骨架结构和颗粒钉扎增强。
Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及其交互作用机制
肖华强, 赵思皓
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200111.003
摘要:
通过对比分析Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在纯腐蚀、纯磨损及熔蚀-磨损三种条件下的材料流失特征,研究了Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及熔蚀与磨损的交互作用机制。结果表明,Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损体积损失比H13钢的体积损失低了两个数量级,随着载荷和转速的上升,Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料的磨损由磨粒磨损逐渐向黏着磨损转变。Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料的熔蚀、磨损交互作用率的最大值为47.5%,在低载荷或低转速条件下由于铝熔体的润滑作用,Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料甚至表现出负的交互作用。这一方面是由于Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中腐蚀时不生成其它界面产物,而仅为极少量Ti元素的溶解;另一方面则是由于TiAl3基体与Al2O3二者所形成的空间网络状结构改善了Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的耐磨损性能。
基于犰狳外壳仿生的SiC-超高分子量聚乙烯柔性防护板的试验测试和有限元模拟
朱德举, 汤兴
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200121.001
摘要:
个体防护装甲的发展对提高单兵作战能力具有重要意义,基于仿生研究可以为设计高性能装甲提供新的思路。犰狳外壳由六边形鳞片紧密拼接而成,采用分层结构设计,具有很好的柔性和防护能力。本文借鉴犰狳外壳的几何排列模式,采用SiC陶瓷片模仿硬质壳层,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)热压板模仿软质壳层,按1∶1厚度比例设计制备仿生复合鳞片,将仿生鳞片紧密排列后封装制成一种新型柔性复合防弹插板。为了验证该种防弹插板的防弹性能并研究其破坏特征,进行弹道极限V0试验测试,结合有限元模拟分析其抗7.62 mm手枪弹侵彻的能力。结果表明:该柔性防弹插板不仅满足防弹性能要求,且具备较好的柔性,可为今后新型防弹插板的设计和优化提供参考。
WC-氧化石墨烯/Ni复合熔覆层的制备及形成机制
杨贵荣, 王宁, 宋文明, 李亚敏, 马颖
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200203.001
摘要:
采用真空熔覆技术制备了WC-氧化石墨烯(GO)/Ni复合熔覆层,运用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪观察并分析在不同温度下熔覆层内显微形貌的变化与物相组成。结果表明:在ZG45表面制备了组织致密、与基体形成良好冶金熔合的WC-GO/Ni复合熔覆层;熔覆层的微观结构组成从表面至基体依次是约1.5 mm厚的复合层、360 μm左右的过渡层、50 μm左右的扩散熔合层和100 μm左右的扩散影响层,其主要组成相有Cr7C3、FeNi3、WC、Cr23C6、Ni3Si、C、Fe7W6、γ-Ni固溶体等,FeNi3、Fe7W6分散在冶金熔合带,扩散影响区主要组织为珠光体;复合区的物相尺寸小于界面区的物相尺寸,熔覆层形成过程中复合区的金属颗粒变化先于界面区,凝固时熔化不完全的颗粒表面长出团簇物(Cr7C3/Cr23C6),随着保温长大逐渐变成针状物镶嵌在Ni基固溶体中。
不同粒径TiB2/Cu复合材料热传导模拟与实验
张祥峰, 国秀花, 宋克兴, 冯江, 林焕然, 王旭
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200224.003
摘要:
采用ANSYS对不同粒径TiB2/Cu复合材料热传导过程进行模拟。采用粉末冶金法制备了不同粒径TiB2增强的Cu复合材料,采用LINSEIS LFA1600激光导热仪测试了室温至280℃下的TiB2/Cu复合材料热传导性能变化,并与模拟结果进行对比。结果表明:热导率模拟结果与实验结果吻合较好。在50~200℃之间,复合材料热导率变化不大,在6%~9%范围内波动。200℃之后,模拟值与实验值均呈现出随温度升高而增大的趋势,且吻合度较高。这是由于温度低于200℃时,在模拟过程中未考虑材料界面处两相不同热膨胀系数的影响,导致模拟值与实验值有较大的差异。当温度高于200℃时,模拟值和实验值吻合程度趋于稳定。在200℃时,由于两相热膨胀系数的影响,复合材料内部界面处等效应力大于Cu基体屈服强度,使其发生塑性变形,从而引起热导率发生较大幅度变化。此外,热导率随着TiB2粒径的增大呈现出先提高后降低的趋势,在10 μm时达到最大。这是由于当颗粒直径小于临界平均直径时,颗粒直径的增大会减少界面数量,从而降低界面热阻。当颗粒直径大于临界平均直径时,平均自由程l的急剧增加导致热导率降低。
多粒径TiB2/Cu复合材料耐电弧侵蚀行为
国秀花, 林焕然, 宋克兴, 王旭, 张祥峰, 冯江
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200217.001
摘要:
采用粉末冶金工艺制备了不同配比的多粒径(2 μm+10 μm+50 μm) TiB2/Cu复合材料。通过JF04C触点材料测试系统对多粒径TiB2/Cu复合材料进行耐电弧侵蚀性能试验,研究(2 μm+10 μm+50 μm) TiB2颗粒质量比分别为1∶1∶1、1∶1∶3、1∶3∶1、3∶1∶1时,TiB2/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能及电弧侵蚀形貌变化规律,探究多粒径配比对TiB2/Cu复合材料表层耐电弧侵蚀行为的影响。结果表明:当(2 μm+10 μm+50 μm) TiB2颗粒质量比为1∶1∶1时,TiB2/Cu复合材料相对密度和导电率最高,分别为99.1%和87.1%IACS。当(2 μm+10 μm+50 μm) TiB2颗粒质量比为1∶1∶1和1∶3∶1时,TiB2/Cu复合材料的组织均匀性较好,电弧侵蚀后材料损失相同,材料转移量最少。其中,质量比为1∶3∶1时,TiB2/Cu复合材料平均燃弧能量最低,且燃弧时间和燃弧能量最稳定。研究表明,这与复合材料的综合物理性能密切相关。在颗粒增强Cu基复合材料设计过程中,引入合适配比的多粒径TiB2颗粒有助于提高TiB2/Cu复合材料的密度、导电率等综合物理性能。电弧侵蚀过程中,不同粒径的TiB2颗粒相互协同作用,有助于提高TiB2/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能和服役稳定性。
分子筛包嵌Ag团簇新型双功能材料用于水体杀菌
张志杨, 高卫民
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200311.001
摘要:
为了有效杀死水体中大肠杆菌并同时吸附其死亡过程中释放的内毒素,采用原位合成法首次合成了X型分子筛包嵌Ag纳米团簇的新型双功能材料(Ag@NaX),高倍透射电镜和扫描透射电镜分析结果表明该材料中Ag纳米团簇分布均一、平均尺寸在1.03 nm,且大部分Ag纳米团簇位于分子筛的孔道中。将材料用于水体中大肠杆菌的去除,该材料表现出非常优异的杀菌性能,当杀菌时间保持在20 min,2.5 mg/100 mL的材料使用量(Ag的负载量质量分数约为1.07wt%)就可以完全杀死水体中的大肠杆菌,并且分子筛可以快速高效地吸附大肠杆菌死亡过程中释放的内毒素,使水体中内毒素的含量能够保持在8×10−9g/100 mL,低于相关饮用水规定中内毒素含量的安全标准。在Ag纳米粒子与分子筛的密切协同下该复合材料同时具备优异的杀菌和吸附的双重功能。分子筛骨架可以有效地阻碍Ag纳米团簇的流失,使材料具有非常优异的稳定性,在多次使用后,材料的杀菌性能仍然能够得到较好的保持。
树脂基复合材料
碳纤维增强树脂复合材料-热成型钢超混杂层合板层间力学性能
段瑛涛, 武肖鹏, 王智文, 敬敏, 栗娜, 刘强, 宁慧铭, 胡宁
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200215.002
摘要:
通过双悬臂梁试验(DCB)研究了金属表面处理和界面插层协同作用对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-热成型钢超混杂层合板层间力学性能的影响。试验结果表明,采用金属表面处理与界面插层协同增韧方案,可以极大地提升层合板的I型层间断裂韧性。其中,喷砂/界面胶膜插层试件(GB36#/AF)的I型层间断裂韧性相比于脱脂试件提高了343%;喷砂/界面纯树脂插层试件(GB36#/EP)相比于脱脂试件,其Ⅰ型层间断裂韧性提高了129%。并基于内聚区模型对CFRP-热成型钢超混杂层合板分层失效进行了有限元模拟。最后借助激光共聚焦扫描显微镜(LSM)、接触角测量仪(CAG)、扫描电子显微镜(SEM)等对热成型钢表面形貌和试件的断裂面进行了表征并揭示了层间增韧的机制。
一种基于复合材料剩余强度的衍生疲劳损伤模型
赵晟, 张继文
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191224.002
摘要:
为了研究纤维增强树脂复合材料在疲劳载荷作用下的损伤发展规律,提出了一种基于复合材料剩余强度的归一化衍生疲劳损伤模型。在该模型中,假定累积损伤与应力水平呈线性关系,可以由拉-拉疲劳试验的应力水平的损伤曲线衍生出未试验的应力水平的损伤曲线。对直径为8 mm的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)索材进行了不同应力幅的疲劳试验,并同时采用了文献中玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)层合板的试验数据验证模型的可靠性,试验结果表明:损伤模型能较好地反映出三阶段的发展规律,衍生的损伤曲线与试验数据拟合出来的损伤曲线偏离度较小。此外,本文还研究了应力水平对复合材料损伤演化的影响,结果表明随着应力水平的增大,损伤曲线相邻阶段的边界变得不明显。
复合材料机身曲板环向弯曲加载试验及失效机制
陈昊, 柴亚南, 迟坚, 陆磊
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191221.001
摘要:
对复合材料机身曲板进行了环向弯曲加载试验,采用四点弯加载方式对考核段进行纯弯加载,设计一种加强连接方式避免加载段提前破坏,通过试验对机身曲板的环向稳定性和破坏模式进行了分析。同时,建立了基于内聚力单元的考虑长桁与蒙皮粘接界面损伤的有限元模型,分别使用Quads准则和Hashin准则作为界面和层合板的失效判据分析曲板结构的失效机制,计算结果与试验结果吻合较好。试验及有限元分析结果表明,长桁帽底蒙皮的局部屈曲引起长桁与蒙皮粘接的R区出现初始开裂,并最终扩展为长桁脱粘。随着蒙皮屈曲及长桁脱粘的扩大,蒙皮由局部屈曲变为整体失稳而失去承载能力,最终导致隔框承载过大而发生断裂。根据初始损伤模式,采取了长桁帽内全包工艺改进设计,改进后的曲板结构稳定性和承载能力分别提高了21.9%和16.8%。
多层多向层联三维机织复合材料的拉伸性能
郭瑞卿, 张一帆, 吕庆涛, 陈利
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200110.001
摘要:
设计制备了3种不同结构的多层多向层联三维机织复合材料(M3DAWC),利用非接触式全场应变测量系统和SEM对其拉伸性能进行了研究。研究表明,织物结构对M3DAWC的宏观力学行为有重要的影响,沿0°方向拉伸,破坏模式随着斜向纱体积分数的增加,从齐口破坏演变为斜向纱的抽拔失效,沿90°方向拉伸,破坏模式基本一致,表现为斜向纱的抽拔和滑脱。同时,斜向纱体积分数对M3DAWC的拉伸强度和拉伸模量也有显著影响,沿0°方向拉伸,随着斜向纱体积分数的增加,拉伸强度和拉伸模量逐渐减小,沿90°方向拉伸则表现出相反的变化规律。
数字图像相关技术在复合材料加筋曲板压缩试验中的应用
阳奥, 陈普会, 孔斌, 甘建, 杨家勇
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200121.002
摘要:
对复合材料自动铺丝和手工铺丝两种T型加筋曲板进行了单轴压缩试验,采用基于数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)的三维光学测量方法对该型加筋曲板的局部屈曲及后屈曲波形进行实时监测,并与传统应变、位移测量结果进行了对比分析。试验结果表明:DIC能够准确捕捉整个试验过程中的位移场,使用DIC设备观测到的屈曲模态与应变片数据反映的波形具有良好的一致性;不同于传统测量方法,DIC能够准确捕捉蒙皮在后屈曲阶段的屈曲模态转换的全过程;利用DIC技术能够对试验不同时间节点(即不同载荷水平)的屈曲模态进行清晰、直观的观测,因而能够较准确地获得结构的屈曲载荷,该载荷与由应变-载荷曲线确定的屈曲载荷相比,误差小于5%。采用ABAQUS有限元软件对试验过程进行了数值仿真分析,并通过与试验结果的对比表明了计算结果、DIC测量结果与传统方法测量结果三者具有良好的一致性。
气泡和气隙影响六方氮化硼/环氧树脂复合材料导热性能的有限元模拟
孙颖颖, 周璐瑶, 韩宇, 崔柳
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200111.004
摘要:
气泡和气隙严重影响环氧树脂基复合材料的导热性能,研究气泡和气隙对复合材料热导率的影响有助于提高导热模型的准确性,可为进一步优化环氧树脂基复合材料的导热性能提供指导方向。采用有限元方法建立一种含气泡、气隙的六方氮化硼(h-BN) /环氧树脂复合材料单胞模型,分析气泡、气隙的尺寸和数量对复合材料导热性能的影响。通过与其他模型、实验数据的对比对模型的有效性进行了验证。结果表明,随着气泡尺寸和数量的增加,h-BN/环氧树脂复合材料热导率逐渐下降,且热导率随气泡尺寸的变化曲线存在转折点,直径大于单胞厚度的气泡对复合材料热导率的影响较大。随着气隙直径和厚度的增加,h-BN/环氧树脂复合材料热导率先缓慢后快速减小、最后呈直线趋势下降;随着气隙数量的增加,h-BN/环氧树脂复合材料热导率逐渐下降,且相较于基材中的气隙,位于填料与基材界面处的气隙对热导率的减弱更显著。
二乙基次磷酸铝和埃洛石纳米管协效阻燃尼龙66的制备及性能
刘丽, 韩思杰, 张松, 靳惠宇, 周凌
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190902.003
摘要:
使用二乙基次磷酸铝(ADP)与埃洛石纳米管(HNTs)作为阻燃体系,采用熔融共混法对尼龙66(PA66)进行阻燃改性,研究了ADP与HNTs的配比对ADP-HNTs/PA66复合材料的阻燃性能、力学性能及热稳定性的影响,对燃烧残炭进行SEM观察,通过TG-IR和FTIR的手段研究阻燃机制。研究发现,ADP-HNTs/PA66复合材料的阻燃性能随HNTs的比例增大而先增高后下降,在阻燃体系为11wt%ADP-1wt%HNTs时,ADP-HNTs/PA66复合材料的UL94阻燃等级为V-0级,极限氧指数(LOI)35.6%,具有协效阻燃作用;拉伸强度及断裂伸长率随ADP-HNTs阻燃体系中HNTs的比例在一定范围内增大而逐渐增大,冲击强度则逐渐下降;TG分析表明,HNTs能够促进成炭,减缓降解;SEM结果显示,ADP-HNTs阻燃体系能够形成连续致密炭层;TG-IR和FTIR分析表明,ADP兼具气相及凝聚相阻燃,HNTs能够在凝聚相中与ADP产生相互作用,促进交联成炭。
空心玻璃微珠/环氧树脂固体浮力材料模压成型工艺及性能
吴少惠, 马荣锋, 吴平伟, 戴金辉
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200106.001
摘要:
借鉴陶瓷材料模压成型工艺提出了适用于环氧树脂基固体浮力材料制备的真空辅助模压成型自由固化方法,实现了固体浮力材料制备过程中成型与固化环节的分离,为高性能固体浮力材料的制备提供了新方法。以环氧树脂(E-4221)为基体,空心玻璃微珠(Hollow glass microsphere, HGMS)做填充材料,采用模压成型自由固化方法制备高HGMS体积分数的HGMS/E-4221固体浮力材料,研究了HGMS体积分数、成型压力对HGMS/E-4221固体浮力材料密度、抗压强度、吸水率等性能的影响。结果表明,真空辅助模压成型自由固化方法适用于HGMS体积分数为65%~67%的HGMS/E-4221固体浮力材料制备,所获得的HGMS/E-4221固体浮力材料密度为0.621~0.655 g/cm3,适用深度可达到8 000~10 000 m。
石英纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能
肖沅谕, 高龙飞, 陈博, 李松
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200215.001
摘要:
采用DSC、TG、FTIR和流变仪对聚酰亚胺树脂(KH-370)的化学反应特性和流变性能进行了表征。以石英纤维(QWB200)为增强体,采用热压成型工艺制备了QWB200/KH-370复合材料。研究了加压温度、压力大小、固化温度等不同工艺参数对QWB200/KH-370复合材料力学性能的影响,在此基础上确定了复合材料的成型工艺制度。考察了QWB200/KH-370复合材料400℃高温下的力学强度及宽频范围内的介电性能。结果表明,制备QWB200/KH-370复合材料的最佳工艺参数为:加压温度290~310℃,压力范围3.0~4.0 MPa,固化温度380℃。所得QWB200/KH-370复合材料具有良好的力学性能,400℃下力学强度保持率高于58%,表现出良好的耐热性能;而且在1~18 GHz的宽频范围内具有稳定的介电常数和介电损耗。
碳纤维增强树脂复合材料加固钢筋混凝土柱抗震性能的尺寸效应试验
王作虎, 杨菊, 崔宇强, 申书洋
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200212.001
摘要:
研究了低周循环荷载下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能的尺寸效应,并以边长为150~450 mm、剪跨比均为3的三组几何相似的钢筋混凝土柱为试验研究对象,考虑了CFRP层数、构件尺寸和轴压比等变量的影响。研究结果表明:在相同的截面尺寸和轴压比下,CFRP加固RC柱的水平承载能力、耗能能力、延性和水平位移相对于未加固柱均得到了不同程度的改善,并且存在尺寸效应;CFRP加固RC柱的无量纲水平承载力会随着构件尺寸的增加而减小,尺寸效应明显;随着CFRP加固RC柱的尺寸增加,构件的安全储备系数明显减小。
综述
无金属粘结剂WC硬质合金增强增韧的研究进展与展望
邹芹, 李爽, 李艳国, 王明智, 赵玉成
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200701.001
摘要:
无金属粘结剂WC硬质合金(Binderless tungsten carbide, BTC)硬度高,具有良好的耐磨性、耐腐蚀性,被广泛应用于刀具、耐磨零件等领域,成为近年来硬质合金领域的研究热点。然而,由于没有添加金属粘结剂,其在烧结过程中易出现晶粒长大,致密化难度加大,对烧结方法烧结工艺的要求较高,韧性难与金属粘结剂WC硬质合金相媲美。因此,一些研究人员通过添加非金属粘结剂及调整烧结工艺等方法抑制晶粒长大、促进其致密化,有效改善了BTC材料的性能。本文对于应用金属氧化物、金属碳化物、碳材料及复合增强增韧来提高BTC性能的研究进行综述,介绍了添加剂的种类、增强增韧机制及可以改善材料性能的烧结方法及烧结工艺。
高导热石墨烯-碳纤维混杂增强热致形状记忆复合材料研究进展
马玉钦, 赵亚涛, 许威, 王杰, 陈义, 李开府
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200622.003
摘要:
热致形状记忆复合材料(SMPC)是一种能够对外界温度刺激做出响应的智能材料,与传统热致SMPC相比,高导热石墨烯(GR)-碳纤维(CF)混杂增强热致SMPC具有形状记忆性能优良、比强度高和导热性强等一系列优异性能,近年来受到人们广泛的关注并开展了相关研究。本文从形状记忆材料相关历史起源与应用入手,聚焦GR-CF混杂增强热致SMPC研究前沿问题,分别对该复合材料浸渗规律、成型工艺、形状记忆性能强化规律和弯曲失效规律四个方面的国内外研究现状进行了文献综述,并结合现有研究情况对其中出现的难题进行了探讨,最后指出了该热致SMPC未来有待深入研究的方向。