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三维网笼状聚N-羟甲基丙烯酰胺/聚乙二醇半互穿网络复合相变微球的制备及热性能
刘玲伟, 邹新全, 张鸿, 叶泳铭, 赵云鹤, 石军峰, 闫铭, 朱浩彤, 周炜东, 于跃
摘要:
以N-羟甲基丙烯酰胺(N-MA)和聚乙二醇(PEG)共晶为原料,通过乳液聚合制得聚N-羟甲基丙烯酰胺(PN-MA)/PEG半互穿网络(SIPN)复合相变材料(CPCM)。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射分析仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法对PN-MA/PEG SIPN 型CPCM的结构与性能进行了研究。结果表明:所得PN-MA/PEG SIPN 型CPCM结晶焓和熔融焓达到78.38 J/g和82.31 J/g,结晶温度和熔融温度分别为36.88℃和32.05℃;CPCM中PN-MA和PEG之间是物理作用,并未发生其它的化学反应;得到的CPCM呈球形,尺寸比较均匀,由粒径200 nm左右的小球聚集形成10 μm~15 μm左右的大球,球内呈现细密的三维网笼状结构;PEG在交联PN-MA网络的限制下被很好的固载,且仍有良好的结晶性能。
导电玻璃纤维及其功能复合材料研究进展
高晓东, 杨卫民, 程礼盛, 丁玉梅, 谭晶
摘要:
玻璃纤维增强聚合物基复合材料因其成本低、力学性能好等优点有着广泛的应用,而导电玻璃纤维增强复合材料将进一步拓展玻纤复合材料的应用领域,也是其未来发展的重要方向。本文综述了国内外导电玻璃纤维的种类、构建结构以及特征性能等,同时介绍了不同导电玻纤对玻纤功能复合材料的性能影响;最后,结合目前导电玻璃纤维及其复合材料的应用与限制,阐述了聚合物基导电玻璃纤维功能复合材料的发展趋势。
CFRP增强铝合金叠层复合材料短柱力学性能
郭小农, 王丽, 罗永峰, 徐航, 邹家敏
摘要:
CFRP增强铝合金(CFRP/Al)复合材料轻质高强,具有良好延性,在大跨空间结构中具有广阔的应用前景,然而国内外对其受力性能的研究目前几乎处于空白状态。为此,本文对CFRP/Al进行了理论分析、试验研究和数值模拟。推导得到了CFRP/Al的等效工程弹性常数;进行了6根短柱轴压试验,得到了其轴压承载力和破坏模式;根据弹性力学推导得到了试件的荷载-压缩变形曲线,理论曲线与试验曲线吻合良好;建立了两种有限元模型——逐层精细化模型和整体等效简化模型,并将两种数值模型结果与试验结果对比,结果表明,两种数值模型均能很好地模拟CFRP/Al短柱的轴压性能。
结构储电碳纤维复合材料研究进展
丁颖慧, 祁国成, 张博明
摘要:
复合材料化是航空、航天、国防、交通等装备结构升级的重要趋势。碳纤维复合材料的力学性能优异,同时兼具良好的导电特性,可用于存储和释放电能,实现结构的承载和储/放电一体化,从而达到材料多功能化和结构轻量化。结构储电复合材料通常是采用碳纤维织物作为电极材料,用具有结构承载和离子导电的多功能聚合物基体为固态电解质,玻璃纤维织物等作为隔膜材料。本文主要对典型结构储电复合材料进行综述,包括结构电池、结构介电电容器和结构超级电容器。本文详细阐述了这三种结构储电复合材料的组分材料、器件工作原理以及多功能特性等。通过对比三种结构储电复合材料概括了结构储电复合材料所面临的问题和挑战,提出了结构储电复合材料的发展趋势。
石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-环氧树脂)双逾渗导热复合材料的制备和性能
欧阳泽宇, 王珂珂, 饶琼, 张志龙, 扶碧波, 彭雄奇
摘要:
为了在较低的导热填料含量下提高环氧树脂的热导率,通过溶液法制备了石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-环氧树脂)(GNP/(PEK-C-EP))复合材料。基于接触角测量,计算并预测了GNP的选择性分布,并通过SEM和激光闪光法研究了GNP和PEK-C含量对复合材料的微观结构和热导率的影响。结果表明,当PEK-C的含量为20wt%时,GNP选择性分布在PEK-C中形成了双逾渗结构的GNP/(PEK-C-EP)复合材料,从而构建了连续导热通道。对于石墨烯纳米片/环氧树脂(GNP/EP)复合材料,GNP含量为1wt%时达到最高导热率0.375 W·m−1·K−1。对于GNP/(PEK-C-EP)复合材料,GNP含量为0.5wt%时达到最高导热率0.371 W·m−1·K−1,比0.5wt%GNP的GNP/EP复合材料的热导率高48%,与1wt%GNP的GNP/EP复合材料的热导率基本相同。表明复合材料的填料量减少50%,利用双逾渗效应可以有效减少导热填料用量。此外,比较了纯EP和GNP/(PEK-C-EP)的玻璃化转变温度、热稳定性和热膨胀系数,结果表明,GNP/(PEK-C-EP)复合材料的热性能优于纯EP。
氮杂酞菁钴光电催化降解水环境中聚丙烯酰胺
王德军, 李慧, 姜锡仁, 赵朝成, 赵玉慧
摘要:
针对水环境中聚丙烯酰胺(HPAM)难以被快速去除的问题,以导电炭黑(CB)为载体,制备了负载型氮杂酞菁钴(NCoPc/CB)和甲基取代氮杂酞菁钴(MeNCoPc/CB),并对其光电催化降解HPAM性能进行了研究。搭建分体式光电协同催化体系,选取50 mg/LHPAM水溶液为目标污染物,以Na.*?>=>2SO.*?>=>4为电解质,对氮杂酞菁钴的理化性质及光电协同催化工艺降解高分子聚合物的性能进行了考察。结果证实,光电协同催化工艺对HPAM去除率不但优于单独光催化和单独电催化工艺,更优于两者的代数和,这说明光电联合体系中产生了协同增强效应。其中又以MeNCoPc/CB效果最佳,污染物去除率达到76.07%,溶液黏度由8.33 mPa·s降至1.81 mPa·s。对协同工艺进行反应动力学分析,证实此过程符合准一级反应动力学,其反应速率常数分别是光催化的6.03倍,电催化的3.97倍。电子自旋共振技术(ESR)证实反应体系内主要活性物质为·OH和O.*?>=>2·
高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料弯曲性能试验
王新玲, 陈永杰, 钱文文, 李可, 朱俊涛
摘要:
为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的受弯性能,考虑纵向高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗压和抗拉强度等影响因素,对设计的8个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行四点弯曲试验。结果表明,随着纵向高强不锈钢绞线配筋率增大,其开裂荷载基本不变,峰值荷载明显增大,但峰值位移减小,即延性降低;纵向高强不锈钢绞线配筋率小于0.48%比较合理。随着ECC强度提高,高强不锈钢绞线网增强ECC受弯试件开裂和峰值荷载均增大。ECC开裂后,受拉区的钢绞线和ECC共同受拉,施加荷载达到峰值荷载的80%时,底部最大裂缝宽度仅0.08 mm;达到峰值荷载时,最大裂缝宽度不超过0.55 mm;受压区ECC的压应变达到0.01;ECC完全压碎时,跨中最大挠度达到跨度的1/15。说明本文研究的高强不锈钢绞线网增强ECC具有良好的抗裂性能和延性性能。
偏高岭土对水泥砂浆中钢筋钝化的影响
李闯, 范颖芳, 李秋超
摘要:
利用电化学阻抗谱、循环动电位极化、阴极极化、热重和X射线衍射等方法,研究了偏高岭土(MK)掺量(占MK/水泥总质量的20wt%、30wt%、40wt%)对钢筋-MK/水泥砂浆中钢筋钝化膜形成及其耐蚀性能的影响。结果表明:在一般环境中,钢筋在不同MK掺量的钢筋-MK/水泥砂浆中均可以形成稳定的钝化膜;在质量分数为3.5wt%的NaCl溶液环境中,MK掺量过多会使钢筋-MK/水泥砂浆中钢筋的钝化膜稳定性降低,耐蚀性能下降。从钢筋钝化膜稳定角度考虑,在氯盐环境中,水泥基材料中MK掺量应予以限制。
SiC-超高分子量聚乙烯仿生柔性叠层结构防弹性能关键影响因素的仿真与试验
朱德举, 彭恋
摘要:
基于仿生学原理构建了一种鱼鳞状的柔性叠层防护装具,仿生鳞片为中间厚边缘薄的双层复合结构,上下层分别为SiC陶瓷和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。采用ANSYS LS-DYNA软件的显式分析方法模拟了其防弹性能,主要从装具变形量、应力传递规律及能量耗散机制与子弹残余速度展开分析,重点研究了支撑点数量、曲率半径及覆盖角对防护性能的影响。鳞片单排与多排排列时背面垫料的凹陷深度仿真结果分别为32.52 mm和24.73 mm。本文依据NIJ标准Ш级要求对柔性防护装具进行实弹测试,结果表明试验样件在多发子弹侵彻后,出现了局部两点支撑的不利情形。该成果将对新型柔性防护装具的设计和制备具有重要意义。
磷氮复合阻燃环氧树脂的制备及其阻燃性能
李亮, 蔡再生
摘要:
为改善环氧树脂的阻燃性,成功合成了一种含苯砜基和磷杂菲杂环的阻燃添加剂(FRASP)。采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)、核磁共振(NMR)和元素分析等手段对FRASP的化学结构进行了表征。FRASP添加到双酚A型环氧树脂(DGEBA)中,经4, 4'-二氨基二苯甲烷(DDM)固化后制备出了复合树脂(DGEBA-FRASP)。FRASP质量分数为9wt%的DGEBA -FRASP复合树脂的LOI值达到35.9%,并通过UL94的V-0等级测试。残炭的形貌和激光拉曼光谱(LRS)分析显示,FRASP促进膨胀、致密、高石墨化程度的多孔炭层的生成。热重分析表明,FRASP改变了DGEBA-FRASP复合树脂的热降解过程,促进了复合树脂提前热分解,最大失重率降低,并提高了残炭量。热裂解分析显示,裂解过程中产生了含磷分子和不可燃气体,可稀释氧气并抑制燃烧过程中自由基链式反应。FRASP分子中P、N和S的协同作用,改善了DGEBA-FRASP复合树脂的阻燃性能。
含孔玻璃纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层板的拉伸损伤行为与热暴露响应
谢波涛, 高亮, 江帅, 李梦军
摘要:
采用试验和数值方法研究了含孔玻璃纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层板(glass fiber/epoxy resin composite-aluminum alloy laminates, GLARE)层板在不同热暴露温度下的拉伸剩余强度和损伤失效模式,揭示了层间损伤、纤维损伤及基体损伤的演化过程。结果表明:随着热暴露温度升高,含孔GLARE层板剩余强度不断下降,拉伸破坏呈现出明显的纤维断裂与层间分层混合失效模式。热暴露温度越高或开孔直径越大,GLARE层板的层间分层损伤区域越小。随着载荷的增大,沿加载方向的0°纤维和基体的损伤分别呈现出类似“漏斗”形和“花瓣”状的损伤演化形式,而层间损伤区域呈现出一对相对开孔对称的三角形损伤演化形式。基于GLARE层板的剩余强度和损伤失效模式的数值仿真与试验结果吻合较好。
纳米SiO2与间苯二酚-双(二苯基磷酸酯)对聚碳酸酯-ABS合金的协同阻燃机制
高顺, 郭正虹
摘要:
选用以凝聚相阻燃机制为主的间苯二酚-双(二苯基磷酸酯)(RDP)作为阻燃剂,纳米SiO2为协效剂,以熔融共混法制备了聚碳酸酯(PC)-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)阻燃合金。通过垂直燃烧(UL94)和锥形量热测试(Cone)探究了纳米SiO2与RDP复配对PC-ABS合金阻燃性能和燃烧行为的影响。采用SEM观察燃烧残炭的微观形貌,用EDS分析炭层表面元素含量的变化,进一步探究了纳米SiO2与RDP在PC-ABS凝聚相中的协效阻燃机制。通过拉伸性能和冲击性能测试研究纳米SiO2与RDP复配对PC-ABS合金力学性能的影响及甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)对合金的增韧增容作用。结果表明,纳米SiO2与RDP可以在凝聚相中形成Si—O—P化合物,对PC-ABS合金的燃烧炭层起到增强作用,从而改善了PC-ABS合金的阻燃性能;适量MBS的加入可以提高合金的冲击强度和断裂伸长率,但会降低其阻燃性能。
石墨烯桥联的ZnO/Ag3PO4复合材料的制备及其对环丙沙星的降解性能
杜春艳, 宋佳豪, 谭诗杨, 阳露, 张卓, 余关龙
摘要:
采用沉淀沉积法制备了石墨烯桥联的ZnO/Ag3PO4复合光催化材料,具有优异的可见光催化性能,通过XRD、XPS、SEM、EDS、BET、FTIR、UV-Vis DRS、PL及ESR等表征手段对其晶体结构、形貌、光学性质等进行了表征及分析,并研究了不同氧化石墨烯比例的GO-ZnO/Ag3PO4复合材料对模拟抗生素废水环丙沙星(CIP)的光催化降解性能。由于GO及ZnO的引入,不仅增强了GO-ZnO/Ag3PO4对可见光吸收,且拥有了更高的电子-空穴对的分离效率。当GO质量比为1wt%时,GO-ZnO/Ag3PO4显示出最佳的光催化活性,60 min可见光照后对CIP降解率可达85.3%。捕获实验表明,超氧自由基(·O2)是反应过程中的主要活性物质,ZnO与Ag3PO4之间形成了异质结,符合Z型电子转移机制,GO的引入进一步提高了电子的快速转移,并使Z型体系更加稳定。经过6次光催化循环,降解率依然保持在70%以上,表明GO-ZnO/Ag3PO4复合材料具有优异的稳定性。
FeVO4/Cu3(BTC)2(H2O)3异质结制备及光催化性能
刘颖琪, 翁文斌, 岑檠, 肖维, 王齐, 丛燕青, 张轶
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200917.001
摘要:
以铜片和1, 3, 5-苯三甲酸为原料,电化学法制备经典Cu-MOF材料Cu3(BTC)2(H2O)3,即HKUST-1, 作为基底金属有机框架材料(MOFs),采用室温沉积法制备FeVO4/HKUST-1异质结复合材料,通过XRD、SEM、BET、UV-vis DRS等对其晶体结构、形貌、比表面积、光吸收性能等进行了表征。结果表明:FeVO4与HKUST-1复合形成异质结后,有利于光生电子-空穴的产生和转移,对目标染料污染物罗丹明B(RhB)的降解性能显著增强。可见光照射120 min后,异质结体系中RhB的降解率可达93%,而单一FeVO4或HKUST-1体系中仅为12%和5%。此外,对材料的组成比例进行了优化,当FeVO4与HKUST-1摩尔比为1∶1时,制备的FeVO4/HKUST-1复合材料具有最佳的光催化性能。进一步,考察了其循环使用的稳定性,循环5次后对RhB的降解效率仍保持在90%以上,稳定性良好。
基于分形理论的GFRP-混凝土组合梁损伤特性
宋广信, 杨丽辉, 胡春阳, 苏晗, 张浩天
摘要:
工程实际中,玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)-混凝土组合梁往往出现较大的损伤而破坏,有必要对其破坏过程进行研究。为了研究此类构件的损伤特性,通过声发射仪器对1片GFRP工字梁和6片不同螺栓连接的GFRP-混凝土组合梁的四点弯曲试验加载的全过程进行了监测。并基于分形理论对试验梁加载过程的声发射能量信号进行了相空间重构,计算了试验梁各加载阶段的声发射能量信号分形维数值。研究表明,试验梁的声发射能量时间序列具有分形特征,且关联维数可很好地描述GFRP-混凝土组合梁损伤破坏的整个阶段;归纳各试验梁的声发射能量时间序列分维曲线的演化模式:纯弯段区域的损伤演化模式为“早期峰”至“低幅波动”;剪跨区的损伤演化模式为“低幅波动”至“持续高幅波动”;将试验梁加载过程的试验现象与分维值的演化相对照,则可将分维值的“持续高幅波动”作为试验梁失稳的前兆。根据关联维数,提出“损伤预警”的可能。其相应的分维值出现“持续高幅波动”,则损伤“预警点”出现,结构的承载力已达到其极限的70%左右,需要加强监测。
复合材料褶皱夹芯结构研究进展
邓云飞, 曾宪智, 周翔, 李向前, 熊健
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200903.001
摘要:
复合材料褶皱夹芯结构是通过二维材料折叠而成的三维周期性空间结构,作为一种新型的夹芯结构,具有轻质、高比强度、高比刚度、芯子空间贯通及多功能潜力等优势。本文结合飞行器结构轻量化和多功能化要求,对近年来复合材料褶皱夹芯结构的主要研究成果与特点进行了总结和分析。阐述了复合材料褶皱夹芯结构的构型优化方案及制备工艺,重点归纳了复合材料褶皱夹芯结构的力学性能及多功能的研究现状,包括结构的准静态力学性能、抗冲击性能及隔声、热防护、隐身性能等。基于国内外研究现状,对未来复合材料褶皱夹芯结构的重点研究方向进行了展望。
土木工程应用中碳纤维/环氧树脂界面在环境影响下退化的分子模拟研究进展
吴超, 吴瑞东, 蒋金桥, 谭力豪
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200831.003
摘要:
在土木工程领域,碳纤维增强复合材料 (CFRP) 因为有着优异的力学性能而被越来越多地用在建筑结构中。碳纤维与环氧树脂之间粘结界面的性能对于 CFRP 材料内部应力的有效传递极为关键,并很大程度上决定了复合材料的长期耐久性能。然而,纤维/树脂粘结界面易于受到湿热、盐雾以及海水等恶劣环境的侵蚀,导致界面脱粘以及最终的复材破坏。为了确保复材的长期耐久性能,需要全面地认识界面在环境侵蚀下的退化行为。分子动力学模拟可以“自底向上”地描述界面在环境侵蚀下的行为,有利于探究界面退化和失效机制。综述了关于环境因素影响下碳纤维/环氧树脂界面退化的纳米尺度分子模拟研究进展,包括界面模型的建立,界面在湿热、盐雾环境下的结构、性能的退化,以及背后的界面退化机制。最后,提出了未来界面退化的研究方向,例如纤维/树脂粘结界面模型的进一步完善。
新型碳基磁性复合吸波材料的研究进展
曹敏, 邓雨希, 徐康, 郝晓峰, 胡嘉裕, 杨喜
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200825.002
摘要:
新型碳基磁性复合吸波材料因兼具质轻和高性能而成为当今电磁波吸收材料的研究主流。碳系吸波材料既有密度小、比表面大、电导率高等优点,也存在无磁性、阻抗匹配水平低等不足,常通过与磁损耗物质复合来构筑多样微结构、多元协同损耗机制的轻质复合材料,实现高强与宽频电磁波吸收。本文在总结国内外碳基复合材料吸波应用的研究基础上,以成分组成、复合方法、微观结构等为主线对比分析了新型石墨烯、碳纳米管、生物质多孔碳及其它碳系磁性复合吸波材料的研究进展,并指出了磁性碳系吸波材料存在的问题及未来发展趋势。
Ti基MXene及其复合材料在金属离子电池中的进展
刘浩, 姚卫棠
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200717.001
摘要:
二维过渡金属碳(氮或碳氮)化物MXene自2011年首次报告后,其家族成员不断增加,目前已有超过20种MXene被成功合成。凭借独特的层状结构,出色的物理化学性质和可设计的表面官能团特性,MXene被认为是极具潜力的电极材料。近年来,MXene及其复合材料在储能领域进展显著。为此,本文综述了Ti基MXene及其复合材料在锂离子电池和钠离子电池中的研究进展,并结合其制备方法和特性,详细介绍了电池性能提升策略或机理。最后,我们指出了MXene及其复合材料构建高性能电池面临的挑战,并对未来前景进行了展望。
苯并噁嗪-氨基稀释剂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能
束长朋, 王茂源, 周权, 宋宁, 倪礼忠
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200224.002
摘要:
采用氨基稀释剂(AD)和端乙炔基型聚苯并噁嗪(EB)树脂改性一种具有高力学性能的聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)(PDMP)树脂。按照质量比PDMP∶EB∶AD=5∶1∶1进行共混后制备PDMP-EB-AD树脂。利用FTIR、DSC、介电分析仪(DEA)、TGA分析改性前后树脂的结构、黏度、固化过程和耐热性能变化。结果表明,AD与EB中的—NH.*?>=>2和—C≡CH均参与进PDMP固化过程中,共混后PDMP-EB-AD树脂固化温度升高,黏度降低,热分解温度(T.*?>=>d5)在N.*?>=>2和空气下分别为539.5℃和518.7℃,1 000℃质量保留率分别为85.1%和18.1%。利用浸渍法将PDMP-EB-AD树脂与石英纤维(QF)制备成预浸料进行模压成型,制备的QF增强PDMP-EB-AD树脂(QF/(PDMP-EB-AD))复合材料力学性能极大提高,且树脂与纤维的黏结性得到改善。常温下QF/(PDMP-EB-AD)复合材料弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别为694.5 MPa和41.9 MPa,较QF/PDMP复合材料分别提高了176.6%和96.7%,250℃时弯曲强度和ILSS达到319.5 MPa和20.11 MPa。
纳米氮化硼与氧化锌协效阻燃WF-PVC复合材料
段聪, 房轶群, 王奉强, 于云鹏, 权大通, 张显权, 王清文
摘要:
为提高木粉-聚氯乙烯(WF-PVC)木塑复合材料的阻燃抑烟性能,本文将纳米氮化硼(BN)与氧化锌(ZnO)作为阻燃剂加入到WF-PVC木塑复合材料中,通过热压成型方法制备了阻燃WF-PVC木塑复合材料,研究了复合材料热分解、燃烧性能和力学性能。热重分析(TG)测试表明,BN和ZnO的加入一定程度上降低了复合材料的初始热分解温度,但明显提高了复合材料的热解残余物质量,BN和ZnO的质量比为1∶2时,复合材料的残碳量增加了21.7%。锥形量热仪(CONE)燃烧测试表明,纳米BN和ZnO的加入能够显著提高复合材料的阻燃性能,与纯WF-PVC相比,BN与ZnO的加入能有效降低WF-PVC复合材料燃烧时的热释放和烟释放,复合材料的总热释放量和总烟气释放量最高分别降低18.2%和48.9%。通过万能力学试验机对材料进行力学性能测试,结果表明阻燃剂的加入一定程度上降低了复合材料的力学性能,对阻燃剂进行一定比例的复配,可有效减少对复合材料力学性能的损害,单独添加ZnO时,复合材料弯曲强度降低了29.5%,而BN和ZnO以2∶1质量比复配时,复合材料的弯曲强度降低了9.9%。
电纺制备PAN/PVDF复合纤维膜及其空气过滤性能
李俊, 伍文静, 孙金玺, 钱琦一, 唐逸飞, 张明洋
摘要:
以PVDF为芯层,PAN为皮层通过同轴法静电纺丝技术制备PAN/PVDF纳米复合纤维膜。通过向纤维膜的皮层中加入纳米硅粉、气相白炭黑、硅溶胶三种不同的纳米粒子和改变皮芯层溶液挤出速度来对PAN/PVDF纳米纤维膜进行结构优化。同时,采用BET、SEM、水接触角、纤维强度仪等对纤维膜的孔结构参数、表面形貌、亲水性、力学性能等进行研究。研究结果表明:在皮层中加入硅溶胶后的溶液导电能力达到32.90 μL/cm,所制得的纤维膜力学性能最好,纵向断裂强度达到13.02 MPa。含有硅溶胶的口罩布的品质因子达到0.0236,远大于纯PP无纺布的品质因子0.0127,过滤性显著上升。
高强度聚苯胺-聚丙烯酸/聚丙烯酰胺导电水凝胶的制备与性能
佘小红, 杜娟, 朱雯莉
摘要:
将导电聚合物引入到水凝胶网络中的导电高分子基导电水凝胶,因结合了水凝胶的三维网络结构、良好的生物相容性、优异的力学性能等和导电高分子良好电学性能等优点而被广泛研究,特别是以聚苯胺(PANI)为导电高分子的导电水凝胶。但PANI不溶于水,因此很难制备PANI基导电水凝胶。本文以制备高强度PANI基导电水凝胶为目的,尝试将PANI接枝在亲水性聚合物聚丙烯酸(PAA)上,获得能在水中均匀分散的PANI-PAA导电复合物,再使其与丙烯酰胺(AM)聚合得到高强度的PANI-PAA/PAM导电水凝胶。通过力学性能及电化学性能测试,发现该导电水凝胶具有良好的力学性能和电化学性能。当以SDS为分散剂时,其电导率可达4.63 S·m−1,可承受压缩应力1.33 MPa(压缩耗散能为85.50 kJ·m−3),拉伸断裂伸长率达964%,相应的断裂强度为0.25 MPa;而以NaOH为分散剂时,凝胶的电导率可达4.19 S·m−1,可承受压缩应力1.13 MPa(压缩耗散能为73.45 kJ·m−3),拉伸断裂伸长率达896%;相应的断裂强度为 0.14 MPa。该研究为高强度聚苯胺基导电水凝胶的制备提供了思路。
低温暴露对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸力学性能的影响
罗健, 石建军, 贾彬, 莫军, 黄辉
摘要:
针对低温暴露对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)力学性能影响进行研究,对低温0℃、−20℃、−40℃、−60℃暴露100 h、200 h、300 h、400 h、500 h后,对CF/EP的拉伸力学性能影响展开研究,利用SEM电镜扫描分析损伤机制,根据试验结果提出了一种预测CF/EP低温暴露后剩余强度的预测公式。试验结果表明,在长时间低温暴露后,CF/EP拉伸强度随低温暴露时间的增长呈现出先增后降的趋势;低温暴露时间低于300 h时,CF/EP拉伸强度随温度下降先增后降,暴露时间高于300 h后,拉伸强度随温度下降逐渐降低;CF/EP拉伸弹性模量随低温暴露时间的增长呈现逐渐上升趋势,温度越低,上升趋势越明显。SEM电镜扫描结果表明,低温暴露后,纤维与环氧树脂黏结程度增强,有利于荷载传递,CF/EP拉伸强度增加,破坏形貌上表现为纤维上包裹更多树脂;长时低温暴露后,由于纤维与基体收缩系数不同导致微裂纹产生,在受到荷载时裂纹进一步扩散,不利于荷载传递,使拉伸强度下降,破坏形貌上表现为纤维成束凝集,纤维束间距增大。基于初始试验,本文提出了一种基于初始试验的CF/EP低温暴露后剩余强度预测模型,试验与预测结果吻合较好,由于考虑了同种材料的在不同低温和暴露时间耦合作用下的等效作用,可减少相同材料在不同低温与暴露时间下的试验次数,因此具备一定参考价值。
纳米羟基磷灰石及其复合材料作为药物载体的研究进展
卢英, 荀晓伟, 杨志伟, 罗红林, 万怡灶, 左桂福
摘要:
纳米羟基磷灰石具有良好的生物活性和药物吸附性,是一种理想的无机药物载体。本文从生物安全性、抗肿瘤活性和药物吸附性三个方面阐述了纳米羟基磷灰石的载药特性,探讨了其微观形貌对载药性能的影响,对载药纳米羟基磷灰石复合材料的分类、制备及载药和释药性能进行了系统综述,旨在为纳米羟基磷灰石及其复合材料在药物载体领域的应用提供理论基础。
细菌纤维素-ZnO/水性聚氨酯复合薄膜的制备与性能
吴景, 曾威, 邝美霞, 钟成
摘要:
以细菌纤维素(BC)为模板,以硫酸锌、NaOH和尿素为原料,通过水热法制备了具有新型刷状结构的细菌纤维素-ZnO(BC-ZnO)复合颗粒,尺寸约为3~5 μm,其中BC含量约为19wt%,并对其可能的形成机制进行阐述。将不同含量的BC-ZnO复合颗粒通过原位聚合法引入到水性聚氨酯(WPU)中得到细菌纤维素-ZnO/水性聚氨酯(BC-ZnO/WPU)复合薄膜,对复合膜的结构与性能进行了表征。结果表明:复合颗粒在WPU中分散良好;复合膜的拉伸强度在BC-ZnO含量为1.0wt%时达到最高,相较于纯WPU提高了84.6%;吸水率从16.5%降到4.9%;BC-ZnO的引入提高了复合膜的初始热稳定性;复合膜具有良好的抗菌性,当BC-ZnO含量为1.3wt%时,对金黄色葡萄球菌的抗菌率超过99%,对大肠杆菌的抗菌率超过85%。
玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能
张霓, 郑晨阳, 羡丽娜, 王连广
摘要:
为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。
碳纤维纸木质电热复合材料面层电热效果的纵向尺寸效应
包永洁, 黄成建, 陈玉和, 戴月萍
摘要:
根据热力学能量守恒定律和傅里叶(Fourier)定律,利用一维传热理论推导基于碳纤维纸(CFP)的木质电热复合材料的结构特征与其表面空气温度效果之间的理论关系式,对其关系进行了定性分析,研究木质电热复合材料面层电热效果的纵向尺寸效应,分析表明面层板厚度与表面空气温度呈反比例关系。对面层板厚度分别为2 mm和4 mm的木质复合材料开展了温度测试试验,以验证理论计算结果正确性。结果显示,通过理论计算,得出基于CFP的木质电热复合材料面层厚度与表面空气温度之间呈反比关系;通过实验验证,对比两种不同面层材料厚度的电热复合材料表面空气温度,发现厚度为2 mm的高于厚度为4 mm的,与理论计算结果一致。在采暖领域,相对于面层板较厚的木质电热复合材料,面层板较薄的更能充分利用能源。
高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料受拉应力-应变关系
王新玲, 杨广华, 钱文文, 李可, 朱俊涛
摘要:
为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,EEC)的受拉性能,考虑高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗拉强度、高强不锈钢绞线网增强ECC试件宽度3个影响因素,对设计的27个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行了单轴拉伸试验。试验结果表明,高强不锈钢绞线网增强ECC受拉试件的开裂应力和极限应力随着钢绞线配筋率、ECC抗拉强度的增大而增大;增大试件宽度对试件的开裂应力和极限应力几乎无影响。基于试验结果,提出并建立了高强不锈钢绞线网增强ECC受拉本构模型,推导了开裂应力和极限应力计算公式。经验证,计算结果与试验结果吻合良好,说明所建立的受拉本构模型可准确描述高强不锈钢绞线网增强ECC的受拉应力-应变关系。
Mg对原位自生TiB2/Al-4.5Cu复合材料微观组织及力学性能的影响
薛彦庆, 郝启堂, 李新雷, 魏典, 李博, 余量量
摘要:
使用Al-K2TiF6-KBF4混合盐原位自生反应法,采用SEM、TEM、HM硬度测试和室温拉伸等方法研究了Mg含量和多级热处理对3wt% TiB2/Al-4.5Cu复合材料微观组织和力学性能的影响。微观组织观察发现:加入质量分数为3%的Mg,经过多级热处理后,TiB2颗粒的团聚现象明显改善,反应生成的TiB2颗粒平均尺寸约为130 nm,基体内伴随有大量弥散分布的纳米级颗粒,且α-Al的晶粒尺寸也明显降低;力学测试结果表明:多级热处理后,复合材料的硬度和抗拉强度随着Mg含量的增加而提高,但过量的Mg(≥4wt%)会造成TiB2颗粒细化效果的下降;分析讨论表明:Mg的加入能够降低TiB2/α-Al界面能,减少脆性相Al3Ti、Al2B的生成,并通过反应生成的MgAl2O4使界面结构变成了TiB2/MgAl2O4/α-Al,从而有效抑制了TiB2的团聚,改善了TiB2颗粒与Al液界面的润湿性,提高了形核率,进一步细化了α-Al晶粒尺寸。
核壳型磁性纳米复合材料CoFe2O4@PDA@Pt的制备及催化性能
梁艳莉, 马剑琪, 郭少波
摘要:
本文采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4亚微球,以CoFe2O4为核在碱性条件下将多巴胺(DA)聚合在其表面,用乙二醇和聚多巴胺(PDA)的多羟基还原性,将Pt原位还原负载在CoFe2O4@PDA表面合成纳米核壳型CoFe2O4@PDA@Pt复合材料。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和X射线光电子能谱分析(XPS)对样品形貌,结构和晶型等进行表征。以无机染料铁氰酸钾和有机染料对硝基苯酚为目标污染物探究其催化活性,结果表明2 min内,对铁氰酸钾降解率为95%以上,对硝基苯酚降解率约99.3%。
碳-玻混杂复合材料低速冲击性能及其模拟
张辰, 饶云飞, 李倩倩, 李炜
摘要:
本文基于实验和数值模拟方法研究碳-玻混杂结构复合材料低速冲击性能。使用商业有限元软件ABAQUS建立了层间/层内两类混杂复合材料低速冲击模型,采用基于应变形式的Hashin失效准则模拟面内损伤;0厚度Cohesive内聚力单元预测层间分层;编写VUMAT子程序定义渐进失效过程,并结合C扫和Micro-CT扫描,分析了材料内部微观损伤形貌及损伤分布情况。结果表明:层间混杂结构的抗冲击性能更优,其中铺层形式为I-C的混杂复合材料抗冲击性能最佳,冲击面为玻璃纤维时混杂结构对冲击响应区别不明显,CN-1层内混杂结构抗冲击性能优于CN-2层内混杂结构。低速冲击损伤主要为冲击处纤维断裂,基体破坏及界面分层,混杂结构可有效降低冲击破坏,层间混杂结构中玻璃纤维层损伤较大,层内混杂结构损伤受混杂界面影响,碳纤维束对临近的玻璃纤维束具有保护作用。
钢纤维-橡胶/混凝土单轴受压全曲线试验及本构模型
赵秋红, 董硕, 朱涵
摘要:
将钢纤维掺入橡胶混凝土中,能够改善由于橡胶颗粒掺入所导致的强度降低,并进一步增加延性。为研究钢纤维-橡胶/混凝土(SF-Rubber/Concrete)的抗压性能,配制得到钢纤维体积分数为0、0.5vol%、1.0vol%和1.5vol%以及橡胶颗粒等体积替换砂率为0%、10%和20%的10组SF-Rubber/Concrete试件,进行单轴受压全曲线试验。研究表明:钢纤维的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可改善混凝土的抗压性能,试件破坏呈明显延性特征。随钢纤维掺量的增加,SF-Rubber/Concrete试件的抗压强度及弹性模量均明显增大,其相应于峰值应力的应变及全曲线峰值后延性也相应增加;随橡胶颗粒掺量的增加,SF-Rubber/Concrete试件相应于峰值应力的应变及全曲线峰值后延性增加,而抗压强度及弹性模量有所降低。在已有研究的基础上,通过曲线拟合试验数据,提出了适用于SF-Rubber/Concrete的单轴受压应力-应变全曲线数学表达式,模型与试验结果吻合较好,为此类混凝土的结构分析设计提供了理论基础。
无机颗粒形状对高储能密度有机复合材料介电性能的影响
钟少龙, 郑明胜, 邢照亮, 陈新, 黄河, 张翔宇, 许振波, 党智敏
摘要:
通过在有机基体内添加无机陶瓷颗粒形成二相复合材料是当前研究高储能密度的热点和难点,材料的静电储能特性由其内部电场分布决定。对于纯高聚物材料在均匀外电场环境中其内部电场分布均匀,但是当填充无机颗粒形成复合材料时,材料局部电场将会发生畸变进而影响复合材料的介电性能。本文通过有限元方法系统研究了不同形状颗粒,包括球型、纤维状和圆片状颗粒以及其空间分布的电响应特性,进而分析其对复合材料储能特性的影响。结果表明,颗粒形状以及空间分布的不同均会产生不同的局部电场分布,对于球型颗粒其顶端和低端将会出现明显的电场集中现象,对于纤维状颗粒,当其长径比较小时,其端部束缚电荷产生的电场畸变不能够被忽略。最后本文建立不同形状颗粒填充复合材料三维有限元模型,计算结果表明在相同填充浓度下,一维纤维状颗粒填充复合材料的介电常数最大,二维圆片状颗粒填充复合材料介电常数最小,而球型颗粒填充复合材料介于二者之间。本文对理解复合材料储能特性的微观机理具有重要的意义。
磁性复合凝胶球对Pb(Ⅱ)的吸附特性与机制
包炳钦, 张军, 宋卫锋, 刘建国, 冯嘉颖, 胡志成
摘要:
本论文以海藻酸钠(SA)作为基体前驱材料,通过离子交联法包埋固化L-甲硫氨酸(L-met)和纳米Fe3O4形成磁性复合凝胶球Fe3O4@L-met/SA。实验探究了Fe3O4@L-met/SA在不同pH、投加量和初始离子浓度条件下对Pb(Ⅱ)吸附能力的影响,结果表明在pH=5,投加量为0.5 g·L−1,初始浓度为20 mg·L−1,Fe3O4@L-met/SA对Pb(Ⅱ)能达到较好的吸附效率,最大吸附量可达到328.02 mg·g−1,远大于Fe3O4@SA与SA的吸附量142.5 mg·g−1和152.8 mg·g−1。吸附动力学和热力学研究表明该吸附过程分别对准二级动力学方程和Langmuir方程的拟合程度更大,且反应过程是一个熵增吸热的过程。最后采用SEM、XPS、VSM等手段对Fe3O4@L-met/SA的结构与性能进行表征分析,发现Fe3O4@L-met/SA中的氨基和羧基通过配位反应与Pb(Ⅱ)结合,同时还存在着离子交换作用。经过5次解吸后Fe3O4@L-met/SA的吸附量仍能达到210.5 mg·g−1,是一种较为理想的环保吸附剂。
液相夹杂复合软材料的设计、制备与力学性能研究进展
李锡英, 王爽, 鲁璐, 吕鹏宇, 易新, 段慧玲
摘要:
液相夹杂复合软材料是一类由功能液体或相变材料作为夹杂物的智能材料,由于其具备优异的变形特性与功能可设计性,近年来在柔性电子器件、可穿戴设备、软体机器人等领域得到了广泛的研究与应用。本文从以下几个方面回顾液相夹杂复合软材料的最新研究进展。首先,重点介绍非相变夹杂与相变夹杂复合软材料的功能设计及制备方法;然后,详细阐述液相夹杂复合软材料等效力学性能研究及尺寸效应;最后,简要探讨液相夹杂复合软材料研究所面临的挑战以及值得关注的研究方向。
高性能LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的合成及其电化学性能
蔡厚雪, 袁安, 冯茹茜, 邓颜, 汤昊, 谭龙, 孙润光
摘要:
通过改变煅烧过程中的气氛条件,以简单的固相法合成工艺获得了优异性能的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)材料,并探究了不同氧气流量对样品的结构和电化学性能的影响。结果表明,当氧气流量为0.1 L/min时,所合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2样品具有最低的阳离子混乱程度和较大的晶面间距。该样品在1 C、4.3 V下循环100次后的放电容量为174 mA·h·g−1,容量保持率高达98.3%;在更高的2 C倍率下循环100次后的保持率也达96.8%,并在高截止电压条件下表现良好。从实验结果还可得出,过低的氧气流量不利于Ni2+转化为Ni3+,从而造成较高的阳离子混排度,而过高的氧气流量则会使所合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的晶胞体积减小,不利于Li+的脱嵌。
氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热性能及微观形貌
刘文军, 严建龙, 周川, 李伟东, 周玉敬, 邱虹, 白华, 胡晓兰
摘要:
采用湿法预浸技术和模压工艺制备了氧化石墨烯(GO)改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了GO在室温干态及湿热处理后对CF/EP复合材料动态热力学性能与层间剪切性能的影响,并通过微观形貌分析了复合材料的改性机制。结果表明,当GO添加量为0.5%、0.8%时,GO-CF/EP的玻璃化转变温度(Tg)得到明显提高,由CF/EP的184.4℃分别提高到197.7℃和199.5℃;GO-CF/EP经湿热处理后,GO-CF/EP的Tg的保持率比CF/EP的略低。GO添加量为0.05%和0.1%时,GO-CF/EP的层间剪切强度由CF/EP的59.7 MPa分别提高到70.2 MPa和72.2 MPa;复合材料进行湿热处理后,0.05%GO-CF/EP与0.1%GO-CF/EP的层间剪切强度比CF/EP的高,但GO-CF/EP复合材料的湿热后层间剪切强度保持率均低于CF/EP。复合材料的力学损耗分析表明,GO有效提高了CF与GO-EP复合基体间的界面黏结作用。微观形貌分析表明,GO的存在可有效分散裂纹能量并使裂纹发生偏转,使GO-CF/EP复合材料抵抗裂纹扩展的能力提高。
聚偏氟乙烯基复合材料的制备及介电性能
王继华, 柳军旺, 王春锋, 王永亮, 韩志东
摘要:
为了有效改善聚合物基复合材料的介电性能,兼顾高介电常数和低填料量同时并存,采用以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体树脂,钛酸钡(BT)和石墨烯(GNP)分别为介电填料和导电填料,在BT-GNP/PVDF复合体系内部构建微电容器结构。采用溶液法和热压法制备GNP/PVDF薄膜和BT-GNP/PVDF复合薄膜。测试结果表明,两种填料在复合薄膜中能够均匀分散,在薄膜内能形成明显的微电容器结构。陶瓷填料BT的引入,使微电容器结构更有利于提高复合体系的介电常数。BT含量大于50wt.%的三元复合体系BT-GNP/PVDF的介电常数均不低于单填料体系GNP/PVDF。BT50-GNP0.5/PVDF的介电常数高于其他三个体系,最大值约为43,相当于单填料体系GNP0.8/PVDF的1.5倍。损耗角正切均小于其他体系,最大不超过0.09,最小约为0.02。各三元复合体系的电导率变化趋势基本一致,没有明显差异。
石墨烯/钛基复合材料的界面反应控制、微观组织和压缩性能
王娟, 张法明, 商彩云, 张彬
摘要:
将Ti6Al4V(TC4)粉末与少层石墨烯(GR)粉末进行三维机械旋转混合,实现了石墨烯在TC4球形粉末表面的均匀包覆,经放电等离子烧结得到增强相呈三维网络状分布的GR/TC4基复合材料。对不同的放电等离子体烧结(SPS)烧结温度,保温时间,升温速率和轴向压力对石墨烯与钛基体原位界面反应程度的影响进行了研究,并对界面处不同石墨烯/碳化钛比例的网状结构复合材料的物相结构,显微组织及室温压缩性能进行了系统性的研究。结果表明,烧结温度和升温速率是影响石墨烯与基体反应程度的主要因素,压力主要影响材料致密度,低温高压快速烧结可以降低石墨烯与基体的反应程度,但高比例的石墨烯残留并没有带来力学性能的大幅提升。对于0.25wt.%的石墨烯添加量,石墨烯的反应比例约为70%~80%能得到更加良好的异质界面的结合,获得综合力学性能优异的石墨烯/碳化钛协同增强的钛合金基复合材料。石墨烯在钛合金基体中的三维网络状分布能调控钛基复合材料的强度与塑性的矛盾。
实验分析帽型加筋壁板填充芯材下方蒙皮褶皱成因
张栋梁, 薛向晨, 梁宪珠, 湛利华, 杨晓波, 郑晓玲
摘要:
研究了碳纤维/环氧树脂复合材料帽型加筋壁板在长桁先固化、蒙皮未固化的共胶接工艺下,填充芯材下方蒙皮褶皱的形成过程及产生原因。测试了预浸料的树脂流变特性,由压力监测设备对填充芯材下方蒙皮内部压力进行监测获得了其内部压力的分布,采用金相显微镜对褶皱进行了表征。结果表明:在树脂流动的窗口期,当填充芯材下方蒙皮内部出现压力差时,树脂向低压区流动并聚集,导致褶皱产生。
平纹编织碳纤维增强树脂复合材料离散电导率建模方法
张荣华, 史可宇, 李硕, 张一帆
摘要:
编织碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)的电阻抗分布具有各向异性、异质性、几何结构复杂等特点。建立电阻抗分布模型是利用电磁涡流无损检测技术获取编织CFRP复合材料缺陷及疲劳损伤信息的关键关节。基于电阻抗张量建模理论,采用多层编织结构CFRP二维平面的分块均化电学特性表征方法,建立编织结构CFRP复合材料的简化电阻抗分布模型,从而实现编织结构CFRP电磁特性的精确、快速有限元分析。在有限元仿真基础上,通过设计双空气旋转线圈电磁传感器对平纹编织CFRP复合材料进行电磁无损检测,选用阻抗的极坐标图描述被测材料沿不同方向的阻抗变化趋势,通过实验验证有限元建模的正确性。最后利用所提出的建模方法模拟了双空气旋转线圈传感器对平纹编织CFRP复合材料的结构缺陷及循环载荷疲劳的检测效果。
毛竹工艺纤维高温饱和蒸汽-机械分离及其物理力学特性
王新洲, 袁朱润, 黄雅茜, 李延军, 李永成, 许斌
摘要:
本文采用高温饱和蒸汽对高含水率新鲜毛竹竹材进行热处理,再通过辊轧制备竹材工艺纤维(由多根纤维组成),并运用光学显微、纳米压痕等分析技术研究了提取的工艺纤维的微观结构、化学组分、力学性能及吸湿特性。研究结果表明:高温饱和蒸汽处理可使细胞壁中半纤维发生降解,薄壁细胞由于壁薄更易受到破坏,在机械外力下薄壁细胞和维管束成功分离。纤维细胞壁中无定形物质的降解,木质素相对含量的增加以及纤维素相对结晶度的提高,改善了竹材工艺纤维的吸湿性能和细胞壁力学性能。经过饱和蒸汽处理后,纤维细胞壁的弹性模量和硬度分别增加了14.7%~29.4%和14.9%~38.5%。饱和蒸汽处理未对工艺纤维的拉伸性能产生明显影响,分离出的竹材工艺纤维最大拉伸强度和模量分别达到了765 MPa和24.8 GPa。另外,在不同部位处提取的工艺纤维在性能上存在一定差异:外侧区域分离的工艺纤维尺寸大于内侧;而竹间分离的工艺纤维拉伸性能优于竹节处的,因此在实际应用中可考虑分层提取、分级利用。
碳纳米管/橡胶复合材料的界面性能:碳纳米管的比表面积的影响
王双, 田晨晨, 宁南英, 张立群, 吕亚非, 田明
摘要:
橡胶大分子和无机纳米填料由于相互作用形成的界面是决定弹性体复合材料的性能的重要因素。利用原子力显微镜的峰值力定量纳米力学映射模式(AFM-QNM)建立了碳纳米管/溶聚丁苯橡胶(CNT/SSBR)复合材料的界面纳米力学性能和界面厚度的定量表征方法,研究揭示了碳纳米管(CNT)的比表面积对CNT/SSBR复合材料的界面纳米力学性能和界面厚度的影响。结果表明,随着CNT的比表面积的增大,CNT/SSBR复合材料的界面纳米力学性能逐渐增强,界面厚度逐渐增大,这源于CNT表面作用的橡胶大分子不动链数增加。
针刺石英机织布损伤表征及针刺毡纤维分布取向的变化
杜培健, 王心淼, 吕庆涛, 张一帆, 陈利
摘要:
为探究针刺工艺中针刺密度的持续变化对3D针刺石英复合材料预制体中的机织石英布的损伤程度影响以及对石英毡纤维分布取向的影响,采用体式显微镜对不同针刺密度下的机织物的形貌变化进行图像采集,并提出一种基于MATLAB软件的可表征不同针刺密度对石英机织物损伤程度的方法。采用岛津AGS-250KNE拉伸试验机对不同针刺密度下的机织物样品进行拉伸性能测试,采用DHU-11非织造纤维取向分析仪对不同针刺密度下0°~180°范围内非织造石英毡的纤维取向分布进行测试。结果表明,当针刺密度为210刺/cm2时和245刺/cm2时,相应的表征破损程度的R值近似相等,即R210=0.518近似等于R245=0.515,可以认为当针刺密度达到210刺/cm2时针刺机织物力学性能损伤达到极限;针刺密度为0时非织造石英毡的纤维取向分布呈明显的正态分布。同一针刺密度下的纤维取向分布在0°~15°和165°~180°范围内,以及在90°下的纤维分布量明显大于其他角度下的,且随着针刺密度的增加,同一角度下的纤维取向分布量总体上呈逐渐减小趋势。
Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与摩擦磨损性能
刘可心, 王蕾, 杨晨, 金松哲
摘要:
以Ti3SiC2陶瓷粉和Cu粉作为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备Ti3SiC2/Cu块体复合材料,研究了不同Ti3SiC2添加含量及烧结温度对Ti3SiC2/Cu复合材料的组织、致密度和显微硬度的影响,着重研究SPS后复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:采用SPS工艺制备的Ti3SiC2/Cu复合材料,Ti3SiC2在Cu中分布均匀,但随着Ti3SiC2含量和烧结温度的增加,组织中出现团聚趋势和部分Ti3SiC2与Cu在界面处发生互溶现象,互溶增强了与基体的结合能力;Ti3SiC2含量和烧结温度对复合材料的致密度和显微硬度影响较大,当烧结温度为900℃时,复合材料的致密度达到99.7%,接近完全致密,复合材料的硬度比纯Cu提高2倍左右;对于不同Ti3SiC2含量复合材料的磨损机制也有所差异,当Ti3SiC2含量较低时(1-5 vol.%),磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,随着Ti3SiC2含量的增加(10-15 vol.%),发挥了本身的自润滑性,复合材料的摩擦磨损性能有所改善,磨损机制转为犁削磨损和轻微粘着磨损;当Ti3SiC2含量增加到20 vol.%时,复合材料的磨损表面变得均匀而平整,表明复合材料的耐磨性增强。
丙烯酸钠/玉米芯接枝共聚物的制备及其对Ni2+的吸附机制
陈尚龙, 唐仕荣
摘要:
为探索利用农业废弃物玉米芯制备高效吸附材料去除水溶液中重金属离子的可行性。利用原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization,ATRP)技术将大量对重金属离子具有较强亲和能力的羧基嫁接到玉米芯表面,制备出丙烯酸钠/玉米芯接枝共聚物(MC-g-PGMA-g-PAA-Na),同时采用热重、FTIR、SEM、EDS和XPS对吸附Ni2+前后的吸附材料进行表征,研究其吸附机制。结果表明MC-g-PGMA-g-PAA-Na可以有效地去除水溶液中Ni2+,其羧基含量达到6.02 mmol·g−1,是改性前的35.4倍。MC-g-PGMA-g-PAA-Na与含有Ni2+溶液接触后,主要是其含有的羧基吸附了溶液中Ni2+,并形成了羧酸镍,吸附前后Ni2+的价态没有发生变化,羧基与Ni2+的配位方式主要是双齿桥式。同时MC-g-PGMA-g-PAA-Na含有的Na+全部释放到溶液中,说明该吸附过程伴有Na+与Ni2+的阳离子交换。
CNT纸/SiC对称梯度层状复合材料的高温电磁屏蔽性能和介电性能
蔡艳芝, 王源, 成来飞, 任璇璇, 李璇, 李阳
摘要:
本文提出单层碳纳米管纸浸渍酚醛树脂致密化而后通过树脂碳层层焊接得到厚度约2.6 mm的CNT纸/SiC层状梯度复合材料,由13个CNT纸/SiC复合材料结构层和12个膨胀石墨增韧树脂C界面层组成,SiC含量沿厚度方向由中心向两端呈递增的对称梯度分布。CNT纸/SiC层状梯度复合材料的体积密度为1.65 g/cm3,开气孔率为7.25%,在宏观尺度范围获得在SiC基体中均匀弥散分布的高含量的CNTs。在X频段范围,CNT纸/SiC层状梯度复合材料600℃时的平均总屏蔽效率(37.19 dB)高于室温值(35.00 dB)。较之室温时的屏蔽性能,600℃时反射系数略有下降,但吸收系数明显增加,透射系数由0.0003降至0.0002,展示了良好的在电磁屏蔽领域尤其是高温屏蔽领域的应用前景。在X频段范围,随温度由室温增至600℃,CNT纸/SiC层状梯度复合材料的虚介电常数平均值由114.6提高至149.1;平均损耗正切值由1.62提高至1.79。
木质素基金属纳米粒子复合材料的制备及其应用研究进展
储晶晶, 张莉莉, 王志国
摘要:
木质素是一种最丰富的芳香族天然高分子生物质资源,木质素纳米粒子既具有木质素原本特点,还具有纳米材料的纳米效应等特性,在众多功能材料领域具有很大的潜在应用价值,特别是作为绿色还原剂直接还原金属离子生成木质素基金属纳米粒子复合材料,被广泛应用于催化领域等。本文综述了木质素纳米粒子的制备以及其在金属离子还原及金属纳米粒子负载研究进展,重点综述了木质素基金属纳米粒子复合材料在不同应用领域的研究进展,最后总结并展望了木质素在金属纳米粒子复合材料制备与应用中面临的机遇和挑战。
电化学法原位合成Zn/Co-ZIF及电容性能
赵雪静, 孙晓君, 魏金枝, 张婷, 刘欣然
摘要:
采用电化学法原位合成双金属Zn/Co-ZIF(Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs)。通过改变反应溶剂配比,电压大小和反应时间及金属钴盐添加量来探究材料的最佳合成条件。在DMF与EtOH的体积比为1∶4,外加电压为5 V,外加金属钴盐0.08 g时合成不规则层状颗粒结构的Zn/Co-ZIF。以Zn/Co-ZIF为活性物质制备电极用于超级电容器性能研究,并与同条件下电化学法原位合成的ZIF-8作对比。通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)及交流阻抗(EIS)等测试手段探究其电容性能。结果表明,不同扫描速度下的Zn/Co-ZIF电极材料CV曲线有一对氧化还原峰,表现出了明显的赝电容特性。在1 A/g的电流密度下,Zn/Co-ZIF电极材料的比电容为189 F/g,高于ZIF-8电极(72 F/g),2000次循环后,比电容值仍能保持初始值的90.5%。
热轧高含量B4C颗粒增强Al基复合材料的成形性能
杨涛, 刘润爱, 王文先, 连俊杰, 郑凡林, 陈洪胜
摘要:
高含量B4C(B4C≥30wt%)颗粒增强Al基复合材料具有优异的结构和功能特性,尤其是具有优异的中子吸收性能,在核防护领域被用做屏蔽材料使用。但由于高含量B4C颗粒的加入,使复合材料变形困难。采用ABAQUS数值模拟方法对不同变形量下B4CP/Al复合材料的热轧过程进行数值模拟分析,在480oC温度下对热压烧结的B4CP/Al复合材料坯料进行轧制,并对其微观组织和力学性能进行分析。数值模拟结果显示,热轧变形量达到60%以上时,板材表面中间区域应力较小,侧面应力较大,在板材边缘容易产生残余应力。研究结果表明,随轧制下压量的增加,B4CP/Al复合材料中的B4C颗粒分布明显均匀,位错密度增加。当轧制变形量达到70%时,复合材料的屈服强度提高至249.46 MPa,极限抗拉强度提高至299.56 MPa。在拉伸过程中,B4C颗粒优先断裂但并未与基体界面脱黏,B4C颗粒承受了主要应力,Al基体发生塑性流动,从而提高了强度。
高性能自支撑CuS/SnS2锂电池负极材料
张鹏, 刘洋, 陈明华, 孙凤莲
摘要:
过渡金属硫化物作为锂电池负极材料具有极高比容量,但是其制备的电极普遍存在导电性差、体积变化大等问题,本研究设计了一种新型的自支撑CuS/SnS2镂空片状锂电池负极材料,以导电碳布作为基底生长包覆CuS/SnS2镂空纳米片,具备特殊的纳米包覆结构以及双金属协同效应,使其在保持较高比容量的同时具备良好的循环稳定性,整体电化学性能优异。研究不同Cu/Sn含量对CuS/SnS2电化学性能的影响,最佳配比的CuS/SnS2试样在0.2 A·g−1电流密度下循环50次后比容量1480 mA·h·g−1,库伦效率稳定在99.5%,在2 A·g−1电流密度下循环200次后比容量仍能保持在697 mA·h·g−1,库伦效率99.8%。
纳米SiO2微球在PMMA凝胶聚合物电解质中的尺寸效应及其在全固态电致变色器件中的应用
赵莉, 杜蘅, 刘虎, 龚䶮, 李昕, 陈彦锟, 吴燕
摘要:
本文采用Stöber法制备了不同粒径纳米SiO2微球,将其加入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基凝胶聚合物电解质中,研究了纳米SiO2的尺寸效应及其对全固态电致变色器件性能的影响。研究发现,正硅酸乙酯和乙醇的体积比影响所得SiO2微球粒径大小,乙醇体积比例越大,所制备的SiO2粒径越小。在PMMA基凝胶聚合物电解质中,当SiO2用量相同时,电解质的电化学窗口随着SiO2粒径的减小先增大后减小,离子电导率随着其粒径的增大而增加,在150 nm时电化学窗口达到最大,离子电导率的增速也变得不明显。将150 nm的SiO2以7%的含量添加于PMMA凝胶电解质中,其电化学窗口为4.8 V,电导率为1.13 mS/cm。以该电解质组装结构为:导电玻璃(ITO)‖SiO2/PC-LiClO4(碳酸丙烯脂-高氯酸锂)/PMMA‖金属-超分子聚合物‖ITO的透射式全固态电致变色器件,所得器件可在淡绿色和深蓝色之间变色,对比度高达60.1%,且器件的稳定性得以明显提高。
纳秒激光调控CFRP表面润湿性及其对胶接性能的影响
杜婷婷, 叶云霞, 刘远方, 李浩楠, 任旭东, 符永宏
摘要:
采用纳秒激光对碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)进行表面预处理,调控其表面成分、粗糙度与表面润湿性,然后采用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、光学轮廓仪、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征CFRP的表面微观形貌、接触角、粗糙度和化学成分,并通过拉伸剪切实验评价和分析激光表面处理对CFRP胶接强度的影响规律和机理。结果表明:优化激光表面处理参数,可以去除CFRP表面的环氧树脂胶,调控其表面成分、粗糙度与表面润湿性;与未处理的CFRP试样相比,激光表面处理后的CFRP试样表面化学成分改变,表面粗糙度有所增加,润湿性提高,胶接强度也增加;与未处理试样相比,激光离焦量为5 mm、10 mm和15 mm时,处理试样的胶接强度分别提高了129.41%,112.13%和105.88%;与机械处理试样相比,激光表面处理试样的表面润湿性和表面粗糙度均高于机械处理试样,但激光处理导致的热损伤对胶接强度提升有负面影响。
枣核/低密度聚乙烯复合材料的力学性能
卢文玉, 蔡红珍, 于文凡, 徐航, 韩祥生
, doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200000.00000
摘要:
为充分利用红枣精深加工产生的废弃物,以枣核(JP)和低密度聚乙烯(LLDPE)为主要材料,采用注塑成型法制备JP/LLDPE复合材料,并对其静态力学性能(拉伸、弯曲和冲击)和动态力学性能(动态黏弹性、蠕变行为和应力松弛行为)进行系统测试分析。静态力学性能分析表明,随JP含量的增加,JP/LLDPE复合材料的拉伸强度和冲击强度逐渐降低,但复合材料的弯曲强度得到明显的提升。当JP添加量为20 wt.%时,JP/LLDPE复合材料的弯曲强度最高,较纯LLDPE的弯曲强度提高63.57%;动态力学分析表明,JP含量的增加有利于提高JP/LLDPE复合材料的刚性、抗蠕变性能和抗应力松弛性能,而温度的升高会对JP/LLDPE复合材料的抗蠕变性能和抗应力松弛性能产生不利的影响。
电纺壳聚糖-聚乳酸复合神经导管的分子作用及其生物活性表征
杨强, 郭静, 刘树兴, 孙范忱, 陈双
摘要:
本工作以三氟乙酸(TFA)、二氯甲烷(DCM)的复合溶液为溶剂,壳聚糖(CS)及聚乳酸(PLA)为溶质制备CS-PLA纺丝液,采用静电纺丝与模板卷取法制备CS-PLA复合神经导管,探究了静电纺CS-PLA复合材料的综合性能。通过表征复合材料的结构与性能,分析了CS与PLA体系内的分子作用,进一步通过复合神经导管与雪旺细胞的共培养实验,提出并验证了雪旺细胞在导管内壁生长黏附时的最佳体系组分。结果表明:复合材料中CS与PLA分子间以氢键结合,其中各种氢键贡献作用大小依次是OH…OH型>OH…N型>OH…醚O型。PLA含量增加,复合材料的热性能和热稳定性提高,断裂强度提升198%,断裂伸长率提高53.7%。CS含量增加,复合材料的亲水性和细胞相容性逐渐增加。在组分比例CS: PLA(3: 1)时,凹槽及微孔的大小最有利于雪旺细胞的黏附。
石墨镀Sn调控对石墨/Cu复合材料组织及力学性能的影响
王怡然, 高义民, 李烨飞, 赵四勇, 李梦婷
摘要:
石墨/Cu自润滑材料具有良好的摩擦学性能和耐腐蚀性能,在高速铁路领域具有广阔的应用前景。传统石墨/Cu自润滑材料中由于石墨与基体不润湿,复合材料界面结合强度低,在材料承受载荷时容易造成石墨相的剥离、脱落,导致材料在高载荷服役条件下性能较差。采用化学镀覆工艺在石墨表面镀覆软金属Sn元素调控石墨/Cu复合材料界面,既能够改善复合材料材料组织,又改善了材料的力学性能,使材料满足服役条件。通过研究得出以下结论:通过石墨镀Sn调控技术,石墨/Cu复合材料的组织并无新相生成,复合材料界面处发生强烈的原子互扩散,材料界面由机械结合变成扩散结合。石墨/Cu复合材料的力学性能有显著提高,其中硬度平均提高80.43%,抗弯强度平均提高了246.74%;当石墨含量为6 wt%时,硬度提高至(83.61±4.33) HV,抗弯强度提高至(410.41±20.52) MPa,适应并满足材料在未来愈加严酷的工况环境下的服役需求。
基于多指标控制的聚氨酯阻尼材料动态力学性能稳健分析
苏毅, 李婷, 李爱群
摘要:
强震或强风下,建筑结构中的隔震或消能装置受力大,变形大,这就要求阻尼材料的阻尼系数高,适用温度与室外环境匹配,具有大阻尼温域。目前,聚氨酯阻尼材料难以同时满足上述诸多指标性能,因而无法广泛应用于建筑结构减震领域。本文选择了玻璃纤维、石墨烯、四脚状氧化锌晶须以及受阻酚小分子四种增强填料,以同时提高聚氨酯材料的阻尼性能、力学性能并改变其温度特性。通过正交试验设计了不同用量的聚氨酯复合阻尼材料,并进行基本物理力学性能和动态力学性能试验。根据动态热机械分析(DMA)试验结果,利用田口法进行损耗因子峰值tanδmax、大阻尼温域ΔT0.5和玻璃化转变温度Tg三个动态力学性能指标的信噪比分析和方差分析,以获得各指标的稳健性。依据各指标的重要性进行权重赋值,由层次分析法(AHP)构建多指标赋权评价方法,得到优化方案。并通过验证试验可知,优化后聚氨酯材料tanδmax为1.24,ΔT0.5为57℃,Tg为21.8℃,与初始组相比,其tanδmax提高了16.98%,ΔT0.5拓宽了46.91%。
GFRP约束壁式钢管混凝土短柱轴压性能试验
程杰, 齐玉军, 谢志锦
摘要:
为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)约束壁式钢管混凝土矩形短柱的轴压力学性能,对1组无GFRP约束试件和2组GFRP约束试件进行静力轴压试验;根据试验结果提出壁式柱的强弱约束模型,并基于双剪统一强度理论建立GFRP约束壁式钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式;最后建立有限元模型,将计算结果与试验对比,并进行参数化分析,研究钢材屈服强度和混凝土强度对新型壁式钢管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明:壁式钢管混凝土柱最终因柱中混凝土压碎,钢管屈曲,试件变形过大而失效;钢材在试件第二线性段起点处开始屈服,钢材强度得到充分发挥,GFRP能有效提高构件峰值承载力但延性有所下降;理论公式计算结果与试验值吻合较好;混凝土强度以及钢材屈服强度均能有效提高承载能力,且钢材屈服强度对承载力的影响明显大于混凝土强度的影响。
聚乙烯醇乳液改性对汉麻秸秆纤维增强水泥基复合材料性能影响
王春红, 左祺, 支中祥, 徐磊, SARANIZakaria, SHERAZHussain Siddique Yousfani
摘要:
为了解决汉麻秸秆纤维增强水泥基复合材料(Hemp straw fiber reinforced cementitious composite, HRCC)力学性能较差的问题,提出用聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)乳液对HRCC进行改性。在优化了秸秆纤维的粒径与掺入量后,采用PVA乳液与秸秆纤维和水泥进行共混成型,制备了改性后的HRCC。研究了不同质量比的PVA乳液对HRCC的抗折强度、密度、比强度和弯曲韧性的影响,通过含水率、吸水率以及红外光谱测试揭示了PVA乳液对HRCC的改性机制。结果表明:粒径为1700 μm以及掺入量为12%时,秸秆纤维对HRCC的增强作用最好。随着PVA乳液质量比的增加,改性后HRCC的密度逐渐下降,弯曲韧性逐渐提高。当PVA乳液质量比为4.8%时,相较于未改性的HRCC,改性后的抗折强度和比强度分别提高了17.17%、20.50%。通过PVA乳液改性使HRCC中秸秆纤维与水泥之间的界面被改善,并缓解了秸秆纤维对水泥水化反应的阻碍作用。
木粉/低熔点尼龙6复合材料的非等温结晶动力学
许世华, 房轶群, 王清文
摘要:
利用LiCl改性尼龙6(PA6)并和木粉熔融共混制备了木粉/低熔点PA6复合材料,通过差示扫描量热法(DSC)研究了复合材料的非等温结晶动力学行为。结果表明,LiCl降低了PA6的熔点、结晶温度、结晶度和结晶速率,提高了PA6的结晶活化能。木粉是良好的成核剂,能够加快PA6的结晶速率,但却降低其结晶度。通过Mo法分析复合材料的非等温结晶动力学,结果表明与纯PA6和木粉/PA6复合材料相比,低熔点PA6的F(T)值(表征聚合物结晶快慢参数)最大,LiCl提高了PA6在单位结晶时间内达到一定结晶度时所需的冷却速率,而木粉则与之相反。
稀土Ce接枝碳纳米管-碳纤维多尺度增强体对环氧树脂基复合材料界面性能的影响
李玮, 程先华
摘要:
将马来酰亚胺官能化的多壁碳纳米管(CNTs)与碳纤维(CF)混合并通过CeCl3处理,得到CNTs-CF多尺度增强体,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)对增强体的表面物理化学状态进行表征;以环氧树脂(EP)为基体,通过模压法制备了CNTs-CF/EP,对其力学性能和断口形貌进行了分析,探讨CNTs-CF多尺度增强体对EP复合材料界面性能的影响。结果表明:通过Ce桥接作用,可以将改性后的CNTs化学接枝在CF表面,以同时解决CF与树脂基体间界面结合弱以及CNTs不易分散的问题,有效改善了增强体与基体的界面性能。因此CNTs-CF/EP的拉伸强度和杨氏模量相对CF/EP的分别提高了36.76%和71.57%;相对CeCl3改性CF(RECF)/EP的分别提高了24.79%和52.17%。采用稀土Ce的化学接枝法成功制备出CNTs-CF多尺度增强体,为获得高级轻质树脂基复合材料提供了一种环境友好的新方法。
碳纤维及复合材料产业发展面临的机遇与挑战
邢丽英, 冯志海, 包建文, 礼嵩明
摘要:
本文介绍了国内外高性能碳纤维、碳纤维增强树脂基复合材料、复合材料制造技术等发展现状及未来发展趋势,总结了国内碳纤维树脂基复合材料产业发展存在的问题,分析了国内碳纤维树脂基复合材料产业发展的需求,提出了碳纤维树脂基复合材料重点发展方向。
基于遗传算法的CFRP层合板单搭胶接结构的多目标优化
胡春幸, 侯玉亮, 铁瑛, 李成, 田可可
摘要:
基于遗传算法对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)层合板单搭胶接结构进行了多目标优化,以提高其结构性能。首先,通过三维Hashin准则和三角形内聚力模型建立三维有限元模型来预测CFRP层内损伤过程、层间失效和胶层损伤过程,并通过试验验证其有效性。其次,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法和二次多项式响应面法(RSM),基于搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度等胶接参数建立以拉伸强度和剪切强度为目标函数的多目标优化代理模型。最后,基于遗传算法(GA)对拉伸强度和剪切强度代理模型进行优化,得出一组Pareto解集,并基于理想解排序方法(TOPSIS)对Pareto非劣解集进行折中处理,得到最好的胶接参数设计方案。结果表明:CFRP层合板单搭胶接结构的数值模拟结果与试验结果相比具有很高的吻合度,验证了有限元方法的可靠性;CFRP层合板单搭胶接结构的拉伸强度和剪切强度与搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度具有显著的关联性;二次响应面代理模型结果与数值模拟结果相比误差均小于2.3%;与常规的单搭胶接结构方案进行对比,搭接拉伸强度和剪切强度分别提高了2.65%和17.24%。