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2009年  第26卷  第2期

亚微米Al2O3P/Al-Mg-Si复合材料时效行为
2009, 26(2): 1-5.
摘要:
为了研究亚微米级Al2O3颗粒对基体合金时效过程的影响规律,在 6061 铝合金基础上调整Mg、Si含量,采用压力浸渗法,制备了Al2O3体积分数为30%的亚微米级Al2O3P/Al-2.26Mg-0.63Si复合材料。通过硬度试验、SEM和TEM等手段,研究了复合材料及其基体合金的时效行为。结果表明,Al-2. 26Mg-0.63Si 合金的时效过程比较明显,随时效温度的提高峰时效时间提前,190℃时出现时效软化现象。亚微米Al2O3颗粒的加入强烈抑制复合材料的时效过程,时效曲线未出现明显时效峰。分析认为,由于大部分Mg 元素被消耗在界面形成MgAl2O4,且基体中位错稀少,不利于溶质原子扩散,因此复合材料中沉淀相在过时效阶段仍停留在GP区状态,没有充分长大,时效析出受到抑制。
YAl 2P / Mg -Li -Al复合材料动态拉伸断裂过程原位观察
2009, 26(2): 6-10.
摘要:
通过 SEM中静载动态拉伸 , 原位观察和研究了搅拌铸造法制备的 YAl 2P/ Mg-Li-Al 基复合材料裂纹的萌生及扩展机制。结果表明 , 微裂纹萌生位置主要为复合材料的铸造缺陷处、 复合材料的基体中以及颗粒/基体界面处 , 并以在复合材料基体中萌生为主。微裂纹的扩展主要在基体和 YAl 2颗粒/基体界面处进行。主裂纹的长大方向具有选择性 , 裂纹主要沿颗粒贫化区与颗粒富集区的交界处开裂 , 主裂纹扩展到一定程度后 , 试样全面失稳而迅速断裂。基体的断裂失效在 YAl 2P/ Mg2Li2Al复合材料拉伸断裂过程中起很大作用。
纳米结构强化无铅焊点的力学性能
2009, 26(2): 11-17.
摘要:
新型的无铅钎料不仅要具备含铅钎料的工艺性能,更重要的是要有更高的力学性能,特别是焊接接头的抗蠕变能力。将纳米级多面齐聚倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxanes,POSS)颗粒作为增强相添加到基体钎料中,能够有效地改善Sn-3. 5Ag基复合钎料的性能。研究了不同种类POSS增强颗粒对Sn-3. 5Ag钎料显微组织和力学性能的影响,确定出POSS增强颗粒复合钎料的最佳配比,并对最佳配比复合钎料在不同温度不同载荷条件下的蠕变寿命进行了研究。结果表明:POSS颗粒质量分数小于2%时,可以抑制基板界面处初晶金属间化合物的生长;复合钎料的抗剪切强度明显提高;低温时,最大蠕变寿命明显改善。
考虑界面结合的SiCP/6061Al 复合材料时间相关棘轮行为的三维有限元分析
2009, 26(2): 18-24.
摘要:
采用多颗粒三维单胞模型和复合材料细观有限元分析方法,借助先进循环黏塑性本构模型的有限元实现,对SiC颗粒增强6061Al复合材料的室温、高温时间相关单轴棘轮行为进行数值模拟。讨论了颗粒排列方式和界面结合状态的变化对复合材料棘轮行为的影响;同时,分析了复合材料中基体和界面的微观变形特征及其演变规律;最后,选取一组合理的微结构参数,对复合材料的时间相关棘轮行为进行了数值模拟,并通过与已有实验结果的比较,检验了有限元分析的合理性。结果表明:多颗粒代表性体积单元能够反映复合材料更多的微观细节;颗粒排列方式的变化显著影响复合材料的整体棘轮行为;界面结合状态越好,产生的棘轮变形越小;具有合理参数值的弱界面模型给出的时间相关棘轮变形预测结果比完好界面模型的结果更接近实验值。
超临界流体沉积法制备纳米Cu/SBA-15复合材料
2009, 26(2): 25-29.
摘要:
采用超临界流体沉积法,以无机盐Cu(NO3)2为前驱物,超临界CO2为溶剂,乙醇为共溶剂,在压力20 MPa左右、温度 50℃ 条件下将Cu(NO3)2沉积到SBA-15介孔分子筛的孔道中。反应完成后,用氢气对前驱物进行还原,得到纳米线和纳米颗粒Cu/SBA-15复合材料。用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对Cu/SBA-15复合材料进行表征,发现在SBA-15孔道内部填充了Cu 纳米线和分散的Cu 纳米颗粒。Cu 纳米线平均直径为6nm,长度为几纳米到几微米,并且沿着孔道生长,能够随着孔道发生弯曲;Cu纳米粒子的平均尺寸为3.2nm,高度分散。同时,实验中还发现,通过控制反应条件,能够控制复合材料中纳米结构的形貌(纳米线或者纳米颗粒) 。实验结果表明,超临界流体沉积法是制备担载型复合材料的有效方法。选择合适的共溶剂可以用超临界CO2溶解无机盐,并可以通过控制反应条件,控制所制备的复合材料中纳米结构的形貌。
纳米Fe包覆Si3N4的制备及其高温烧结微观组织
2009, 26(2): 30-36.
摘要:
采用非均相沉淀-热还原法制备了Fe/Si3N4颗粒复合粉末并在热处理温度1873K和0.1MPa氮气气氛下进行常压与热压烧结。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等方法观察Fe/Si3N4复合粉末的结构形貌及常压、热压烧结后的微观组织。结果表明:Fe/Si3N4复合粉末物相主要存在Fe相与Si3N4相,微观结构为纳米薄层 Fe均匀包覆Si3N4颗粒;高温烧结后的常压与热压样品的组织成分与微观结构有极大的不同,除了存在Si3N4相之外,常压样品金属Fe相衍射峰消失,并有晶粒粗大铁硅化合物生成,热压样品则保留有金属Fe相,并存在晶粒相对细小铁硅化合物及致密的玻璃态物质。
Ni/硅橡胶复合材料的压敏与介电特性
2009, 26(2): 37-40.
摘要:
采用硅橡胶(110型)与金属(Ni粉)按质量比1∶2配料,经过特殊的制备工艺,合成金属Ni/硅橡胶高分子复合材料。分别测量样品的压敏效应和介电特性。结果表明:在不同应力作用下,样品的电阻从1 ×1012 Ω降到10Ω, 其变化范围为11个数量级;在恒应力作用下,样品的电阻随时间的增加而减小,表现出“电阻蠕动”现象;室温下,样品的电容和介电损耗都随频率的增加而减小,随应力的增加而增大 , 其原因是在样品中形成了以高分子为绝缘层、金属 Ni粉为导电填料的相互隔离且平行的超电容网络微观结构。在外力作用下,这种微观结构中每一个电容单元的间距逐渐减小而电容逐渐增大,致使样品的电容有大幅度增加;介电损耗是由于样品的电阻率减小,电导增大,使部分电能转化为热能。
磷钨酸/磺化聚芳醚酮砜复合型高温燃料电池用质子交换膜
2009, 26(2): 41-46.
摘要:
为了满足高温质子交换膜燃料电池使用要求,采用溶液铺膜法制备了磺化聚芳醚酮砜(SPAEEKS)与磷钨酸(HPA)复合型质子交换膜。红外光谱证明磷钨酸中的桥氧原子和端氧原子与磺酸基团形成了强烈的相互作用。扫描电镜照片显示磷钨酸粒子能够均匀地分散在聚合物的基体中。磷钨酸的引入提高了复合膜的热稳定性 ,含有 30wt%HPA、SPAEEKS磺化度为0.8的复合膜(HPA30/SPAEEKS-0.8)的玻璃化转变温度达到236℃,质量损失5%时的热分解温度达到了299℃。在相同测试条件下,HPA30/ SPAEEKS-1. 0在80℃时质子传导率高于Nafion 117,而且在120℃ 达到了0.098S/cm。结果表明,HPA30/SPAEEKS-1. 0 有望在高温质子交换膜燃料电池中得到应用。
LCP微球对LCP/尼龙6共混体系力学性能的影响
2009, 26(2): 47-53.
摘要:
制备了分散相呈球状微粒形貌的液晶聚合物/尼龙6 (LCP/PA6)共混体系,选用离聚物磺化聚苯乙烯锌盐(Zn-SPS)和反应性嵌段共聚物苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)作为体系的增容剂,探讨了在相间相互作用得以改善时,利用LCP微球改善 LCP/尼龙6 共混体系韧性的可能性。试样受拉后的形貌观察表明,在增容体系中,LCP微球很好地镶嵌在尼龙6基体中,粒子脱落的空洞发生了较大的形变。力学性能测试结果表明,LCP的加入使材料的拉伸强度低于纯尼龙6,加入增容剂后共混材料拉伸强度有所提高,其中LCP/PA6 (质量比10/90)共混体系增容后的拉伸强度与纯尼龙6 相当。所研究的增容体系的拉伸断裂吸收能均比未增容体系有所增加。其中,当 LCP的质量分数为4%时,Zn-SPS增容体系的拉伸断裂吸收能比未增容体系和纯尼龙6分别增加了12%和62%;当LCP的质量分数为10 %时,SMA增容体系的拉伸断裂吸收能比未增容体系和纯尼龙6分别增加了46%和55%。表明在适当条件下,利用LCP微球可以在保持共混体系的拉伸强度的同时提高材料的韧性。
纳米OMMT/EVA-g-PU复合材料
2009, 26(2): 54-58.
摘要:
采用熔融接枝与熔融插层相结合的方法,成功制备了纳米OMMT/EVA-g-PU复合材料。通过FTIR及13C NMR测试表明,端—NCO的聚氨酯(PU)预聚体与皂化乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)间发生接枝反应。采用X射线衍射仪(XRD)与透射电镜(TEM)观察了蒙脱土(OMMT)在基体中的分散状态,用电子万能试验机、动态力学分析仪(DMA)和热重分析仪(TG)分析了复合材料的力学性能、储能模量和热性能。结果表明:OMMT主要以插层型分布在基体中;当OMMT的质量分数为3%时,复合材料的断裂强度、杨氏模量和撕裂强度分别为7.96 MPa、7.12 MPa和49.97 MPa;复合材料的储能模量随 OMMT含量的增加而升高,当OMMT的质量分数为7%时,复合材料的储能模量相对于纯EVA 提高了2 倍多;复合材料的热稳定性能也要优于纯EVA,并随OMMT含量的增加而升高。
废印刷电路板非金属粉增强及磨碎玻璃纤维增强聚丙烯力学性能
2009, 26(2): 59-66.
摘要:
分别用废印刷电路板(PCB)非金属粉、磨碎玻璃纤维作为增强材料,采用熔融共混方法制备了聚丙烯(PP)基复合材料,并通过其力学性能试验和缺口冲击断面、废PCB非金属粉、磨碎玻璃纤维的形貌观察,分析研究了两种增强材料及表面改性对复合材料力学性能的影响。实验结果表明:废PCB非金属粉/PP复合材料力学性能得到了明显提高,其中拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量最大增幅分别为28%、41%、86%和133%;废PCB非金属粉与磨碎玻璃纤维都能作为PP增强填料,但其韧性降低;表面改性对废PCB非金属粉/PP复合材料力学性能的影响不大,但是对磨碎玻璃纤维/PP复合材料力学性能的影响大;废 PCB非金属粉/PP复合材料综合力学性能高于磨碎玻璃纤维/PP复合材料,可代替磨碎玻璃纤维作为PP基复合材料的增强填料,不仅可以减少环境污染,实现资源再利用,而且大大降低复合材料成本。
共混条件对功能化聚异丁烯-蒙脱土复合物改性聚丙烯性能的影响
2009, 26(2): 67-71.
摘要:
制备了功能化聚异丁烯-蒙脱土复合物改性的聚丙烯复合材料。考察了活化剂、加工温度等因素对改性聚丙烯性能的影响。通过扫描电镜观察了蒙脱土在改性聚丙烯中的分散效果。实验结果表明,功能化聚异丁烯-蒙脱土复合物可以较好地分散在聚丙烯中,当其用量为4wt%、活化剂用量为蒙脱土的1wt%时,制备的聚异丁烯-蒙脱土/聚丙烯复合材料的模量为2280 MPa、冲击强度为63J/m,回缩率为0.5%,各项指标均好于未改性的聚丙烯树脂。分散在聚丙烯中的蒙脱土尺寸约为1μm。
碳纤维缠绕复合材料NOL环的吸湿过程与性能关系
2009, 26(2): 72-78.
摘要:
以碳纤维缠绕复合材料NOL环为研究对象,建立了一种研究碳纤维缠绕复合材料的壳体或压力容器在存贮和使用过程中湿热性能的加速老化方法。将复合材料NOL环分别浸泡在35℃、55℃、65℃和75℃蒸馏水中,研究其吸湿特性、动态力学性能以及静态力学性能的变化。结果表明,根据NOL环的吸湿特性,其吸湿过程可分为3个阶段:固有自由体积控制扩散吸湿阶段;分子链松弛控制吸湿阶段;界面破坏及裂纹扩展控制吸湿阶段。当湿含量达到1wt%左右时,复合材料进入界面破坏吸湿阶段,性能明显下降,剪切强度和弯曲强度保留率约为75%和67%,Tg下降了20℃。该结果可为碳纤维缠绕复合材料壳体或压力容器的存贮寿命的预测与评价提供重要依据。
MWNTs/PU复合超细纤维的热性能及导电性能
2009, 26(2): 79-84.
摘要:
采用静电纺丝技术制备了多壁碳纳米管/聚氨酯(MWNTs/ PU)复合超细纤维,并收集成无纺布薄膜,采用热失重分析仪(TGA)和动态力学分析仪(DMA)分析了纤维的热稳定性。利用数字高阻计(PC68)和LorestaGP电阻计测量了纤维薄膜的直流电导率随MWNTs含量的变化关系。为了研究该多孔薄膜的动态电学性能,同时采用Agilent 4294A阻抗分析仪测试了纤维薄膜的电导率在40 Hz~110 MHz频率范围内的变化关系,并与浇注试样的结果进行比较。结果表明,随MWNTs 在 PU 纤维中含量的增加,复合纤维的热稳定性提高。当10MWNTs质量分数达40 %时,PU的电导率提高近10 倍。
低温固化双酚F型环氧树脂体系的化学流变模型
2009, 26(2): 85-89.
摘要:
研究了用于真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺的低温固化双酚F环氧树脂体系的化学流变特性,根据对等温黏度曲线的分析,建立了其工程黏度模型,并通过积分变换将模型推广到非恒温条件下使用。模型与实验结果具有良好的一致性。该体系固化产物玻璃化温度达111. 9℃,拉伸强度78.5 MPa,弯曲强度106 MPa。所建立的模型可有效地预测VARTM工艺的黏度变化和工艺窗口,为复合材料成型工艺模拟分析及工艺参数的确定奠定了基础。
用均匀化方法预报平纹织物的渗透率
2009, 26(2): 90-93.
摘要:
建立了平纹织物的细观结构模型,采用均匀化方法预报了其渗透率,与文献中的实验结果比较验证了本文中方法的合理性,同时还对平纹织物纤维预制体细观结构进行了参数研究。对3种平纹玻璃布预制体进行了渗透率测量,与理论预报进行了比较,表明本文中所建立的方法预报的渗透率与实验结果在同一数量级。
异形截面碳纤维复合材料的吸波性能
2009, 26(2): 94-100.
摘要:
为了研究异形截面碳纤维复合材料的吸波性能,采用SEM、XRD及XPS等测试技术,对异形截面聚丙烯腈基碳纤维(ICF)和T300碳纤维的表面形貌、组织结构及化学组成进行了研究。结果标明:ICF的截面形状成近似正三角形,截面异形度为13.16%;与树脂基体可以形成较强的界面作用;其力学性能与T300接近,可作为结构材料的增强体使用。分别采用四电极法、网络法和雷达散射截面(RCS)法研究了2种纤维增强的复合材料的电磁性能和吸波性能。结果表明:ICF的电阻率比T300大;在高频电磁波作用下,ICF复合材料的介电常数虚部(ε″)及损耗角正切(tanδ)均比T300复合材料大;其复合材料对频率在16 GHz左右的电磁波的反射率为- 8 dB。通过研究,异形截面碳纤维复合材料同时具有承载和吸波的作用,将是一种有前途的结构吸波材料。
杉木苯酚液化产物碳纤维的制备及其结构表征
2009, 26(2): 101-106.
摘要:
以速生杉木原料,经过苯酚液化物后加入六次甲基四胺熔融纺丝,初纺纤维固化处理后直接炭化制备出碳纤维,利用 SEM、FTIR、Raman光谱和元素分析等对碳纤维进行了表征。研究结果表明:随着炭化温度的提高,杉木苯酚液化物碳纤维中出现了类石墨碳材料典型的马鞍状拉曼谱图,其D峰和G峰分别位于1360 cm-1和1595 cm-1处;碳纤维样品的无序化程度R值逐渐减小,石墨微晶尺寸La逐渐增大,纤维内部微观结构逐步趋于有序化。1000℃获得的碳纤维表面光滑,断面形状为椭圆形,其C、O、H的质量分数分别为94.04%、4.26%、0.5%。
ARMOS纤维的紫外老化
2009, 26(2): 107-112.
摘要:
通过氙灯辐照试验对ARMOS纤维进行了紫外老化试验,采用单丝拉伸、FTIR、SEM和XRD研究了紫外光辐照对ARMOS纤维的影响。结果表明,短时间的紫外光辐照引起ARMOS纤维的拉伸强度在辐照6h后上升了13.7%,36h后又下降了2.1%。利用FTIR、SEM和XRD发现,经过紫外光辐照后,ARMOS纤维中酰胺基团的C—N键发生了断裂,同时氢键缔合能力增强,纤维结晶度增加,从而导致纤维表面出现沟槽,断口方式由微纤劈裂转向脆性断裂,说明短时间的紫外辐照对ARMOS纤维有削弱和强化2种相互矛盾的影响作用。
Co/ATO复合薄膜的结构与电磁光特性
2009, 26(2): 113-119.
摘要:
以低成本的无机盐 SnCl2·2H2O、SbCl3和Co(NO3)2·9H2O 为原料,采用溶胶-凝胶法与浸渍提拉技术成功地制备出Co掺杂的ATO(Sb掺杂SnO2)复合薄膜。利用XRD、SEM、四探针电阻仪、紫外-可见光分光光度计及振动样品磁强计(VSM)等测试方法对Co/ATO复合薄膜的结构与物性进行了表征与评价。结果表明:少量的Co 掺杂ATO复合薄膜仍保持四方金红石结构,复合薄膜中的晶粒分布均匀,其晶粒尺寸分布为4~7 nm;随着Co含量的增加,Co/ATO复合薄膜的电阻率呈现出先降低后提高,且当Co含量为0.5 mol %时,Co/ ATO复合薄膜的电阻率最低为5. 6×10- 3Ω·cm;在400~700 nm可见光范围内,平均透过率达到90 %以上,其光学带隙在3.9~4.0eV之间,且随着Co含量的增加,可见光透过率和光学带隙呈下降趋势;Co含量为3.0 mol%的ATO复合薄膜具有室温铁磁性,其矫顽力约为100Oe,磁性根源主要归结为磁性原子与基体载流子相互作用的结果。
BaWO4/(Ba|Sr)TiO3复合陶瓷的显微结构与介电性能
2009, 26(2): 120-124.
摘要:
采用常规的陶瓷工艺制备了BaWO4/(Ba,Sr)TiO3复合陶瓷,并通过X射线衍射、扫描电镜及介电性能测试对陶瓷的烧结特性、微结构和介电性能进行了研究。结果表明,BaWO4/(Ba,Sr)TiO3复合陶瓷在1250~1300℃ 可以实现致密化烧结,且陶瓷由(Ba,Sr)TiO3和BaWO4两相复合而成,未检测到其它物相。随着BaWO4含量的增加,材料的表观密度逐渐增大,介电常数和可调度逐渐降低,介电损耗变化不大,均在10-3量级。典型样品(60 %BaWO4/40%Ba 0.5Sr 0.5TiO3 , 质量分数)介电常数182.7,介电损耗0.0024,在2V·μm-1偏置电场下的可调度为14.7%,具有较好的介电性能。
Ag/Bi2Sr2CaCu2Ox复合材料摩擦学特性
2009, 26(2): 125-130.
摘要:
釆用固态反应法合成超导体Bi2Sr2CaCu2Ox(Bi2212),使用摩擦实验机从液氮温度至室温对其摩擦学特性进行研究。研究表明:室温Bi2212与不锈钢盘对摩时摩擦系数约为0.35,当温度降至超导转变温度以下(液氮温度),摩擦系数大幅度降低至0.11,非常稳定。为改善Bi2212常温摩擦性能,添加Ag制备出Ag/Bi2212超导复合材料,XRD、SEM和EDS分析表明,Ag未进入Bi2212晶格,保证了Bi2212的超导电性,Ag的添加提高了复合材料密度和韧性,在正常载荷和滑行速度下Ag质量分数为10 %时摩擦系数为0.2,15%Ag/Bi2212磨损率最低,为9. 5×10-5 mm3 (N·m)-1。分布基体中的Ag能有效抑制裂纹萌生和扩展并在摩擦作用下向表面转移,在摩擦表面形成一层Ag转移膜,其低剪切强度起到很好的润滑作用,同时将摩擦产生的热量及时传导出去,使复合材料表现出良好的减摩耐磨性能。
纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料屏障膜的体外生物相容性
2009, 26(2): 131-137.
摘要:
用相转移法制备了用于引导骨再生的纳米磷灰石/聚酰胺66(n-HA/PA66)和载银纳米羟基磷灰石/二氧化钛/聚酰胺66(Ag-HA-TiO2/PA66)复合生物材料屏障膜, 并通过与骨髓基质干细胞(BMSC)共培养评价了其体外生物相容性。扫描电子显微镜(SEM)观察显示,制备的复合材料膜为不对称多孔膜,一面是孔径小于10μm的微孔层,另一面是孔径在30~200μm的大孔结构。四唑盐比色(MTT)和流式细胞术(FCM)试验结果表明:n-HA/PA66膜具有良好的细胞亲和力,有利于BMSC的黏附、生长和减少凋亡;Ag-HA-TiO2/PA66 膜也具有良好的生物相容性,但加速了BMSC的凋亡。2种膜的结构和生物相容性能够满足引导骨组织再生膜材料的要求。
短切碳纤维增强HA/PMMA生物复合材料的制备及性能
2009, 26(2): 138-142.
摘要:
以丙烯腈短切碳纤维(C)为增强相,纳米羟基磷灰石(HA)为改性体,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基体,采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了Cf-HA/PMMA生物复合材料。用X射线衍射仪(XRD)、红外吸收光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对材料的结构组成及断面的微观形貌等进行测试和表征,使用万能材料试验机测试其力学性能。结果表明:该合成工艺可以保证短切碳纤维和HA 在基体PMMA中均匀分布;所制备的复合材料具有较好的力学性能。随着碳纤维含量的增加,复合材料的弯曲强度和模量均呈先增大后减小的趋势。当碳纤维含量为4 %、HA含量为2%时(质量分数),复合材料的弯曲强度和弯曲模量达到极大值97.41 MPa和3.06 GPa。从复合材料的SEM照片可以看出,当碳纤维含量增加到6%时,纤维在基体PMMA中出现部分聚集现象。
微囊化壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸复合材料
2009, 26(2): 143-148.
摘要:
以多聚磷酸钠(TPP)为交联剂,采用乳化交联法制备了牛血清白蛋白(BSA)壳聚糖控释微球(CMs)。将微球与纳米羟基磷灰石/胶原(nHAC)、聚乳酸(PLA)按不同比例混合,采用热致分相法制备了CMs/nHAC/PLA复合支架材料。利用扫描电镜、激光粒度分析仪、压汞仪和力学性能测试仪考察了微球与复合支架的性能。结果表明:所制备的壳聚糖微球形态良好,呈规则球形,粒径主要分布在20~50μm;随 BSA 初始用量的增加,微球的载药量从0.78%增大到2.74%,但包封率从86.9%下降到78.4%;控制CMs用量不超过PLA 质量的30%,则可保证微球在CMs/nHAC/PLA中的均匀分布,此时复合材料的孔径主要分布在100~200μm,孔隙率不低于83.1%,压缩强度在1~2 MPa。这种复合支架材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。
硅掺杂羟基磷灰石生物活性微粉对人血清白蛋白的吸附特性
2009, 26(2): 149-154.
摘要:
对含硅羟基磷灰石(Si-HA)与人血清白蛋白(HSA)的吸附特性及动力学特征进行了研究,计算了表观活化能,用等温吸附曲线进行拟合。结果表明,该吸附属于Langmuir型。Si-HA和HA吸附HSA的表观活化能分别为21.28和35.57 kJ.mol-1,20℃下吸附反应的速率常数分别为1.48和1.34 min-1,饱和吸附量分别为25.34和21.34 mg.g-1,Si-HA具有比纯HA更好的吸附优势。通过XRD、FTIR及荧光光谱分析,探讨了HSA在Si-HA和HA表面的吸附作用机制,表明Si-HA与蛋白表面吸附反应是以化学吸附为主、包含物理吸附的混合吸附过程。从分子结构的角度揭示了Si-HA和HA吸附蛋白质性能的差异,为进一步探讨Si-HA和HA生物相容性提供了新途径。
等强条件下橡胶粉对碾压混凝土强度与变形性能的影响
2009, 26(2): 155-159.
摘要:
采用橡胶粉等体积代砂的方法,选择橡胶粉体积含量为5%、10%和12 %,通过试验探讨了等抗压强度(40 MPa)条件下橡胶粉用量对碾压混凝土力学强度、抗裂性能和变形性能的影响及其变化规律。结果表明:橡胶粉的掺入使碾压混凝土的韧性得到改善,压缩破坏表现出明显的韧性破坏特征,碾压橡胶混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度和抗弯强度之间具有与普通混凝土相近的对应关系;等抗压强度条件下,碾压橡胶混凝土的抗弯强度、抗拉强度和极限拉伸值较不掺橡胶粉的碾压混凝土有所增大;橡胶粉的添加不会改善碾压混凝土的干缩性能,反而会使干缩变形速率和干缩变形量有所增大。
玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为
2009, 26(2): 160-164.
摘要:
采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明:地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较 GC有明显提高。
连续粒径水泥2矿粉双组分体系在浆体中的堆积密度计算公式
2009, 26(2): 165-170.
摘要:
首先推导出双组分连续粒径粉体在浆体中的堆积密度公式;通过测定多组粒径分布不同的复合水泥在流动度相同的情况下的需水量,得到不同粒径分布对应着的不同堆积密度。所采用的15 种试样的需水量相差4%~10%。用该公式计算上述不同粒径分布的复合水泥浆体的堆积密度及需水量与试验值基本吻合。对公式的适用性进行了验证,说明该公式可以用来模拟诸如水泥和磨细矿粉体系、水泥和粉煤灰体系等胶凝材料细颗粒的堆积密度。
三维正交机织复合材料的动态压缩性能
2009, 26(2): 171-175.
摘要:
本文作者利用分离式Hopkinson压杆装置对玻璃纤维三维正交机织复合材料进行了高应变率下面外、面内方向的压缩试验,并在万能试验机下进行了相应的准静态压缩。获得3 个高应变率及准静态下的应力-应变曲线,观察了试样的破坏形貌。结果表明:玻纤三维正交机织复合材料是应变率敏感材料,最大应力、压缩模量随着应变率的增大而增大。三维正交结构使复合材料体现出各向异性:面外的最大应力、失效应变比面内大;面内的压缩模量大于面外,且压缩模量对于应变率的变化比面外方向敏感;经纬向相比,纬向的最大应力大于经向。
基于爆破试验的CFRP固体火箭发动机壳体的可靠性设计
2009, 26(2): 176-180.
摘要:
根据GJB 1878-94制备了8个碳纤维缠绕复合材料压力容器,通过试验获得壳体的纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压强等随机变量特征值,利用这些实验数据对固体火箭发动机壳体进行可靠性设计,并与传统的安全系数法设计进行比较。结果表明,使用可靠性安全系数法设计可以实现安全性和经济性的统一。分析了材料的力学性能参数及壳体的几何参数等随机变量的变异系数对CFRP固体火箭发动机壳体爆破压强分散程度的影响。纤维应力、壳体纤维层厚度和壳体半径的变异系数的大小直接影响了爆破压强的分散程度;而纤维缠绕角除其变异系数的大小直接影响爆破压强的分散程度外,其参数均值也对爆破压强的分散程度有影响。
复合材料π接头拉伸力学性能的试验和计算研究
2009, 26(2): 181-186.
摘要:
采用试验和数值模拟的方法对整体化复合材料π接头在拉伸载荷作用下的力学特性进行研究。在Instron 8803电液伺服材料试验机上进行了π接头试验件的拉伸试验,记录试验过程中损伤产生及破坏过程,记录初始失效载荷和最终失效载荷。试验结果表明,填料是π接头破坏的关键部位,需要进行深入研究。提出了复合材料π接头力学性能数值模拟的基本假设和方法,基于通用有限元商用软件,建立π接头三维力学分析模型,获得π接头各部位应力分布情况;基于基本假设,对最大应力失效准则进行修正,并给出π接头各部位损伤载荷的预测值。计算预测π接头的初始损伤部位与试验吻合,初始失效载荷计算值与5个试件试验数据均值相比误差为0.53%,表明了数值分析方法的可行性。
复合材料蒙皮加筋壁板结构成本-质量优化设计
2009, 26(2): 187-194.
摘要:
介绍了复合材料整体化结构的制造成本估算方法。将成本作为主要的优化设计参,针对蒙皮加筋壁板结构采用共固化成型技术,考虑结构约束及与成型工艺相关的制造约束,提出了在压力和剪切力作用下复合材料蒙皮加筋壁板结构基于成本2质量平衡的优化设计方法。以蒙皮 T形加筋为例,分别选取最小质量和最小成本为优化目标参量验证工时估算模型的有效性。讨论了7种常见形状加筋整体化壁板结构的制造成本和质量,估算值与实验值吻合较好。研究结果表明,蒙皮T形筋制造工时最短而质量仅高于最小质量J形结构的0.5%,是基于成本2质量平衡优化的最佳选择结构。研究结果为复合材料整体化蒙皮加筋结构设计提供指导。
任意梯度分布简支功能梯度板的三维弯曲分析
2009, 26(2): 195-199.
摘要:
研究了正交各向异性功能梯度板的三维弯曲问题。假设材料参数沿板厚方向按同一函数规律变化,基于状态空间法,在板的上下表面作用机械载荷的情况下,获得了简支功能梯度平板弯曲问题的Peano-Baker 级数解。通过算例,验证了 Peano-Baker级数解的正确性,同时也分析了材料参数沿板厚方向为余弦函数分布时,不同梯度参数对平板响应的影响。结果表明Peano-Baker 级数解具有很好的收敛性。
单向复合材料随机裂纹核扩展过程概率分析
2009, 26(2): 200-205.
摘要:
以纤维呈六边形分布的单向复合材料为研究对象,结合局部载荷分配法则,提出了随机裂纹核理想扩展过程,给出了基于理想扩展过程的随机裂纹核扩展概率算法,并对随机裂纹核断裂纤维由1根扩展到多根的概率进行了算例分析。通过与基于Markov过程的计算结果比较,表明基于理想扩展过程的随机裂纹核扩展概率算法具有较高的精度。该算法化繁为简,便于考虑裂纹扩展过程中多根纤维同时断裂这一因素。计算表明:忽略多根纤维同时断裂的算法会使随机裂纹核扩展概率计算结果产生较大的误差,而考虑多根纤维同时断裂的算法可以提高裂纹扩展概率的计算精度,从而有利于提高复合材料强度的预测精度。
用Ritz法分析复合材料夹杂黏弹性阻尼材料的应变能
2009, 26(2): 206-209.
摘要:
分析了复合材料夹杂黏弹性阻尼材料组成的对称层合板的线性弯曲,其中夹杂的黏弹性阻尼材料作为各向同性材料处理,既考虑面内应变能又考虑横向切应力应变能,用Ritz法研究各应力分量的应变能。以四边夹紧为边界条件的方形板为例,计算并分析了复合材料层和黏弹性层的应变能以及复合结构的损耗因子。结果表明,复合材料层的面内应变能占主要地位,而黏弹性层中xz方向和yz方向的切应力应变能占主要地位。黏弹性层与复合材料层的弹性模量之间的差异对复合结构的损耗因子有重要影响。
基于虚拟裂纹闭合技术的应变能释放率分析
2009, 26(2): 210-216.
摘要:
基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT),建立了复合材料层合板层间裂纹尖端的应变能释放率(SERR)三维有限元计算模型。该模型考虑了裂纹尖端大转动和离散单元形状变化对应变能释放率计算的影响,修正了裂纹尖端应变能释放率的计算方法。利用该模型计算了裂纹长度为15 mm和35 mm时纯Ⅰ型和纯Ⅱ型的应变能释放率,纯Ⅰ型应变能释放率分别为 207 J/m2和 253 J/m2;纯Ⅱ型应变能释放率分别为 758 J / m 2和 1040 J / m2;计算值与试验值吻合得很好。同时,该模型计算了混合型不同比值 R=(G/G+G)的长裂纹层合板层间断裂过程的应变能释放率,其中Ⅰ型和Ⅱ型应变能释放率计算值与试验平均值的最大误差为 11.4%,最小误差为 0.4%。该模型能有效计算裂纹尖端的应变能释放率。