2017年 第34卷 第4期
2017, 34(4): 699-707.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161208.003
摘要:
采用Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO），再与经硅烷偶联剂（APTES）偶联改性纳米SiO2所得的产物（nano SiO2-NH2）混合，制备了石墨烯片（Graphene Sheets，GS）接枝纳米SiO2杂化材料（nano SiO2-g-GS）。以nano SiO2-g-GS为填料，热塑性聚氨酯（TPU）为基体，通过熔融共混法制备共混型nano SiO2-g-GS/TPU复合材料，并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用，使复合材料定伸应力（300%、500%和1 000%）增大。DSC测试显示，与纯TPU相比，nano SiO2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高，填料含量为1wt%时，TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示，随nano SiO2-g-GS含量增加，nano SiO2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率（Rr）逐渐降低，但形状固定率（Rf）逐渐升高。当nano SiO2-g-GS质量分数为1wt%时，nano SiO2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。
采用Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO），再与经硅烷偶联剂（APTES）偶联改性纳米SiO2所得的产物（nano SiO2-NH2）混合，制备了石墨烯片（Graphene Sheets，GS）接枝纳米SiO2杂化材料（nano SiO2-g-GS）。以nano SiO2-g-GS为填料，热塑性聚氨酯（TPU）为基体，通过熔融共混法制备共混型nano SiO2-g-GS/TPU复合材料，并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用，使复合材料定伸应力（300%、500%和1 000%）增大。DSC测试显示，与纯TPU相比，nano SiO2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高，填料含量为1wt%时，TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示，随nano SiO2-g-GS含量增加，nano SiO2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率（Rr）逐渐降低，但形状固定率（Rf）逐渐升高。当nano SiO2-g-GS质量分数为1wt%时，nano SiO2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。
2017, 34(4): 708-713.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160819.001
摘要:
通过酸碱处理和机械研磨结合的方法制备纳米纤维素（CNFs），并利用冻融循环法分别制备了聚乙烯醇（PVA）和纳米纤维素/聚乙烯醇（CNFs/PVA）复合水凝胶，以及聚乙二醇（PEG）改性PVA和CNFs/PVA复合水凝胶。考察不同配方下复合水凝胶的微观形貌变化，并对复合水凝胶的溶胀性能、压缩强度及热稳定性能进行研究。结果表明，CNFs与PEG对PVA水凝胶的微观形貌均有改善作用，加入PEG后形成的PEG/PVA凝胶产生明显的三维网络结构。当PEG与CNFs同时加入到PVA凝胶后形成的CNFs-PEG/PVA凝胶具有均匀的互穿孔洞结构，此时复合水凝胶的孔隙率最高（（67.5±4.3）%），溶胀度最好（980%），且压缩强度较PVA水凝胶也有所提升。PEG对复合凝胶的热稳定性无影响，而加入CNFs后，CNFs-PEG/PVA复合凝胶的初始热分解温度从235℃上升至300℃，显著提高了PVA凝胶的热稳定性。
通过酸碱处理和机械研磨结合的方法制备纳米纤维素（CNFs），并利用冻融循环法分别制备了聚乙烯醇（PVA）和纳米纤维素/聚乙烯醇（CNFs/PVA）复合水凝胶，以及聚乙二醇（PEG）改性PVA和CNFs/PVA复合水凝胶。考察不同配方下复合水凝胶的微观形貌变化，并对复合水凝胶的溶胀性能、压缩强度及热稳定性能进行研究。结果表明，CNFs与PEG对PVA水凝胶的微观形貌均有改善作用，加入PEG后形成的PEG/PVA凝胶产生明显的三维网络结构。当PEG与CNFs同时加入到PVA凝胶后形成的CNFs-PEG/PVA凝胶具有均匀的互穿孔洞结构，此时复合水凝胶的孔隙率最高（（67.5±4.3）%），溶胀度最好（980%），且压缩强度较PVA水凝胶也有所提升。PEG对复合凝胶的热稳定性无影响，而加入CNFs后，CNFs-PEG/PVA复合凝胶的初始热分解温度从235℃上升至300℃，显著提高了PVA凝胶的热稳定性。
2017, 34(4): 714-722.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160711.002
摘要:
为了探讨聚乙二醇（PEG）对纤维素纳米晶体（CNCs）/聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）复合材料性能的影响规律，采用熔融共混法制备了PEG-CNCs/PHBV复合材料。采用环境扫描电镜（ESEM）、DSC、偏光显微镜（POM）、TG、力学试验机表征了复合材料的界面形貌、结晶性能、力学性能。结果表明，PEG的加入使CNCs/PHBV复合材料的断面由光滑变得粗糙，断口凹凸不平；PEG-CNCs/PHBV复合材料球晶尺寸减小，球晶结构产生缺陷，熔融过程转变成两个熔融峰，熔融温度Tm从167.8℃下降到165.1℃，此外，PEG的加入增加了复合材料分子链的移动性，结晶变得困难，结晶度Xc从54.3%下降到50.2%，熔融结晶温度Tmc从99.8℃下降到73.5℃；PEG的加入提高了CNCs/PHBV复合材料的冲击强度和拉伸断裂伸长率，25wt% PEG添加量时，较纯PHBV最大增幅分别为56.4%和96.3%，但杨氏弹性模量和拉伸强度不断下降；PEG的加入使复合材料热解过程由一步热解转化成两步，25wt% PEG添加量时，第一步热解中的最快分解温度（Tmax1）从281.5℃上升到285.3℃；第二步热解中的最快分解温度（Tmax2）从371.5℃上升到394.3℃。因此，PEG的加入可以改善CNCs与PHBV界面相容性和结晶性能，从而提高CNCs/PHBV复合材料韧性、塑性和热稳定性。
为了探讨聚乙二醇（PEG）对纤维素纳米晶体（CNCs）/聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）复合材料性能的影响规律，采用熔融共混法制备了PEG-CNCs/PHBV复合材料。采用环境扫描电镜（ESEM）、DSC、偏光显微镜（POM）、TG、力学试验机表征了复合材料的界面形貌、结晶性能、力学性能。结果表明，PEG的加入使CNCs/PHBV复合材料的断面由光滑变得粗糙，断口凹凸不平；PEG-CNCs/PHBV复合材料球晶尺寸减小，球晶结构产生缺陷，熔融过程转变成两个熔融峰，熔融温度Tm从167.8℃下降到165.1℃，此外，PEG的加入增加了复合材料分子链的移动性，结晶变得困难，结晶度Xc从54.3%下降到50.2%，熔融结晶温度Tmc从99.8℃下降到73.5℃；PEG的加入提高了CNCs/PHBV复合材料的冲击强度和拉伸断裂伸长率，25wt% PEG添加量时，较纯PHBV最大增幅分别为56.4%和96.3%，但杨氏弹性模量和拉伸强度不断下降；PEG的加入使复合材料热解过程由一步热解转化成两步，25wt% PEG添加量时，第一步热解中的最快分解温度（Tmax1）从281.5℃上升到285.3℃；第二步热解中的最快分解温度（Tmax2）从371.5℃上升到394.3℃。因此，PEG的加入可以改善CNCs与PHBV界面相容性和结晶性能，从而提高CNCs/PHBV复合材料韧性、塑性和热稳定性。
2017, 34(4): 723-729.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160706.002
摘要:
以改性介孔硅为主要补强剂，聚丙烯（PP）为基体树脂，环氧大豆油（ESO）为增塑剂和稳定剂，通过熔融挤出注塑方法制备了改性介孔硅-ESO/PP体系复合材料。通过XRD、SEM、光学显微镜（OM）、偏光显微镜（PLM）及力学性能测试对介孔硅与ESO增强增韧PP的机制进行分析。结果表明：改性介孔硅、ESO二者同时填充PP制备改性介孔硅-ESO/PP复合材料时，三者界面以物理交联或化学接枝的结合方式形成了空间网状结构，改性介孔硅均匀分散在PP基体中；改性介孔硅添加量一定时，随ESO用量增加，改性介孔硅-ESO/PP复合材料弯曲强度稍微下降，但抗冲击强度、硬度都得到提高，当改性介孔硅用量为20%（与PP的质量比）、ESO用量为2.5%（与PP的质量比）时，综合性能较好。改性介孔硅本身的高模量及粒子在聚合物熔体中的异向成核促进了基体树脂结晶，以及良好的界面结合及分散性，这是增强的主要原因。ESO分子插入聚合物分子链间，削弱了聚合物分子链间的移动性，一定程度降低了基体结晶度等是增韧的主要原因。改性介孔硅使α晶型PP转变为具有更高冲击强度β晶型PP，与ESO二者协同作用，能增强增韧，但是过多的ESO使介孔硅粒子集中在材料的表面，导致其表面硬度增大。
以改性介孔硅为主要补强剂，聚丙烯（PP）为基体树脂，环氧大豆油（ESO）为增塑剂和稳定剂，通过熔融挤出注塑方法制备了改性介孔硅-ESO/PP体系复合材料。通过XRD、SEM、光学显微镜（OM）、偏光显微镜（PLM）及力学性能测试对介孔硅与ESO增强增韧PP的机制进行分析。结果表明：改性介孔硅、ESO二者同时填充PP制备改性介孔硅-ESO/PP复合材料时，三者界面以物理交联或化学接枝的结合方式形成了空间网状结构，改性介孔硅均匀分散在PP基体中；改性介孔硅添加量一定时，随ESO用量增加，改性介孔硅-ESO/PP复合材料弯曲强度稍微下降，但抗冲击强度、硬度都得到提高，当改性介孔硅用量为20%（与PP的质量比）、ESO用量为2.5%（与PP的质量比）时，综合性能较好。改性介孔硅本身的高模量及粒子在聚合物熔体中的异向成核促进了基体树脂结晶，以及良好的界面结合及分散性，这是增强的主要原因。ESO分子插入聚合物分子链间，削弱了聚合物分子链间的移动性，一定程度降低了基体结晶度等是增韧的主要原因。改性介孔硅使α晶型PP转变为具有更高冲击强度β晶型PP，与ESO二者协同作用，能增强增韧，但是过多的ESO使介孔硅粒子集中在材料的表面，导致其表面硬度增大。
2017, 34(4): 730-736.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160819.002
摘要:
以丁腈橡胶（NBR）与聚氨酯（PU）为共混基体，添加氧化石墨烯（GO）或片状石墨（G）通过热压成型工艺合成GO/NBR-PU和G/NBR-PU三元体系复合材料，借助DMA、FTIR、SEM等手段，研究氧化石墨烯与片状石墨对NBR-PU共混物动态力学性能的影响。研究结果表明，GO加入后，损耗角正切值（tanδ）、损耗模量（E"）以及储能模量（E'）随着GO含量的增加先增加后减小，当GO含量达到临界值（与NBR质量比为3%）时，其动态力学性能tanδ、E"及E'表现出较好的性能；而添加片状石墨时，NBR-PU共混物的阻尼性能和力学性能均有一定的增强，但随着含量进一步增加，阻尼性能与力学性能有所下降。通过微观分析发现，GO的增强作用主要是因为界面效应，而无论是氧化石墨烯或是片状石墨，在基体中均有很强的团聚作用，而性能下降的主要原因就是其团聚作用。
以丁腈橡胶（NBR）与聚氨酯（PU）为共混基体，添加氧化石墨烯（GO）或片状石墨（G）通过热压成型工艺合成GO/NBR-PU和G/NBR-PU三元体系复合材料，借助DMA、FTIR、SEM等手段，研究氧化石墨烯与片状石墨对NBR-PU共混物动态力学性能的影响。研究结果表明，GO加入后，损耗角正切值（tanδ）、损耗模量（E"）以及储能模量（E'）随着GO含量的增加先增加后减小，当GO含量达到临界值（与NBR质量比为3%）时，其动态力学性能tanδ、E"及E'表现出较好的性能；而添加片状石墨时，NBR-PU共混物的阻尼性能和力学性能均有一定的增强，但随着含量进一步增加，阻尼性能与力学性能有所下降。通过微观分析发现，GO的增强作用主要是因为界面效应，而无论是氧化石墨烯或是片状石墨，在基体中均有很强的团聚作用，而性能下降的主要原因就是其团聚作用。
2017, 34(4): 737-743.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160630.002
摘要:
研究了双马来酰亚胺树脂定型剂含量对0°/90°双轴向经编织物（Non-crimp fabric，NCF）定型效果、液态成型工艺性、复合材料力学性能的影响。采用厚度回弹、C型回弹的方法表征定型效果；采用厚度压缩与偏轴拉伸实验表征带定型剂织物成型工艺性；并采用弯曲实验与层间剪切实验表征复合材料力学性能。实验结果表明定型剂的添加显著提高了NCF织物的预定型效果；经定型剂处理后NCF织物的面内剪切模量有了较大提高，抗剪切变形能力增强；添加定型剂对0°/90°双轴向NCF织物复合材料的力学性能影响不大，但在改善其工艺性的同时并不会降低其复合材料的力学性能。
研究了双马来酰亚胺树脂定型剂含量对0°/90°双轴向经编织物（Non-crimp fabric，NCF）定型效果、液态成型工艺性、复合材料力学性能的影响。采用厚度回弹、C型回弹的方法表征定型效果；采用厚度压缩与偏轴拉伸实验表征带定型剂织物成型工艺性；并采用弯曲实验与层间剪切实验表征复合材料力学性能。实验结果表明定型剂的添加显著提高了NCF织物的预定型效果；经定型剂处理后NCF织物的面内剪切模量有了较大提高，抗剪切变形能力增强；添加定型剂对0°/90°双轴向NCF织物复合材料的力学性能影响不大，但在改善其工艺性的同时并不会降低其复合材料的力学性能。
2017, 34(4): 744-748.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161024.005
摘要:
本文借鉴金属零件热校形工艺的经验，利用复合材料在高温下的应力松弛现象，通过热校形工艺修正复合材料零件的形状。制造了碳纤维平纹织物/环氧复合材料L形梁、C形梁，通过自制的热校形模具，以实验方法研究热校形时间、热校形载荷对零件形状的影响，分析复合材料热校形工艺的可行性。研究表明，复合材料热校形工艺中零件变形的主要原因是零件在高温下发生应力松弛，其他因素可以忽略；热校形载荷、热校形时间都对热校形工艺的效果有重要影响。针对特定的复合材料结构，采用合理的热校形工艺过程能够有效地控制构件形状，方便零件的装配。
本文借鉴金属零件热校形工艺的经验，利用复合材料在高温下的应力松弛现象，通过热校形工艺修正复合材料零件的形状。制造了碳纤维平纹织物/环氧复合材料L形梁、C形梁，通过自制的热校形模具，以实验方法研究热校形时间、热校形载荷对零件形状的影响，分析复合材料热校形工艺的可行性。研究表明，复合材料热校形工艺中零件变形的主要原因是零件在高温下发生应力松弛，其他因素可以忽略；热校形载荷、热校形时间都对热校形工艺的效果有重要影响。针对特定的复合材料结构，采用合理的热校形工艺过程能够有效地控制构件形状，方便零件的装配。
2017, 34(4): 749-757.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160823.001
摘要:
为了研究碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料切削中刀具在不同部位的磨损机制和规律，以典型的硬质合金双顶角钻头作为研究对象，主要研究对出口分层影响较大的横刃和对最终制孔成型影响较大的第二主切削刃的磨损机制及规律。通过减小磨损测量间隔，并引入切削刃钝圆半径以及后刀面磨损带宽度，表征了横刃和第二主切削刃在加工中的衰变过程。基于显微刃口观测和钝圆半径变化，揭示横刃易崩刃和第二主切削刃磨损后又受到重新刃磨的磨损机制，获得了此类型钻头不同部位的磨损规律。同时，基于上述的磨损表征，研究不同切削部位磨损量对钻削轴向力和力矩的影响，横刃轴向力与横刃钝圆半径变化相关性较小，而钻削最大力矩与第二主切削刃后刀面磨损变化规律相一致。
为了研究碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料切削中刀具在不同部位的磨损机制和规律，以典型的硬质合金双顶角钻头作为研究对象，主要研究对出口分层影响较大的横刃和对最终制孔成型影响较大的第二主切削刃的磨损机制及规律。通过减小磨损测量间隔，并引入切削刃钝圆半径以及后刀面磨损带宽度，表征了横刃和第二主切削刃在加工中的衰变过程。基于显微刃口观测和钝圆半径变化，揭示横刃易崩刃和第二主切削刃磨损后又受到重新刃磨的磨损机制，获得了此类型钻头不同部位的磨损规律。同时，基于上述的磨损表征，研究不同切削部位磨损量对钻削轴向力和力矩的影响，横刃轴向力与横刃钝圆半径变化相关性较小，而钻削最大力矩与第二主切削刃后刀面磨损变化规律相一致。
2017, 34(4): 758-765.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160630.003
摘要:
本文研究了相同铺层方式下不同混杂比对单向碳-玻（碳纤维-玻璃纤维）层间混编复合材料的0°压缩和弯曲性能的影响。以碳-玻层间混编形式向纯玻纤织物中混入碳纤维，对复合材料的0°压缩强度、0°压缩模量、弯曲强度和弯曲模量均有一定的提高作用，三种碳纤混杂比不同的复合材料0°压缩强度较纯玻纤结构分别提高了22.72%、26.95%、11.43%，混杂比不同所导致的试样破坏程度也各不相同。混杂复合材料0°压缩模量随碳纤含量增加逐渐增大。三种碳纤混杂比复合材料弯曲强度基本一致，而弯曲弹性模量随碳纤含量增加逐渐增大。
本文研究了相同铺层方式下不同混杂比对单向碳-玻（碳纤维-玻璃纤维）层间混编复合材料的0°压缩和弯曲性能的影响。以碳-玻层间混编形式向纯玻纤织物中混入碳纤维，对复合材料的0°压缩强度、0°压缩模量、弯曲强度和弯曲模量均有一定的提高作用，三种碳纤混杂比不同的复合材料0°压缩强度较纯玻纤结构分别提高了22.72%、26.95%、11.43%，混杂比不同所导致的试样破坏程度也各不相同。混杂复合材料0°压缩模量随碳纤含量增加逐渐增大。三种碳纤混杂比复合材料弯曲强度基本一致，而弯曲弹性模量随碳纤含量增加逐渐增大。
2017, 34(4): 766-772.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160729.002
摘要:
基于一种新修正偶应力理论建立了微尺度平面正交各向异性功能梯度梁模型。模型中包含两个材料尺度参数，因此能够分别描述在两个正交方向上由尺度效应带来的不同大小弯曲刚度增强。基于最小势能原理推导了平衡方程和边界条件，并以自由端受集中载荷作用的悬臂梁为例给出了弯曲问题的解析解。该梁模型的控制方程以及解的形式和经典梁模型是一致的，只是在刚度项中增加了一项和尺度效应有关的项。算例结果表明：采用本文模型所预测的梁挠度总是小于经典理论的结果，即捕捉到了尺度效应。尺度效应会随着梁几何尺寸的减小而增大，并在梁的几何尺寸远大于尺度参数时逐渐消失。
基于一种新修正偶应力理论建立了微尺度平面正交各向异性功能梯度梁模型。模型中包含两个材料尺度参数，因此能够分别描述在两个正交方向上由尺度效应带来的不同大小弯曲刚度增强。基于最小势能原理推导了平衡方程和边界条件，并以自由端受集中载荷作用的悬臂梁为例给出了弯曲问题的解析解。该梁模型的控制方程以及解的形式和经典梁模型是一致的，只是在刚度项中增加了一项和尺度效应有关的项。算例结果表明：采用本文模型所预测的梁挠度总是小于经典理论的结果，即捕捉到了尺度效应。尺度效应会随着梁几何尺寸的减小而增大，并在梁的几何尺寸远大于尺度参数时逐渐消失。
2017, 34(4): 773-785.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160721.001
摘要:
在连续损伤力学和塑性力学框架内，建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法，开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量，并推导与所开发算法相应的数值一致性切线刚度矩阵，保证有限元分析采用Newton-Raphson迭代法解答非线性问题的计算效率。采用断裂带模型对已开发的本构模型软化段进行规则化，以减轻有限元分析结果的网格相关性问题。对损伤变量进行粘滞规则化，并推导出相应的粘滞规则化数值一致性切线刚度张量，解决了在有限元隐式计算程序中采用含应变软化段本构关系的数值分析由于计算困难而提前终止的问题。开发包含数值积分算法的用户材料子程序UMAT，并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著塑性效应的AS4/3501-6 V型开口复合材料层合板的渐进失效分析，验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示，预测结果与已报道的试验结果吻合良好，并且预测精度高于其他已有弹性损伤模型。表明已建立的弹塑性损伤本构模型能够准确预测力学行为，展现显著塑性效应的复合材料层合板的破坏荷载，为其构件和结构设计提供一种有效的分析方法。
在连续损伤力学和塑性力学框架内，建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法，开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量，并推导与所开发算法相应的数值一致性切线刚度矩阵，保证有限元分析采用Newton-Raphson迭代法解答非线性问题的计算效率。采用断裂带模型对已开发的本构模型软化段进行规则化，以减轻有限元分析结果的网格相关性问题。对损伤变量进行粘滞规则化，并推导出相应的粘滞规则化数值一致性切线刚度张量，解决了在有限元隐式计算程序中采用含应变软化段本构关系的数值分析由于计算困难而提前终止的问题。开发包含数值积分算法的用户材料子程序UMAT，并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著塑性效应的AS4/3501-6 V型开口复合材料层合板的渐进失效分析，验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示，预测结果与已报道的试验结果吻合良好，并且预测精度高于其他已有弹性损伤模型。表明已建立的弹塑性损伤本构模型能够准确预测力学行为，展现显著塑性效应的复合材料层合板的破坏荷载，为其构件和结构设计提供一种有效的分析方法。
2017, 34(4): 786-794.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160630.001
摘要:
针对复合材料厚板强度分析问题，通过对子层压板的刚度等效和应力/应变分解建立了一种多尺度分析模型，并引入了剪切非线性本构关系。实现了复合材料厚板结构在子层压板水平的有限元计算和铺层水平的失效判断。采用FORTRAN语言编写了适用于Abaqus/Explicit求解器的VUMAT子程序，用于模拟复合材料厚板剪切非线性响应以及面内失效，子层压板之间采用内聚力模型来模拟分层损伤。分别采用多尺度线性模型和非线性模型对厚层压板G13剪切试验进行了数值预测，并与试验结果进行了对比。分析结果表明：线性计算模型在预测结构承载能力方面有较高的精度，但在预测整体载荷-位移响应时与试验值偏差较大；由多尺度非线性计算模型得到的破坏模式以及载荷-位移曲线均与试验结果吻合较好。
针对复合材料厚板强度分析问题，通过对子层压板的刚度等效和应力/应变分解建立了一种多尺度分析模型，并引入了剪切非线性本构关系。实现了复合材料厚板结构在子层压板水平的有限元计算和铺层水平的失效判断。采用FORTRAN语言编写了适用于Abaqus/Explicit求解器的VUMAT子程序，用于模拟复合材料厚板剪切非线性响应以及面内失效，子层压板之间采用内聚力模型来模拟分层损伤。分别采用多尺度线性模型和非线性模型对厚层压板G13剪切试验进行了数值预测，并与试验结果进行了对比。分析结果表明：线性计算模型在预测结构承载能力方面有较高的精度，但在预测整体载荷-位移响应时与试验值偏差较大；由多尺度非线性计算模型得到的破坏模式以及载荷-位移曲线均与试验结果吻合较好。
2017, 34(4): 795-800.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160711.001
摘要:
采用更为合理的分散度系数表达式改进了玻/碳层间混杂复合材料板断裂应变混杂效应系数公式，结合该混杂效应系数公式与复合材料强度混合定律，提出了层间混杂复合材料单向板的拉伸强度预报方法。将该混杂效应系数公式引入复合材料多向板渐近损伤有限元分析模型，修正了低延伸率纤维单层板的拉伸强度值，在此基础上提出了层间混杂复合材料多向板拉伸强度预报方法，并讨论了刚度退化方案。结果表明，模型预报值与实验均吻合较好，尤其考虑混杂效应的预报值与实验情况更加接近；基体退化系数大的刚度退化方案与实验更为吻合。
采用更为合理的分散度系数表达式改进了玻/碳层间混杂复合材料板断裂应变混杂效应系数公式，结合该混杂效应系数公式与复合材料强度混合定律，提出了层间混杂复合材料单向板的拉伸强度预报方法。将该混杂效应系数公式引入复合材料多向板渐近损伤有限元分析模型，修正了低延伸率纤维单层板的拉伸强度值，在此基础上提出了层间混杂复合材料多向板拉伸强度预报方法，并讨论了刚度退化方案。结果表明，模型预报值与实验均吻合较好，尤其考虑混杂效应的预报值与实验情况更加接近；基体退化系数大的刚度退化方案与实验更为吻合。
2017, 34(4): 801-811.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160706.001
摘要:
本文从细观力学出发，提出一种新的基于物理失效机制的细观失效准则。该准则基于Mohr-Coulomb准则并侧重考虑了压缩载荷下组分材料的损伤模式和失效机制，指出压缩失效时压应力会阻碍断裂面的剪切破坏，并深入研究了纤维压缩失效模式，在纤维折断失效准则中引入纤维折断破坏面上剪切强度的概念。采用本文提出的准则对WWFEII（the Second World Wide Failure Exercise）中单向板算例进行失效预测和定量评估，并与Puck、Pinho、Cuntze、Carrere、Tsai-Ha、Hansen和Huang准则的预测结果进行对比，表明在三向载荷下本文提出的细观失效准则在8种失效准则中拟排名第一。研究了静水压力对基体强度的影响，得出影响因子仅与单轴压缩断裂角有关的结论。探讨了WWFEII各强度准则间关于失效包线是"张开"还是"封闭"的重要分歧，认为复合材料在三向压应力状态下失效包线是否为"张开"和"封闭"没有统一的标准答案，而是与复合材料的纤维体积含量、纤维和基体的力学性能、基体随静水压力力学性能的变化及基体的单轴压缩断裂角有关。
本文从细观力学出发，提出一种新的基于物理失效机制的细观失效准则。该准则基于Mohr-Coulomb准则并侧重考虑了压缩载荷下组分材料的损伤模式和失效机制，指出压缩失效时压应力会阻碍断裂面的剪切破坏，并深入研究了纤维压缩失效模式，在纤维折断失效准则中引入纤维折断破坏面上剪切强度的概念。采用本文提出的准则对WWFEII（the Second World Wide Failure Exercise）中单向板算例进行失效预测和定量评估，并与Puck、Pinho、Cuntze、Carrere、Tsai-Ha、Hansen和Huang准则的预测结果进行对比，表明在三向载荷下本文提出的细观失效准则在8种失效准则中拟排名第一。研究了静水压力对基体强度的影响，得出影响因子仅与单轴压缩断裂角有关的结论。探讨了WWFEII各强度准则间关于失效包线是"张开"还是"封闭"的重要分歧，认为复合材料在三向压应力状态下失效包线是否为"张开"和"封闭"没有统一的标准答案，而是与复合材料的纤维体积含量、纤维和基体的力学性能、基体随静水压力力学性能的变化及基体的单轴压缩断裂角有关。
2017, 34(4): 812-818.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160802.001
摘要:
采用毛细管流变仪和自制小型模具，对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66（CF/PA66）复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟，实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明：短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体，熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著，当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区；随着CF质量分数的增加，CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃，通过对熔体进行Bagley压力校正，三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3 MPa、29.4 MPa、35.1 MPa；将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺，所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近，进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性，为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。
采用毛细管流变仪和自制小型模具，对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66（CF/PA66）复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟，实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明：短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体，熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著，当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区；随着CF质量分数的增加，CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃，通过对熔体进行Bagley压力校正，三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3 MPa、29.4 MPa、35.1 MPa；将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺，所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近，进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性，为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。
2017, 34(4): 819-826.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160712.001
摘要:
针对船用复合材料螺旋桨叶片，分别采用壳单元赋予不同截面参数和实体单元赋予不同等效材料参数两种建模方法进行了有限元分析，对比了壳单元和实体单元模型的模态、均布压力载荷下的响应以及均匀温度场中的热变形。结果表明：对于从桨根到桨尖各位置铺层不同的叶片来说，两种建模方法在建模时间和铺层调整便捷性方面各有利弊；模态分析中两种模型的固有频率和振型计算结果存在一定差异，它们均可在一定条件下用于复合材料螺旋桨叶片模态计算；两种模型中，模拟均布压力载荷下的响应时应采用壳单元模型，而分析叶片在均匀温度场中结构的热变形应采用实体单元模型。
针对船用复合材料螺旋桨叶片，分别采用壳单元赋予不同截面参数和实体单元赋予不同等效材料参数两种建模方法进行了有限元分析，对比了壳单元和实体单元模型的模态、均布压力载荷下的响应以及均匀温度场中的热变形。结果表明：对于从桨根到桨尖各位置铺层不同的叶片来说，两种建模方法在建模时间和铺层调整便捷性方面各有利弊；模态分析中两种模型的固有频率和振型计算结果存在一定差异，它们均可在一定条件下用于复合材料螺旋桨叶片模态计算；两种模型中，模拟均布压力载荷下的响应时应采用壳单元模型，而分析叶片在均匀温度场中结构的热变形应采用实体单元模型。
2017, 34(4): 827-835.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160715.001
摘要:
通过模压成型和高温烧结制备了不同SiCP颗粒尺寸（20、50、100和150 μm）的预制体，采用高分辨率（~1.0 μm）三维X射线断层扫描和三维孔隙网络结构模型，研究了SiCP颗粒尺寸对预制体孔洞三维特征的影响。结果表明：随着SiCP颗粒尺寸的增大，淀粉的间隙膨胀作用逐渐减弱，而颗粒堆积间隙逐渐增大。当SiCP颗粒尺寸由20 μm增大到100 μm时，截面孔洞形貌更加平齐，面孔隙率均值减小，孔洞体积的空间分布均匀性和连通性都变差，孔洞和喉道的平均尺寸增大，而小尺寸孔喉数量减少，平均孔洞配位数减小；当颗粒尺寸继续增大至150 μm时，间隙被更多较小尺寸颗粒填充，且颗粒表面残留网状粘结剂，都大大降低了孔洞体积的空间分布均匀性和连通性，使小尺寸孔喉数量增多，平均孔洞配位数增大。
通过模压成型和高温烧结制备了不同SiCP颗粒尺寸（20、50、100和150 μm）的预制体，采用高分辨率（~1.0 μm）三维X射线断层扫描和三维孔隙网络结构模型，研究了SiCP颗粒尺寸对预制体孔洞三维特征的影响。结果表明：随着SiCP颗粒尺寸的增大，淀粉的间隙膨胀作用逐渐减弱，而颗粒堆积间隙逐渐增大。当SiCP颗粒尺寸由20 μm增大到100 μm时，截面孔洞形貌更加平齐，面孔隙率均值减小，孔洞体积的空间分布均匀性和连通性都变差，孔洞和喉道的平均尺寸增大，而小尺寸孔喉数量减少，平均孔洞配位数减小；当颗粒尺寸继续增大至150 μm时，间隙被更多较小尺寸颗粒填充，且颗粒表面残留网状粘结剂，都大大降低了孔洞体积的空间分布均匀性和连通性，使小尺寸孔喉数量增多，平均孔洞配位数增大。
2017, 34(4): 836-843.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160927.001
摘要:
研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明：在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层，这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力，而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%，复合材料X-Y方向的热导率从492 W/（m·K）增加到654 W/（m·K），而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa，相比未镀覆的提高了53%，是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500 μm减小到150 μm，石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/（m·K）降低到445 W/（m·K），但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。
研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明：在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层，这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力，而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%，复合材料X-Y方向的热导率从492 W/（m·K）增加到654 W/（m·K），而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa，相比未镀覆的提高了53%，是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500 μm减小到150 μm，石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/（m·K）降低到445 W/（m·K），但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。
2017, 34(4): 844-849.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160607.004
摘要:
以平均粒径约为500 nm的BaTiO3微球为基核，通过"一步法"成功地制备了BaTiO3@Cu核-壳复合粒子。利用SEM、TEM、XPS、介电测量分析仪和阻抗分析仪等对复合粒子的组成、结构、介电性能和磁性能进行测定。另外将纯BaTiO3和BaTiO3@Cu核-壳复合粒子分别分散到水凝胶中，通过测量和分析在有/无电场、磁场和电磁复合场作用下得到的水凝胶的储能模量，考察粒子在水凝胶中的电、磁和电磁响应性能。结果表明，BaTiO3@Cu复合粒子具有完整清晰的核-壳结构，在整个表面壳层铜元素中，Cu（0）的原子分数达到了90at%，具有优良的介电性能和磁性能。BaTiO3@Cu核-壳复合粒子是一种对外加电场和磁场作用都具有响应性能的多功能新型智能材料，且其电磁复合响应性能显著强于纯BaTiO3粒子。
以平均粒径约为500 nm的BaTiO3微球为基核，通过"一步法"成功地制备了BaTiO3@Cu核-壳复合粒子。利用SEM、TEM、XPS、介电测量分析仪和阻抗分析仪等对复合粒子的组成、结构、介电性能和磁性能进行测定。另外将纯BaTiO3和BaTiO3@Cu核-壳复合粒子分别分散到水凝胶中，通过测量和分析在有/无电场、磁场和电磁复合场作用下得到的水凝胶的储能模量，考察粒子在水凝胶中的电、磁和电磁响应性能。结果表明，BaTiO3@Cu复合粒子具有完整清晰的核-壳结构，在整个表面壳层铜元素中，Cu（0）的原子分数达到了90at%，具有优良的介电性能和磁性能。BaTiO3@Cu核-壳复合粒子是一种对外加电场和磁场作用都具有响应性能的多功能新型智能材料，且其电磁复合响应性能显著强于纯BaTiO3粒子。
2017, 34(4): 850-858.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170122.001
摘要:
本文详细探讨了含流道的微桁架夹层面板内部复杂的传热机制，并基于简化假设，提出了一种评估该结构隔热性能的解析模型，建立了该类新型一体化主动冷却热防护结构的隔热性能快速评估方法。通过与Fluent软件详细的数值模拟结果对比，验证了评估方法的有效性。该研究为新结构的实际应用提供了理论基础。
本文详细探讨了含流道的微桁架夹层面板内部复杂的传热机制，并基于简化假设，提出了一种评估该结构隔热性能的解析模型，建立了该类新型一体化主动冷却热防护结构的隔热性能快速评估方法。通过与Fluent软件详细的数值模拟结果对比，验证了评估方法的有效性。该研究为新结构的实际应用提供了理论基础。
2017, 34(4): 859-864.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160612.003
摘要:
通过传统的固相反应合成掺杂ZnAl2O4和La3+（来自La2O3）的Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷粉体，干压成型后在空气气氛下常压烧结制备ZnAl2O4和La3+掺杂Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷样品。分别研究了La3+和ZnAl2O4的掺杂量对复合陶瓷样品的微观形貌、相组成和介电性能的影响。结果表明：ZnAl2O4具有细化晶粒的作用；Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷样品的致密度随La3+和ZnAl2O4含量的增加而增加；介电常数和谐振频率温度系数随ZnAl2O4含量的增加而减小，随La2O3添加量变化不大；品质因数值随ZnAl2O4含量的增加先增加后减小。制备出的ZnAl2O4和La3+掺杂Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷致密度达到94%以上，介电常数在40~50之间，谐振频率温度系数小于40×10-6℃-1，品质因数大于38 000 GHz，可以用于通信技术领域。
通过传统的固相反应合成掺杂ZnAl2O4和La3+（来自La2O3）的Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷粉体，干压成型后在空气气氛下常压烧结制备ZnAl2O4和La3+掺杂Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷样品。分别研究了La3+和ZnAl2O4的掺杂量对复合陶瓷样品的微观形貌、相组成和介电性能的影响。结果表明：ZnAl2O4具有细化晶粒的作用；Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷样品的致密度随La3+和ZnAl2O4含量的增加而增加；介电常数和谐振频率温度系数随ZnAl2O4含量的增加而减小，随La2O3添加量变化不大；品质因数值随ZnAl2O4含量的增加先增加后减小。制备出的ZnAl2O4和La3+掺杂Ca0.61Nd0.26TiO3-MgTiO3复合陶瓷致密度达到94%以上，介电常数在40~50之间，谐振频率温度系数小于40×10-6℃-1，品质因数大于38 000 GHz，可以用于通信技术领域。
2017, 34(4): 865-872.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160720.001
摘要:
为了分析纤维长度对陶瓷纤维增强硅溶胶型壳抗弯强度与透气性的影响及增强行为，采用1~6 mm六种不同长度陶瓷纤维制备硅溶胶型壳试样。研究结果表明，陶瓷纤维长度对硅溶胶型壳强度和透气性的影响显著，随着陶瓷纤维长度的增加，型壳的抗弯强度先增大后减少，型壳的透气率先增大后减小再增大。当陶瓷纤维长度为4 mm时，型壳的常温及焙烧后抗弯强度达到最大值，分别为2.97 MPa和6.84 MPa；型壳的透气率达到最大值2.90。当陶瓷纤维长度大于4 mm时，纤维在型壳中分散性变差，纤维的桥联作用得不到有效发挥，型壳孔隙率减少，导致型壳强度和透气性变小。
为了分析纤维长度对陶瓷纤维增强硅溶胶型壳抗弯强度与透气性的影响及增强行为，采用1~6 mm六种不同长度陶瓷纤维制备硅溶胶型壳试样。研究结果表明，陶瓷纤维长度对硅溶胶型壳强度和透气性的影响显著，随着陶瓷纤维长度的增加，型壳的抗弯强度先增大后减少，型壳的透气率先增大后减小再增大。当陶瓷纤维长度为4 mm时，型壳的常温及焙烧后抗弯强度达到最大值，分别为2.97 MPa和6.84 MPa；型壳的透气率达到最大值2.90。当陶瓷纤维长度大于4 mm时，纤维在型壳中分散性变差，纤维的桥联作用得不到有效发挥，型壳孔隙率减少，导致型壳强度和透气性变小。
2017, 34(4): 873-880.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160905.001
摘要:
为了改善锂硫电池的循环性能，以纸纤维为基体，多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电剂，采用真空抽滤法制得MWCNTs导电纸，并将MWCNTs导电纸作为正极集流体代替铝箔应用于锂硫电池。对MWCNTs导电纸进行了形貌结构表征和电化学性能测试，并对循环后的MWCNTs导电纸电极进行EDS检测。结果显示，MWCNTs均匀地附着在纸纤维基体上，多空隙的MWCNTs导电纸三维结构明显。采用MWCNTs导电纸作集流体的锂硫电池在0.05 C和1 C倍率充放电下循环30次，比容量分别保持615 mAh/g、496 mAh/g，库伦效率达97.5%以上，且电荷转移电阻在循环后降低。EDS元素分析结果证实MWCNTs导电纸对多硫化锂有吸附作用，从而一定程度抑制了锂硫电池的穿梭效应。因此，以MWCNTs导电纸作为集流体能有效增加活性物质硫的负载量和接触面积，使锂硫电池具有良好的循环稳定性和库伦效率性能。
为了改善锂硫电池的循环性能，以纸纤维为基体，多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电剂，采用真空抽滤法制得MWCNTs导电纸，并将MWCNTs导电纸作为正极集流体代替铝箔应用于锂硫电池。对MWCNTs导电纸进行了形貌结构表征和电化学性能测试，并对循环后的MWCNTs导电纸电极进行EDS检测。结果显示，MWCNTs均匀地附着在纸纤维基体上，多空隙的MWCNTs导电纸三维结构明显。采用MWCNTs导电纸作集流体的锂硫电池在0.05 C和1 C倍率充放电下循环30次，比容量分别保持615 mAh/g、496 mAh/g，库伦效率达97.5%以上，且电荷转移电阻在循环后降低。EDS元素分析结果证实MWCNTs导电纸对多硫化锂有吸附作用，从而一定程度抑制了锂硫电池的穿梭效应。因此，以MWCNTs导电纸作为集流体能有效增加活性物质硫的负载量和接触面积，使锂硫电池具有良好的循环稳定性和库伦效率性能。
2017, 34(4): 881-889.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160906.002
摘要:
根据仿生学原理，以纳米β-磷酸三钙颗粒（nano β-TCP）、胶原（Col）与硫酸软骨素（CS）为原材料通过热脱氢交联（DHT）-碳化二亚胺（EDC）复合改性制备了纳米β-磷酸三钙-胶原/硫酸软骨素（nano β-TCP-Col/CS）支架复合材料，利用XRD和AFM分析nano β-TCP-Col/CS支架复合材料的微观结构，并进一步采用SEM、XPS、TG和在模拟体液（SBF）中的矿化与降解实验等分析手段对nano β-TCP-Col/CS支架复合材料的结构与性能进行表征。结果表明：所用β-TCP晶体的平均尺寸为41.3 nm，属纳米级；nano β-TCP-Col/CS支架复合材料中nano β-TCP与Col、CS之间具有较强的相互作用；nano β-TCP-Col/CS复合材料具有较高的稳定性、一定的矿化生物活性以及适宜的生物降解性，是一种潜在的口腔修复材料。
根据仿生学原理，以纳米β-磷酸三钙颗粒（nano β-TCP）、胶原（Col）与硫酸软骨素（CS）为原材料通过热脱氢交联（DHT）-碳化二亚胺（EDC）复合改性制备了纳米β-磷酸三钙-胶原/硫酸软骨素（nano β-TCP-Col/CS）支架复合材料，利用XRD和AFM分析nano β-TCP-Col/CS支架复合材料的微观结构，并进一步采用SEM、XPS、TG和在模拟体液（SBF）中的矿化与降解实验等分析手段对nano β-TCP-Col/CS支架复合材料的结构与性能进行表征。结果表明：所用β-TCP晶体的平均尺寸为41.3 nm，属纳米级；nano β-TCP-Col/CS支架复合材料中nano β-TCP与Col、CS之间具有较强的相互作用；nano β-TCP-Col/CS复合材料具有较高的稳定性、一定的矿化生物活性以及适宜的生物降解性，是一种潜在的口腔修复材料。
2017, 34(4): 890-898.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161205.002
摘要:
以活性炭（AC）为原材料，采用铁盐化学沉淀法耦合壳聚糖-戊二醛交联改性技术制备磁性活性炭（MAC）。以MAC为载体，采用溶胶-凝胶法制备不同Br/Ti掺杂比的Br-N共掺杂TiO2/MAC可见光催化复合材料（Brx-N-TiO2/MAC）。通过XRD、UV-Vis漫反射、BET吸附实验、SEM、XPS表征其结构和化学特征。以水杨酸为模型分子进行光催化降解，评价不同Brx-N-TiO2/MAC材料的可见光催化活性。实验结果表明，相较于N-TiO2/MAC可见光催化剂，Br-N共掺杂更能促进催化剂对可见光的吸收。Br0.35-N-TiO2/MAC对水杨酸的降解效果最好，暗吸附1 h、光催化3 h后，Br0.35-N-TiO2/MAC对水杨酸的降解率达到83%，高浓度水杨酸会对光催化反应产生一定的抑制作用，该催化材料重复利用三次后仍有78%的去除率，显示了较好的稳定性。
以活性炭（AC）为原材料，采用铁盐化学沉淀法耦合壳聚糖-戊二醛交联改性技术制备磁性活性炭（MAC）。以MAC为载体，采用溶胶-凝胶法制备不同Br/Ti掺杂比的Br-N共掺杂TiO2/MAC可见光催化复合材料（Brx-N-TiO2/MAC）。通过XRD、UV-Vis漫反射、BET吸附实验、SEM、XPS表征其结构和化学特征。以水杨酸为模型分子进行光催化降解，评价不同Brx-N-TiO2/MAC材料的可见光催化活性。实验结果表明，相较于N-TiO2/MAC可见光催化剂，Br-N共掺杂更能促进催化剂对可见光的吸收。Br0.35-N-TiO2/MAC对水杨酸的降解效果最好，暗吸附1 h、光催化3 h后，Br0.35-N-TiO2/MAC对水杨酸的降解率达到83%，高浓度水杨酸会对光催化反应产生一定的抑制作用，该催化材料重复利用三次后仍有78%的去除率，显示了较好的稳定性。
2017, 34(4): 899-905.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160920.002
摘要:
为提高淀粉/聚乙烯醇（PVA）复合膜在纺织上浆等以薄膜为基础的应用领域中的使用效果，通过两步法合成了季铵盐醚化-顺丁烯二酸酯化淀粉（QMS），以QMS/PVA复合膜的断裂强度、断裂伸长率和耐挠曲疲劳性为量化指标，探索了QMS的改性程度（季铵盐醚化和顺丁烯二酸酯化改性程度之和）对QMS/PVA复合膜的增韧规律，考察了PVA与QMS的质量比对这种复合膜韧性的影响。研究发现：QMS/PVA复合膜的断裂强度由改性前的21.6 MPa逐渐降低到QMS改性程度为0.061的14.8 MPa，断裂伸长率和耐挠曲次数分别由26.6%和4 348次逐渐提高到29.5%和5 388次；QMS/PVA复合膜的断裂伸长率和耐挠曲次数由PVA与QMS的质量比为0的3.35%和2 128次逐渐增加到质量比为100%的43.9%和7 889次，而断裂强度由27.1 MPa逐渐下降为12.1 MPa。由此表明PVA与QMS的质量比是QMS/PVA复合膜韧性的主要影响因素，综合各指标PVA与QMS的质量比约为66.7%时为宜。
为提高淀粉/聚乙烯醇（PVA）复合膜在纺织上浆等以薄膜为基础的应用领域中的使用效果，通过两步法合成了季铵盐醚化-顺丁烯二酸酯化淀粉（QMS），以QMS/PVA复合膜的断裂强度、断裂伸长率和耐挠曲疲劳性为量化指标，探索了QMS的改性程度（季铵盐醚化和顺丁烯二酸酯化改性程度之和）对QMS/PVA复合膜的增韧规律，考察了PVA与QMS的质量比对这种复合膜韧性的影响。研究发现：QMS/PVA复合膜的断裂强度由改性前的21.6 MPa逐渐降低到QMS改性程度为0.061的14.8 MPa，断裂伸长率和耐挠曲次数分别由26.6%和4 348次逐渐提高到29.5%和5 388次；QMS/PVA复合膜的断裂伸长率和耐挠曲次数由PVA与QMS的质量比为0的3.35%和2 128次逐渐增加到质量比为100%的43.9%和7 889次，而断裂强度由27.1 MPa逐渐下降为12.1 MPa。由此表明PVA与QMS的质量比是QMS/PVA复合膜韧性的主要影响因素，综合各指标PVA与QMS的质量比约为66.7%时为宜。
2017, 34(4): 906-914.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160616.004
摘要:
利用原子力显微镜（AFM）、动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对冻融循环前后的基质沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青进行了微观结构观测和高低温性能测试。试验结果表明：经冻融循环后，沥青"蜂形"结构的数量和尺寸出现不同变化，基质沥青中沥青质含量增加且分散状况变差，SBS改性剂三维网状结构遭到破坏；基质沥青的高温性能有所提升，抗疲劳性能降低，SBS改性沥青的高温性能降低，抗疲劳能力提升；融雪盐浓度增大在一定程度上降低了基质沥青的低温抗裂能力，融雪盐浓度为4wt%时，SBS改性沥青的低温抗裂能力得到提高。SBS改性沥青高低温性能总体上优于基质沥青，建议北方等寒冷地区尽量选用SBS改性沥青作为路面材料。
利用原子力显微镜（AFM）、动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对冻融循环前后的基质沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青进行了微观结构观测和高低温性能测试。试验结果表明：经冻融循环后，沥青"蜂形"结构的数量和尺寸出现不同变化，基质沥青中沥青质含量增加且分散状况变差，SBS改性剂三维网状结构遭到破坏；基质沥青的高温性能有所提升，抗疲劳性能降低，SBS改性沥青的高温性能降低，抗疲劳能力提升；融雪盐浓度增大在一定程度上降低了基质沥青的低温抗裂能力，融雪盐浓度为4wt%时，SBS改性沥青的低温抗裂能力得到提高。SBS改性沥青高低温性能总体上优于基质沥青，建议北方等寒冷地区尽量选用SBS改性沥青作为路面材料。
2017, 34(4): 915-921.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160713.001
摘要:
通过加速加载试验、低温弯曲试验、飞散试验研究了泡沫沥青和水泥两种粘结材料对泡沫沥青冷再生混合料（CRMFA）长期高温抗变形能力、低温抗裂性以及抗松散性能的影响。研究结果表明：对CRMFA的长期高温抗变形能力而言，存在一个最佳泡沫沥青用量；增加水泥掺量有助于提高CRMFA的长期高温抗变形能力。CRMFA的低温柔韧性随泡沫沥青用量的增大而提升，但随水泥掺量增加呈抛物线变化规律，为保证CRMFA具有良好的低温抗裂性能，水泥掺量宜小于2wt%。CRMFA的抗松散性能较差，增加泡沫沥青用量可有效降低其松散性；水泥掺量在1.5wt%~2.5wt%时，对CRMFA抗松散性的改善作用不显著。
通过加速加载试验、低温弯曲试验、飞散试验研究了泡沫沥青和水泥两种粘结材料对泡沫沥青冷再生混合料（CRMFA）长期高温抗变形能力、低温抗裂性以及抗松散性能的影响。研究结果表明：对CRMFA的长期高温抗变形能力而言，存在一个最佳泡沫沥青用量；增加水泥掺量有助于提高CRMFA的长期高温抗变形能力。CRMFA的低温柔韧性随泡沫沥青用量的增大而提升，但随水泥掺量增加呈抛物线变化规律，为保证CRMFA具有良好的低温抗裂性能，水泥掺量宜小于2wt%。CRMFA的抗松散性能较差，增加泡沫沥青用量可有效降低其松散性；水泥掺量在1.5wt%~2.5wt%时，对CRMFA抗松散性的改善作用不显著。
2017, 34(4): 922-931.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160906.001
摘要:
应用两种水性磷系阻燃剂——磷酸铵类阻燃剂（DAG-50）和磷酸酯类阻燃剂（DAG-80）及其复配阻燃剂对天然黄麻纤维进行阻燃改性，并与皮芯结构聚酯纤维制备成黄麻纤维/聚酯纤维复合材料，通过燃烧测试、SEM、红外、热失重、热失重-红外联用等技术分析了此两种阻燃剂及复配阻燃剂对黄麻纤维及其黄麻纤维/聚酯纤维复合材料的阻燃效果及阻燃机制，并筛选出适合黄麻纤维/聚酯纤维复合材料产业化的阻燃改性配方。结果表明，阻燃剂DAG-50阻燃改性效果良好，但容易析出于黄麻纤维表面。阻燃剂DAG-80能较为均匀地包覆在黄麻纤维表面，阻燃改性效果好，但其价格较高。DAG-50与DAG-80形成的复配阻燃剂，阻燃效果好，既避免了单独使用DAG-50时阻燃剂易析出问题，且复配阻燃剂接近中性，避免设备腐蚀。综合考虑成本与阻燃性能，使用DAG-50与DAG-80复配阻燃剂比例为2∶1且浓度为55wt%时，可达到黄麻纤维/聚酯纤维复合材料B1级阻燃。
应用两种水性磷系阻燃剂——磷酸铵类阻燃剂（DAG-50）和磷酸酯类阻燃剂（DAG-80）及其复配阻燃剂对天然黄麻纤维进行阻燃改性，并与皮芯结构聚酯纤维制备成黄麻纤维/聚酯纤维复合材料，通过燃烧测试、SEM、红外、热失重、热失重-红外联用等技术分析了此两种阻燃剂及复配阻燃剂对黄麻纤维及其黄麻纤维/聚酯纤维复合材料的阻燃效果及阻燃机制，并筛选出适合黄麻纤维/聚酯纤维复合材料产业化的阻燃改性配方。结果表明，阻燃剂DAG-50阻燃改性效果良好，但容易析出于黄麻纤维表面。阻燃剂DAG-80能较为均匀地包覆在黄麻纤维表面，阻燃改性效果好，但其价格较高。DAG-50与DAG-80形成的复配阻燃剂，阻燃效果好，既避免了单独使用DAG-50时阻燃剂易析出问题，且复配阻燃剂接近中性，避免设备腐蚀。综合考虑成本与阻燃性能，使用DAG-50与DAG-80复配阻燃剂比例为2∶1且浓度为55wt%时，可达到黄麻纤维/聚酯纤维复合材料B1级阻燃。
2017, 34(4): 932-938.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160822.001
摘要:
以野燕麦主芒的厚壁纤维细胞为对象，根据其微观组织结构，建立各向异性的纤维缠绕圆管状体力学模型，导出纤维细胞在湿度载荷作用下的本构关系，分析微纤丝角、壁厚和湿度条件对应变和应力分布的影响。结果表明，纤维缠绕结构在湿度变化时的各向异性膨胀将引起管状体的轴向伸长和环向扭转，通过比较这些变形与微纤丝角之间的关系，发现微纤丝角范围为60°~80°时管状体具有稳定的变形能力。
以野燕麦主芒的厚壁纤维细胞为对象，根据其微观组织结构，建立各向异性的纤维缠绕圆管状体力学模型，导出纤维细胞在湿度载荷作用下的本构关系，分析微纤丝角、壁厚和湿度条件对应变和应力分布的影响。结果表明，纤维缠绕结构在湿度变化时的各向异性膨胀将引起管状体的轴向伸长和环向扭转，通过比较这些变形与微纤丝角之间的关系，发现微纤丝角范围为60°~80°时管状体具有稳定的变形能力。
