2020年 第37卷 第4期
2020, 37(4): 741-748.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190617.001
摘要:
采用多壁碳纳米管（MWCNTs）和丙烯酸酯嵌段共聚物（ACRBC）协同改性制备了多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂（MWCNTs-ACRBC/EP）三元复合材料。通过FTIR、XPS和SEM对强酸处理后的MWCNTs的性能进行表征，利用DSC法对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化反应参数进行表征，采用DMA对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的耐热性进行表征，采用电子力学试验机对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能进行测试。结果表明：强酸处理后在MWCNTs表面成功形成反应官能团。采用150℃×1 h+180℃×3 h作为MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化工艺，MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的玻璃化转变温度可达197.5℃，提高了13.3%，MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能提高，抗弯强度为144 MPa，弯曲模量为3662 MPa，冲击强度为19.5 kJ/m2。
采用多壁碳纳米管（MWCNTs）和丙烯酸酯嵌段共聚物（ACRBC）协同改性制备了多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂（MWCNTs-ACRBC/EP）三元复合材料。通过FTIR、XPS和SEM对强酸处理后的MWCNTs的性能进行表征，利用DSC法对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化反应参数进行表征，采用DMA对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的耐热性进行表征，采用电子力学试验机对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能进行测试。结果表明：强酸处理后在MWCNTs表面成功形成反应官能团。采用150℃×1 h+180℃×3 h作为MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化工艺，MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的玻璃化转变温度可达197.5℃，提高了13.3%，MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能提高，抗弯强度为144 MPa，弯曲模量为3662 MPa，冲击强度为19.5 kJ/m2。
2020, 37(4): 749-757.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190619.001
摘要:
以双酚A型环氧树脂（E51）和双酚A型氰酸酯（BCE）为原料，研究E51改性BCE共固化反应机制。同时，以E51-BCE为基体树脂，溶胶-凝胶法（Sol-Gel）自制Al2O3为增强体，制备Al2O3改性E51-BCE （Al2O3/E51-BCE）复合材料。通过非等温DSC确定了E51-BCE体系的固化工艺及固化反应动力学，并根据Kissinger法和Ozawa法求得体系的表观活化能分别为66.13 kJ/mol和69.46 kJ/mol。利用红外光谱跟踪固化体系在起始固化温度为160℃、180℃时的反应历程，结果表明：起始固化温度在160℃时，以E51与BCE直接反应为主；起始固化温度在180℃时，BCE反应活性提高，以BCE自聚反应为主，生成三嗪环的速率加快，少量的BCE直接与E51反应生成恶唑啉结构。对Sol-Gel法自制Al2O3进行FTIR和TEM表征，结果表明：Al2O3为短纤维状的晶体，表面含有少量羟基。SEM结果显示：Al2O3为分散相，与基体间界面模糊，Al2O3/E51-BCE复合材料的脆断面裂纹不规则，为典型的韧性断裂；当Al2O3掺杂量为3wt%时，Al2O3在基体中分散均匀，Al2O3/E51-BCE复合材料的冲击强度和弯曲模量分别为24.2 kJ/m2和2.54 GPa，比基体树脂的冲击强度和弯曲模量分别提高53.65%和22.12%，力学性能得到明显改善。
以双酚A型环氧树脂（E51）和双酚A型氰酸酯（BCE）为原料，研究E51改性BCE共固化反应机制。同时，以E51-BCE为基体树脂，溶胶-凝胶法（Sol-Gel）自制Al2O3为增强体，制备Al2O3改性E51-BCE （Al2O3/E51-BCE）复合材料。通过非等温DSC确定了E51-BCE体系的固化工艺及固化反应动力学，并根据Kissinger法和Ozawa法求得体系的表观活化能分别为66.13 kJ/mol和69.46 kJ/mol。利用红外光谱跟踪固化体系在起始固化温度为160℃、180℃时的反应历程，结果表明：起始固化温度在160℃时，以E51与BCE直接反应为主；起始固化温度在180℃时，BCE反应活性提高，以BCE自聚反应为主，生成三嗪环的速率加快，少量的BCE直接与E51反应生成恶唑啉结构。对Sol-Gel法自制Al2O3进行FTIR和TEM表征，结果表明：Al2O3为短纤维状的晶体，表面含有少量羟基。SEM结果显示：Al2O3为分散相，与基体间界面模糊，Al2O3/E51-BCE复合材料的脆断面裂纹不规则，为典型的韧性断裂；当Al2O3掺杂量为3wt%时，Al2O3在基体中分散均匀，Al2O3/E51-BCE复合材料的冲击强度和弯曲模量分别为24.2 kJ/m2和2.54 GPa，比基体树脂的冲击强度和弯曲模量分别提高53.65%和22.12%，力学性能得到明显改善。
2020, 37(4): 758-766.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190731.002
摘要:
以TiO2（P25）、Fe（NO3）39H2O、Zn（NO3）26H2O和氧化石墨烯（GO）为原料，通过一步溶剂热法合成可磁分离的ZnFe2O4-TiO2/还原氧化石墨烯（rGO）复合材料。采用UV-Vis、Raman、XRD、SEM和EDS对ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料进行表征，并研究不同rGO比例的ZnFe2O4-TiO2/rGO对模拟染料废水亚甲基蓝（MB）的光催化降解性能。GO在溶剂热反应过程中，被还原成rGO。由于ZnFe2O4和rGO的加入，不仅使ZnFe2O4-TiO2/rGO实现对可见光的吸收，而且使其具有磁性，便于分离和回收利用。当GO质量分数为5wt%时，ZnFe2O4-TiO2/rGO显现出对MB最佳的光催化活性，60 min光照后的降解率达到99.1%。通过光催化活性物种捕获实验得出ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料降解MB的过程中，活性物种主要为·OH和·O2-，TiO2 导带（CB）中的光生电子（e+）转移到ZnFe2O4的价带（VB），遵循Z型转移机制。光催化剂稳定性实验表明，ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料具有优越的稳定性，可作为太阳光照射下降解有机染料的光催化剂。
以TiO2（P25）、Fe（NO3）39H2O、Zn（NO3）26H2O和氧化石墨烯（GO）为原料，通过一步溶剂热法合成可磁分离的ZnFe2O4-TiO2/还原氧化石墨烯（rGO）复合材料。采用UV-Vis、Raman、XRD、SEM和EDS对ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料进行表征，并研究不同rGO比例的ZnFe2O4-TiO2/rGO对模拟染料废水亚甲基蓝（MB）的光催化降解性能。GO在溶剂热反应过程中，被还原成rGO。由于ZnFe2O4和rGO的加入，不仅使ZnFe2O4-TiO2/rGO实现对可见光的吸收，而且使其具有磁性，便于分离和回收利用。当GO质量分数为5wt%时，ZnFe2O4-TiO2/rGO显现出对MB最佳的光催化活性，60 min光照后的降解率达到99.1%。通过光催化活性物种捕获实验得出ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料降解MB的过程中，活性物种主要为·OH和·O2-，TiO2 导带（CB）中的光生电子（e+）转移到ZnFe2O4的价带（VB），遵循Z型转移机制。光催化剂稳定性实验表明，ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料具有优越的稳定性，可作为太阳光照射下降解有机染料的光催化剂。
2020, 37(4): 767-774.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190730.002
摘要:
通过预浸料模压工艺制备了2.5D石英纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料，采用TG测试、马弗炉静态烧蚀测试、力学测试、氧-乙炔试验、场发射扫描电镜等方法对2.5D纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料的热稳定性、力学性能、耐烧蚀性能进行分析测试，并与2D纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料进行对比。结果表明，陶瓷填料对复合材料的热性能有显著改善，失重第一阶段温度和残碳率明显增加；马弗炉热解后2D结构样品缺陷多，层间出现破坏，弯曲强度为14~20 MPa，2.5D结构样品热解后保持了良好的整体结构，弯曲强度为16~24 MPa；通过氧乙炔烧蚀试验，2.5D结构样品烧蚀30 s质量烧蚀率为0.0413 g/s，线烧蚀率为0.032 mm/s，烧蚀60 s质量烧蚀率为0.0218 g/s，线烧蚀率为0.023 mm/s，测试结果均优于与之对比的2D结构样品，通过SEM和EDS分析，2.5D结构样品优异的抗热应力分层性能和纤维表面结构对复相陶瓷的稳定性是其低烧蚀率的主要原因。
通过预浸料模压工艺制备了2.5D石英纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料，采用TG测试、马弗炉静态烧蚀测试、力学测试、氧-乙炔试验、场发射扫描电镜等方法对2.5D纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料的热稳定性、力学性能、耐烧蚀性能进行分析测试，并与2D纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料进行对比。结果表明，陶瓷填料对复合材料的热性能有显著改善，失重第一阶段温度和残碳率明显增加；马弗炉热解后2D结构样品缺陷多，层间出现破坏，弯曲强度为14~20 MPa，2.5D结构样品热解后保持了良好的整体结构，弯曲强度为16~24 MPa；通过氧乙炔烧蚀试验，2.5D结构样品烧蚀30 s质量烧蚀率为0.0413 g/s，线烧蚀率为0.032 mm/s，烧蚀60 s质量烧蚀率为0.0218 g/s，线烧蚀率为0.023 mm/s，测试结果均优于与之对比的2D结构样品，通过SEM和EDS分析，2.5D结构样品优异的抗热应力分层性能和纤维表面结构对复相陶瓷的稳定性是其低烧蚀率的主要原因。
2020, 37(4): 775-785.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190627.001
摘要:
为研究圆角半径对碳纤维增强聚合物 （Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）复合材料约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响，对1个对比构件和5个不同圆角半径的约束构件进行静力轴压试验。试验结果表明：随圆角半径增大，柱外围的CFRP复合材料布环向应变更高且分布趋于均匀；约束柱的峰值荷载和延性也随之增大，荷载-变形曲线在峰值荷载后由平缓的下降段逐渐向上升段转化。通过建立三维有限元模型进行数值分析，可见随圆角半径增大，构件横截面上混凝土有效约束区面积增大，混凝土压应力分布趋于均匀；型钢包围的核心区混凝土应力则显著增大。随后对截面的混凝土约束区域进行了划分，设定型钢包围部分为高强约束区，最后基于叠加法建立了约束组合短柱的轴压承载力计算公式。计算显示增大圆角半径降低了组合柱的横截面积，但却显著提高了约束后柱的轴压承载力。
为研究圆角半径对碳纤维增强聚合物 （Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）复合材料约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响，对1个对比构件和5个不同圆角半径的约束构件进行静力轴压试验。试验结果表明：随圆角半径增大，柱外围的CFRP复合材料布环向应变更高且分布趋于均匀；约束柱的峰值荷载和延性也随之增大，荷载-变形曲线在峰值荷载后由平缓的下降段逐渐向上升段转化。通过建立三维有限元模型进行数值分析，可见随圆角半径增大，构件横截面上混凝土有效约束区面积增大，混凝土压应力分布趋于均匀；型钢包围的核心区混凝土应力则显著增大。随后对截面的混凝土约束区域进行了划分，设定型钢包围部分为高强约束区，最后基于叠加法建立了约束组合短柱的轴压承载力计算公式。计算显示增大圆角半径降低了组合柱的横截面积，但却显著提高了约束后柱的轴压承载力。
2020, 37(4): 786-793.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190614.001
摘要:
为了提高石墨烯/聚酰亚胺（rGO/PI）复合纱线电极的电化学性能，采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺（PANI）颗粒，研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明，PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积，且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法（CV）、恒流充放电法（GCD）研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明，PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响，当PANI沉积时间为900 s时，所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优，比电容为81.22 Fcm-3，而rGO/PI纱线电极仅为16.4 Fcm-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器，采用交流阻抗谱法（EIS）、CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明，该器件体积比电容可达41.73 Fcm-3，在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右，所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。
为了提高石墨烯/聚酰亚胺（rGO/PI）复合纱线电极的电化学性能，采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺（PANI）颗粒，研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明，PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积，且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法（CV）、恒流充放电法（GCD）研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明，PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响，当PANI沉积时间为900 s时，所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优，比电容为81.22 Fcm-3，而rGO/PI纱线电极仅为16.4 Fcm-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器，采用交流阻抗谱法（EIS）、CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明，该器件体积比电容可达41.73 Fcm-3，在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右，所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。
2020, 37(4): 794-799.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190716.001
摘要:
用表儿茶素（EC）作为非共价改性剂，对BN进行表面处理，研究了不同质量分数EC修饰的BN对BN@EC/环氧树脂（EP）复合材料性能的影响。采用FTIR、XRD、SEM、TG等对BN、BN@EC和BN@EC/EP复合材料的结构和性能进行表征，研究证明EC对BN改性成功，且改性过程中没有对BN的晶型结构产生影响；经EC改性后的BN在树脂基体中的分散性得到改善；SEM测试结果表明，与未改性的BN粒子相比，经EC改性后的BN粒子的团聚程度降低，BN@EC在基体中的分散性更好；经改性的BN@EC在水中的稳定性得到提高；当EC质量分数为10wt%时，BN@EC/EP复合材料的导热性能最好，热导率达1.27 Wm-1K-1，与BN/EP的热导率（0.62 Wm-1K-1）相比提高了106%。最后，分析了EC的加入对复合材料热稳定性能和硬度的影响，结果表明，EC的加入会略微提高复合材料的热稳定性。
用表儿茶素（EC）作为非共价改性剂，对BN进行表面处理，研究了不同质量分数EC修饰的BN对BN@EC/环氧树脂（EP）复合材料性能的影响。采用FTIR、XRD、SEM、TG等对BN、BN@EC和BN@EC/EP复合材料的结构和性能进行表征，研究证明EC对BN改性成功，且改性过程中没有对BN的晶型结构产生影响；经EC改性后的BN在树脂基体中的分散性得到改善；SEM测试结果表明，与未改性的BN粒子相比，经EC改性后的BN粒子的团聚程度降低，BN@EC在基体中的分散性更好；经改性的BN@EC在水中的稳定性得到提高；当EC质量分数为10wt%时，BN@EC/EP复合材料的导热性能最好，热导率达1.27 Wm-1K-1，与BN/EP的热导率（0.62 Wm-1K-1）相比提高了106%。最后，分析了EC的加入对复合材料热稳定性能和硬度的影响，结果表明，EC的加入会略微提高复合材料的热稳定性。
2020, 37(4): 800-807.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190628.001
摘要:
采用自主研发的碳纤维（CF）宽展设备，将12K CF宽展预浸制备成0.02 mm和0.10 mm厚的CF/环氧树脂（EP）预浸料，利用模压工艺制成1 mm厚的单向层合板。利用万能试验机、声发射装置和高速照相机组成的集成系统测试其抗拉强度、加载过程中试样内部的损伤情况及断裂破坏时样品宏观形貌的变化。用SEM观测其拉伸断口形貌。分别用超景深显微镜、金相显微镜观测记录CF/EP复合材料预浸料和单向层合板中CF的排布状态以表征薄层化过程中CF和EP的分布状态对CF/EP复合材料拉伸性能的影响。结果表明：薄CF/EP复合材料预浸料中CF的排布更加均匀，制成的CF/EP复合材料单向层合板试样中层间树脂富集区的尺度明显小于厚CF/EP复合材料预浸料制成的试样，试样的抗拉强度提高了15%；薄CF/EP复合材料预浸料制成层合板试样的拉伸宏观断口形貌中分层劈裂现象减少，集束性增强，微观断口形貌中未发现横贯横截面的穿透裂纹。
采用自主研发的碳纤维（CF）宽展设备，将12K CF宽展预浸制备成0.02 mm和0.10 mm厚的CF/环氧树脂（EP）预浸料，利用模压工艺制成1 mm厚的单向层合板。利用万能试验机、声发射装置和高速照相机组成的集成系统测试其抗拉强度、加载过程中试样内部的损伤情况及断裂破坏时样品宏观形貌的变化。用SEM观测其拉伸断口形貌。分别用超景深显微镜、金相显微镜观测记录CF/EP复合材料预浸料和单向层合板中CF的排布状态以表征薄层化过程中CF和EP的分布状态对CF/EP复合材料拉伸性能的影响。结果表明：薄CF/EP复合材料预浸料中CF的排布更加均匀，制成的CF/EP复合材料单向层合板试样中层间树脂富集区的尺度明显小于厚CF/EP复合材料预浸料制成的试样，试样的抗拉强度提高了15%；薄CF/EP复合材料预浸料制成层合板试样的拉伸宏观断口形貌中分层劈裂现象减少，集束性增强，微观断口形貌中未发现横贯横截面的穿透裂纹。
2020, 37(4): 808-815.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190819.001
摘要:
为考察碳纤维增强环氧树脂复合材料对环状腐蚀的N80Q钢管的修复效果，采用数值分析和全尺寸爆破试验对修复后的力学性能进行了研究，分析了缺陷轴向长度、缺陷深度和修复层厚度对修复效果的影响。结果表明：碳纤维增强环氧树脂复合材料对N80Q钢管的修复效果显著，经试验测试，6 mm深缺陷的N80Q管道由碳纤维增强环氧树脂复合材料修复后爆破压力值提高了0.985倍；缺陷轴向长度对N80Q管道修复后的强度影响较小，随着缺陷轴向长度的增加，管道爆破压力值仅下降了3.5%；而缺陷深度对N80Q管道修复后的强度影响较明显，与无缺陷管道相比，6 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了9.9%，7 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了20.6%。
为考察碳纤维增强环氧树脂复合材料对环状腐蚀的N80Q钢管的修复效果，采用数值分析和全尺寸爆破试验对修复后的力学性能进行了研究，分析了缺陷轴向长度、缺陷深度和修复层厚度对修复效果的影响。结果表明：碳纤维增强环氧树脂复合材料对N80Q钢管的修复效果显著，经试验测试，6 mm深缺陷的N80Q管道由碳纤维增强环氧树脂复合材料修复后爆破压力值提高了0.985倍；缺陷轴向长度对N80Q管道修复后的强度影响较小，随着缺陷轴向长度的增加，管道爆破压力值仅下降了3.5%；而缺陷深度对N80Q管道修复后的强度影响较明显，与无缺陷管道相比，6 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了9.9%，7 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了20.6%。
2020, 37(4): 816-823.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190617.004
摘要:
为提高夹层结构的抑振特性，开展了基于主动温控变阻尼技术的夹层结构振动控制方法研究。基于高分子聚合材料在玻璃化转变区的高阻尼特性，提出了一种针对夹层结构高分子聚合芯材进行温度控制，增大其损耗因子以提高结构阻尼的技术途径。根据此技术途径设计了以聚氨酯改性环氧材料为芯材，中间铺设加热膜的温控夹层梁。开展了不同控制温度下夹层梁的振动响应试验研究并探讨了温度对夹层梁弯曲刚度的影响规律，试验结果表明，当将夹层梁温度控制在玻璃化转变温度（Tg）左侧附近时，夹层梁的振动响应可较常温状态下降低8.85 dB，证明了所提出的主动温控变阻尼技术具有良好的抑振效果。
为提高夹层结构的抑振特性，开展了基于主动温控变阻尼技术的夹层结构振动控制方法研究。基于高分子聚合材料在玻璃化转变区的高阻尼特性，提出了一种针对夹层结构高分子聚合芯材进行温度控制，增大其损耗因子以提高结构阻尼的技术途径。根据此技术途径设计了以聚氨酯改性环氧材料为芯材，中间铺设加热膜的温控夹层梁。开展了不同控制温度下夹层梁的振动响应试验研究并探讨了温度对夹层梁弯曲刚度的影响规律，试验结果表明，当将夹层梁温度控制在玻璃化转变温度（Tg）左侧附近时，夹层梁的振动响应可较常温状态下降低8.85 dB，证明了所提出的主动温控变阻尼技术具有良好的抑振效果。
2020, 37(4): 824-836.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190628.002
摘要:
预紧力松弛是影响复合材料螺栓连接结构耐久性的主要原因之一。本文重点讨论导致预紧力松弛的材料蠕变与粗糙表面接触蠕变的相互影响。内容包括建立了以弹-黏塑性理论为基础的复合材料蠕变本构模型，并结合考虑粗糙表面的分形接触理论，将其推广到与时间相关的弹-黏塑性接触问题。数值结果与实验结果对比表明，考虑粗糙表面接触效应时，计算误差从2.87%~4.37%降至0.04%~0.5%，预测准确性有显著提高。表面分形参数D和G的讨论结果表明，接触表面越粗糙，预紧力越容易松弛。这对工程上通过控制表面形貌参数来改善表面接触性质具有指导意义。
预紧力松弛是影响复合材料螺栓连接结构耐久性的主要原因之一。本文重点讨论导致预紧力松弛的材料蠕变与粗糙表面接触蠕变的相互影响。内容包括建立了以弹-黏塑性理论为基础的复合材料蠕变本构模型，并结合考虑粗糙表面的分形接触理论，将其推广到与时间相关的弹-黏塑性接触问题。数值结果与实验结果对比表明，考虑粗糙表面接触效应时，计算误差从2.87%~4.37%降至0.04%~0.5%，预测准确性有显著提高。表面分形参数D和G的讨论结果表明，接触表面越粗糙，预紧力越容易松弛。这对工程上通过控制表面形貌参数来改善表面接触性质具有指导意义。
2020, 37(4): 837-844.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190617.003
摘要:
缝纫泡沫夹芯复合材料中的纤维柱在拔出过程中的破坏行为复杂导致结构承载性能难以预测。采用真空辅助树脂注射（VARI）工艺制备了缝纫泡沫夹芯复合材料，并使用层间拉伸试验（ITT）研究了缝纫泡沫夹芯复合材料中含有单根缝线纤维柱细观试件的破坏过程。讨论了不同破坏现象对缝线纤维柱拔出摩擦过程的影响，并分析了缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式。分析了缝线粗细的变化对试件破坏过程中关键的力、位移等参数及能量吸收性能的影响。研究了由于成型工艺所导致的缺胶现象对缝纫泡沫夹芯复合材料性能的影响。结果表明：缝纫泡沫夹芯复合材料的能量吸收性能、关键位移参数及最大载荷都随着缝线变粗而增大。但是缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式对其也有一定的影响，导致了变化趋势的波动；缺胶缝纫泡沫夹芯复合材料由于缺陷的存在，最大破坏载荷和能量吸收性能均有所下降。
缝纫泡沫夹芯复合材料中的纤维柱在拔出过程中的破坏行为复杂导致结构承载性能难以预测。采用真空辅助树脂注射（VARI）工艺制备了缝纫泡沫夹芯复合材料，并使用层间拉伸试验（ITT）研究了缝纫泡沫夹芯复合材料中含有单根缝线纤维柱细观试件的破坏过程。讨论了不同破坏现象对缝线纤维柱拔出摩擦过程的影响，并分析了缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式。分析了缝线粗细的变化对试件破坏过程中关键的力、位移等参数及能量吸收性能的影响。研究了由于成型工艺所导致的缺胶现象对缝纫泡沫夹芯复合材料性能的影响。结果表明：缝纫泡沫夹芯复合材料的能量吸收性能、关键位移参数及最大载荷都随着缝线变粗而增大。但是缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式对其也有一定的影响，导致了变化趋势的波动；缺胶缝纫泡沫夹芯复合材料由于缺陷的存在，最大破坏载荷和能量吸收性能均有所下降。
2020, 37(4): 845-858.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190628.003
摘要:
纤维增强树脂复合材料网格结构具有高比刚度、高比强度、高损伤容限、可自动化成型等特点，在航空宇航结构中有着广阔的应用前景。纤维在网格结构交叉点处的堆积、架空、弯曲和裁剪严重影响了结构的最终性能。针对纤维增强树脂复合材料网格结构交叉点处的固有缺陷，总结了纤维缠绕、铺放、三维编织、互锁、真空辅助树脂传递模塑等工艺在纤维增强树脂复合材料网格结构成型时的优势和不足，同时，探讨了网格结构设计与成型工艺间的关系。分析了目前网格结构研究中的主要问题，并对未来的发展方向进行了展望。
纤维增强树脂复合材料网格结构具有高比刚度、高比强度、高损伤容限、可自动化成型等特点，在航空宇航结构中有着广阔的应用前景。纤维在网格结构交叉点处的堆积、架空、弯曲和裁剪严重影响了结构的最终性能。针对纤维增强树脂复合材料网格结构交叉点处的固有缺陷，总结了纤维缠绕、铺放、三维编织、互锁、真空辅助树脂传递模塑等工艺在纤维增强树脂复合材料网格结构成型时的优势和不足，同时，探讨了网格结构设计与成型工艺间的关系。分析了目前网格结构研究中的主要问题，并对未来的发展方向进行了展望。
2020, 37(4): 859-868.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190619.002
摘要:
为了研究碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为，设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验，在高温（80℃）环境中进行0（未老化）、120 h、240 h、360 h、480 h、600 h和720 h的老化测试，分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律，得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型，得到不同老化衰减系数下的退化模型，并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明：随着高温老化时间的增加，层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化，层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离，层间剪切发生局部的树脂剥离，纤维之间的分层更加明显，高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则，计算不同老化时间后的内聚力模型参数，预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度，发现仿真与实验误差小于10％，说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。
为了研究碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为，设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验，在高温（80℃）环境中进行0（未老化）、120 h、240 h、360 h、480 h、600 h和720 h的老化测试，分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律，得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型，得到不同老化衰减系数下的退化模型，并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明：随着高温老化时间的增加，层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化，层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离，层间剪切发生局部的树脂剥离，纤维之间的分层更加明显，高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则，计算不同老化时间后的内聚力模型参数，预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度，发现仿真与实验误差小于10％，说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。
2020, 37(4): 869-876.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190617.002
摘要:
液体模塑成型工艺（LCM）中非饱和流动的填充模拟对于在虚拟空间中快速、高效地优化工艺参数具有重要意义。采用了一种模拟双尺度纤维织物在等温条件下非饱和流动的双尺度计算模型，通过引入沉浸函数求解宏观-微观流动控制方程组，同时考虑了在微观浸渍中毛细压力的影响，在有限元/控制体积算法中实现了对非饱和流动的数值模拟。随后对三向缝合纤维织物进行了二维径向填充实验，将实验结果与数值模拟的预测值对比。结果表明，该计算模型可以较精确地模拟双尺度纤维织物中的非饱和流动。在此计算模型的基础上，讨论了流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对非饱和填充浸润的影响。结果表明，不同流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对纤维织物填充过程中非饱和区域长度、入口压力曲线及填充时间影响不同。研究结果可以对合理预测纤维织物的浸润及树脂填充过程中入口压力提供指导。
液体模塑成型工艺（LCM）中非饱和流动的填充模拟对于在虚拟空间中快速、高效地优化工艺参数具有重要意义。采用了一种模拟双尺度纤维织物在等温条件下非饱和流动的双尺度计算模型，通过引入沉浸函数求解宏观-微观流动控制方程组，同时考虑了在微观浸渍中毛细压力的影响，在有限元/控制体积算法中实现了对非饱和流动的数值模拟。随后对三向缝合纤维织物进行了二维径向填充实验，将实验结果与数值模拟的预测值对比。结果表明，该计算模型可以较精确地模拟双尺度纤维织物中的非饱和流动。在此计算模型的基础上，讨论了流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对非饱和填充浸润的影响。结果表明，不同流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对纤维织物填充过程中非饱和区域长度、入口压力曲线及填充时间影响不同。研究结果可以对合理预测纤维织物的浸润及树脂填充过程中入口压力提供指导。
2020, 37(4): 877-885.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190620.001
摘要:
复合材料中孔隙的存在造成了材料性能的下降，因此，对材料孔隙的检测至关重要。本文利用异丙醇（IPA）添加量的不同，制备了不同层数、不同孔隙率含量的碳纤维（CF）布/环氧树脂层合板试件。采用脉冲反射法测试计算了CF布/环氧树脂层合板试件的超声衰减系数，通过金相显微分析对孔隙的分布、形状及尺寸进行了表征，运用MATLAB对金相显微图进行分析得到试件的孔隙率。讨论了孔隙率对材料的声速、声阻抗及超声衰减系数的影响规律，利用4组不同层数样本试件的孔隙率和超声衰减量的试验数据，给出了基于模型的孔隙率与材料层数、超声衰减量的拟合公式。结果表明，随着IPA添加量的增加，CF布/环氧树脂层合板（2 mm）孔隙率从1.09%增加到4.16%，材料的声速和声阻抗均下降，超声衰减系数从2.51 dB/mm增大到5.34 dB/mm。孔隙率为1%时，厚度从2 mm （8层）增加到5 mm（20层），衰减系数增大了0.54 dB/mm。
复合材料中孔隙的存在造成了材料性能的下降，因此，对材料孔隙的检测至关重要。本文利用异丙醇（IPA）添加量的不同，制备了不同层数、不同孔隙率含量的碳纤维（CF）布/环氧树脂层合板试件。采用脉冲反射法测试计算了CF布/环氧树脂层合板试件的超声衰减系数，通过金相显微分析对孔隙的分布、形状及尺寸进行了表征，运用MATLAB对金相显微图进行分析得到试件的孔隙率。讨论了孔隙率对材料的声速、声阻抗及超声衰减系数的影响规律，利用4组不同层数样本试件的孔隙率和超声衰减量的试验数据，给出了基于模型的孔隙率与材料层数、超声衰减量的拟合公式。结果表明，随着IPA添加量的增加，CF布/环氧树脂层合板（2 mm）孔隙率从1.09%增加到4.16%，材料的声速和声阻抗均下降，超声衰减系数从2.51 dB/mm增大到5.34 dB/mm。孔隙率为1%时，厚度从2 mm （8层）增加到5 mm（20层），衰减系数增大了0.54 dB/mm。
2020, 37(4): 886-895.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190628.004
摘要:
Lamb波因其检测范围广、对缺陷敏感性高等特点在复合材料无损检测中广泛应用。但强噪声环境给有效信号的提取带来难度，影响损伤位置判定精度。针对该问题，提出了一种在强噪声背景下基于计盒维数和Lamb波层析成像技术的损伤定位成像方法。首先通过仿真分析了Lamb波在碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料板损伤前后传播的特性。在选定的复合材料板上均匀布置圆形传感器阵列，以粘结质量块改变结构局部刚度的形式模拟真实损伤；其次每个传感器依次作为激励器产生Lamb波，其他传感器采集有无损伤下的响应信号，采用小波变换进行信号去噪。将去噪后的信号添加不同等级的白噪声实现噪声干扰；最后采用计盒维数计算有无损伤的信号差异确定损伤因子，并通过概率成像算法实现损伤的定位成像。实验结果表明，在强噪声环境中单损伤与多损伤成像定位最大和平均误差分别为11.18 mm和6.88 mm，该方法无需信号降噪技术，且避免了多损伤时复杂反射信号的提取过程，在强噪声下复合材料损伤定位识别方面具有较大的潜力。
Lamb波因其检测范围广、对缺陷敏感性高等特点在复合材料无损检测中广泛应用。但强噪声环境给有效信号的提取带来难度，影响损伤位置判定精度。针对该问题，提出了一种在强噪声背景下基于计盒维数和Lamb波层析成像技术的损伤定位成像方法。首先通过仿真分析了Lamb波在碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料板损伤前后传播的特性。在选定的复合材料板上均匀布置圆形传感器阵列，以粘结质量块改变结构局部刚度的形式模拟真实损伤；其次每个传感器依次作为激励器产生Lamb波，其他传感器采集有无损伤下的响应信号，采用小波变换进行信号去噪。将去噪后的信号添加不同等级的白噪声实现噪声干扰；最后采用计盒维数计算有无损伤的信号差异确定损伤因子，并通过概率成像算法实现损伤的定位成像。实验结果表明，在强噪声环境中单损伤与多损伤成像定位最大和平均误差分别为11.18 mm和6.88 mm，该方法无需信号降噪技术，且避免了多损伤时复杂反射信号的提取过程，在强噪声下复合材料损伤定位识别方面具有较大的潜力。
2020, 37(4): 896-906.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190618.002
摘要:
玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料抗浮锚杆与建筑物混凝土底板的锚固效果关乎整个结构的安全性和稳定性。为深入探究GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土底板之间的锚固性能，本文通过自行设计的足尺锚杆对拉试验装置对不同锚固形式的GFRP复合材料抗浮锚杆进行抗拔试验，测定锚杆极限抗拔承载力及杆体与混凝土间相对滑移量。试验结果表明，采用新型应力分散锚具锚固的GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固段锚固效率均在80%以上，与混凝土间滑移量均大于裸筋直锚试件，证实该新型应力分散锚具可有效提升GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固效果。在双曲线模型基础上提出一种新型的描述GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土黏结-滑移关系上升段本构模型，该模型综合考虑杆体直径及锚固长度对锚杆杆体与混凝土间黏结-滑移本构关系的影响，模型预测结果与本次试验结果吻合度较高，并对模型的合理性和准确性进行了验证。
玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料抗浮锚杆与建筑物混凝土底板的锚固效果关乎整个结构的安全性和稳定性。为深入探究GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土底板之间的锚固性能，本文通过自行设计的足尺锚杆对拉试验装置对不同锚固形式的GFRP复合材料抗浮锚杆进行抗拔试验，测定锚杆极限抗拔承载力及杆体与混凝土间相对滑移量。试验结果表明，采用新型应力分散锚具锚固的GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固段锚固效率均在80%以上，与混凝土间滑移量均大于裸筋直锚试件，证实该新型应力分散锚具可有效提升GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固效果。在双曲线模型基础上提出一种新型的描述GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土黏结-滑移关系上升段本构模型，该模型综合考虑杆体直径及锚固长度对锚杆杆体与混凝土间黏结-滑移本构关系的影响，模型预测结果与本次试验结果吻合度较高，并对模型的合理性和准确性进行了验证。
2020, 37(4): 907-918.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190726.001
摘要:
针对连续石墨纤维增强铝基（CF/Al）复合材料，采用三种纤维排布方式的代表体积单元（RVE）建立了其细观力学有限元模型，采用准静态拉伸试验与数值模拟结合的方法，研究了其在轴向拉伸载荷下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明，采用基体合金和纤维原位力学性能建立的细观力学有限元模型，对轴向拉伸弹性模量和极限强度的计算结果与实验结果吻合良好，而断裂应变计算值较实验结果偏低。轴向拉伸变形中首先出现界面和基体合金损伤现象，随应变增加界面发生失效并诱发基体合金的局部失效，最后复合材料因纤维发生失效而破坏，从而出现界面脱粘后纤维拔出与基体合金撕裂共存的微观形貌。细观力学有限元分析结果表明，在复合材料制备后纤维性能衰减而强度较低条件下，改变界面强度和刚度对复合材料轴向拉伸弹塑性力学行为的影响较小，复合材料中纤维强度水平是决定该复合材料轴向拉伸力学性能的主要因素。
针对连续石墨纤维增强铝基（CF/Al）复合材料，采用三种纤维排布方式的代表体积单元（RVE）建立了其细观力学有限元模型，采用准静态拉伸试验与数值模拟结合的方法，研究了其在轴向拉伸载荷下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明，采用基体合金和纤维原位力学性能建立的细观力学有限元模型，对轴向拉伸弹性模量和极限强度的计算结果与实验结果吻合良好，而断裂应变计算值较实验结果偏低。轴向拉伸变形中首先出现界面和基体合金损伤现象，随应变增加界面发生失效并诱发基体合金的局部失效，最后复合材料因纤维发生失效而破坏，从而出现界面脱粘后纤维拔出与基体合金撕裂共存的微观形貌。细观力学有限元分析结果表明，在复合材料制备后纤维性能衰减而强度较低条件下，改变界面强度和刚度对复合材料轴向拉伸弹塑性力学行为的影响较小，复合材料中纤维强度水平是决定该复合材料轴向拉伸力学性能的主要因素。
2020, 37(4): 919-926.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190730.001
摘要:
在低模量介孔SiO2 （Mesoporous silica，mSiO2）微球表面负载Sm掺杂CeO2纳米粒子，制备了具有均匀完整核-壳结构的非刚性mSiO2@Ce1-xSmxO2（x=0，0.23）复合颗粒。借助XRD、SEM、HRTEM、STEM-EDX Mapping、Raman光谱和N2吸-脱附等技术对产物进行结构表征，利用AFM和三维光学轮廓仪评价Sm元素掺杂处理对mSiO2@Ce1-xSmxO2（x=0，0.23）复合颗粒抛光效果的影响。讨论了Sm掺杂复合磨粒的高效无损超精密抛光机制。结果表明：掺杂处理可使mSiO2@Ce1-xSmxO2（x=0，0.23）复合颗粒的抛光效率提高近36%，达到84 nm/min，同时获得具有原子量级精度的加工表面，抛光后SiO2薄膜的粗糙度平均值和均方根分别为0.14和0.17 nm。
在低模量介孔SiO2 （Mesoporous silica，mSiO2）微球表面负载Sm掺杂CeO2纳米粒子，制备了具有均匀完整核-壳结构的非刚性mSiO2@Ce1-xSmxO2（x=0，0.23）复合颗粒。借助XRD、SEM、HRTEM、STEM-EDX Mapping、Raman光谱和N2吸-脱附等技术对产物进行结构表征，利用AFM和三维光学轮廓仪评价Sm元素掺杂处理对mSiO2@Ce1-xSmxO2（x=0，0.23）复合颗粒抛光效果的影响。讨论了Sm掺杂复合磨粒的高效无损超精密抛光机制。结果表明：掺杂处理可使mSiO2@Ce1-xSmxO2（x=0，0.23）复合颗粒的抛光效率提高近36%，达到84 nm/min，同时获得具有原子量级精度的加工表面，抛光后SiO2薄膜的粗糙度平均值和均方根分别为0.14和0.17 nm。
2020, 37(4): 927-934.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190529.003
摘要:
为了解决硅溶胶型壳在搬运、脱蜡过程中易开裂的难题，在撒砂材料中混杂尼龙66（PA66）纤维作为常温增强材料和成孔剂，制备不同PA66纤维质量分数的型壳。探究PA66纤维质量分数对型壳抗弯强度、透气性和气孔率的影响规律，并分析PA66纤维对型壳性能的影响机制。研究表明，PA66纤维大幅度提高了型壳的常温抗弯强度和透气性。随着PA66纤维质量分数的增加，型壳的常温抗弯强度和透气性均增大，焙烧后抗弯强度先增大后减小。当PA66纤维质量分数为0.75wt%时，综合性能达到最佳，焙烧后抗弯强度达7.94 MPa，与未混杂纤维的试样相差不大，但其常温抗弯强度达到4.80 MPa，比未混杂纤维的试样提高了32.21%，透气性和气孔率也增加至4.2和22.77%，比未混杂纤维的试样分别提高了90.91%和13.35%。
为了解决硅溶胶型壳在搬运、脱蜡过程中易开裂的难题，在撒砂材料中混杂尼龙66（PA66）纤维作为常温增强材料和成孔剂，制备不同PA66纤维质量分数的型壳。探究PA66纤维质量分数对型壳抗弯强度、透气性和气孔率的影响规律，并分析PA66纤维对型壳性能的影响机制。研究表明，PA66纤维大幅度提高了型壳的常温抗弯强度和透气性。随着PA66纤维质量分数的增加，型壳的常温抗弯强度和透气性均增大，焙烧后抗弯强度先增大后减小。当PA66纤维质量分数为0.75wt%时，综合性能达到最佳，焙烧后抗弯强度达7.94 MPa，与未混杂纤维的试样相差不大，但其常温抗弯强度达到4.80 MPa，比未混杂纤维的试样提高了32.21%，透气性和气孔率也增加至4.2和22.77%，比未混杂纤维的试样分别提高了90.91%和13.35%。
2020, 37(4): 935-943.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190909.001
摘要:
提出一种半解析法分析了一般边界条件下中等厚度功能梯度球环结构的自由振动特性。基于一阶剪切变形理论推导了中等厚度功能梯度球环结构公式，其中位移函数用改进傅里叶级数表示以消除边界的不连续性，并利用弹簧参数法来模拟一般边界条件；利用里兹法求解得到功能梯度球环结构的固有频率；在收敛性分析的基础上，将本文结果与有限元法、试验数据和文献数据进行了对比，并探讨相关参数的影响。研究表明，本文提出的方法收敛性好，求解精度高；功能梯度球环结构频率参数随厚度和剪切修正系数的增大而增大。
提出一种半解析法分析了一般边界条件下中等厚度功能梯度球环结构的自由振动特性。基于一阶剪切变形理论推导了中等厚度功能梯度球环结构公式，其中位移函数用改进傅里叶级数表示以消除边界的不连续性，并利用弹簧参数法来模拟一般边界条件；利用里兹法求解得到功能梯度球环结构的固有频率；在收敛性分析的基础上，将本文结果与有限元法、试验数据和文献数据进行了对比，并探讨相关参数的影响。研究表明，本文提出的方法收敛性好，求解精度高；功能梯度球环结构频率参数随厚度和剪切修正系数的增大而增大。
2020, 37(4): 944-951.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190828.001
摘要:
以磁选热闷渣、未磁选热闷渣、电炉渣和风淬渣作为研究对象，以乙二醇、三乙醇胺和无水乙醇制备钢渣助磨剂，钢渣助磨剂与钢渣进行复合获得钢渣超微粉。将钢渣超微粉与炭黑N220、促进剂、硫磺、ZnO、硬脂酸、天然橡胶进行复合，制备钢渣超微粉/橡胶复合材料。研究钢渣种类和钢渣助磨剂用量对钢渣超微粉/橡胶复合材料力学性能和阻燃性能的影响。利用XRF、XRD、LPSA和FTIR对化学成分、矿物组成、粒度分布和组成结构进行测试。结果表明，以电炉渣制备的钢渣超微粉/橡胶复合材料的力学性能最佳，以磁选热闷渣或未磁选热闷渣制备的钢渣超微粉/橡胶复合材料的阻燃性能最佳。钢渣助磨剂可以减小钢渣超微粉的粒度尺寸，改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度。随着钢渣助磨剂用量的增加，钢渣超微粉的粒度分布均匀程度改善，钢渣超微粉/橡胶复合材料的力学性能提高，阻燃性能降低。
以磁选热闷渣、未磁选热闷渣、电炉渣和风淬渣作为研究对象，以乙二醇、三乙醇胺和无水乙醇制备钢渣助磨剂，钢渣助磨剂与钢渣进行复合获得钢渣超微粉。将钢渣超微粉与炭黑N220、促进剂、硫磺、ZnO、硬脂酸、天然橡胶进行复合，制备钢渣超微粉/橡胶复合材料。研究钢渣种类和钢渣助磨剂用量对钢渣超微粉/橡胶复合材料力学性能和阻燃性能的影响。利用XRF、XRD、LPSA和FTIR对化学成分、矿物组成、粒度分布和组成结构进行测试。结果表明，以电炉渣制备的钢渣超微粉/橡胶复合材料的力学性能最佳，以磁选热闷渣或未磁选热闷渣制备的钢渣超微粉/橡胶复合材料的阻燃性能最佳。钢渣助磨剂可以减小钢渣超微粉的粒度尺寸，改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度。随着钢渣助磨剂用量的增加，钢渣超微粉的粒度分布均匀程度改善，钢渣超微粉/橡胶复合材料的力学性能提高，阻燃性能降低。
2020, 37(4): 952-961.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190730.004
摘要:
采用纳米压痕技术探讨了多壁碳纳米管（MWCNTs）对有骨料水泥基复合材料纳米尺度上力学性能的影响，分别对压痕模量（M）小于50 GPa和压痕硬度（H）小于4.0 GPa的数据进行了统计，对其频率分布进行了Gaussian函数（PDF）的解卷积分峰处理，并对低密度水化硅酸钙凝胶（LD C—S—H）和高密度水化硅酸钙 （HD C—S—H）凝胶进行了定量的体积分数计算。结果表明，除LD C—S—H、HD C—S—H、Ca（OH）2（CH）外，还出现了一个假相。MWCNTs降低了水化产物中LD C—S—H的体积分数，提高了HD C—S—H的体积分数，提高了C—S—H凝胶的压痕模量，但利用压痕模量和压痕硬度统计结果计算出的各相体积分数存在一定的差异。MWCNTs作为一种纳米晶核，对HD C—S—H凝胶形成起到了一定的诱导作用，从纳观尺度阐释了MWCNTs对水泥基材料的改性机制。
采用纳米压痕技术探讨了多壁碳纳米管（MWCNTs）对有骨料水泥基复合材料纳米尺度上力学性能的影响，分别对压痕模量（M）小于50 GPa和压痕硬度（H）小于4.0 GPa的数据进行了统计，对其频率分布进行了Gaussian函数（PDF）的解卷积分峰处理，并对低密度水化硅酸钙凝胶（LD C—S—H）和高密度水化硅酸钙 （HD C—S—H）凝胶进行了定量的体积分数计算。结果表明，除LD C—S—H、HD C—S—H、Ca（OH）2（CH）外，还出现了一个假相。MWCNTs降低了水化产物中LD C—S—H的体积分数，提高了HD C—S—H的体积分数，提高了C—S—H凝胶的压痕模量，但利用压痕模量和压痕硬度统计结果计算出的各相体积分数存在一定的差异。MWCNTs作为一种纳米晶核，对HD C—S—H凝胶形成起到了一定的诱导作用，从纳观尺度阐释了MWCNTs对水泥基材料的改性机制。
2020, 37(4): 962-970.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190730.003
摘要:
采用原位湿化学方法合成了LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂。采用XRD、SEM、XPS、BET、TG等表征技术对所制备LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂的组成、结构和形貌等进行分析。以可见光下（λ≥420 nm）降解罗丹明B（RhB）为探针反应，研究了LaCO3OH含量不同时LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂的光催化活性。结果表明，当La/In的摩尔比为15mol%时，LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂具有最高的降解活性，与In（OH）3/In2S3相比，活性提高约一倍。这可能是由于LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂具有较高的比表面积、合适的能带结构和较好的吸附性能。以对苯二甲酸为探针分子，光催化实验证明羟基自由基（·OH）是重要的活性物种。并提出了可能的降解机制。
采用原位湿化学方法合成了LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂。采用XRD、SEM、XPS、BET、TG等表征技术对所制备LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂的组成、结构和形貌等进行分析。以可见光下（λ≥420 nm）降解罗丹明B（RhB）为探针反应，研究了LaCO3OH含量不同时LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂的光催化活性。结果表明，当La/In的摩尔比为15mol%时，LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂具有最高的降解活性，与In（OH）3/In2S3相比，活性提高约一倍。这可能是由于LaCO3OH/In（OH）3/In2S3异质结光催化剂具有较高的比表面积、合适的能带结构和较好的吸附性能。以对苯二甲酸为探针分子，光催化实验证明羟基自由基（·OH）是重要的活性物种。并提出了可能的降解机制。
2020, 37(4): 971-977.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190612.001
摘要:
进行了0.3和0.5两种水灰比的水泥净浆从1~40天龄期的CT扫描试验，成功重构了水泥净浆尺度上的三维微观模型，观测了未水化水泥颗粒、水化产物和孔隙在这期间的形态变化。基于CT扫描的结果量化未水化水泥颗粒体积含量，进行了水化程度的计算。计算结果与常用的TGA方法进行比较，发现可比性好，CT扫描为一项较可靠的量化水泥水化程度的方法，但需要高精度的CT扫描设备。
进行了0.3和0.5两种水灰比的水泥净浆从1~40天龄期的CT扫描试验，成功重构了水泥净浆尺度上的三维微观模型，观测了未水化水泥颗粒、水化产物和孔隙在这期间的形态变化。基于CT扫描的结果量化未水化水泥颗粒体积含量，进行了水化程度的计算。计算结果与常用的TGA方法进行比较，发现可比性好，CT扫描为一项较可靠的量化水泥水化程度的方法，但需要高精度的CT扫描设备。
2020, 37(4): 978-984.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190717.001
摘要:
Si是一种很有前途的Li离子电池负极材料。为解决其巨大体积形变导致的容量衰退快、循环寿命短等问题，采用简单的搅拌和热还原，利用聚乙二醇衍生的薄碳修饰Si纳米颗粒（C-PEG@Si NPs），并通过石墨烯的桥联来制备具有多级包覆结构的石墨烯桥联C-PEG包覆的Si纳米颗粒（graphene@C-PEG@Si NPs）复合材料。利用SEM、TEM、X射线衍射、恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料结构、物相和电化学性能进行分析。C-PEG与石墨烯涂层可有效地减小Li离子储存过程中Si对电解质的暴露面积并缓解其体积膨胀。研究结果表明，相比纯Si，graphene@C-PEG@Si NPs复合材料表现出优异的电化学性能，在210 mA/g 的电流密度下，经过100次循环可逆比容量仍高达1 032 mAh/g，电极在4 200 mA/g的大电流密度下循环100次，其比容量仍保持在430 mAh/g以上。
Si是一种很有前途的Li离子电池负极材料。为解决其巨大体积形变导致的容量衰退快、循环寿命短等问题，采用简单的搅拌和热还原，利用聚乙二醇衍生的薄碳修饰Si纳米颗粒（C-PEG@Si NPs），并通过石墨烯的桥联来制备具有多级包覆结构的石墨烯桥联C-PEG包覆的Si纳米颗粒（graphene@C-PEG@Si NPs）复合材料。利用SEM、TEM、X射线衍射、恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料结构、物相和电化学性能进行分析。C-PEG与石墨烯涂层可有效地减小Li离子储存过程中Si对电解质的暴露面积并缓解其体积膨胀。研究结果表明，相比纯Si，graphene@C-PEG@Si NPs复合材料表现出优异的电化学性能，在210 mA/g 的电流密度下，经过100次循环可逆比容量仍高达1 032 mAh/g，电极在4 200 mA/g的大电流密度下循环100次，其比容量仍保持在430 mAh/g以上。
2020, 37(4): 985-996.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190731.001
摘要:
为研究高温后高延性混凝土（HDC）的抗压性能，考虑温度、冷却及养护方式、静置时间三个因素设计了49组立方体试件，并测试其抗压强度。通过5组棱柱体试件的超声回弹试验，探讨HDC抗压强度、经历最高温度与超声波速和回弹值的相互关系。结果表明：温度对抗压强度影响较大，随着温度升高，抗压强度降低；温度低于200℃时，冷却方式的影响不可忽略；温度为400℃时，静置时间对自然冷却试件也有较大影响。超声回弹试验表明，HDC抗压强度与超声波速和回弹值有良好的相关性；通过回归分析，建立了高温后HDC测强曲线及推定其经历最高温度的公式。借助XRD、SEM和热重-差热分析（TG-DSC）等试验，揭示了高温对HDC力学性能影响的微观机制。
为研究高温后高延性混凝土（HDC）的抗压性能，考虑温度、冷却及养护方式、静置时间三个因素设计了49组立方体试件，并测试其抗压强度。通过5组棱柱体试件的超声回弹试验，探讨HDC抗压强度、经历最高温度与超声波速和回弹值的相互关系。结果表明：温度对抗压强度影响较大，随着温度升高，抗压强度降低；温度低于200℃时，冷却方式的影响不可忽略；温度为400℃时，静置时间对自然冷却试件也有较大影响。超声回弹试验表明，HDC抗压强度与超声波速和回弹值有良好的相关性；通过回归分析，建立了高温后HDC测强曲线及推定其经历最高温度的公式。借助XRD、SEM和热重-差热分析（TG-DSC）等试验，揭示了高温对HDC力学性能影响的微观机制。
