2020年 第37卷 第5期
2020, 37(5): 997-1014.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190919.001
摘要:
常规的聚合物与石墨烯组成复合材料时，聚合物的引入经常会损害石墨烯的一些性能，如降低石墨烯材料本征的高导电性、导热能力、高比表面积等，因此石墨烯/聚合物复合材料的应用也受到颇多限制。如果基于不同的应用，通过设计或选用具有特定性能的功能聚合物，可以有针对性地增强石墨烯某些特定的性质，提高石墨烯/聚合物复合材料的应用性能，减弱甚至消除复合材料应用的限制性。本文基于上述这一功能聚合物定义范畴，以石墨烯/聚合物复合材料中石墨烯的维度进行分类，包括三维网络结构石墨烯、二维薄膜结构石墨烯、一维纤维结构石墨烯，介绍并讨论石墨烯/功能聚合物复合材料的制备方法和当前的应用进展，并分析存在的问题及发展前景。
常规的聚合物与石墨烯组成复合材料时，聚合物的引入经常会损害石墨烯的一些性能，如降低石墨烯材料本征的高导电性、导热能力、高比表面积等，因此石墨烯/聚合物复合材料的应用也受到颇多限制。如果基于不同的应用，通过设计或选用具有特定性能的功能聚合物，可以有针对性地增强石墨烯某些特定的性质，提高石墨烯/聚合物复合材料的应用性能，减弱甚至消除复合材料应用的限制性。本文基于上述这一功能聚合物定义范畴，以石墨烯/聚合物复合材料中石墨烯的维度进行分类，包括三维网络结构石墨烯、二维薄膜结构石墨烯、一维纤维结构石墨烯，介绍并讨论石墨烯/功能聚合物复合材料的制备方法和当前的应用进展，并分析存在的问题及发展前景。
2020, 37(5): 1015-1023.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190911.001
摘要:
采用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷(VTMO)改性石墨烯(GE)，利用溶胶-凝胶法在GE表面包覆SiO2微球，得到SiO2包覆改性石墨烯(SiO2@(VTMO-GE))，以二烯丙基双酚A(BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂，4,4′-二氨基二苯甲烷型双马树脂(MBMI)为单体，制备MBMI-BBA-BBE(MBAE)树脂基体；同时，以SiO2@(VTMO-GE)为增强体，采用原位聚合法制备SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料。对VTMO-GE及包覆效果进行表征和分析，研究SiO2@(VTMO-GE)增强体与SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料性能之间的关系。结果表明：VTMO成功改性GE，且SiO2微球均匀包覆在VTMO-GE表面；SiO2@(VTMO-GE)提高了SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料性能。当SiO2@(VTMO-GE)掺杂量为2.0wt%时，SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度达到最大，分别为23.0 kJ/m2和157.4 MPa，较聚合物基体分别提高了150%和58%；在频率为102~104 Hz范围内，介电常数较为平稳，约为70.0；介电损耗约为3.7×10−3，耐热性能随SiO2@(VTMO-GE)掺杂量的增加有所提高。SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料具有优异的综合性能，为其进一步应用奠定了基础。
采用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷(VTMO)改性石墨烯(GE)，利用溶胶-凝胶法在GE表面包覆SiO2微球，得到SiO2包覆改性石墨烯(SiO2@(VTMO-GE))，以二烯丙基双酚A(BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂，4,4′-二氨基二苯甲烷型双马树脂(MBMI)为单体，制备MBMI-BBA-BBE(MBAE)树脂基体；同时，以SiO2@(VTMO-GE)为增强体，采用原位聚合法制备SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料。对VTMO-GE及包覆效果进行表征和分析，研究SiO2@(VTMO-GE)增强体与SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料性能之间的关系。结果表明：VTMO成功改性GE，且SiO2微球均匀包覆在VTMO-GE表面；SiO2@(VTMO-GE)提高了SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料性能。当SiO2@(VTMO-GE)掺杂量为2.0wt%时，SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度达到最大，分别为23.0 kJ/m2和157.4 MPa，较聚合物基体分别提高了150%和58%；在频率为102~104 Hz范围内，介电常数较为平稳，约为70.0；介电损耗约为3.7×10−3，耐热性能随SiO2@(VTMO-GE)掺杂量的增加有所提高。SiO2@(VTMO-GE)/MBAE复合材料具有优异的综合性能，为其进一步应用奠定了基础。
2020, 37(5): 1024-1032.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190923.001
摘要:
为了提升柔性应变传感器性能，采用静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺丝膜后，将自制纳米Ag线(AgNWs)抽滤在PVDF静电纺丝膜表面，作为导电层。采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对导电层进行双面固化，制备了系列导电层中不同AgNWs含量的新型三明治结构的PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器，并对其性能进行表征和分析。结果表明，静电纺丝膜的引入明显改善了PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器的各项性能，减少了滞后现象，增加了传感器的灵敏度和可重复性，并大幅提升了使用寿命。当导电层中AgNWs质量为 0.030 g，应变达到10%时，PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器灵敏度的传感系数可达143.85。对PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器进行30天可重复试验后，在设定位移为5 mm、每天拉伸20次的条件下，PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器的初始电阻值仅比初次试验时增加了约2 Ω，较最大位移时的电阻值可忽略不计。
为了提升柔性应变传感器性能，采用静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺丝膜后，将自制纳米Ag线(AgNWs)抽滤在PVDF静电纺丝膜表面，作为导电层。采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对导电层进行双面固化，制备了系列导电层中不同AgNWs含量的新型三明治结构的PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器，并对其性能进行表征和分析。结果表明，静电纺丝膜的引入明显改善了PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器的各项性能，减少了滞后现象，增加了传感器的灵敏度和可重复性，并大幅提升了使用寿命。当导电层中AgNWs质量为 0.030 g，应变达到10%时，PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器灵敏度的传感系数可达143.85。对PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器进行30天可重复试验后，在设定位移为5 mm、每天拉伸20次的条件下，PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器的初始电阻值仅比初次试验时增加了约2 Ω，较最大位移时的电阻值可忽略不计。
2020, 37(5): 1033-1040.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190902.002
摘要:
以麦秸秆纤维(WF)和高密度聚乙烯(HDPE)为原料，利用混炼和注塑成型的方法制备WF/HDPE复合材料。考察了木聚糖酶、漆酶、脂肪酶、木聚糖酶与脂肪酶复合处理对WF/HDPE复合材料力学性能、热稳定性、吸水率的影响，通过FTIR分析了酶处理前后的WF化学官能团变化，利用SEM观察了酶处理前后的WF表面形貌和WF/HDPE复合材料拉伸断裂面。结果表明：当WF/HDPE复合材料经木聚糖酶与脂肪酶复合处理后，吸水率最低且WF/HDPE复合材料的力学性能最好，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量分别达到23.4 MPa、34.0 MPa、1 944.6 MPa；TG结果表明WF/HDPE的热分解过程分两个部分：WF的分解过程和HDPE的分解过程，酶能有效提高WF/HDPE的热稳定性；FTIR显示经酶处理后，WF的羟基振动峰微弱减小，在1 706~1 290 cm−1处光谱上出现部分小峰，SiO2的振动峰变得平缓；SEM显示经酶处理后，WF表面变粗糙，WF与HDPE结合紧密，其中经木聚糖酶和脂肪酶共同处理后两者界面结合性能最好。
以麦秸秆纤维(WF)和高密度聚乙烯(HDPE)为原料，利用混炼和注塑成型的方法制备WF/HDPE复合材料。考察了木聚糖酶、漆酶、脂肪酶、木聚糖酶与脂肪酶复合处理对WF/HDPE复合材料力学性能、热稳定性、吸水率的影响，通过FTIR分析了酶处理前后的WF化学官能团变化，利用SEM观察了酶处理前后的WF表面形貌和WF/HDPE复合材料拉伸断裂面。结果表明：当WF/HDPE复合材料经木聚糖酶与脂肪酶复合处理后，吸水率最低且WF/HDPE复合材料的力学性能最好，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量分别达到23.4 MPa、34.0 MPa、1 944.6 MPa；TG结果表明WF/HDPE的热分解过程分两个部分：WF的分解过程和HDPE的分解过程，酶能有效提高WF/HDPE的热稳定性；FTIR显示经酶处理后，WF的羟基振动峰微弱减小，在1 706~1 290 cm−1处光谱上出现部分小峰，SiO2的振动峰变得平缓；SEM显示经酶处理后，WF表面变粗糙，WF与HDPE结合紧密，其中经木聚糖酶和脂肪酶共同处理后两者界面结合性能最好。
2020, 37(5): 1041-1048.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190807.002
摘要:
本文针对航空器结构用碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料为研究对象，开展电阻焊接工艺研究；利用CF/PPS复合材料混编织物作为电阻元件，成功制备了CF/PPS复合材料层板电阻焊接接头；重点利用Taguchi方法和方差分析获取CF/PPS复合材料层板电阻焊接最佳工艺参数(电流为12 A，压力为1.5 MPa，时间为30 min)及各参数对焊接接头剪切强度的贡献(电流为83.37%，压力为9.55%，时间为6.02%)。最佳焊接工艺参数焊接的接头单搭接剪切强度约为17.88 MPa；同时，对最佳参数焊接试样(H-LSS)和较低剪切强度试样(L-LSS)的焊接接头截面和剪切失效断口形貌进行了观察和分析。结果表明：H-LSS试样的焊缝区域树脂填充和浸润良好，且主要剪切失效形式为层间剪切失效，即为纤维与树脂基体脱黏及CF/PPS织物复合材料断裂混合失效；L-LSS试样的焊缝区域树脂填充和浸润较差，存在较多空隙，且剪切失效形式为焊缝界面脱黏失效。
本文针对航空器结构用碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料为研究对象，开展电阻焊接工艺研究；利用CF/PPS复合材料混编织物作为电阻元件，成功制备了CF/PPS复合材料层板电阻焊接接头；重点利用Taguchi方法和方差分析获取CF/PPS复合材料层板电阻焊接最佳工艺参数(电流为12 A，压力为1.5 MPa，时间为30 min)及各参数对焊接接头剪切强度的贡献(电流为83.37%，压力为9.55%，时间为6.02%)。最佳焊接工艺参数焊接的接头单搭接剪切强度约为17.88 MPa；同时，对最佳参数焊接试样(H-LSS)和较低剪切强度试样(L-LSS)的焊接接头截面和剪切失效断口形貌进行了观察和分析。结果表明：H-LSS试样的焊缝区域树脂填充和浸润良好，且主要剪切失效形式为层间剪切失效，即为纤维与树脂基体脱黏及CF/PPS织物复合材料断裂混合失效；L-LSS试样的焊缝区域树脂填充和浸润较差，存在较多空隙，且剪切失效形式为焊缝界面脱黏失效。
2020, 37(5): 1049-1055.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190730.006
摘要:
为了充分了解热隔膜成型过程中预浸料的变形行为，通过偏轴拉伸测试探索了热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料在高温条件下的面内变形机制。研究参数包括试验温度、拉伸速率、预热时间和铺层顺序等。利用数字图像相关技术，在测试过程中监测单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形和纤维的旋转情况。结果表明，提高试验温度或降低拉伸速率均有利于促进单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形。铺层顺序对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层的变形行为有很大影响，[45/–45/90]S铺层方式比 [45/90/–45]S铺层方式更有利于纤维旋转，且[45/–45/90]S铺层方式变形阻力更小。采用铰链连接网(Pin-joined net, PJN) 理论对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层变形过程中纤维角度变化进行预测并与实验结果进行对比，结果表明，用PJN理论预测的纤维旋转角度值与测试值存在较大偏差，说明其并不适用于预测热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料变形过程中纤维角的变化。同时，80℃预加热可以提高单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形阻力。
为了充分了解热隔膜成型过程中预浸料的变形行为，通过偏轴拉伸测试探索了热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料在高温条件下的面内变形机制。研究参数包括试验温度、拉伸速率、预热时间和铺层顺序等。利用数字图像相关技术，在测试过程中监测单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形和纤维的旋转情况。结果表明，提高试验温度或降低拉伸速率均有利于促进单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形。铺层顺序对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层的变形行为有很大影响，[45/–45/90]S铺层方式比 [45/90/–45]S铺层方式更有利于纤维旋转，且[45/–45/90]S铺层方式变形阻力更小。采用铰链连接网(Pin-joined net, PJN) 理论对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层变形过程中纤维角度变化进行预测并与实验结果进行对比，结果表明，用PJN理论预测的纤维旋转角度值与测试值存在较大偏差，说明其并不适用于预测热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料变形过程中纤维角的变化。同时，80℃预加热可以提高单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形阻力。
2020, 37(5): 1056-1062.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190918.002
摘要:
分别用硅烷偶联剂KH560改性凹凸棒土(Attapulgite，ATP)和氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，并将其复合制备ATP-GO复合物。以环氧树脂(Epoxy，EP)为基体，采用原位聚合法制备ATP-GO/EP复合材料。采用SEM和FTIR对ATP-GO复合物的形貌和化学结构进行表征。结果表明：ATP与GO成功键合并附着在GO表面；ATP-GO的加入，提高了EP的冲击强度、弯曲强度和热稳定性，降低了其介电常数和介电损耗。3wt%ATP-0.5wt%GO/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度分别为138.58 MPa和20.80 kJ/m2，比纯EP分别提高了75.5%和351.6%，而其介电常数和介电损耗分别低至3.36和0.0118，比纯EP降低了7.7%和27.3%。
分别用硅烷偶联剂KH560改性凹凸棒土(Attapulgite，ATP)和氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，并将其复合制备ATP-GO复合物。以环氧树脂(Epoxy，EP)为基体，采用原位聚合法制备ATP-GO/EP复合材料。采用SEM和FTIR对ATP-GO复合物的形貌和化学结构进行表征。结果表明：ATP与GO成功键合并附着在GO表面；ATP-GO的加入，提高了EP的冲击强度、弯曲强度和热稳定性，降低了其介电常数和介电损耗。3wt%ATP-0.5wt%GO/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度分别为138.58 MPa和20.80 kJ/m2，比纯EP分别提高了75.5%和351.6%，而其介电常数和介电损耗分别低至3.36和0.0118，比纯EP降低了7.7%和27.3%。
2020, 37(5): 1063-1069.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190924.001
摘要:
为了改善锂离子电池隔膜的热力学和电化学等性能，以聚乙烯-乙烯醇锂(EVOH-Li)和热塑性聚氨酯(TPU)为原料，利用高压静电纺丝法进行双针头同时纺丝，制备了两种不同纤维丝相互缠结的EVOH-Li-TPU共纺膜。其中，EVOH-Li具有自由脱嵌的锂离子，可以增加电池隔膜的离子导电性；TPU具有良好的力学性能和韧性，可以增加锂离子电池隔膜的抗穿刺性，从而提高其安全性。研究了EVOH-Li-TPU共纺膜的微观形貌、力学性能、吸液率、孔隙率、热学性能及电化学性能，并与EVOH-Li和TPU单纺膜的相关性能进行对比。结果表明，EVOH-Li-TPU共纺膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.09 MPa和79.26%，孔隙率和吸液率分别达到84%和321%，室温离子电导率为4.41×10–4 S/cm，界面阻抗相比EVOH-Li和TPU单纺膜显著降低，电化学窗口为5.0 V，EVOH-Li-TPU共纺膜相比于EVOH-Li和TPU单纺膜，各种性能均有所增强。
为了改善锂离子电池隔膜的热力学和电化学等性能，以聚乙烯-乙烯醇锂(EVOH-Li)和热塑性聚氨酯(TPU)为原料，利用高压静电纺丝法进行双针头同时纺丝，制备了两种不同纤维丝相互缠结的EVOH-Li-TPU共纺膜。其中，EVOH-Li具有自由脱嵌的锂离子，可以增加电池隔膜的离子导电性；TPU具有良好的力学性能和韧性，可以增加锂离子电池隔膜的抗穿刺性，从而提高其安全性。研究了EVOH-Li-TPU共纺膜的微观形貌、力学性能、吸液率、孔隙率、热学性能及电化学性能，并与EVOH-Li和TPU单纺膜的相关性能进行对比。结果表明，EVOH-Li-TPU共纺膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.09 MPa和79.26%，孔隙率和吸液率分别达到84%和321%，室温离子电导率为4.41×10–4 S/cm，界面阻抗相比EVOH-Li和TPU单纺膜显著降低，电化学窗口为5.0 V，EVOH-Li-TPU共纺膜相比于EVOH-Li和TPU单纺膜，各种性能均有所增强。
2020, 37(5): 1070-1080.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191021.001
摘要:
通过模压成型，采用氧化石墨烯(GO)对四种碳纤维(CCF300、T700、CCF800、CCM40J)织物/环氧树脂(CF/EP)复合材料进行改性，通过复合材料的微观形貌、动态热力学性能等研究了GO对四种不同表面性质的CF/EP复合材料的改性效果。研究表明，添加GO后，GO/EP对四种CF的浸润性均比EP明显提高，纤维与GO/EP间的界面黏接比与EP基体间的黏接明显改善；CF/EP复合材料的破坏主要发生在CF与EP的界面，而GO的存在使GO-CF/EP复合材料的破坏由CF与EP基体的界面向GO/EP区域过渡。CF表面的氧碳比和沟槽均显著影响复合材料的玻璃化转变温度(Tg)，具有最高表面氧碳比的GO-CCF300/EP复合材料表现出最高的Tg，但沟槽更丰富的CCM40J和CCF300碳纤维对CF/EP复合材料的Tg表现出更好的GO改性效果。
通过模压成型，采用氧化石墨烯(GO)对四种碳纤维(CCF300、T700、CCF800、CCM40J)织物/环氧树脂(CF/EP)复合材料进行改性，通过复合材料的微观形貌、动态热力学性能等研究了GO对四种不同表面性质的CF/EP复合材料的改性效果。研究表明，添加GO后，GO/EP对四种CF的浸润性均比EP明显提高，纤维与GO/EP间的界面黏接比与EP基体间的黏接明显改善；CF/EP复合材料的破坏主要发生在CF与EP的界面，而GO的存在使GO-CF/EP复合材料的破坏由CF与EP基体的界面向GO/EP区域过渡。CF表面的氧碳比和沟槽均显著影响复合材料的玻璃化转变温度(Tg)，具有最高表面氧碳比的GO-CCF300/EP复合材料表现出最高的Tg，但沟槽更丰富的CCM40J和CCF300碳纤维对CF/EP复合材料的Tg表现出更好的GO改性效果。
2020, 37(5): 1081-1087.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190725.001
摘要:
将芳纶作为捆绑纱制备纬编双轴向多层衬纱(MBWK)织物增强环氧树脂复合材料，研究了MBWK织物增强环氧树脂复合材料层间性能及芳纶捆绑纱对其层间性能的影响。通过三点弯曲和短梁剪切测试，得到MBWK织物增强环氧树脂复合材料的弯曲性能和层间剪切性能，并通过Aramis V6三维场应变测量系统观察实验过程中层间应变变化。与传统涤纶低弹丝捆绑的MBWK织物增强环氧树脂复合材料相比，芳纶捆绑MBWK织物增强环氧树脂复合材料的弯曲性能和层间剪切性能明显提升，弯曲强度和层间剪切强度分别提高了14.21%和12.70%；弯曲模量提高了25.49%。芳纶捆绑MBWK织物增强环氧树脂复合材料在受到面外载荷时，纵向应变(Epsilon X)和层间剪切应变(Epsilon XZ)在中性面区域内较大，且在受到面外载荷时，芳纶捆绑纱起到有效抑制复合材料分层的作用。
将芳纶作为捆绑纱制备纬编双轴向多层衬纱(MBWK)织物增强环氧树脂复合材料，研究了MBWK织物增强环氧树脂复合材料层间性能及芳纶捆绑纱对其层间性能的影响。通过三点弯曲和短梁剪切测试，得到MBWK织物增强环氧树脂复合材料的弯曲性能和层间剪切性能，并通过Aramis V6三维场应变测量系统观察实验过程中层间应变变化。与传统涤纶低弹丝捆绑的MBWK织物增强环氧树脂复合材料相比，芳纶捆绑MBWK织物增强环氧树脂复合材料的弯曲性能和层间剪切性能明显提升，弯曲强度和层间剪切强度分别提高了14.21%和12.70%；弯曲模量提高了25.49%。芳纶捆绑MBWK织物增强环氧树脂复合材料在受到面外载荷时，纵向应变(Epsilon X)和层间剪切应变(Epsilon XZ)在中性面区域内较大，且在受到面外载荷时，芳纶捆绑纱起到有效抑制复合材料分层的作用。
2020, 37(5): 1088-1095.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190708.001
摘要:
为了研究服役温度对铝合金-碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料粘接接头准静态失效的影响，本文加工了铝合金-CFRP复合材料粘接接头。考虑车辆实际运行工况下的服役温度，选取低温(−40℃)、常温(20℃)和高温(80℃)三种环境温度，结合设计的Arcan夹具对铝合金-CFRP复合材料粘接接头分别进行1 mm/min和100 mm/min的准静态试验，得到不同温度下铝合金-CFRP复合材料对接接头(BJs)、45°嵌接接头(45°SJs)和剪切接头(TSJs)的准静态失效强度，并结合失效断面对接头失效形式进行分析，建立了失效准则方程和三维响应曲面。结果表明：不同加载速率下的铝合金-CFRP复合材料粘接接头失效强度在高温环境下均呈明显的下降趋势，在低温环境下均呈一定程度的上升趋势。高温下的失效模式为胶层的内聚失效，低温下的失效模式中纤维撕裂的比例上升。相对于1 mm/min加载速率下的准静态失效强度，各温度和应力状态下的铝合金-CFRP复合材料粘接接头在100 mm/min加载速率下的准静态失效强度明显提高。
为了研究服役温度对铝合金-碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料粘接接头准静态失效的影响，本文加工了铝合金-CFRP复合材料粘接接头。考虑车辆实际运行工况下的服役温度，选取低温(−40℃)、常温(20℃)和高温(80℃)三种环境温度，结合设计的Arcan夹具对铝合金-CFRP复合材料粘接接头分别进行1 mm/min和100 mm/min的准静态试验，得到不同温度下铝合金-CFRP复合材料对接接头(BJs)、45°嵌接接头(45°SJs)和剪切接头(TSJs)的准静态失效强度，并结合失效断面对接头失效形式进行分析，建立了失效准则方程和三维响应曲面。结果表明：不同加载速率下的铝合金-CFRP复合材料粘接接头失效强度在高温环境下均呈明显的下降趋势，在低温环境下均呈一定程度的上升趋势。高温下的失效模式为胶层的内聚失效，低温下的失效模式中纤维撕裂的比例上升。相对于1 mm/min加载速率下的准静态失效强度，各温度和应力状态下的铝合金-CFRP复合材料粘接接头在100 mm/min加载速率下的准静态失效强度明显提高。
2020, 37(5): 1096-1105.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190719.001
摘要:
为了探究γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对SiO2-聚丙烯酸酯(PAcr)复合微球结构与性能的影响，在丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的自由基悬浮共聚合体系中加入MPS、MPS偶联改性的SiO2(MPS-SiO2)纳米粒子或MPS偶联改性SiO2纳米粒子的原始分散液，分别考察了非偶联MPS的量、偶联MPS的量、偶联与非偶联MPS的相对含量对SiO2-PAcr复合微球交联程度和交联结构的作用规律，并进一步对比了具有不同交联结构复合微球的剪切取向能力。通过TEM观察发现，非偶联MPS会水解自缩聚产生直径约6 nm的颗粒（即MPS水解颗粒），表面带有可聚合双键，能起到交联作用。MPS偶联改性SiO2纳米粒子原始分散液除含有MPS-SiO2纳米粒子外，还含有MPS水解颗粒，因而能构筑双重交联结构。具有这种双重交联结构的复合微球在HAAKE转矩流变仪中经熔融剪切可形成平均长径比高达12.0的取向体，而单独以MPS水解颗粒或MPS-SiO2纳米粒子为交联点的微球经相同的熔融剪切过程只能形成平均长径比分别为9.1和8.8的取向体。这表明，偶联和非偶联MPS所构造的两种不同尺度的交联结构对SiO2-PAcr复合微球剪切取向能力的提高有着显著的协同作用。
为了探究γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对SiO2-聚丙烯酸酯(PAcr)复合微球结构与性能的影响，在丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的自由基悬浮共聚合体系中加入MPS、MPS偶联改性的SiO2(MPS-SiO2)纳米粒子或MPS偶联改性SiO2纳米粒子的原始分散液，分别考察了非偶联MPS的量、偶联MPS的量、偶联与非偶联MPS的相对含量对SiO2-PAcr复合微球交联程度和交联结构的作用规律，并进一步对比了具有不同交联结构复合微球的剪切取向能力。通过TEM观察发现，非偶联MPS会水解自缩聚产生直径约6 nm的颗粒（即MPS水解颗粒），表面带有可聚合双键，能起到交联作用。MPS偶联改性SiO2纳米粒子原始分散液除含有MPS-SiO2纳米粒子外，还含有MPS水解颗粒，因而能构筑双重交联结构。具有这种双重交联结构的复合微球在HAAKE转矩流变仪中经熔融剪切可形成平均长径比高达12.0的取向体，而单独以MPS水解颗粒或MPS-SiO2纳米粒子为交联点的微球经相同的熔融剪切过程只能形成平均长径比分别为9.1和8.8的取向体。这表明，偶联和非偶联MPS所构造的两种不同尺度的交联结构对SiO2-PAcr复合微球剪切取向能力的提高有着显著的协同作用。
2020, 37(5): 1106-1113.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190917.001
摘要:
利用水下爆炸焊接法制备了Ti-Cu层状复合材料。为研究Ti-Cu层状复合材料静态荷载下变形和失效机制，对Ti-Cu层状复合材料进行了室温条件下单轴拉伸实验和预制裂纹的三点弯曲实验，并与Ti单层板和Cu单层板进行对比分析，采用SEM观察断口形貌。通过拉伸和三点弯曲实验后的微观分析表明：在拉伸实验中，Ti-Cu层状复合材料的破坏是由于多方向应力耦合作用，加工硬化和界面效应使其拉伸强度远高于Ti单层板和Cu单层板；在预制裂纹的三点弯曲实验中，Ti-Cu层状复合材料的断裂是多重损伤失效相互作用的结果。Cu层形成大量的滑移带和变形带，Ti层产生大量的微裂纹，Ti-Cu层状复合材料由于多种损伤累积，形成一种特有的沿基体和界面交替传播的裂纹形态；相对于均质金属，Ti-Cu层状复合材料复杂的变形和失效行为是其力学性能提高的重要原因。
利用水下爆炸焊接法制备了Ti-Cu层状复合材料。为研究Ti-Cu层状复合材料静态荷载下变形和失效机制，对Ti-Cu层状复合材料进行了室温条件下单轴拉伸实验和预制裂纹的三点弯曲实验，并与Ti单层板和Cu单层板进行对比分析，采用SEM观察断口形貌。通过拉伸和三点弯曲实验后的微观分析表明：在拉伸实验中，Ti-Cu层状复合材料的破坏是由于多方向应力耦合作用，加工硬化和界面效应使其拉伸强度远高于Ti单层板和Cu单层板；在预制裂纹的三点弯曲实验中，Ti-Cu层状复合材料的断裂是多重损伤失效相互作用的结果。Cu层形成大量的滑移带和变形带，Ti层产生大量的微裂纹，Ti-Cu层状复合材料由于多种损伤累积，形成一种特有的沿基体和界面交替传播的裂纹形态；相对于均质金属，Ti-Cu层状复合材料复杂的变形和失效行为是其力学性能提高的重要原因。
2020, 37(5): 1114-1122.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190909.003
摘要:
采用溶胶-凝胶法制备了硅钙复合溶胶，并在压电陶瓷表面制备硅钙复合膜，以改善水泥基压电陶瓷复合材料界面。确定了溶胶配比，研究了陈化、低温热处理和硅烷偶联剂对覆硅钙复合膜压电陶瓷接触角、压电和介电性能的影响。结果表明，硅钙复合溶胶中Ca与Si摩尔比>0.2时不利于成膜；提高陈化温度和延长陈化时间可明显减小硅钙复合膜的接触角；硅钙复合膜层数最佳为3层，烧结温度不大于160℃；加入微量硅烷偶联剂可有效改善膜层开裂。制备的硅钙复合膜接触角最小为27°，亲水性好。
采用溶胶-凝胶法制备了硅钙复合溶胶，并在压电陶瓷表面制备硅钙复合膜，以改善水泥基压电陶瓷复合材料界面。确定了溶胶配比，研究了陈化、低温热处理和硅烷偶联剂对覆硅钙复合膜压电陶瓷接触角、压电和介电性能的影响。结果表明，硅钙复合溶胶中Ca与Si摩尔比>0.2时不利于成膜；提高陈化温度和延长陈化时间可明显减小硅钙复合膜的接触角；硅钙复合膜层数最佳为3层，烧结温度不大于160℃；加入微量硅烷偶联剂可有效改善膜层开裂。制备的硅钙复合膜接触角最小为27°，亲水性好。
2020, 37(5): 1123-1129.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190730.005
摘要:
采用一锅溶胶-凝胶法，以酚醛树脂为软模板、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为制孔剂、四乙氧基硅烷(TEOS)为硅源，通过改变铁源制备了不同形貌的磁性中空介孔硅铁复合微球(FexOy/HMS)，并考察了铁源在复合微球形成中的调控作用。利用 XRD、SEM、TEM以及振动样品磁强计(VSM)分别对其晶型结构、形貌和磁性进行了表征和分析。结果表明，乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)有助于复合微球壳层的形成，合成的复合微球更加光滑规整。对以Fe(acac)3为铁源合成的FexOy/HMS复合微球磁性化后进行接枝聚丙烯腈(PAN)，并经聚偕胺肟(PAO)化制得FexOy/HMS接枝聚偕胺肟(FexOy/HMS-g-PAO)复合材料，其比饱和磁化强度达8.6 emu/g，可用于水中Cr(Ⅵ)的吸附与快速分离。以浓度为100 mg/L的K2Cr2O7溶液为目标溶液，pH = 2时平衡吸附量达123.75 mg/g。
采用一锅溶胶-凝胶法，以酚醛树脂为软模板、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为制孔剂、四乙氧基硅烷(TEOS)为硅源，通过改变铁源制备了不同形貌的磁性中空介孔硅铁复合微球(FexOy/HMS)，并考察了铁源在复合微球形成中的调控作用。利用 XRD、SEM、TEM以及振动样品磁强计(VSM)分别对其晶型结构、形貌和磁性进行了表征和分析。结果表明，乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)有助于复合微球壳层的形成，合成的复合微球更加光滑规整。对以Fe(acac)3为铁源合成的FexOy/HMS复合微球磁性化后进行接枝聚丙烯腈(PAN)，并经聚偕胺肟(PAO)化制得FexOy/HMS接枝聚偕胺肟(FexOy/HMS-g-PAO)复合材料，其比饱和磁化强度达8.6 emu/g，可用于水中Cr(Ⅵ)的吸附与快速分离。以浓度为100 mg/L的K2Cr2O7溶液为目标溶液，pH = 2时平衡吸附量达123.75 mg/g。
2020, 37(5): 1130-1137.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190911.002
摘要:
以石蜡为代表的固-液相变储能材料存在导热率低和热稳定性差两大问题，为了提高其导热性能，以酚醛树脂为碳质黏结剂前驱体，采用浆料成型法制备碳纤维-纳米石墨片(CF-GNP)复合网络体，并通过真空浸渍石蜡，制得CF-GNP/石蜡复合材料。表征和分析了CF和GNP含量对CF-GNP网络体微观形貌和CF-GNP/石蜡相变储能复合材料导热效率及热稳定性的影响。结果表明，CF-GNP/石蜡复合材料的导热效率较纯石蜡大幅增加。CF-GNP网络体中CF含量越低，GNP导热增强效应越明显。CF-GNP网络体中CF和GNP含量分别为50wt%、10wt%时，CF-GNP/石蜡复合材料的升温时间较CF含量为50wt%的CF/石蜡复合材料缩短了39.9%，当CF含量分别为70wt%和85wt%时，分别缩短了24.5%和9.4%。40次热循环稳定性测试表明，CF-GNP/石蜡复合材料具有良好热稳定性。
以石蜡为代表的固-液相变储能材料存在导热率低和热稳定性差两大问题，为了提高其导热性能，以酚醛树脂为碳质黏结剂前驱体，采用浆料成型法制备碳纤维-纳米石墨片(CF-GNP)复合网络体，并通过真空浸渍石蜡，制得CF-GNP/石蜡复合材料。表征和分析了CF和GNP含量对CF-GNP网络体微观形貌和CF-GNP/石蜡相变储能复合材料导热效率及热稳定性的影响。结果表明，CF-GNP/石蜡复合材料的导热效率较纯石蜡大幅增加。CF-GNP网络体中CF含量越低，GNP导热增强效应越明显。CF-GNP网络体中CF和GNP含量分别为50wt%、10wt%时，CF-GNP/石蜡复合材料的升温时间较CF含量为50wt%的CF/石蜡复合材料缩短了39.9%，当CF含量分别为70wt%和85wt%时，分别缩短了24.5%和9.4%。40次热循环稳定性测试表明，CF-GNP/石蜡复合材料具有良好热稳定性。
2020, 37(5): 1138-1147.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190924.003
摘要:
以碳化植物纤维(CPF)为载体，将纳米TiO2附着于纤维表面，通过浸渍煅烧法和溶剂热法合成纳米TiO2/CPF复合光催化剂，并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、HRTEM、XRD、EDS分析了纳米TiO2/CPF复合光催化剂的微观结构和化学组成；以光催化降解亚甲基蓝为模型反应，考察复合材料中不同纤维种类和TiO2负载量对光催化活性的影响。结果表明，在一定范围内随TiO2负载量的增加，纳米TiO2/CPF复合材料光催化性能先增强后减弱。纳米TiO2/CPF复合材料的光催化性能明显提高是由于在TiO2和碳纤维界面的良好电荷分离能力。降解染料的活性物种有超氧负离子和羟基自由基，但羟基自由基是主要物种。此外，浸渍煅烧法和溶剂热法生成的纳米TiO2在纤维表面的存在形式不同，浸渍煅烧法生成纳米TiO2薄膜，包裹纤维；而溶剂热法生成的TiO2结晶成纳米颗粒，附着于纤维表面。
以碳化植物纤维(CPF)为载体，将纳米TiO2附着于纤维表面，通过浸渍煅烧法和溶剂热法合成纳米TiO2/CPF复合光催化剂，并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、HRTEM、XRD、EDS分析了纳米TiO2/CPF复合光催化剂的微观结构和化学组成；以光催化降解亚甲基蓝为模型反应，考察复合材料中不同纤维种类和TiO2负载量对光催化活性的影响。结果表明，在一定范围内随TiO2负载量的增加，纳米TiO2/CPF复合材料光催化性能先增强后减弱。纳米TiO2/CPF复合材料的光催化性能明显提高是由于在TiO2和碳纤维界面的良好电荷分离能力。降解染料的活性物种有超氧负离子和羟基自由基，但羟基自由基是主要物种。此外，浸渍煅烧法和溶剂热法生成的纳米TiO2在纤维表面的存在形式不同，浸渍煅烧法生成纳米TiO2薄膜，包裹纤维；而溶剂热法生成的TiO2结晶成纳米颗粒，附着于纤维表面。
2020, 37(5): 1148-1155.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190801.001
摘要:
以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)为锌源、硝酸银(AgNO3)为掺杂源、纤维素纳米晶体(Cellulose nanocrystal, CNC)为生物模板，通过溶胶-凝胶法结合碳化处理，制备了Ag-ZnO/生物质炭(Biochar)复合材料。采用TEM、XRD、BET、UV-Vis DRS对所制得的Ag-ZnO/Biochar复合材料进行表征。以亚甲基蓝(MB)为模型污染物，评价Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光源照射下的光催化性能，进一步阐明其光催化机制。结果表明：碳化后纳米ZnO仍保持良好的分散性，球形Ag纳米粒子均匀分散在ZnO表面，形成Ag-ZnO/Biochar三元复合材料。与Ag-ZnO和ZnO/Biochar复合材料相比，Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光下的光催化降解率显著提高。这是由于生物质炭赋予复合体系良好的吸附性能，使MB的光催化降解反应持续发生；而Ag纳米粒子的表面等离子体共振(Surface plasmon resonance, SRP)效应则增强了复合体系在可见光区的吸收。其中，当AgNO3、CNC、Zn(CH3COO)2·2H2O的质量比为0.01:0.25:1时，制得的Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光下具有最佳的光吸收性能和MB降解效率：室温条件下，黑暗中吸附30 min，再用可见光照射120 min，即可达到99%的MB降解率，显著高于Ag-ZnO(约23%)和ZnO/Biochar复合材料(约64%)。
以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)为锌源、硝酸银(AgNO3)为掺杂源、纤维素纳米晶体(Cellulose nanocrystal, CNC)为生物模板，通过溶胶-凝胶法结合碳化处理，制备了Ag-ZnO/生物质炭(Biochar)复合材料。采用TEM、XRD、BET、UV-Vis DRS对所制得的Ag-ZnO/Biochar复合材料进行表征。以亚甲基蓝(MB)为模型污染物，评价Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光源照射下的光催化性能，进一步阐明其光催化机制。结果表明：碳化后纳米ZnO仍保持良好的分散性，球形Ag纳米粒子均匀分散在ZnO表面，形成Ag-ZnO/Biochar三元复合材料。与Ag-ZnO和ZnO/Biochar复合材料相比，Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光下的光催化降解率显著提高。这是由于生物质炭赋予复合体系良好的吸附性能，使MB的光催化降解反应持续发生；而Ag纳米粒子的表面等离子体共振(Surface plasmon resonance, SRP)效应则增强了复合体系在可见光区的吸收。其中，当AgNO3、CNC、Zn(CH3COO)2·2H2O的质量比为0.01:0.25:1时，制得的Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光下具有最佳的光吸收性能和MB降解效率：室温条件下，黑暗中吸附30 min，再用可见光照射120 min，即可达到99%的MB降解率，显著高于Ag-ZnO(约23%)和ZnO/Biochar复合材料(约64%)。
2020, 37(5): 1156-1166.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190923.002
摘要:
以纤维素(Cell)和南极磷虾蛋白(AKP)为原料，以乙二醇二缩水甘油醚（EGDE）为潜在交联剂，NaOH和尿素水溶液作溶剂，在低温下溶解Cell和AKP后，加入EGDE制备Cell-AKP-EGDE复合纺丝原液，将纺丝原液挤入H2SO4-Na2SO4-H2O构成的凝固浴中，经热拉伸定型获得EGDE原位交联的Cell-AKP复合纤维。利用FTIR研究了交联剂EGDE的含量对Cell-AKP复合体系分子间相互作用的影响，采用SEM、XRD、TG等考察了交联剂EGDE的含量与Cell-AKP复合体系的表面形态、结晶性、热稳定性和力学性能的相关性。结果表明：交联剂EGDE含量的不同对Cell-AKP复合纤维的表观黏度、力学性能、结晶性及表面形态等均有影响，且交联剂EGDE含量为3wt%时，Cell-AKP复合纤维的综合性能较好。
以纤维素(Cell)和南极磷虾蛋白(AKP)为原料，以乙二醇二缩水甘油醚（EGDE）为潜在交联剂，NaOH和尿素水溶液作溶剂，在低温下溶解Cell和AKP后，加入EGDE制备Cell-AKP-EGDE复合纺丝原液，将纺丝原液挤入H2SO4-Na2SO4-H2O构成的凝固浴中，经热拉伸定型获得EGDE原位交联的Cell-AKP复合纤维。利用FTIR研究了交联剂EGDE的含量对Cell-AKP复合体系分子间相互作用的影响，采用SEM、XRD、TG等考察了交联剂EGDE的含量与Cell-AKP复合体系的表面形态、结晶性、热稳定性和力学性能的相关性。结果表明：交联剂EGDE含量的不同对Cell-AKP复合纤维的表观黏度、力学性能、结晶性及表面形态等均有影响，且交联剂EGDE含量为3wt%时，Cell-AKP复合纤维的综合性能较好。
2020, 37(5): 1167-1174.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190909.002
摘要:
向石膏粉料中添加不同含量陶瓷-尼龙复合纤维制备石膏铸型试样，测试分析陶瓷-尼龙复合纤维交织强化石膏试样的性能并观察其断口，研究陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响。结果表明，陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能影响显著，随着陶瓷-尼龙复合纤维含量增加，石膏试样生胚抗弯强度呈倒V字形变化趋势，焙烧后的抗弯强度变化不大；石膏试样透气率随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而增大，当石膏混合料中陶瓷-尼龙复合纤维质量分数为1.25wt%时达到最大值32.3，与传统石膏铸型相比，增大近21倍，尼龙纤维焙烧后形成的孔洞提高了石膏铸型透气率，陶瓷纤维保留在基体中提高强度，当陶瓷-尼龙复合纤维质量分数大于0.75wt%时，纤维会团聚并割裂基体；导热性和抗热震性随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而先增大后减小，当陶瓷-尼龙复合纤维含量为0.75wt%~1wt%时，导热性和抗热震性相对最佳。
向石膏粉料中添加不同含量陶瓷-尼龙复合纤维制备石膏铸型试样，测试分析陶瓷-尼龙复合纤维交织强化石膏试样的性能并观察其断口，研究陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响。结果表明，陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能影响显著，随着陶瓷-尼龙复合纤维含量增加，石膏试样生胚抗弯强度呈倒V字形变化趋势，焙烧后的抗弯强度变化不大；石膏试样透气率随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而增大，当石膏混合料中陶瓷-尼龙复合纤维质量分数为1.25wt%时达到最大值32.3，与传统石膏铸型相比，增大近21倍，尼龙纤维焙烧后形成的孔洞提高了石膏铸型透气率，陶瓷纤维保留在基体中提高强度，当陶瓷-尼龙复合纤维质量分数大于0.75wt%时，纤维会团聚并割裂基体；导热性和抗热震性随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而先增大后减小，当陶瓷-尼龙复合纤维含量为0.75wt%~1wt%时，导热性和抗热震性相对最佳。
2020, 37(5): 1175-1183.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190807.001
摘要:
纤维预成型体厚度方向渗透率的准确表征是液体模塑成型工艺制备大厚度复合材料计算机优化的关键。网孔板层是布置在试样上下表面、用于控制纤维厚度并防止纤维变形的刚性构件，其开孔率是纤维厚度方向渗透率Kz测量中的重要表征参数。本文首先通过实验对用于控制纤维预成型体厚度的垫圈进行校正；然后在排除纤维体积分数误差的前提下，通过金属网增大网孔板层的开孔率，测量缎纹织物SW220C-100b在不同压力和纤维体积分数下的Kz，提出有效计算面积的概念并得到其变化规律；最后，基于测试结果，研究注射压力和纤维体积分数对Kz的影响。结果表明：有效计算面积随着注射压力和纤维体积分数的增加而减小；纤维体积分数的增大会减小织物的Kz值，网孔板层开孔率的增大会减小注射压力对Kz的影响。
纤维预成型体厚度方向渗透率的准确表征是液体模塑成型工艺制备大厚度复合材料计算机优化的关键。网孔板层是布置在试样上下表面、用于控制纤维厚度并防止纤维变形的刚性构件，其开孔率是纤维厚度方向渗透率Kz测量中的重要表征参数。本文首先通过实验对用于控制纤维预成型体厚度的垫圈进行校正；然后在排除纤维体积分数误差的前提下，通过金属网增大网孔板层的开孔率，测量缎纹织物SW220C-100b在不同压力和纤维体积分数下的Kz，提出有效计算面积的概念并得到其变化规律；最后，基于测试结果，研究注射压力和纤维体积分数对Kz的影响。结果表明：有效计算面积随着注射压力和纤维体积分数的增加而减小；纤维体积分数的增大会减小织物的Kz值，网孔板层开孔率的增大会减小注射压力对Kz的影响。
2020, 37(5): 1184-1190.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190816.001
摘要:
针对复合材料长桁毛坯制备的新工艺—叠层滑移工艺，考虑叠层滑移工艺的极限参数规划相关的力学性能试验矩阵，研究叠层滑移工艺对M21C层压板拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、短梁剪切性能、开孔压缩性能和面内剪切性能的影响。试验结果表明：叠层滑移工艺对M21C层压板的开孔压缩性能无影响，拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、短梁剪切性能和面内剪切性能均会有一定程度的下降。
针对复合材料长桁毛坯制备的新工艺—叠层滑移工艺，考虑叠层滑移工艺的极限参数规划相关的力学性能试验矩阵，研究叠层滑移工艺对M21C层压板拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、短梁剪切性能、开孔压缩性能和面内剪切性能的影响。试验结果表明：叠层滑移工艺对M21C层压板的开孔压缩性能无影响，拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、短梁剪切性能和面内剪切性能均会有一定程度的下降。
2020, 37(5): 1191-1199.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191030.001
摘要:
为了研究钢管混凝土缺陷试件的徐变性能，进行了7组徐变试验研究，得到了钢管混凝土缺陷试件补强前后徐变度随持荷时间的变化曲线。研究结果表明：相较于无缺陷钢管混凝土，存在缺陷的钢管混凝土徐变度均有不同程度增大，其中，脱黏缺陷钢管混凝土试件的徐变度增量远大于空洞缺陷试件；脱黏缺陷削弱了钢管与混凝土之间的界面黏结，致使钢管与混凝土的应力重分布作用减弱，协同变形能力下降；空洞缺陷处混凝土由于发生应力集中而加剧了裂缝的产生和扩张，混凝土因此而发生错位滑移，增大了钢管混凝土的附加变形；注浆补强后，钢管混凝土的徐变变形减小，但相较于无缺陷钢管混凝土，缺陷补强钢管混凝土的徐变性能仍存在一定程度的折减。
为了研究钢管混凝土缺陷试件的徐变性能，进行了7组徐变试验研究，得到了钢管混凝土缺陷试件补强前后徐变度随持荷时间的变化曲线。研究结果表明：相较于无缺陷钢管混凝土，存在缺陷的钢管混凝土徐变度均有不同程度增大，其中，脱黏缺陷钢管混凝土试件的徐变度增量远大于空洞缺陷试件；脱黏缺陷削弱了钢管与混凝土之间的界面黏结，致使钢管与混凝土的应力重分布作用减弱，协同变形能力下降；空洞缺陷处混凝土由于发生应力集中而加剧了裂缝的产生和扩张，混凝土因此而发生错位滑移，增大了钢管混凝土的附加变形；注浆补强后，钢管混凝土的徐变变形减小，但相较于无缺陷钢管混凝土，缺陷补强钢管混凝土的徐变性能仍存在一定程度的折减。
2020, 37(5): 1200-1210.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190823.001
摘要:
为研究玄武岩纤维网格布增强混凝土(BFT/PC)板的双向弯曲性能，首先进行了耐碱试验，通过碱液处理前后纤维的微观形貌及网格布断裂强力保持率评价了玄武岩纤维网格布的耐碱性能。在此基础上进行了双向板弯曲试验，研究了网格布层数、混凝土保护层厚度和结构型聚丙烯(PP)纤维对BFT/PC板受弯性能的影响。结果表明：玄武岩纤维网格布在NaOH溶液处理28 d后的经向、纬向断裂强力保持率分别为63%和73%，仅次于耐碱玻璃纤维网格布，具有较好的耐碱耐久性能。较小的混凝土保护层厚度可提高BFT/PC板在正常使用极限状态挠度下的残余承载力。增加网格布层数和PP纤维掺量可改善BFT/PC板的内力和应力重分布，提高正常使用极限状态挠度下的残余承载力、极限承载力和弯曲韧性，在BFT/PC板中掺入8 kg/m3 PP纤维，残余承载力、极限承载力和能量吸收值分别提高了1.40倍、0.36倍和5.10倍。本试验将PP纤维和玄武岩纤维网格布作为增强材料应用于混凝土构件的尝试为海工及近海侵蚀环境的基础设施建设提供了新思路。
为研究玄武岩纤维网格布增强混凝土(BFT/PC)板的双向弯曲性能，首先进行了耐碱试验，通过碱液处理前后纤维的微观形貌及网格布断裂强力保持率评价了玄武岩纤维网格布的耐碱性能。在此基础上进行了双向板弯曲试验，研究了网格布层数、混凝土保护层厚度和结构型聚丙烯(PP)纤维对BFT/PC板受弯性能的影响。结果表明：玄武岩纤维网格布在NaOH溶液处理28 d后的经向、纬向断裂强力保持率分别为63%和73%，仅次于耐碱玻璃纤维网格布，具有较好的耐碱耐久性能。较小的混凝土保护层厚度可提高BFT/PC板在正常使用极限状态挠度下的残余承载力。增加网格布层数和PP纤维掺量可改善BFT/PC板的内力和应力重分布，提高正常使用极限状态挠度下的残余承载力、极限承载力和弯曲韧性，在BFT/PC板中掺入8 kg/m3 PP纤维，残余承载力、极限承载力和能量吸收值分别提高了1.40倍、0.36倍和5.10倍。本试验将PP纤维和玄武岩纤维网格布作为增强材料应用于混凝土构件的尝试为海工及近海侵蚀环境的基础设施建设提供了新思路。
2020, 37(5): 1211-1220.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190916.001
摘要:
为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明：钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。
为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明：钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。
2020, 37(5): 1221-1226.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190823.002
摘要:
混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyF/SHCC)的力学性能是近年来的研究热点问题之一，但是目前依然欠缺HyF/SHCC压缩本构关系的深入探讨。本文研究了钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维增强SHCC (SF-PVA/SHCC)的压缩应力-应变全曲线，分析了纤维对HyF/SHCC抗压强度、压缩应变以及压缩韧性的影响。研究发现，在本文研究工况下混杂纤维的引入对材料的抗压强度无明显影响，但是提高了压缩峰值应变。钢纤维对HyF/SHCC压缩韧性的影响较为显著，且随着钢纤维掺量的增大，HyF/SHCC的压缩韧性逐渐提高。基于损伤力学理论，从能量的角度提出了一种新的单轴压缩本构模型，通过与试验曲线的对比，发现该模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的压缩应力-应变关系。
混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyF/SHCC)的力学性能是近年来的研究热点问题之一，但是目前依然欠缺HyF/SHCC压缩本构关系的深入探讨。本文研究了钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维增强SHCC (SF-PVA/SHCC)的压缩应力-应变全曲线，分析了纤维对HyF/SHCC抗压强度、压缩应变以及压缩韧性的影响。研究发现，在本文研究工况下混杂纤维的引入对材料的抗压强度无明显影响，但是提高了压缩峰值应变。钢纤维对HyF/SHCC压缩韧性的影响较为显著，且随着钢纤维掺量的增大，HyF/SHCC的压缩韧性逐渐提高。基于损伤力学理论，从能量的角度提出了一种新的单轴压缩本构模型，通过与试验曲线的对比，发现该模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的压缩应力-应变关系。
