2020年 第37卷 第7期
2020, 37(7): 1-5.
摘要:
2020, 37(7): 1657-1666.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191120.003
摘要:
以2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)氧化松木粉纳米纤维素(TOCNs)为增强相、α-纤维素粉制备再生纤维素(RC)为基体，采用溶胶-凝胶法制备氧化纳米纤维素增强再生纤维素(TOCNs/RC)全纤维素复合薄膜。对不同TOCNs添加量下TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能、光学性能、氧气阻隔性能和热稳定性能进行研究，并通过FTIR、SEM、TEM、XRD和流变仪对TOCNs和TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的结构、形貌及纤维素溶液流变性能进行表征。结果表明，TOCNs添加量对TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能有显著影响，当TOCNs添加量(与纤维素基体的质量比)为1.0%时，TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的拉伸强度和断裂能分别可达134.3 MPa和21.51 MJ·m−3，具有最佳的综合力学性能；TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的透光率随TOCNs添加量的增加而下降，雾度随TOCNs添加量的增加而增大，但仍保持较高的透光率(>85%)和较低的雾度(<14%)；TOCNs/RC全纤维素复合薄膜还具有优异的氧气阻隔性，TOCNs添加量为1.6%时，其透氧系数仅为1.47×10−17cm3·cm/cm2·s·Pa。TOCNs/RC全纤维素复合薄膜有优于一般塑料薄膜的拉伸强度和氧气阻隔性，并有可媲美于塑料薄膜的透明度，可作软包装复合材料的强度层和阻隔层，在绿色高性能包装材料领域具有广阔的应用前景。
以2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)氧化松木粉纳米纤维素(TOCNs)为增强相、α-纤维素粉制备再生纤维素(RC)为基体，采用溶胶-凝胶法制备氧化纳米纤维素增强再生纤维素(TOCNs/RC)全纤维素复合薄膜。对不同TOCNs添加量下TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能、光学性能、氧气阻隔性能和热稳定性能进行研究，并通过FTIR、SEM、TEM、XRD和流变仪对TOCNs和TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的结构、形貌及纤维素溶液流变性能进行表征。结果表明，TOCNs添加量对TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能有显著影响，当TOCNs添加量(与纤维素基体的质量比)为1.0%时，TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的拉伸强度和断裂能分别可达134.3 MPa和21.51 MJ·m−3，具有最佳的综合力学性能；TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的透光率随TOCNs添加量的增加而下降，雾度随TOCNs添加量的增加而增大，但仍保持较高的透光率(>85%)和较低的雾度(<14%)；TOCNs/RC全纤维素复合薄膜还具有优异的氧气阻隔性，TOCNs添加量为1.6%时，其透氧系数仅为1.47×10−17cm3·cm/cm2·s·Pa。TOCNs/RC全纤维素复合薄膜有优于一般塑料薄膜的拉伸强度和氧气阻隔性，并有可媲美于塑料薄膜的透明度，可作软包装复合材料的强度层和阻隔层，在绿色高性能包装材料领域具有广阔的应用前景。
2020, 37(7): 1667-1674.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191125.002
摘要:
以环氧化天然橡胶(ENR)为界面改性剂，制备了石墨烯-炭黑/天然橡胶-ENR(GR-CB/NR-ENR)复合材料，研究了ENR用量对GR-CB/NR-ENR复合材料的加工性能、力学性能和动态力学性能的影响。结果表明，ENR的加入可以改善GR-CB/NR-ENR复合材料的加工性能及CB粒子在天然橡胶基体中的分散性，增加GR与NR的相容性，增强填料与NR基体间的界面相容性，同时改善GR-CB/NR-ENR硫化胶的动态力学性能、物理性能和耐老化性能。当ENR添加量为6 wt%时，GR-CB/NR-ENR复合材料撕裂强度和拉伸强度最高，硫化胶耐老化性最好。随着ENR含量的增加，GR-CB/NR-ENR复合材料的压缩疲劳温度先升高后降低；随着应变的不断增大，GR-CB/NR-ENR复合材料的储能模量G'不断减小，损耗因子tanδ先增大后减小；动态模量随着应变的增加急剧下降。
以环氧化天然橡胶(ENR)为界面改性剂，制备了石墨烯-炭黑/天然橡胶-ENR(GR-CB/NR-ENR)复合材料，研究了ENR用量对GR-CB/NR-ENR复合材料的加工性能、力学性能和动态力学性能的影响。结果表明，ENR的加入可以改善GR-CB/NR-ENR复合材料的加工性能及CB粒子在天然橡胶基体中的分散性，增加GR与NR的相容性，增强填料与NR基体间的界面相容性，同时改善GR-CB/NR-ENR硫化胶的动态力学性能、物理性能和耐老化性能。当ENR添加量为6 wt%时，GR-CB/NR-ENR复合材料撕裂强度和拉伸强度最高，硫化胶耐老化性最好。随着ENR含量的增加，GR-CB/NR-ENR复合材料的压缩疲劳温度先升高后降低；随着应变的不断增大，GR-CB/NR-ENR复合材料的储能模量G'不断减小，损耗因子tanδ先增大后减小；动态模量随着应变的增加急剧下降。
2020, 37(7): 1675-1683.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.004
摘要:
采用三种不同官能度的硅烷偶联剂(甲基三乙氧基硅烷(MTES）、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)及三甲基乙氧基硅烷(TMES))在有水条件下对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性，通过FTIR、XPS、TG及SEM表征了MWCNTs改性前和改性后的化学结构。采用机械共混法制备了MWCNTs/硅橡胶(SR)复合材料。SEM结果表明，将不同质量分数的MWCNTs、MWCNTs-MTES、MWCNTs-DMDES和MWCNTs-TMES填充到SR中，硅烷改性可以降低MWCNTs间的相互作用，改善其在SR中的分散性。拉伸试验结果表明，改性MWCNTs与SR之间的相互作用增强，二者的相容性得到改善。当改性MWCNTs含量≤2wt%时，MWCNTs/SR复合材料的弹性模量无明显变化。介电性能测试结果表明，当MWCNTs-MTES质量分数为2wt% 时，MWCNTs-MTES/SR复合材料在104 Hz时介电常数达到5.02，较纯硅橡胶提高了57%，而介电损耗仍低于0.01，保持在极低水平。
采用三种不同官能度的硅烷偶联剂(甲基三乙氧基硅烷(MTES）、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)及三甲基乙氧基硅烷(TMES))在有水条件下对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性，通过FTIR、XPS、TG及SEM表征了MWCNTs改性前和改性后的化学结构。采用机械共混法制备了MWCNTs/硅橡胶(SR)复合材料。SEM结果表明，将不同质量分数的MWCNTs、MWCNTs-MTES、MWCNTs-DMDES和MWCNTs-TMES填充到SR中，硅烷改性可以降低MWCNTs间的相互作用，改善其在SR中的分散性。拉伸试验结果表明，改性MWCNTs与SR之间的相互作用增强，二者的相容性得到改善。当改性MWCNTs含量≤2wt%时，MWCNTs/SR复合材料的弹性模量无明显变化。介电性能测试结果表明，当MWCNTs-MTES质量分数为2wt% 时，MWCNTs-MTES/SR复合材料在104 Hz时介电常数达到5.02，较纯硅橡胶提高了57%，而介电损耗仍低于0.01，保持在极低水平。
2020, 37(7): 1684-1694.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191121.001
摘要:
以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为助纺剂，采用静电纺丝结合碳热还原制备出结晶度较高的β-SiC纤维，其比表面积为92.6 m2/g，表现出双电层电容储能特征，比电容为155.7 F/g。然后，利用水热法在SiC纤维表面生长出大量直径约为15 nm的NiCo2O4纳米线，得到NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维。测试表明，NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维中镍和钴元素分别以Ni2+/Ni3+和Co2+/Co3+价态形式存在，由于NiCo2O4纳米线与SiC纤维的协同作用，NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维比电容显著提高，并表现出双电层和赝电容并存的特征，比电容可达300.3 F/g，当功率密度为58.1 W/kg时，NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维能量密度为60.1 W·h/kg。
以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为助纺剂，采用静电纺丝结合碳热还原制备出结晶度较高的β-SiC纤维，其比表面积为92.6 m2/g，表现出双电层电容储能特征，比电容为155.7 F/g。然后，利用水热法在SiC纤维表面生长出大量直径约为15 nm的NiCo2O4纳米线，得到NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维。测试表明，NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维中镍和钴元素分别以Ni2+/Ni3+和Co2+/Co3+价态形式存在，由于NiCo2O4纳米线与SiC纤维的协同作用，NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维比电容显著提高，并表现出双电层和赝电容并存的特征，比电容可达300.3 F/g，当功率密度为58.1 W/kg时，NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维能量密度为60.1 W·h/kg。
2020, 37(7): 1695-1702.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191209.001
摘要:
以聚二甲基二烯丙基氯化铵功能化石墨烯(PDDA-GNs)和磷钼酸功能化石墨烯(PMo12-GNs)为原料，利用层层自组装法制备了功能化石墨烯多层膜({PDDA-GNs/PMo12-GNs})，以此多层膜为载体，通过恒电位电沉积法制备功能化石墨烯多层膜载金催化剂(Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n)。采用XRD、XPS和SEM等表征Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化剂的组成、结构和形貌。结果表明：实验成功制备了Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化剂，且多层膜载体改善了Au粒子的分散性。利用循环伏安(CV)、计时电流(It)和交流阻抗(EIS)等评价催化剂对肼氧化的电催化性能。结果表明，Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化剂使肼氧化的电催化活性和稳定性得到很大提高。与Au/玻碳电极(GCE)相比，Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化肼氧化反应的峰电流密度从0.46 mA/cm2提高到0.87 mA/cm2，600 s时的稳态电流密度是Au/GCE的2.5倍。
以聚二甲基二烯丙基氯化铵功能化石墨烯(PDDA-GNs)和磷钼酸功能化石墨烯(PMo12-GNs)为原料，利用层层自组装法制备了功能化石墨烯多层膜({PDDA-GNs/PMo12-GNs})，以此多层膜为载体，通过恒电位电沉积法制备功能化石墨烯多层膜载金催化剂(Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n)。采用XRD、XPS和SEM等表征Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化剂的组成、结构和形貌。结果表明：实验成功制备了Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化剂，且多层膜载体改善了Au粒子的分散性。利用循环伏安(CV)、计时电流(It)和交流阻抗(EIS)等评价催化剂对肼氧化的电催化性能。结果表明，Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化剂使肼氧化的电催化活性和稳定性得到很大提高。与Au/玻碳电极(GCE)相比，Au/{PDDA-GNs/PMo12-GNs}n催化肼氧化反应的峰电流密度从0.46 mA/cm2提高到0.87 mA/cm2，600 s时的稳态电流密度是Au/GCE的2.5倍。
2020, 37(7): 1703-1712.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.002
摘要:
采用液相原位修饰技术，制备了表面接枝有机硅烷的纳米SiO2(HB-2200)、表面接枝氨基的纳米SiO2(HB-2205N)、表面接枝不饱和双键的纳米SiO2(HB-2205D)、表面接枝氨基和双键的纳米SiO2(HB-2205ND)。利用TEM、SEM、流变仪对纳米SiO2/溶液聚合丁苯橡胶-顺丁橡胶(SSBR-BR)复合材料的结构和性能进行表征。结果表明：与未改性的纳米SiO2相比，表面功能化纳米SiO2与橡胶基体相容性改善，Payne效应降低，纳米SiO2之间的相互作用减弱，其在SSBR-BR复合材料中的分散性提高。HB-2200/SSBR-BR复合材料的混炼扭矩降低了35.7%，混炼能耗降低了15%，结合胶含量增加，填料/橡胶之间的界面结合作用增强，拉伸强度提高了60%。动态热力学和磨耗性能分析表明：纳米SiO2表面引入可反应性双键(HB-2205D)，使HB-2205D/SSBR-BR复合材料的抗湿滑性能提高了40%，滚动阻力降低了43%。纳米SiO2表面接枝可反应性双键，可在不牺牲HB-2205D/SSBR-BR复合材料耐磨性能的基础上，降低其滚动阻力，提高其抗湿滑性能，为高性能轮胎的制备提供基础原材料。
采用液相原位修饰技术，制备了表面接枝有机硅烷的纳米SiO2(HB-2200)、表面接枝氨基的纳米SiO2(HB-2205N)、表面接枝不饱和双键的纳米SiO2(HB-2205D)、表面接枝氨基和双键的纳米SiO2(HB-2205ND)。利用TEM、SEM、流变仪对纳米SiO2/溶液聚合丁苯橡胶-顺丁橡胶(SSBR-BR)复合材料的结构和性能进行表征。结果表明：与未改性的纳米SiO2相比，表面功能化纳米SiO2与橡胶基体相容性改善，Payne效应降低，纳米SiO2之间的相互作用减弱，其在SSBR-BR复合材料中的分散性提高。HB-2200/SSBR-BR复合材料的混炼扭矩降低了35.7%，混炼能耗降低了15%，结合胶含量增加，填料/橡胶之间的界面结合作用增强，拉伸强度提高了60%。动态热力学和磨耗性能分析表明：纳米SiO2表面引入可反应性双键(HB-2205D)，使HB-2205D/SSBR-BR复合材料的抗湿滑性能提高了40%，滚动阻力降低了43%。纳米SiO2表面接枝可反应性双键，可在不牺牲HB-2205D/SSBR-BR复合材料耐磨性能的基础上，降低其滚动阻力，提高其抗湿滑性能，为高性能轮胎的制备提供基础原材料。
2020, 37(7): 1713-1720.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191030.002
摘要:
由于纳米尺度的尖晶石结构金属氧化物独特的晶体结构和能带结构，使其具有广阔的应用前景。采用水热法合成了MnFe2O4复合还原氧化石墨烯(MnFe2O4/rGO)纳米复合材料，采用XRD、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、FTIR、XPS、拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见光谱漫反射(UV-vis DRS)对样品的晶体结构、形貌、元素分布、结合能和光学性能进行表征。结果表明，制备的MnFe2O/rGO复合材料为立方尖晶石结构，形貌呈不规则的椭球形，颗粒大小比较均匀。rGO表面所负载的MnFe2O4纳米粒子被石墨烯部分包裹，颗粒尺寸小，分散性好。MnFe2O4/rGO复合材料的电子-空穴对的再结合效率降低，其中石墨烯具有较多缺陷，无序程度较高，含氧基团被聚乙烯吡咯烷酮(PVP)部分还原，数量大大减少。MnFe2O4/rGO复合材料的带隙小于纯MnFe2O4带隙，发生了红移现象。
由于纳米尺度的尖晶石结构金属氧化物独特的晶体结构和能带结构，使其具有广阔的应用前景。采用水热法合成了MnFe2O4复合还原氧化石墨烯(MnFe2O4/rGO)纳米复合材料，采用XRD、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、FTIR、XPS、拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见光谱漫反射(UV-vis DRS)对样品的晶体结构、形貌、元素分布、结合能和光学性能进行表征。结果表明，制备的MnFe2O/rGO复合材料为立方尖晶石结构，形貌呈不规则的椭球形，颗粒大小比较均匀。rGO表面所负载的MnFe2O4纳米粒子被石墨烯部分包裹，颗粒尺寸小，分散性好。MnFe2O4/rGO复合材料的电子-空穴对的再结合效率降低，其中石墨烯具有较多缺陷，无序程度较高，含氧基团被聚乙烯吡咯烷酮(PVP)部分还原，数量大大减少。MnFe2O4/rGO复合材料的带隙小于纯MnFe2O4带隙，发生了红移现象。
2020, 37(7): 1721-1730.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.001
摘要:
采用两步法制备CuO-ZnO质量分数为0~3 wt%的CuO-ZnO/(乙二醇(EG)-水)混合纳米流体。其中，纳米颗粒CuO和ZnO质量比为50∶50不变，基液混合比(EG与去离子水的质量比)变化范围为20∶80~80∶20，分析其导热系数随温度(25~60℃)及基液比的变化规律。然后，以质量分数、温度及基液混合比为自变量，导热系数为因变量，采用径向基神经网络(RBFNN)模型预测导热系数，并与反向传播神经网络(BPNN)模型和多元线性回归(MLR)模型的预测值对比。结果表明，CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体导热系数随温度的升高呈非线性增大，当CuO-ZnO质量分数为3 wt%及基液混合比为20∶80时，其导热系数与纯基液相比增大了14.03%~23.47%；但随着基液中的EG含量增大，导热系数非线性下降。总之，CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数受粒子随机运动和温度变化呈非线性变化。采用RBFNN模型预测CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数，其结果与BPNN模型和MLR模型对比，RBFNN模型性能评价指标均方根误差(RMSE)、平均相对百分比误差(MRPE)及误差平方和(SSE)更接近于0，多元统计系数R2更接近于1，说明RBFNN模型预测导热系数的精度更高，能够较好地表征不同参数对导热系数的影响，为CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的热物理性能参数的预测提供了一种有效的数据驱动建模方法。
采用两步法制备CuO-ZnO质量分数为0~3 wt%的CuO-ZnO/(乙二醇(EG)-水)混合纳米流体。其中，纳米颗粒CuO和ZnO质量比为50∶50不变，基液混合比(EG与去离子水的质量比)变化范围为20∶80~80∶20，分析其导热系数随温度(25~60℃)及基液比的变化规律。然后，以质量分数、温度及基液混合比为自变量，导热系数为因变量，采用径向基神经网络(RBFNN)模型预测导热系数，并与反向传播神经网络(BPNN)模型和多元线性回归(MLR)模型的预测值对比。结果表明，CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体导热系数随温度的升高呈非线性增大，当CuO-ZnO质量分数为3 wt%及基液混合比为20∶80时，其导热系数与纯基液相比增大了14.03%~23.47%；但随着基液中的EG含量增大，导热系数非线性下降。总之，CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数受粒子随机运动和温度变化呈非线性变化。采用RBFNN模型预测CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数，其结果与BPNN模型和MLR模型对比，RBFNN模型性能评价指标均方根误差(RMSE)、平均相对百分比误差(MRPE)及误差平方和(SSE)更接近于0，多元统计系数R2更接近于1，说明RBFNN模型预测导热系数的精度更高，能够较好地表征不同参数对导热系数的影响，为CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的热物理性能参数的预测提供了一种有效的数据驱动建模方法。
2020, 37(7): 1731-1742.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191010.001
摘要:
为研究高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料(ECC)中的黏结锚固性能，考虑了横向钢绞线间距、相对锚固长度和钢绞线直径三个影响因素，对设计制作的17组51个试件进行了单边拉拔试验。结果表明：横向钢绞线的设置使黏结破坏具有明显的延性破坏特征；横向钢绞线间距对黏结强度影响不大，但延性强化段长度(延性)随横向钢绞线间距的减小而增大；钢绞线网与ECC的峰值平均黏结应力与锚固长度及钢绞线直径均呈负相关，其延性随钢绞线直径的增大而提高，但随锚固长度的增大而降低。试验结果及分析验证了钢绞线网在ECC中的临界锚固长度计算可采用单根钢绞线的临界锚固长度计算公式。
为研究高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料(ECC)中的黏结锚固性能，考虑了横向钢绞线间距、相对锚固长度和钢绞线直径三个影响因素，对设计制作的17组51个试件进行了单边拉拔试验。结果表明：横向钢绞线的设置使黏结破坏具有明显的延性破坏特征；横向钢绞线间距对黏结强度影响不大，但延性强化段长度(延性)随横向钢绞线间距的减小而增大；钢绞线网与ECC的峰值平均黏结应力与锚固长度及钢绞线直径均呈负相关，其延性随钢绞线直径的增大而提高，但随锚固长度的增大而降低。试验结果及分析验证了钢绞线网在ECC中的临界锚固长度计算可采用单根钢绞线的临界锚固长度计算公式。
2020, 37(7): 1743-1753.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190930.001
摘要:
应用正交试验法开展了16组玄武岩-碳纤维(BF-CF)/矿渣混凝土和1组C40级基准混凝土的塌落度、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验，研究了BF、CF和矿渣三种因素对BF-CF/矿渣混凝土力学性能的影响。结果表明：BF-CF/矿渣混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度均高于C40基准混凝土，立方体抗压强度最大提高了21.0%，劈裂抗拉强度最大提高了35.3%。BF和CF的掺入均会减小混凝土的塌落度，BF对于塌落度的减小更加明显，BF对塌落度的最大降幅为67.1%；矿渣代砂率是影响BF-CF/矿渣混凝土立方体抗压强度的显著因素，随着矿渣代砂率的增大，立方体抗压强度先增大后减小，矿渣对立方体抗压强度的最大提高幅度为7.6%；BF是影响BF-CF/矿渣混凝土劈裂抗拉强度的显著因素，劈裂抗拉强度随BF体积率的增加而增大，BF对劈裂抗拉强度的最大增幅为12.0%，CF对劈裂抗拉强度的提升不明显。对正交试验的结果进行回归分析得出BF-CF/矿渣混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度预测模型，模型精度较高。
应用正交试验法开展了16组玄武岩-碳纤维(BF-CF)/矿渣混凝土和1组C40级基准混凝土的塌落度、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验，研究了BF、CF和矿渣三种因素对BF-CF/矿渣混凝土力学性能的影响。结果表明：BF-CF/矿渣混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度均高于C40基准混凝土，立方体抗压强度最大提高了21.0%，劈裂抗拉强度最大提高了35.3%。BF和CF的掺入均会减小混凝土的塌落度，BF对于塌落度的减小更加明显，BF对塌落度的最大降幅为67.1%；矿渣代砂率是影响BF-CF/矿渣混凝土立方体抗压强度的显著因素，随着矿渣代砂率的增大，立方体抗压强度先增大后减小，矿渣对立方体抗压强度的最大提高幅度为7.6%；BF是影响BF-CF/矿渣混凝土劈裂抗拉强度的显著因素，劈裂抗拉强度随BF体积率的增加而增大，BF对劈裂抗拉强度的最大增幅为12.0%，CF对劈裂抗拉强度的提升不明显。对正交试验的结果进行回归分析得出BF-CF/矿渣混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度预测模型，模型精度较高。
2020, 37(7): 1754-1762.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191114.001
摘要:
钢纤维与聚乙烯醇纤维混杂增强应变硬化水泥基复合材料(SF-PVA/SHCC)的力学性能研究是近年来的热点问题之一，但目前依然欠缺能够完整描述SF-PVA/SHCC拉伸本构关系的理论模型。本文基于混凝土断裂力学和细观力学理论，通过考虑拉伸应力-应变曲线软化段及SF-PVA混杂纤维对SHCC拉伸性能的影响，提出一种新的可适用于SF-PVA/SHCC材料的单轴拉伸本构模型。为了验证模型的有效性，开展了SF-PVA/SHCC单轴拉伸性能试验，分析了纤维种类和掺量对SHCC拉伸强度、拉伸应变及拉伸韧性的影响。通过与试验数据对比发现，本文所提出的拉伸本构模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的拉伸应力-应变关系。
钢纤维与聚乙烯醇纤维混杂增强应变硬化水泥基复合材料(SF-PVA/SHCC)的力学性能研究是近年来的热点问题之一，但目前依然欠缺能够完整描述SF-PVA/SHCC拉伸本构关系的理论模型。本文基于混凝土断裂力学和细观力学理论，通过考虑拉伸应力-应变曲线软化段及SF-PVA混杂纤维对SHCC拉伸性能的影响，提出一种新的可适用于SF-PVA/SHCC材料的单轴拉伸本构模型。为了验证模型的有效性，开展了SF-PVA/SHCC单轴拉伸性能试验，分析了纤维种类和掺量对SHCC拉伸强度、拉伸应变及拉伸韧性的影响。通过与试验数据对比发现，本文所提出的拉伸本构模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的拉伸应力-应变关系。
2020, 37(7): 1763-1773.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191106.001
摘要:
为研究钢纤维(SF)与聚丙烯纤维(PPF)混杂后对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响，采用落锤弯曲冲击试验装置对素RAC、SF/RAC、PPF/RAC和SF-PPF/RAC进行抗冲击试验；分析了不同纤维掺量和掺入方式对RAC抗冲击性能的影响；采用数理统计模型对冲击试验结果进行拟合和失效概率预测，并对SF-PPF/RAC抗冲击性能的阻裂增强机制进行深入分析。结果表明：单掺或混杂纤维均可提高RAC的抗冲击性能；其中混合掺入体积分数为1.5vol%的SF和体积分数为0.9vol%的PPF时，RAC抗冲击耗能的提高幅度最大，RAC基体的延性和韧性最佳。SF-PPF/RAC的抗冲击次数很好地服从两参数Weibull分布。SF与PPF混杂对改善RAC的抗冲击性能呈现出优异的混杂增强效应。
为研究钢纤维(SF)与聚丙烯纤维(PPF)混杂后对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响，采用落锤弯曲冲击试验装置对素RAC、SF/RAC、PPF/RAC和SF-PPF/RAC进行抗冲击试验；分析了不同纤维掺量和掺入方式对RAC抗冲击性能的影响；采用数理统计模型对冲击试验结果进行拟合和失效概率预测，并对SF-PPF/RAC抗冲击性能的阻裂增强机制进行深入分析。结果表明：单掺或混杂纤维均可提高RAC的抗冲击性能；其中混合掺入体积分数为1.5vol%的SF和体积分数为0.9vol%的PPF时，RAC抗冲击耗能的提高幅度最大，RAC基体的延性和韧性最佳。SF-PPF/RAC的抗冲击次数很好地服从两参数Weibull分布。SF与PPF混杂对改善RAC的抗冲击性能呈现出优异的混杂增强效应。
2020, 37(7): 1774-1784.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190917.002
摘要:
为深入研究再生混凝土的破坏形态和内部裂纹扩展情况与普通混凝土之间的差异，以不同再生粗骨料(RCA)取代率的再生混凝土为研究对象，利用Phoenix v | tome | x s240微焦点工业CT获取再生混凝土加载到90%预估破坏荷载的二维扫描图像，借助Photoshop CS6图像处理软件，对材料内部破坏裂纹进行提取，进而基于分形几何理论，以分形维数及多重分形谱表征裂纹的分形扩展规律，建立分形维数和多重分形谱特征参数与RCA取代率和再生混凝土抗压强度的关系。结果表明：再生混凝土的细观受力破坏模式与普通混凝土不同，其受力破坏形态不仅取决于粗骨料与水泥浆体的界面黏结强度，还取决于RCA自身性能，当裂纹发展至天然粗骨料或强度较高的RCA时会绕过骨料表面继续发展，发展至强度较低的RCA时会贯穿骨料；分形维数可定量描述混凝土材料内部细观裂纹的整体扩展情况，即裂纹越丰富，分形维数越大；多重分形谱可反映从局部到整体不同层次的细观裂纹特征，裂纹分形维数和多重分形谱特征参数均与RCA取代率呈线性下降关系，与抗压强度呈线性增长关系；本研究可为再生混凝土在大型结构工程中的广泛应用奠定理论和实验基础。
为深入研究再生混凝土的破坏形态和内部裂纹扩展情况与普通混凝土之间的差异，以不同再生粗骨料(RCA)取代率的再生混凝土为研究对象，利用Phoenix v | tome | x s240微焦点工业CT获取再生混凝土加载到90%预估破坏荷载的二维扫描图像，借助Photoshop CS6图像处理软件，对材料内部破坏裂纹进行提取，进而基于分形几何理论，以分形维数及多重分形谱表征裂纹的分形扩展规律，建立分形维数和多重分形谱特征参数与RCA取代率和再生混凝土抗压强度的关系。结果表明：再生混凝土的细观受力破坏模式与普通混凝土不同，其受力破坏形态不仅取决于粗骨料与水泥浆体的界面黏结强度，还取决于RCA自身性能，当裂纹发展至天然粗骨料或强度较高的RCA时会绕过骨料表面继续发展，发展至强度较低的RCA时会贯穿骨料；分形维数可定量描述混凝土材料内部细观裂纹的整体扩展情况，即裂纹越丰富，分形维数越大；多重分形谱可反映从局部到整体不同层次的细观裂纹特征，裂纹分形维数和多重分形谱特征参数均与RCA取代率呈线性下降关系，与抗压强度呈线性增长关系；本研究可为再生混凝土在大型结构工程中的广泛应用奠定理论和实验基础。
2020, 37(7): 1505-1512.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191211.001
摘要:
采用前原位聚合的热塑性聚酰亚胺(PI)改性4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)/4,4′-邻二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系，制备了一种耐高温的改性双马来酰亚胺(BDPI)树脂，研究了BDPI树脂的微观形貌和耐热性能；通过前原位自增强技术制备了T800H碳纤维/BDPI预浸料，通过SEM研究了T800H/BDPI预浸料表面形貌，评价了T800H/BDPI复合材料高低温力学性能和断面微观形貌。结果表明：BDPI树脂满足预浸料加工工艺要求，BDM微米颗粒均匀铺覆于T800H/BDPI预浸料表面，粒径分布为30~70 μm，BDPI树脂固化物的玻璃化转变温度(Tg)为367℃，5%热失重温度(Td5)为452℃；T800H/BDPI单向复合材料0°拉伸强度、0°拉伸模量和层间剪切强度分别为2 440 MPa、148 GPa和107 MPa，280℃其力学性能保持率分别为66.4%、87.2%和44.1%。
采用前原位聚合的热塑性聚酰亚胺(PI)改性4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)/4,4′-邻二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系，制备了一种耐高温的改性双马来酰亚胺(BDPI)树脂，研究了BDPI树脂的微观形貌和耐热性能；通过前原位自增强技术制备了T800H碳纤维/BDPI预浸料，通过SEM研究了T800H/BDPI预浸料表面形貌，评价了T800H/BDPI复合材料高低温力学性能和断面微观形貌。结果表明：BDPI树脂满足预浸料加工工艺要求，BDM微米颗粒均匀铺覆于T800H/BDPI预浸料表面，粒径分布为30~70 μm，BDPI树脂固化物的玻璃化转变温度(Tg)为367℃，5%热失重温度(Td5)为452℃；T800H/BDPI单向复合材料0°拉伸强度、0°拉伸模量和层间剪切强度分别为2 440 MPa、148 GPa和107 MPa，280℃其力学性能保持率分别为66.4%、87.2%和44.1%。
2020, 37(7): 1513-1521.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191031.001
摘要:
采用静电纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维收集在皮芯型聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)双组分微米纤维网上，制备PAN/PE-PP单层复合纤维网，再将多个单层复合纤维网层层堆叠，经热黏合加固，制备PAN/PE-PP多层复合空气过滤材料，研究了PAN/PE-PP复合纤维网的层数和纺丝时间对其孔径及过滤性能的影响。结果表明：多层复合的方式可得到与单层复合材料相似的孔径参数，但两种材料的孔道结构不同。在总面密度和总纺丝时间一定时，当PAN/PE-PP复合纤维网的层数大于10层时，PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤效率和品质因子QF均明显大于PAN/PE-PP单层复合过滤材料，阻力略微增大；其中，相较PAN/PE-PP单层复合过滤材料，20层PAN/PE-PP复合过滤材料对≥0.3 μm颗粒的过滤效率提高了33%，阻力增加了5 Pa，QF值提高了30%。当总面密度和层数一定时，延长静电纺丝时间≥210 min，20层PAN/PE-PP复合过滤材料对颗粒的过滤效率可提高至90%以上，但阻力也急剧增大，因此静电纺丝时间为210 min的PAN/PE-PP多层复合材料的过滤性能最佳。因此，与相同面密度的PAN/PE-PP单层复合过滤材料相比，PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤性能明显提高；微纳米纤维多层复合法是制备高效低阻复合空气过滤材料的有效方法。
采用静电纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维收集在皮芯型聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)双组分微米纤维网上，制备PAN/PE-PP单层复合纤维网，再将多个单层复合纤维网层层堆叠，经热黏合加固，制备PAN/PE-PP多层复合空气过滤材料，研究了PAN/PE-PP复合纤维网的层数和纺丝时间对其孔径及过滤性能的影响。结果表明：多层复合的方式可得到与单层复合材料相似的孔径参数，但两种材料的孔道结构不同。在总面密度和总纺丝时间一定时，当PAN/PE-PP复合纤维网的层数大于10层时，PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤效率和品质因子QF均明显大于PAN/PE-PP单层复合过滤材料，阻力略微增大；其中，相较PAN/PE-PP单层复合过滤材料，20层PAN/PE-PP复合过滤材料对≥0.3 μm颗粒的过滤效率提高了33%，阻力增加了5 Pa，QF值提高了30%。当总面密度和层数一定时，延长静电纺丝时间≥210 min，20层PAN/PE-PP复合过滤材料对颗粒的过滤效率可提高至90%以上，但阻力也急剧增大，因此静电纺丝时间为210 min的PAN/PE-PP多层复合材料的过滤性能最佳。因此，与相同面密度的PAN/PE-PP单层复合过滤材料相比，PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤性能明显提高；微纳米纤维多层复合法是制备高效低阻复合空气过滤材料的有效方法。
2020, 37(7): 1522-1530.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191024.001
摘要:
以聚四氟乙烯(PTFE)为基体，采用正交实验法研究了纳米蛇纹石(nano Serpentine)、纳米氧化镧 (nano La2O3)和环境三种因素对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料摩擦学性能的影响。采用自制沙尘模拟装置改进现有的 MMU-5G摩擦磨损试验机对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料进行摩擦学实验。通过SEM观察试样磨损表面和转移膜形貌，分析nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料磨损机制。结果表明：环境因素对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的摩擦系数影响最大，干摩擦摩擦系数比沙尘环境下摩擦系数低；nano Serpentine含量对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的磨损率影响最大，当nano Serpentine质量分数为9wt%时，nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的总体磨损率最低。nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的干摩擦的磨损机制主要为黏着磨损，沙尘环境的磨损机制主要为磨粒磨损。
以聚四氟乙烯(PTFE)为基体，采用正交实验法研究了纳米蛇纹石(nano Serpentine)、纳米氧化镧 (nano La2O3)和环境三种因素对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料摩擦学性能的影响。采用自制沙尘模拟装置改进现有的 MMU-5G摩擦磨损试验机对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料进行摩擦学实验。通过SEM观察试样磨损表面和转移膜形貌，分析nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料磨损机制。结果表明：环境因素对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的摩擦系数影响最大，干摩擦摩擦系数比沙尘环境下摩擦系数低；nano Serpentine含量对nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的磨损率影响最大，当nano Serpentine质量分数为9wt%时，nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的总体磨损率最低。nano Serpentine-nano La2O3/PTFE复合材料的干摩擦的磨损机制主要为黏着磨损，沙尘环境的磨损机制主要为磨粒磨损。
2020, 37(7): 1531-1538.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191017.001
摘要:
针对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料作为火电烟囱内衬的服役老化问题，以玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料为研究对象，用正交试验法研究温度、偶联剂含量和热流老化时间等因素对GF/EP复合材料热损伤后的质量损失率、弯曲强度和剪切性能的影响。采用金相显微图像处理法测量计算GF/EP复合材料的孔隙率，使用自主设计并搭建的原位在线监测系统对GF/EP复合材料进行测试。结果表明，不同因素对GF/EP复合材料性能的影响程度不同。偶联剂含量的增加会有限改善GF/EP复合材料的质量损失率，而温度因素对复合材料弯曲强度的影响较大，复合材料本身存在的后固化行为会影响弯曲性能的变化趋势，随温度升高弯曲强度总体下降了11.8%。GF/EP复合材料的层间剪切强度与热老化时间密切相关，16 h相比8 h热流老化后的层间剪切强度均值提高了10.2%。
针对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料作为火电烟囱内衬的服役老化问题，以玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料为研究对象，用正交试验法研究温度、偶联剂含量和热流老化时间等因素对GF/EP复合材料热损伤后的质量损失率、弯曲强度和剪切性能的影响。采用金相显微图像处理法测量计算GF/EP复合材料的孔隙率，使用自主设计并搭建的原位在线监测系统对GF/EP复合材料进行测试。结果表明，不同因素对GF/EP复合材料性能的影响程度不同。偶联剂含量的增加会有限改善GF/EP复合材料的质量损失率，而温度因素对复合材料弯曲强度的影响较大，复合材料本身存在的后固化行为会影响弯曲性能的变化趋势，随温度升高弯曲强度总体下降了11.8%。GF/EP复合材料的层间剪切强度与热老化时间密切相关，16 h相比8 h热流老化后的层间剪切强度均值提高了10.2%。
2020, 37(7): 1539-1546.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.003
摘要:
为探讨新疆强紫外线与干热环境对木塑复合材料抗老化性能的影响，添加不同种类抗老剂(UV-531、1010和168)，采用挤出成型制备麦秸/聚氯乙烯(PVC)复合材料，进行90天新疆户外老化。测试和分析麦秸/PVC复合材料老化前后表面官能团和颜色变化、表面形貌和力学性能，计算羰基指数、木质素指数和表面粗糙度。结果表明：老化后表面麦秸纤维与PVC发生分解，出现褪色现象，粗糙度升高，力学性能下降。抗老剂均能提高麦秸/PVC复合材料的抗老化性能。其中，添加抗老剂UV-531的麦秸/PVC复合材料效果最优，与对照组相比，其羰基指数提高了19.27%，木质素指数降低了4.44%，色差ΔE降低了11.12%，表面粗糙度Sa降低了33.38%，弯曲强度和拉伸强度分别提高了5.87%和6.44%，表面更平整，麦秸裸露少。该研究结果可为提高木塑复合材料抗老化效力提供试验数据和理论参考，有利于延长木塑复合材料在新疆干热环境下的使用寿命。
为探讨新疆强紫外线与干热环境对木塑复合材料抗老化性能的影响，添加不同种类抗老剂(UV-531、1010和168)，采用挤出成型制备麦秸/聚氯乙烯(PVC)复合材料，进行90天新疆户外老化。测试和分析麦秸/PVC复合材料老化前后表面官能团和颜色变化、表面形貌和力学性能，计算羰基指数、木质素指数和表面粗糙度。结果表明：老化后表面麦秸纤维与PVC发生分解，出现褪色现象，粗糙度升高，力学性能下降。抗老剂均能提高麦秸/PVC复合材料的抗老化性能。其中，添加抗老剂UV-531的麦秸/PVC复合材料效果最优，与对照组相比，其羰基指数提高了19.27%，木质素指数降低了4.44%，色差ΔE降低了11.12%，表面粗糙度Sa降低了33.38%，弯曲强度和拉伸强度分别提高了5.87%和6.44%，表面更平整，麦秸裸露少。该研究结果可为提高木塑复合材料抗老化效力提供试验数据和理论参考，有利于延长木塑复合材料在新疆干热环境下的使用寿命。
2020, 37(7): 1547-1554.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.005
摘要:
采用液相还原法，制备了BN表面沉积纳米Sn粒子(BN-Sn NPs)杂化材料，用于环氧树脂(EP)的导热绝缘填料。BN-Sn NPs表面纳米Sn的粒径和熔点分别为10~30 nm 和166.5~195.3℃。BN表面沉积纳米Sn后，粉体Zeta电位及压片的导热系数增加，EP滴在压片表面的接触角降低。在BN-Sn NPs/EP复合材料固化过程中，BN-Sn NPs表面纳米Sn熔融烧结，有利于填料相互桥联在一起，降低接触热阻，并改善界面性能，从而提高BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数。当填料体积含量为30vol%时，BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数达1.61 W(m·K)−1，比未改性BN/EP复合材料的导热系数(1.08 W(m·K)−1)提高了近50%。Monte Carlo法模拟表明，BN和BN-Sn NPs在EP基体中的接触热阻(Rc)分别为6.1×106 K·W−1和3.7×106 K·W−1。与未改性BN/EP复合材料相比，BN-Sn NPs/EP复合材料的介质损耗增加，介电强度及体积电阻率降低，但仍具有良好电绝缘性能。
采用液相还原法，制备了BN表面沉积纳米Sn粒子(BN-Sn NPs)杂化材料，用于环氧树脂(EP)的导热绝缘填料。BN-Sn NPs表面纳米Sn的粒径和熔点分别为10~30 nm 和166.5~195.3℃。BN表面沉积纳米Sn后，粉体Zeta电位及压片的导热系数增加，EP滴在压片表面的接触角降低。在BN-Sn NPs/EP复合材料固化过程中，BN-Sn NPs表面纳米Sn熔融烧结，有利于填料相互桥联在一起，降低接触热阻，并改善界面性能，从而提高BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数。当填料体积含量为30vol%时，BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数达1.61 W(m·K)−1，比未改性BN/EP复合材料的导热系数(1.08 W(m·K)−1)提高了近50%。Monte Carlo法模拟表明，BN和BN-Sn NPs在EP基体中的接触热阻(Rc)分别为6.1×106 K·W−1和3.7×106 K·W−1。与未改性BN/EP复合材料相比，BN-Sn NPs/EP复合材料的介质损耗增加，介电强度及体积电阻率降低，但仍具有良好电绝缘性能。
2020, 37(7): 1555-1561.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191128.001
摘要:
采用光化学沉积法和溶液刮膜法制备不同Ag含量的TiO2@Ag/聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜，并采用电子万能材料试验机、紫外可见近红外分光光度计和XRD等对TiO2@Ag/PVDF复合薄膜的物理性能和光催化性能进行表征和分析。研究发现：与TiO2/PVDF复合薄膜相比，TiO2@Ag/PVDF复合薄膜的拉伸强度明显提高，但断裂伸长降低，且复合薄膜的响应光谱范围拓宽至可见光区；TiO2@Ag/PVDF复合薄膜的光催化降解能力随Ag负载量的增加而呈先升高后降低的趋势；同时TiO2@Ag/PVDF复合薄膜具有优异的重复利用性和可见光区自清洁作用。综上所述，实验所制备的TiO2@Ag/PVDF复合薄膜能够满足实际应用需要，因此其在光催化降解领域具有潜在的应用前景。
采用光化学沉积法和溶液刮膜法制备不同Ag含量的TiO2@Ag/聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜，并采用电子万能材料试验机、紫外可见近红外分光光度计和XRD等对TiO2@Ag/PVDF复合薄膜的物理性能和光催化性能进行表征和分析。研究发现：与TiO2/PVDF复合薄膜相比，TiO2@Ag/PVDF复合薄膜的拉伸强度明显提高，但断裂伸长降低，且复合薄膜的响应光谱范围拓宽至可见光区；TiO2@Ag/PVDF复合薄膜的光催化降解能力随Ag负载量的增加而呈先升高后降低的趋势；同时TiO2@Ag/PVDF复合薄膜具有优异的重复利用性和可见光区自清洁作用。综上所述，实验所制备的TiO2@Ag/PVDF复合薄膜能够满足实际应用需要，因此其在光催化降解领域具有潜在的应用前景。
2020, 37(7): 1562-1570.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191120.002
摘要:
以微米和纳米SiC为填料，制备了不同填料配比的微纳米SiC/环氧树脂(EP)复合材料。测试了微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度、室温介电谱和直流电导特性。分析了填料与基体之间的界面对玻璃化转变温度、介电谱及直流电导特性的影响。实验结果表明，在微米和纳米SiC填料的共同掺杂下，随着纳米SiC填料含量的增加，微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度先降低后升高。在相同频率下，微纳米SiC/EP复合材料具有更低的相对介电常数和低频损耗峰幅值。与EP相比，微纳米SiC/EP复合材料具备显著的非线性电导特性。与微米SiC/EP复合材料相比，微纳米SiC/EP复合材料具有更高的非线性指数和阈值电场强度。微纳米SiC/EP复合材料的非线性电导特性与SiC颗粒和EP基体之间的界面区密切相关。
以微米和纳米SiC为填料，制备了不同填料配比的微纳米SiC/环氧树脂(EP)复合材料。测试了微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度、室温介电谱和直流电导特性。分析了填料与基体之间的界面对玻璃化转变温度、介电谱及直流电导特性的影响。实验结果表明，在微米和纳米SiC填料的共同掺杂下，随着纳米SiC填料含量的增加，微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度先降低后升高。在相同频率下，微纳米SiC/EP复合材料具有更低的相对介电常数和低频损耗峰幅值。与EP相比，微纳米SiC/EP复合材料具备显著的非线性电导特性。与微米SiC/EP复合材料相比，微纳米SiC/EP复合材料具有更高的非线性指数和阈值电场强度。微纳米SiC/EP复合材料的非线性电导特性与SiC颗粒和EP基体之间的界面区密切相关。
2020, 37(7): 1571-1580.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191120.001
摘要:
采用超声辅助电泳沉积法，以异丙醇作为溶剂，在连续碳纤维(CF)表面沉积一层氧化石墨烯(GO)，对CF表面进行改性。再经200℃高温处理来增强(GO)与CF之间的黏合性，从而增加CF/环氧树脂(EP)复合材料的界面结合强度。利用SEM和AFM对改性前后CF的表面形貌及微观结构变化进行了表征，通过XPS对改性前后CF表面官能团的变化进行了检测。结果表明，在CF表面沉积GO并经200℃处理后，有效地部分还原了GO(RGO)，填补或桥联了CF表面缺陷，使改性后CF的拉伸强度提高了34.58%。同时，高温处理使RGO与CF之间生成牢固的化学键，从而提高了RGO与CF之间的结合强度，最终使RGO-CF/EP复合材料的界面剪切强度(IFSS)提高了69.9%。
采用超声辅助电泳沉积法，以异丙醇作为溶剂，在连续碳纤维(CF)表面沉积一层氧化石墨烯(GO)，对CF表面进行改性。再经200℃高温处理来增强(GO)与CF之间的黏合性，从而增加CF/环氧树脂(EP)复合材料的界面结合强度。利用SEM和AFM对改性前后CF的表面形貌及微观结构变化进行了表征，通过XPS对改性前后CF表面官能团的变化进行了检测。结果表明，在CF表面沉积GO并经200℃处理后，有效地部分还原了GO(RGO)，填补或桥联了CF表面缺陷，使改性后CF的拉伸强度提高了34.58%。同时，高温处理使RGO与CF之间生成牢固的化学键，从而提高了RGO与CF之间的结合强度，最终使RGO-CF/EP复合材料的界面剪切强度(IFSS)提高了69.9%。
2020, 37(7): 1581-1589.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191226.002
摘要:
采用碱氧一浴法对洋麻纤维(KF)进行精细化处理，并制备了不同混纺质量比的精细化处理KF-棉纤维(KF-CF)混纺织物及KF-CF/环氧树脂(EP)复合材料。通过纤维强度、细度测试和FTIR、TG、SEM研究了精细化处理对KF性能的影响，通过对KF-CF/EP复合材料力学性能分析得到最佳混纺质量比，探究了最佳混纺质量比KF-CF/EP复合材料在湿热及化学环境下的吸湿性能。结果表明：精细化处理后的KF直径降低了30.66%，拉伸模量提高了31.24%，柔软度提高了13.20%，热稳定性得到提高；当KF与CF混纺质量比为40∶60时，KF-CF/EP复合材料力学性能最优，拉伸强度为101.90 MPa，弯曲强度为189.64 MPa；在湿热环境下，时间越长，温度越高，KF-CF/EP复合材料的吸水率越高，碱性环境会导致KF-CF/EP复合材料吸水率提高。
采用碱氧一浴法对洋麻纤维(KF)进行精细化处理，并制备了不同混纺质量比的精细化处理KF-棉纤维(KF-CF)混纺织物及KF-CF/环氧树脂(EP)复合材料。通过纤维强度、细度测试和FTIR、TG、SEM研究了精细化处理对KF性能的影响，通过对KF-CF/EP复合材料力学性能分析得到最佳混纺质量比，探究了最佳混纺质量比KF-CF/EP复合材料在湿热及化学环境下的吸湿性能。结果表明：精细化处理后的KF直径降低了30.66%，拉伸模量提高了31.24%，柔软度提高了13.20%，热稳定性得到提高；当KF与CF混纺质量比为40∶60时，KF-CF/EP复合材料力学性能最优，拉伸强度为101.90 MPa，弯曲强度为189.64 MPa；在湿热环境下，时间越长，温度越高，KF-CF/EP复合材料的吸水率越高，碱性环境会导致KF-CF/EP复合材料吸水率提高。
2020, 37(7): 1590-1600.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191011.001
摘要:
基于长桁铺层数不同的两块复合材料翼面T型加筋壁板试件SS-1和SS-2开展剪切稳定性试验。试件SS-1和SS-2的L型层合板铺层分别为11层和14层，腹板铺层分别为22层和28层，缘条铺层分别为15层和18层。采用提出的工程方法进行壁板的剪切屈曲应变分析，方法中考虑了长桁尺寸和铺层数的影响，并应用有限元弧长法进行试件屈曲载荷、后屈曲承载能力及剪切屈曲模态分析。试验结果表明，屈曲发生之前试件蒙皮处于均匀纯剪切应变状态，后屈曲阶段试件发生了长桁-蒙皮脱粘破坏失效，长桁铺层数较多的试件SS-2具有更高的屈曲载荷和蒙皮局部屈曲应变。工程方法计算得到试件SS-1和SS-2的剪切屈曲应变相对于试验结果的误差分别为–14.9%和–9.2%。有限元弧长法分析得到试件SS-1的屈曲载荷和屈曲应变误差分别为1.9%和2.7%，且剪切屈曲模态与试验结果一致。弧长法对不同长桁铺层数的研究结果表明，长桁铺层较少时，壁板发生整体失稳的材料破坏，而长桁铺层数较多时，更容易发生长桁与蒙皮的脱粘失效。
基于长桁铺层数不同的两块复合材料翼面T型加筋壁板试件SS-1和SS-2开展剪切稳定性试验。试件SS-1和SS-2的L型层合板铺层分别为11层和14层，腹板铺层分别为22层和28层，缘条铺层分别为15层和18层。采用提出的工程方法进行壁板的剪切屈曲应变分析，方法中考虑了长桁尺寸和铺层数的影响，并应用有限元弧长法进行试件屈曲载荷、后屈曲承载能力及剪切屈曲模态分析。试验结果表明，屈曲发生之前试件蒙皮处于均匀纯剪切应变状态，后屈曲阶段试件发生了长桁-蒙皮脱粘破坏失效，长桁铺层数较多的试件SS-2具有更高的屈曲载荷和蒙皮局部屈曲应变。工程方法计算得到试件SS-1和SS-2的剪切屈曲应变相对于试验结果的误差分别为–14.9%和–9.2%。有限元弧长法分析得到试件SS-1的屈曲载荷和屈曲应变误差分别为1.9%和2.7%，且剪切屈曲模态与试验结果一致。弧长法对不同长桁铺层数的研究结果表明，长桁铺层较少时，壁板发生整体失稳的材料破坏，而长桁铺层数较多时，更容易发生长桁与蒙皮的脱粘失效。
2020, 37(7): 1601-1610.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190905.001
摘要:
为了研究复合材料蜂窝板在湿热环境下的振动特性，针对由碳纤维/双马来酰亚胺复合材料层合板和Nomex芯层复合而成的蜂窝板进行了不同温湿度下固有频率的数值分析。基于分段剪切变形理论，分别考虑复合材料蜂窝薄板和厚板两种情况，利用湿度与温度的等效性，求解了复合材料蜂窝板的振动特征方程。利用有限元软件ABAQUS，建立了四端固支的复合材料蜂窝板精细化模型。分别讨论了温度、湿度、温湿度联合作用对复合材料蜂窝薄板和厚板固有频率的影响。结果表明：相比于温度的升高，复合材料蜂窝板固有频率对吸湿量的增加更为敏感；相同的湿热环境下，复合材料蜂窝厚板结构的固有频率比薄板结构大，且阶次越高，固有频率上升的幅度越大；温湿度的联合作用比它们单独作用的叠加对复合材料蜂窝板固有频率的影响更大，且在复合材料蜂窝薄板中更加明显。
为了研究复合材料蜂窝板在湿热环境下的振动特性，针对由碳纤维/双马来酰亚胺复合材料层合板和Nomex芯层复合而成的蜂窝板进行了不同温湿度下固有频率的数值分析。基于分段剪切变形理论，分别考虑复合材料蜂窝薄板和厚板两种情况，利用湿度与温度的等效性，求解了复合材料蜂窝板的振动特征方程。利用有限元软件ABAQUS，建立了四端固支的复合材料蜂窝板精细化模型。分别讨论了温度、湿度、温湿度联合作用对复合材料蜂窝薄板和厚板固有频率的影响。结果表明：相比于温度的升高，复合材料蜂窝板固有频率对吸湿量的增加更为敏感；相同的湿热环境下，复合材料蜂窝厚板结构的固有频率比薄板结构大，且阶次越高，固有频率上升的幅度越大；温湿度的联合作用比它们单独作用的叠加对复合材料蜂窝板固有频率的影响更大，且在复合材料蜂窝薄板中更加明显。
2020, 37(7): 1611-1618.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190930.002
摘要:
以石英纤维/环氧树脂复合材料结构为研究对象，考虑设计参数的随机性，采用全局灵敏度分析理论，研究了各输入随机因素对石英纤维/环氧树脂复合材料结构静强度响应的影响。首先利用MATLAB和NASTRAN的联合仿真得到各输入变量样本值对应的输出响应值，结合自适应Kriging模型构建极限状态函数的代理模型，在此基础上实现石英纤维/环氧树脂复合材料结构静强度可靠度及各输入变量的不确定性对输出响应及失效概率全局灵敏度的计算，得到输入变量的全局灵敏度排序结果，为工程实际中复合材料结构的优化设计提供一定指导。
以石英纤维/环氧树脂复合材料结构为研究对象，考虑设计参数的随机性，采用全局灵敏度分析理论，研究了各输入随机因素对石英纤维/环氧树脂复合材料结构静强度响应的影响。首先利用MATLAB和NASTRAN的联合仿真得到各输入变量样本值对应的输出响应值，结合自适应Kriging模型构建极限状态函数的代理模型，在此基础上实现石英纤维/环氧树脂复合材料结构静强度可靠度及各输入变量的不确定性对输出响应及失效概率全局灵敏度的计算，得到输入变量的全局灵敏度排序结果，为工程实际中复合材料结构的优化设计提供一定指导。
2020, 37(7): 1619-1628.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191107.002
摘要:
为满足亚毫米波、太赫兹波段等高频天线反射面的应用需求，采用附加树脂修型技术制得1米级、面形精度优于10 μm均方差(RMS)的碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料天线面板。主要开展了针对高精度CFRP复合材料面板在极端低温环境下的热变形机制研究。根据基础材料性能测试数据，建立面板的有限元仿真模型，预测大温差工况下多结构参数面板的热变形残差，分析了影响面板热变形特性的主要因素。比较了铝蜂窝和碳管阵列夹芯两种面板结构热变形特性的差异。结果表明，碳管夹芯结构面板具备更高的比刚度和热稳定性。通过仿真结构优化给出了面板的结构设计参数，并重新试制了原型面板。采用基于高精度数字摄影测量的实验方法，对铝蜂窝和碳管阵列两种夹芯结构原型面板在低温环境下的热变形误差进行了测量，通过分析实验与仿真结果的误差来源，讨论了有限元预测方法的可行性，给出了针对高精度CFRP复合材料面板设计及工艺方法的指导意见。
为满足亚毫米波、太赫兹波段等高频天线反射面的应用需求，采用附加树脂修型技术制得1米级、面形精度优于10 μm均方差(RMS)的碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料天线面板。主要开展了针对高精度CFRP复合材料面板在极端低温环境下的热变形机制研究。根据基础材料性能测试数据，建立面板的有限元仿真模型，预测大温差工况下多结构参数面板的热变形残差，分析了影响面板热变形特性的主要因素。比较了铝蜂窝和碳管阵列夹芯两种面板结构热变形特性的差异。结果表明，碳管夹芯结构面板具备更高的比刚度和热稳定性。通过仿真结构优化给出了面板的结构设计参数，并重新试制了原型面板。采用基于高精度数字摄影测量的实验方法，对铝蜂窝和碳管阵列两种夹芯结构原型面板在低温环境下的热变形误差进行了测量，通过分析实验与仿真结果的误差来源，讨论了有限元预测方法的可行性，给出了针对高精度CFRP复合材料面板设计及工艺方法的指导意见。
2020, 37(7): 1629-1638.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190827.001
摘要:
利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型，以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性，并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析，研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明，本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响，且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明，随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大，试件极限承载力和延性均增大，而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展，但对试件强度和延性影响较小。
利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型，以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性，并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析，研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明，本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响，且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明，随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大，试件极限承载力和延性均增大，而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展，但对试件强度和延性影响较小。
2020, 37(7): 1639-1648.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191107.001
摘要:
首先合成氨基功能化Fe3O4(NH2—Fe3O4)，并以NH2—Fe3O4为磁核，六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为锌源，在表面活性剂聚乙二醇(PEG，PEG-400)辅助下通过水热法制备PEG修饰的ZnO(NH2—Fe3O4@PEG@ZnO)磁性复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS、紫外-可见-近红外分光光度计、比表面吸附仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等对NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料组成、形貌、磁性能等进行表征。并进一步以罗丹明B(RhB)染料为模拟污染物，对NH2−Fe3O4@PEG@ZnO复合材料的光催化降解性能进行研究，采用单因素法探究Fe与Zn的原子比(n(Fe)∶n(Zn))、合成温度、表面活性剂种类及用量对NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料光催化降解性能的影响。结果表明，n(Fe)∶n(Zn)=1∶15、水热合成温度为180℃制备的NH2—Fe3O4@ZnO复合材料具有良好的光降解性能，0.0500 g NH2—Fe3O4@ZnO复合材料在紫外光照射20 min内对50 mL RhB(1.0×10−5 mol·L−1)溶液降解率为90.36%。而相同条件制备的NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料呈微球状，比表面积为11.43 m2·g−1，禁带宽度为2.51 eV，对RhB的光催化降解率可提高至99.36%，循环使用10次后，其对RhB的光催化降解率仍可达96.48%，PEG-400对NH2—Fe3O4@ZnO复合材料的光催化活性具有较大的协同效应。
首先合成氨基功能化Fe3O4(NH2—Fe3O4)，并以NH2—Fe3O4为磁核，六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为锌源，在表面活性剂聚乙二醇(PEG，PEG-400)辅助下通过水热法制备PEG修饰的ZnO(NH2—Fe3O4@PEG@ZnO)磁性复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS、紫外-可见-近红外分光光度计、比表面吸附仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等对NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料组成、形貌、磁性能等进行表征。并进一步以罗丹明B(RhB)染料为模拟污染物，对NH2−Fe3O4@PEG@ZnO复合材料的光催化降解性能进行研究，采用单因素法探究Fe与Zn的原子比(n(Fe)∶n(Zn))、合成温度、表面活性剂种类及用量对NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料光催化降解性能的影响。结果表明，n(Fe)∶n(Zn)=1∶15、水热合成温度为180℃制备的NH2—Fe3O4@ZnO复合材料具有良好的光降解性能，0.0500 g NH2—Fe3O4@ZnO复合材料在紫外光照射20 min内对50 mL RhB(1.0×10−5 mol·L−1)溶液降解率为90.36%。而相同条件制备的NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料呈微球状，比表面积为11.43 m2·g−1，禁带宽度为2.51 eV，对RhB的光催化降解率可提高至99.36%，循环使用10次后，其对RhB的光催化降解率仍可达96.48%，PEG-400对NH2—Fe3O4@ZnO复合材料的光催化活性具有较大的协同效应。
2020, 37(7): 1649-1656.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191128.002
摘要:
采用化学镀铜的方法对增强相碳纳米管(CNTs)和Ti3AlC2进行表面改性，热压烧结制备了CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料，研究了其微观组织和力学性能的变化及增强机制。结果表明：CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料内部主要物相为CNTs、Ti3AlC2、Mg和Al12Mg17，增强相均匀分布在基体内，在增强相与基体的界面处存在U相(MgAlCu)，使二者界面结合良好。当增强相CNTs 和Ti3AlC2含量分别为1wt%和25wt%时，较镁合金AZ91D，CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的弹性模量、拉伸强度、屈服强度和延伸率分别提高了120.30%、25.72%、126.50%和36.84%，弯曲强度和压缩强度分别为337.92 MPa和436.27 MPa。CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的断裂方式表现为脆性断裂，其强化机制主要为热配错强化、Orowan强化和细晶强化机制。
采用化学镀铜的方法对增强相碳纳米管(CNTs)和Ti3AlC2进行表面改性，热压烧结制备了CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料，研究了其微观组织和力学性能的变化及增强机制。结果表明：CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料内部主要物相为CNTs、Ti3AlC2、Mg和Al12Mg17，增强相均匀分布在基体内，在增强相与基体的界面处存在U相(MgAlCu)，使二者界面结合良好。当增强相CNTs 和Ti3AlC2含量分别为1wt%和25wt%时，较镁合金AZ91D，CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的弹性模量、拉伸强度、屈服强度和延伸率分别提高了120.30%、25.72%、126.50%和36.84%，弯曲强度和压缩强度分别为337.92 MPa和436.27 MPa。CNTs-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的断裂方式表现为脆性断裂，其强化机制主要为热配错强化、Orowan强化和细晶强化机制。
