2014年 第31卷 第4期
2014, 31(4): 859-865.
摘要:
基于热解碳沉积的Particle-Filler（P-F）概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论，提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制，实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模，并采用Gibbs系综Monte Carlo （MC）方法对化学气相渗透（CVI）工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟。研究表明：由于气相中小的芳香烃组分C6的吸附比线性小分子烃组分C2的吸附更容易受到抑制，因而限制了沉积表面的P-F双分子反应；随C6与C2浓度比值R的变化，热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布，导致了2种不同的亚稳相碳即中织构（MT）和高织构（HT）热解碳的生成，并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面。进一步的计算表明：热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域，其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C2的初始浓度及沉积温度T的影响；为了得到均一织构的热解碳，应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数。
基于热解碳沉积的Particle-Filler（P-F）概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论，提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制，实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模，并采用Gibbs系综Monte Carlo （MC）方法对化学气相渗透（CVI）工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟。研究表明：由于气相中小的芳香烃组分C6的吸附比线性小分子烃组分C2的吸附更容易受到抑制，因而限制了沉积表面的P-F双分子反应；随C6与C2浓度比值R的变化，热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布，导致了2种不同的亚稳相碳即中织构（MT）和高织构（HT）热解碳的生成，并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面。进一步的计算表明：热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域，其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C2的初始浓度及沉积温度T的影响；为了得到均一织构的热解碳，应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数。
2014, 31(4): 866-872.
摘要:
采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸），并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征，并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明，所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀，拉伸强度在22~32 MPa之间，拉伸模量约为1 GPa，相比未功能化处理的MWCNTs网格，强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa，相比空白环氧树脂提高了约1倍以上，拉伸试样断面SEM表明，环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好，界面结合紧密，有效地提高了复合材料的力学性能。
采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸），并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征，并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明，所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀，拉伸强度在22~32 MPa之间，拉伸模量约为1 GPa，相比未功能化处理的MWCNTs网格，强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa，相比空白环氧树脂提高了约1倍以上，拉伸试样断面SEM表明，环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好，界面结合紧密，有效地提高了复合材料的力学性能。
2014, 31(4): 873-879.
摘要:
为了改善酚醛泡沫（PF）的力学性能，通过模压成型制备了中空玻璃微珠（HGB）增强的PF复合材料，采用力学性能测试、热重分析和燃烧试验研究了HGB用量对复合材料压缩性能和热性能的影响，并对其增强机制进行了分析。结果表明：当HGB质量分数为树脂的10%时，增强PF的压缩比强度和压缩比模量达到最大值；经过硅烷偶联剂表面处理的HGB增强PF的压缩比强度和压缩比模量提高幅度较大。热重分析和垂直燃烧试验表明：HGB的加入降低了PF的热降解速率，使其热稳定性有所提高，阻燃性能略有下降。SEM、FTIR和EDS分析表明：HGB增强PF的破坏方式为泡孔受挤压破碎，并最终导致HGB脱粘或刚性破碎。HGB增强PF的泡孔密度增加、泡孔直径变小，HGB表面与树脂基体间界面粘结状况良好，在树脂基体中均匀分散。
为了改善酚醛泡沫（PF）的力学性能，通过模压成型制备了中空玻璃微珠（HGB）增强的PF复合材料，采用力学性能测试、热重分析和燃烧试验研究了HGB用量对复合材料压缩性能和热性能的影响，并对其增强机制进行了分析。结果表明：当HGB质量分数为树脂的10%时，增强PF的压缩比强度和压缩比模量达到最大值；经过硅烷偶联剂表面处理的HGB增强PF的压缩比强度和压缩比模量提高幅度较大。热重分析和垂直燃烧试验表明：HGB的加入降低了PF的热降解速率，使其热稳定性有所提高，阻燃性能略有下降。SEM、FTIR和EDS分析表明：HGB增强PF的破坏方式为泡孔受挤压破碎，并最终导致HGB脱粘或刚性破碎。HGB增强PF的泡孔密度增加、泡孔直径变小，HGB表面与树脂基体间界面粘结状况良好，在树脂基体中均匀分散。
2014, 31(4): 880-887.
摘要:
以绝缘性BaTiO3、半导性SiC和具有导电性的纳米石墨片（GNP）为填料，采用溶液法制备了聚偏氟乙烯（PVDF）基复合材料，着重研究了具有不同性质的填料对PVDF基复合材料介电行为的影响。结果表明：随着不同纳米填料用量的增加，PVDF基复合材料的介电常数都有增大的趋势，尤其是添加半导性SiC和导电性GNP对PVDF基复合材料介电性能改善的效果最明显，其影响程度可由ε'-ε"曲线获知；当SiC和GNP含量高于渗流阈值后，其高频松弛峰趋于平直；采用介电模量的形式可以很好地描述材料在频率依赖下的松弛行为，其松弛激活能随着填料用量的增大而降低，表明填料的加入促进了PVDF基复合材料的极化。
以绝缘性BaTiO3、半导性SiC和具有导电性的纳米石墨片（GNP）为填料，采用溶液法制备了聚偏氟乙烯（PVDF）基复合材料，着重研究了具有不同性质的填料对PVDF基复合材料介电行为的影响。结果表明：随着不同纳米填料用量的增加，PVDF基复合材料的介电常数都有增大的趋势，尤其是添加半导性SiC和导电性GNP对PVDF基复合材料介电性能改善的效果最明显，其影响程度可由ε'-ε"曲线获知；当SiC和GNP含量高于渗流阈值后，其高频松弛峰趋于平直；采用介电模量的形式可以很好地描述材料在频率依赖下的松弛行为，其松弛激活能随着填料用量的增大而降低，表明填料的加入促进了PVDF基复合材料的极化。
2014, 31(4): 888-894.
摘要:
纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相，以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维，纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维（BF）表面进行处理，讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势；1 mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大；1 mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。
纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相，以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维，纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维（BF）表面进行处理，讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势；1 mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大；1 mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。
2014, 31(4): 895-901.
摘要:
为了制备出一种可用于长段承重骨的修复、具有优异力学性能的复合材料，利用含量为30wt%和45wt%的石英纤维（QF）分别增强聚酰胺46（PA46），挤塑得到QF/PA46复合材料。采用燃烧实验、FTIR、XRD、SEM及DSC等对复合材料的结构、界面、力学性能和非等温结晶行为进行研究。结果表明：QF在复合材料中分布均匀且没有明显的取向，QF与PA46基体之间形成了氢键的结合；材料的结晶度随着QF含量的增加而降低，QF的加入提高了PA46的结晶速率，起到了异相成核剂作用，但是QF与PA46间的界面作用阻碍了PA46分子的有序排列，降低了结晶度；随着降温速率的增加，PA46和QF/PA46复合材料的结晶峰都从高温向低温方向移动，结晶的范围随降温速率的增加而变宽。力学性能测试结果表明：随着QF含量的增加，QF/PA46复合材料的拉伸强度和弯曲强度都显著增加，且与人体自体骨组织的力学强度相接近。复合材料的细胞实验结果（采用L929成纤维细胞）表明：2种QF含量的QF/PA46复合材料细胞毒性为1级，具有较好的生物安全性。QF/PA46复合材料可以应用于临床的长承载骨修复等相关领域。
为了制备出一种可用于长段承重骨的修复、具有优异力学性能的复合材料，利用含量为30wt%和45wt%的石英纤维（QF）分别增强聚酰胺46（PA46），挤塑得到QF/PA46复合材料。采用燃烧实验、FTIR、XRD、SEM及DSC等对复合材料的结构、界面、力学性能和非等温结晶行为进行研究。结果表明：QF在复合材料中分布均匀且没有明显的取向，QF与PA46基体之间形成了氢键的结合；材料的结晶度随着QF含量的增加而降低，QF的加入提高了PA46的结晶速率，起到了异相成核剂作用，但是QF与PA46间的界面作用阻碍了PA46分子的有序排列，降低了结晶度；随着降温速率的增加，PA46和QF/PA46复合材料的结晶峰都从高温向低温方向移动，结晶的范围随降温速率的增加而变宽。力学性能测试结果表明：随着QF含量的增加，QF/PA46复合材料的拉伸强度和弯曲强度都显著增加，且与人体自体骨组织的力学强度相接近。复合材料的细胞实验结果（采用L929成纤维细胞）表明：2种QF含量的QF/PA46复合材料细胞毒性为1级，具有较好的生物安全性。QF/PA46复合材料可以应用于临床的长承载骨修复等相关领域。
2014, 31(4): 902-908.
摘要:
我国每年产生大量的聚乙烯醇缩丁醛回收料（RPVB），对RPVB加以充分利用，不仅可降低生产成本，还能起到节能、环保和低碳等作用。本文将天然剑麻纤维经去蜡和碱处理后，用机械法将剑麻纤维微纤化，并制成剑麻微纤维（SMF）毡。以戊二醛（GTA）和硼砂（SB）对RPVB进行交联改性，用溶液浸渍法制备了SMF/改性RPVB复合材料。用SEM、FTIR、TG和力学性能测试表征了复合材料的结构与性能。结果表明：碱-机械处理可将直径为150~200 μm的天然剑麻纤维分离成直径为5~10 μm、长径比大于100的SMF；用GTA和SB对RPVB进行交联改性后，SMF/RPVB复合膜的断裂伸长率有所提高；RPVB与SMF间可形成良好的界面结合，但是，由于只有部分RPVB充分渗入纤维毡内部，导致复合材料的整体均匀性欠佳。由TG热重分析可知，SMF/RPVB复合材料的热稳定性介于RPVB与纯SMF之间。
我国每年产生大量的聚乙烯醇缩丁醛回收料（RPVB），对RPVB加以充分利用，不仅可降低生产成本，还能起到节能、环保和低碳等作用。本文将天然剑麻纤维经去蜡和碱处理后，用机械法将剑麻纤维微纤化，并制成剑麻微纤维（SMF）毡。以戊二醛（GTA）和硼砂（SB）对RPVB进行交联改性，用溶液浸渍法制备了SMF/改性RPVB复合材料。用SEM、FTIR、TG和力学性能测试表征了复合材料的结构与性能。结果表明：碱-机械处理可将直径为150~200 μm的天然剑麻纤维分离成直径为5~10 μm、长径比大于100的SMF；用GTA和SB对RPVB进行交联改性后，SMF/RPVB复合膜的断裂伸长率有所提高；RPVB与SMF间可形成良好的界面结合，但是，由于只有部分RPVB充分渗入纤维毡内部，导致复合材料的整体均匀性欠佳。由TG热重分析可知，SMF/RPVB复合材料的热稳定性介于RPVB与纯SMF之间。
2014, 31(4): 909-915.
摘要:
为了改善水性聚氨酯（WPU）耐水性差和表面性能差等缺陷，将有机硅和纳米SiO2同时引入到WPU中，首先通过自乳化法制备了WPU和有机硅改性水性聚氨酯（SWPU）。然后采用超声共混法将纳米SiO2粒子加入到SWPU中，制备了纳米SiO2/SWPU复合材料。最后，采用FTIR和SEM对WPU、SWPU和纳米SiO2/SWPU的结构进行了表征，通过接触角、吸水率及抗拉力学性能测试分析了WPU、SWPU和纳米SiO2/SWPU的疏水性能及抗拉力学性能。结果表明：纳米SiO2已被成功引入到SWPU中；纳米SiO2含量较小（≤3wt%）时能够较均匀地分散在纳米SiO2/SWPU胶膜中；当纳米SiO2含量从0增大至5wt%时，纳米SiO2/SWPU胶膜的吸水率降低了69%，拉伸强度从16.72 MPa增大至24.22 MPa，断裂伸长率从545%增至731%，表明纳米SiO2的引入显著提高了SWPU胶膜的耐水性能和力学性能。
为了改善水性聚氨酯（WPU）耐水性差和表面性能差等缺陷，将有机硅和纳米SiO2同时引入到WPU中，首先通过自乳化法制备了WPU和有机硅改性水性聚氨酯（SWPU）。然后采用超声共混法将纳米SiO2粒子加入到SWPU中，制备了纳米SiO2/SWPU复合材料。最后，采用FTIR和SEM对WPU、SWPU和纳米SiO2/SWPU的结构进行了表征，通过接触角、吸水率及抗拉力学性能测试分析了WPU、SWPU和纳米SiO2/SWPU的疏水性能及抗拉力学性能。结果表明：纳米SiO2已被成功引入到SWPU中；纳米SiO2含量较小（≤3wt%）时能够较均匀地分散在纳米SiO2/SWPU胶膜中；当纳米SiO2含量从0增大至5wt%时，纳米SiO2/SWPU胶膜的吸水率降低了69%，拉伸强度从16.72 MPa增大至24.22 MPa，断裂伸长率从545%增至731%，表明纳米SiO2的引入显著提高了SWPU胶膜的耐水性能和力学性能。
2014, 31(4): 916-924.
摘要:
选取我国典型气候条件下的万宁和拉萨这两个试验站，进行玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯3年的自然环境老化试验；同时在实验室环境下进行了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的湿热老化、热空气老化、光老化和高温浸水人工加速老化试验。测试老化后玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度等力学性能，研究了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯在自然和实验室环境下的老化规律。用灰色理论中的灰色关联分析法计算了自然环境老化试验与人工加速老化试验的相关性。结果表明：以压缩强度为性能指标时，试验室加速光老化试验与自然环境老化试验的相关性最大，关联度达到了0.75左右。计算得到了加速光老化对拉萨和万宁自然老化的加速因子（AF）和加速转换因子（ASF），两地的ASF最终分别稳定在5.28和7.25。
选取我国典型气候条件下的万宁和拉萨这两个试验站，进行玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯3年的自然环境老化试验；同时在实验室环境下进行了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的湿热老化、热空气老化、光老化和高温浸水人工加速老化试验。测试老化后玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度等力学性能，研究了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯在自然和实验室环境下的老化规律。用灰色理论中的灰色关联分析法计算了自然环境老化试验与人工加速老化试验的相关性。结果表明：以压缩强度为性能指标时，试验室加速光老化试验与自然环境老化试验的相关性最大，关联度达到了0.75左右。计算得到了加速光老化对拉萨和万宁自然老化的加速因子（AF）和加速转换因子（ASF），两地的ASF最终分别稳定在5.28和7.25。
2014, 31(4): 925-930.
摘要:
为了提高聚丁二酸丁二醇酯（PBS）基复合材料的性能，降低生产成本，采用熔融共混法制备了麦秸粉/PBS-聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇共聚酯（PBAT）复合材料，利用60Co-γ射线对该复合材料进行了辐射改性。研究了辐射改性对麦秸粉/PBS-PBAT复合材料力学性能、热稳定性和热变形温度的影响，并采用FTIR和SEM表征了复合材料的结构和断面形貌。结果表明：当三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）的含量为1wt%时，复合材料经30 kGy剂量辐射后，其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了20%、23.5%和6.5%；辐射改性提高了复合材料的高温分解速率，使其热变形温度上升了约11℃，并增强了复合材料组分间的粘结性。
为了提高聚丁二酸丁二醇酯（PBS）基复合材料的性能，降低生产成本，采用熔融共混法制备了麦秸粉/PBS-聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇共聚酯（PBAT）复合材料，利用60Co-γ射线对该复合材料进行了辐射改性。研究了辐射改性对麦秸粉/PBS-PBAT复合材料力学性能、热稳定性和热变形温度的影响，并采用FTIR和SEM表征了复合材料的结构和断面形貌。结果表明：当三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）的含量为1wt%时，复合材料经30 kGy剂量辐射后，其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了20%、23.5%和6.5%；辐射改性提高了复合材料的高温分解速率，使其热变形温度上升了约11℃，并增强了复合材料组分间的粘结性。
2014, 31(4): 931-936.
摘要:
环氧树脂具有优异的热性能及力学性能，但本身脆性较大。为制备低成本、高性能的环氧树脂体系，使用聚醚砜（PES）和多壁碳纳米管（MWCNT）对环氧树脂进行增韧，制备了不同PES含量的PES-环氧树脂共混物，讨论了PES含量对环氧树脂力学性能的影响；采用熔融法，并配合使用机械搅拌、高剪切分散和超声分散制备了MWCNT/PES-环氧树脂复合材料，测试了其拉伸性能及断裂韧性，用SEM观察了MWCNT在树脂中的分散状态以及拉伸试样的断口形貌。结果表明：MWCNT的加入能够提高PES-环氧树脂体系的综合力学性能，且当MWCNT含量为0.7wt%时，树脂体系的综合力学性能最好；低PES含量下，小于1.0wt%的MWCNT的加入使材料力学性能超过用20.0wt%PES改性的环氧树脂；PES与MWCNT对环氧树脂具有协同增韧作用。
环氧树脂具有优异的热性能及力学性能，但本身脆性较大。为制备低成本、高性能的环氧树脂体系，使用聚醚砜（PES）和多壁碳纳米管（MWCNT）对环氧树脂进行增韧，制备了不同PES含量的PES-环氧树脂共混物，讨论了PES含量对环氧树脂力学性能的影响；采用熔融法，并配合使用机械搅拌、高剪切分散和超声分散制备了MWCNT/PES-环氧树脂复合材料，测试了其拉伸性能及断裂韧性，用SEM观察了MWCNT在树脂中的分散状态以及拉伸试样的断口形貌。结果表明：MWCNT的加入能够提高PES-环氧树脂体系的综合力学性能，且当MWCNT含量为0.7wt%时，树脂体系的综合力学性能最好；低PES含量下，小于1.0wt%的MWCNT的加入使材料力学性能超过用20.0wt%PES改性的环氧树脂；PES与MWCNT对环氧树脂具有协同增韧作用。
2014, 31(4): 937-943.
摘要:
为了提高木塑复合材料（WPC）的加工流动性能，利用离子聚合物改性WPC，通过HAAKE Minilab微量混合流变仪研究了离子聚合物改性木粉/高密度聚乙烯（HDPE）的毛细管流变特征。结果表明：添加与未添加离子聚合物的木粉/HDPE均为非牛顿流体中的假塑性流体，均呈现出“剪切变稀”的效应；随着钠离子聚合物含量的增加，改性木粉/HDPE的剪切应力和表观黏度均随着剪切速率的增大呈现降低的趋势，表明钠离子聚合物的加入可以显著改善聚合物熔体的流动特性；添加4wt%的钠离子聚合物和4wt%的锌离子聚合物的木粉/HDPE剪切应力和表观黏度均要低于添加4wt%的偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯（MAH-g-PE）的WPC的值，表明与MAH-g-PE相比，离子聚合物更能够改善WPC的流动性能，减小熔体流动时HDPE与木粉之间的摩擦阻力；SEM分析表明，添加离子聚合物后HDPE塑料对木粉有很好的包覆效果，没有明显的界面缝隙，且在WPC断面上存在大量的毛刺纤维。
为了提高木塑复合材料（WPC）的加工流动性能，利用离子聚合物改性WPC，通过HAAKE Minilab微量混合流变仪研究了离子聚合物改性木粉/高密度聚乙烯（HDPE）的毛细管流变特征。结果表明：添加与未添加离子聚合物的木粉/HDPE均为非牛顿流体中的假塑性流体，均呈现出“剪切变稀”的效应；随着钠离子聚合物含量的增加，改性木粉/HDPE的剪切应力和表观黏度均随着剪切速率的增大呈现降低的趋势，表明钠离子聚合物的加入可以显著改善聚合物熔体的流动特性；添加4wt%的钠离子聚合物和4wt%的锌离子聚合物的木粉/HDPE剪切应力和表观黏度均要低于添加4wt%的偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯（MAH-g-PE）的WPC的值，表明与MAH-g-PE相比，离子聚合物更能够改善WPC的流动性能，减小熔体流动时HDPE与木粉之间的摩擦阻力；SEM分析表明，添加离子聚合物后HDPE塑料对木粉有很好的包覆效果，没有明显的界面缝隙，且在WPC断面上存在大量的毛刺纤维。
2014, 31(4): 944-948.
摘要:
为了探讨胶原蛋白（HC）和相容剂马来酸酐接枝低密度聚乙烯（LDPE-g-MAH）对聚合物材料性能产生的影响，以低密度聚乙烯（LDPE）为基体，用共混挤出的方法制备了HC/LDPE复合材料和HC/LDPE-MAH复合材料，并将复合材料注塑成不同规格样条。通过力学性能测试、SEM和热分析等表征方法研究了HC和LDPE-g-MAH含量对HC/LDPE及HC/LDPE-MAH复合材料结构和性能的影响。结果表明：当HC加入量为5wt%时，HC/LDPE复合材料拉伸强度达到最大值15.824 MPa；LDPE-g-MAH的加入可明显改善界面粘结性，提高材料力学性能及热稳定性，当HC含量为20wt%，LDPE-g-MAH含量为4wt%时，HC/LDPE-MAH复合材料的拉伸性能最优。
为了探讨胶原蛋白（HC）和相容剂马来酸酐接枝低密度聚乙烯（LDPE-g-MAH）对聚合物材料性能产生的影响，以低密度聚乙烯（LDPE）为基体，用共混挤出的方法制备了HC/LDPE复合材料和HC/LDPE-MAH复合材料，并将复合材料注塑成不同规格样条。通过力学性能测试、SEM和热分析等表征方法研究了HC和LDPE-g-MAH含量对HC/LDPE及HC/LDPE-MAH复合材料结构和性能的影响。结果表明：当HC加入量为5wt%时，HC/LDPE复合材料拉伸强度达到最大值15.824 MPa；LDPE-g-MAH的加入可明显改善界面粘结性，提高材料力学性能及热稳定性，当HC含量为20wt%，LDPE-g-MAH含量为4wt%时，HC/LDPE-MAH复合材料的拉伸性能最优。
2014, 31(4): 949-954.
摘要:
对中高体积分数碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料制孔崩边缺陷进行了三维试验观测和统计分析，建立了制孔崩边缺陷模型，提出了一种基于崩边体积的SiCp/Al复合材料崩边缺陷程度评价方法。研究结果表明：崩边缺陷是SiCp/Al复合材料制孔的主要缺陷，且崩边缺陷主要产生在制孔出口处。采用该方法能够对不同参数下的制孔崩边缺陷程度进行客观真实的评价，对优化制孔工艺参数具有一定的指导意义。
对中高体积分数碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料制孔崩边缺陷进行了三维试验观测和统计分析，建立了制孔崩边缺陷模型，提出了一种基于崩边体积的SiCp/Al复合材料崩边缺陷程度评价方法。研究结果表明：崩边缺陷是SiCp/Al复合材料制孔的主要缺陷，且崩边缺陷主要产生在制孔出口处。采用该方法能够对不同参数下的制孔崩边缺陷程度进行客观真实的评价，对优化制孔工艺参数具有一定的指导意义。
2014, 31(4): 955-962.
摘要:
界面对复合材料蠕变性能的影响很大。在试验分析的基础上建立了硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料理论分析模型，利用三维有限元分析方法，系统研究了界面特性、界面上应力应变分布和短纤维位向变化对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料蠕变性能的影响。研究表明：界面特性，如厚度、模量，均对纤维最大轴应力和稳态蠕变速率有影响，当界面厚度增加，纤维最大轴应力减小而稳态蠕变速率增大；当界面模量增大，纤维最大轴应力增大而稳态蠕变速率减小，但当界面模量高于基体模量时，纤维最大轴应力和稳态蠕变速率均保持不变；纤维位向也影响轴应力分布和稳态蠕变速率，纤维在其末端界面上存在较大的应力和应变，此处容易产生微裂纹而使材料抗蠕变能力下降；界面对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料的蠕变曲线和蠕变断裂机制也有影响，其影响程度还与纤维位向有关。
界面对复合材料蠕变性能的影响很大。在试验分析的基础上建立了硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料理论分析模型，利用三维有限元分析方法，系统研究了界面特性、界面上应力应变分布和短纤维位向变化对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料蠕变性能的影响。研究表明：界面特性，如厚度、模量，均对纤维最大轴应力和稳态蠕变速率有影响，当界面厚度增加，纤维最大轴应力减小而稳态蠕变速率增大；当界面模量增大，纤维最大轴应力增大而稳态蠕变速率减小，但当界面模量高于基体模量时，纤维最大轴应力和稳态蠕变速率均保持不变；纤维位向也影响轴应力分布和稳态蠕变速率，纤维在其末端界面上存在较大的应力和应变，此处容易产生微裂纹而使材料抗蠕变能力下降；界面对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料的蠕变曲线和蠕变断裂机制也有影响，其影响程度还与纤维位向有关。
2014, 31(4): 963-969.
摘要:
为了确定TiC/Cu-Al2O3复合材料的动态再结晶行为，为热加工工艺参数的制定提供理论参考。采用Gleeble-1500D热模拟试验机，在变形温度450~850℃、应变速率0.001~1 s-1、总应变量为0.7的条件下，对TiC/Cu-Al2O3复合材料进行热模拟试验。对TiC/Cu-Al2O3复合材料的真应力-应变曲线数据进行拟合、分析，求得材料的加工硬化率。结合加工硬化率-应变曲线的拐点和对应偏导曲线最小值的判据，研究了该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明：TiC/Cu-Al2O3复合材料的真应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征，峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加；该材料的加工硬化率-应变曲线出现拐点，对应偏导曲线出现最小值；临界应变随变形温度的升高与应变速率的降低而减小，且临界应变与峰值应变以及Zener-Hollomon参数之间具有相关性。
为了确定TiC/Cu-Al2O3复合材料的动态再结晶行为，为热加工工艺参数的制定提供理论参考。采用Gleeble-1500D热模拟试验机，在变形温度450~850℃、应变速率0.001~1 s-1、总应变量为0.7的条件下，对TiC/Cu-Al2O3复合材料进行热模拟试验。对TiC/Cu-Al2O3复合材料的真应力-应变曲线数据进行拟合、分析，求得材料的加工硬化率。结合加工硬化率-应变曲线的拐点和对应偏导曲线最小值的判据，研究了该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明：TiC/Cu-Al2O3复合材料的真应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征，峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加；该材料的加工硬化率-应变曲线出现拐点，对应偏导曲线出现最小值；临界应变随变形温度的升高与应变速率的降低而减小，且临界应变与峰值应变以及Zener-Hollomon参数之间具有相关性。
2014, 31(4): 970-980.
摘要:
以连续介质损伤力学（CDM）为基础，提出了一个有效的数值分析模型来模拟碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低速冲击的接触力响应和能量响应。该模型考虑了不同的失效模式，引入了不可逆的损伤变量和新的刚度折减方式以考虑损伤造成的刚度变化，定义了耗散能的计算方式以考虑损伤造成的能量变化。通过在Abaqus/Explicit平台上编写VUMAT子程序具体实现模型，数值仿真与试验结果吻合较好，验证了该模型的有效性。此外，还综合考虑了Hashin准则与LaRC04准则各自的优缺点，用Hashin和LaRC04相混合得到的准则对低速冲击进行了模拟。结果表明：在冲击外载作用下当CFRP层合板中存在较多基体压缩失效时，采用混合的失效准则模拟得到的接触力响应和能量响应结果更接近试验结果，而使用纯Hashin准则得到的预测结果偏保守。
以连续介质损伤力学（CDM）为基础，提出了一个有效的数值分析模型来模拟碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低速冲击的接触力响应和能量响应。该模型考虑了不同的失效模式，引入了不可逆的损伤变量和新的刚度折减方式以考虑损伤造成的刚度变化，定义了耗散能的计算方式以考虑损伤造成的能量变化。通过在Abaqus/Explicit平台上编写VUMAT子程序具体实现模型，数值仿真与试验结果吻合较好，验证了该模型的有效性。此外，还综合考虑了Hashin准则与LaRC04准则各自的优缺点，用Hashin和LaRC04相混合得到的准则对低速冲击进行了模拟。结果表明：在冲击外载作用下当CFRP层合板中存在较多基体压缩失效时，采用混合的失效准则模拟得到的接触力响应和能量响应结果更接近试验结果，而使用纯Hashin准则得到的预测结果偏保守。
2014, 31(4): 981-990.
摘要:
采用多级优化方法，对给定外形和尺寸的复合材料模型机翼进行了设计方案优选。首先基于单因素的效能评估和灰关联度的综合效能评估对机翼进行了结构布局设计，然后采用有限元法对工字梁机翼进行结构细节优化与铺层设计，最后采用基于真空袋法的整体成型工艺制备了蒙皮-夹芯、蒙皮-加筋、C型梁和工字梁等4种典型结构的复合材料模型机翼，并利用三点弯曲试验对优选设计方案进行了验证。优化结果表明：工字梁机翼结构效能水平最高，其次是后C型梁机翼，结构效能最差的是蒙皮-腹板机翼，梁凸缘采用等厚度变宽度可获得近似等强度梁结构。试验结果验证了优化设计方案的有效性。
采用多级优化方法，对给定外形和尺寸的复合材料模型机翼进行了设计方案优选。首先基于单因素的效能评估和灰关联度的综合效能评估对机翼进行了结构布局设计，然后采用有限元法对工字梁机翼进行结构细节优化与铺层设计，最后采用基于真空袋法的整体成型工艺制备了蒙皮-夹芯、蒙皮-加筋、C型梁和工字梁等4种典型结构的复合材料模型机翼，并利用三点弯曲试验对优选设计方案进行了验证。优化结果表明：工字梁机翼结构效能水平最高，其次是后C型梁机翼，结构效能最差的是蒙皮-腹板机翼，梁凸缘采用等厚度变宽度可获得近似等强度梁结构。试验结果验证了优化设计方案的有效性。
2014, 31(4): 991-997.
摘要:
连续丝束剪切（CTS）作为一种新的丝束变角度（VAT）铺放技术，能克服传统的自动铺丝技术（AFP）的诸多缺陷。鉴于此，分别采用CTS和AFP这2种技术铺设而成的VAF层合板为研究对象，对其屈曲性能进行了有限元分析；在施加相同端部轴向位移的条件下，以铺层顺序[90±<0|75>]4s为例，对比分析了2种层合板的内力分布；最后，讨论了丝束最小转弯半径对2种铺放技术的影响。结果表明：CTS层合板因其变厚度的特性，其屈曲性能优于AFP层合板；与AFP技术受制于最小转弯半径，导致其在小尺寸结构中的应用受到限制相比，CTS技术适用于各种尺寸的层合板。
连续丝束剪切（CTS）作为一种新的丝束变角度（VAT）铺放技术，能克服传统的自动铺丝技术（AFP）的诸多缺陷。鉴于此，分别采用CTS和AFP这2种技术铺设而成的VAF层合板为研究对象，对其屈曲性能进行了有限元分析；在施加相同端部轴向位移的条件下，以铺层顺序[90±<0|75>]4s为例，对比分析了2种层合板的内力分布；最后，讨论了丝束最小转弯半径对2种铺放技术的影响。结果表明：CTS层合板因其变厚度的特性，其屈曲性能优于AFP层合板；与AFP技术受制于最小转弯半径，导致其在小尺寸结构中的应用受到限制相比，CTS技术适用于各种尺寸的层合板。
2014, 31(4): 998-1005.
摘要:
基于广义自洽原理，利用四相球模型研究了复合泡沫塑料在拉伸加载下的力学性能，并对其可能发生的破坏进行了分析，发现模型退化后给出的泡沫材料强度预测结果与实验值符合较好。通过分析微珠与基体界面的法向应力集中系数和基体相的von Mises应力分布，可以发现，当微珠壁极薄时，微珠的力学行为与实心柔性粒子相似，随着微珠壁厚的增加，微珠对材料整体力学行为的影响与实心刚性粒子的影响接近相同。通过引入破坏影响因子，对复合泡沫塑料的强度预测进行研究，提出了一种有效的预测方法。
基于广义自洽原理，利用四相球模型研究了复合泡沫塑料在拉伸加载下的力学性能，并对其可能发生的破坏进行了分析，发现模型退化后给出的泡沫材料强度预测结果与实验值符合较好。通过分析微珠与基体界面的法向应力集中系数和基体相的von Mises应力分布，可以发现，当微珠壁极薄时，微珠的力学行为与实心柔性粒子相似，随着微珠壁厚的增加，微珠对材料整体力学行为的影响与实心刚性粒子的影响接近相同。通过引入破坏影响因子，对复合泡沫塑料的强度预测进行研究，提出了一种有效的预测方法。
2014, 31(4): 1006-1012.
摘要:
采用有限元分析软件ABAQUS，对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算。采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序，该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变。算例结果表明：复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零，当固化到一定阶段，残余应力迅速增加并且很快达到最大值，在降温阶段释放了部分的残余应力；在整个固化过程中，金属内衬受到压应力，而纤维缠绕层受到拉应力。本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布，通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数，提高制件的质量。
采用有限元分析软件ABAQUS，对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算。采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序，该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变。算例结果表明：复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零，当固化到一定阶段，残余应力迅速增加并且很快达到最大值，在降温阶段释放了部分的残余应力；在整个固化过程中，金属内衬受到压应力，而纤维缠绕层受到拉应力。本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布，通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数，提高制件的质量。
2014, 31(4): 1013-1021.
摘要:
基于伴随能量释放的渐进损伤演化思想，建立了复合材料层合板面内失效分析的连续介质损伤力学（CDM）分析模型，该模型包含损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面。基于CDM模型，通过引入损伤状态变量表征损伤，建立了平面应力状态下的材料损伤本构模型。采用损伤参量 fE改写Hashin准则，以判定损伤的起始。损伤演化由特征长度内的应变能释放密度控制，建立了损伤状态变量关于等效应变的渐进损伤演化法则。模型中还同时考虑了面内剪切非线性和网格敏感性，并进行了对比分析。对含缺口的[90/0/±45]3s和[（±θ）4]s 2类典型复合材料层合板的面内拉伸失效进行了分析，结果表明，本文中的模型能有效预测复合材料层合板的面内拉伸强度。
基于伴随能量释放的渐进损伤演化思想，建立了复合材料层合板面内失效分析的连续介质损伤力学（CDM）分析模型，该模型包含损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面。基于CDM模型，通过引入损伤状态变量表征损伤，建立了平面应力状态下的材料损伤本构模型。采用损伤参量 fE改写Hashin准则，以判定损伤的起始。损伤演化由特征长度内的应变能释放密度控制，建立了损伤状态变量关于等效应变的渐进损伤演化法则。模型中还同时考虑了面内剪切非线性和网格敏感性，并进行了对比分析。对含缺口的[90/0/±45]3s和[（±θ）4]s 2类典型复合材料层合板的面内拉伸失效进行了分析，结果表明，本文中的模型能有效预测复合材料层合板的面内拉伸强度。
2014, 31(4): 1022-1029.
摘要:
为实现复合材料层合板在一定钻削缺陷容差值内的工艺参数优化，首先利用SEM对复合材料的组织结构进行测试分析，获得了复合材料层合板的截面形貌和特征尺寸。然后进行钻削加工正交实验，测试了不同加工参数下的钻削轴向力和扭矩，对钻孔过程中产生的分层、撕裂和孔壁圆度误差等缺陷进行测量，分析了缺陷产生的机制，并对测量结果进行非线性拟合得到缺陷的变化规律。通过建立钻削缺陷与轴向力及扭矩偏差的关系，获得了轴向力和扭矩偏差的临界范围。最后以钻头的主轴转速、每转进给量及钻头结构参数中的横刃偏心系数为决策变量，以获得最大材料去除率为优化目标，以钻削缺陷容差值为约束条件，建立了复合材料钻削加工的参数优化模型。 使用MATLAB软件进行工艺参数优化，在保证复合材料钻削质量的前提下，得到了能够实现最大生产效率的钻削参数。
为实现复合材料层合板在一定钻削缺陷容差值内的工艺参数优化，首先利用SEM对复合材料的组织结构进行测试分析，获得了复合材料层合板的截面形貌和特征尺寸。然后进行钻削加工正交实验，测试了不同加工参数下的钻削轴向力和扭矩，对钻孔过程中产生的分层、撕裂和孔壁圆度误差等缺陷进行测量，分析了缺陷产生的机制，并对测量结果进行非线性拟合得到缺陷的变化规律。通过建立钻削缺陷与轴向力及扭矩偏差的关系，获得了轴向力和扭矩偏差的临界范围。最后以钻头的主轴转速、每转进给量及钻头结构参数中的横刃偏心系数为决策变量，以获得最大材料去除率为优化目标，以钻削缺陷容差值为约束条件，建立了复合材料钻削加工的参数优化模型。 使用MATLAB软件进行工艺参数优化，在保证复合材料钻削质量的前提下，得到了能够实现最大生产效率的钻削参数。
2014, 31(4): 1030-1036.
摘要:
针对竹材弹性模量低、受弯试件截面刚度小、易发生受拉区竹纤维拉断破坏等不足，提出配筋竹结构的概念，给出了配筋竹结构的关键制造工艺，通过4个重组竹受弯试件的四点弯曲试验，研究了配筋竹试件的破坏形态及承载特性。研究参数包括筋材类型和筋材面积。研究结果表明，配筋试件的承载力及截面刚度显著提高，配置钢筋试件刚度提高效果优于FRP筋试件，由于配筋的增强作用，竹材的受压塑性能够充分发展，配筋试件表现出更加明显的塑性发展过程，其上、下边缘的极限压应变和极限拉应变均显著大于对比试件，截面应变分布符合平截面假定，内部筋材与外部竹材的应变对比表明内部筋材与竹材能够很好地共同工作。配筋竹结构是有效提高竹结构工作性能的一种新型结构。
针对竹材弹性模量低、受弯试件截面刚度小、易发生受拉区竹纤维拉断破坏等不足，提出配筋竹结构的概念，给出了配筋竹结构的关键制造工艺，通过4个重组竹受弯试件的四点弯曲试验，研究了配筋竹试件的破坏形态及承载特性。研究参数包括筋材类型和筋材面积。研究结果表明，配筋试件的承载力及截面刚度显著提高，配置钢筋试件刚度提高效果优于FRP筋试件，由于配筋的增强作用，竹材的受压塑性能够充分发展，配筋试件表现出更加明显的塑性发展过程，其上、下边缘的极限压应变和极限拉应变均显著大于对比试件，截面应变分布符合平截面假定，内部筋材与外部竹材的应变对比表明内部筋材与竹材能够很好地共同工作。配筋竹结构是有效提高竹结构工作性能的一种新型结构。
2014, 31(4): 1037-1045.
摘要:
等效夹杂方法是求解含杂质材料弹性应力场的一种有效方法，但是其解析求解只适用于椭球/椭圆类杂质问题。本文提出一种基于等效夹杂方法的数值化计算方法，介绍了其基本理论，并引入共轭梯度法求解该方法的一致性条件线性方程组。该方法通过计算区域的数值离散，能够实现对二维任意形状杂质弹性场的求解。将该方法得到的结果与解析解进行比较，验证了该方法的有效性。讨论了数值化等效夹杂方法在效率以及收敛性上的表现。通过对比证明，利用共轭梯度法实现该方法，能在保持精度的同时，相较于高斯消元法具有较大的效率优势。最后通过半椭圆杂质和氧化锆/氧化铝共挤复合材料算例验证了该方法处理任意形状杂质的能力。
等效夹杂方法是求解含杂质材料弹性应力场的一种有效方法，但是其解析求解只适用于椭球/椭圆类杂质问题。本文提出一种基于等效夹杂方法的数值化计算方法，介绍了其基本理论，并引入共轭梯度法求解该方法的一致性条件线性方程组。该方法通过计算区域的数值离散，能够实现对二维任意形状杂质弹性场的求解。将该方法得到的结果与解析解进行比较，验证了该方法的有效性。讨论了数值化等效夹杂方法在效率以及收敛性上的表现。通过对比证明，利用共轭梯度法实现该方法，能在保持精度的同时，相较于高斯消元法具有较大的效率优势。最后通过半椭圆杂质和氧化锆/氧化铝共挤复合材料算例验证了该方法处理任意形状杂质的能力。
2014, 31(4): 1046-1052.
摘要:
分析了真空辅助树脂渗透（VARI）工艺系统真空对成型质量的重要性。 通过在VARI工艺的进胶截门前、出胶截门后及进出胶截门之间3个区域分别设置渗漏点，调整渗漏点的大小控制真空渗漏的严重程度，对研制的不同渗漏位置以及不同渗漏严重程度的试验件进行外观评价、厚度测试以及超声缺陷检测。 并通过测试不同试验件的开孔压缩性能开展了工艺试验，得到了VARI工艺过程中真空渗漏的位置和程度对复合材料质量的影响：当系统真空出现轻微渗漏时，对VARI工艺成型复合材料制件的最终质量的影响需根据渗漏点进行判定；当系统真空出现严重渗漏时，对VARI工艺成型复合材料制件的最终质量有严重影响，与渗漏的部位无关；VARI工艺成型复合材料层合板的开孔压缩强度与制件的孔隙率成反比关系。
分析了真空辅助树脂渗透（VARI）工艺系统真空对成型质量的重要性。 通过在VARI工艺的进胶截门前、出胶截门后及进出胶截门之间3个区域分别设置渗漏点，调整渗漏点的大小控制真空渗漏的严重程度，对研制的不同渗漏位置以及不同渗漏严重程度的试验件进行外观评价、厚度测试以及超声缺陷检测。 并通过测试不同试验件的开孔压缩性能开展了工艺试验，得到了VARI工艺过程中真空渗漏的位置和程度对复合材料质量的影响：当系统真空出现轻微渗漏时，对VARI工艺成型复合材料制件的最终质量的影响需根据渗漏点进行判定；当系统真空出现严重渗漏时，对VARI工艺成型复合材料制件的最终质量有严重影响，与渗漏的部位无关；VARI工艺成型复合材料层合板的开孔压缩强度与制件的孔隙率成反比关系。
2014, 31(4): 1053-1062.
摘要:
为研究单丝复合体系在单向加载过程中的应力传递及损伤演化规律，基于剪滞模型建立了渐进损伤过程的三维数值分析模型。单丝复合体系的渐进损伤过程曲线和临界状态下的纤维段数、应变载荷及纤维轴向应力分布均与文献试验结果非常吻合，表明本文所提出的单丝复合体系渐进损伤模型能够有效模拟单丝断裂过程中的损伤起始、损伤演化和断裂临界状态。研究了模型中组分材料的模量和强度对损伤过程的影响。结果表明：保持组分材料强度不变，增加纤维的模量能够加快损伤过程，基体模量和界面模量的增加对单丝复合体系渐进损伤过程影响不大；在组分材料模量及界面强度不变的情况下，随着纤维强度的增加，单丝复合体系渐进损伤过程的起始应变载荷和临界应变载荷均增加，临界状态下的纤维断点数减少。
为研究单丝复合体系在单向加载过程中的应力传递及损伤演化规律，基于剪滞模型建立了渐进损伤过程的三维数值分析模型。单丝复合体系的渐进损伤过程曲线和临界状态下的纤维段数、应变载荷及纤维轴向应力分布均与文献试验结果非常吻合，表明本文所提出的单丝复合体系渐进损伤模型能够有效模拟单丝断裂过程中的损伤起始、损伤演化和断裂临界状态。研究了模型中组分材料的模量和强度对损伤过程的影响。结果表明：保持组分材料强度不变，增加纤维的模量能够加快损伤过程，基体模量和界面模量的增加对单丝复合体系渐进损伤过程影响不大；在组分材料模量及界面强度不变的情况下，随着纤维强度的增加，单丝复合体系渐进损伤过程的起始应变载荷和临界应变载荷均增加，临界状态下的纤维断点数减少。
2014, 31(4): 1063-1071.
摘要:
为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构在冲击载荷下的接触力响应和损伤情况，用两种不同质量的冲头对不同面板厚度的复合材料夹层结构进行了多种能量的落锤式冲击试验，并对冲击后的试验件进行了损伤测量。结果表明：冲击能量相对较低时，最大接触力较小，随着冲击能量的增加，最大接触力在增大过程中会出现门槛值，即达到某一值后不再上升。低能量下，冲击损伤表现为面板凹坑和冲击点周围的少量分层，随着冲击能量变大，面板逐渐出现纤维断裂进而被穿透。面板未穿透时，冲头会反弹，接触力-时间曲线的下降段没有台阶，分层区域直径约为冲头直径的1.2倍；面板穿透时，冲头不反弹，接触力-时间曲线下降段出现台阶，分层区域直径约为冲头直径的1.8倍。当最大接触力达到门槛值后，相同冲击能量下，冲头质量越大，冲击持续时间越长，凹坑越深。
为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构在冲击载荷下的接触力响应和损伤情况，用两种不同质量的冲头对不同面板厚度的复合材料夹层结构进行了多种能量的落锤式冲击试验，并对冲击后的试验件进行了损伤测量。结果表明：冲击能量相对较低时，最大接触力较小，随着冲击能量的增加，最大接触力在增大过程中会出现门槛值，即达到某一值后不再上升。低能量下，冲击损伤表现为面板凹坑和冲击点周围的少量分层，随着冲击能量变大，面板逐渐出现纤维断裂进而被穿透。面板未穿透时，冲头会反弹，接触力-时间曲线的下降段没有台阶，分层区域直径约为冲头直径的1.2倍；面板穿透时，冲头不反弹，接触力-时间曲线下降段出现台阶，分层区域直径约为冲头直径的1.8倍。当最大接触力达到门槛值后，相同冲击能量下，冲头质量越大，冲击持续时间越长，凹坑越深。
2014, 31(4): 1072-1076.
摘要:
含预埋梁蜂窝夹层结构是在纯蜂窝结构基础上改进得到的全新结构形式，综合了蜂窝结构和桁条铆接结构的优点，但该类结构的载荷分布形式以及失效模式缺乏相关研究。针对上述问题，结合国内在研尺寸最大的含预埋梁铝蜂窝夹层结构，采用层合板加筋方法进行了数值仿真，设计全尺寸物理试验对结构性能进行了试验验证。通过数值仿真和试验对比，验证了层合板加筋方法模拟含预埋梁蜂窝结构的准确性，同时研究了该类结构的载荷分布和失效模式，并为同类结构设计提供了参考依据。
含预埋梁蜂窝夹层结构是在纯蜂窝结构基础上改进得到的全新结构形式，综合了蜂窝结构和桁条铆接结构的优点，但该类结构的载荷分布形式以及失效模式缺乏相关研究。针对上述问题，结合国内在研尺寸最大的含预埋梁铝蜂窝夹层结构，采用层合板加筋方法进行了数值仿真，设计全尺寸物理试验对结构性能进行了试验验证。通过数值仿真和试验对比，验证了层合板加筋方法模拟含预埋梁蜂窝结构的准确性，同时研究了该类结构的载荷分布和失效模式，并为同类结构设计提供了参考依据。
2014, 31(4): 1077-1083.
摘要:
采用细观力学方法，建立了纤维增强复合材料（FRC）包含基体微裂纹和纤维/基体脱粘的热胀/冷缩理论模型。模型考虑了基体、界面中不同分布取向的微裂纹在升温和降温过程中张开、闭合情况的差异，及其对复合材料平均热胀/冷缩系数（CTE/CTC）的影响，同时还考虑了细观应力分布不均匀的因素。建立了细观有限元模型对理论模型进行验证。研究发现：复合材料损伤后CTE和CTC不一致，且取决于损伤模式：基体微裂纹损伤使得复合材料的横向CTE高于无损材料，而横向CTC低于无损材料，但对纵向CTE/CTC影响不大；纤维界面脱粘能较明显地减小复合材料的纵向CTC，但对横向CTC的影响可忽略。
采用细观力学方法，建立了纤维增强复合材料（FRC）包含基体微裂纹和纤维/基体脱粘的热胀/冷缩理论模型。模型考虑了基体、界面中不同分布取向的微裂纹在升温和降温过程中张开、闭合情况的差异，及其对复合材料平均热胀/冷缩系数（CTE/CTC）的影响，同时还考虑了细观应力分布不均匀的因素。建立了细观有限元模型对理论模型进行验证。研究发现：复合材料损伤后CTE和CTC不一致，且取决于损伤模式：基体微裂纹损伤使得复合材料的横向CTE高于无损材料，而横向CTC低于无损材料，但对纵向CTE/CTC影响不大；纤维界面脱粘能较明显地减小复合材料的纵向CTC，但对横向CTC的影响可忽略。
2014, 31(4): 1084-1090.
摘要:
采用细观刚度模型的有限元分析（FEA）与改进的逐渐累积损伤方法相结合，建立了缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效的分析方法与流程，以揭示缠绕线型对缠绕复合材料损伤失效的影响。对沿圆周方向分布有1个、3个和5个单胞的3种不同线型的缠绕复合材料圆管试件进行轴向拉伸破坏实验，获得其失效形式、平均拉伸强度及其随缠绕线型的变化规律。研究表明：缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效主要以丧失承载能力的功能失效为主，缠绕线型对其拉伸强度有一定的影响；数值分析结果表明，轴向拉伸过程中，主要损伤为基体开裂与基纤剪切，纤维交叉容易引起损伤起始与扩展。
采用细观刚度模型的有限元分析（FEA）与改进的逐渐累积损伤方法相结合，建立了缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效的分析方法与流程，以揭示缠绕线型对缠绕复合材料损伤失效的影响。对沿圆周方向分布有1个、3个和5个单胞的3种不同线型的缠绕复合材料圆管试件进行轴向拉伸破坏实验，获得其失效形式、平均拉伸强度及其随缠绕线型的变化规律。研究表明：缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效主要以丧失承载能力的功能失效为主，缠绕线型对其拉伸强度有一定的影响；数值分析结果表明，轴向拉伸过程中，主要损伤为基体开裂与基纤剪切，纤维交叉容易引起损伤起始与扩展。
2014, 31(4): 1091-1097.
摘要:
通过类比复合材料湿扩散与热传导的控制方程以及边界条件，以Halpin & Tsai模型为基础，发展了一个考虑了纤维/基体界面相的三相复合材料湿扩散模型，并研究了纤维界面随机损伤对湿扩散的影响。建立了纤维周期排布、随机排布、界面相损伤随机分布3种细观有限元模型。用上述模型分析了单向复合材料横向有效湿扩散系数（TEMDUC）随纤维和界面相体积分数、湿扩散性能以及界面相损伤率变化的规律，理论预测与有限元计算结果一致。研究发现：界面相或纤维相的扩散系数存在一个临界值，当扩散系数小于该临界值时，TEMDUC随纤维体积分数的增大而减小；反之，TEMDUC随纤维体积分数的增大而增大，此临界值的大小与纤维体积含量无关。研究还发现纤维界面损伤率相同的条件下，其分布的随机性对复合材料的有效湿扩散系数影响不大。
通过类比复合材料湿扩散与热传导的控制方程以及边界条件，以Halpin & Tsai模型为基础，发展了一个考虑了纤维/基体界面相的三相复合材料湿扩散模型，并研究了纤维界面随机损伤对湿扩散的影响。建立了纤维周期排布、随机排布、界面相损伤随机分布3种细观有限元模型。用上述模型分析了单向复合材料横向有效湿扩散系数（TEMDUC）随纤维和界面相体积分数、湿扩散性能以及界面相损伤率变化的规律，理论预测与有限元计算结果一致。研究发现：界面相或纤维相的扩散系数存在一个临界值，当扩散系数小于该临界值时，TEMDUC随纤维体积分数的增大而减小；反之，TEMDUC随纤维体积分数的增大而增大，此临界值的大小与纤维体积含量无关。研究还发现纤维界面损伤率相同的条件下，其分布的随机性对复合材料的有效湿扩散系数影响不大。
2014, 31(4): 1098-1105.
摘要:
以H2O2为氧化剂对工业木质素进行改性，将H2O2氧化改性工业木质素（OMIL）与聚乙烯亚胺（PEI）复配制得复配改性工业木质素（OMIL-PEI）。以木纤维（WF）为基体，OMIL-PEI为黏结相，采用高速混合-平板热压工艺制备了环保型OMIL-PEI/WF复合材料。采用正交试验设计方法研究了H2O2用量、氧化时间、OMIL与PEI质量比及复配剂OMIL-PEI用量对该复合材料物理力学性能的影响，探索了复合材料的最优制备工艺参数，并采用FTIR、XRD、DMA和SEM对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明：最优工艺条件为，H2O2用量20wt%，氧化时间120 min，OMIL与PEI质量比7：1，OMIL-PEI用量20wt%，所制备的复合材料各项理化性能满足GB/T 11718-2009干燥状态下使用的承重型中密度纤维板的性能要求；OMIL-PEI能够与WF在热压过程中形成良好的化学键；优化工艺条件下的OMIL-PEI/WF复合材料的木质纤维素的晶形结构保持不变，相对结晶度从60.24%（纯WF）升高到72.91%；OMIL-PEI提高了OMIL-PEI/WF复合材料的动态储能模量，对材料的热稳定性影响不大，且各组分之间分布均匀，交织致密，界面粘结性能良好。
以H2O2为氧化剂对工业木质素进行改性，将H2O2氧化改性工业木质素（OMIL）与聚乙烯亚胺（PEI）复配制得复配改性工业木质素（OMIL-PEI）。以木纤维（WF）为基体，OMIL-PEI为黏结相，采用高速混合-平板热压工艺制备了环保型OMIL-PEI/WF复合材料。采用正交试验设计方法研究了H2O2用量、氧化时间、OMIL与PEI质量比及复配剂OMIL-PEI用量对该复合材料物理力学性能的影响，探索了复合材料的最优制备工艺参数，并采用FTIR、XRD、DMA和SEM对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明：最优工艺条件为，H2O2用量20wt%，氧化时间120 min，OMIL与PEI质量比7：1，OMIL-PEI用量20wt%，所制备的复合材料各项理化性能满足GB/T 11718-2009干燥状态下使用的承重型中密度纤维板的性能要求；OMIL-PEI能够与WF在热压过程中形成良好的化学键；优化工艺条件下的OMIL-PEI/WF复合材料的木质纤维素的晶形结构保持不变，相对结晶度从60.24%（纯WF）升高到72.91%；OMIL-PEI提高了OMIL-PEI/WF复合材料的动态储能模量，对材料的热稳定性影响不大，且各组分之间分布均匀，交织致密，界面粘结性能良好。
2014, 31(4): 1106-1111.
摘要:
本文提供了一种制备磷酸三钙/海藻酸钙（TCP/CA）复合平板膜的方法，以提高CA水凝胶的强度，并使其力学性能容易测试。在水溶液中将TCP与海藻酸钠复合，制备了TCP/CA复合平板膜，采用红外光谱和扫描电子显微镜对其进行表征，研究了不同TCP含量的TCP/CA复合平板膜的溶胀性能与复合平板膜在湿态和干态下的力学性能。结果表明：随着TCP含量的增加，TCP/CA复合平板膜在生理盐水中的溶胀率逐渐降低；TCP/CA复合平板膜在干态和湿态下的极限应力值均随着TCP含量的增加呈现先增加后减小的趋势；干态下的极限应力、模量和断裂能要明显大于湿态下的。该TCP/CA复合平板膜制备方法简单、厚度可控、易批量生产，在控制释放和组织工程领域有潜在的应用前景。
本文提供了一种制备磷酸三钙/海藻酸钙（TCP/CA）复合平板膜的方法，以提高CA水凝胶的强度，并使其力学性能容易测试。在水溶液中将TCP与海藻酸钠复合，制备了TCP/CA复合平板膜，采用红外光谱和扫描电子显微镜对其进行表征，研究了不同TCP含量的TCP/CA复合平板膜的溶胀性能与复合平板膜在湿态和干态下的力学性能。结果表明：随着TCP含量的增加，TCP/CA复合平板膜在生理盐水中的溶胀率逐渐降低；TCP/CA复合平板膜在干态和湿态下的极限应力值均随着TCP含量的增加呈现先增加后减小的趋势；干态下的极限应力、模量和断裂能要明显大于湿态下的。该TCP/CA复合平板膜制备方法简单、厚度可控、易批量生产，在控制释放和组织工程领域有潜在的应用前景。
2014, 31(4): 1112-1116.
摘要:
为了提高壳聚糖（CS）对Pb2+的去除能力，制备了印迹改性磁性交联壳聚糖（Pb-TMCS），采用FTIR、SEM和XRD对其结构和形态进行了表征，研究了Pb-TMCS对Pb2+的吸附、脱附性能及选择性。结果表明：与CS相比，Pb-TMCS的表面孔隙和褶皱增多；Pb-TMCS引入了更多的-OH和-NH2；Pb-TMCS内部包覆磁性物质Fe3O4，Pb-TMCS对 CS的相对选择性系数大于2；Pb-TMCS对Pb2+的吸附量从CS的25.57 mg/g提高到45.26 mg/g，脱附3次后仍可重复使用。Pb-TMCS回收方便，对Pb2+选择吸附性能好，无污染，在重金属废水处理中具有广阔的应用前景。
为了提高壳聚糖（CS）对Pb2+的去除能力，制备了印迹改性磁性交联壳聚糖（Pb-TMCS），采用FTIR、SEM和XRD对其结构和形态进行了表征，研究了Pb-TMCS对Pb2+的吸附、脱附性能及选择性。结果表明：与CS相比，Pb-TMCS的表面孔隙和褶皱增多；Pb-TMCS引入了更多的-OH和-NH2；Pb-TMCS内部包覆磁性物质Fe3O4，Pb-TMCS对 CS的相对选择性系数大于2；Pb-TMCS对Pb2+的吸附量从CS的25.57 mg/g提高到45.26 mg/g，脱附3次后仍可重复使用。Pb-TMCS回收方便，对Pb2+选择吸附性能好，无污染，在重金属废水处理中具有广阔的应用前景。
2014, 31(4): 1117-1120.
摘要:
为提高聚苯胺（PANI）膜的耐蚀性，在苯胺-硫酸电解液体系中，采用电化学恒电流法在不锈钢表面合成了PANI膜，利用电化学测试技术、SEM和XRD研究了Zn2+掺杂对电化学合成PANI膜耐蚀性能的影响。结果表明：Zn2+的掺杂使PANI膜微观形貌由不规则片状转变为规则的纤维状形貌；掺杂改性后PANI膜的交流阻抗明显增大，腐蚀电位向正方向移动，腐蚀电流减小；掺杂Zn2+的PANI膜经质量分数为10% 的HCl点滴实验测试，腐蚀时间达320 s；经中性盐雾实验48 h后，PANI膜未见锈蚀。
为提高聚苯胺（PANI）膜的耐蚀性，在苯胺-硫酸电解液体系中，采用电化学恒电流法在不锈钢表面合成了PANI膜，利用电化学测试技术、SEM和XRD研究了Zn2+掺杂对电化学合成PANI膜耐蚀性能的影响。结果表明：Zn2+的掺杂使PANI膜微观形貌由不规则片状转变为规则的纤维状形貌；掺杂改性后PANI膜的交流阻抗明显增大，腐蚀电位向正方向移动，腐蚀电流减小；掺杂Zn2+的PANI膜经质量分数为10% 的HCl点滴实验测试，腐蚀时间达320 s；经中性盐雾实验48 h后，PANI膜未见锈蚀。
2014, 31(4): 1121-1126.
摘要:
为了对空气中含毒性的有机气体进行检测，以1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子（[BMIm]Cl）液体溶解棉纤维素和壳聚糖得到均相混合溶液，以十二烷基磺酸钠（SDS）改性的多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电填料，通过溶液涂覆方法，制备了MWCNTs/天然纤维素-壳聚糖气敏导电复合材料。结果表明：当壳聚糖与棉纤维素的质量比为1：7，MWCNTs含量在逾渗值（2.8wt%）附近时，该复合材料对甲醇、乙醇、氯仿和丙酮等极性有机溶剂蒸气显示出较好的气敏性和重复使用稳定性，其气敏响应行为表现为典型的负蒸气系数（NVC）效应。
为了对空气中含毒性的有机气体进行检测，以1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子（[BMIm]Cl）液体溶解棉纤维素和壳聚糖得到均相混合溶液，以十二烷基磺酸钠（SDS）改性的多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电填料，通过溶液涂覆方法，制备了MWCNTs/天然纤维素-壳聚糖气敏导电复合材料。结果表明：当壳聚糖与棉纤维素的质量比为1：7，MWCNTs含量在逾渗值（2.8wt%）附近时，该复合材料对甲醇、乙醇、氯仿和丙酮等极性有机溶剂蒸气显示出较好的气敏性和重复使用稳定性，其气敏响应行为表现为典型的负蒸气系数（NVC）效应。
