2004年 第21卷 第4期
2004, 21(4): 1-7.
摘要:
通过合理选择二氧化锰加入苯胺/过硫酸铵/酸水反应体系的时间,制备了各种含量的聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/MnO2)。用FTIR、UV-VIS、XRD和SEM对原位制备的PANI/MnO2进行了表征。XRD证明了原位合成的复合材料中聚苯胺组分为无定型,MnO2的晶型在反应前后未发生变化。SEM证明了反应中形成的聚苯胺倾向于在MnO2颗粒表面沉积,得到一种包裹型的PANI/MnO2复合材料。用苯胺的盐酸溶液在静止状态下处理复合材料,可得到一种树状珊瑚形貌的聚苯胺,这种形貌的聚苯胺不同于酸水体系中常见的颗粒状聚苯胺。
通过合理选择二氧化锰加入苯胺/过硫酸铵/酸水反应体系的时间,制备了各种含量的聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/MnO2)。用FTIR、UV-VIS、XRD和SEM对原位制备的PANI/MnO2进行了表征。XRD证明了原位合成的复合材料中聚苯胺组分为无定型,MnO2的晶型在反应前后未发生变化。SEM证明了反应中形成的聚苯胺倾向于在MnO2颗粒表面沉积,得到一种包裹型的PANI/MnO2复合材料。用苯胺的盐酸溶液在静止状态下处理复合材料,可得到一种树状珊瑚形貌的聚苯胺,这种形貌的聚苯胺不同于酸水体系中常见的颗粒状聚苯胺。
2004, 21(4): 8-12.
摘要:
用乳液共混插层法制备了聚邻苯二胺/蒙脱土纳米复合材料微粒,通过IR、XRD及TEM对其结构进行了表征。 结果发现,邻苯二胺插入蒙脱土层间聚合后,导致蒙脱土片层之间的剥离,形成纳米复合材料。 将其分散在甲基硅油中(体积分数,22%)配制成无水电流变液,该复合材料表现出较大的协同效应,具有较好的电流变行为。实验结果表明在外加电场下,其电流变效应比聚邻苯二胺、蒙脱土均有显著提高。 在3 kV/mm(DC, 74.5 s-1)时,剪切强度达8.27 kPa;同时抗沉降性极好,静置60 d沉淀率小于3%。介电性能测试表明,聚邻苯二胺/蒙脱土纳米颗粒的介电常数和介电损耗较蒙脱土和聚邻苯二胺均有一定提高,电导率也达到了最佳范围。
用乳液共混插层法制备了聚邻苯二胺/蒙脱土纳米复合材料微粒,通过IR、XRD及TEM对其结构进行了表征。 结果发现,邻苯二胺插入蒙脱土层间聚合后,导致蒙脱土片层之间的剥离,形成纳米复合材料。 将其分散在甲基硅油中(体积分数,22%)配制成无水电流变液,该复合材料表现出较大的协同效应,具有较好的电流变行为。实验结果表明在外加电场下,其电流变效应比聚邻苯二胺、蒙脱土均有显著提高。 在3 kV/mm(DC, 74.5 s-1)时,剪切强度达8.27 kPa;同时抗沉降性极好,静置60 d沉淀率小于3%。介电性能测试表明,聚邻苯二胺/蒙脱土纳米颗粒的介电常数和介电损耗较蒙脱土和聚邻苯二胺均有一定提高,电导率也达到了最佳范围。
2004, 21(4): 13-17.
摘要:
研究了由GF/PP复合纱编织而成的1+1罗纹针织物预型件的线圈密度对热压成型后的玻璃纤维针织物增强聚丙烯复合材料拉伸性能的影响。对6种由不同线圈密度的GF/PP复合纱1+1罗纹针织物预型件经热压得到的复合材料进行的拉伸性能测试研究表明:随着复合纱针织物预型件线圈密度的逐渐增大,复合成型后的复合材料的拉伸强度先逐渐增大,而后稍有降低;断裂伸长的变化趋势则恰恰相反。光学显微镜和扫描电镜照片研究表明:随着针织物预型件线圈密度的增大,成型后的复合材料的空隙率减小,纤维/基体分布更加均匀;与此同时,线圈的曲率半径减小,玻璃纤维脆断现象加剧。
研究了由GF/PP复合纱编织而成的1+1罗纹针织物预型件的线圈密度对热压成型后的玻璃纤维针织物增强聚丙烯复合材料拉伸性能的影响。对6种由不同线圈密度的GF/PP复合纱1+1罗纹针织物预型件经热压得到的复合材料进行的拉伸性能测试研究表明:随着复合纱针织物预型件线圈密度的逐渐增大,复合成型后的复合材料的拉伸强度先逐渐增大,而后稍有降低;断裂伸长的变化趋势则恰恰相反。光学显微镜和扫描电镜照片研究表明:随着针织物预型件线圈密度的增大,成型后的复合材料的空隙率减小,纤维/基体分布更加均匀;与此同时,线圈的曲率半径减小,玻璃纤维脆断现象加剧。
2004, 21(4): 18-23.
摘要:
酚醛树脂/椴木木粉复合材料经高温真空碳化制成了木材陶瓷。利用XRD、SEM和FTIR技术对碳化温度和酚醛树脂/木粉质量比对木材陶瓷物相、微观结构和物理化学结构变化的影响进行了表征和研究。结果表明,木材陶瓷具有拓扑均匀的连通孔的三维网络结构,是含有C C、C—O—C和C—H等基团的类石墨结构的碳/碳复合材料;随碳化温度的升高,(002)峰强度增大,晶面间距d(002)降低,碳化木粉收缩,其间隙增大;酚醛树脂/木粉质量比增大,浸渍树脂的木粉成形能力改善,所得木材陶瓷结构更均匀,但其对木材陶瓷的XRD衍射花样影响不大。
酚醛树脂/椴木木粉复合材料经高温真空碳化制成了木材陶瓷。利用XRD、SEM和FTIR技术对碳化温度和酚醛树脂/木粉质量比对木材陶瓷物相、微观结构和物理化学结构变化的影响进行了表征和研究。结果表明,木材陶瓷具有拓扑均匀的连通孔的三维网络结构,是含有C C、C—O—C和C—H等基团的类石墨结构的碳/碳复合材料;随碳化温度的升高,(002)峰强度增大,晶面间距d(002)降低,碳化木粉收缩,其间隙增大;酚醛树脂/木粉质量比增大,浸渍树脂的木粉成形能力改善,所得木材陶瓷结构更均匀,但其对木材陶瓷的XRD衍射花样影响不大。
2004, 21(4): 24-28.
摘要:
建立了共注成型充模流动的有限元模型，并利用Matlab与Visual C++6.0混合编程技术开发了模拟软件，利用该软件对芯壳层熔体的粘度与芯壳层界面和移动前沿形貌之间的关系进行了数值模拟，并提出了确定关键成型工艺参数的指导原则。模拟研究结果与一些文献的实验结果相吻合。
建立了共注成型充模流动的有限元模型，并利用Matlab与Visual C++6.0混合编程技术开发了模拟软件，利用该软件对芯壳层熔体的粘度与芯壳层界面和移动前沿形貌之间的关系进行了数值模拟，并提出了确定关键成型工艺参数的指导原则。模拟研究结果与一些文献的实验结果相吻合。
2004, 21(4): 29-32.
摘要:
将多片双向应变花预埋在平行于环氧树脂基体界面的胶层的不同深度,通过电阻应变仪测定了胶层在室温下的固化应变和在一定的环境温差作用下的纵横向应变随时间的变化情况。结果表明,在固化完成之前,表层处所测得的横向应变值最低,随时间的推移逐步增加而在超过24 h后达最大值;紧邻树脂基体-金属界面处所测得的纵横应变值在固化完成后均为最低,即纵横向内应力均为最大值。将设置于表层的应变片S4测得的应变值视为自由应变值,大致估算了环氧树脂基体固化开始至180 h之间在不同深度的内应力。
将多片双向应变花预埋在平行于环氧树脂基体界面的胶层的不同深度,通过电阻应变仪测定了胶层在室温下的固化应变和在一定的环境温差作用下的纵横向应变随时间的变化情况。结果表明,在固化完成之前,表层处所测得的横向应变值最低,随时间的推移逐步增加而在超过24 h后达最大值;紧邻树脂基体-金属界面处所测得的纵横应变值在固化完成后均为最低,即纵横向内应力均为最大值。将设置于表层的应变片S4测得的应变值视为自由应变值,大致估算了环氧树脂基体固化开始至180 h之间在不同深度的内应力。
2004, 21(4): 33-39.
摘要:
用挤出-拉伸-注塑法制得了PP/PET原位成纤增强复合材料,以不拉伸的普通共混材料作对照,研究了PET质量含量(Cm)对PET成纤性和材料拉伸强度(σt)及模量(E)的影响及其作用机制。结果表明,Cm由0增至20%时,PET纤维数量增多,纤维直径及其分散性以Cm=15%为界先减少后增大;材料的σt、E在Cm=15%时有最大值,分别比纯PP提高约20%和70%。熔体拉伸时分散相液滴的聚结-形变成纤对PET相形态随Cm的变化起关键作用,分散相对基体增强效应与两相界面缺陷效应的相互竞争,纤维对基体增刚作用受纤维数量和细度的双重控制,分别是决定材料σt~Cm、E~Cm关系的支配因素。
用挤出-拉伸-注塑法制得了PP/PET原位成纤增强复合材料,以不拉伸的普通共混材料作对照,研究了PET质量含量(Cm)对PET成纤性和材料拉伸强度(σt)及模量(E)的影响及其作用机制。结果表明,Cm由0增至20%时,PET纤维数量增多,纤维直径及其分散性以Cm=15%为界先减少后增大;材料的σt、E在Cm=15%时有最大值,分别比纯PP提高约20%和70%。熔体拉伸时分散相液滴的聚结-形变成纤对PET相形态随Cm的变化起关键作用,分散相对基体增强效应与两相界面缺陷效应的相互竞争,纤维对基体增刚作用受纤维数量和细度的双重控制,分别是决定材料σt~Cm、E~Cm关系的支配因素。
2004, 21(4): 40-44.
摘要:
利用动态力学热分析(DMTA)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对聚丙烯腈基(PAN)碳纤维电化学氧化表面处理效果进行了研究。研究结果表明,DMTA谱图中经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)其损耗角正切(tanδ)较未处理的降低30％,玻璃化温度(Tg)与tanδ峰值的变化可以有效地表征PAN基碳纤维表面处理的效果。这一结论与SEM观察CFRP断口形貌的结果相符。经定量计算出的界面粘结参数A和α与CFRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的碳纤维与树脂间界面粘结效果是一致的。同时,XPS表面化学分析表明,经电化学氧化处理后的碳纤维表面羟基含量提高55％及活性碳原子数增加18％,采用适当的处理条件可使CFRP的ILSS提高20％以上。
利用动态力学热分析(DMTA)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对聚丙烯腈基(PAN)碳纤维电化学氧化表面处理效果进行了研究。研究结果表明,DMTA谱图中经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)其损耗角正切(tanδ)较未处理的降低30％,玻璃化温度(Tg)与tanδ峰值的变化可以有效地表征PAN基碳纤维表面处理的效果。这一结论与SEM观察CFRP断口形貌的结果相符。经定量计算出的界面粘结参数A和α与CFRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的碳纤维与树脂间界面粘结效果是一致的。同时,XPS表面化学分析表明,经电化学氧化处理后的碳纤维表面羟基含量提高55％及活性碳原子数增加18％,采用适当的处理条件可使CFRP的ILSS提高20％以上。
2004, 21(4): 45-49.
摘要:
将碳纤维预浸芳基乙炔后进行空气等离子处理,使芳基乙炔接枝在碳纤维上,并用扫描电镜、红外光谱、紫外光谱、X射线衍射、拉曼光谱等多种方法进行研究。结果表明经过等离子处理以后的碳纤维/芳基乙炔复合材料的层间剪切强度(ILSS)最大可提高12.4%,而碳布接枝了PAA单体以后,可使复合材料的层间剪切强度最大提高到51.27%。
将碳纤维预浸芳基乙炔后进行空气等离子处理,使芳基乙炔接枝在碳纤维上,并用扫描电镜、红外光谱、紫外光谱、X射线衍射、拉曼光谱等多种方法进行研究。结果表明经过等离子处理以后的碳纤维/芳基乙炔复合材料的层间剪切强度(ILSS)最大可提高12.4%,而碳布接枝了PAA单体以后,可使复合材料的层间剪切强度最大提高到51.27%。
2004, 21(4): 50-53.
摘要:
研究了四马来酰亚胺对有机硅酚醛树脂的耐热性能、粘接性能和贮存性能等的影响。结果表明在四马来酰亚胺改性有机硅酚醛树脂固化过程中,四马来酰亚胺的双键与有机硅酚醛树脂的羟甲基发生加成反应,提高了有机硅酚醛树脂的耐热性能和粘接强度,并保持其韧性,但也造成常温贮存期有所下降。这是由于四马来酰亚胺在制备过程中缩合不完全,存在少量羧基和胺基,常温下与有机硅酚醛树脂羟甲基发生缩合造成的。
研究了四马来酰亚胺对有机硅酚醛树脂的耐热性能、粘接性能和贮存性能等的影响。结果表明在四马来酰亚胺改性有机硅酚醛树脂固化过程中,四马来酰亚胺的双键与有机硅酚醛树脂的羟甲基发生加成反应,提高了有机硅酚醛树脂的耐热性能和粘接强度,并保持其韧性,但也造成常温贮存期有所下降。这是由于四马来酰亚胺在制备过程中缩合不完全,存在少量羧基和胺基,常温下与有机硅酚醛树脂羟甲基发生缩合造成的。
2004, 21(4): 54-57.
摘要:
用衰减全反射红外光谱(FTIR-ATR)技术研究了纳米SiO2粒子在紫外光固化复合涂层中的迁移现象,并对影响纳米SiO2粒子在涂层中分布梯度的因素进行了半定量分析。研究结果表明,纳米SiO2粒子在光固化过程中向涂层接触空气的表面迁移,在表面层富集。当纳米SiO2粒子含量较高、分子量较小、接枝率较高,或者在极性较大的基体树脂中时,迁移较快,分布梯度较大。
用衰减全反射红外光谱(FTIR-ATR)技术研究了纳米SiO2粒子在紫外光固化复合涂层中的迁移现象,并对影响纳米SiO2粒子在涂层中分布梯度的因素进行了半定量分析。研究结果表明,纳米SiO2粒子在光固化过程中向涂层接触空气的表面迁移,在表面层富集。当纳米SiO2粒子含量较高、分子量较小、接枝率较高,或者在极性较大的基体树脂中时,迁移较快,分布梯度较大。
2004, 21(4): 58-61.
摘要:
利用自行建立的β-射线监测系统对炭/酚醛预浸布的树脂含量进行了连续监测研究。根据实验数据拟合出了树脂含量与β-射线监测系统输出信号间的定量关系式,同时分析了β-射线源的稳定性、炭纤维布的波动性对监测精度的影响。连续监测结果表明,该β-射线监测系统具有较高的测量精度,可以用于预浸布树脂含量的连续、在线监测。
利用自行建立的β-射线监测系统对炭/酚醛预浸布的树脂含量进行了连续监测研究。根据实验数据拟合出了树脂含量与β-射线监测系统输出信号间的定量关系式,同时分析了β-射线源的稳定性、炭纤维布的波动性对监测精度的影响。连续监测结果表明,该β-射线监测系统具有较高的测量精度,可以用于预浸布树脂含量的连续、在线监测。
2004, 21(4): 62-66.
摘要:
以辣根过氧化物酶(HRP)为催化剂,在H2O2存在下,氧化邻甲氧基酚形成自由基,引发超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)表面接枝聚丙烯酰胺,达到其表面改性的目的。通过正交实验确定了表面接枝的最佳条件:反应时间为1.5 h,H2O2的浓度为0.03%,邻甲氧基酚的浓度为0.5%。纤维单丝拔出实验结果表明,酶法改性的UHMWPE纤维/环氧树脂体系的界面粘结强度有明显提高,最大拔出强度比原纤维提高了69.8%。电镜扫描及红外光谱表征结果显示,改性后的UHMWPE纤维表面的粗糙度增加,并有新基团产生。
以辣根过氧化物酶(HRP)为催化剂,在H2O2存在下,氧化邻甲氧基酚形成自由基,引发超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)表面接枝聚丙烯酰胺,达到其表面改性的目的。通过正交实验确定了表面接枝的最佳条件:反应时间为1.5 h,H2O2的浓度为0.03%,邻甲氧基酚的浓度为0.5%。纤维单丝拔出实验结果表明,酶法改性的UHMWPE纤维/环氧树脂体系的界面粘结强度有明显提高,最大拔出强度比原纤维提高了69.8%。电镜扫描及红外光谱表征结果显示,改性后的UHMWPE纤维表面的粗糙度增加,并有新基团产生。
2004, 21(4): 67-70.
摘要:
采用双辊混炼和挤出制样的方法制备了纳米CaCO3/EPR/PP复合材料。通过PCM、TEM及力学性能测试研究了复合材料的力学性能及EPR和CaCO3粒子的分散状况。在纳米CaCO3/EPR/PP复合体系中,纳米CaCO3粒子的加入,不但使冲击强度显著提高,而且使弯曲弹性模量显著提高。纳米CaCO3粒子的增韧机理在于纳米CaCO3粒子的加入使弹性体EPR的分散更加均匀,EPR颗粒的粒径变小,进而与纳米CaCO3粒子产生协同增韧的作用。
采用双辊混炼和挤出制样的方法制备了纳米CaCO3/EPR/PP复合材料。通过PCM、TEM及力学性能测试研究了复合材料的力学性能及EPR和CaCO3粒子的分散状况。在纳米CaCO3/EPR/PP复合体系中,纳米CaCO3粒子的加入,不但使冲击强度显著提高,而且使弯曲弹性模量显著提高。纳米CaCO3粒子的增韧机理在于纳米CaCO3粒子的加入使弹性体EPR的分散更加均匀,EPR颗粒的粒径变小,进而与纳米CaCO3粒子产生协同增韧的作用。
2004, 21(4): 71-76.
摘要:
通过试验研究了缝合T300帘子布/QY9512常用层合板的拉伸和压缩性能,考察了缝合方向、铺层顺序和环境因素对层合板拉、压性能的影响,得到了3种常用层合板及其孔板的拉伸、压缩强度与模量。研究结构表明:缝合与缝合方向对常用层合板的拉伸强度与模量的影响不大;不同铺层顺序层合板的拉伸强度和模量受缝合与缝合方向的影响程度不同。缝合方向与铺层形式对孔板的缝合效果均有影响,层合板的最佳缝合方向随铺层形式不同而发生变化。缝合对层合板湿热状态下压缩性能的影响与铺层顺序有很大关系。缝合使含孔层合板的干态常温压缩强度明显提高,使湿热时的强度明显降低。
通过试验研究了缝合T300帘子布/QY9512常用层合板的拉伸和压缩性能,考察了缝合方向、铺层顺序和环境因素对层合板拉、压性能的影响,得到了3种常用层合板及其孔板的拉伸、压缩强度与模量。研究结构表明:缝合与缝合方向对常用层合板的拉伸强度与模量的影响不大;不同铺层顺序层合板的拉伸强度和模量受缝合与缝合方向的影响程度不同。缝合方向与铺层形式对孔板的缝合效果均有影响,层合板的最佳缝合方向随铺层形式不同而发生变化。缝合对层合板湿热状态下压缩性能的影响与铺层顺序有很大关系。缝合使含孔层合板的干态常温压缩强度明显提高,使湿热时的强度明显降低。
2004, 21(4): 77-81.
摘要:
利用溶胶-凝胶法制备了SiO2/环氧树脂基复合材料,研究了材料的室温与低温(77 K)下的力学性能。结果表明,适量SiO2的引入提高了室温与低温下材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度,即SiO2含量在2%时可同时起到增强、增韧作用。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜 (TEM)分别对复合材料的断口形貌和高温焚烧后残留物纳米颗粒进行了观察。还利用动态力学分析(DMA)研究了二氧化硅的引入对复合材料的影响。
利用溶胶-凝胶法制备了SiO2/环氧树脂基复合材料,研究了材料的室温与低温(77 K)下的力学性能。结果表明,适量SiO2的引入提高了室温与低温下材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度,即SiO2含量在2%时可同时起到增强、增韧作用。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜 (TEM)分别对复合材料的断口形貌和高温焚烧后残留物纳米颗粒进行了观察。还利用动态力学分析(DMA)研究了二氧化硅的引入对复合材料的影响。
2004, 21(4): 82-86.
摘要:
使用超细及纳米SiO2颗粒填充改性聚四氟乙烯塑料。测量其摩擦系数、磨损系数、结晶度,得到了填加量与复合材料摩擦系数、磨损系数和结晶度的关系曲线,并使用扫描电镜(SEM)对其表面形貌进行了分析。结果表明,无论微米或纳米SiO2、表面处理后的纳米SiO2,均使PTFE的摩擦系数有所提高,而耐磨损性能也有大幅度的提高。填充量小于6%时,填加未经偶联剂处理的纳米SiO2的SiO2/PTFE复合材料的磨损率降低98.5%;填充量大于6%以后,磨损率趋于稳定;填充量为6%时,摩擦系数仅从未加填料时的0.1提高为0.12。而偶联剂表面处理的纳米SiO2复合材料的摩擦系数提高幅度最小。
使用超细及纳米SiO2颗粒填充改性聚四氟乙烯塑料。测量其摩擦系数、磨损系数、结晶度,得到了填加量与复合材料摩擦系数、磨损系数和结晶度的关系曲线,并使用扫描电镜(SEM)对其表面形貌进行了分析。结果表明,无论微米或纳米SiO2、表面处理后的纳米SiO2,均使PTFE的摩擦系数有所提高,而耐磨损性能也有大幅度的提高。填充量小于6%时,填加未经偶联剂处理的纳米SiO2的SiO2/PTFE复合材料的磨损率降低98.5%;填充量大于6%以后,磨损率趋于稳定;填充量为6%时,摩擦系数仅从未加填料时的0.1提高为0.12。而偶联剂表面处理的纳米SiO2复合材料的摩擦系数提高幅度最小。
2004, 21(4): 87-91.
摘要:
以Al熔液为载体,采用原位反应生成形状规则、尺寸细小的TiB2颗粒相,再将TiB2颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB2颗粒增强的ZA27复合材料。采用合理的熔炼工艺促进了TiB2颗粒在基体中的均匀分布。实验结果显示,TiB2颗粒在ZA27复合材料中,分布均匀,平均直径在3 μm以下。TiB2颗粒的加入使得复合材料的晶粒明显细化,并随着TiB2颗粒含量增加,复合材料的抗拉强度、硬度明显提高,2.1%TiB2/ZA27复合材料与基体合金相比室温抗拉强度提高13%、布氏硬度提高21%,弹性模量也有所提高,在强度、硬度及弹性模量提高的同时,材料的塑性并未恶化,延伸率略有提高,另外,材料的热膨胀系数随着TiB2颗粒的加入有所降低。
以Al熔液为载体,采用原位反应生成形状规则、尺寸细小的TiB2颗粒相,再将TiB2颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB2颗粒增强的ZA27复合材料。采用合理的熔炼工艺促进了TiB2颗粒在基体中的均匀分布。实验结果显示,TiB2颗粒在ZA27复合材料中,分布均匀,平均直径在3 μm以下。TiB2颗粒的加入使得复合材料的晶粒明显细化,并随着TiB2颗粒含量增加,复合材料的抗拉强度、硬度明显提高,2.1%TiB2/ZA27复合材料与基体合金相比室温抗拉强度提高13%、布氏硬度提高21%,弹性模量也有所提高,在强度、硬度及弹性模量提高的同时,材料的塑性并未恶化,延伸率略有提高,另外,材料的热膨胀系数随着TiB2颗粒的加入有所降低。
2004, 21(4): 92-98.
摘要:
采用高能球磨粉末冶金法制备了15%SiCp/2009Al复合材料，研究了球磨转速、球磨时间、加热抽真空工艺、热压成型以及热挤压比对复合材料力学性能的影响。结果表明，球磨转速和时间、热压成型工艺是影响复合材料力学性能的重要因素。较长时间高转速球磨使SiC颗粒均匀分布，高温真空热压改善粉末之间的结合是获得高性能复合材料的关键。转速190 r/min、球磨6 h制备的复合粉末经高温真空热压、挤压后的复合材料SiC颗粒均匀分布，材料的抗拉强度高达650 MPa，延伸率大于5%。
采用高能球磨粉末冶金法制备了15%SiCp/2009Al复合材料，研究了球磨转速、球磨时间、加热抽真空工艺、热压成型以及热挤压比对复合材料力学性能的影响。结果表明，球磨转速和时间、热压成型工艺是影响复合材料力学性能的重要因素。较长时间高转速球磨使SiC颗粒均匀分布，高温真空热压改善粉末之间的结合是获得高性能复合材料的关键。转速190 r/min、球磨6 h制备的复合粉末经高温真空热压、挤压后的复合材料SiC颗粒均匀分布，材料的抗拉强度高达650 MPa，延伸率大于5%。
2004, 21(4): 99-103.
摘要:
利用挤压铸造法制备了Al2O3f+Cf/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,对该混杂复合材料的高温(300℃)强度性能进行了实验和理论分析。在综合考虑纤维长度变化规律、热应力诱发位错强化和纤维弥散硬化等因素对复合材料强度影响的基础上,对复合材料强度预测的混合律模型加以发展和修正,建立了Al2O3f+Cf/ZL109短纤维混杂复合材料的高温(300℃)强度预测模型。利用该模型得到的高温强度理论值所反映的规律与实验值所反映的规律吻合良好,该模型具有一定的正确性和实用性。
利用挤压铸造法制备了Al2O3f+Cf/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,对该混杂复合材料的高温(300℃)强度性能进行了实验和理论分析。在综合考虑纤维长度变化规律、热应力诱发位错强化和纤维弥散硬化等因素对复合材料强度影响的基础上,对复合材料强度预测的混合律模型加以发展和修正,建立了Al2O3f+Cf/ZL109短纤维混杂复合材料的高温(300℃)强度预测模型。利用该模型得到的高温强度理论值所反映的规律与实验值所反映的规律吻合良好,该模型具有一定的正确性和实用性。
2004, 21(4): 104-109.
摘要:
采用压痕-淬冷技术研究了单相 ZrO2(3Y)及ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的抗热震性能。研究表明: 单相ZrO2(3Y)及ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的压痕裂纹在热震作用下具有相似的扩展模式: 当△T<△TU时, 裂纹扩展量较低, 且进行稳态扩展; 当△T>△T</em>U时, 裂纹发生失稳扩展。 复合材料的△TU明显高于单相ZrO2(3Y)。ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料较高的断裂韧性和导热率、 较低的弹性模量和泊松比是导致△TU升高的主要原因。
采用压痕-淬冷技术研究了单相 ZrO2(3Y)及ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的抗热震性能。研究表明: 单相ZrO2(3Y)及ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的压痕裂纹在热震作用下具有相似的扩展模式: 当△T<△TU时, 裂纹扩展量较低, 且进行稳态扩展; 当△T>△T</em>U时, 裂纹发生失稳扩展。 复合材料的△TU明显高于单相ZrO2(3Y)。ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料较高的断裂韧性和导热率、 较低的弹性模量和泊松比是导致△TU升高的主要原因。
2004, 21(4): 110-113.
摘要:
采用基于人工神经网络的专家系统，建立了颗粒增强金属基复合材料的本构方程。以热模拟 试验得到的试验数据作为训练样本，比较准确地实现了工艺参数与流动应力之间关系的预测 。预测结果与实验数据误差小于10％。
采用基于人工神经网络的专家系统，建立了颗粒增强金属基复合材料的本构方程。以热模拟 试验得到的试验数据作为训练样本，比较准确地实现了工艺参数与流动应力之间关系的预测 。预测结果与实验数据误差小于10％。
2004, 21(4): 114-117.
摘要:
利用非均相沉淀法制备了平均粒径小于50 nm的α-Al2O3/W(Ni)复合粉体,并研究对比了纳米钨和镍对α-Al2O3相转变温度的影响。结果表明:纳米钨和镍的存在均可降低过渡型氧化铝向α型氧化铝转变的相变温度,但降低程度有所不同,含钨氧化铝于1000℃完成相变,而含镍氧化铝于1150℃完成相变;并且纳米第二相体积比越大,对相变温度的影响也越大。
利用非均相沉淀法制备了平均粒径小于50 nm的α-Al2O3/W(Ni)复合粉体,并研究对比了纳米钨和镍对α-Al2O3相转变温度的影响。结果表明:纳米钨和镍的存在均可降低过渡型氧化铝向α型氧化铝转变的相变温度,但降低程度有所不同,含钨氧化铝于1000℃完成相变,而含镍氧化铝于1150℃完成相变;并且纳米第二相体积比越大,对相变温度的影响也越大。
2004, 21(4): 118-123.
摘要:
采用反应热压法以Al、B2O3、TiO2粉和Al、B、TiO2粉为原料制备了两种(Al2O3+TiB2+Al3Ti)/Al复合材料。后一种原料粉制备的复合材料从基体中析出了细小的Al3Ti相。研究了应变控制原位生成复合材料的室温低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较小时(ε</em>t≤0.3%),不含Al3Ti析出相的材料表现为循环稳定;而在应变幅较大时(ε</em>t≥0.4%), 则表现为第一周的循环硬化和随后的循环软化。在所采用的应变幅下,含Al3Ti析出相的材料均表现为循环稳定。疲劳裂纹萌生部位为Al3Ti相断裂、Al3Ti相与基体的界面开裂和基体中微裂纹。疲劳裂纹穿过基体,绕过Al2O3、TiB2质点扩展。两种复合材料的疲劳寿命均符合Coffin-Manson公式。
采用反应热压法以Al、B2O3、TiO2粉和Al、B、TiO2粉为原料制备了两种(Al2O3+TiB2+Al3Ti)/Al复合材料。后一种原料粉制备的复合材料从基体中析出了细小的Al3Ti相。研究了应变控制原位生成复合材料的室温低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较小时(ε</em>t≤0.3%),不含Al3Ti析出相的材料表现为循环稳定;而在应变幅较大时(ε</em>t≥0.4%), 则表现为第一周的循环硬化和随后的循环软化。在所采用的应变幅下,含Al3Ti析出相的材料均表现为循环稳定。疲劳裂纹萌生部位为Al3Ti相断裂、Al3Ti相与基体的界面开裂和基体中微裂纹。疲劳裂纹穿过基体,绕过Al2O3、TiB2质点扩展。两种复合材料的疲劳寿命均符合Coffin-Manson公式。
2004, 21(4): 124-128.
摘要:
研究了不同高温处理前后3D C/SiC复合材料热膨胀系数(CTE)的变化规律,从材料内部热应力变化及结构改变的角度定性地分析了其变化机理。研究发现,3D C/SiC复合材料的热膨胀系数受界面热应力的影响,其变化规律是纤维和基体相互限制、相互竞争的结果;高温处理可提高材料的热稳定性,并通过改变界面热应力及材料内部结构,来影响材料热膨胀系数的变化规律;通过增加基体裂纹来降低复合材料的低温热膨胀,但不影响其变化规律;通过改变材料内部结构,使热应力发生变化并重新分布,对复合材料的高温热膨胀产生显著影响。但高温处理没有改变3D C/SiC复合材料的基体裂纹愈合温度(900℃)。
研究了不同高温处理前后3D C/SiC复合材料热膨胀系数(CTE)的变化规律,从材料内部热应力变化及结构改变的角度定性地分析了其变化机理。研究发现,3D C/SiC复合材料的热膨胀系数受界面热应力的影响,其变化规律是纤维和基体相互限制、相互竞争的结果;高温处理可提高材料的热稳定性,并通过改变界面热应力及材料内部结构,来影响材料热膨胀系数的变化规律;通过增加基体裂纹来降低复合材料的低温热膨胀,但不影响其变化规律;通过改变材料内部结构,使热应力发生变化并重新分布,对复合材料的高温热膨胀产生显著影响。但高温处理没有改变3D C/SiC复合材料的基体裂纹愈合温度(900℃)。
2004, 21(4): 129-133.
摘要:
研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB2)/ B4C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B4C与Si3N4和少量SiC、TiC为原料,Al2O3＋Y2O3为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB2和少量的BN,制取了(SiC, TiB2)/B4C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。
研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB2)/ B4C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B4C与Si3N4和少量SiC、TiC为原料,Al2O3＋Y2O3为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB2和少量的BN,制取了(SiC, TiB2)/B4C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。
2004, 21(4): 134-139.
摘要:
对于埋入光纤后的3-D编织复合材料结构进行了力学建模,介绍了光纤埋入编织材料结构的编织方法、工艺和走向,构建了含光纤部分编织复合材料结构的内胞模型,分析了光纤与纱线及内胞的相互几何关系,并采用多元变分法建立含光纤3-D编织复合材料结构的本构关系,理论计算结果与实验结果的相一致验证了光纤编入3-D编织复合材料结构中提高检测结构内部参数方法的可行性。
对于埋入光纤后的3-D编织复合材料结构进行了力学建模,介绍了光纤埋入编织材料结构的编织方法、工艺和走向,构建了含光纤部分编织复合材料结构的内胞模型,分析了光纤与纱线及内胞的相互几何关系,并采用多元变分法建立含光纤3-D编织复合材料结构的本构关系,理论计算结果与实验结果的相一致验证了光纤编入3-D编织复合材料结构中提高检测结构内部参数方法的可行性。
2004, 21(4): 140-145.
摘要:
研究了两级拉伸疲劳载荷作用下,纤维增强复合材料界面的脱粘。首先基于剪切筒模型,建立了求解纤维与基体应力的控制微分方程,并求得了相关解答。然后借助断裂力学中描述疲劳裂纹扩展的公式和能量耗散率理论,给出了界面脱粘长度、加载次数以及脱粘应力之间的关系式。最后通过实例模拟了两级拉伸疲劳载荷作用下的界面裂纹扩展,分析了界面疲劳裂纹扩展速率、脱粘长度在不同加载方式下的变化规律,以及材料泊松比的变化对界面脱粘的影响。从而为进一步研究工程结构的疲劳破坏和材料的最优设计提供一定的理论依据。
研究了两级拉伸疲劳载荷作用下,纤维增强复合材料界面的脱粘。首先基于剪切筒模型,建立了求解纤维与基体应力的控制微分方程,并求得了相关解答。然后借助断裂力学中描述疲劳裂纹扩展的公式和能量耗散率理论,给出了界面脱粘长度、加载次数以及脱粘应力之间的关系式。最后通过实例模拟了两级拉伸疲劳载荷作用下的界面裂纹扩展,分析了界面疲劳裂纹扩展速率、脱粘长度在不同加载方式下的变化规律,以及材料泊松比的变化对界面脱粘的影响。从而为进一步研究工程结构的疲劳破坏和材料的最优设计提供一定的理论依据。
2004, 21(4): 146-151.
摘要:
用等温差示扫描量热法(DSC)研究了HD03环氧树脂在一定温度范围内的固化反应。试验结果表明,该环氧树脂体系的固化动力学符合自催化固化反应模型。由试验确定了模型中的动力学参数。发现在树脂的固化后期,固化反应由化学反应控制转变为扩散控制。用以绝对反应速率理论为基础的化学粘度分析模型研究了较高温度范围内HD03环氧树脂的等温粘度和变温的动态粘度变化。用MCR 300流变仪测量并计算了HD03环氧树脂的等温粘度和动态粘度。理论预测与试验结果相吻合。
用等温差示扫描量热法(DSC)研究了HD03环氧树脂在一定温度范围内的固化反应。试验结果表明,该环氧树脂体系的固化动力学符合自催化固化反应模型。由试验确定了模型中的动力学参数。发现在树脂的固化后期,固化反应由化学反应控制转变为扩散控制。用以绝对反应速率理论为基础的化学粘度分析模型研究了较高温度范围内HD03环氧树脂的等温粘度和变温的动态粘度变化。用MCR 300流变仪测量并计算了HD03环氧树脂的等温粘度和动态粘度。理论预测与试验结果相吻合。
2004, 21(4): 152-156.
摘要:
基于细观分析与体积平均法建立了二维编织/RTM复合材料刚度的理论分析方法,该分析方法针对工程应用,具有计算量较小、计算精度高等优点,完成了相应的软件分析工具,并在此基础上对编织复合材料的弹性性能进行分析研究,得到了结构参数对编织复合材料整体力学性能的影响。通过与实验数据的对比表明,分析结果精度高,能够满足工程结构设计和理论分析的需要,为二维编织复合材料的设计、分析和减少试验件提供了理论分析方法。
基于细观分析与体积平均法建立了二维编织/RTM复合材料刚度的理论分析方法,该分析方法针对工程应用,具有计算量较小、计算精度高等优点,完成了相应的软件分析工具,并在此基础上对编织复合材料的弹性性能进行分析研究,得到了结构参数对编织复合材料整体力学性能的影响。通过与实验数据的对比表明,分析结果精度高,能够满足工程结构设计和理论分析的需要,为二维编织复合材料的设计、分析和减少试验件提供了理论分析方法。
2004, 21(4): 157-161.
摘要:
采用平面应力假设,给出了计算多环环间混杂复合材料飞轮的离心应力和初始极限转速的方法,并采用二维轴对称的有限元分析验证了计算方法的合理性,可作为初步设计多环环间混杂复合材料飞轮的依据。本文的算例分析还表明,无论单一纤维或混杂的复合材料飞轮,空心结构的初始极限转速和储能密度均高于相应的实心结构的结果;且对于空心结构,有利于通过选择合适的混杂方案,实现一定意义上的"等强度"设计。
采用平面应力假设,给出了计算多环环间混杂复合材料飞轮的离心应力和初始极限转速的方法,并采用二维轴对称的有限元分析验证了计算方法的合理性,可作为初步设计多环环间混杂复合材料飞轮的依据。本文的算例分析还表明,无论单一纤维或混杂的复合材料飞轮,空心结构的初始极限转速和储能密度均高于相应的实心结构的结果;且对于空心结构,有利于通过选择合适的混杂方案,实现一定意义上的"等强度"设计。
2004, 21(4): 162-166.
摘要:
纤维桥连效应对纤维加强基体复合材料疲劳过程中的裂纹增长具有重要影响。由于纤维桥连疲劳裂纹相关的数据呈现出一定的统计特性,因此本文建立了纤维桥连疲劳裂纹扩展的首次穿越扩散过程随机模型。首先基于Paris定律,考虑到材料的非均匀性和外载的随机性,将纤维桥连疲劳裂纹增长过程假定为扩散的Markov过程,且应用随机平均法,建立了转移概率密度满足的FPK方程;其次建立了首次穿越纤维桥连疲劳裂纹扩展时间的条件矩应满足的微分方程,并且解得第k阶条件矩。从数值结果得出,建立的随机模型对于模拟纤维桥连是比较有效的。
纤维桥连效应对纤维加强基体复合材料疲劳过程中的裂纹增长具有重要影响。由于纤维桥连疲劳裂纹相关的数据呈现出一定的统计特性,因此本文建立了纤维桥连疲劳裂纹扩展的首次穿越扩散过程随机模型。首先基于Paris定律,考虑到材料的非均匀性和外载的随机性,将纤维桥连疲劳裂纹增长过程假定为扩散的Markov过程,且应用随机平均法,建立了转移概率密度满足的FPK方程;其次建立了首次穿越纤维桥连疲劳裂纹扩展时间的条件矩应满足的微分方程,并且解得第k阶条件矩。从数值结果得出,建立的随机模型对于模拟纤维桥连是比较有效的。
