2016年 第33卷 第11期
2016, 33(11): 2405-2411.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151209.003
摘要:
采用熔融复合的方法制备了纳米TiO2/聚碳酸酯-聚丙烯（TiO2/PC-PP）光扩散复合材料。分别采用SEM和DSC研究了纳米TiO2/PC-PP复合材料的微观结构和等温结晶性能，并研究了复合材料的热稳定性与光学性能。结果表明：纳米TiO2的加入使得光扩散体系中分散相的平均尺寸变小，形态更加均一，并且随着复合材料中纳米TiO2质量分数的增加，复合材料的半结晶时间逐渐延长，总体结晶速率变慢。纳米TiO2的加入使复合材料的初始热降解温度以及最终残余量升高，当PP中纳米TiO2质量分数为5%时，复合材料的透光率达到80%，雾度为88%，此时纳米TiO2/PC-PP复合材料的光扩散性能较好。
采用熔融复合的方法制备了纳米TiO2/聚碳酸酯-聚丙烯（TiO2/PC-PP）光扩散复合材料。分别采用SEM和DSC研究了纳米TiO2/PC-PP复合材料的微观结构和等温结晶性能，并研究了复合材料的热稳定性与光学性能。结果表明：纳米TiO2的加入使得光扩散体系中分散相的平均尺寸变小，形态更加均一，并且随着复合材料中纳米TiO2质量分数的增加，复合材料的半结晶时间逐渐延长，总体结晶速率变慢。纳米TiO2的加入使复合材料的初始热降解温度以及最终残余量升高，当PP中纳米TiO2质量分数为5%时，复合材料的透光率达到80%，雾度为88%，此时纳米TiO2/PC-PP复合材料的光扩散性能较好。
2016, 33(11): 2412-2418.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160126.002
摘要:
利用3D成型技术，通过先成型后冷冻交联2步法制备不同孔隙率的SiO2/聚乙烯醇（PVA）水凝胶支架，研究了SiO2/PVA水凝胶支架的重复摩擦行为，分析了SiO2/PVA水凝胶支架的摩擦原理。结果表明：SiO2/PVA水凝胶支架能够保持三维贯通的立体结构，最大孔隙率可达42.3%。低摩擦速率（10-6~10-3 m/s）下，SiO2/PVA水凝胶支架摩擦力稍高于块体SiO2/PVA水凝胶，且随孔隙率的提高而稍有降低；而高摩擦速率（10-2~1 m/s）下，SiO2/PVA水凝胶支架和块体SiO2/PVA水凝胶的摩擦力相近，孔隙率对支架摩擦力影响不明显。低正压力载荷（0.3 kPa）下，SiO2/PVA水凝胶支架重复摩擦性优于块体SiO2/PVA水凝胶，这与支架结构能保持稳定的水润滑层相关。
利用3D成型技术，通过先成型后冷冻交联2步法制备不同孔隙率的SiO2/聚乙烯醇（PVA）水凝胶支架，研究了SiO2/PVA水凝胶支架的重复摩擦行为，分析了SiO2/PVA水凝胶支架的摩擦原理。结果表明：SiO2/PVA水凝胶支架能够保持三维贯通的立体结构，最大孔隙率可达42.3%。低摩擦速率（10-6~10-3 m/s）下，SiO2/PVA水凝胶支架摩擦力稍高于块体SiO2/PVA水凝胶，且随孔隙率的提高而稍有降低；而高摩擦速率（10-2~1 m/s）下，SiO2/PVA水凝胶支架和块体SiO2/PVA水凝胶的摩擦力相近，孔隙率对支架摩擦力影响不明显。低正压力载荷（0.3 kPa）下，SiO2/PVA水凝胶支架重复摩擦性优于块体SiO2/PVA水凝胶，这与支架结构能保持稳定的水润滑层相关。
2016, 33(11): 2419-2425.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160108.002
摘要:
采用原位聚合与热亚胺化的方法，成功制备了一系列不同纳米Al2O3粒子质量分数的纳米Al2O3/聚酰亚胺（PI）复合薄膜。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、LCR数字电桥、高压电源及电子万能材料试验机对纳米Al2O3/PI复合薄膜的微观结构、介电性能及力学性能进行了表征和测试。结果表明：纳米Al2O3粒子在均匀地分散在PI基体中；当纳米Al2O3粒子质量分数为8%时，纳米Al2O3/PI复合薄膜的击穿强度和拉伸强度均达到了最大值；纳米Al2O3/PI复合薄膜的介电常数随纳米Al2O3质量分数的增加而增加。
采用原位聚合与热亚胺化的方法，成功制备了一系列不同纳米Al2O3粒子质量分数的纳米Al2O3/聚酰亚胺（PI）复合薄膜。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、LCR数字电桥、高压电源及电子万能材料试验机对纳米Al2O3/PI复合薄膜的微观结构、介电性能及力学性能进行了表征和测试。结果表明：纳米Al2O3粒子在均匀地分散在PI基体中；当纳米Al2O3粒子质量分数为8%时，纳米Al2O3/PI复合薄膜的击穿强度和拉伸强度均达到了最大值；纳米Al2O3/PI复合薄膜的介电常数随纳米Al2O3质量分数的增加而增加。
2016, 33(11): 2426-2435.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160229.003
摘要:
以膨胀蛭石为阻燃剂，采用中温发泡方法与酚醛树脂复合制备膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料。阻燃保温复合材料通过极限氧指数、锥形量热、导热系数和表观密度分析了发泡温度、固化剂含量、发泡剂含量、表面活性剂含量、固化时间以及蛭石含量对膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料阻燃及保温性能的影响。结果表明：以膨胀蛭石为阻燃剂制备的膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的阻燃保温性能优越、表观密度低。单因素实验结果表明，膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的最优条件为发泡温度80℃、固化剂含量10wt%、发泡剂含量10wt%、表面活性剂含量5wt%、固化时间2 h以及蛭石含量60wt%。最优条件下的膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料表观密度为190.08 kg/m3、压缩强度为0.32 MPa、导热系数为0.054 9 W/（m·K）、极限氧指数为71.1%、平均热释放速率为15 kW/m2。
以膨胀蛭石为阻燃剂，采用中温发泡方法与酚醛树脂复合制备膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料。阻燃保温复合材料通过极限氧指数、锥形量热、导热系数和表观密度分析了发泡温度、固化剂含量、发泡剂含量、表面活性剂含量、固化时间以及蛭石含量对膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料阻燃及保温性能的影响。结果表明：以膨胀蛭石为阻燃剂制备的膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的阻燃保温性能优越、表观密度低。单因素实验结果表明，膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的最优条件为发泡温度80℃、固化剂含量10wt%、发泡剂含量10wt%、表面活性剂含量5wt%、固化时间2 h以及蛭石含量60wt%。最优条件下的膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料表观密度为190.08 kg/m3、压缩强度为0.32 MPa、导热系数为0.054 9 W/（m·K）、极限氧指数为71.1%、平均热释放速率为15 kW/m2。
2016, 33(11): 2436-2443.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160114.003
摘要:
利用六钛酸钾晶须（K2O·6TiO2）对苯并噁嗪（BOZ）树脂及玻璃纤维/苯并噁嗪（GF/BOZ）复合材料的摩擦磨损性能进行改性，分析了K2O·6TiO2/BOZ复合材料以及K2O·6TiO2-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦磨损性能以及改性机理。结果表明：因K2O·6TiO2的加入，K2O·6TiO2/BOZ复合材料以及K2O·6TiO2-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦系数和比磨损率较纯BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的明显降低。K2O·6TiO2显著减轻了BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的摩擦粘着状况，使摩擦系数降低，同时磨粒磨损情况也大为减轻。GF/BOZ复合材料在摩擦过程中摩擦应力通过率先破坏GF和BOZ树脂的界面，进而诱发破坏GF束内、GF束间和层间BOZ树脂，使得GF/BOZ复合材料的摩擦系数比BOZ树脂降低，但比磨损率较BOZ树脂升高，而K2O·6TiO2的加入，使K2O·6TiO2-GF/BOZ混杂复合材料的比磨损率有效降低。BOZ树脂、GF/BOZ、K2O·6TiO2-GF/BOZ 3种材料的摩擦系数和比磨损率分别为0.34和0.66×10-6 mm3·（N·m）-1，0.19和1.2×10-6 mm3·（N·m）-1，0.09和0.69×10-6 mm3·（N·m）-1。
利用六钛酸钾晶须（K2O·6TiO2）对苯并噁嗪（BOZ）树脂及玻璃纤维/苯并噁嗪（GF/BOZ）复合材料的摩擦磨损性能进行改性，分析了K2O·6TiO2/BOZ复合材料以及K2O·6TiO2-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦磨损性能以及改性机理。结果表明：因K2O·6TiO2的加入，K2O·6TiO2/BOZ复合材料以及K2O·6TiO2-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦系数和比磨损率较纯BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的明显降低。K2O·6TiO2显著减轻了BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的摩擦粘着状况，使摩擦系数降低，同时磨粒磨损情况也大为减轻。GF/BOZ复合材料在摩擦过程中摩擦应力通过率先破坏GF和BOZ树脂的界面，进而诱发破坏GF束内、GF束间和层间BOZ树脂，使得GF/BOZ复合材料的摩擦系数比BOZ树脂降低，但比磨损率较BOZ树脂升高，而K2O·6TiO2的加入，使K2O·6TiO2-GF/BOZ混杂复合材料的比磨损率有效降低。BOZ树脂、GF/BOZ、K2O·6TiO2-GF/BOZ 3种材料的摩擦系数和比磨损率分别为0.34和0.66×10-6 mm3·（N·m）-1，0.19和1.2×10-6 mm3·（N·m）-1，0.09和0.69×10-6 mm3·（N·m）-1。
2016, 33(11): 2444-2453.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160114.002
摘要:
采用固相接枝法将甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝到碱处理后的甘蔗渣（SCB）表面，得到固相接枝产物甲基丙烯酸甲酯接枝甘蔗渣（SCB-g-MMA），并通过XRD、FTIR、13C NMR、SEM和BET（Brunauer-Emmett-Teller）测试等方法对其结构进行表征分析。将SCB-g-MMA作为亚甲基蓝（MB）的吸附剂，进行吸附性能研究。结果表明：在室温下，MB初始浓度在50~400 mg/L范围内，当吸附剂投加量大于等于10 g/L时，溶液pH范围在6~12，吸附时间超过40 min，SCB-g-MMA对MB的去除率达到99%；当吸附剂投加量为2.5 g/L时，对MB的吸附量可达97.3 mg/g。SCB-g-MMA对MB吸附动力学和吸附等温线更符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型。
采用固相接枝法将甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝到碱处理后的甘蔗渣（SCB）表面，得到固相接枝产物甲基丙烯酸甲酯接枝甘蔗渣（SCB-g-MMA），并通过XRD、FTIR、13C NMR、SEM和BET（Brunauer-Emmett-Teller）测试等方法对其结构进行表征分析。将SCB-g-MMA作为亚甲基蓝（MB）的吸附剂，进行吸附性能研究。结果表明：在室温下，MB初始浓度在50~400 mg/L范围内，当吸附剂投加量大于等于10 g/L时，溶液pH范围在6~12，吸附时间超过40 min，SCB-g-MMA对MB的去除率达到99%；当吸附剂投加量为2.5 g/L时，对MB的吸附量可达97.3 mg/g。SCB-g-MMA对MB吸附动力学和吸附等温线更符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型。
2016, 33(11): 2454-2460.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160114.001
摘要:
采用表面覆盖改性技术，利用硬脂酸改性纳米CeO2，将改性后的纳米m-CeO2与苯基含氢硅树脂（PH）通过化学接枝制得m-CeO2-PH接枝物，通过氢化硅烷化法，以接枝物为交联剂，在铂催化剂作用下制备了一种发光二极管（LED）封装用透明m-CeO2/苯基硅橡胶材料。结果表明：经硬脂酸改性后m-CeO2表面产生硬脂酸盐，增加了界面的相容性，提高了纳米CeO2在聚合物中的分散。通过化学方法将m-CeO2接枝到PH体系中，与苯基乙烯基硅树脂（PV）按化学计量比在催化剂作用下高温固化合成了一种功能型m-CeO2/苯基硅橡胶材料。研究表明：当m-CeO2质量分数为0.02%时，m-CeO2/苯基硅橡胶材料的透光率仍可达到85%以上。同时，耐紫外老化性能和力学性能有明显提高。苯基硅橡胶材料中引入质量分数为0.02%的m-CeO2，当分解温度到达600℃时，m-CeO2/苯基硅橡胶材料的热失重比例比纯苯基硅橡胶减少了8%，m-CeO2/苯基硅橡胶材料的放热量明显低于纯苯基硅橡胶，这对于封装有很大优越性。
采用表面覆盖改性技术，利用硬脂酸改性纳米CeO2，将改性后的纳米m-CeO2与苯基含氢硅树脂（PH）通过化学接枝制得m-CeO2-PH接枝物，通过氢化硅烷化法，以接枝物为交联剂，在铂催化剂作用下制备了一种发光二极管（LED）封装用透明m-CeO2/苯基硅橡胶材料。结果表明：经硬脂酸改性后m-CeO2表面产生硬脂酸盐，增加了界面的相容性，提高了纳米CeO2在聚合物中的分散。通过化学方法将m-CeO2接枝到PH体系中，与苯基乙烯基硅树脂（PV）按化学计量比在催化剂作用下高温固化合成了一种功能型m-CeO2/苯基硅橡胶材料。研究表明：当m-CeO2质量分数为0.02%时，m-CeO2/苯基硅橡胶材料的透光率仍可达到85%以上。同时，耐紫外老化性能和力学性能有明显提高。苯基硅橡胶材料中引入质量分数为0.02%的m-CeO2，当分解温度到达600℃时，m-CeO2/苯基硅橡胶材料的热失重比例比纯苯基硅橡胶减少了8%，m-CeO2/苯基硅橡胶材料的放热量明显低于纯苯基硅橡胶，这对于封装有很大优越性。
2016, 33(11): 2461-2467.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.016
摘要:
以三（2-羟乙基）异氰尿酸酯（THEIC）和苯氧基磷酰二氯（PDCP）为主要原料，合成了一种新型磷氮型阻燃剂（PNFR），借助FTIR、核磁共振光谱（1H-NMR、31P-NMR）对其结构与组成进行了表征。将PNFR与聚磷酸铵（APP）复配用于制备聚磷酸铵-新型磷氮型阻燃剂阻燃聚氨酯泡沫（APP-PNFR/PUF）复合材料，通过极限氧指数（LOI）、垂直燃烧测试、锥形量热和热失重分析对APP-PNFR/PUF复合材料的阻燃性能和热性能进行了研究。结果表明：成功获得了PNFR；此外，PNFR的TGA表明PNFR在N2气氛下的初始分解温度为249℃，800℃时的残炭量可达33.7%，其具有较高的热稳定性能。APP-PNFR的加入能有效改善PUF的阻燃性能，且当PNFR的添加量与组合聚醚的质量比为7.5%时，可获得综合性能较好的阻燃PUF材料，其中LOI从19%提高至24%，UL-94垂直燃烧等级达到V-0级，热释放速率峰值从110.6 kW/m2降低到94.5 kW/m2；同时，APP-PNFR/PUF3在N2气氛下的初始分解温度提高了6℃，最大分解速率降低了16.3%，800℃时的残炭量可达33.5%。PNFR的加入不会削弱PUF的物理力学性能。
以三（2-羟乙基）异氰尿酸酯（THEIC）和苯氧基磷酰二氯（PDCP）为主要原料，合成了一种新型磷氮型阻燃剂（PNFR），借助FTIR、核磁共振光谱（1H-NMR、31P-NMR）对其结构与组成进行了表征。将PNFR与聚磷酸铵（APP）复配用于制备聚磷酸铵-新型磷氮型阻燃剂阻燃聚氨酯泡沫（APP-PNFR/PUF）复合材料，通过极限氧指数（LOI）、垂直燃烧测试、锥形量热和热失重分析对APP-PNFR/PUF复合材料的阻燃性能和热性能进行了研究。结果表明：成功获得了PNFR；此外，PNFR的TGA表明PNFR在N2气氛下的初始分解温度为249℃，800℃时的残炭量可达33.7%，其具有较高的热稳定性能。APP-PNFR的加入能有效改善PUF的阻燃性能，且当PNFR的添加量与组合聚醚的质量比为7.5%时，可获得综合性能较好的阻燃PUF材料，其中LOI从19%提高至24%，UL-94垂直燃烧等级达到V-0级，热释放速率峰值从110.6 kW/m2降低到94.5 kW/m2；同时，APP-PNFR/PUF3在N2气氛下的初始分解温度提高了6℃，最大分解速率降低了16.3%，800℃时的残炭量可达33.5%。PNFR的加入不会削弱PUF的物理力学性能。
2016, 33(11): 2468-2476.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160307.003
摘要:
聚苯硫醚（PPS）是绝缘和疏水性材料，一定程度上限制了其在某些特定领域的应用。利用氨基改性PPS（NPPS），并利用环氧功能化多壁碳纳米管（EFMWCNTs）与NPPS共价作用形式，采用溶液共混制备了EFMWCNTs/NPPS导电复合材料。利用FTIR、XPS、XRD、FESEM、TEM、DSC、TGA和半导体粉末电导率测试仪系统表征了复合材料的结构与性能。表征结果显示：PPS的链段上引入氨基后，PPS的熔融峰和结晶峰消失。NPPS利用EFMWCNTs进一步改性后，EFMWCNTs/NPPS导电复合材料的热稳定性相比NPPS增加，原因是EFMWCNTs与NPPS之间的共价作用有效提高了EFMWCNTs在NPPS中的分散性。EFMWCNTs/NPPS复合材料的电导率随EFMWCNTs添加量增加而增加，添加10wt%的EFMWCNTs时，复合材料的电导率为6.1×10-2 S/cm。
聚苯硫醚（PPS）是绝缘和疏水性材料，一定程度上限制了其在某些特定领域的应用。利用氨基改性PPS（NPPS），并利用环氧功能化多壁碳纳米管（EFMWCNTs）与NPPS共价作用形式，采用溶液共混制备了EFMWCNTs/NPPS导电复合材料。利用FTIR、XPS、XRD、FESEM、TEM、DSC、TGA和半导体粉末电导率测试仪系统表征了复合材料的结构与性能。表征结果显示：PPS的链段上引入氨基后，PPS的熔融峰和结晶峰消失。NPPS利用EFMWCNTs进一步改性后，EFMWCNTs/NPPS导电复合材料的热稳定性相比NPPS增加，原因是EFMWCNTs与NPPS之间的共价作用有效提高了EFMWCNTs在NPPS中的分散性。EFMWCNTs/NPPS复合材料的电导率随EFMWCNTs添加量增加而增加，添加10wt%的EFMWCNTs时，复合材料的电导率为6.1×10-2 S/cm。
2016, 33(11): 2477-2484.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.004
摘要:
以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和聚偏氟乙烯（PVDF）为基体，不锈钢纤维（SSF）和石墨为导电填料，通过熔融法制备SSF-石墨/ABS-PVDF导电复合材料，探究了其导电性能及流变性能。讨论了SSF/ABS-PVDF复合体系中导电填料的分布、导电性能及基体的相转变行为。结果表明：SSF倾向于分布在PVDF相中，当SSF含量为20wt%时，SSF/ABS-PVDF复合材料的电阻率随PVDF比例增加，先降低经历一个平台期后继续降低。PVDF在ABS-PVDF复合基体中含量为30wt%~40wt%和70wt%~80wt%时，SSF/ABS-PVDF复合材料出现相态转变行为。当SSF含量为16.84wt%和25wt%~30wt%时SSF-石墨/ABS-PVDF复合材料出现二次逾渗的现象，且与其动态模量及复数黏度的变化相符合。
以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和聚偏氟乙烯（PVDF）为基体，不锈钢纤维（SSF）和石墨为导电填料，通过熔融法制备SSF-石墨/ABS-PVDF导电复合材料，探究了其导电性能及流变性能。讨论了SSF/ABS-PVDF复合体系中导电填料的分布、导电性能及基体的相转变行为。结果表明：SSF倾向于分布在PVDF相中，当SSF含量为20wt%时，SSF/ABS-PVDF复合材料的电阻率随PVDF比例增加，先降低经历一个平台期后继续降低。PVDF在ABS-PVDF复合基体中含量为30wt%~40wt%和70wt%~80wt%时，SSF/ABS-PVDF复合材料出现相态转变行为。当SSF含量为16.84wt%和25wt%~30wt%时SSF-石墨/ABS-PVDF复合材料出现二次逾渗的现象，且与其动态模量及复数黏度的变化相符合。
2016, 33(11): 2485-2491.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160321.001
摘要:
内埋的光纤Bragg光栅（FBG）传感器的存活率及测试精度是其在线监测纤维增强树脂基复合材料制备和服役状态的重要前提。采用[9011/011]的碳纤维预浸料铺层方式，在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器，采用模压成型工艺制备复合材料层合板。在异向铺排（光纤光栅方向与碳纤维方向不同）的45°方向光纤光栅传感器内埋于碳纤维预浸料层间的过程中，对其采用4种不同的保护方式。通过对比实验结果发现：当对异向铺排的FBG传感器不采取保护措施时，在加热加压复合材料时光纤光栅容易失活；整层铺设同向预浸料以保护异向铺排的FBG传感器的方式改变了具有特定铺层参数复合材料的力学性能；采用窄长条同向预浸料上下包埋保护FBG传感器的方式增大了应变光栅测量结果的系统误差；采用窄长条同向预浸料上下包埋并在邻近铺层开凹槽的保护方式能明显提高内埋光纤光栅的存活率及测试精度。
内埋的光纤Bragg光栅（FBG）传感器的存活率及测试精度是其在线监测纤维增强树脂基复合材料制备和服役状态的重要前提。采用[9011/011]的碳纤维预浸料铺层方式，在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器，采用模压成型工艺制备复合材料层合板。在异向铺排（光纤光栅方向与碳纤维方向不同）的45°方向光纤光栅传感器内埋于碳纤维预浸料层间的过程中，对其采用4种不同的保护方式。通过对比实验结果发现：当对异向铺排的FBG传感器不采取保护措施时，在加热加压复合材料时光纤光栅容易失活；整层铺设同向预浸料以保护异向铺排的FBG传感器的方式改变了具有特定铺层参数复合材料的力学性能；采用窄长条同向预浸料上下包埋保护FBG传感器的方式增大了应变光栅测量结果的系统误差；采用窄长条同向预浸料上下包埋并在邻近铺层开凹槽的保护方式能明显提高内埋光纤光栅的存活率及测试精度。
2016, 33(11): 2492-2499.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160401.001
摘要:
为建立玻璃钢管长期刚度理论模型并对其长期刚度进行预测。首先通过自主设计的恒位移加载试验装置，在不同初始挠度的恒位移条件下对纯环向缠绕和纯交叉缠绕铺层的玻璃钢管开展了长期刚度试验研究；然后，在试验基础上建立了不同初始挠度下玻璃钢管刚度与时间的折线双对数回归模型、50年后刚度降幅与初始挠度的线性回归模型，进而提出了玻璃钢管刚度降幅关于时间与初始挠度的二次曲面预测模型；最后，预测了玻璃钢管50年后的剩余刚度，研究了时间和初始挠度对玻璃钢管刚度的影响。结果表明：纯环向缠绕铺层的玻璃钢管抵抗刚度衰减的能力明显优于纯交叉缠绕铺层的玻璃钢管，纯环向缠绕铺层能有效提高玻璃钢管的刚度及其抵抗径向变形的能力，纯环向缠绕铺层的玻璃钢管有较好的长期力学性能。时间为8 313.2 h的测试数据表明提出的玻璃钢管刚度降幅预测模型具有较高的精度和较强的实用性。
为建立玻璃钢管长期刚度理论模型并对其长期刚度进行预测。首先通过自主设计的恒位移加载试验装置，在不同初始挠度的恒位移条件下对纯环向缠绕和纯交叉缠绕铺层的玻璃钢管开展了长期刚度试验研究；然后，在试验基础上建立了不同初始挠度下玻璃钢管刚度与时间的折线双对数回归模型、50年后刚度降幅与初始挠度的线性回归模型，进而提出了玻璃钢管刚度降幅关于时间与初始挠度的二次曲面预测模型；最后，预测了玻璃钢管50年后的剩余刚度，研究了时间和初始挠度对玻璃钢管刚度的影响。结果表明：纯环向缠绕铺层的玻璃钢管抵抗刚度衰减的能力明显优于纯交叉缠绕铺层的玻璃钢管，纯环向缠绕铺层能有效提高玻璃钢管的刚度及其抵抗径向变形的能力，纯环向缠绕铺层的玻璃钢管有较好的长期力学性能。时间为8 313.2 h的测试数据表明提出的玻璃钢管刚度降幅预测模型具有较高的精度和较强的实用性。
2016, 33(11): 2500-2509.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160307.002
摘要:
为研究离位增韧对复合材料加筋板结构承载性能的影响，首先，分别对未离位增韧和离位增韧复合材料帽型长桁加筋板进行了三点弯曲试验，比较了2种加筋板的初始分层载荷、极限载荷以及试验现象；然后，利用ABAQUS建立了三维渐进失效模型，考虑长桁-蒙皮界面和复合材料层合板的失效，对界面的分层机制和蒙皮的失效过程进行了分析。结果表明：有限元结果与试验结果吻合较好，离位增韧仅能略微提高界面的初始分层载荷，但对极限载荷有较大提升；在分层起始阶段I型拉伸模式占主要作用，随着分层不断扩展，II型剪切模式占比持续增加，而剪切模式的高韧性正是离位增韧界面具有良好性能的重要原因。所得结论表明离位增韧界面有良好的抗剥离性能，且在剪切方向上的表现尤为突出。
为研究离位增韧对复合材料加筋板结构承载性能的影响，首先，分别对未离位增韧和离位增韧复合材料帽型长桁加筋板进行了三点弯曲试验，比较了2种加筋板的初始分层载荷、极限载荷以及试验现象；然后，利用ABAQUS建立了三维渐进失效模型，考虑长桁-蒙皮界面和复合材料层合板的失效，对界面的分层机制和蒙皮的失效过程进行了分析。结果表明：有限元结果与试验结果吻合较好，离位增韧仅能略微提高界面的初始分层载荷，但对极限载荷有较大提升；在分层起始阶段I型拉伸模式占主要作用，随着分层不断扩展，II型剪切模式占比持续增加，而剪切模式的高韧性正是离位增韧界面具有良好性能的重要原因。所得结论表明离位增韧界面有良好的抗剥离性能，且在剪切方向上的表现尤为突出。
2016, 33(11): 2510-2516.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.013
摘要:
为提高碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP）单向板弹性常数的超声表征精度，基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟。首先，搭建了角度旋转测试装置，并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算；然后，通过模拟退火优化算法反演声速数据，得到了5个独立弹性常数；最后，利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证。结果表明：1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化，与1-2平面内的表现出明显差异，由此显示材料为横观各向同性的；独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97 GPa；理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4 m/s，实验数据波动范围小于0.33%，对应的弹性常数误差均小于0.47%。相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试。
为提高碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP）单向板弹性常数的超声表征精度，基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟。首先，搭建了角度旋转测试装置，并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算；然后，通过模拟退火优化算法反演声速数据，得到了5个独立弹性常数；最后，利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证。结果表明：1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化，与1-2平面内的表现出明显差异，由此显示材料为横观各向同性的；独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97 GPa；理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4 m/s，实验数据波动范围小于0.33%，对应的弹性常数误差均小于0.47%。相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试。
2016, 33(11): 2517-2527.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160308.003
摘要:
采用试验和仿真分析的方法对T800/924复合材料接头在拉伸载荷作用下的力学性能进行研究。在电子万能试验机上进行了接头试验件的拉伸试验，记录试验中试验件的破坏过程，得到了最终失效载荷。采用非线性有限元法，基于ABAQUS软件平台，使用内嵌的材料用户定义子程序（VUMAT），建立了该试验对应的有限元分析模型，得到接头的应变分布情况，并给出接头失效载荷的计算值。结果表明：计算预测接头的损伤部位与试验吻合，失效载荷计算值与试验值差值较小，证明了仿真分析方法的可行性。通过结果分析发现，孔边是应力集中的地方，破坏一般从孔边开始萌生，并且接头面外受载能力较弱，接头的失效模式一般是孔边面外拉脱。
采用试验和仿真分析的方法对T800/924复合材料接头在拉伸载荷作用下的力学性能进行研究。在电子万能试验机上进行了接头试验件的拉伸试验，记录试验中试验件的破坏过程，得到了最终失效载荷。采用非线性有限元法，基于ABAQUS软件平台，使用内嵌的材料用户定义子程序（VUMAT），建立了该试验对应的有限元分析模型，得到接头的应变分布情况，并给出接头失效载荷的计算值。结果表明：计算预测接头的损伤部位与试验吻合，失效载荷计算值与试验值差值较小，证明了仿真分析方法的可行性。通过结果分析发现，孔边是应力集中的地方，破坏一般从孔边开始萌生，并且接头面外受载能力较弱，接头的失效模式一般是孔边面外拉脱。
2016, 33(11): 2528-2536.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.015
摘要:
通过细观力学有限元方法对Al颗粒增强聚四氟乙烯（Al/PTFE）复合材料的宏观力学性能进行了研究，基于Al颗粒粒径分布统计规律及通过SEM对该复合材料孔洞含量的统计分析，在细观层次上建立了考虑颗粒和孔洞位置和尺寸分布的随机代表性体积单元（RVE），借助ABAQUS有限元软件，对二维平面应变和三维实体模型在单轴压缩载荷作用下的力学行为进行了数值仿真；并施加了周期性边界条件（PBC）以提高数值计算结果的准确性。此外，分析了不同颗粒含量下复合材料准静态应力-应变关系，重点对细观有限元模型与准静态压缩试验结果进行了对比分析。研究结果表明：二维和三维2种模型均能较好地模拟Al/PTFE的宏观力学性能，且二维模型较三维模型计算效率更高，并进一步证实了PBC的正确性和有效性。
通过细观力学有限元方法对Al颗粒增强聚四氟乙烯（Al/PTFE）复合材料的宏观力学性能进行了研究，基于Al颗粒粒径分布统计规律及通过SEM对该复合材料孔洞含量的统计分析，在细观层次上建立了考虑颗粒和孔洞位置和尺寸分布的随机代表性体积单元（RVE），借助ABAQUS有限元软件，对二维平面应变和三维实体模型在单轴压缩载荷作用下的力学行为进行了数值仿真；并施加了周期性边界条件（PBC）以提高数值计算结果的准确性。此外，分析了不同颗粒含量下复合材料准静态应力-应变关系，重点对细观有限元模型与准静态压缩试验结果进行了对比分析。研究结果表明：二维和三维2种模型均能较好地模拟Al/PTFE的宏观力学性能，且二维模型较三维模型计算效率更高，并进一步证实了PBC的正确性和有效性。
2016, 33(11): 2537-2542.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160309.001
摘要:
利用光纤光栅（FBG）传感器对基体表面应变进行测量，通常利用胶粘剂将光纤光栅传感器粘贴在基体表面，使其与基体协调变形。但胶粘剂在不同表面的粘接性能不同，对应变测量所造成的影响也就存在差异。针对这一问题，本文通过实验，简化应变传递模型，对比FBG传感器粘贴在等强度梁以及标准树脂试件的应变测量结果。结果表明：胶粘剂在基体表面的剪切强度越大，表面粘贴式FBG传感器的应变传递系数也越大。
利用光纤光栅（FBG）传感器对基体表面应变进行测量，通常利用胶粘剂将光纤光栅传感器粘贴在基体表面，使其与基体协调变形。但胶粘剂在不同表面的粘接性能不同，对应变测量所造成的影响也就存在差异。针对这一问题，本文通过实验，简化应变传递模型，对比FBG传感器粘贴在等强度梁以及标准树脂试件的应变测量结果。结果表明：胶粘剂在基体表面的剪切强度越大，表面粘贴式FBG传感器的应变传递系数也越大。
2016, 33(11): 2543-2550.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160219.003
摘要:
飞艇囊体膜材的弹性常数是飞艇外形设计、结构分析、动力学分析的基础。本文根据正交异性平面应力模型假设，应用双向拉伸试验方法获得了飞艇囊体膜材HV130在不同载荷比条件下的经纬向弹性模量和泊松比。对飞艇囊体进行应力分析，得到囊体应力的理论解及环向应力和轴向应力的载荷比。根据飞艇囊体受力情况，选取对应的弹性常数，对飞艇进行不同压差条件下的静力学仿真分析。利用非接触应变测量系统测试不同压差条件下飞艇囊体的变形情况，验证了双向拉伸试验所得的弹性常数的准确性和仿真分析的可靠性。本文能为飞艇的外形设计和结构分析提供参考。
飞艇囊体膜材的弹性常数是飞艇外形设计、结构分析、动力学分析的基础。本文根据正交异性平面应力模型假设，应用双向拉伸试验方法获得了飞艇囊体膜材HV130在不同载荷比条件下的经纬向弹性模量和泊松比。对飞艇囊体进行应力分析，得到囊体应力的理论解及环向应力和轴向应力的载荷比。根据飞艇囊体受力情况，选取对应的弹性常数，对飞艇进行不同压差条件下的静力学仿真分析。利用非接触应变测量系统测试不同压差条件下飞艇囊体的变形情况，验证了双向拉伸试验所得的弹性常数的准确性和仿真分析的可靠性。本文能为飞艇的外形设计和结构分析提供参考。
2016, 33(11): 2551-2559.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160304.001
摘要:
因为传统的连续弯曲辊式矫直理论创建在单一金属反复连续弯曲变形的基础上，所以将该理论应用于双金属复合板连续弯曲矫直时，精度不高且无法保证双金属复合板的矫后平直度。为完善板材矫直力论，分析了双金属复合板矫直弯曲变形时的特点，提出了分层算法，并将模型计算数据与矫直实验数据进行了对比。结果表明：提出的方法可以在不同金属变形层上采用不同的计算方法和材料模型，比较适应于求解双金属复合板的辊式矫直问题；模型计算矫直力误差不大于5.73%。所得结论表明基于分层算法的数学模型在计算双金属复合板时具有良好的效果。
因为传统的连续弯曲辊式矫直理论创建在单一金属反复连续弯曲变形的基础上，所以将该理论应用于双金属复合板连续弯曲矫直时，精度不高且无法保证双金属复合板的矫后平直度。为完善板材矫直力论，分析了双金属复合板矫直弯曲变形时的特点，提出了分层算法，并将模型计算数据与矫直实验数据进行了对比。结果表明：提出的方法可以在不同金属变形层上采用不同的计算方法和材料模型，比较适应于求解双金属复合板的辊式矫直问题；模型计算矫直力误差不大于5.73%。所得结论表明基于分层算法的数学模型在计算双金属复合板时具有良好的效果。
2016, 33(11): 2560-2568.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160104.001
摘要:
为研究WC体积分数对WCp/Fe复合材料组织、界面及压缩性能的影响，采用粉末烧结法制备了不同WC体积分数的WCp/Fe复合材料。结果表明：在不同WC体积分数的WCp/Fe复合材料中，WC颗粒发生了不同程度的溶解，其与基体间均呈冶金结合。随着WC体积分数的增加，WCp/Fe复合材料的界面等效宽度呈现递减趋势，当WC体积分数为50%时，界面等效宽度最小，为39.8 μm；复合材料的压缩强度呈先增大后减小趋势，当WC体积分数达到45%时，压缩强度达到最大值；复合材料的断裂方式由准解理断裂逐渐转向纯解理断裂，当WC体积分数达到50%时，WCp/Fe复合材料的断裂方式为纯解理断裂。
为研究WC体积分数对WCp/Fe复合材料组织、界面及压缩性能的影响，采用粉末烧结法制备了不同WC体积分数的WCp/Fe复合材料。结果表明：在不同WC体积分数的WCp/Fe复合材料中，WC颗粒发生了不同程度的溶解，其与基体间均呈冶金结合。随着WC体积分数的增加，WCp/Fe复合材料的界面等效宽度呈现递减趋势，当WC体积分数为50%时，界面等效宽度最小，为39.8 μm；复合材料的压缩强度呈先增大后减小趋势，当WC体积分数达到45%时，压缩强度达到最大值；复合材料的断裂方式由准解理断裂逐渐转向纯解理断裂，当WC体积分数达到50%时，WCp/Fe复合材料的断裂方式为纯解理断裂。
2016, 33(11): 2569-2575.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160107.005
摘要:
采用浸泡模拟实验方法、电化学极化和电化学阻抗谱测试技术，研究了Cl-浓度对SiCP/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响。结果表明：SiCP/Al复合材料在Cl-介质下钝化现象不明显，腐蚀过程主要为点蚀腐蚀。随Cl-浓度增加，SiCP/Al复合材料腐蚀速率增加，点蚀电位降低，且复合材料的腐蚀过程机制表现为由单纯电荷传递过程机制向电荷传递过程与腐蚀产物扩散共同作用的混合机制转变。电化学阻抗谱随Cl-浓度增加呈现出2种类型：单一容抗弧类型、高频区容抗弧和低频区一条与实轴呈45°直线（经典Warburg阻抗）组合的复合类型。
采用浸泡模拟实验方法、电化学极化和电化学阻抗谱测试技术，研究了Cl-浓度对SiCP/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响。结果表明：SiCP/Al复合材料在Cl-介质下钝化现象不明显，腐蚀过程主要为点蚀腐蚀。随Cl-浓度增加，SiCP/Al复合材料腐蚀速率增加，点蚀电位降低，且复合材料的腐蚀过程机制表现为由单纯电荷传递过程机制向电荷传递过程与腐蚀产物扩散共同作用的混合机制转变。电化学阻抗谱随Cl-浓度增加呈现出2种类型：单一容抗弧类型、高频区容抗弧和低频区一条与实轴呈45°直线（经典Warburg阻抗）组合的复合类型。
2016, 33(11): 2576-2583.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160302.002
摘要:
研究了SiC颗粒增强铝基（SiC/Al）复合材料中Ca含量对SiC分散性的影响以及Ca含量对注气法制备的SiC/Al泡沫复合材料的压缩性能和结构的影响。首先，制备不同Ca含量的SiC/Al复合材料，用来制备SiC/Al泡沫复合材料的基本材料，并对不同Ca含量的SiC/Al泡沫复合材料进行压缩实验；然后，利用OM、SEM和XRD研究了SiC/Al复合材料及泡沫结构中Ca含量对SiC分散性的影响。结果表明：Ca的加入会明显影响SiC/Al复合材料中SiC的分布，且存在Ca含量临界值。当Ca含量小于1.5wt%时，SiC在基体中分布较均匀；当Ca含量达到或超过1.5wt%时，熔体中生成一种富含Al、Ca和Si的金属间化合物Ca2Al4Si3，且其体积分数和尺寸随Ca含量的提高而显著增大，SiC集聚在这些金属间化合物区域内及其边界上而影响SiC分布的均匀性。压缩实验表明，SiC/Al泡沫复合材料压缩应力-应变曲线的平台应力和抗压屈服强度随着Ca含量的增加有提高的趋势。相应的SiC/Al泡沫复合材料的胞壁厚度随着Ca含量的提高明显增加，这不仅与金属间化合物的形成提高了熔体黏度相关，更可能是与金属间化合物在熔体中尺寸随Ca含量提高而明显增大相关。
研究了SiC颗粒增强铝基（SiC/Al）复合材料中Ca含量对SiC分散性的影响以及Ca含量对注气法制备的SiC/Al泡沫复合材料的压缩性能和结构的影响。首先，制备不同Ca含量的SiC/Al复合材料，用来制备SiC/Al泡沫复合材料的基本材料，并对不同Ca含量的SiC/Al泡沫复合材料进行压缩实验；然后，利用OM、SEM和XRD研究了SiC/Al复合材料及泡沫结构中Ca含量对SiC分散性的影响。结果表明：Ca的加入会明显影响SiC/Al复合材料中SiC的分布，且存在Ca含量临界值。当Ca含量小于1.5wt%时，SiC在基体中分布较均匀；当Ca含量达到或超过1.5wt%时，熔体中生成一种富含Al、Ca和Si的金属间化合物Ca2Al4Si3，且其体积分数和尺寸随Ca含量的提高而显著增大，SiC集聚在这些金属间化合物区域内及其边界上而影响SiC分布的均匀性。压缩实验表明，SiC/Al泡沫复合材料压缩应力-应变曲线的平台应力和抗压屈服强度随着Ca含量的增加有提高的趋势。相应的SiC/Al泡沫复合材料的胞壁厚度随着Ca含量的提高明显增加，这不仅与金属间化合物的形成提高了熔体黏度相关，更可能是与金属间化合物在熔体中尺寸随Ca含量提高而明显增大相关。
2016, 33(11): 2584-2590.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160108.003
摘要:
在HT-1000型高温摩擦磨损实验仪上采用球面接触形式对WC-Al2O3复合材料进行滑动摩擦磨损实验，研究了WC-Al2O3复合材料从常温25℃到600℃温度条件下的摩擦磨损特性，并与WC-6Co进行对比。采用SEM、超景深显微镜及XRD对磨痕表面微观形貌及物相进行观察和分析。结果表明，在常温时，WC-Al2O3复合材料的摩擦系数较小，摩擦磨损性能较好。当温度升至600℃时，WC-Al2O3复合材料磨痕表面逐渐有氧化物生成，摩擦系数减小，磨损机制由低温下的磨粒磨损为主转化为氧化磨损，WC-Al2O3复合材料摩擦磨损性能较差。
在HT-1000型高温摩擦磨损实验仪上采用球面接触形式对WC-Al2O3复合材料进行滑动摩擦磨损实验，研究了WC-Al2O3复合材料从常温25℃到600℃温度条件下的摩擦磨损特性，并与WC-6Co进行对比。采用SEM、超景深显微镜及XRD对磨痕表面微观形貌及物相进行观察和分析。结果表明，在常温时，WC-Al2O3复合材料的摩擦系数较小，摩擦磨损性能较好。当温度升至600℃时，WC-Al2O3复合材料磨痕表面逐渐有氧化物生成，摩擦系数减小，磨损机制由低温下的磨粒磨损为主转化为氧化磨损，WC-Al2O3复合材料摩擦磨损性能较差。
2016, 33(11): 2591-2599.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160125.003
摘要:
为通过滤除水中微生物和杂质而改善水质，首先采用一步共沉淀法合成了载Ag羟基磷灰石（Ag-HA）抗菌粉体，并将其与硅藻土和高岭土等原料复合，通过烧结法制备了Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷；然后，通过XRD、SEM、EDS和原子吸收分光光度计对Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷的结构进行了表征；最后，研究了Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌性能。结果表明：Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷的主物相为石英、方石英及HA；经高温烧结后，Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷含丰富的由硅藻土颗粒间微米级孔隙及颗粒内部孔隙构成的孔道；Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷内均匀分布着微量的Ag；当Ag含量为0.098wt%时，Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷对E.coli和S.aureus的最小抑菌浓度分别为100 μg/mL和50 μg/mL；块状或粉末状的Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷在1 h内对E.coli和S.aureus的杀菌率分别为60.76%和100.00%，3 h后对二者的杀菌率均达到100.00%，且在24 h内具有持久抗菌性。所得结论表明制备的Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷是一种有前景的水处理用过滤材料。
为通过滤除水中微生物和杂质而改善水质，首先采用一步共沉淀法合成了载Ag羟基磷灰石（Ag-HA）抗菌粉体，并将其与硅藻土和高岭土等原料复合，通过烧结法制备了Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷；然后，通过XRD、SEM、EDS和原子吸收分光光度计对Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷的结构进行了表征；最后，研究了Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌性能。结果表明：Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷的主物相为石英、方石英及HA；经高温烧结后，Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷含丰富的由硅藻土颗粒间微米级孔隙及颗粒内部孔隙构成的孔道；Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷内均匀分布着微量的Ag；当Ag含量为0.098wt%时，Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷对E.coli和S.aureus的最小抑菌浓度分别为100 μg/mL和50 μg/mL；块状或粉末状的Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷在1 h内对E.coli和S.aureus的杀菌率分别为60.76%和100.00%，3 h后对二者的杀菌率均达到100.00%，且在24 h内具有持久抗菌性。所得结论表明制备的Ag-HA/硅藻土-高岭土复合陶瓷是一种有前景的水处理用过滤材料。
2016, 33(11): 2600-2608.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160229.001
摘要:
采用自蔓延高温合成离心熔铸工艺可以快速制备出TiB2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料，并在层间界面上形成TiB2基陶瓷/Fe-Ni合金相三维网络跨尺度连续梯度复合结构，使层状复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区与合金钢基底3层结构。通过材料力学性能测试并结合FESEM、HRTEM观察，得出正是由于层间界面上原位生成TiB2基陶瓷/Fe-Ni合金的三维网络跨尺度连续梯度复合结构，使复合材料不仅具有高的弯曲强度与断裂韧性，而且又使之在三点弯曲测试时呈现出明显的“假塑性”力学行为特征。同时，陶瓷基体附近界面上TiB2基陶瓷/Fe-Ni基合金复合结构裂纹互锁效应与中间过渡区上TiB2微纳米/纳米晶沉淀强化机制的协同作用又使TiB2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料具有高的层间界面剪切强度。
采用自蔓延高温合成离心熔铸工艺可以快速制备出TiB2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料，并在层间界面上形成TiB2基陶瓷/Fe-Ni合金相三维网络跨尺度连续梯度复合结构，使层状复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区与合金钢基底3层结构。通过材料力学性能测试并结合FESEM、HRTEM观察，得出正是由于层间界面上原位生成TiB2基陶瓷/Fe-Ni合金的三维网络跨尺度连续梯度复合结构，使复合材料不仅具有高的弯曲强度与断裂韧性，而且又使之在三点弯曲测试时呈现出明显的“假塑性”力学行为特征。同时，陶瓷基体附近界面上TiB2基陶瓷/Fe-Ni基合金复合结构裂纹互锁效应与中间过渡区上TiB2微纳米/纳米晶沉淀强化机制的协同作用又使TiB2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料具有高的层间界面剪切强度。
2016, 33(11): 2609-2617.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160126.001
摘要:
为分析碳源在化学气相渗透过程中的沉积机制，以碳纤维针刺整体毡为预制体，添加丙烯（C3H6）的天然气混合气体为碳源，研究了碳源组成对C/C复合材料致密化及热解炭结构的影响。结果表明：相比于以天然气为碳源，以添加了适当比例C3H6的天然气为碳源，可有效提高C/C复合材料的致密化速率及密度分布均匀性；同时，有利于生成高织构的热解炭。最优条件（9vol% C3H6）下沉积100 h后，C/C复合材料的密度和径向密度偏差分别为1.40 g/cm3和0.04 g/cm3，热解炭为均一的粗糙层结构，石墨化度高；而以天然气作碳源时，密度和径向密度偏差分别为1.17 g/cm3和0.07 g/cm3，热解炭为二元带状结构，石墨化度较低；当C3H6比例增加到17vol%时，其密度和径向密度偏差分别为1.28 g/cm3和0.10 g/cm3，密度及密度分布均匀性较最优条件下制备的复合材料明显降低。
为分析碳源在化学气相渗透过程中的沉积机制，以碳纤维针刺整体毡为预制体，添加丙烯（C3H6）的天然气混合气体为碳源，研究了碳源组成对C/C复合材料致密化及热解炭结构的影响。结果表明：相比于以天然气为碳源，以添加了适当比例C3H6的天然气为碳源，可有效提高C/C复合材料的致密化速率及密度分布均匀性；同时，有利于生成高织构的热解炭。最优条件（9vol% C3H6）下沉积100 h后，C/C复合材料的密度和径向密度偏差分别为1.40 g/cm3和0.04 g/cm3，热解炭为均一的粗糙层结构，石墨化度高；而以天然气作碳源时，密度和径向密度偏差分别为1.17 g/cm3和0.07 g/cm3，热解炭为二元带状结构，石墨化度较低；当C3H6比例增加到17vol%时，其密度和径向密度偏差分别为1.28 g/cm3和0.10 g/cm3，密度及密度分布均匀性较最优条件下制备的复合材料明显降低。
2016, 33(11): 2618-2624.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151223.002
摘要:
为研究还原剂对Ni（OH）2/还原氧化石墨烯（RGO）复合材料结构及电化学性能的影响，首先以氧化石墨烯（GO）和硝酸镍作前驱体，采用水热法制备了Ni（OH）2/RGO复合材料；然后，利用XRD、SEM和Raman光谱仪表征了复合材料的结构和形貌，并采用循环伏安法、恒流充放电曲线和电化学阻抗谱研究了复合材料的电化学性能。结果表明：以（NH2）2CSO2作还原剂时，制备的β-Ni（OH）2/RGO复合材料为RGO纳米片与Ni（OH）2纳米片相互插层的结构；在电解液（6 mol/L KOH溶液）中，0.2C放电倍率时β-Ni（OH）2/RGO复合材料的比容量高达341.0 mAh/g，10.0C放电倍率为时复合材料的比容量为242.2 mAh/g，仍能保持β-Ni（OH）2理论比容量的83.8%。所得结论表明制备的Ni（OH）2/RGO复合材料显现出良好的电化学性能。
为研究还原剂对Ni（OH）2/还原氧化石墨烯（RGO）复合材料结构及电化学性能的影响，首先以氧化石墨烯（GO）和硝酸镍作前驱体，采用水热法制备了Ni（OH）2/RGO复合材料；然后，利用XRD、SEM和Raman光谱仪表征了复合材料的结构和形貌，并采用循环伏安法、恒流充放电曲线和电化学阻抗谱研究了复合材料的电化学性能。结果表明：以（NH2）2CSO2作还原剂时，制备的β-Ni（OH）2/RGO复合材料为RGO纳米片与Ni（OH）2纳米片相互插层的结构；在电解液（6 mol/L KOH溶液）中，0.2C放电倍率时β-Ni（OH）2/RGO复合材料的比容量高达341.0 mAh/g，10.0C放电倍率为时复合材料的比容量为242.2 mAh/g，仍能保持β-Ni（OH）2理论比容量的83.8%。所得结论表明制备的Ni（OH）2/RGO复合材料显现出良好的电化学性能。
2016, 33(11): 2625-2633.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160107.007
摘要:
为比较生物胶（海藻酸钠、瓜尔胶、淀粉胶、植物蛋白胶）与麦秸秆制备麦秸秆/生物胶复合材料的力学性能和吸湿性能，分析了4种生物胶和麦秸秆的红外光谱，测试了麦秸秆/生物胶复合材料的力学性能和吸湿性能，观察了它们的微观结构。结果表明：4种生物胶均有-OH和-CH伸缩振动吸收峰，植物蛋白胶有-NH2伸缩振动吸收峰和-O-吸收峰。植物蛋白胶制备的复合材料力学性能较好，吸湿率较小，其拉伸强度比海藻酸钠、瓜尔胶、淀粉胶制备的复合材料分别高436%、93%、416%，弯曲强度分别高922%、49%、963%，弹性模量分别高714%、678%、254%，平衡吸湿率分别小42%、17%、16%。麦秸秆/植物蛋白胶和麦秸秆/瓜尔胶复合材料中麦秸秆被基体包裹较好，植物蛋白胶-麦秸秆和瓜尔胶-麦秸秆两相界面模糊，两者结合较好；而麦秸秆/海藻酸钠和麦秸秆/淀粉胶复合材料两相界面空穴和缺陷较多，麦秸秆与基体之间存在明显界面，与麦秸秆结合较差。麦秸秆/植物蛋白胶复合材料在力学性能方面与塑料基复合材料相当，而吸湿性能有待提高。
为比较生物胶（海藻酸钠、瓜尔胶、淀粉胶、植物蛋白胶）与麦秸秆制备麦秸秆/生物胶复合材料的力学性能和吸湿性能，分析了4种生物胶和麦秸秆的红外光谱，测试了麦秸秆/生物胶复合材料的力学性能和吸湿性能，观察了它们的微观结构。结果表明：4种生物胶均有-OH和-CH伸缩振动吸收峰，植物蛋白胶有-NH2伸缩振动吸收峰和-O-吸收峰。植物蛋白胶制备的复合材料力学性能较好，吸湿率较小，其拉伸强度比海藻酸钠、瓜尔胶、淀粉胶制备的复合材料分别高436%、93%、416%，弯曲强度分别高922%、49%、963%，弹性模量分别高714%、678%、254%，平衡吸湿率分别小42%、17%、16%。麦秸秆/植物蛋白胶和麦秸秆/瓜尔胶复合材料中麦秸秆被基体包裹较好，植物蛋白胶-麦秸秆和瓜尔胶-麦秸秆两相界面模糊，两者结合较好；而麦秸秆/海藻酸钠和麦秸秆/淀粉胶复合材料两相界面空穴和缺陷较多，麦秸秆与基体之间存在明显界面，与麦秸秆结合较差。麦秸秆/植物蛋白胶复合材料在力学性能方面与塑料基复合材料相当，而吸湿性能有待提高。
2016, 33(11): 2634-2640.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160112.001
摘要:
采用酸碱法在鸭毛中提取羽毛角蛋白（FK），通过正交实验研究了FK提取的最佳条件。将FK与海藻酸钠（SA）进行共混，制备SA/FK复合溶液，测试了复合溶液的流变性。通过湿法纺丝制备SA/FK复合纤维，研究了复合纤维的基本性能并表征了复合纤维分子间氢键作用。结果表明：在最佳提取条件下（提取温度为60.0℃，提取时间为120.00 min，碱浓度为2.00wt%），FK产率最高为45.75%。SA/FK复合溶液的表观黏度随剪切速率的增加而减小，随FK含量的增加呈现先增后减的趋势。FK的加入使分子间氢键作用增强。SA/FK复合纤维的力学断裂强度能够达到1.96 cN/dtex。SA与FK的复合破坏了原有分子的晶体结构，SA/FK复合纤维分子结构是以非晶态存在。SA/FK复合纤维的表面具有均匀的沟槽结构。
采用酸碱法在鸭毛中提取羽毛角蛋白（FK），通过正交实验研究了FK提取的最佳条件。将FK与海藻酸钠（SA）进行共混，制备SA/FK复合溶液，测试了复合溶液的流变性。通过湿法纺丝制备SA/FK复合纤维，研究了复合纤维的基本性能并表征了复合纤维分子间氢键作用。结果表明：在最佳提取条件下（提取温度为60.0℃，提取时间为120.00 min，碱浓度为2.00wt%），FK产率最高为45.75%。SA/FK复合溶液的表观黏度随剪切速率的增加而减小，随FK含量的增加呈现先增后减的趋势。FK的加入使分子间氢键作用增强。SA/FK复合纤维的力学断裂强度能够达到1.96 cN/dtex。SA与FK的复合破坏了原有分子的晶体结构，SA/FK复合纤维分子结构是以非晶态存在。SA/FK复合纤维的表面具有均匀的沟槽结构。
2016, 33(11): 2641-2648.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.007
摘要:
针对较低密度开孔泡沫的正四面体模型，通过引入支柱结点处的体积修正使新模型能够用于预测较大密度范围内的泡沫材料的蠕变性能，并且基于该修正模型，分析了斜支柱的弯曲变形机制以及剪切变形机制对蠕变应变率的影响。结果表明：当泡沫材料的相对密度较低时，支柱的弯曲变形机制决定了其蠕变速率；而当相对密度较高时，支柱的剪切变形作用机制开始主导其蠕变速率。通过与实验结果的比较验证了本文预测的有效性。
针对较低密度开孔泡沫的正四面体模型，通过引入支柱结点处的体积修正使新模型能够用于预测较大密度范围内的泡沫材料的蠕变性能，并且基于该修正模型，分析了斜支柱的弯曲变形机制以及剪切变形机制对蠕变应变率的影响。结果表明：当泡沫材料的相对密度较低时，支柱的弯曲变形机制决定了其蠕变速率；而当相对密度较高时，支柱的剪切变形作用机制开始主导其蠕变速率。通过与实验结果的比较验证了本文预测的有效性。
2016, 33(11): 2649-2656.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160229.004
摘要:
通过羟基铁对钠基膨润土插层改性制备了羟基铁插层膨润土（OH-Fe-Bent），用于去除废水中的U（VI）。实验考察了pH值、U（VI）初始浓度、温度和吸附时间对OH-Fe-Bent吸附U（VI）效果的影响，并进行吸附动力学和热力学分析。采用FTIR、SEM、XRD等手段分析相关吸附机制。实验结果表明：OH-Fe-Bent吸附U（VI）的最佳pH为4，在温度为15℃，投加量为0.8 g/L，U（VI）初始浓度为10 mg/L时，OH-Fe-Bent对U（VI）的去除率达到99.55%，吸附平衡时间为90 min。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型（相关系数的平方约为1）均可较好地拟合其吸附过程，理论饱和吸附量可达97.09 mg/g，OH-Fe-Bent对U（VI）是单分子层吸附。FTIR、SEM分析表明OH-Fe-Bent吸附U（VI）后自身结构没有改变，XRD分析表明羟基铁已经成功插入膨润土层间。
通过羟基铁对钠基膨润土插层改性制备了羟基铁插层膨润土（OH-Fe-Bent），用于去除废水中的U（VI）。实验考察了pH值、U（VI）初始浓度、温度和吸附时间对OH-Fe-Bent吸附U（VI）效果的影响，并进行吸附动力学和热力学分析。采用FTIR、SEM、XRD等手段分析相关吸附机制。实验结果表明：OH-Fe-Bent吸附U（VI）的最佳pH为4，在温度为15℃，投加量为0.8 g/L，U（VI）初始浓度为10 mg/L时，OH-Fe-Bent对U（VI）的去除率达到99.55%，吸附平衡时间为90 min。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型（相关系数的平方约为1）均可较好地拟合其吸附过程，理论饱和吸附量可达97.09 mg/g，OH-Fe-Bent对U（VI）是单分子层吸附。FTIR、SEM分析表明OH-Fe-Bent吸附U（VI）后自身结构没有改变，XRD分析表明羟基铁已经成功插入膨润土层间。
2016, 33(11): 2657-2665.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160311.001
摘要:
选用3种炭基复合材料，分别为采用化学气相沉积（CVD）工艺和CVD/浸渍复合工艺制备的2种C/C复合材料以及采用CVD/熔融渗硅（MSI）工艺制备的C/C-SiC复合材料，通过对比分析3种炭基复合材料与人骨的微观结构和力学性能，研究了所选用的3种炭基复合材料作为新型骨折内固定材料的可行性。结果表明：3种炭基复合材料与人骨均具有纤维增强、多孔基体的微观结构形态。在力学性能方面，3种炭基复合材料的弹性模量与人骨都较为接近，其中C/C-SiC复合材料的力学性能与人骨最为接近，分别为弯曲强度213.0 MPa、剪切强度19.3 MPa、压缩强度228.1 MPa，有望成为理想的接骨板材料。CVD和CVD/浸渍工艺制备的C/C复合材料，弯曲强度分别仅为161.8 MPa和174.6 MPa，低于人骨的弯曲强度，后期可通过改进坯体结构和制备工艺等方法来使其力学性能与人骨相匹配。
选用3种炭基复合材料，分别为采用化学气相沉积（CVD）工艺和CVD/浸渍复合工艺制备的2种C/C复合材料以及采用CVD/熔融渗硅（MSI）工艺制备的C/C-SiC复合材料，通过对比分析3种炭基复合材料与人骨的微观结构和力学性能，研究了所选用的3种炭基复合材料作为新型骨折内固定材料的可行性。结果表明：3种炭基复合材料与人骨均具有纤维增强、多孔基体的微观结构形态。在力学性能方面，3种炭基复合材料的弹性模量与人骨都较为接近，其中C/C-SiC复合材料的力学性能与人骨最为接近，分别为弯曲强度213.0 MPa、剪切强度19.3 MPa、压缩强度228.1 MPa，有望成为理想的接骨板材料。CVD和CVD/浸渍工艺制备的C/C复合材料，弯曲强度分别仅为161.8 MPa和174.6 MPa，低于人骨的弯曲强度，后期可通过改进坯体结构和制备工艺等方法来使其力学性能与人骨相匹配。
2016, 33(11): 2666-2673.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160414.001
摘要:
建立了基于遗传算法和误差反传（GA-BP）神经网络的化学气相渗透（CVI）工艺参数优化模型。以新型等温CVI工艺制备C/C复合材料时采集的实验数据作为模型评价样本，分析了主要可控影响因素（沉积温度、前驱气体分压与滞留时间等）对C/C复合材料制件密度及其密度均匀性的作用规律。在该模型指导下，样本的期望密度和实测密度最大误差不超过6.2%，密度差最大误差不超过8.2%。实验结果也证明了该模型具有较高的精度和良好的泛化能力，可以用于CVI工艺参数的优化。
建立了基于遗传算法和误差反传（GA-BP）神经网络的化学气相渗透（CVI）工艺参数优化模型。以新型等温CVI工艺制备C/C复合材料时采集的实验数据作为模型评价样本，分析了主要可控影响因素（沉积温度、前驱气体分压与滞留时间等）对C/C复合材料制件密度及其密度均匀性的作用规律。在该模型指导下，样本的期望密度和实测密度最大误差不超过6.2%，密度差最大误差不超过8.2%。实验结果也证明了该模型具有较高的精度和良好的泛化能力，可以用于CVI工艺参数的优化。
2016, 33(11): 2674-2681.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160225.001
摘要:
为了获得适用于建筑领域的相变材料和相变温度，选用月桂酸（LA）和棕榈酸（PA）共混制备的二元低共熔脂肪酸（LA-PA）作为储能材料，废弃稻草和稻草灰提取的生物基SiO2（b-SiO2）粉末作为载体，采用熔融浸渗法制备了LA-PA/b-SiO2定形相变储能材料。采用FTIR、XRD、比表面测试、SEM、DSC、TGA对LA-PA/b-SiO2复合相变材料的结构与性能进行分析。结果表明：LA-PA和b-SiO2并不是简单的物理相互作用；LA-PA被束缚在b-SiO2多孔网络中，从而在固相变为液相时，相变材料不会泄露。通过XRD分析可得，随着b-SiO2含量的增加，LA-PA/b-SiO2复合相变材料的结晶度降低。由DSC和TGA分析可知，LA-PA/b-SiO2复合相变材料具有良好的相变性质和热稳定性，相变焓在67.36~146.0 J/g之间。
为了获得适用于建筑领域的相变材料和相变温度，选用月桂酸（LA）和棕榈酸（PA）共混制备的二元低共熔脂肪酸（LA-PA）作为储能材料，废弃稻草和稻草灰提取的生物基SiO2（b-SiO2）粉末作为载体，采用熔融浸渗法制备了LA-PA/b-SiO2定形相变储能材料。采用FTIR、XRD、比表面测试、SEM、DSC、TGA对LA-PA/b-SiO2复合相变材料的结构与性能进行分析。结果表明：LA-PA和b-SiO2并不是简单的物理相互作用；LA-PA被束缚在b-SiO2多孔网络中，从而在固相变为液相时，相变材料不会泄露。通过XRD分析可得，随着b-SiO2含量的增加，LA-PA/b-SiO2复合相变材料的结晶度降低。由DSC和TGA分析可知，LA-PA/b-SiO2复合相变材料具有良好的相变性质和热稳定性，相变焓在67.36~146.0 J/g之间。
2016, 33(11): 2682-2687.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160220.001
摘要:
采用溶胶-凝胶法制备HZSM-5分子筛负载SrTiO3，对其进行XRD、FTIR和N2吸附-脱附表征，研究负载对活性艳红X-3B光催化降解过程的影响。通过分析降解液的FTIR谱图、紫外-可见光谱和总有机碳（TOC）数据，对活性艳红X-3B的光催化降解过程进行了探讨。结果表明：催化剂的主要成分为钙钛矿结构SrTiO3，负载对SrTiO3晶粒尺寸几乎没有影响。纯SrTiO3没有明显的孔结构，负载后样品的比表面积和孔隙主要由HZSM-5提供。负载之后催化剂的降解活性显著提高，30% SrTiO3/HZSM-5对活性艳红X-3B染料溶液的脱色和TOC去除速率最快。
采用溶胶-凝胶法制备HZSM-5分子筛负载SrTiO3，对其进行XRD、FTIR和N2吸附-脱附表征，研究负载对活性艳红X-3B光催化降解过程的影响。通过分析降解液的FTIR谱图、紫外-可见光谱和总有机碳（TOC）数据，对活性艳红X-3B的光催化降解过程进行了探讨。结果表明：催化剂的主要成分为钙钛矿结构SrTiO3，负载对SrTiO3晶粒尺寸几乎没有影响。纯SrTiO3没有明显的孔结构，负载后样品的比表面积和孔隙主要由HZSM-5提供。负载之后催化剂的降解活性显著提高，30% SrTiO3/HZSM-5对活性艳红X-3B染料溶液的脱色和TOC去除速率最快。
2016, 33(11): 2688-2697.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160317.001
摘要:
双尺度多孔纤维预制体填充过程中延迟浸润的非饱和流动现象，对基于树脂流过区域为完全饱和区域的充模理论及模拟方法提出了挑战。通过控制体/有限单元（CV/FE）法结合沉浸函数实现了液体模塑成型工艺（LCM）中非饱和填充浸润的数值模拟，并对比了恒压下的实验结果，验证了其可靠性。分析讨论了注射口压力、流量和液体黏度对双尺度多孔纤维织物非饱和填充浸润特性的影响。结果表明：在允许误差内，该数值模拟结果可靠，可用于分析讨论各因素对双尺度多孔织物非饱和流动特性的影响；填充浸润过程中，纤维织物内部非饱和区域长度并非保持不变，而是随着填充浸润的进行经历了4个变化过程；不同注射条件下，压力、流量及黏度对非饱和流动特性影响不同。研究结果对合理控制注射条件及流体特性实现双尺度多孔纤维预制件的完全浸润具有指导意义。
双尺度多孔纤维预制体填充过程中延迟浸润的非饱和流动现象，对基于树脂流过区域为完全饱和区域的充模理论及模拟方法提出了挑战。通过控制体/有限单元（CV/FE）法结合沉浸函数实现了液体模塑成型工艺（LCM）中非饱和填充浸润的数值模拟，并对比了恒压下的实验结果，验证了其可靠性。分析讨论了注射口压力、流量和液体黏度对双尺度多孔纤维织物非饱和填充浸润特性的影响。结果表明：在允许误差内，该数值模拟结果可靠，可用于分析讨论各因素对双尺度多孔织物非饱和流动特性的影响；填充浸润过程中，纤维织物内部非饱和区域长度并非保持不变，而是随着填充浸润的进行经历了4个变化过程；不同注射条件下，压力、流量及黏度对非饱和流动特性影响不同。研究结果对合理控制注射条件及流体特性实现双尺度多孔纤维预制件的完全浸润具有指导意义。
