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2018年  第35卷  第2期

多功能nano ZnO/PMMA复合材料的制备与性能
陈枭, 徐涛, 雷华, 谭璐, 石倩, 王日鹏
2018, 35(2): 245-252. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170512.001
摘要:
采用一种简单、环保的方法原位制备了纳米ZnO/聚甲基丙烯酸甲酯(nano ZnO/PMMA)复合材料,并对其抗紫外性质、透明性、光致发光性质和抗菌性进行了研究。以乙醇为溶剂在30℃溶解单体、引发剂、前驱体和催化剂;升温到80℃使甲基丙烯酸甲酯(MMA)的聚合与ZnO的合成同时进行;蒸发去除溶剂即可获得nano ZnO/PMMA复合材料。采用XRD、FTIR、TEM和UV-Vis对nano ZnO/PMMA复合材料进行表征。结果表明,已成功制备nano ZnO/PMMA复合材料;所制备的nano ZnO/PMMA复合材料能够吸收200~400 nm的紫外辐射,且在可见光区域具有高的透明度;光致发光测试表明,nano ZnO/PMMA复合材料在紫外光激发下能够发出明亮的蓝绿光;抗菌测试表明,nano ZnO/PMMA复合材料对金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌效果,其抗菌率大于99%。多功能nano ZnO/PMMA复合材料在紫外屏蔽涂层、抗紫外有机玻璃、荧光材料、抗菌塑料制品等诸多领域有潜在应用。
锂离子电解液/环氧乙烯基酯树脂固态电解质的制备与性能
赵丹妮, 田芳禺, 于雅琳, 张博明, 蒙邦克, 冯启航, 杨继萍
2018, 35(2): 253-259. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170531.002
摘要:
将具备优良化学稳定性及高电导率的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)溶于1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMIM-TFSI)离子液体中制成LiTFSI-EMIM-TFSI电解液,加入环氧乙烯基酯树脂(VER)中对其进行改性。结果表明,添加了上述电解液后的锂离子电解液/环氧乙烯基酯树脂(LiTFSI-EMIM-TFSI/VER)体系可通过FTIR检测到离子液体的特征吸收峰。随着电解液含量的增加,LiTFSI-EMIM-TFSI/VER体系的孔隙率逐渐增大,沟壑与片层结构逐渐增多。这一变化有利于锂离子的传导,提高体系的电学性能,同时可在一定程度上改善树脂的塑性和韧性,提高LiTFSI-EMIM-TFSI/VER体系的力学性能。在本实验中,当电解液含量为40wt%时,LiTFSI-EMIM-TFSI/VER体系多功能性得以最好地实现。
Ku/Ka双频段防弹天线罩复合材料性能
董长胜, 王海东, 杨杨, 霍明亮, 李金良
2018, 35(2): 260-266. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170615.001
摘要:
为解决Ku/Ka双频段天线罩的防弹和透波问题,本文通过波导法研究材料的介电性能,并利用HFSS软件对双频工作的复合材料进行透波性能仿真设计,并采用试验与理论计算验证了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)防弹和透波性能。研究表明:UHMWPE的介电性能优异,适用于Ku/Ka双频段天线罩。HFSS仿真设计表明,7 mm UHMWPE的Ku频段损耗为0.2 dB,Ka频段损耗为0.6 dB,仿真结果与实际测试结果吻合。防弹打靶试验表明,面密度为5.6 kg/m2的UHMWPE防弹等级优于1级,实测V50值为546 m/s。
无水CaSO4晶须超声负载β成核剂对聚丙烯力学性能与结构的影响
杨靖, 陈彤, 吕晴, 田瑤珠, 秦军
2018, 35(2): 267-274. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170418.004
摘要:
利用超声技术对无水CaSO4晶须(CaSO4W)负载NB-328酰胺类β成核剂(βNB)进行改性制备CaSO4W超声负载βNB增强聚丙烯(PP)复合材料(UCaSO4W-βNB/PP),研究了CaSO4W超声负载βNB对UCaSO4W-βNB/PP复合材料力学性能的影响,运用DSC和SEM对其影响因素进行探讨。研究表明,利用超声技术对CaSO4W负载βNB进行改性能大幅度提高UCaSO4W-βNB/PP复合材料冲击性能,与纯PP相比,提高幅度为56.1%~124.1%,而未超声的CaSO4W负载βNB与PP共混的复合材料CaSO4W-βNB/PP及βNB与PP直接共混的βNB/PP复合材料冲击韧性降低。DSC与SEM分析表明,βNB/PP、CaSO4W-βNB/PP和UCaSO4W-βNB/PP复合材料中β晶含量变化与βNB的添加量有关,CaSO4W及βNB对PP β晶含量存在拮抗作用,UCaSO4W-βNB/PP复合材料冲击性能提高的主要原因并不是PP β晶含量变化,而是与超声处理CaSO4W和βNB有关。
BN表面改性对BN/环氧树脂复合材料导热性能的影响
汪蔚, 曹万荣, 陈婷婷
2018, 35(2): 275-281. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170509.002
摘要:
采用十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)阳离子表面活性剂对BN微米片进行有机化改性,研究了BN表面改性对BN/环氧树脂复合材料导热性能的影响。当OTAB浓度为0.6 g · L-1时,BN表面的OTAB吸附量接近饱和。BN表面改性提高了环氧树脂对BN的浸润性,降低了BN的导热系数。SEM观察及黏度测试结果表明:BN表面改性改善了BN/环氧树脂复合材料的界面性能及体系相容性。由于界面热阻的降低,改性BN/环氧树脂复合材料的导热系数高于未改性BN/环氧树脂复合材料,当BN填充量为30%(填料与树脂基体的质量比)时,改性BN/环氧树脂复合材料的导热系数为1.03 W (m · K)-1,是未改性BN/环氧树脂导热系数(0.48 W (m · K)-1)的2.15倍。
大型风机柔性叶片摆振运动冲击对层间断裂韧性的影响
董平, 孙文磊, 樊军, 蒋万乐
2018, 35(2): 282-290. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170609.005
摘要:
冲击对材料表面的层间断裂产生重要影响,但对层间断裂韧性影响的趋势尚不明确。尤其是风机叶片在摆振运动时,叶片所受冲击对叶片表面层间断裂的影响及趋势未见公开研究。本文首先对风机叶片摆振运动冲击载荷的动力学响应进行研究,确定振型-位移-速度的对应关系,然后对叶片摆振运动过程中的应力-应变-速度进行有限元数值分析,再依据连续介质力学原理建立摆振冲击载荷控制方程,明确摆振运动冲击导致裂缝的应变能释放率(G)和应力强度因子(K)的关系。最后通过对摆振和冲击实验中断裂参数(振型、位移、速度、载荷、起裂方式以及裂纹长度)的测量,验证了本文中摆振运动冲击对Ⅱ型裂缝层间断裂韧性的影响的研究结果,探讨了摆振运动冲击载荷对叶片表面层间断裂韧性影响的趋势。
RTM玻璃纤维/E51环氧树脂复合材料孔隙含量对超声特征参数的影响
陆铭慧, 刘磨, 张雪松, 张毅萍, 郑善朴, 江淑玲
2018, 35(2): 291-297. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170426.001
摘要:
在0.1~0.35 MPa的树脂注射压力条件下,制备了孔隙含量不同的玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂的树脂传递模塑(RTM)工艺试件,采用超声法、金相法和密度烧失法测量试件的孔隙含量。讨论了孔隙含量随树脂注射压力变化以及孔隙含量对RTM玻璃纤维/环氧树脂复合材料超声参数和力学性能的影响规律。结果表明,树脂注射压力的变化对孔隙含量产生明显影响,注射压力由0.1 MPa增加到0.35 MPa过程中,玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂复合材料的孔隙含量从9.95%减小至3.73%。超声特征参数随孔隙含量的增加呈近于线性递增,尤其是超声非线性特征参数的变化更加明显,超声特征参数的变化可评价复合材料孔隙含量。
短切碳纤维表面处理对木粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响
郝建秀, 杜凤, 王伟宏
2018, 35(2): 298-303. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170418.002
摘要:
木粉(WF)填充增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料具有良好的环境效益,少量引入短切碳纤维(SCF)可进一步提高其力学性能。为改善SCF与WF/HDPE复合材料中塑料基体的界面结合,提高SCF在WF/HDPE复合材料中的增强作用,采用气相、液相及气液双效氧化3种表面处理方式处理SCF,通过挤出工艺制备短切碳纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料(SCF-WF/HDPE),探讨了不同处理方法对SCF-WF/HDPE复合材料性能的影响。SEM观察显示,表面处理增大了SCF的表面粗糙度,可提高其与基体的界面结合;动态力学性能分析证实碳纤维提高了存储模量。测试结果表明:表面处理过的短切碳纤维可使SCF-WF/HDPE复合材料的力学性能、热力学性能和蠕变性能均得到显著提高,其中气相表面处理的效果最好。对比WF/HDPE复合材料,SCF-WF/HDPE的拉伸强度提高了34.5%,弯曲强度提高了23%,冲击强度提高了54.7%。
中等应变率下单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切本构关系
吴健, 王纬波, 李泓运, 张彤彤
2018, 35(2): 304-310. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170601.001
摘要:
采用真空辅助成型工艺制备单向玻璃纤维增强环氧树脂基的[±45°]8s复合材料试样,通过专用试验设备开展恒定应变率下的面内剪切性能研究,应变率范围为3×10-4~128.4 s-1。以Khan-Huang本构关系模型表达形式为基础,考虑应变率效应,建立了一种单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在中等应变率下的剪切本构模型,通过最小二乘法和遗传算法获得了最优本构参数。结果表明,单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切性能具有应变率敏感性,剪切强度随着应变率的提高逐渐增大,在128.4s-1时极限强度提高了35.5%。建立的本构关系模型能够准确反映剪切性能与应变率的关系,可用于中等应变率条件下的剪切性能预测。
复合材料加筋壁板损伤识别的概率成像方法
刘国强, 肖迎春, 张华, 任革学
2018, 35(2): 311-319. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170505.001
摘要:
由于不需要超声导波的波速和传播时间,损伤概率成像方法特别适合于复合材料结构的损伤识别。但是其损伤概率分布函数是一种不精确的分布概率,会造成损伤定位精度的降低,从而会影响其在实际工程结构中的应用。为了提高其损伤定位精度,提出了一种改进的损伤概率成像方法。该方法通过利用损伤因子与损伤距离激励-传感通道直达路径的相对距离的关系,对损伤概率成像方法的损伤概率分布函数进行了改进。通过对复合材料加筋壁板上不同位置损伤的识别,对所提方法的有效性进行了验证。实验结果表明,该方法不仅能对复合材料加筋壁板的单损伤进行准确定位,而且能对两个损伤进行有效识别。
航空复合材料加筋板剪切稳定性及后屈曲承载性能
谭翔飞, 何宇廷, 冯宇, 安涛, 张天宇
2018, 35(2): 320-331. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170413.001
摘要:
开展了复合材料加筋板剪切稳定性试验,研究了加筋板在承剪状态下的屈曲载荷、屈曲模态、后屈曲承载性能及破坏模式。试验结果表明,加筋板在剪切屈曲载荷下形成的屈曲波长轴线与加强件轴线夹角约45°,当屈曲比达到1.2时,存在二次屈曲行为,最终破坏载荷约为屈曲载荷的1.28倍;加筋板在二次屈曲失稳前,加强件几乎保持直线,起"屈曲分隔"的作用。结合试验现象,进行了加筋板剪切屈曲及后屈曲性能理论分析,得出的理论屈曲载荷与试验屈曲载荷的相对误差为7.2%,后屈曲阶段的理论载荷-应变曲线与试验结果的相对误差在10%以内,并确定了后屈曲角随屈曲比的变化规律。
复合材料单面修补板裂纹尖端J积分的解析预测模型
王跃, 穆志韬, 刘治国
2018, 35(2): 332-339. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170327.002
摘要:
考虑附加弯矩的影响,基于单搭接接头理论建立了单面修补含中心穿透裂纹直板解析模型,求解了修补结构基板的最大最小应力,并与有限元结果进行对比验证,研究了补片长度、宽度、厚度和胶层弹性模量对有限元模型裂纹尖端J积分的影响,通过拟合基板应力与有限元模型裂纹尖端J积分的数值关系,得到了求解修补结构裂纹尖端J积分的解析公式,并验证了其在单面修补弯曲板的适用性。通过研究和分析发现,求解的解析模型适用于承受面内载荷、面外载荷以及混合载荷下的平板和弯曲板修补结构。
基于纤维束/环氧树脂复合材料试验的单向层合板横向拉伸强度预测方法
李稳, 陈蔚, 汤立群, 蒋震宇, 刘泽佳, 刘逸平
2018, 35(2): 340-346. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170426.002
摘要:
实验研究表明,纤维束/环氧树脂复合材料试件的横向拉伸强度与工程上常用的单向层合板横向拉伸强度在趋势上具有很好的相关性,但是数值上存在一定差距。本文使用两种碳纤维和两种环氧树脂制备了三种纤维束/环氧树脂复合材料和单向层合板,并分别测量了纤维束/环氧树脂复合材料和单向层合板的横向拉伸强度,以及环氧基体的拉伸强度。在实验基础上,应用Griffith断裂强度理论建立了纤维束/环氧树脂复合材料和单向层合板的横向拉伸强度的关系模型,通过两种复合材料实验的结果拟合了该模型中的参数。利用第三种复合材料实验进行校验,发现该模型预测的单向层合板横向拉伸强度与实测强度之间达到很好的一致性,相对偏差为9%。采用本文提出的方法,可以用较为简单的纤维束/环氧树脂复合材料和环氧基体拉伸试验预测单向层合板的横向拉伸强度。
非热压罐工艺模具对复合材料加筋壁板固化变形影响的有限元分析
刘林鑫, 丛晶洁, 刘凯, 蒙邦克, 张博明
2018, 35(2): 347-355. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170412.005
摘要:
通过真空袋成型工艺,利用CYCOM 5320-1材料体系制备了碳纤维/树脂基复合材料T型加筋壁板,并应用激光跟踪仪测量了其固化变形量。针对考虑模具影响和不考虑模具影响两种情况,利用有限元方法模拟了该加筋壁板固化过程。结果表明:数值模拟固化变形趋势和实验结果趋势相同,在宽度方向上吻合较好。考虑模具因素比未考虑模具因素的模拟结果更接近真实变形值,这是由于复合材料在达到树脂凝胶点之前,模具受热挤压模腔,导致构件产生永久性变形造成的。
碳纤维增强树脂基复合材料组分疲劳强度表征
李望南, 卢少娟, 蔡洪能, 钟志成, 梁桂杰, 程晓红
2018, 35(2): 356-363. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170420.003
摘要:
对微观力学失效(Micro-mechanics of failure,MMF)理论的应用做了扩展,将其用于分析连续纤维增强树脂基(FRP)复合材料的三维复杂结构的疲劳强度。基于MMF理论,建立了连续FRP复合材料层合板疲劳强度表征方法。分别对碳纤维/树脂(UTS50/E51)复合材料单向层合板进行静载和疲劳试验,得到层合板的基本力学性能和宏观强度指标;对UTS50/E51层合板组分疲劳强度进行了表征,得到了纤维和树脂的拉伸、压缩MMF疲劳特征参量S-lgN曲线,为MMF方法应用于连续纤维增强复合材料层合板结构的疲劳强度分析提供了判断依据。使用建立的方法对UTS50/E51多向层合板的拉伸疲劳强度进行了分析,并将预测结果与试验结果进行对比。
基于SPS法B4C/6061Al中子吸收复合材料组织及性能
刘瑞峰, 王文先, 陈洪胜, 刘芳芳
2018, 35(2): 364-370. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170428.001
摘要:
B4C中B的同位素10B具有较大的热中子吸收截面,是良好的中子吸收体。采用放电等离子烧结法(SPS)制备了B4C体积分数为10%~40%的B4C/6061Al中子吸收复合材料,对B4C/6061Al中子吸收复合材料的微观组织形貌及物相组成进行了观察分析,并测试了其拉伸性能。结果表明:B4C颗粒均匀地分布在6061Al基体中,颗粒尖端放电产生的等离子体能够促进B4C颗粒/6061Al基体界面结合,材料内部的物相主要有Al、B4C、AlB2和Al3BC。随着B4C体积分数的增加,B4C/6061Al中子吸收复合材料的致密度降低,抗拉强度先增加后降低,断裂机制主要为6061Al基体及B4C颗粒/6061Al基体界面的撕裂。
SPS制备TiNi增强镁合金复合材料的微观结构及力学性能
杨素媛, 郭丹, 沈娟, 贺静怡
2018, 35(2): 371-376. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170511.002
摘要:
以AZ31镁合金为基体,TiNi形状记忆合金丝为增强体,利用放电等离子烧结法(SPS)制备了TiNi/Mg复合材料,用OM、SEM、EDS对其微观形貌进行表征,并用XRD及DSC研究TiNi丝的相变,同时对该复合材料进行准静态拉伸实验,对其室温及高温力学性能进行研究。结果表明,所制备的TiNi/Mg复合材料中界面处存在Mg、Ti、Ni元素的互扩散现象,并形成宽度约为2 μm的互扩散层;所制备的TiNi/Mg复合材料的高温力学性能高于室温,其中其屈服强度、抗拉强度及弹性模量在100℃时(分别为157 MPa,292 MPa,22 GPa)较室温分别提高了12%、33%和29%,150℃时(分别为143 MPa,251 MPa,20 GPa)较室温分别提高了2%、14%和18%。
锌漆薄膜/钢基底系统界面断裂韧性的试验与模拟
张华, 杨健, 李明玮, 王悦
2018, 35(2): 377-383. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170706.001
摘要:
以锌漆薄膜与304不锈钢基底之间的界面裂纹为研究对象,采用声发射与显微镜实时检测技术与三点弯曲试验相结合的方法,测量了锌漆涂层的界面断裂韧性。同时将界面裂纹长度的有限元模拟结果和实验结果相比较,结果较为吻合。通过ABAQUS有限元模拟发现,界面断裂韧性与多种影响因素有关,界面裂纹扩展长度随薄膜厚度和外荷载的增加而增加,随界面断裂韧性和薄膜弹性模量的增大而减小,而泊松比对其影响不大。
还原氧化石墨烯@Ag2O改性TiO2基复合材料的制备及其可见光催化性能
周云, 欧阳晓平, 王媛, 刘利新, 祝文军
2018, 35(2): 384-390. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170519.001
摘要:
制备了还原氧化石墨烯(rGO)@Ag2O共同改性TiO2基复合材料(rGO@Ag2O/TiO2),并研究了其可见光催化性能。结果表明,三元复合材料rGO@Ag2O/TiO2的可见光催化性能远优于一元纳米TiO2和二元rGO/TiO2、Ag2O/TiO2复合材料,当可见光照射120 min后,溶液中约100%的罗丹明B分子被rGO@Ag2O/TiO2降解。rGO@Ag2O/TiO2三元复合材料可见光催化效率的提高主要源于窄带隙半导体Ag2O和高电导率材料rGO的引入,使形成的rGO@Ag2O/TiO2三元复合材料具有强的可见光吸收能力和光生电子空穴对分离能力。
电耦合CVI制备穿刺C/C喉衬材料的微结构及性能
吴小军, 程文, 周绍建, 介玉洁, 朱阳, 庞菲
2018, 35(2): 391-396. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170608.003
摘要:
采用电耦合化学气相渗透(CVI)联合树脂浸渍碳化工艺制备了穿刺碳纤维预制体增强C/C喉衬材料,利用μ-CT表征了穿刺C/C材料增密不同阶段孔隙尺寸,研究了该材料2 800℃拉伸性能和缩比固体发动机烧蚀性能。结果表明,电耦合CVI增密后穿刺C/C喉衬材料孔隙主要存在于纤维束间,呈现空间联通的网状结构,树脂碳循环致密后材料内部仍残存少量体积0~0.08 mm3的微小孔隙,孔隙呈现孤立的点分布状态。穿刺C/C材料2 800℃拉伸强度略高于室温,断裂应变比室温提高118%,表现出优异的非线性断裂行为。穿刺C/C喉衬缩比固体发动机点火试验后线烧蚀率0.077 mm/s,喉衬不同区域的烧蚀机制有一定差异,喉衬收敛段穿刺纤维束承受驻点烧蚀,产生蜂窝状烧蚀凹坑,烧蚀较严重,喉部和扩散段烧蚀较为平滑。
1450℃反应烧结Fe3Si-Si3N4复合耐火材料的相组成
金秀明, 李勇, 姚桂生, 龙梦龙, 秦海霞, 孙加林
2018, 35(2): 397-402. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170428.002
摘要:
以Si粉和Fe3Si-Si3N4为原料,在高纯N2气氛下制备Si3N4/Fe3Si-Si3N4复合材料。氮化烧成后Si3N4结合Fe3Si-Si3N4复合耐火材料试样中物相为Si3N4、Fe2Si、FeSi和Si2N2O。其中Si2N2O含量约6%,且在试样中心和外部分布不均匀。Fe3Si-Si3N4原料是Fe3Si和Si3N4两相共存材料,热力学评估和材料的微观结构分析表明,Fe3Si和部分Si粉形成新的低熔点硅铁合金,使靠近试样表面部位的部分开口气孔被液态硅铁合金所堵塞或填充,试样中心部位的微量氧不能迁移至外部,N2中微量氧将Fe3Si-Si3N4原料中Si3N4氧化,形成Si2N2O包裹,导致试样中心Si2N2O含量比边缘部位高。Si2N2O的形成使体系氧分压降至Si3N4稳定存在的氧分压时,Si粉直接氮化形成柱状Si3N4,而非纤维状Si3N4,同时在1 450℃氮化烧成条件下,Fe的存在促进了α-Si3N4向β-Si3N4的转变。
La2O3添加对MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19复合材料烧结行为的影响
尹雪亮, 陈敏, 王楠, 杜成武, 徐磊
2018, 35(2): 403-409. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170418.003
摘要:
为适应材料轻量化的发展需要,在1 400~1 600℃温度下开发了MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19(MA-CA2-CA6)复合材料,并考察了La2O3添加对该复合材料烧结行为、显微结构和力学性能的影响。结果表明,La2O3添加剂优先固溶到MA-CA2-CA6复合材料组成晶相CA6中,促使CA6相发生晶格畸变,有效抑制了CA6晶粒沿基面的异常长大,其形貌由片状向等轴状趋势转变,促使MA-CA2-CA6复合材料制备过程中由于CA6晶粒异常长大而导致的多孔网状显微结构得以有效消除,因此也极大地改善了Mg2+的扩散条件,在一定程度上间接促进了MA晶粒的发育,有效促进了MA-CA2-CA6复合材料的烧结。经1 200℃预烧、1 600℃保温2 h烧成后,当La2O3的添加量为4wt%时,MA-CA2-CA6复合材料试样的显气孔率由19.2%下降至6.1%,体积密度由2.78 g/cm3上升至3.18 g/cm3,制得了MA、CA2、CA6晶相呈现交织分布、显微结构致密、有利于其力学性能改善的La2O3/MA-CA2-CA6复合材料,经1 200℃预烧、-1 600℃保温2 h烧成后的4wt% La2O3添加试样,其冷态抗压强度由317 MPa增加到了501 MPa。
基于第二抗热震因子的BNNTs/Si3N4复合材料抗热震性能评价
王守仁, 王高琦, 杨学锋, 王砚军, 乔阳, 杨丽颖, 郭培全
2018, 35(2): 410-417. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170531.005
摘要:
利用Kingery抗热震断裂理论构建了氮化硼纳米管(BNNTs)强韧化陶瓷复合材料的第二抗热震因子模型,通过真空热压烧结法制备了BNNTs质量分数分别为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%的BNNTs/Si3N4复合材料,并采用预制裂纹法测试了复合材料的抗热震性能,测试结果证实了在平稳状态下模型的正确性。结果表明,BNNTs的存在使复合材料第二抗热震因子增大,抗热震性能提升。分布在晶界上的BNNTs起到裂纹钉扎、桥联和裂纹偏转作用,增加了裂纹扩展的阻力,从而有效提高了BNNTs/Si3N4复合材料抗热震断裂能力。
纳米Ag-聚乙烯醇缩丁醛静电纺丝复合纳米纤维的制备及性能
琚艳云, 陆志伟, 柳扬, 陈顺, 熊传溪, 董丽杰
2018, 35(2): 418-425. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170421.001
摘要:
采用静电纺丝技术制备纳米Ag-聚乙烯醇缩丁醛(PVB)复合纳米纤维,获得一类过滤性能和抗菌性能优异的空气过滤材料。采用TEM分析纳米Ag的形貌,采用SEM、FTIR和XRD等表征手段研究纳米Ag-PVB复合纳米纤维的微观形貌、化学结构以及结晶行为,并对其空气过滤性能、透气性能和抗菌性能进行了研究。结果表明:以乙醇为溶剂,当PVB含量为10wt%、纳米Ag含量为0.25wt%时,得到的纤维尺寸均一,平均直径为542.14 nm。性能测试结果表明,纺丝最佳时间为10 min,纳米Ag-PVB复合纳米纤维对PM2.5过滤效率为99.99%,过滤阻力为16 Pa,透气率为155.0 mm/s,并且对大肠杆菌表现出优异的抗菌性能,其抑菌率为95.52%。
复合磁性催化剂β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4的制备与表征
王卫芳, 徐龙君, 刘成伦
2018, 35(2): 426-432. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170413.003
摘要:
采用化学共沉淀法制备了以MnxZn1-x Fe2O4为磁性基体的β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4复合磁性催化剂,利用XRD、SEM、FTIR和超导量子干涉仪对复合磁性催化剂的结构和性能进行了表征,以罗丹明B (RhB)为模拟污染物,研究了β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4的催化活性,并考察了其稳定性。结果表明,球状的β-MnO2与块状的磁性基体MnxZn1-xFe2O4成功复合,且制备的β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4复合磁性催化剂具有良好的催化性能和磁学性能。当MnxZn1-xFe2O4与β-MnO2的质量比为20:100时,在2 mL含量为30%的H2O2作用下,1 h内β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4复合磁性催化剂对100 mL浓度为10 mg/L的RhB降解率(93.9%)远高于纯β-MnO2(33.7%);在磁场作用下,β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4复合磁性催化剂的回收率为89%,经过5次循环利用之后其对RhB的降解率仍达76%。
氯盐环境下纤维编织网增强混凝土拉伸性能
殷梦缇, 尹世平, 王波
2018, 35(2): 433-440. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170522.001
摘要:
通过拉伸试验研究了氯盐干湿、氯盐冻融循环和常规环境下纤维编织网层数、种类以及氯盐浓度和循环次数等因素对纤维编织网增强混凝土(纤维/混凝土)拉伸性能的影响。结果表明:三种环境下,增加纤维编织网层数均可提高纤维/混凝土的拉伸性能,且碳纤维编织网较玄武岩纤维编织网的增强作用更明显;氯盐浓度、干湿或冻融循环次数对纤维/混凝土拉伸极限荷载影响不明显;常规环境和氯盐干湿循环下,掺入短切聚乙烯醇(PVA)纤维和耐碱玻璃(AR-glass)纤维均可以提高纤维/混凝土的拉伸极限荷载;氯盐冻融循环下,掺入短切PVA纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载未有提高,而掺入短切AR-glass纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载增大。
考虑老化的温拌沥青混合料低温性能
宋云连, 刘恒, 丁楠, 林敏, 程海鹰
2018, 35(2): 441-450. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170424.001
摘要:
为明确温拌沥青混合料中温拌剂和热老化对混合料低温性能的影响,对原样、短期老化、长期老化的沥青混合料,利用UTM-100进行了0℃、-10℃和-20℃下的小梁弯曲试验和小梁弯曲蠕变试验。研究结果表明:可用蠕变试验数据拟合出伯格斯模型参数,计算出温度应变能密度,进而由弯曲和蠕变试验结果预估出温拌沥青混合料的开裂温度,作为评价温拌沥青混合料低温性能的一个综合指标;可以用延时拌和法表征沥青混合料在短期老化过程中达到平均老化程度的热老化方法;沥青混合料在不同温度、不同老化程度下低温性能发生变化是由于拟合参数发生了变化;温拌剂在一定程度下增加了沥青混合料的抗短期老化性能;发现加入有机降黏型RH温拌剂会降低沥青混合料的低温性能,而益路温拌剂对沥青混合料的低温性能有利,故在寒冷地区推荐使用益路温拌剂。
温拌剂种类及掺量对不同沥青流变性能的影响
宋云连, 丁楠, 刘恒, 林敏, 程海鹰
2018, 35(2): 451-459. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170608.001
摘要:
为了研究温拌剂种类及掺量对沥青流变性能的影响,通过动态剪切流变仪对分别掺加RH和Evotherm温拌剂的SBS改性沥青和基质沥青进行温度扫描试验,分析了它们的复数剪切模量、相位角和车辙因子。结果表明,Evotherm温拌剂在28~52℃能够提升两种沥青抗车辙性能,52℃后效果减弱;并且在28~40℃间可以提高两种沥青弹性恢复性能,40℃后会使SBS改性沥青弹性恢复性能减弱,对基质沥青无影响。增加Evotherm温拌剂掺量,在28~52℃会使温拌SBS改性沥青抗车辙性能提高,使温拌基质沥青抗车辙性能有所减弱,52℃后影响不明显。RH温拌剂在28~46℃对两种沥青抗车辙性能略有不利,但负面作用随温度升高逐渐减弱甚至消失;RH温拌剂能够显著增大两种沥青高温时弹性恢复性能。RH温拌剂掺量增大会使两种沥青抗车辙性能降低,但会使弹性恢复性能增强。
埋置深度对黄麻纤维束与水泥基体粘结性能的影响
朱德举, 火兴斐
2018, 35(2): 460-467. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170426.003
摘要:
为了探究埋置深度对黄麻纤维束与水泥基体粘结性能的影响,利用C43电子式万能试验机进行了水泥基中黄麻纤维束的拔出试验,获得了拔出刚度、最大拔出力、等效粘结强度和拔出功随埋置深度的变化规律。试验在6 mm/min恒定试验速率下进行,测试了4组不同埋置深度(20 mm、40 mm、60 mm和80 mm)的试件。试验结果表明:随着埋置深度的增大,拔出刚度整体呈减小趋势但局部有波动;最大拔出力持续增大,并在埋置深度为60 mm时趋于稳定;等效粘结强度持续减小;拔出功初始增大,在埋置深度为60 mm处出现转折,而后迅速减小。为了进一步分析这种变化产生的具体作用机制,对不同埋置深度的破坏试件进行了观察,获得了试件破坏模式随埋置深度的变化规律。
硅基双层复合自组装分子膜结构特性及其润湿行为的分子动力学模拟
刘思思, 童佳威, 张言
2018, 35(2): 468-475. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170522.002
摘要:
用分子动力学方法模拟了单晶硅(Si)表面N-3-(三甲氧基硅烷基)丙基乙二胺(DA)-月桂酰氯(LA)(DA-LA)双层复合自组装分子膜(SAMs)的结构特性,得到膜层中DA和LA分子的最佳覆盖率及分布情况。进一步讨论了水滴在DA-LA双层复合SAMs表面的润湿过程,通过接触角和径向分布函数等参量对其润湿行为进行了分析。研究表明:DA分子在Si上覆盖率为50%、LA分子在DA自组装单分子膜(DA SAM)上接枝率为100%时,分子膜呈有序排布,体系能量最低,从分子角度揭示了Si表面覆盖致密SAMs的形成机制。当取最佳覆盖率体系进行润湿机制模拟时,DA-LA双层复合SAMs表面水滴接触角与实验值相似,表现出良好的疏水性。而DA SAM表面由于DA分子短而稀疏,暴露出底层更亲水的羟基分子,从而导致所得接触角较实验偏小;经测量及计算得出,羟基化Si表面自由能最高,表现出较强的亲水性;DA表面次之;DA-LA表面自由能最低,表现出良好的疏水性。进一步分析发现:羟基化Si表面、DA SAM表面与水滴间存在氢键,加强了表面的亲水性,而DA-LA双层复合SAMs表面与水滴间只存在弱范德华力,有利于表面呈现疏水性。