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2020年  第37卷  第1期

连续纤维增强树脂复合材料纵向压缩强度预测模型的发展及其影响因素
朱文墨, 李刚, 杨小平, 李强
2020, 37(1): 1-15. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190917.004
摘要:
基于高强、高韧、高模和压拉平衡为特征的第三代先进复合材料的需求,综述了连续纤维增强树脂复合材料纵向压缩强度预测模型的发展历程。基于纤维微屈曲、纤维扭结带、联合预测模型及渐进损伤失效模型,分别讨论了连续纤维增强树脂复合材料压缩失效机制,并在联合预测模型基础上,探究了碳纤维(直径、模量、体积分数、初始偏角)、树脂基体(弹性模量、剪切模量)及纤维/树脂界面三要素对连续纤维增强树脂复合材料纵向压缩强度和压缩失效形式的影响。
深海纤维增强树脂复合材料圆柱耐压壳力学性能的研究进展
王晓旭, 张典堂, 钱坤, 王莹莹, 刘涛
2020, 37(1): 16-26. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190929.003
摘要:
纤维增强树脂复合材料因其轻质和优异力学性能,使其成为了关键深海战略材料,已应用在深海潜水器重大装备。其中,耐压壳是保证深海潜水器安全和稳定的重要部件,与潜水器的质量要求和总体性能密切相关。本文重点关注纤维增强树脂深海圆柱耐压壳,综述其结构设计特性、力学性能试验表征及数值模拟研究进展,并指出目前存在的问题,以期为今后深海复合材料圆柱耐压壳的设计及力学分析提供选材依据。
多元碳纳米材料协同改性玻璃微珠/环氧树脂复合材料
黄婷, 马传国, 张红, 戴培邦, 张坚
2020, 37(1): 27-34. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190409.001
摘要:
采用静电自组装法制备了还原氧化石墨烯表面修饰中空玻璃微珠(rGO@HGB),与导电炭黑(CB)、石墨烯纳米片(GNPs)一起与环氧树脂(EP)共混,制备了CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料,并系统研究了复合材料的微观结构、导电性能和介电性能。结果表明,rGO@HGB的加入能够显著提高rGO@HGB/EP复合材料的导电性能和介电常数,进一步引入CB和GNPs后,形成了被rGO@HGB隔离的导电逾渗网络,rGO、CB和GNPs三者对提高CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料性能具有协同作用。在CB与GNPs的总含量固定为0.2vol%,且二者的体积比为10:1时,CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料的导电与介电性能最优,对应的体积电阻率为1.88×104 Ωcm,在1 kHz下的介电常数高达454.5,分别比CB-rGO@HGB/EP和GNPs-rGO@HGB/EP复合材料提高了11.3%和10.7%,而其介电损耗仅为0.065。
高岭土接枝流滴剂/聚乙烯复合材料的制备及性能
朱丹彤, 吴倩, 李文斐, 姚占海
2020, 37(1): 35-41. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190416.002
摘要:
通过表面接枝技术将流滴剂十八烷基二乙醇胺丙烯酸单酯(AAM)接枝到高岭土(Ka)表面,制得Ka与AAM接枝物(Ka-g-AAM);将Ka-g-AAM与线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔融挤出,制备了Ka-g-AAM/LLDPE复合材料;利用FTIR、SEM、DSC和加速流滴仪等对Ka-g-AAM/LLDPE复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明,与AAM/LLDPE和Ka-AAM/LLDPE复合材料相比,Ka-g-AAM/LLDPE复合材料中LLDPE的熔融温度、结晶温度和力学性能变化不大;Ka-g-AAM/LLDPE复合材料薄膜在60℃加速流滴期达23天,比AAM/LLDPE复合材料延长了4天。
高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能
李是卓, 卓航, 韩恩林, 张代军, 刘刚, 田国峰, 包建文, 武德珍
2020, 37(1): 42-49. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190509.003
摘要:
以4,5-环氧己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)、苯基缩水甘油醚(PGE)、壬基酚(NP)作为改性剂改性双酚A氰酸酯(BCE)得到改性氰酸酯树脂(TPNCE),通过湿法缠绕制备预浸料,并采用热压罐成型工艺制备S30M型高强高模聚酰亚胺纤维/TPNCE(PI/TPNCE)复合材料,对TPNCE树脂及PI/TPNCE复合材料的介电、力学等性能进行了分析。结果表明,TPNCE树脂冲击强度达到14.2 kJ/m2,比BCE提高近一倍,固化温度下降了约43℃,与PI纤维界面结合较好,且保持较低的介电常数和介电损耗;PI/TPNCE复合材料0°拉伸强度达到1 485 MPa,弯曲强度达到758 MPa,压缩强度达到322 MPa,7~18 GHz范围内介电常数保持在3.15左右,介电损耗因子在0.005~0.0075之间,玻璃化转变温度为197℃,密度为1.28 g/cm3。本研究实现了高强高模PI纤维与氰酸酯树脂复合的重要突破,为轻质高强结构-功能一体化复合材料的设计和选材提供了新思路。
埃洛石纳米管/水性聚氨酯氟化复合膜的制备及性能
张晶, 贾非, 应枭, 李剑旻, 陈琰霏, 陈泽文
2020, 37(1): 50-56. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190425.001
摘要:
利用原位聚合及表面氟化的方法制备了埃洛石纳米管/水性聚氨酯(HNTs/WPU)复合膜,并考察氨基化埃洛石纳米管(AHNTs)的含量及十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)氟化对AHNTs/WPU复合膜性能的影响。结果表明:随着AHNTs与WPU的质量比增大,AHNTs/WPU复合膜的力学性能及耐热性呈先升高后降低的趋势,耐水性得到改善。当AHNTs与WPU的质量比为1.5%时,AHNTs/WPU复合膜具有较好的综合性能。AHNTs/WPU复合膜的拉伸强度、断裂伸长率及初始分解温度(Td5)与纯WPU膜相比分别提高了50%、35%及9℃,复合膜的吸水率降低到5.8%,水接触角提高到95.1°。AHNTs/WPU复合膜经表面氟化处理后,水接触角进一步增大到114.5°,呈现出疏水性,表面氟化处理对复合膜的力学性能及吸水率也有一定的促进作用。
表面改性对纳米蒙脱土/聚酰胺6-66复合材料性能的影响
易著武, 刘跃军, 刘小超, 杨坚, 毛龙, 崔玲娜
2020, 37(1): 57-66. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190412.005
摘要:
选取三种不同的纳米蒙脱土(nMMT)(分别为钠基蒙脱土(Na-MMT)、氨基酸改性nMMT(OMMT-A)和CH3(CH217N(CH3)[(CH2CH2OH)2]+改性nMMT(OMMT-B)),通过熔融共混法制备了不同改性的纳米蒙脱土/聚酰胺6-66(nMMT/PA6-66)复合材料,研究了不同表面改性对nMMT/PA6-66复合材料的结晶、流变和力学等性能的影响。结果表明,nMMT的加入促进了nMMT/PA6-66复合材料中γ晶的形成,提高了复合材料的结晶温度,但加入OMMT-B后OMMT-B/PA6-66复合材料的异相成核作用效率有一定程度减弱;同时,OMMT-B能更好地改善PA6-66的储能模量,提高PA6-66的流动性。力学性能测试表明,nMMT提高了nMMT/PA6-66复合材料的强度,降低了复合材料的韧性,但效果不同。其中,加入OMMT-B后OMMT-B/PA6-66复合材料的韧性几乎保持不变,拉伸强度和弯曲强度相对于纯PA6-66分别提高了26%和28%,表现出最佳的综合力学性能。综合研究结果表明,不同表面改性nMMT对PA6-66性能的影响主要取决于改性剂和PA6-66分子链之间相互作用的强弱。
微纤化纤维素/线性低密度聚乙烯复合材料
王光照, 杨小慧, 王伟宏
2020, 37(1): 67-73. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190412.002
摘要:
微纤化纤维素(MFC)具有优良的力学性能,常被用作增强体制备复合材料,但MFC容易团聚影响其增强能力。本研究对MFC进行低温冷冻干燥处理(FDMFC),用微型锥形双螺杆挤出机将FDMFC与线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔融复合,并用热压-冷压的方式制备FDMFC/LLDPE复合材料,对其力学性能、动态热力学性能(DMA)、热分解过程及冷冻干燥处理的FDMFC在LLDPE基体中的分散状态进行了测试。结果表明:相对于未冷冻干燥处理的MFC,FDMFC在LLDPE基体中的分散性得到明显改善,添加一定量的FDMFC可有效提高FDMFC/LLDPE复合材料的力学性能。当FDMFC的添加量为10wt%时,相较于纯LLDPE,FDMFC/LLDPE复合材料的拉伸强度提高了60.3%,杨氏模量提高了161.9%。DMA测试结果表明,随着FDMFC含量的增加,FDMFC/LLDPE复合材料的储能模量和损耗模量都有所提高。热重分析结果表明,FDMFC的加入提高了FDMFC/LLDPE复合材料的热解温度,最大热解温度提高了14℃。
多壁碳纳米管接枝聚己内酯对聚左旋乳酸结晶行为和热稳定性的影响
罗春燕, 唐凤, 李守佳, 杨敏蕊, 陈卫星, 杨晶晶, 伏芋桥
2020, 37(1): 74-81. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190412.004
摘要:
通过羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)引发ε-己内酯(ε-CL)开环聚合制备了聚己内酯(PCL)链接枝的MWCNTs-OH(MWCNTs-OH-g-PCL)。利用溶液共混获得具有不同MWCNTs-OH-g-PCL含量的MWCNTs-OH-g-PCL/聚左旋乳酸(PLLA)复合材料。通过FTIR测试发现,MWCNTs-OH-g-PCL在1 720 cm-1附近出现PCL中的羰基(C=O)伸缩振动峰,表明接枝产物合成成功。通过DSC、偏光显微镜(POM)和TGA观察研究了MWCNTs-OH-g-PCL的加入对PLLA均聚物结晶行为和热稳定性的影响。结果表明,由于MWCNTs-OH-g-PCL的异质成核作用及PCL的增塑作用,MWCNTs-OH-g-PCL/PLLA复合材料的结晶度和最佳等温结晶温度增大。MWCNTs-OH-g-PCL中PCL的接枝量为66%,MWCNTs-OH-g-PCL/PLLA复合材料的分解温度提高了约30℃。
模拟雷电流作用下单向碳纤维/环氧树脂预浸料的电阻特性
陈坚, 傅正财
2020, 37(1): 82-88. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190412.001
摘要:
为探究碳纤维/环氧树脂预浸料在雷电流作用下的电阻特性,采用10/350 μs波形的低峰值模拟雷电流对单向碳纤维/环氧树脂预浸料进行模拟雷击试验,并采用四电极法测量试验前后碳纤维/环氧树脂预浸料的直流(DC)电阻,利用SEM和拉曼光谱对雷击前后碳纤维/环氧树脂预浸料微观形态、物相结构进行表征,系统研究了受雷击后单向碳纤维/环氧树脂预浸料的DC电阻变化的原因。结果表明:单向碳纤维/环氧树脂预浸料DC电阻不随雷电流峰值的增加单调变化,而是呈先减小后增大的趋势,这是碳纤维石墨化、环氧树脂绝缘性能劣化、碳纤维断裂、隧道效应等因素综合作用的结果。
芳纶纤维增强树脂复合材料液氮冷却钻孔试验
王晋宇, 刘海波, 刘阔, 刘佳欣, 王永青
2020, 37(1): 89-95. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190318.001
摘要:
芳纶纤维增强树脂(AFRP)复合材料是一种公认的难加工材料,加工中极易出现毛刺、烧蚀等缺陷,目前缺乏对其有效的加工工艺方法。为提高其加工质量,研究了液氮作为冷却介质的AFRP复合材料钻孔试验。在相同切削参数下进行了干式切削和超低温加工对比试验,测量了切削过程中的轴向切削力和孔临近区域的温度,并计算了孔的进出口毛刺面积和分层因子,分析了AFRP复合材料缺陷的成因,探讨了不同加工条件下缺陷的变化规律。结果表明:与干式切削相比,采用液氮超低温冷却加工的切削力升高了约15.2%,切削温度降低了约141.6℃,毛刺面积减少了约24.7%,因切削热产生的烧蚀现象得到抑制,明显改善了AFRP复合材料的加工质量。
芳纶沉析纤维-多巴胺/聚酰亚胺-酚醛树脂复合膜的力学及摩擦磨损性能
谢璠, 宁逗逗, 黄吉振, 王亚芳, 金崭凡, 陆赵情
2020, 37(1): 96-103. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190416.001
摘要:
以聚酰亚胺(PI)纤维和酚醛树脂(PF)为基体,通过对PI纤维表面进行多巴胺(PDA)修饰,并引入芳纶沉析纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型和热压固化技术制备了15wt% AF和7.5wt% PDA的AF-PDA/PI-PF复合膜,重点研究了AF的添加和PDA改性修饰对PI-PF复合膜力学性能和摩擦磨损性能的影响,并探讨了其磨损机制。研究结果表明:当添加AF并对PI纤维进行PDA改性时,AF-PDA/PI-PF复合膜的应力为47.54 MPa,抗张指数为56.91 Nmg-1,层间结合强度为1 265.6 Jm-2,相比PI-PF复合膜分别提高了33.65%、41.67%和64.11%;磨损率为1.01×10-4 mm3J-1,约降低了34.84%,其磨损机制主要为黏着磨损。这是由于PI纤维与AF可形成"互穿网络"结构,此外,PDA对PI纤维的化学改性处理可增加PI纤维表面活性,AF和PDA对提高PI纤维与树脂间的界面结合力及AF-PDA/PI-PF复合膜的力学性能和摩擦磨损性能起到协同作用。
全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能及寿命预测
牛一凡, 李璋琪, 朱晓峰
2020, 37(1): 104-112. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190517.002
摘要:
以碳纤维/环氧树脂(T700/TR1219B)复合材料为研究对象,采用湿度场和温度场单一及耦合的方式,研究了不同湿热环境下其弯曲性能的变化,通过断口形貌和表面粗糙度表征,分析其湿热损伤机制。结果表明:T700/TR1219B复合材料的弯曲性能受湿度场和温度场影响明显,当吸湿率达到2%时,弯曲强度从干态的1 440.60 MPa下降到1 081.07 MPa;随温度的升高弯曲性能呈下降趋势,且在玻璃化转变温度Tg所在温度区间发生陡降,当环境温度为180℃时,弯曲模量和弯曲强度分别下降了71.18%和93.32%;高温高湿环境下弯曲性能陡降的温度区间前移,且性能衰减并非单一湿度场和温度场下衰减量的简单叠加。通过微观形貌分析发现,湿度场主要导致树脂水解脱黏,温度场下树脂形态破坏严重,而湿热耦合场对纤维与树脂均产生较大程度的损伤。考虑湿度场和温度及湿热耦合相关项,建立并验证了全湿热场下剩余弯曲强度模型,结合湿热老化时间、环境当量等参数提出T700/TR1219B复合材料的寿命预测模型。
基于相移光纤光栅传感器的碳纤维增强树脂复合材料基体裂纹超声探伤
冀建宇, 王容, 吴奇, 熊克
2020, 37(1): 113-120. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190403.001
摘要:
复合材料内部的微小裂纹常会引起后续严重的破坏,因此需要对其进行检测。然而超声探伤复合材料基体裂纹非常困难。本文搭建了一个具有高灵敏度、大带宽的相移光纤光栅超声传感系统,利用此系统探测了在正交铺层碳纤维增强树脂复合材料板中传播的Lamb波。对Lamb波进行数据处理发现,随着三点弯曲实验产生的基体裂纹个数增加,Lamb波的幅值和频谱峰值线性减少。通过和传统压电传感器比较表明,相移光纤光栅传感器测得的Lamb波信号随复合材料基体裂纹数的增加其幅值具有更高的下降速率,表明相移光纤光栅传感器更适合于复合材料基体裂纹的超声探伤。研究表明,新开发的传感系统能够探测到中心频率为300 kHz的微弱超声信号,并能够对碳纤维增强树脂复合材料板中微小基体裂纹个数进行精确评估。
搭接长度和铺层方式对CFRP复合材料层合板胶接结构连接性能和损伤行为的影响
毛振刚, 侯玉亮, 李成, 铁瑛, 孙李刚
2020, 37(1): 121-131. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190308.001
摘要:
针对不同搭接长度和铺层方式的碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层合板单搭胶接结构进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和失效形态,获得了载荷-位移曲线;同时基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则模拟了CFRP复合材料层合板的层内损伤形成和演化,并利用内聚力模型来模拟层间及胶层的失效损伤,对CFRP复合材料层合板单搭胶接结构在拉伸作用下的失效强度和损伤机制进行了预测,通过对比验证了该数值方法的有效性;通过数值试验比较不同搭接长度和铺层方式的单搭胶接结构及双搭胶接结构的连接强度和损伤行为,并提出了一种优化的CFRP复合材料层合板胶接结构。结果表明:CFRP复合材料层合板胶接结构的极限失效载荷随着搭接长度的增大逐渐增加并趋于稳定值,且结构的失效形式逐渐从胶层自身剪切失效过渡到邻近胶层的层合板层间分层失效;CFRP复合材料层合板胶接结构的连接强度和损伤行为随着铺层方式的不同而改变,通过对3种铺层方式的对比和分析,得到性能最好的铺层方式是[03/903]2S;在搭接长度为5~20 mm时,通过对搭接长度进行优化,得到单搭胶接结构的最优搭接长度是17 mm,双搭胶接结构的最优搭接长度是19.3 mm,与搭接长度为20 mm相比,单搭胶接结构和双搭胶接结构的连接强度分别提高了13.26%和0.43%。
纤维束波动效应对平纹编织复合材料损伤行为的影响
杨光猛, 万小朋, 侯赤
2020, 37(1): 132-139. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190324.002
摘要:
平纹编织复合材料中纤维束波动效应会引起随动材料主方向变化及面外剪切应力集中,为了研究其对平纹编织复合材料力学性能及损伤行为的影响,提出改进的像素法细观有限元单胞模型。模型根据纤维束波动曲线定义了材料主方向的变化,采用Hashin准则模拟纤维束的损伤起始,并引入剪切修正因子考虑面外剪切应力对面内拉伸损伤的影响。模型可以预测平纹编织复合材料的面内拉伸强度和损伤演化过程,结果表明:纤维束材料主方向波动会引起平纹编织复合材料面内拉伸强度下降;面外剪切应力集中是导致复合材料最终失效的主要原因,且随着剪切修正因子增大,复合材料面内拉伸强度显著降低;纤维束材料主方向波动和面外剪切应力集中均对平纹编织复合材料的损伤行为和破坏机理产生了影响,需要在数值分析中对其进行准确描述。
高温老化对玄武岩纤维增强树脂复合材料-铝合金单搭接接头失效的影响
那景新, 高原, 慕文龙, 申浩, 秦国锋, 谭伟
2020, 37(1): 140-146. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190314.003
摘要:
为了研究持续高温环境对车用新材料粘接结构力学性能的影响,加工了铝合金-铝合金(Al-Al)和玄武岩纤维增强树脂复合材料-铝合金(BFRP-Al)单搭接接头,在高温(80℃)环境下进行了0天(未老化)、5天、10天、15天的老化实验,并对胶粘剂和BFRP复合材料进行了DSC和FTIR测试,分析高温老化后胶粘剂、BFRP复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和化学成分变化,通过准静态拉伸测试获得老化后接头的失效载荷,并对其失效模式进行分析。研究结果表明:高温环境下,胶粘剂会发生后固化及氧化反应,BFRP复合材料发生热分解及氧化反应;Al-Al接头的失效载荷随老化周期的增加而不断增大,老化前后的失效模式均为内聚失效,其性能变化主要由胶粘剂决定;BFRP-Al接头的失效载荷先增加后减小,不同老化周期的接头均发生内聚和撕裂的混合失效,其性能变化由胶粘剂和BFRP复合材料共同作用决定,且随着老化周期的增加,BFRP复合材料撕裂面积不断增大,BFRP-Al接头的失效模式越来越倾向于玄武岩纤维/树脂界面的破坏,BFRP复合材料老化对接头失效载荷的影响越来越显著。
冲击载荷下(纤维/聚合物)-金属层合板的大挠度动力响应
李凯凯, 张建勋, 张威, 夏元明, 李剑峰, 沙振东, 秦庆华
2020, 37(1): 147-154. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190425.003
摘要:
对冲击载荷下固支(纤维/聚合物)-金属层合方板和圆板的大挠度动力响应进行了理论研究。基于理想刚塑性假定和塑性极限屈服条件,建立了质量块体和爆炸冲击载荷下(纤维/聚合物)-金属层合板大挠度动力响应的理论模型,给出了固支(纤维/聚合物)-金属层合方板和圆板考虑弯曲和拉伸相互作用的大挠度响应解析解,进一步忽略弯曲的影响,得到了其动力响应的膜力解。研究结果表明,理论预测与已有实验结果吻合较好,该理论模型可以有效地预测质量块体和爆炸冲击载荷下(纤维/聚合物)-金属层合板的最大挠度。
新型并联梯度蜂窝结构的面内力学性能
李振, 丁洋, 王陶, 王良模
2020, 37(1): 155-163. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190417.003
摘要:
借鉴并联弹簧系统的联接机制,基于功能梯度的概念建立了并联梯度蜂窝结构(HPD)的理论和有限元模型。从变形模式、平台应力和吸能性能三方面讨论了梯度系数对HPD面内力学特性的影响。研究结果表明,梯度系数只影响动态压缩下HPD的变形模式。当梯度系数较大时,并联梯度对HPD平台区域有显著提高,能量吸收能力也随之提高。本研究深刻了解并联梯度对HPD内在特性的影响具有十分重要的意义。
挤压包覆轧制对SiCP增强镁合金(AZ91)复合板显微组织和力学性能的影响
赵聪铭, 邓坤坤, 聂凯波, 张轩昌, 牛浩伊
2020, 37(1): 164-172. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190505.003
摘要:
通过热挤压复合的方式将AZ91合金引入至SiCP增强镁合金(AZ91)(SiCP/AZ91)复合材料中,制备出厚度为2 mm的AZ91-(SiCP/AZ91)复合板,研究了热轧对其显微组织和力学性能的影响规律。研究结果表明:AZ91的引入显著提高了SiCP/AZ91的轧制成形能力。与AZ91层相比,SiCP/AZ91层内晶粒尺寸小,硬度高。随轧制压下量的增加,AZ91-(SiCP/AZ91)复合板晶粒尺寸变大,析出相数量减少且尺寸增大,导致硬度呈现下降的趋势。与挤压态AZ91-(SiCP/AZ91)复合板相比,当压下量为50%时,轧制态AZ91-(SiCP/AZ91)复合板屈服强度由272 MPa提高至341 MPa,抗拉强度由353 MPa提高至404 MPa。在拉伸过程中,因SiCP与基体界面脱黏导致裂纹优先在SiCP/AZ91层内萌生和扩展,AZ91层对微裂纹扩展具有一定的阻碍作用。
以电纺丝蛋白纤维为模板的pH响应性介孔SiO2纳米管的制备及药物释放
徐浩, 李娟, 朱晶心, 马彦龙, 贾兰, 陈松
2020, 37(1): 173-181. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190417.001
摘要:
以资源丰富的家蚕丝为原料,氯化钙/甲酸为溶解体系,利用静电纺丝法制得丝素蛋白(SF)纳米纤维;以SF纤维为模板在其表面涂覆SiO2,经煅烧后获得了介孔SiO2纳米管(MSNTs);在MSNTs管壁上接枝醛基(-CHO),利用醛基与盐酸阿霉素(DOXHCl)氨基之间的动态共价键制得了pH响应性药物释放体系。通过SEM、TEM、TG、比表面积(BET)分析、FTIR及紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱对MSNTs的微观结构、功能化及载药体系的pH响应性进行了表征。结果表明:当SF浓度在15wt%~17wt%时,可获得圆柱状且直径在(113±27)~(134±32)nm范围内可调的SF纤维模板;通过调整涂覆液中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度来调节MSNTs管壁的厚度,当CTAB用量从1.25 mg/mL增加到3.75 mg/mL时,MSNTs管壁厚度从30~39 nm增加到63~65 nm,对应的比表面积从154 m2/g下降到98 m2/g,介孔平均孔径从12.5 nm下降到10.0 nm;醛基修饰的MSNTs载DOXHCl(MSNT-CHO-DOX)体系,在pH值分别为7.4、6.5和5.5的磷酸氢二钾-磷酸二氢钾(PB)缓冲溶液中进行释放,100 h时释药率分别达到23%、35%和75%,实现了MSNT-CHO-DOX载药体系的pH响应性释放。
纳米Fe2O3-还原氧化石墨烯复合材料的制备及对双酚A的检测
刘斌, 许春莉, 王许云
2020, 37(1): 182-190. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190505.002
摘要:
双酚A(BPA)被广泛应用于食品包装材料中,它会引起人体内分泌失调,并导致免疫和生殖系统异常,因此对生活用水中BPA的检测十分重要。本文采用一步水热法合成纳米Fe2O3-还原氧化石墨烯(Fe2O3-rGO)复合材料并进行表征,基于Fe2O3-rGO复合材料构建电化学传感器Fe2O3-rGO/玻碳电极,用于检测水样中的BPA。通过FTIR、XRD和SEM分析,表明纳米Fe2O3粒子成功附着到rGO上;采用微分脉冲伏安法(DPV)进行BPA的电化学检测,结果显示BPA在0.1~100 μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.033 μmol/L(信噪比为3)。同时,Fe2O3-rGO/玻碳电极电化学传感器对电活性物质和常见金属离子具有良好的抗干扰能力,且实样检测结果理想。
自清洁、防雾聚氨酯-SiO2复合超亲水透明涂层的制备与表征
蔡安江, 闫雪蕊, 叶向东
2020, 37(1): 191-197. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190505.004
摘要:
玻璃幕墙具有难清洁、易起雾等缺点,增加了墙体维护的成本。以水性聚氨酯(PU)、亲水型纳米SiO2、正硅酸乙酯(TEOS)和乙醇为基本原料,采用喷涂工艺,将配置好的PU-SiO2涂层溶液喷涂在玻璃幕墙上,常温固化后即可得到具有良好耐磨性、防雾的PU-SiO2透明涂层。利用SEM对PU-SiO2涂层表面形貌进行了表征并通过对比实验探究了表面润湿性的成因,分析了PU-SiO2涂层具有超亲水特性原理。耐磨性和防雾性测试结果表明:PU-SiO2涂层最大可承受约为26 kPa的压强并具有良好的防雾特性。紫外可见分光光度计测试结果表明:PU-SiO2涂层具有良好的透明性。户外放置实验表明:PU-SiO2涂层具有良好的耐候性。该方法解决了复杂工序问题和环保问题,可直接用于现有建筑物的玻璃幕墙表面。
干湿循环作用对混凝土抗氯离子渗透侵蚀性能的影响
韩学强, 詹树林, 徐强, 唐旭东, 王凌波, 钱匡亮
2020, 37(1): 198-204. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190402.005
摘要:
为了加速模拟海洋潮差区环境对混凝土耐久性能的影响,掺入矿粉和纳米改性矿物掺合料,研究了氯盐干湿循环作用对混凝土抗氯离子侵蚀性能及微观结构的影响,并将干湿循环试验与常规浸泡试验进行了对比。结果发现,干湿循环作用粗化了混凝土试件表层孔结构,增大了孔径>50 nm的孔隙含量,显著提高了自由及总氯离子浓度;掺入纳米改性矿物掺合料能降低混凝土内部孔隙率,减少有害孔含量,提高混凝土内部氯离子结合能力;干湿循环60天后混凝土表层Ca(OH)2逐渐被消耗,生成了Friedel盐和CaCO3
不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维/水泥复合材料徐变性能试验
王玉清, 孙亮, 刘曙光, 刘潇, 张亚乐
2020, 37(1): 205-213. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190425.002
摘要:
通过对5组试件进行试验,研究了不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维/水泥复合材料(PVA/ECC)的受压徐变性能。结果表明:PVA纤维的加入,降低了基材的密实度及弹性模量,使试件的徐变增加;在掺杂PVA纤维(体积分数为0~2vol%)的PVA/ECC试件中,PVA纤维掺量较高和掺量较低的试件徐变均较大,PVA纤维掺量适中的试件徐变较小;各组试件的徐变速率均具有前期快后期慢的特性,7天内发生的徐变可达总徐变的40%左右,60天内约为总徐变的80%,持荷约60天后,徐变逐渐趋于收敛。最后通过对试验值进行回归分析,提出了适用于PVA/ECC材料的徐变度数学计算模型及徐变系数预测模型。
玄武岩纤维和玻璃纤维的耐碱性及其网格布对混凝土双向板弯曲性能的影响
丁一宁, 丁宁, 李冬
2020, 37(1): 214-222. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190429.001
摘要:
为了研究玄武岩纤维网格布和玻璃纤维网格布的耐碱腐蚀性及其对混凝土方板双向受弯性能的影响,进行了玄武岩纤维和高锆玻璃纤维的耐碱试验和其网格布增强混凝土双向板的弯曲性能试验。借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,对比分析了不同纤维网格布对混凝土方板的双向增强效应。结果表明,与玄武岩纤维相比,高锆玻璃纤维的耐碱腐蚀性更好。纤维网格布较高的双向受拉性能可改善混凝土双向板的内力和应力重分布能力,玄武岩纤维网格布和高锆玻璃纤维网格布使水泥双向板的受弯承载力分别提高了48%和59%,高锆玻璃纤维的双向增强作用优于玄武岩纤维。
基于正弦剪切变形理论的功能梯度材料三明治微梁的静动态特性
曹源, 雷剑
2020, 37(1): 223-235. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190511.001
摘要:
基于修正的偶应力理论和正弦剪切变形梁理论,研究了功能梯度材料三明治微梁的静态弯曲和自由振动行为。考虑两种不同类型的功能梯度材料三明治微梁,根据哈密顿变分原理建立其静动态力学行为的控制方程,应用Navier解法,得到了简支边界条件下弯曲变形和振动频率的解析解,同时,给出了固支等边界条件时的里兹法求解过程。数值算例表明,功能梯度三明治微梁的静动态力学行为具有明显的尺度效应,微梁的无量纲厚度、功能梯度指数、长厚比和结构形式等因素对其静动态响应有很大影响,相关结果和规律对功能梯度材料三明治微梁的结构设计和性能优化等实际工程应用具有一定的指导意义。