留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2022年  第39卷  第4期

电子书
综述
低频雷达吸波材料的研究进展
韩敏阳, 韦国科, 周明, 赵越, 裴春传, 樊飞跃, 姬广斌
2022, 39(4): 1363-1377. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210909.010
摘要:
随着米波、分米波低频雷达在军事领域的大规模应用,飞行器特别是远程战略轰炸机受到的空中威胁愈来愈大,为提高其生存能力,除对飞行器进行外形设计外,飞行器表面采用长波雷达吸波材料成为其隐身能力的关键措施之一。本文重点讨论了低频吸波机制,总结了传统吸波材料在低频下的应用,包括铁氧体、复合物、磁性金属微粉,分析了影响低频吸波性能的各种因素。最后讨论当前吸波材料的发展情况,并对未来低频吸波材料的发展方向进行了展望。
静电纺丝纳米纤维膜材料吸附处理废水中污染物的研究进展
李佳欣, 高铭, 谭淋, 戴启洲, 敖天其, 陈文清
2022, 39(4): 1378-1394. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211008.001
摘要:
静电纺丝纳米纤维膜具有独特的网状结构和相连通的微孔道,作为一种新型吸附材料,具有比表面积大、孔隙率高、易改性、易回收和化学稳定性好等优势,在吸附废水中的污染物方面得到了广泛的应用。本文首先简单介绍了静电纺丝的工作原理,随后,概述了静电纺丝纳米纤维膜作为吸附剂用于水污染处理的最新研究进展,主要包括有机污染物、无机阴离子、重金属离子的吸附去除及在海水淡化方面的应用。同时,讨论了电纺纳米纤维膜对污染物的吸附机制。最后,展望了静电纺丝纳米纤维膜材料在污水处理中存在的挑战和前景。本综述无论从宏观上电纺纳米纤维膜的设计与合成还是微观的吸附去除机制,都可帮助研究者对静电纺丝纳米纤维膜材料有更深刻的理解。
碳纤维复合材料激光制孔技术研究进展
陈根余, 陶能如, 李明全, 王彪, 肖铮铭
2022, 39(4): 1395-1410. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211115.002
摘要:
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有抗疲劳性好、比强度高、耐热性好等优良的热物性能,已在航空、航天等领域得到广泛应用。作为主要的承力构件,CFRP板之间的机械连接所需加工的装配孔数量众多。然而,CFRP作为高硬度且各向异性的难加工材料,传统机械钻孔存在刀具磨损严重、制孔工序多等缺点;相比于机械钻孔,激光“不怕硬”,激光制孔无刀具磨损、经济性好、易于实现自动化控制。首先对CFRP激光制孔加工技术进行了综述,着重分析了CFRP激光制孔常见工艺;其次,剖析了CFRP激光制孔加工常见缺陷及其抑制研究现状;随后,阐述了CFRP激光加工工艺参数对制孔质量及效率的影响;为了阐明CFRP激光制孔材料移除机制,还综述了CFRP激光制孔加工数值仿真和基于高速摄像的加工过程动态观测研究进展;最后,展望了CFRP激光制孔技术的发展趋势。
无机纳米材料填充混合基质反渗透膜的研究进展
葛梦妮, 贾卓慧, 王笑影, 应国兵, 武少禹, 杨彦, 张建峰
2022, 39(4): 1411-1424. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211022.001
摘要:
反渗透是一种以渗透压为推动力,从溶液中分离出溶剂的操作,以能耗低、成本低和环境友好等优势成为了脱盐领域的主流技术,主导着全球海水/苦咸水淡化市场。作为反渗透的核心,反渗透膜仍然存在着水通量、截盐率难以满足日益提升的需求和耐久性不足的问题。以无机纳米材料为基础的混合基质反渗透膜的发展为解决这一难题注入了新的活力,已有较多研究报道。本文综述了现阶段无机纳米填充混合基质反渗透膜的研究进展,重点围绕零维、一维、二维无机纳米、多维纳米复合填充混合基质反渗透膜研究现状与进展、问题与挑战展开讨论。最后,对无机纳米材料填充混合基质反渗透膜的未来研究方向进行了分析与展望。
TEMPO氧化修饰的天然多糖纳米纤维增强复合材料及其功能化研究进展
陈黄敬一, 俞娟, 蒋杰, 刘亮, 范一民
2022, 39(4): 1425-1445. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211223.002
摘要:
纤维素和几丁质具有相似的结构,是自然界中储量丰富的两类天然多糖。经2, 2, 6, 6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化修饰制备的纤维素和几丁质纳米纤维,不仅具有多糖类物质的良好亲水性、生物可降解性、生物相容性及丰富的官能团(羟基、羧基、乙酰氨基和氨基等)所带来的特定化学性质,而且还具有纳米纤维的纳米尺寸效应、大比表面积、高表面活性、高结晶度和手性液晶相结构等特点,已成为生物质纳米材料领域的研究重点之一。本文对TEMPO氧化修饰制备天然多糖纳米纤维的方法及剥离机制进行了总结,同时重点综述了TEMPO氧化修饰的天然多糖纳米纤维在薄膜、凝胶、导电、医用、电磁屏蔽及环境等复合材料的增强和功能升级等方面的研究进展,强调了纤维素和几丁质纳米纤维的官能团及纳米尺寸在复合材料中的增效机制。最后,对天然多糖纳米纤维的发展方向及其在各领域应用的机遇与挑战进行了展望。
锂离子电池负极材料研究进展
刘琦, 郝思雨, 冯东, 梅毅, 曾天标
2022, 39(4): 1446-1456. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211101.002
摘要:
锂离子电池(LIB)因其无记忆效应、环境友好且自放电小等各项优异性能得到了相关研究者的重点关注。信息电子产品、电动汽车和智能电网的发展对高能量密度、长循环寿命和低成本的LIB产生了巨大需求。负极作为LIB的重要组成部分之一,其性能对电池整体的各项指标有重要影响,要求负极所应用的材料具有高比容量和优异的循环性能等特性。传统石墨和钛酸锂(Li4Ti5O12)负极由于比容量偏低,越来越难以满足使用要求,多种新型负极材料的研究开发正如火如荼地进行。金属锂具有非常高的理论比容量,但在反应过程中容易形成枝晶,其商业应用受到限制。除石墨外的碳基负极、硅碳负极和过渡金属化合物也具有较高的理论比容量,且相对于金属锂负极而言更安全,有望在不久的将来实现应用。本文综述了当前国内外LIB负极的研究现状,分析了新型LIB负极的优缺点,指出了LIB负极的研究方向,并对前景作出了展望。
MXene/聚合物复合材料的合成及其应用研究进展
姚金辰, 王李波, 李浩楠, 戴亚辉, 胡前库, 周爱国
2022, 39(4): 1457-1468. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210830.002
摘要:
MXene是一种新颖的二维层状纳米材料,具有大的比表面积和丰富的表面官能团,与聚合物基体复合可显著改善聚合物基复合材料的性能或拓宽其应用范围,因此得到了广泛的研究。本文简要总结了MXene、MXene/聚合物复合材料的制备方法,并对MXene/聚合物复合材料的力学性能、热学性能、摩擦性能和电磁屏蔽等性能进行了阐述,总结了最新的研究进展,最后展望了MXene/聚合物复合材料的发展前景。
碳系木质电热复合材料制备及耐老化研究进展
梁善庆, 陶鑫, 李善明, 姜鹏, 张龙飞, 傅峰
2022, 39(4): 1469-1485. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211123.001
摘要:
碳系木质电热复合材料是以碳系材料为发热元件、木质材料作为基体经胶合形成具有电致发热的新型木质功能材料,可应用于制备电热木质地板、电热木质墙板、电热木质衣柜等木质电热制品,具有供暖与装饰一体化作用,在清洁供暖领域具有广阔应用前景。本文介绍了可应用于木质电热复合材料的碳纤维电热纸、碳纳米管电热复合材料、石墨烯电热复合材料、碳纤维电热线、碳黑电热材料和碳素晶体电热材料制备方法及应用。分析了工艺参数和材料结构对电热实木复合材料、电热纤维板复合材料、电热竹木复合材料的理化性能、导电性及电热性能的影响,并归纳了电热作用、湿热作用对耐老化的影响及电安全性的研究进展,最后展望了碳系木质电热复合材料未来的研究方向。
基于外力诱导取向的高导热聚合物基复合材料研究进展
陈海斌, 陈瑞, 刘美琪, 胡艳, 黄昭雯, 陈大柱
2022, 39(4): 1486-1497. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210925.001
摘要:
随着半导体制备技术的快速发展,小型化和集成化是电子设备发展的趋势,散热能力成了制约电子元器件发展的关键因素,对热界面和封装材料的导热性能提出了更高的要求。导热填料与聚合物基体之间简单的共混难以实现低填充量下的高导热性。填料的取向有助于实现各向异性的热导率和降低导热逾渗阈值,因此如何在聚合物基体中构筑导热填料的取向结构从而在低填充量下形成高效导热网络正成为导热材料研究和关注的热点。在促使导热填料特别是非球形特征(片状、棒状或纤维状等)的填料定向排列过程中,外力起着至关重要的作用。本文按照诱发导热填料取向的主要驱动力进行分类,综述了近5年运用磁场诱导、电场诱导和机械力诱导等方法制备各向异性高导热聚合物基复合材料的最新技术和研究进展,重点介绍了外力作用下导热填料取向的形成条件、机制和构效关系,分析了不同方法的特色及优缺点,指出了目前在制备取向结构上存在的瓶颈,并对导热聚合物基复合材料的未来发展方向进行了展望,为低填充、高导热和各向异性复合材料的开发和应用提供参考。
界面效应对功能复合材料热传导行为的影响
林夏泽, 温变英
2022, 39(4): 1498-1510. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211009.002
摘要:
界面是复合材料内部连接不同两相的桥梁,极大地影响着复合材料的热学、电学、力学等各项性能。作为复合材料领域中的一个新的分支,导热复合材料近年来因电子电器的高速发展的需求而受到越来越多的关注。然而,研究发现,即使采用了高填料填充方案,复合材料的导热系数也很难达到导热填料的百分之几,其中界面热阻是影响复合材料导热系数提升的关键因素。本文从界面层及界面传热效应的角度出发,分析了复合材料内部界面热阻的产生原因,并从界面的理论研究方法、实验表征手段及影响材料内部热传导行为的界面因素等方面对界面效应在功能复合材料热传导上的影响规律进行了讨论。最后,对界面及界面热传导行为的研究状况进行了总结与展望。
纺织复合材料纤维预制体力学性能测试方法研究进展
杨志, 焦亚男, 谢军波, 焦伟, 王玉, 邵梦洁, 陈利
2022, 39(4): 1511-1533. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210820.001
摘要:
纺织复合材料具有质量轻、强度高,可设计性强等诸多优势,在航空航天领域得到广泛应用。纺织预制体的纤维结构对复合材料的最终力学性能有着决定性影响。然而,预制体的纤维结构在织造过程中不可避免地会发生宏观尺寸和微细观结构的变形,甚至产生褶皱缺陷。纺织预制体作为一种柔性骨架,其变形机制十分复杂。采用试验测试来表征预制体的力学变形特性是最直接、最有效的方法,也是建立理论和数值分析模型的基础。本文对纺织复合材料预制体的拉伸、压缩、弯曲、剪切和成型试验等测试方法进行了综述,讨论了不同测试方法的优缺点及适用条件,对后续的研究工作进行了展望。本研究将为预制体力学测试技术的改进、测试标准的建立和成型过程中的准确控形提供理论指导,对纺织复合材料的结构设计和工程应用起到推动作用。
生物纳米复合材料的合成及其在污水处理中的应用
邹静, 王正良, 佘跃惠
2022, 39(4): 1534-1546. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210719.001
摘要:
物理、化学和生物等传统污水处理的方法在处理效能、人体健康和环境保护等方面仍有诸多不足之处,而利用生物纳米复合材料可有效解决上述传统污水处理方法存在的问题,是在污水处理中具有巨大应用前景的新型材料。本综述阐述了生物纳米复合材料的合成机制,剖析了生物纳米复合材料进行水处理的吸附、光催化、抗菌机制及其在水中重金属、有机染料、药物、无机盐等污染物去除方面的应用,包括通过取代纳米表面的羟基官能团吸附氟离子,通过静电相互作用和离子相互作用吸附铬离子;吸收特定光谱的能量,催化氧化吸附在表面的污染物,最终使其降解或矿化,复合材料的生物部分能减小带隙,增大吸附面积;该材料可直接与微生物细胞相互作用,中断跨膜电子转移、破坏/穿透细胞包络或氧化细胞成分,或产生活性氧物质等二次产物。分析了该材料目前在控制纳米粒子的形态和粒径,快速提高纳米粒子产量和明确某些尺寸的纳米颗粒的毒性方面存在的问题。提出了未来生物纳米复合材料的发展方向,期望为实现高效可控的绿色生物纳米复合材料生产技术,应专注于细胞和生化过程的确切机制,优化反应参数,改善纳米颗粒的稳定性并探究纳米合成的生物材料范围,形成成熟的生物纳米复合材料合成技术方案。
磁性金属有机框架复合材料在生物分析中的应用
关桦楠, 彭勃, 薛悦, 吴巧艳, 张悦
2022, 39(4): 1547-1558. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210607.002
摘要:
金属-有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和有机配体,通过配位键自行组装形成的具有多孔结构的有机-无机杂化材料。由于它们具有框架结构可调、高孔隙率、化学稳定性良好、可再生性和合成过程简单等优点而广泛应用于小分子的吸附分离、催化化学反应、催化降解、富集物质、氧化还原反应等诸多领域。磁性金属有机框架(MMOFs)是在金属有机框架的基础上引进磁性金属粒子,极大地改良并优化了其原有的性能,丰富了金属有机框架的研究内容,拓宽了金属有机框架在食品、农药、生物分析中的应用。本文以磁性金属有机框架为研究对象,对其在生物分析中的应用进行了系统论述,在此基础上总结了当前MMOFs材料在该领域中存在的局限,并对研究新趋向提出了展望。
树脂高分子复合材料
纳米ZIF-8@短碳纤维的制备及其对环氧复合材料阻燃、抑烟和力学性能的影响
杨宕莎, 王康琪, 朱妍妍, 李建根, 林健, 王新龙
2022, 39(4): 1559-1569. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210616.005
摘要:
通过原位生长的方法制备了ZIF-8@短碳纤维(SCFs)材料,将其与聚磷酸铵(APP)一起加入环氧树脂(EP)制备了阻燃性能和力学性能均有所提高的环氧树脂复合材料。通过氧指数测定仪、水平垂直燃烧测定仪、锥形量热仪及万能电子拉力机对ZIF-8@SCFs-APP/EP复合材料进行了阻燃与力学性能的测试。实验结果表明,与添加5wt%APP阻燃样品相比,当 ZIF-8@SCFs的添加量为1wt% (APP和ZIF-8@SCFs的质量比为4∶1)时,复合材料的极限氧指数从25.7%增加到28.1%,UL-94垂直燃烧试验达到V-1级、热释放率峰值(pHRR)和总烟雾量(TSP)明显降低;复合材料的抗张强度、弯曲强度、弹性模量和断裂伸长率分别提高了86%、81%、20%和75%,解决了无机阻燃填料的添加导致EP力学性能降低的问题,制备的阻燃复合材料具有实际应用价值。
热塑性树脂基体对超高分子量聚乙烯纤维复合材料力学性能和抗弹道侵彻性能的影响
何业茂, 焦亚男, 周庆, 陈利
2022, 39(4): 1570-1581. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210518.011
摘要:
选用热塑性的水性橡胶、水性聚酯、水性聚氨酯作为基体树脂,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,采用热压工艺制备单向正交结构的防弹先进复合材料层压板。基于弹道侵彻试验和力学试验研究热塑性树脂基体对防弹先进复合材料弹道响应及力学行为的影响。研究结果显示:相比单一的热塑性树脂体系,以热塑性树脂混合体系作为基体制备的UHMWPE复合材料具有更优异的抗弹道侵彻性能、更高的拉伸破坏强度和层间剪切破坏强度,这是由于混合树脂体系中的UHMWPE纤维具有更高的可利用效率;此外,基于横向压缩诱导的间接张力机制和弹道侵彻下的大变形行为诱导的膜力效应,UHMWPE纤维复合材料的抗弹道侵彻性能与其准静态下的拉伸断裂强度、层间剪切强度呈现正相关的关联机制。
FeOOH纳米粒子协同聚偏氟乙烯电纺纤维膜插层增强碳纤维复合材料层间断裂韧性
付泽浩, 向阳, 马传国, 曾塘玉, 戴培邦
2022, 39(4): 1582-1591. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210518.001
摘要:
为有效增强碳纤维/环氧树脂复合材料层压板(CF/EP)的层间断裂韧性,提出了一种纳米粒子协同纳米纤维膜插层改性方法。首先利用喷涂法将针状羟基氧化铁(FeOOH)纳米粒子均匀负载于碳纤维布表面,然后将制得的静电纺丝聚偏氟乙烯纳米纤维膜(PVDF)插入碳纤维布的层间,采用手工铺设-真空热压法制备了改性复合材料层压板PVDF&FeOOH-CF/EP,研究了不同面密度的FeOOH协同PVDF增强CF/EP层间断裂韧性的作用效果及增强机制。结果表明,FeOOH在碳纤维布上分布均匀,在面密度为2 g/m2时,PVDF&FeOOH-CF/EP层压板获得了最佳的增韧效果,相对于CF/EP,其I型层间断裂韧性GIC提高了118%,II型层间断裂韧性GIIC提高了97%,而PVDF-CF/EP的GICGIIC只分别提高了70%和44%。SEM分析显示,FeOOH的加入不仅提高了基体的断裂韧性,同时也增强了PVDF纤维与基体的界面作用,进而强化了PVDF的增韧行为。
耐介质液体含氟弹性体的结构与性能剖析
刘小艳, 吴福迪, 郗旻, 张寅, 郝全红
2022, 39(4): 1592-1600. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210609.004
摘要:
SIFEL 3705是日本信越开发的一种可耐多种化学品及强还原性介质的液体含氟弹性体材料,在国外军事、电子、石油化工等领域获得了广泛应用。掌握该材料的结构及性能特点,可以科学指导密封选材,充分发挥材料的高性能从而满足苛刻的密封工况。本文通过FTIR、核磁共振波谱仪及差示扫描量热仪(DSC)测试分析了SIFEL 3705A及3705B预混胶的化学结构及耐低温特性;针对采用两组分预混胶混合硫化后制备的含氟弹性体,开展了DSC、动态热机械分析(DMA)、力学性能、低温回弹性、高温压缩回弹性、耐高温性能、耐化学介质性能等方面的测试分析。结果表明:SIFEL 3705A和3705B预混胶中的主胶料化学结构基本一致,为分子主链含醚键C—O—C的氟橡胶;采用两组分预混胶制备的含氟弹性体玻璃化转变温度Tg达−52.5℃,在−50℃低温环境下仍具有回弹性,弹性体力学性能及耐高温性能良好,邵尔A硬度66,拉伸强度8.98 MPa,拉断伸长率289%,5wt%质量损失时的热分解温度476.8℃;经高温130℃压缩120天后恒定压缩永久变形≤20%,具有非常优异的高温回弹性能;另外,含氟弹性体具有非常优异的耐化学介质性能,在无水乙醇及液压油中的性能变化幅度很小,在强极性偏二甲肼介质中浸泡后性能变化先较快而后基本达到平衡。根据性能剖析结果可知,信越含氟弹性体SIFEL 3705可在−50℃低温环境及强腐蚀性环境中作密封材料使用。
功能复合材料
一款透明柔性超材料宽频微波吸收器
马瑶, 王建宝, 石立华, 刘君, 刘毅诚, 李杰, 冉峪舟
2022, 39(4): 1601-1609. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210525.001
摘要:
超材料作为一种新型人工复合材料,因其独特的电磁特性,已成为物理学、材料学和电磁学界的研究热点。本文提出了一款兼具微波宽频吸收和透明、柔性特点的超材料。该反射型超材料共3层,分别为周期单元吸波层、介质基板和反射底板。基于阻抗匹配理论推导的吸波层阻抗匹配曲线,为宽频吸波优化设计提供了准确、高效的理论指导。仿真结果表明,当超材料总厚度仅为最大截止波长的0.091时,微波吸收率高于90%的频率范围为8.2~22 GHz,总带宽达13.8 GHz,相对带宽为91.4%,实现了微波宽频吸收。同时,由于周期单元为对称结构,该超材料对入射电磁波极化特性不敏感。另外,通过选用聚氯乙烯(PVC)和氧化铟锡(ITO)材料,该超材料还同时具备光学透明和柔性的特点,因此在武器装备的视窗雷达隐身和共形雷达隐身方面具有潜在的应用价值。
Bi2MoO6/WO3复合光催化材料的合成及其可见光催化性能
但智钢, 肖经浩, 姚旭
2022, 39(4): 1610-1616. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210526.005
摘要:
采用水热法成功制备了不同Bi2MoO6含量的Bi2MoO6/WO3复合光催化剂,利用XRD、SEM、UV-Vis、EIS和PL对样品进行了微观结构、形貌、光吸收特性、光谱响应和光电流的测试与表征,并考察了Bi2MoO6/WO3复合材料光催化分解水制氧的活性。结果表明,Bi2MoO6/WO3复合样品的光催化活性明显高于纯WO3和Bi2MoO6样品。在模拟太阳光照射下,15%Bi2MoO6/WO3复合催化剂的光催化产氧效率是纯WO3的产氧效率的2.3倍,以Fe(NO3)3·9H2O为牺牲剂时,复合催化剂的产氧效率可达到107 μmol/(g·h),且具有良好的循环稳定性。分析发现Bi2MoO6/WO3复合样品中Bi2MoO6颗粒与WO3纳米棒的异质结结构提高了光生载流子传输和转移效率,减少了光生电子-空穴对的复合几率,因此有助于增强光催化活性。
临泽红色低品位凹凸棒石黏土负载δ-MnO2室温降解甲醛
洪晓梅, 陈天虎, 王灿, 邹雪华, 韩正严
2022, 39(4): 1617-1627. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210609.001
摘要:
针对临泽地区低品位凹凸棒石黏土利用率低的问题,用预富集处理的临泽红色低品位凹凸棒石黏土(PPCI)为载体,利用高锰酸钾和草酸铵为反应前驱体,通过氧化还原法制备MnOx/PPCI复合催化剂,并用于常温下降解室内空气中甲醛效果评价。结果表明,Mn负载量为33.6wt%的复合催化剂具有优异性能,动态实验中,当进气甲醛浓度为1.22 mg/m3时,去除率在720 min内保持99%以上,而未负载的δ-MnO2在相同条件下去除甲醛的效率仅为87%;静态实验中对初始浓度为146.6 mg/m3的甲醛气体去除率高达95%以上,PPCI负载δ-MnO2可以显著提高锰基催化剂室温降解甲醛效果。δ-MnO2/PPCI复合催化剂降解甲醛反应遵循二级动力学。由于δ-MnO2在凹凸棒石黏土矿物表面高度分散,有更大的比表面积(73.2 m2/g),可以暴露出更多Mn3+/Mn4+活性电对,从而提高了复合催化剂的氧化还原能力和电化学活性,并最终促进甲醛的降解。通过原位红外光谱(In situ-DRFTS)研究了甲醛在复合催化剂表面中间产物的生成和转化过程,结果表明甲醛首先被表面羟基转化为亚甲基二氧(DOM),进而被表面活性氧氧化为甲酸盐物种(HCOO-),最终被氧化为CO2和H2O,并且催化反应消耗表面羟基可通过凹凸棒石表面吸附水与表面活性氧反应再生。本研究通过开发低品位凹凸棒石黏土,提高资源利用率,并为开发高效复合室内空气净化材料提供新思路。
α-MnO2@氮掺杂TiO2/碳纸多孔结构构筑高性能超级电容器
苏小辉, 谢启星, 何青青, 余林, 骆高丹
2022, 39(4): 1628-1637. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210707.001
摘要:
MnO2由于价格低廉、资源丰富、理论比电容高和环境友好等优点而成为理想的超级电容器电极材料。然而,如何通过成本低的合成方法获得高负载量和高性能的MnO2电极材料,仍是一项重大的挑战。因此,通过晶种辅助水热合成及氮化处理,在预处理碳纤维纸(CFP)表面生长了氮掺杂TiO2(N-TiO2)纳米棒阵列,然后再通过水热合成在N-TiO2上生长了新颖的纳米带缠绕纳米花分级混合结构的α-MnO2(α-MnO2@N-TiO2/CFP)。这种分级多孔纳米带缠绕纳米花及纳米棒阵列混合结构能够提供合适的几何空间和电子结构,有助于抑制高质量负载下的活性物质堆积,提高了电极材料的比电容。在α-MnO2负载量高达20.9 mg·cm−2的情况下,该电极材料在电流密度为1 mA·cm−2时的面积比容量高达3.0 F·cm−2,且循环5000次后无电容衰减,具有优异的循环稳定性。因此,α-MnO2@N-TiO2/CFP电极材料是一种极具应用潜力的超级电容器电极材料。
硅橡胶表面原位生长ZnO纳米花构筑稳固超疏水表面
胡云浩, 石晓凯, 马小凡, 毕红华, 李明慧, 孙举涛
2022, 39(4): 1638-1647. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210611.001
摘要:
制造的复杂性和对机械接触的敏感性严重阻碍了超疏水材料在实际应用的发展。为在柔性基质(硫化的硅橡胶)表面制备机械耐久的柔性超疏水表面,利用硫化硅橡胶溶胀过程可逆的特性,改进溶胶-凝胶法,将硅橡胶片预先用正丁胺水溶液溶胀,然后浸入硝酸锌/乙醇溶液中。利用正丁胺水溶液和硝酸锌/乙醇溶液在硅橡胶表面的交互扩散、反应,使ZnO纳米花在橡胶表面原位生长。超疏水的粗糙结构的构筑来自于硝酸锌与正丁胺的协同作用,其静态接触角(CA)可达(158±1.5)°,滑动角(RA)可达(4.5±0.5)°。SEM图像显示,100~200 nm的ZnO纳米片生长在硅橡胶表面,ZnO纳米片“嵌入”到橡胶表面,而不是沉积在橡胶表面,因此提升了其机械耐久性。而通过向橡胶中添加硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550),可进一步提升ZnO纳米片与橡胶基体界面相互作用,即使承受300次线性磨损,仍能保持超疏水特性,表现出优异机械稳定性。而且经过500次循环弯曲变形,其疏水性也几乎没有变化,解决了超疏水涂层在基体弯曲变形时的脱落问题。这种超疏水橡胶制备技术简单且适合工业生产,具有极高的实用前景。
Ag@AgCl改性Bi4Ti3O12的制备及其可见光催化性能
欧安琪, 罗洁, 曹海林, 张越纯, 刘慎, 刘佳伟
2022, 39(4): 1648-1656. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210518.010
摘要:
以五水硝酸铋为铋源、钛酸四丁酯为钛源,通过水热法制备了Bi4Ti3O12,再以硝酸银为银源、盐酸为氯源,采用光照还原Bi4Ti3O12得到Ag@AgCl/Bi4Ti3O12复合材料。利用XRD、UV-Vis DRS、SEM、TEM、BET和XPS等方法对所制备材料的组成和结构进行表征和分析,并以甲基橙(MO)溶液的脱色率为评价标准,考察了所制备材料的可见光催化性能和活性物质。结果表明:制备的Bi4Ti3O12呈堆积花球状纳米片结构,Ag@AgCl颗粒沉积在Bi4Ti3O12片间,比表面积增大到14.30 m2/g,对可见光的吸收增强。当催化剂用量为0.5 g/L、在300 W氙灯照射80 mL 10 mg/L MO溶液30 min时,Ag@AgCl/Bi4Ti3O12的脱色率为96.71%,较Bi4Ti3O12提高38.28%,降解实验循环稳定性强,超氧自由基(•O2)在降解过程中起决定性作用。
硫脲/海藻酸钠对Cr(VI)的吸附和光催化还原协同去除机制
郝军杰, 郭成, 高翔鹏, 李明阳, 龙红明
2022, 39(4): 1657-1666. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210622.001
摘要:
光催化是一种高效去除溶液中的Cr(VI)的方法。相较于吸附法,其可以在短时间内将Cr(VI)还原Cr(III)。对海藻酸钠(SA)进行化学改性,以戊二醛为交联剂,将硫脲接枝到SA上制备硫脲/海藻酸钠凝胶球(GTSA),探究在光照条件下其对溶液中的Cr(VI)的吸附和还原机制。相较于SA,GTSA对不同波长光的吸收能力大幅增加,吸附和还原Cr(VI)的能力增加,在紫外汞灯的照射下,pH=1时,Cr(VI)的去除率达99%,还原率达79%。通过FTIR、SEM、UV-DRS和XPS对GTSA吸附还原Cr(VI)的过程进行机制分析,结果表明Cr(VI)的去除过程是静电吸附与光催化还原的协同作用。
Ni-NiO/N-C的制备及其电解水析氢性能
吴诗德, 张桂伟, 黄思光, 易峰, 平丹, 方少明
2022, 39(4): 1667-1677. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210617.004
摘要:
电催化分解水制氢(HER)被认为是最具应用前景的能量转换方式之一,可同时获得高纯度氢气并实现能量储存与转化,其关键在于低廉、高效且高稳定HER电催化剂的设计与开发。采用一步水热法得到羟基氧化镍/聚苯胺(NiOOH/PANI)催化剂前驱体,经800℃热解后制备出Ni-NiO/N-C负载型电催化剂,并考察其HER性能。采用XRD、SEM、TEM、BET、XPS和Raman等手段对催化剂的物理化学属性进行表征,结果表明催化剂主要呈现出均匀的碳纳米片状堆积结构,Ni和NiO同时存在且均匀分布在载体N-C表面。电化学性能测试结果表明该催化剂的催化性能与催化剂中金属Ni的相对含量密切相关,当前驱体中苯胺添加量为0.6 mL时,所得催化剂Ni-NiO/N-C-0.6上金属Ni相对含量最高,电催化性能最好,在电流密度为10 mA·cm−2时过电位仅为168 mV,且连续工作16 h或经历1000次循环伏安测试后,催化活性基本不变,展现出优异的催化稳定性,具有广阔的应用前景。
土木建筑复合材料
预应力CFRP筋-螺纹钢筋-型钢/混凝土偏拉构件抗震性能试验
张鹏, 花东升, 邓宇, 李真真, 桂金洋, 覃宣盛
2022, 39(4): 1678-1691. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210617.003
摘要:
为研究预应力碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋-螺纹钢筋-型钢/混凝土(SRC)偏拉构件的抗震性能,对4根预应力CFRP筋-SRC偏拉构件、4根预应力螺纹钢筋-SRC偏拉构件和3根普通SRC受拉构件进行了低周反复荷载对比试验,试验参数包括偏心距、预应力张拉水平、竖向拉力、预应力筋类型。研究结果表明:所有构件的破坏形态均为弯剪破坏,构件滞回曲线均较饱满,延性较好。随着偏心距的增大,各构件承载力、延性及耗能能力均相应降低;随着预应力张拉水平的增大,构件承载力有一定提高,但耗能能力降低,延性系数先增后降,且增加幅度大于降低幅度;随着竖向拉力的增大,预应力CFRP筋-SRC偏拉构件的承载力、延性及耗能能力均相应降低。相较于普通SRC受拉构件,预应力CFRP筋-SRC偏拉构件具有更好的承载力、刚度、延性和抗裂能力,但耗能能力低;相较于预应力螺纹钢筋-SRC偏拉构件,预应力CFRP筋-SRC偏拉构件的承载力和延性较低,但耗能能力强。
基于CT技术的冷再生混合料冻融环境下损伤分析
王石, 赵宪锋, 米弘泽
2022, 39(4): 1692-1700. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210601.004
摘要:
通过室内实验揭示冻融环境下水泥稳定冷再生混合料细观结构的损伤演化规律,并分析水泥和旧路面沥青材料(RAP)在不同的冻融循环时期对其损伤的影响。使用CT机对冻融循环后的试件进行扫描,获得二维断层扫描图像。利用图像处理技术对扫描断面进行分析,并以图像中CT均值的变化为基础引入损伤变量。研究结果表明:随着冻融循环次数n的增加,混合料断面的CT均值呈现出先增大后减小的变化规律;损伤变量则表现出先减小后增大的变化趋势,反映出了冻融环境下水泥稳定冷再生混合料从初始细观损伤到宏观破损的全过程,可分为4个阶段:即\begin{document}$N \leqslant 1$\end{document}\begin{document}$1 < N \leqslant 3$\end{document}\begin{document}$3 < N \leqslant 7$\end{document}\begin{document}$7 < N \leqslant 9$\end{document},且在N小于7次时水泥含量对试件损伤有显著影响,水泥可提高混合料的粘结性及早期强度;大于7次时试件的损伤主要受到RAP掺量的影响,过高的RAP含量会加剧混合料的损伤。
纳米SiO2改性滨海水泥土的短龄期力学性能与微观机制
王伟, 刘静静, 李娜, 马露
2022, 39(4): 1701-1714. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210702.001
摘要:
为了研究纳米SiO2对滨海水泥土短龄期的力学改性效果,开展了纳米SiO2掺量(与水泥质量比)分别为0%、1.5%、3.0%、4.5%和6.0%的水泥土无侧限抗压试验、劈裂抗拉试验、pH试验、SEM试验。力学试验表明,纳米SiO2能够提高水泥土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量,但加剧了水泥土的脆性;纳米SiO2改性水泥土的抗压强度大约为抗拉强度的10倍;pH测试表明,纳米SiO2能够改善水泥土的碱性环境。SEM微观测试发现,水泥土颗粒形态、孔隙特征变化规律与强度发展规律关系紧密,随着纳米SiO2掺量的增加,土颗粒形态分布由松散变为聚集,并伴随孔隙的减少。综上发现,纳米SiO2掺量为4.5%时,强度改善效果最佳,微观孔隙最少,4.5%为最优掺量。最后,建立了纳米SiO2改性水泥土力学强度与微观孔隙率之间的二次多项式模型。
生物纳米复合材料
改性碱式次氯酸镁/聚乙烯醇抗菌复合膜的制备及性能
包赞娟, 赖登旺, 庞景明, 李玉华, 刘跃军, 刘国钧, 杨军, 王进
2022, 39(4): 1715-1724. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210629.001
摘要:
为解决食品、药品等易被细菌污染及其包装造成环境污染问题,通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)表面改性碱式次氯酸镁(BMH),并将其与聚乙烯醇(PVA)进行复合,制备改性碱式次氯酸镁/聚乙烯醇抗菌复合膜(改性BMH/PVA抗菌复合膜)。通过SEM、接触角分析、抑菌圈实验和FTIR,证明了BMH的有机改性的有效性。通过调节pH值能够保持改性BMH在PVA中的抗菌性能(抗菌率接近100%)。有机改性BMH含量为3wt%时,改性BMH/PVA抗菌复合膜的断裂伸长率提高了25%,不仅使PVA膜具有抗菌性能,还提高了其韧性。结果表明改性BMH/PVA抗菌复合膜是一种有应用前景的抗菌、可降解材料。
纳米SiO2/聚乙二醇复合体系剪切增稠特性与机制
赵明媚, 张进秋, 彭志召, 张建
2022, 39(4): 1725-1738. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210702.004
摘要:
为分析纳米固体颗粒在剪切增稠液体(STF)稠化过程中的影响及其在中低速稳态剪切和高速动态冲击环境下发挥的作用,以纳米SiO2和聚乙二醇(PEG 200)作为分散相和连续相,以不同含量的纳米石墨和纳米金刚石颗粒为添加剂,制备STF。研究样品的摩擦系数曲线和不同温度下的流变特性,以临界剪切速率、稠化区间长度和增稠比为指标依托,分析不同温度环境和不同纳米固体添加剂含量下剪切增稠机制的变化。并通过分离式霍普金森压杆(SHPB)实验探究瞬态高速冲击条件下STF的力学响应。流变特性实验结果表明:高温环境下分子间排斥力增强,粒子簇的形成需更强的分子间动力接触,因此稠化区间长度延长。纳米金刚石颗粒加强了粒子簇之间的接触耦合力和接触概率,使体系最大黏度达1679 Pa·s,增稠比值高达318倍,提升了STF的流变特性。SHPB实验的结果表明:在受到瞬时冲击后,STF可在50~75 μs时间范围内完成动态响应,最大应力可达78 MPa。子弹的入射动能不仅会转变为热能和固液转换的相变能,还能转变为颗粒间的摩擦能。因此,通过改变固体添加剂的参数,能有效控制STF的力学特性和增稠效果,从而制备出适合不同领域应用的STF。
纳米铁-氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的制备及其力学性能
曾春芽, 单慧媚, 赵超然, 刘允全
2022, 39(4): 1739-1747. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210601.003
摘要:
纳米铁和氧化石墨烯(GO)修饰壳聚糖(CS)复合材料对水体中重金属的优越吸附性能,在环保领域具有良好的应用前景。然而,不同含量纳米铁和/或GO修饰CS对复合材料力学性能的影响成果却十分有限。因此,以CS为聚合物基体、GO和FeCl3·6H2O为纳米填充物,采用溶液混合蒸发法制备了不同配比的纳米铁-氧化石墨烯/壳聚糖(Fe-GO/CS)复合材料。通过FTIR、XRD、SEM、TGA和力学性能测试,研究了复合材料的结构、热稳定性和力学性能。研究结果表明,纳米铁和GO在CS基体中分散性良好,具有较强的分子相互作用力,未发生团聚及形成无定型结构的铁复合物。适量的纳米铁和GO能增强CS与填料之间的氢键作用,进而提高Fe-GO/CS复合材料的热稳定性及力学性能。力学性能测试结果显示,加入1wt%纳米铁时,对比纯CS,Fe-GO/CS复合材料的拉伸强度由27.5 MPa提高到65.4 MPa、弹性模量由925.8 MPa提高到2141.4 MPa,分别提高58%和57%,但过量的纳米铁导致复合材料的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率及热稳定性降低。TG分析表明,1wt%纳米铁修饰利于提高Fe-GO/CS复合膜的热稳定性。
金属基和陶瓷基复合材料
层状复合结构抗侵彻性能试验与数值模拟
邹有纯, 熊超, 殷军辉, 崔凯波, 邓辉咏
2022, 39(4): 1748-1760. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210604.002
摘要:
为研究3层及以上层状复合结构和金属丝缠绕材料(Entangled metallic wire material,EMWM)夹芯复合结构的抗侵彻性能,本文设计了4种复合结构: 碳化硅陶瓷/超高分子量聚乙烯/钛合金(SiC/UHMWPE/TC4)、SiC/TC4/UHMWPE、SiC/UHMWPE/EMWM/TC4和SiC/TC4/EMWM/UHMWPE。采用霍普金森压杆试验,研究了复合结构的动态力学行为。基于侵彻试验和数值模拟分析了复合结构的抗侵彻机制、防护性能和能量特性。最后,探索了约束效应对EMWM复合结构抗侵彻性能的影响。结果表明,本文设计的4种复合结构在减轻质量和减小厚度方面具有优势;EMWM在复合结构中能够延迟,阻碍应力波的透射,有助于减小复合结构的损伤;对EMWM施加约束可显著提高EMWM复合结构的抗侵彻性能。
TiC纳米线/Mo-Al2O3金属陶瓷的制备与电学性能
张昊, 张雪萍, 黄宗玥, 陈甜甜, 魏剑
2022, 39(4): 1761-1770. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210601.002
摘要:
Mo-Al2O3金属陶瓷具有热震稳定性好、耐高温、低电阻等优点,已经作为特高压(UHVDC)运输过程中的核心部件。但由于电阻率可控性差、渗流阈值较高及机械强度低等缺点,严重制约了其在特高压运输中的广泛应用。采用碳化钛纳米线(TiCNW),制备了具有桥连结构的TiCNW/Mo-Al2O3陶瓷复合材料。研究了TiCNW、Mo与Al2O3之间构建的桥连结构,对金属陶瓷的电学性能和力学性能的影响规律,实现了陶瓷电阻率稳定的基础上的渗流阈值降低。当TiCNW含量为13wt%时,Mo-Al2O3金属陶瓷的渗滤阈值降低到10wt%,当TiCNW和Mo含量分别为8wt%和30wt%时,金属陶瓷弯曲强度和硬度可分别达到95 MPa和1283 kg/mm2,并观察到金属陶瓷桥联结构。研究结果对于制备高性能Mo-Al2O3金属陶瓷具有重要意义。
碳化硅泡沫陶瓷/铝双连续相复合材料结构特征及增强机制
曹小明, 金鹏, 徐奕辰, 刘强, 张劲松
2022, 39(4): 1771-1777. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210531.002
摘要:
为了研究碳化硅泡沫陶瓷(SiCf)在铝基复合材料中的增强机制,采用高分子热解结合反应烧结的方法制备出具有三维连通网络结构特征的SiCf,利用挤压铸造的方法将熔融铝合金压注到泡沫陶瓷网孔中,获得了SiCf/铝双连续相复合材料并开展了复合材料高温膨胀系数(CTE)和压缩性能实验。实验结果表明:SiCf利用三维连通网络结构对基体铝合金具有整体增强机制,随温度升高也能保持良好的增强效果;对网孔中的碳化硅陶瓷颗粒(SiCp)及铝合金具有约束机制。SiCf和网孔中的SiCp协同作用可以有效降低复合材料的热膨胀系数,提高复合材料的高温抗压强度。在500℃时,最高抗压强度可以达到313.61 MPa、热膨胀系数为7.653×10−6−1
复合材料细观力学
嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构的力学性能及损伤失效
王志鹏, 李剑峰, 李海波, 韦冰峰, 秦庆华
2022, 39(4): 1778-1789. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210601.001
摘要:
设计并采用嵌锁组装工艺制备了碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构,开展了面外平压性能和三点弯曲性能试验研究,获得了夹芯结构在平压载荷作用下的破坏模式,分析了其损伤失效机制及吸能特性,讨论了在三点弯曲载荷作用下面板质量非对称性和槽口方向对夹芯梁的破坏模式及承载能力的影响。研究结果表明嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构在准静态压缩载荷下表现为从槽口附近纤维断裂到开槽侧肋板失稳断裂,再到未开槽侧肋板断裂和压溃的渐进式损伤破坏模式;压缩应力-应变曲线出现明显的二次应力平台,体现出夹芯结构优异的吸能特性;配置较厚的上面板及芯材长肋板槽口向上时,结构的承载能力和初始失效载荷更高。
复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃失效行为
邓亚斌, 任毅如, 蒋宏勇
2022, 39(4): 1790-1797. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210617.002
摘要:
有效的触发机制能诱导并改善复合材料吸能结构的轴向渐进压溃行为,但仍无法解决汽车吸能结构在斜向冲击载荷下的失稳问题。为了提出新的设计来改善失稳行为,对复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃行为和失效机制进行研究。建立引入半圆凹槽触发机制的圆管有限元模型,采用界面和层内非线性损伤演化模型来模拟其真实的压溃失效模式。通过对比模拟和实验对应的轴向压溃载荷、吸能和失效模式来验证圆管的准静态压溃模型。进而,预测斜向压溃角度(10°~50°)对圆管在半圆凹槽触发机制下压溃行为的影响,并详细揭示其轴向和斜向压溃失效机制及其区别。结果表明,压溃载荷、吸能及失效面积随角度增大而明显减小,不稳定的压溃过程使材料失效耗能不充分。圆管在轴向压溃下表现为渐进破坏,而在斜向压溃下以“渐进破坏”向“失稳破坏”过渡为特征,导致斜向压溃载荷与吸能曲线均存在一个过渡。本研究加深了对圆管在外部触发机制下斜向压溃失效机制的理解,为改善斜向压溃失稳行为提供了一定的设计依据。
压边力对非平衡平纹机织物预制体成型作用规律
孔令国, 王继辉, 陈宏达, 倪爱清, 张学文
2022, 39(4): 1798-1812. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210526.003
摘要:
为研究压边力对非平衡玻璃纤维平纹机织物预制体铺覆成型的作用规律,针对非平衡平纹机织物在成型过程中的大变形特征,基于非正交材料本构,建立织物面内材料变形本构模型;同时考虑面外弯曲刚度,结合壳单元,建立织物的膜(面内变形)-壳(面外变形)双层模型;利用商业有限元软件ABAQUS,结合实验方法,研究织物在不同压边力条件下的成型规律。结果表明,实验组中预制体的纤维剪切角随压边力的增加而增大;摩擦系数设置对有限元模型的模拟结果有重要影响,随着摩擦系数增大,预制体的纤维剪切角随之增大,摩擦系数为0.20时的模拟结果与实验结果最接近;考虑织物弯曲刚度的膜-壳双层单元模型的模拟结果与实验结果基本一致,而单层膜单元模型的模拟结果精度相对较低。
一种刚度可调控的负泊松比管状结构
孙龙, 任鑫, 张毅, 陶智, 张相玉, 谢亿民
2022, 39(4): 1813-1823. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210531.001
摘要:
负泊松比材料具有优良的抗压痕性、抗剪切性、曲面同向性、断裂韧性和能量吸收性等特点,受到了国内外学者的广泛关注。负泊松比管状结构作为一个新兴的研究热点,在工程和医疗领域都有着广泛的应用前景。然而,在拉伸与压缩下同时具有负泊松比效应的管状结构仍鲜有报道。由于内部周期性孔洞的存在,大多数负泊松比材料和结构具有较低的比刚度。因此,本文提出了一种新型刚度可调控的负泊松比管状结构,并对不同旋转方式、密实点提前程度、变形区域高度h等参数进行了有限元分析与试验研究。研究结果表明:变刚度圆管的刚度大小可通过密实点比例因子进行调控,同时可以调整h值的大小来减小设计值与真实值之间的误差。新研制的负泊松比管状结构不仅大幅提升了负泊松比管状结构的刚度,且同时维持了理想的负泊松比效应。本文所研发的负泊松比管状结构在防护工程中具有较好的应用前景,且为负泊松比结构的设计提供了新思路。
一种灌封结构用环氧树脂的固化行为表征和模拟
丁安心, 俞星辰, 杨鹏, 康峻铭, 倪爱清, 王继辉, 李小阳
2022, 39(4): 1824-1833. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210726.004
摘要:
以中高温固化的E39D环氧树脂为研究对象,基于顺序耦合热传导-固化和应力位移模块的数值仿真方法,选择合适的实验方法测试环氧树脂的固化性能,引入相关假设,推导与热传导-固化和应力位移模块相关的树脂固化性能参数和模型;然后,建立典型E39D树脂灌封结构的数值模型,模拟结构内部观测点在固化过程中的温度和应力演变,并基于FBG监测技术,与实验测试所得的观察点温度和应变进行对比;结果显示两者温度误差最大值为8.2%,应变的最大误差为17.3%,验证了固化性能参数测试方法和引入假设的合理性。
形状记忆合金在复合材料损伤修复中的应用
刘兵飞, 刘亚冬, 张亚楠
2022, 39(4): 1834-1846. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210608.004
摘要:
复合材料的内部裂纹会使其性能下降甚至失效,为了解决这一问题,本文选择将形状记忆合金(SMA)应用在复合材料中用以实现损伤修复。将SMA埋入复合材料试件中,通过对SMA回复应力、复合材料损伤应变与温度之间的关系进行讨论,建立不同条件下复合材料的损伤修复理论模型。基于该模型讨论了不同初始条件下SMA材料的损伤修复行为。研究结果表明:SMA的回复应力在未发生奥氏体相变时减小,发生奥氏体相变时增大。SMA应力诱发马氏体体积分数越大,升温引起的最大回复应力越大。升温过程中的奥氏体相变可使复合材料的损伤应变减小,进而修复损伤。该研究可为SMA在复合材料损伤修复的工程应用提供理论指导。