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2012年  第29卷  第3期

电化学氧化对高强高模碳纤维表面结构及力学性能的影响
张莎, 田艳红, 张学军, 代红蕾, 田建军
2012, (3): 1-8.
摘要:
利用循环伏安多重扫描法分析了不同电解质的氧化能力及其氧化特点,讨论了在表面氧化处理中不同电解液体系对高模高强碳纤维力学性能的影响,提出了适合高强高模碳纤维表面处理的工艺条件,并通过Raman光谱、XPS与SEM的表征,研究了电化学氧化对高强高模碳纤维表面结构及力学性能的影响。研究结果表明,与NH4H2PO4溶液相比,用NH4H2PO4与CH3COONH4复合的电解质溶液对碳纤维进行表面处理,能大幅度提高纤维表面含氧官能团,而且纤维表面sp2杂化碳原子相对含量也较多,在提高了碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的同时,还较好地保持了高强高模碳纤维本体力学性能。当CH3COONH4与NH4H2PO4的物质的量之比为2:1时,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS与未处理纤维相比提高了168%,而碳纤维拉伸强度却下降很小,此复合电解质溶液是一种较为理想的对高强高模碳纤维进行表面改性的电解质体系。
聚丙烯酸酯改性环氧树脂的力学性能
冯青平, 杨娇萍, 刘玉, 邓寅虎, 付绍云
2012, (3): 9-15.
摘要:
通过丙烯酸乙酯(EA)和丙烯酸丁酯(BA)在环氧树脂中原位聚合,制备了聚丙烯酸酯改性的缩水甘油醚双酚A(DGEBA)-甲基四氢苯酐(MeTHPA)环氧树脂体系。原位聚合形成的聚丙烯酸酯在环氧树脂基体中形成"海-岛"结构。与纯环氧树脂基体相比,当丙烯酸酯质量分数为10%时,经PEA和PBA改性的聚丙烯酸酯/双酚A-MeTHPA体系的拉伸强度分别降低9.51%和4.00%,而拉伸弹性模量分别降低14.81%和9.52%;玻璃化温度变化不大;而冲击强度分别增加了26.5%和31.0%,断裂延伸率分别增加22.03%和30.07%,增韧效果明显。
MWCNTs对碳纤维非褶皱无纺布/环氧层合板力学性能的影响
王强, 刘玲
2012, (3): 16-22.
摘要:
将羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)添加到TDE85环氧树脂中,然后与碳纤维非褶皱无纺布(C-NCF)复合,制备成[0°/90°/+45°/-45°]S层合板。采用三点弯曲、短梁剪切和单边切口弯曲测试方法以及动态力学性能分析方法,研究了不同含量的MWCNTs对层合板弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)、Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC,以及玻璃态转变温度(Tg)的影响。并采用SEM对Ⅱ型试样的断面进行分析。结果表明,MWCNTs的加入显著提高了NCF层合板的力学性能。与空白试样相比,当MWCNTs在树脂中的质量分数为2.0%时,弯曲强度和模量分别提高了约26%和6%;当MWCNTs的质量分数为0.5%时,ILSS、GⅡCTg分别提高约14%、27%和14%。
紧张热定型工艺对多壁碳纳米管/聚醚醚酮复合纤维结构和性能的影响
靳艳梅, 王宁, 刘海辉, 王学晨, 张兴祥
2012, (3): 23-29.
摘要:
采用熔融共混纺丝工艺制备多壁碳纳米管(MWCNTs)质量分数分别为0.1%和0.5%的MWCNTs/PEEK(聚醚醚酮)复合纤维,研究了紧张热定型过程中热定型温度和降温速率对复合纤维结构和性能的影响。采用TEM、SEM、DSC、DMA、XRD和单纤维电子强力仪研究了复合纤维的形貌、结构和性能。结果表明:复合纤维的热定型温度和冷却降温速率对其杨氏模量、拉伸强度和断裂伸长率均有影响,经过热定型处理,复合纤维内部MWCNTs的取向程度明显提高。280℃热定型、1.5℃/min冷却纤维的拉伸强度达384MPa,杨氏模量为0.62GPa,断裂伸长率28%,拉伸强度和杨氏模量分别较130℃热定型纤维提高了147%和19%,获得了优化复合纤维性能的最佳工艺条件。
炭黑填充导电橡胶的温度传感器灵敏系数
黄英, 刘平, 廉超, 刘秀梅, 蒋红生
2012, (3): 30-35.
摘要:
以通用有效介质理论为基础,给出了炭黑填充导电橡胶(导电炭黑/橡胶)的温度传感器电阻-温度计算模型。利用该模型得出材料的灵敏系数计算公式,并结合形变和电阻率的变化对正电阻-温度特性(PTCR)的影响分析材料的灵敏系数特性。结果表明:在炭黑分布均匀、体积分数在渗流体积分数附近等条件下,电阻-温度计算模型与实验吻合,表现出一致的PTCR变化规律。导电炭黑/橡胶的PTCR效应主要源于基体膨胀导致炭黑体积分数的稀释作用,若炭黑体积分数在渗流区,导电炭黑/橡胶的灵敏系数为280~420;当炭黑体积分数在传导区时,其灵敏系数为32.5~62.0。导电炭黑/橡胶的PTCR效应是热-形变与形变-电导过程的乘积效应,导电炭黑/橡胶的灵敏系数高,但其体积膨胀系数低,使材料的电阻温度系数较低。
纳米膨胀阻燃季戊四醇二磷酸酯双磷酰蜜胺有机改性蒙脱土/聚乳酸复合材料的制备及阻燃性能
袁小亚
2012, (3): 36-41.
摘要:
将一种高效膨胀型无卤阻燃剂季戊四醇二磷酸酯双磷酰蜜胺(SPBDM)和有机改性蒙脱土(OMMT)添加到高分子量聚乳酸(PLA)中,熔融共混制备纳米膨胀型阻燃聚乳酸复合材料(SPBDM-OMMT/PLA)。采用XRD、TEM研究了纳米粒子的形态分布,并用热重分析法(TGA)、氧指数测试(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)探讨了该纳米阻燃SPBDM-OMMT/PLA复合材料的热性能和阻燃性能。研究表明,OMMT在PLA基体中有较好的分散性,高分子链插入层状硅酸盐片层间,形成了剥离型或插层型复合材料;相比纯PLA,加入SPBDM后改善了OMMT/PLA的高温热稳定性,最大热分解温度均向高温移动,且高温残炭质量分数大幅度提高;当SPBDM和OMMT质量分数分别为10.0%和1.0%时,纳米阻燃SPBDM-OMMT/PLA复合材料能达到较好的阻燃效果,LOI数值高达32%,相应垂直燃烧等级达UL-94V-0级。
碳纤维经编织物定型参数及渗透特性
祝军君, 段跃新, 陈吉平, 肇研
2012, (3): 42-48.
摘要:
研究了真空辅助树脂注射(VARI)工艺中含定型剂织物定型参数对织物压缩特性、渗透特性及其复合材料力学性能的影响,确定织物最优的定型参数。采用DSC和IR分别对织物表面定型剂的熔融特性和组成进行了分析,测试了不同定型温度下的压缩、渗透特性及复合材料力学性能。结果表明:此定型剂为含有环氧基团的低熔点聚合物;低于100℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度和渗透率均下降;100~140℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度基本无变化,渗透率有所提高,定型温度对力学性能基本无影响。
自动铺放过程双马树脂预浸料温度与黏度
黄志军, 王显峰, 戴振东, 肖军
2012, (3): 49-53.
摘要:
通过对自动铺放成型工艺的分析,探索了自动铺带成型过程中预浸料温度对复合材料黏性的影响规律。对影响预浸料温度的热风温度和铺放速度两个因素进行了研究,从理论上建立了热风加热温度和铺放速度与预浸料温度之间的关系,提出了控制预浸料温度的具体实施方案,指导自动铺带成型过程。根据双马树脂预浸料黏度和温度曲线,分别在不同的热风温度和铺放速度条件下进行实验,得到在热风温度为90℃、铺放速度为10~20m/min时,预浸料黏度满足铺覆性要求,验证了预浸料热风温度和铺放速度对复合材料制品质量的影响,为自动铺带工艺提供参考。
纳米银/PAMPS复合材料的微波合成及表征
高圣涛, 徐国财, 姚宝慧, 刑宏龙, 张晓梅
2012, (3): 54-58.
摘要:
在不加还原剂的条件下,采用微波辐射双原位聚合方法合成了纳米银/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸均聚物(PAMPS)复合材料,并通过UV-Vis、XRD、FTIR、TEM、XPS和TG分析方法对其进行分析和表征。结果表明:纳米银粒子具有面心立方结构,且均匀地分散在聚合物基体中;微波辐射时间不影响纳米银粒子的形态;纳米银与基体PAMPS中的氮原子和羰基氧原子存在相互作用,降低了基体PAMPS的热稳定性。
孔隙率对三维针刺C/C复合材料电磁屏蔽性能的影响
邵春艳, 殷小玮, 张立同, 成来飞, 刘建功
2012, (3): 59-64.
摘要:
通过多次重复先驱体浸渍裂解(PIP)工艺过程,改变材料的孔隙率和体密度,制备不同孔隙率的三维针刺碳/碳(C/C)复合材料,并研究了在8.2~12.4GHz频率范围内(X波段)不同孔隙率C/C复合材料的电磁屏蔽效能。结果表明:适当降低孔隙率有利于提高C/C复合材料的总电磁屏蔽效能和电磁吸收屏蔽效能,当开气孔率为33.4%时,C/C复合材料具有最大的电磁屏蔽效能(40dB),且电磁吸收屏蔽效能(30dB)远大于电磁反射屏蔽效能(12dB),是极具潜力的高吸收低反射电磁屏蔽材料。
聚硼硅氧烷与有机磷酸酯阻燃剂复配协同阻燃聚碳酸酯
宋健, 周文君, 陈友财, 周箭
2012, (3): 65-71.
摘要:
将聚硼硅氧烷(PB)阻燃剂分别与三种有机磷酸酯(OPP)阻燃剂进行复配, 并将此复合阻燃剂添加到聚碳酸酯(PC)中制备了阻燃PC材料(FR-PC)。采用极限氧指数(LOI)和锥形量热分析研究了PB对OPP/PC体系的协同阻燃作用。结果表明: 阻燃剂总质量分数为5%时, 添加质量分数1.25%以上的PB可以提高OPP/PC体系的LOI; PB阻燃剂具有促进成炭的作用, 可使OPP/PC复合体系在燃烧过程中释放的烟、热以及CO有不同程度的降低, 燃烧过程趋于平缓, 尤其使体系的烟释放量显著降低, 三种OPP/PC阻燃体系的总烟释放量下降31.8%~51.0%, 大大降低了火灾的危害性; 添加适量PB能够提高OPP/PC体系的拉伸强度、弯曲强度及维卡软化点温度, 并且使PC复合阻燃材料的透光率有所提高, 保持了PC良好的透明性。
纤维增强复合材料三明治板的破片穿甲实验
徐豫新, 王树山, 严文康, 虢忠仁
2012, (3): 72-78.
摘要:
研究了钢板-纤维增强复合材料板-钢板构成的三明治结构对破片的防护性能。通过破片模拟弹丸(FSP)高速撞击不同结构三明治板实验, 获得FSP弹丸贯穿16种三明治板的弹道极限, 分析结构特征对纤维增强复合材料三明治板比吸收能的影响。结果表明, 叠层芳纶、玻纤基三明治板较单层结构三明治板比吸收能分别提高了8.31%和16.09%, 8 mm面板+8 mm夹层+6 mm背板芳纶、玻纤基三明治板较4 mm面板+8 mm夹层+10 mm背板的芳纶、玻纤基三明治板比吸收能分别提高了37.72%和25.35%; 芳纶、玻纤基三明治板的比吸收能均随复合材料夹层厚度的增加呈指数递增, 夹层基板的抗拉性能是影响三明治板比吸收能的重要因素; 同面密度下, 厚面板、薄背板及多层叠合夹层结构的三明治板具有更高的比吸收能。
纺丝原液原位合成相变材料微胶囊制备石蜡/PVA储能纤维
李佳佳, 陆艺超, 叶光斗, 徐建军, 姜猛进
2012, (3): 79-84.
摘要:
以聚乙烯醇(PVA)纺丝原液为分散介质, 常温相变材料RT27石蜡为芯材, 正硅酸乙酯(TEOS)为聚合单体形成SiO2囊壳, 通过原位聚合直接制备含有石蜡微胶囊的PVA纺丝原液, 之后通过湿法纺丝制备石蜡/PVA储能纤维。通过正交实验优化, 结合粒径分布软件, 分析各因素对微胶囊粒径的影响, 选择适合纺丝的微胶囊合成条件。采用FTIR-ATR、SEM、EDS及TEM表征了纤维及微胶囊的化学成分及形态, 通过DSC、TGA表征了微胶囊的包覆率、纤维的储能性及热稳定性。结果表明: PVA纺丝原液中合成了SiO2凝胶包裹的相变微胶囊, 其平均粒径为1.39 μm, 大小及分布适合纺丝。纤维相变焓值为45.39 J/g, 石蜡包裹率高达94.72%, 纺出纤维具有较高的储能性和较好的热稳定性。
碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的制备及表征
纪美茹, 傅小奇, 张雷, 王国伟, 赵谦, 姜廷顺
2012, (3): 85-89.
摘要:
以含钴介孔分子筛为催化剂、乙醇为碳源, 采用CVD法制备碳纳米管(CNTs)。通过原位合成法制备一系列不同碳纳米管含量的碳纳米管/羟基磷灰石(CNTs/HA)复合材料。分别采用XRD、FTIR、TEM、N2吸附-脱附和Raman光谱等分析手段, 对所合成CNTs/HA复合材料的晶相、结构、形貌和比表面积等进行了表征。同时研究了碳纳米管的添加量对所合成CNTs/HA复合材料形貌的影响。XRD与Raman结果表明, 所得CNTs/HA复合粉体中仅有CNTs与HA两种物相, 纯度较高, 结晶度较好; TEM结果显示, CNTs/HA复合材料中CNTs表面均匀包裹着一层纳米级的针状HA晶粒, 两者形成了较强的界面结合, 且当CNTs与HA的质量比为3:17时, CNTs与HA形成最佳结合状态; N2吸附-脱附表征结果表明, 与HA的比表面积相比, CNTs/HA复合材料具有较高比表面积。
自修复微胶囊分散对复合材料拉伸性能的影响
王瑞, 刘星, 李婷婷
2012, (3): 90-97.
摘要:
为改善亚乙基降冰片烯(ENB)自修复微胶囊在环氧树脂(Epoxy)中的分散性, 采用KH560偶联剂对ENB微胶囊表面进行处理, 探讨KH560改性ENB 微胶囊(KH560-ENB)在Epoxy材料中的分散性及KH560-ENB环氧树脂材料(KH560-ENB/Epoxy)的拉伸性能。结果表明: 对未改性的ENB微胶囊树脂复合材料(ENB/Epoxy), 当ENB微胶囊与Epoxy质量比小于或等于5%时, ENB/Epoxy的拉伸断裂强度、拉伸模量以及断裂伸长率均随ENB微胶囊与Epoxy质量比的增加而降低, 但经不同温度预固化后, ENB/Epoxy复合材料拉伸指标初始下降速率均不同; KH560-ENB微胶囊在Epoxy中累积分布线性拟合相关系数为0.9945, 接近于1, 说明KH560-ENB微胶囊在Epoxy中分散性好, 且KH560-ENB/Epoxy复合材料的拉伸断裂强度提高19.1%, 拉伸模量提高6.6%; 对KH560-ENB/Epoxy复合材料的SEM断面观察结果表明, KH560-ENB微胶囊与Epoxy界面粘接良好。
磷酸氢钙/氨基酸共聚物生物活性复合材料
张云飞, 魏杰, 吕国玉, 严永刚
2012, (3): 98-104.
摘要:
通过原位聚合法制备了磷酸氢钙/四元氨基酸共聚物(DCP/PAA)复合材料, 并采用XRD和IR方法对其组成结构进行了表征, 用模拟体液和Tris-HCl溶液分别研究了复合材料的体外生物活性和降解性能。结果表明: DCP/PAA复合材料的无机相与有机相存在着一定的相互作用; 聚合反应时间对复合材料的强度有明显的影响, 反应时间越长, PAA的黏度越大, 材料的抗压强度越高; 复合材料具有很好的生物活性, 其表面能够在模拟体液中形成磷灰石层, 新形成磷灰石的Ca与P原子比为1.59, 为缺钙磷灰石; 复合材料能够在Tris-HCl溶液中降解, PAA的黏度对复合材料在Tris-HCl中的降解有一定的影响。复合材料浸泡在Tris-HCl溶液中, 溶液的pH值在浸泡初期略有下降, 但4周后稳定在7.0~7.2, 与人体环境pH值接近。
丝胶含量对温敏凝胶形态和热性能的影响
张青松, 李学伟, 董盼盼, 陈莉, 赵义平
2012, (3): 105-110.
摘要:
采用半互穿网络技术制备得到不同丝胶(SS)含量的丝胶基聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶。采用XRD、SEM、DSC和TGA-DTG分别考察了水凝胶的结构、相容性和热稳定性, 以及凝胶的内部孔洞形态和体积相转变行为。结果表明: 丝胶多肽链和凝胶分子链存在微弱的氢键作用力; 随着丝胶质量分数由0增加至20%, 凝胶的内部孔径增加1~2倍, 且均呈结构完好的蜂窝状结构; 丝胶分子链均匀地分散在凝胶基体中, 无相分离发生; 丝胶分子链引入使聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的体积相转变温度增加0.2~0.3℃; 最大热分解温度和DTG分解峰温度呈缓慢增加趋势。
牵伸倍率对PEDOT PSS/PVA复合导电纤维结构与性能的影响
许英涛, 李昕, 李小宁, 王锐, 杨中开
2012, (3): 111-116.
摘要:
将合成的导电聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚对苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)与聚乙烯醇(PVA)共混, 通过湿法纺丝, 得到了电导率较高、力学性能良好、可进行机织的PEDOT-PSS/PVA复合导电纤维, 研究了牵伸倍率对纤维导电性能、结构、热性能和力学性能的影响。结果表明: 随着牵伸倍率的增加, PEDOT-PSS/PVA复合导电纤维表面的微纤数量增加, 结晶性能、热稳定性及力学性能均有所提高; 当PEDOT-PSS/PVA复合导电纤维的牵伸倍率为4.0时, 其断裂强度、伸长率和初始模量分别为6.74 cN/dtex、5.95%和42.43 cN/dtex, 电导率可达到34.5 S/cm, 具有良好的应用性能。
卵磷脂改性磁性碳纳米管的制备及生物相容性
毕利顺, 王宗花, 夏建飞, 张菲菲, 夏延致, 李延辉
2012, (3): 117-121.
摘要:
采用生物活性两亲性分子卵磷脂(PC), 对制备的磁性碳纳米管(Fe3O4/CNTs)进行非共价修饰, 得到了内部为疏水端、外部为带电亲水基团的类膜结构包覆的改性复合材料Fe3O4/CNTs-PC。在溶液中带电基团通过溶剂化作用及亲水作用, 在复合材料表面形成水化层, 提高复合材料的自由水含量。在蛋白质吸附实验与复钙化凝血时间评价中, Fe3O4/CNTs-PC对蛋白质吸附量仅为0.1368 mg/mg, 复钙化凝血时间延长至324 s, 具有很好的生物相容性。
凝胶离心成型制备316L TiC复合材料
石永亮, 郭志猛, 方哲成, 曾鲜
2012, (3): 122-126.
摘要:
将凝胶离心成型工艺应用于316L-TiC复合粉末的坯体成型, 研究了固含量对316L-TiC复合粉末浆料流变性的影响以及引发剂的加入量对粉末浆料固化时间的影响, 分析了凝胶离心成型工艺中离心转速与316L-TiC坯体的密度和强度的关系。结果表明: 以油酸作分散剂, 制备稳定且流动性好的浆料的最佳固含量为55%(体积分数); 引发剂的加入量为0.7%(占预混液的质量分数), 采用自行设计的离心成型机, 选择最佳转速3000 r/min, 制备出的坯体密度高、无残留气孔, 相对密度64.3%, 强度26.3 MPa。坯体经真空脱胶1380℃烧结保温1 h 制备出316L-TiC合金管, 烧结体收缩均匀无变形, TiC颗粒呈均匀分布。
常压干燥法制备TiO2气凝胶
卢斌, 宋淼, 卢辉, 周强, 魏琪青
2012, (3): 127-133.
摘要:
以钛酸丁酯为原料, 乙酸为有机配体, 甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA), 采用溶胶-凝胶法和溶剂置换等后续工艺, 实现了块状TiO2气凝胶催化剂的常压干燥法制备, 并考察了有机配体对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM、EDS及DSC-TG对样品进行表征。结果表明: 当有机配体与钛酸丁酯物质的量之比为0.9时, 制备的样品性能最佳, 该TiO2气凝胶样品为非晶态, 表观密度为0.25 g·cm-3, 比表面积716.5 m2·g-1, 平均孔径19.1 nm; 在850℃大气气氛下热处理2 h后, 比表面积为122.4 m2·g-1, 平均孔径23.4 nm, 具有较高光催化活性; 经1000℃热处理后, TiO2晶型仍为锐钛矿相, 热稳定性较好, 光催化活性有所降低。未采用有机配体制备的TiO2气凝胶表观密度为0.57 g·cm-3, 比表面积为482.2 m2·g-1。有机配体的使用更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的TiO2气凝胶。
纳米SiO2/环氧树脂金刚石磨块的制备与性能
王俊沙, 万隆, 胡伟达, 翟浩冲, 王志起, 韩雪
2012, (3): 134-139.
摘要:
以液态环氧树脂为结合剂、金刚石为磨料、纳米SiO2为增强材料, 采用浇注法制备了金刚石磨块, 并研究了其性能。结果表明: 促进剂与成型料的总质量比0.25%、固化工艺为130℃/4 h+160℃/2 h时, 磨块可获得较好的固化效果; 金刚石表面经过硅烷偶联剂或镀Ni处理均可提高磨块的耐磨性, 磨削比分别提高15.0%和32.5%; 添加经硅烷偶联剂改性后的纳米SiO2可均匀分散于磨块体系中, 起到质点增强的作用, 且其质量分数为4%时, 磨块的抗弯强度和洛氏硬度最大, 分别达到106 MPa和HRB 56。
形变Cu-11Cr-0.07Ag原位复合材料的组织和性能
刘克明, 陈志宝, 周海涛, 魏仕勇, 胡强, 陆德平
2012, (3): 140-144.
摘要:
采用熔铸-中间热处理-变形工艺制备了形变Cu-11Cr-0.07Ag原位复合材料, 利用扫描电镜、数字微欧计及液晶电子拉力试验机研究了材料的微观组织、力学性能和导电性能。结果表明: 随着冷加工变形量的增加, 铸态无序分布的Cr枝晶状组织逐渐转为沿线拉方向排列, 形成定向排列的Cr纤维, 抗拉强度大幅提高, 电导率略有下降。经适当冷加工变形和中间热处理后的形变Cu-11Cr-0.07Ag原位复合材料具有较好的强度和电导率匹配。冷加工变形量为8时, 其抗拉强度和电导率分别达到851 MPa和73.9% IACS。
Sc2W3O12/ZrO2可控热膨胀复合材料的制备
程晓农, 朱君君, 杨娟
2012, (3): 145-149.
摘要:
采用固相法成功制备了纯度较高的各向异性负热膨胀材料Sc2W3O12。将ZrO2与Sc2W3O12按一定体积比混合, 在1200 ℃烧结10 h制备Sc2W3O12/ZrO2复合材料。通过XRD、SEM、EDS和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。结果表明: 样品组元为正交相Sc2W3O12和单斜相ZrO2; 在 30~600 ℃内, Sc2W3O12/ZrO2复合材料的热膨胀系数皆线性一致, 并且通过改变Sc2W3O12的体积分数, 其热膨胀系数可以控制为正、负或零, 其中60%Sc2W3O12/ZrO2复合材料在30~600 ℃的平均热膨胀系数为0.026×10-6-1, 近似为0。
“三明治”双极膜的制备及其在降解含酚废水中的应用
任羽西, 陈震, 林金火
2012, (3): 150-157.
摘要:
纳米TiO2上负载纳米Pt以制备纳米Pt/TiO2半导体光催化剂, 壳聚糖(CS)经纳米Pt/TiO2改性后作为阴膜层材料, 以羧甲基纤维素(CMC)作为阳膜层材料, 分别用戊二醛与FeCl3对阴、阳膜层进行交联改性, 制备了CMC-Pt/TiO2-CS双极膜, 并将该复合膜作为降解高浓度含酚废水电解槽的隔膜。结果表明: Pt/TiO2光催化剂可促进双极膜中间层水的解离, 大大降低双极膜的膜阻抗和电阻电压降(IR降); 同时, Pt/TiO2光催化剂表面生成的羟基自由基(·OH)可直接作用于苯酚, 使其彻底降解成无机小分子; 紫外光照下在16.7 mA·cm-2的电流密度下电解高浓度含酚废水80 min后, CMC-Pt/TiO2-CS 双极膜的苯酚降解率比CMC-TiO2-CS 双极膜的苯酚降解率高12.7%; 整个电解过程CMC-Pt/TiO2-CS 双极膜的膜电阻电压降保持在0.9 V。
RTM整体成型复合材料翼盒的固有模态及稳定性
罗楚养, 熊峻江, 益小苏, 张子龙, 刘刚
2012, (3): 158-166.
摘要:
采用基于水溶性型芯的RTM成型技术制备了整体化的复合材料翼盒, 并对翼盒进行了自由振动模态试验; 采用三维壳单元, 建立了翼盒固有模态及稳定性有限元分析模型, 该模型分析的翼盒固有模态与试验结果吻合很好, 验证了有限元模型的有效性; 为研究翼盒固有模态及稳定性的铺层效应, 采用该模型分析计算了4种铺层方案的翼盒的固有模态及稳定性。研究结果表明: 对称铺层蒙皮有利于提高翼盒轴向压缩与轴向扭转屈曲载荷及固有频率, 而不利于面外弯曲和弯扭组合情况; 腹板减薄和增加腹板45°铺层均不利于提高, 甚至会大幅度降低屈曲载荷及固有频率, 弯扭组合加载最容易导致失稳。
复合材料层板开孔压缩损伤分析
关志东, 黎增山, 刘德博, 李星
2012, (3): 167-172.
摘要:
针对纤维增强复合材料层板开孔压缩, 将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效, 建立了复合材料层板开孔压缩损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析, 对不同复合材料开孔层板进行了失效预测, 并与文献中试验结果进行了对比, 破坏强度和失效模式均与文献试验结果非常吻合。结果表明, 本文中所建立的层板开孔压缩损伤分析模型能够模拟含孔层合板压缩过程中的损伤起始、损伤扩展和最终破坏, 并最终预测含孔层合板压缩失效模式和破坏强度。
三维网络碳纳米管增强环氧树脂复合材料的细观力学
刘夏, 杨庆生
2012, (3): 173-178.
摘要:
根据网络碳纳米管/环氧树脂(Reticulate Carbon Nanotubes/Epoxy, R-CNTs/EP)复合材料的结构特点, 假设R-CNT均匀分布, 建立了R-CNT/EP复合材料的三维有限元模型。利用有限元法分析了R-CNT/EP复合材料单胞的细观变形, 用二尺度展开法计算了R-CNT/EP复合材料在不同应变下的有效刚度系数。分析结果表明: R-CNT/EP复合材料为各向异性材料, 沿蒸汽流动方向的强度远大于其他方向的强度, 且R-CNT的形状对R-CNT/EP复合材料的力学性能有显著影响, 各刚度系数以及杨氏模量在Y型接头处各角相等时最大; R-CNT的体积分数对R-CNT/EP复合材料的力学性能有显著影响, 各有效性能均随着R-CNT体积分数的增大而增大, 但是增大程度不同。
基于有限元法的蜂窝夹层结构稳定性研究
张铁亮, 丁运亮, 金海波
2012, (3): 184-190.
摘要:
蜂窝夹层结构随面板厚度的逐渐变化会出现不同的屈曲现象。针对连续芯层有限元模型, 求出不同面板厚度时结构的屈曲因子, 并与经验失稳公式预测值进行对比, 两种方法的结果基本吻合。建立考虑芯层几何特征的有限元模型, 进行屈曲分析并研究芯层几何参数对结构稳定性的影响。介绍了一种局部屈曲现象——蜂窝壁屈曲, 提出了相应的失稳预测分析方法, 并与三维有限元分析结果进行比较, 验证该方法的正确性。对承受多轴惯性载荷的蜂窝夹层承力筒结构进行稳定性分析, 通过改变面板厚度和纵横惯性载荷比, 得到一系列有限元解, 给出了相关的多轴惯性载荷相关方程。
缠绕纤维与芯模表面间滑线系数的测量表征
矫维成, 王荣国, 刘文博, 杨帆, 赫晓东
2012, (3): 191-196.
摘要:
提出了一种新的滑线系数测量方法, 并基于一般曲面稳定缠绕条件, 设计了一种能够简便快捷测量滑线系数的新型芯模。该芯模在固定缠绕角情况下, 沿母线方向任意点处的纬度圆半径与该点的滑线系数之间满足线性关系。利用该方法及其装置对碳纤维和玻璃纤维在不同缠绕速度、缠绕张力和胶液黏度等条件下与铝质芯模间的滑线系数进行了测量表征。研究结果表明, 该方法可为缠绕纤维与芯模表面间滑线系数的测量及非测地线缠绕轨迹规划设计提供依据。
含冲击损伤复合材料层压板压缩破坏机制试验研究
杨宇, 孙侠生, 杨胜春, 沈真, 柴亚南
2012, (3): 197-202.
摘要:
为了研究含冲击损伤复合材料层压板的压缩破坏机制, 通过前后表面超声C扫描获得分层损伤在层压板内的分布情况, 使用应变片获取层压板两面的应变场, 采用声发射观察层压板压缩破坏过程。研究发现: 冲击分层损伤在厚度方向上的非对称分布引起层压板内部出现严重的应力集中, 致使纤维断裂并最终导致层压板整体破坏; 导致含冲击损伤层压板压缩破坏的主要原因为纤维断裂而非分层扩展。
基于遗传算法的复合材料结构-声辐射优化研究
陈炉云, 张裕芳
2012, (3): 203-207.
摘要:
研究了外载荷作用下的复合材料结构振动响应和声辐射问题。在此基础上, 分析了复合材料的结构-声辐射优化设计模型, 基于遗传算法进行了对称型复合材料板结构的结构-声辐射铺层几何优化分析。数值算例表明, 复合材料板结构的铺层数、 铺层厚度和铺层角度等参数优化, 可以有效降低结构的振动和声辐射。数值算例结果验证了优化方法的有效性。
应用经纬互规法建立3D机织复合材料的几何模型
杨连贺, 陈利, 王善利
2012, (3): 208-213.
摘要:
采用改进的经纱脉络法表征三维机织复合材料结构, 并将单胞分解为亚胞晶阵, 提出屈曲形态码概念, 并利用编码中蕴含的信息以分段样条曲线拟合纱线中心线; 采用经纬纱互相规仿的方法, 以分段样条曲线拟合纱线截面轮廓线, 进而以解析法建立了预制件的几何模型; 将所建模型与电镜照片进行对比, 获得了较好的一致性。研究结果表明: 可用分段样条曲线描述预制件中纱线的形态; 精度相同时, 互规法建模效率远高于迭代法。
复合材料中压电螺型位错与含刚性核夹杂的电弹干涉
蒋纯志, 刘又文, 谢超
2012, (3): 214-218.
摘要:
为了研究压电复合材料中位于基体的压电螺型位错与含共焦椭圆导电刚性核椭圆夹杂的电弹相互作用, 基于复变函数方法, 获得了基体和夹杂区域的精确级数形式解析解。运用广义Peach-Koehler公式, 导出了作用在位错上像力的解析表达式。在此基础上讨论了椭圆刚性核和材料电弹特性对位错像力以及位错平衡位置的影响规律, 同时讨论了压电夹杂和弹性基体的复合情况。结果表明: 椭圆刚性核对位错有着明显的排斥作用, 可以增强硬夹杂对位错的排斥, 减弱软夹杂对位错的吸引; 对于软夹杂, 在界面附近位错存在一个不稳定的平衡位置; 在基体和夹杂的界面上, 像力迅速增大; 当夹杂的剪切模量远小于基体时, 界面附近不会出现位错的平衡位置。
轴向运动黏弹性夹层板的多模态耦合横向振动
李中华, 李映辉
2012, (3): 219-225.
摘要:
基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt黏弹性本构方程, 建立了轴向运动黏弹性夹层板横向振动控制方程, 研究了其横向振动特性。采用一阶和二阶Galerkin截断得到夹层板横向振动的特征方程, 讨论了两种夹心层所占总厚度比率下轴向运动速度对其横向振动特性的影响。研究表明: 在未超过临界速度前, 无论一阶还是二阶截断, 在定性描述系统特征上二者相同, 但一阶截断不适合描述轴向运动速度超过临界速度的情形; 对四边简支黏弹性夹层板, 临界速度和发生耦合模态颤振的速度随着夹心层比率的减少逐渐增大。