2014年 第31卷 第6期
2014, 31(6): 1383-1393.
摘要:
以马来酸化蓖麻油(MACO)为主要原料,利用无机矿物碳酸钙(CaCO3)粒子作为增强材料制备了环境友好的CaCO3/MACO复合材料及其泡沫塑料,研究了CaCO3对MACO力学性能、动态力学性能和热稳定性的影响,分析了无机粒子与基体间的界面相互作用.研究结果表明:CaCO3含量及其与MACO基体聚合物间的界面黏结是影响复合材料强度的关键因素.随CaCO3含量增加,CaCO3/MACO复合材料的刚性增加,当CaCO3添加量为60wt%时,复合材料的拉伸和弯曲强度达到最优,分别为26.7 MPa 和46.2 MPa,基本达到部分通用塑料的水平.动态力学和热稳定性分析证明:CaCO3作为增强填料可有效提高蓖麻油基塑料的储存模量、玻璃化转变温度和热分解温度.这些行为归于MACO树脂中的羧基和羰基官能团能与CaCO3发生氢键和配位键合作用,形成良好的界面结合.CaCO3也能增强CaCO3/MACO复合泡沫塑料,当泡沫塑料密度为0.24 g/cm3时,加入20wt%的 CaCO3,其压缩强度和模量比纯泡沫塑料的分别提高142.0%和211.5%.添加矿物填料可降低材料中石油基原料的用量,降低材料成本,增加复合材料与环境的相容性.
以马来酸化蓖麻油(MACO)为主要原料,利用无机矿物碳酸钙(CaCO3)粒子作为增强材料制备了环境友好的CaCO3/MACO复合材料及其泡沫塑料,研究了CaCO3对MACO力学性能、动态力学性能和热稳定性的影响,分析了无机粒子与基体间的界面相互作用.研究结果表明:CaCO3含量及其与MACO基体聚合物间的界面黏结是影响复合材料强度的关键因素.随CaCO3含量增加,CaCO3/MACO复合材料的刚性增加,当CaCO3添加量为60wt%时,复合材料的拉伸和弯曲强度达到最优,分别为26.7 MPa 和46.2 MPa,基本达到部分通用塑料的水平.动态力学和热稳定性分析证明:CaCO3作为增强填料可有效提高蓖麻油基塑料的储存模量、玻璃化转变温度和热分解温度.这些行为归于MACO树脂中的羧基和羰基官能团能与CaCO3发生氢键和配位键合作用,形成良好的界面结合.CaCO3也能增强CaCO3/MACO复合泡沫塑料,当泡沫塑料密度为0.24 g/cm3时,加入20wt%的 CaCO3,其压缩强度和模量比纯泡沫塑料的分别提高142.0%和211.5%.添加矿物填料可降低材料中石油基原料的用量,降低材料成本,增加复合材料与环境的相容性.
2014, 31(6): 1394-1401.
摘要:
针对酚醛泡沫脆性大、强度低等缺点,采用3种不同增强形式的玻璃纤维增强体,即短切玻璃纤维(SGF)、酚醛树脂浸渍固化的玻璃纤维针(GFN)及三维间隔连体织物,对酚醛泡沫进行增强.研究了纤维含量和纤维长度对酚醛泡沫压缩性能的影响规律,对比了不同增强形式纤维增强酚醛泡沫复合材料的压缩性能与保温性能.结果表明:当SGF长度为3 mm,与基体质量比为5%时,SGF增强酚醛泡沫的比压缩强度最佳,较纯泡沫的提高了21%;GFN(长度5 mm,与基体质量比为25%)增强酚醛泡沫的比强度提高8%;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的比强度虽略有下降,但其压缩强度(0.239 MPa)达到了承重类酚醛泡沫的要求.SGF和GFN增强的酚醛泡沫的热导率与纯酚醛泡沫的相比略有上升,但仍符合高效保温材料的要求;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的热导率上升明显.
针对酚醛泡沫脆性大、强度低等缺点,采用3种不同增强形式的玻璃纤维增强体,即短切玻璃纤维(SGF)、酚醛树脂浸渍固化的玻璃纤维针(GFN)及三维间隔连体织物,对酚醛泡沫进行增强.研究了纤维含量和纤维长度对酚醛泡沫压缩性能的影响规律,对比了不同增强形式纤维增强酚醛泡沫复合材料的压缩性能与保温性能.结果表明:当SGF长度为3 mm,与基体质量比为5%时,SGF增强酚醛泡沫的比压缩强度最佳,较纯泡沫的提高了21%;GFN(长度5 mm,与基体质量比为25%)增强酚醛泡沫的比强度提高8%;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的比强度虽略有下降,但其压缩强度(0.239 MPa)达到了承重类酚醛泡沫的要求.SGF和GFN增强的酚醛泡沫的热导率与纯酚醛泡沫的相比略有上升,但仍符合高效保温材料的要求;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的热导率上升明显.
2014, 31(6): 1402-1408.
摘要:
为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.
为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.
2014, 31(6): 1409-1415.
摘要:
基于热力学非平衡现象,将聚乳酸(PLA)-聚氧化乙烯(PEO)-CHCl3溶液置于远离热力学平衡状态的开放系中干燥,自组织构筑了PLA-PEO复合体系内部的梯度相分离结构.通过偏光显微镜(POM)和衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱对复合材料共混膜试样内部的梯度结构进行了表征.结果表明:在热力学非平衡状态下,复合体系内部形成了梯度结构;随着体系远离平衡状态,PLA富集在能量流出的空气侧,PEO则富集在能量流入的底部,膜的组成在能量流动方向上形成梯度分布,并随体系远离平衡状态呈增大的趋势,而热力学平衡状态是影响梯度结构形成的主要因素.
基于热力学非平衡现象,将聚乳酸(PLA)-聚氧化乙烯(PEO)-CHCl3溶液置于远离热力学平衡状态的开放系中干燥,自组织构筑了PLA-PEO复合体系内部的梯度相分离结构.通过偏光显微镜(POM)和衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱对复合材料共混膜试样内部的梯度结构进行了表征.结果表明:在热力学非平衡状态下,复合体系内部形成了梯度结构;随着体系远离平衡状态,PLA富集在能量流出的空气侧,PEO则富集在能量流入的底部,膜的组成在能量流动方向上形成梯度分布,并随体系远离平衡状态呈增大的趋势,而热力学平衡状态是影响梯度结构形成的主要因素.
2014, 31(6): 1416-1421.
摘要:
用KH550硅烷偶联剂和聚电解质型表面活性剂聚乙烯亚胺(PEI)分别对金刚石进行表面改性,研究了KH550和PEI对金刚石表面电性、金刚石在聚酰胺酰亚胺树脂液中的悬浮性及与树脂结合性的影响.结果表明:改性后金刚石表面的电性能发生显著变化,在酸性条件下,zeta电位绝对值明显提高,颗粒间的静电斥力增强,改善了金刚石在树脂液中的悬浮稳定性;改善了树脂对金刚石表面润湿性及其界面结合性,提高了线锯的切割性能;KH550对金刚石的改性效果优于PEI的改性效果.
用KH550硅烷偶联剂和聚电解质型表面活性剂聚乙烯亚胺(PEI)分别对金刚石进行表面改性,研究了KH550和PEI对金刚石表面电性、金刚石在聚酰胺酰亚胺树脂液中的悬浮性及与树脂结合性的影响.结果表明:改性后金刚石表面的电性能发生显著变化,在酸性条件下,zeta电位绝对值明显提高,颗粒间的静电斥力增强,改善了金刚石在树脂液中的悬浮稳定性;改善了树脂对金刚石表面润湿性及其界面结合性,提高了线锯的切割性能;KH550对金刚石的改性效果优于PEI的改性效果.
2014, 31(6): 1422-1427.
摘要:
将纳米TiO2与低密度聚乙烯(LDPE)复合形成包膜液,采用喷动流化床包膜设备制备了纳米TiO2-LDPE复合材料包膜控释肥.在水浸泡法研究控释肥养分释放特征的基础上,对人工加速老化条件下光照不同时间的控释肥残膜进行失重率测定.采用FT-IR、DSC和黏度法等分析了纳米TiO2对控释肥残膜光催化降解特性的影响,探讨了残膜在光照前后的分子量和羰基指数等的变化规律.结果表明:光催化剂加入后,控释肥的养分释放速率降低且释放期变长;疏水纳米TiO2对控释肥残膜的降解具有显著的促进作用,当添加的质量分数为1%时,降解性能最好.随着残膜的降解程度增大,残膜中LDPE的羰基指数和结晶度升高,黏均分子量下降.
将纳米TiO2与低密度聚乙烯(LDPE)复合形成包膜液,采用喷动流化床包膜设备制备了纳米TiO2-LDPE复合材料包膜控释肥.在水浸泡法研究控释肥养分释放特征的基础上,对人工加速老化条件下光照不同时间的控释肥残膜进行失重率测定.采用FT-IR、DSC和黏度法等分析了纳米TiO2对控释肥残膜光催化降解特性的影响,探讨了残膜在光照前后的分子量和羰基指数等的变化规律.结果表明:光催化剂加入后,控释肥的养分释放速率降低且释放期变长;疏水纳米TiO2对控释肥残膜的降解具有显著的促进作用,当添加的质量分数为1%时,降解性能最好.随着残膜的降解程度增大,残膜中LDPE的羰基指数和结晶度升高,黏均分子量下降.
2014, 31(6): 1428-1435.
摘要:
选用无碱玻璃纤维束、短切纤维毡、不饱和树脂与泡桐木芯材,制备了轻木-玻璃纤维增强塑料(GFRP)夹芯板,对其拉挤工艺进行了研究.研究表明:设定模具加热温度(凝胶区)为160 ℃、选取的拉挤速率为10 cm/min时,可制造得到表观性能良好的泡桐木-GFRP夹芯板.通过双悬臂梁(DCB)试验,在芯材表面开槽和不开槽2种情况下,研究了泡桐木与GFRP面层之间的界面黏结性能,并与真空导入工艺制作的夹芯板的界面黏结性能进行了对比.结果表明:拉挤工艺生产的泡桐木-GFRP夹芯板的界面黏结性能已达到甚至优于真空导入工艺生产的.芯材表面开槽可以有效提高试件的界面能量释放率,且对真空导入工艺制作的试件效果更为明显.在拉挤工艺中,树脂难以有效填充齿槽形成"树脂钉",故不能明显提高界面黏结力.在对界面性能要求不严格时,拉挤工艺中芯材表面可不开槽,以减少生产工序、降低生产难度.
选用无碱玻璃纤维束、短切纤维毡、不饱和树脂与泡桐木芯材,制备了轻木-玻璃纤维增强塑料(GFRP)夹芯板,对其拉挤工艺进行了研究.研究表明:设定模具加热温度(凝胶区)为160 ℃、选取的拉挤速率为10 cm/min时,可制造得到表观性能良好的泡桐木-GFRP夹芯板.通过双悬臂梁(DCB)试验,在芯材表面开槽和不开槽2种情况下,研究了泡桐木与GFRP面层之间的界面黏结性能,并与真空导入工艺制作的夹芯板的界面黏结性能进行了对比.结果表明:拉挤工艺生产的泡桐木-GFRP夹芯板的界面黏结性能已达到甚至优于真空导入工艺生产的.芯材表面开槽可以有效提高试件的界面能量释放率,且对真空导入工艺制作的试件效果更为明显.在拉挤工艺中,树脂难以有效填充齿槽形成"树脂钉",故不能明显提高界面黏结力.在对界面性能要求不严格时,拉挤工艺中芯材表面可不开槽,以减少生产工序、降低生产难度.
2014, 31(6): 1436-1445.
摘要:
以玉米淀粉和马来酸酐(MAH)为原料,通过干法合成MAH酯化淀粉,通过熔融挤出法制备酯化淀粉/聚乳酸(PLA)复合材料.研究了MAH用量对复合材料结晶度和相容性的影响,同时考察了相容性和结晶度的变化对复合材料热性能、熔融流动性能、力学性能、耐水性能和流变性能的影响.FTIR结果证明通过干法成功合成了MAH酯化淀粉.酯化淀粉的取代度随MAH用量增多逐渐增大,反应效率高达90%.XRD和DSC结果表明:随着MAH用量增多,酯化淀粉/PLA复合材料的结晶度逐渐降低,淀粉和PLA的相容性逐渐提高.结晶度的降低和相容性的提高使复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,熔融流动性提高,耐水性提高.在力学性能和流变性能受相容性和结晶度的共同影响下,酯化淀粉中MAH用量从0增加到1.0wt%时,复合材料拉伸强度、弯曲强度、储能模量和复数黏度都逐渐增大,MAH用量超过1.0wt%后,性能逐渐降低.
以玉米淀粉和马来酸酐(MAH)为原料,通过干法合成MAH酯化淀粉,通过熔融挤出法制备酯化淀粉/聚乳酸(PLA)复合材料.研究了MAH用量对复合材料结晶度和相容性的影响,同时考察了相容性和结晶度的变化对复合材料热性能、熔融流动性能、力学性能、耐水性能和流变性能的影响.FTIR结果证明通过干法成功合成了MAH酯化淀粉.酯化淀粉的取代度随MAH用量增多逐渐增大,反应效率高达90%.XRD和DSC结果表明:随着MAH用量增多,酯化淀粉/PLA复合材料的结晶度逐渐降低,淀粉和PLA的相容性逐渐提高.结晶度的降低和相容性的提高使复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,熔融流动性提高,耐水性提高.在力学性能和流变性能受相容性和结晶度的共同影响下,酯化淀粉中MAH用量从0增加到1.0wt%时,复合材料拉伸强度、弯曲强度、储能模量和复数黏度都逐渐增大,MAH用量超过1.0wt%后,性能逐渐降低.
2014, 31(6): 1446-1451.
摘要:
以不同尺寸的纳米石墨为原料,制备了纳米石墨/天然橡胶(NR)复合材料.研究不同尺寸(30、80、150 nm)的纳米石墨对复合材料的应力软化效应(Mullins效应)、Payne效应、动态生热和损耗因子的影响.结果表明:随着纳米石墨尺寸的增大,纳米填料对纳米石墨/NR复合材料体系的补强作用明显,应力软化效应增大、动态损耗因子增加,但Payne效应降低;纳米石墨/NR复合材料动态损耗因子越大,其动态生热越高;动态生热还与填料粒子网络形成紧密相关.SEM观察及Payne效应分析结果表明:采用不同尺寸的纳米石墨材料填充天然橡胶,大尺寸石墨在橡胶基体中易于分散均匀,片层的聚集程度小,而小尺寸纳米片层表现出较明显的团聚.
以不同尺寸的纳米石墨为原料,制备了纳米石墨/天然橡胶(NR)复合材料.研究不同尺寸(30、80、150 nm)的纳米石墨对复合材料的应力软化效应(Mullins效应)、Payne效应、动态生热和损耗因子的影响.结果表明:随着纳米石墨尺寸的增大,纳米填料对纳米石墨/NR复合材料体系的补强作用明显,应力软化效应增大、动态损耗因子增加,但Payne效应降低;纳米石墨/NR复合材料动态损耗因子越大,其动态生热越高;动态生热还与填料粒子网络形成紧密相关.SEM观察及Payne效应分析结果表明:采用不同尺寸的纳米石墨材料填充天然橡胶,大尺寸石墨在橡胶基体中易于分散均匀,片层的聚集程度小,而小尺寸纳米片层表现出较明显的团聚.
2014, 31(6): 1452-1456.
摘要:
为了改善左旋聚乳酸(PLLA)的降解性,采用溶液共混法将PLLA和MgO纳米颗粒(MgO-NPs)进行复合,制备了一种具有良好力学性能的骨修复复合材料.结果显示:改性MgO纳米颗粒(g-MgO-NPs)在PLLA基体中的分散效果及界面结合性比未改性的好.4%(质量比)g-MgO-NPs的添加量使薄膜的拉伸强度从10.6 MPa增大到30.1 MPa,断裂伸长率从71%减小为59%,并使薄膜降解后的pH值趋于稳定,基本接近生理盐水的pH值.由此表明:g-MgO-NPs在一定程度上能改善聚乳酸复合膜的降解性及其力学性能.
为了改善左旋聚乳酸(PLLA)的降解性,采用溶液共混法将PLLA和MgO纳米颗粒(MgO-NPs)进行复合,制备了一种具有良好力学性能的骨修复复合材料.结果显示:改性MgO纳米颗粒(g-MgO-NPs)在PLLA基体中的分散效果及界面结合性比未改性的好.4%(质量比)g-MgO-NPs的添加量使薄膜的拉伸强度从10.6 MPa增大到30.1 MPa,断裂伸长率从71%减小为59%,并使薄膜降解后的pH值趋于稳定,基本接近生理盐水的pH值.由此表明:g-MgO-NPs在一定程度上能改善聚乳酸复合膜的降解性及其力学性能.
2014, 31(6): 1457-1466.
摘要:
以水为溶剂,设计玻璃保温装置,采用静电纺丝技术制备了葡萄籽多酚/明胶复合纤维,系统探讨了浓度、温度、电压、流速等工艺条件以及葡萄籽多酚含量对葡萄籽多酚/明胶复合纤维形貌的影响.结果表明:当明胶浓度为24wt%时,随着温度和电压的增大,纤维平均直径先减小后增大,随葡萄籽多酚含量增大,纤维平均直径增大.通过加入适量葡萄籽多酚,可将纺丝速度从0.25 mL/h提高到0.90 mL/h,显著提高了工作效率;当葡萄籽多酚与明胶的质量比≥1:30时,纤维表面出现串珠;当葡萄籽多酚与明胶的质量比≥1:20时,可纺性变差.在明胶浓度为24wt%,葡萄籽多酚与明胶质量比为1:50,控制温度55 ℃,电压20 kV,接收距离12 cm,速率0.90 mL/h的条件下,制备了纤维直径分布集中,平均直径为515 nm的葡萄籽多酚/明胶复合纤维.明胶溶液中加入适量葡萄籽多酚不仅大大提高了纺丝效率,同时由于其良好的抗菌活性和对明胶的交联作用,使复合纤维膜可广泛应用于生物医药领域,特别是创伤敷料方面.
以水为溶剂,设计玻璃保温装置,采用静电纺丝技术制备了葡萄籽多酚/明胶复合纤维,系统探讨了浓度、温度、电压、流速等工艺条件以及葡萄籽多酚含量对葡萄籽多酚/明胶复合纤维形貌的影响.结果表明:当明胶浓度为24wt%时,随着温度和电压的增大,纤维平均直径先减小后增大,随葡萄籽多酚含量增大,纤维平均直径增大.通过加入适量葡萄籽多酚,可将纺丝速度从0.25 mL/h提高到0.90 mL/h,显著提高了工作效率;当葡萄籽多酚与明胶的质量比≥1:30时,纤维表面出现串珠;当葡萄籽多酚与明胶的质量比≥1:20时,可纺性变差.在明胶浓度为24wt%,葡萄籽多酚与明胶质量比为1:50,控制温度55 ℃,电压20 kV,接收距离12 cm,速率0.90 mL/h的条件下,制备了纤维直径分布集中,平均直径为515 nm的葡萄籽多酚/明胶复合纤维.明胶溶液中加入适量葡萄籽多酚不仅大大提高了纺丝效率,同时由于其良好的抗菌活性和对明胶的交联作用,使复合纤维膜可广泛应用于生物医药领域,特别是创伤敷料方面.
2014, 31(6): 1467-1475.
摘要:
为探索纤维增强地质聚合物宏观力学行为与细观损伤演化特征之间的关联,对不同纤维体积掺量(纤维与拌合物的体积比)的钢纤维增强粉煤灰地质聚合物复合材料进行了单轴压缩试验.基于声发射技术,对试样压缩过程的声发射行为进行监测,研究了纤维体积掺量对地质聚合物单轴受压破坏行为及声发射特性的影响.结果表明:地质聚合物的强度、延性、声发射波形的上升斜率及平均频率均随纤维掺量的提高而增大,试件破坏形态由脆性灾变逐渐向延性破坏转变;在破坏前期,纤维体积掺量为0及0.5%的试件的声发射撞击率及能量释放率(简称能量率)都保持在较高水平,最终导致试件出现灾变破坏;而2.0%的纤维体积掺量使得声发射撞击率及能量率在应力-时间曲线的拐点处达到峰值,随后缓慢下降,最终导致试件呈现延性破坏;因此,仅依据声发射撞击率及能量率的快速上升来预测灾变破坏的发生,有时可能会出现谎报的情况.
为探索纤维增强地质聚合物宏观力学行为与细观损伤演化特征之间的关联,对不同纤维体积掺量(纤维与拌合物的体积比)的钢纤维增强粉煤灰地质聚合物复合材料进行了单轴压缩试验.基于声发射技术,对试样压缩过程的声发射行为进行监测,研究了纤维体积掺量对地质聚合物单轴受压破坏行为及声发射特性的影响.结果表明:地质聚合物的强度、延性、声发射波形的上升斜率及平均频率均随纤维掺量的提高而增大,试件破坏形态由脆性灾变逐渐向延性破坏转变;在破坏前期,纤维体积掺量为0及0.5%的试件的声发射撞击率及能量释放率(简称能量率)都保持在较高水平,最终导致试件出现灾变破坏;而2.0%的纤维体积掺量使得声发射撞击率及能量率在应力-时间曲线的拐点处达到峰值,随后缓慢下降,最终导致试件呈现延性破坏;因此,仅依据声发射撞击率及能量率的快速上升来预测灾变破坏的发生,有时可能会出现谎报的情况.
2014, 31(6): 1476-1480.
摘要:
以硅藻土和聚氨酯为原材料,成功制备出了具有多孔径连通孔道的硅藻土/聚氨酯复合材料.研究了硅藻土、匀泡剂及增塑剂含量对硅藻土/聚氨酯复合材料的组织结构、抗压强度和吸声性能的影响.结果表明,硅藻土/聚氨酯多孔复合材料具有良好的抗压强度和吸声特性.硅藻土含量为65wt%的硅藻土/聚氨酯复合材料表现出优良的吸声特性,其吸声峰位于1 600 Hz附近,且吸声系数大于0.9,吸声系数高于0.56的频率宽度大于2 000 Hz.
以硅藻土和聚氨酯为原材料,成功制备出了具有多孔径连通孔道的硅藻土/聚氨酯复合材料.研究了硅藻土、匀泡剂及增塑剂含量对硅藻土/聚氨酯复合材料的组织结构、抗压强度和吸声性能的影响.结果表明,硅藻土/聚氨酯多孔复合材料具有良好的抗压强度和吸声特性.硅藻土含量为65wt%的硅藻土/聚氨酯复合材料表现出优良的吸声特性,其吸声峰位于1 600 Hz附近,且吸声系数大于0.9,吸声系数高于0.56的频率宽度大于2 000 Hz.
2014, 31(6): 1481-1489.
摘要:
采用一步溶胶-凝胶共缩合结合溶剂热合成技术制备出一系列介孔电气石/TiO2复合材料,表征了复合材料的相结构、形貌、孔隙率、光吸收性质以及组成结构.结果表明:制备的电气石/TiO2复合材料具有纯锐钛矿晶相、均匀的介孔结构、较大的比表面积(205~242 m2·g-1)、均匀的孔径分布(3.4~3.8 nm)以及较低的带隙能(3.0 eV).在模拟太阳光照射下,电气石/TiO2复合材料可以被成功地应用于水中有机污染物罗丹明B和诺氟沙星的降解.降解动力学研究表明:电气石的掺杂提高了TiO2的光催化量子效率,降低了TiO2的带隙能.对罗丹明B的降解,电气石掺杂量为1wt%~5wt%的电气石/TiO2复合材料表现出比纯TiO2更高的降解速率,对诺氟沙星的降解,电气石/TiO2复合材料的降解速率高于纯TiO2的.
采用一步溶胶-凝胶共缩合结合溶剂热合成技术制备出一系列介孔电气石/TiO2复合材料,表征了复合材料的相结构、形貌、孔隙率、光吸收性质以及组成结构.结果表明:制备的电气石/TiO2复合材料具有纯锐钛矿晶相、均匀的介孔结构、较大的比表面积(205~242 m2·g-1)、均匀的孔径分布(3.4~3.8 nm)以及较低的带隙能(3.0 eV).在模拟太阳光照射下,电气石/TiO2复合材料可以被成功地应用于水中有机污染物罗丹明B和诺氟沙星的降解.降解动力学研究表明:电气石的掺杂提高了TiO2的光催化量子效率,降低了TiO2的带隙能.对罗丹明B的降解,电气石掺杂量为1wt%~5wt%的电气石/TiO2复合材料表现出比纯TiO2更高的降解速率,对诺氟沙星的降解,电气石/TiO2复合材料的降解速率高于纯TiO2的.
2014, 31(6): 1490-1496.
摘要:
采用Zn(Ac)2/聚乙二醇600(PEG600)/H2O三元混合溶液作为前驱物,通过100~200 ℃温度范围内的两阶段加热使Zn(Ac)2水解,再经过高温煅烧使ZnO晶种在SiO2孔壁上形成.以锌氨络合物为锌源,在90 ℃下热分解后生成的Zn(OH)2沉积在孔道中,并在100 ℃下利用水热合成原位制备ZnO纳米线,通过改变三元前驱物组分用量以调节ZnO晶种的尺寸与分布,进而控制纳米线的形貌,最终获得了直径为15~20 nm的ZnO纳米线,其以无规线团形貌均匀填充于三维孔道中.XRD和拉曼光谱表明纳米线为六方纤锌矿型ZnO晶体.考察了ZnO纳米线/大孔SiO2复合物对猪胰脂肪酶的吸附性能,实验测得复合物的吸附量是单纯大孔SiO2材料的5~6倍,其最大固定量为286.8 mg·g-1,最高酶活为425.5 U·g-1,被固定的酶蛋白在缓冲溶液中经过48 h浸泡不易脱落,且活性保持稳定.
采用Zn(Ac)2/聚乙二醇600(PEG600)/H2O三元混合溶液作为前驱物,通过100~200 ℃温度范围内的两阶段加热使Zn(Ac)2水解,再经过高温煅烧使ZnO晶种在SiO2孔壁上形成.以锌氨络合物为锌源,在90 ℃下热分解后生成的Zn(OH)2沉积在孔道中,并在100 ℃下利用水热合成原位制备ZnO纳米线,通过改变三元前驱物组分用量以调节ZnO晶种的尺寸与分布,进而控制纳米线的形貌,最终获得了直径为15~20 nm的ZnO纳米线,其以无规线团形貌均匀填充于三维孔道中.XRD和拉曼光谱表明纳米线为六方纤锌矿型ZnO晶体.考察了ZnO纳米线/大孔SiO2复合物对猪胰脂肪酶的吸附性能,实验测得复合物的吸附量是单纯大孔SiO2材料的5~6倍,其最大固定量为286.8 mg·g-1,最高酶活为425.5 U·g-1,被固定的酶蛋白在缓冲溶液中经过48 h浸泡不易脱落,且活性保持稳定.
2014, 31(6): 1497-1502.
摘要:
为研究芳纶短纤维对复合材料夹芯材料/结构的界面及性能的影响,对具有芳纶短纤维增韧界面的碳纤维-泡沫铝夹芯梁进行了试验和细观增韧机制研究.在夹芯梁制备过程中,在碳纤维-泡沫铝界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过短纤维的桥联作用,提高夹芯梁的界面黏接性能.研究了芳纶纤维增韧对夹芯梁面内压缩性能和破坏模态的影响,采用非对称双悬臂梁(ADCB)试验测量了不同增韧参数条件下,碳纤维表板与泡沫铝芯体之间的临界能量释放率.试验结果显示:在相同增韧参数条件下,Kevlar纤维增韧夹芯梁的面内压缩性能和界面临界能量释放率均较好,而混杂长度Kevlar纤维的界面增韧效果最优.通过对试件断面的SEM观测,分析了芳纶纤维增韧的细观增韧机制.
为研究芳纶短纤维对复合材料夹芯材料/结构的界面及性能的影响,对具有芳纶短纤维增韧界面的碳纤维-泡沫铝夹芯梁进行了试验和细观增韧机制研究.在夹芯梁制备过程中,在碳纤维-泡沫铝界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过短纤维的桥联作用,提高夹芯梁的界面黏接性能.研究了芳纶纤维增韧对夹芯梁面内压缩性能和破坏模态的影响,采用非对称双悬臂梁(ADCB)试验测量了不同增韧参数条件下,碳纤维表板与泡沫铝芯体之间的临界能量释放率.试验结果显示:在相同增韧参数条件下,Kevlar纤维增韧夹芯梁的面内压缩性能和界面临界能量释放率均较好,而混杂长度Kevlar纤维的界面增韧效果最优.通过对试件断面的SEM观测,分析了芳纶纤维增韧的细观增韧机制.
2014, 31(6): 1503-1508.
摘要:
由于工艺特殊性,一些陶瓷材料中不可避免地存在孔隙、夹杂等缺陷,且孔隙、夹杂大多分布不均匀,而这种不均匀性对陶瓷材料力学性能有较大影响.根据分布不均匀性特点,以陶瓷材料中孔隙分布为例,定义了均匀度对孔隙分布的不均匀性进行量化,提出了利用图像处理确定均匀度的方法.根据图像处理结果,将材料分为富含孔隙的等效基体相和不含孔隙的等效颗粒相,利用相互作用直推估计(IDD)法研究了材料强度随均匀度的变化关系.结果表明:孔隙分布均匀度对材料强度有较大影响,孔隙分布的均匀度越小,材料强度越低,并且在均匀度低于0.2时造成强度的剧烈降低,当均匀度大于0.5时,对材料强度的影响很小.
由于工艺特殊性,一些陶瓷材料中不可避免地存在孔隙、夹杂等缺陷,且孔隙、夹杂大多分布不均匀,而这种不均匀性对陶瓷材料力学性能有较大影响.根据分布不均匀性特点,以陶瓷材料中孔隙分布为例,定义了均匀度对孔隙分布的不均匀性进行量化,提出了利用图像处理确定均匀度的方法.根据图像处理结果,将材料分为富含孔隙的等效基体相和不含孔隙的等效颗粒相,利用相互作用直推估计(IDD)法研究了材料强度随均匀度的变化关系.结果表明:孔隙分布均匀度对材料强度有较大影响,孔隙分布的均匀度越小,材料强度越低,并且在均匀度低于0.2时造成强度的剧烈降低,当均匀度大于0.5时,对材料强度的影响很小.
2014, 31(6): 1509-1515.
摘要:
以CaO-B2O3-SiO2(CBS)玻璃粉体和Al2O3陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al2O3的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi2O3作为烧结助熔剂,探讨了Bi2O3助熔剂对CBS/Al2O3复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi2O3助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al2O3复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al2O3复合材料.然而,过量添加Bi2O3将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al2O3复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi2O3的添加量为CBS/Al2O3复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al2O3复合材料,密度为2.82 g·cm-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10-6 K-1.
以CaO-B2O3-SiO2(CBS)玻璃粉体和Al2O3陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al2O3的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi2O3作为烧结助熔剂,探讨了Bi2O3助熔剂对CBS/Al2O3复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi2O3助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al2O3复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al2O3复合材料.然而,过量添加Bi2O3将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al2O3复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi2O3的添加量为CBS/Al2O3复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al2O3复合材料,密度为2.82 g·cm-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10-6 K-1.
2014, 31(6): 1516-1524.
摘要:
为研究适应性底座的受压膨胀力学特性,提出了一种基于纤维帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法.该方法建立在帘线与橡胶材料参数的准确取值这一基础上,其中橡胶材料采用Mooney-Rivilin本构模型进行描述,通过拉伸试验验证了本构模型的准确性,基于束帘线拉伸试验规律对帘线拉伸模量进行了修正.通过上述方法,对适应性橡胶底座受压膨胀过程进行了数值模拟与试验研究.结果表明:这一精确建模方法能够较好地模拟底座的受压膨胀特性,能够获取底座中帘线与橡胶材料的应力、应变的分布以及二者的变化规律.研究工作为适应性底座的进一步研究和实际应用提供了技术支撑.
为研究适应性底座的受压膨胀力学特性,提出了一种基于纤维帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法.该方法建立在帘线与橡胶材料参数的准确取值这一基础上,其中橡胶材料采用Mooney-Rivilin本构模型进行描述,通过拉伸试验验证了本构模型的准确性,基于束帘线拉伸试验规律对帘线拉伸模量进行了修正.通过上述方法,对适应性橡胶底座受压膨胀过程进行了数值模拟与试验研究.结果表明:这一精确建模方法能够较好地模拟底座的受压膨胀特性,能够获取底座中帘线与橡胶材料的应力、应变的分布以及二者的变化规律.研究工作为适应性底座的进一步研究和实际应用提供了技术支撑.
2014, 31(6): 1525-1531.
摘要:
研究了完整、开口周边加强及开口加口盖3种型式的复合材料三分之一柱面壳的压缩屈曲性能,考查了3种典型复合材料柱面壳的轴压屈曲强度,分析了开口及口盖对柱面壳压缩稳定性的影响.结果表明:开口大大降低了柱面壳的轴压屈曲强度;口盖可以部分恢复其强度,但很难达到开口之前的水平.进行了开口加口盖经编织物铺层三分之一柱面壳轴向压缩试验,其轴压屈曲强度比用平面织物制造的相同结构的降低很多.为了探究其轴压屈曲强度比同类结构偏低很多的原因,进行了非均匀加载复合材料柱面壳模型有限元分析.结果表明:柱面壳边界不均匀加载会降低其承载能力,根据柱面壳刚度分布制定边界载荷可以提高其承载能力.
研究了完整、开口周边加强及开口加口盖3种型式的复合材料三分之一柱面壳的压缩屈曲性能,考查了3种典型复合材料柱面壳的轴压屈曲强度,分析了开口及口盖对柱面壳压缩稳定性的影响.结果表明:开口大大降低了柱面壳的轴压屈曲强度;口盖可以部分恢复其强度,但很难达到开口之前的水平.进行了开口加口盖经编织物铺层三分之一柱面壳轴向压缩试验,其轴压屈曲强度比用平面织物制造的相同结构的降低很多.为了探究其轴压屈曲强度比同类结构偏低很多的原因,进行了非均匀加载复合材料柱面壳模型有限元分析.结果表明:柱面壳边界不均匀加载会降低其承载能力,根据柱面壳刚度分布制定边界载荷可以提高其承载能力.
2014, 31(6): 1532-1542.
摘要:
针对在航空结构中广泛应用的复合材料蜂窝夹芯圆管中的接头这一最脆弱的部分,发展了一种分析复合材料蜂窝夹芯圆管胶粘接头力学特性的解析模型.该模型根据Gibson修正公式得到了蜂窝芯子的等效弹性参数,再运用经典的复合材料壳理论和线弹性理论得到管接头的控制方程,并通过状态空间法进行求解.运用本文模型,计算了管接头在扭矩和弯矩作用下胶层内的剪应力和剥离应力;同时采用有限元法对模型进行了数值模拟,并将模拟结果与模型计算结果进行了对比,最后分析了搭接长度对胶层内应力的影响.
针对在航空结构中广泛应用的复合材料蜂窝夹芯圆管中的接头这一最脆弱的部分,发展了一种分析复合材料蜂窝夹芯圆管胶粘接头力学特性的解析模型.该模型根据Gibson修正公式得到了蜂窝芯子的等效弹性参数,再运用经典的复合材料壳理论和线弹性理论得到管接头的控制方程,并通过状态空间法进行求解.运用本文模型,计算了管接头在扭矩和弯矩作用下胶层内的剪应力和剥离应力;同时采用有限元法对模型进行了数值模拟,并将模拟结果与模型计算结果进行了对比,最后分析了搭接长度对胶层内应力的影响.
2014, 31(6): 1543-1550.
摘要:
发展了一种能够预测三维四向编织陶瓷基复合材料(3D-B-CMCs)拉伸模量与强度以及损伤演化过程的数值计算方法.首先,利用复合圆柱(CCA)和全局载荷分担(GLS)两种模型预测了纤维束的弹性模量和拉伸强度;然后,利用微焦点CT技术建立了能够反映3D-B-CMCs真实编织几何结构的胞元模型;其次,采用Hashin纤维束失效模型以及考虑单元尺寸的各向异性损伤力学本构模型,编制了ABAQUS/UMAT子程序,对3D-B-CMCs材料宏观拉伸的整个过程进行了计算模拟,预测了宏观拉伸应力-应变曲线,并与试验结果相吻合,证明了所建立方法的合理性和UMAT程序的有效性.同时,研究和讨论了拉伸过程中材料内部不同的损伤破坏模式对复合材料整体力学性能的影响,为材料的疲劳和蠕变等力学行为的内部损伤演化提供了依据.
发展了一种能够预测三维四向编织陶瓷基复合材料(3D-B-CMCs)拉伸模量与强度以及损伤演化过程的数值计算方法.首先,利用复合圆柱(CCA)和全局载荷分担(GLS)两种模型预测了纤维束的弹性模量和拉伸强度;然后,利用微焦点CT技术建立了能够反映3D-B-CMCs真实编织几何结构的胞元模型;其次,采用Hashin纤维束失效模型以及考虑单元尺寸的各向异性损伤力学本构模型,编制了ABAQUS/UMAT子程序,对3D-B-CMCs材料宏观拉伸的整个过程进行了计算模拟,预测了宏观拉伸应力-应变曲线,并与试验结果相吻合,证明了所建立方法的合理性和UMAT程序的有效性.同时,研究和讨论了拉伸过程中材料内部不同的损伤破坏模式对复合材料整体力学性能的影响,为材料的疲劳和蠕变等力学行为的内部损伤演化提供了依据.
2014, 31(6): 1551-1557.
摘要:
基于对铜包铝双金属复合材料轧制变形过程进行的有限元模拟,建立了双金属复合材料轧制变形分区模型,可分为弹性区、单材料塑性区、后滑区、揉轧区和前滑区.以铜的体积分数为变量,对不同铜含量的铜包铝复合材料的轧制过程进行模拟,在单一材料轧制力理论计算公式的基础上,提出了双金属复合材料轧制力的理论计算公式,通过对铜包铝复合材料轧制的试验和不同压下率下的铜包铝双金属复合材料轧制成形的有限元模拟,对所推导出的轧制力公式进行了验证.
基于对铜包铝双金属复合材料轧制变形过程进行的有限元模拟,建立了双金属复合材料轧制变形分区模型,可分为弹性区、单材料塑性区、后滑区、揉轧区和前滑区.以铜的体积分数为变量,对不同铜含量的铜包铝复合材料的轧制过程进行模拟,在单一材料轧制力理论计算公式的基础上,提出了双金属复合材料轧制力的理论计算公式,通过对铜包铝复合材料轧制的试验和不同压下率下的铜包铝双金属复合材料轧制成形的有限元模拟,对所推导出的轧制力公式进行了验证.
2014, 31(6): 1558-1565.
摘要:
考虑内部热传导,研究了格栅夹层梁一侧受热后的弯曲变形.认为变形后夹层结构中间腹板无弯曲.利用格栅夹层梁结构上的周期性,通过胞元结构的内力平衡方程和变形协调关系,得到了胞元两端内力和位移的关系.引入传递矩阵,建立了夹层梁内力和变形随温度变化的表达式.应用所建立的模型计算了悬臂格栅夹层梁在其上表面受热后的变形.在格栅夹层梁包含的胞元数量较多、腹板高度较小且厚度与表板厚度相近的情况下,由本文模型计算得到的挠度结果与有限元结果吻合较好.
考虑内部热传导,研究了格栅夹层梁一侧受热后的弯曲变形.认为变形后夹层结构中间腹板无弯曲.利用格栅夹层梁结构上的周期性,通过胞元结构的内力平衡方程和变形协调关系,得到了胞元两端内力和位移的关系.引入传递矩阵,建立了夹层梁内力和变形随温度变化的表达式.应用所建立的模型计算了悬臂格栅夹层梁在其上表面受热后的变形.在格栅夹层梁包含的胞元数量较多、腹板高度较小且厚度与表板厚度相近的情况下,由本文模型计算得到的挠度结果与有限元结果吻合较好.
2014, 31(6): 1566-1572.
摘要:
采用SEM和X射线能谱仪分析方法研究了50次热循环后Ba(OH)2·8H2O与铝合金和紫铜的相容性,发现Ba(OH)2·8H2O对铝合金有一定的腐蚀性,与紫铜具有优良的相容性.以简单的真空吸附填充方法制备了Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料.搭建了含和未含泡沫铜相变储能装置实验台,对Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料进行室温下稳态和瞬态的传热实验.结果表明:Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料比纯Ba(OH)2·8H2O传热速率快,导热性能好,有效地降低了Ba(OH)2·8H2O的过冷度.高温恒温箱的传热实验表明:Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料的蓄热能力随外界环境温度的升高而降低,当环境温度高于材料相变点温度时,应考虑对相变复合材料采取一些保温措施.
采用SEM和X射线能谱仪分析方法研究了50次热循环后Ba(OH)2·8H2O与铝合金和紫铜的相容性,发现Ba(OH)2·8H2O对铝合金有一定的腐蚀性,与紫铜具有优良的相容性.以简单的真空吸附填充方法制备了Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料.搭建了含和未含泡沫铜相变储能装置实验台,对Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料进行室温下稳态和瞬态的传热实验.结果表明:Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料比纯Ba(OH)2·8H2O传热速率快,导热性能好,有效地降低了Ba(OH)2·8H2O的过冷度.高温恒温箱的传热实验表明:Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料的蓄热能力随外界环境温度的升高而降低,当环境温度高于材料相变点温度时,应考虑对相变复合材料采取一些保温措施.
2014, 31(6): 1573-1580.
摘要:
在322、402和462 L/min 3种氧气流量条件下采用超音速火焰喷涂技术制备了3种TiB2-50Co涂层,通过SEM和XRD对涂层的微观组织和物相结构进行分析,测试其硬度,采用水淬法测试涂层的抗热震性能,并研究了涂层的耐熔融铝硅(Al-12.07wt%Si)合金腐蚀和耐磨粒磨损性能.研究结果表明:3种TiB2-50Co涂层的物相均为TiB2和Co;3种涂层的组织均致密,其中以氧气流量为322 L/min条件下制备的涂层试样最致密,其孔隙率最低(1.76%),涂层硬度值最高,达到(558±90) HV0.3;氧气流量为462 L/min条件下制备的涂层抗热震性能最差,涂层截面出现明显裂纹;在熔融Al-12.07wt%Si合金中腐蚀60 h后,3种涂层均具有良好的耐熔融Al-12.07wt%Si腐蚀性能;在载荷为6 N的条件下,3种涂层均具有良好的耐磨损性能,以氧气流量为322 L/min条件下制备的涂层试样最佳.
在322、402和462 L/min 3种氧气流量条件下采用超音速火焰喷涂技术制备了3种TiB2-50Co涂层,通过SEM和XRD对涂层的微观组织和物相结构进行分析,测试其硬度,采用水淬法测试涂层的抗热震性能,并研究了涂层的耐熔融铝硅(Al-12.07wt%Si)合金腐蚀和耐磨粒磨损性能.研究结果表明:3种TiB2-50Co涂层的物相均为TiB2和Co;3种涂层的组织均致密,其中以氧气流量为322 L/min条件下制备的涂层试样最致密,其孔隙率最低(1.76%),涂层硬度值最高,达到(558±90) HV0.3;氧气流量为462 L/min条件下制备的涂层抗热震性能最差,涂层截面出现明显裂纹;在熔融Al-12.07wt%Si合金中腐蚀60 h后,3种涂层均具有良好的耐熔融Al-12.07wt%Si腐蚀性能;在载荷为6 N的条件下,3种涂层均具有良好的耐磨损性能,以氧气流量为322 L/min条件下制备的涂层试样最佳.
2014, 31(6): 1581-1587.
摘要:
均匀化理论可以有效预测周期性结构复合材料的等效热传导系数,然而其控制方程的载荷项形式特殊,通用有限元软件中没有对应的载荷形式,难以直接求解.提出一种本构关系及场变量的类比方法,证明了在此类比下等效热传导系数均匀化方程与等效弹性模量均匀化方程是等价的.根据求解等效弹性模量均匀化方程的热应变法,提出一种新的等效热传导系数均匀化方程数值求解方法.以ABAQUS为平台,预测单向纤维复合材料以及金属蜂窝夹芯板的等效热传导系数,计算结果与参考值吻合良好.该方法为基于通用有限元软件的复合材料等效热传导系数的均匀化计算提供了简便途径.
均匀化理论可以有效预测周期性结构复合材料的等效热传导系数,然而其控制方程的载荷项形式特殊,通用有限元软件中没有对应的载荷形式,难以直接求解.提出一种本构关系及场变量的类比方法,证明了在此类比下等效热传导系数均匀化方程与等效弹性模量均匀化方程是等价的.根据求解等效弹性模量均匀化方程的热应变法,提出一种新的等效热传导系数均匀化方程数值求解方法.以ABAQUS为平台,预测单向纤维复合材料以及金属蜂窝夹芯板的等效热传导系数,计算结果与参考值吻合良好.该方法为基于通用有限元软件的复合材料等效热传导系数的均匀化计算提供了简便途径.
2014, 31(6): 1588-1596.
摘要:
为了确保纤维复合材料(FRP)加固结构的可靠性和安全性,界面损伤检测是加固质量检查中的一个重要环节.基于薄板自由振动理论,提出一种声-光纤无损检测(NDE)FRP加固结构界面损伤的原理和方法,利用可变频的扬声器产生集中声束作用在FRP加固构件表面形成表面局部振动场,界面损伤引起的局部异常振动区的振动情况可以由粘贴在FRP表面的光纤测得,从而确定损伤的位置和大小.数值模拟分析和实验结果都表明了此方法用于FRP加固结构界面损伤检测的可行性.
为了确保纤维复合材料(FRP)加固结构的可靠性和安全性,界面损伤检测是加固质量检查中的一个重要环节.基于薄板自由振动理论,提出一种声-光纤无损检测(NDE)FRP加固结构界面损伤的原理和方法,利用可变频的扬声器产生集中声束作用在FRP加固构件表面形成表面局部振动场,界面损伤引起的局部异常振动区的振动情况可以由粘贴在FRP表面的光纤测得,从而确定损伤的位置和大小.数值模拟分析和实验结果都表明了此方法用于FRP加固结构界面损伤检测的可行性.
2014, 31(6): 1597-1603.
摘要:
针对目前沥青阻燃剂存在的毒性大、造价高及耐热性差等问题,制备了两种由金属氧化物和金属氢氧化物组成的新型无机复合阻燃剂.通过动态剪切流变试验、弯曲梁流变(BBR)试验和Brookfield旋转黏度试验,深入研究了两种新型阻燃改性沥青的高温流变性能、低温流变性能以及黏度特性.在此基础上,借助DSC试验探究了两种复合阻燃改性沥青的阻燃机制,并对比了两种无机复合阻燃剂与常用阻燃剂的经济效益.试验结果表明:两种无机复合阻燃剂阻燃的抑烟效果良好,可显著改善沥青的高温抗车辙性能,提高沥青胶浆的低温性能,增加沥青黏度;两种无机复合阻燃改性沥青的抗车辙因子与温度呈现良好的相关性; 将两种复合阻燃剂加入到沥青中,能使沥青相态变化需要更多能量,改性沥青在受热过程中更加稳定.
针对目前沥青阻燃剂存在的毒性大、造价高及耐热性差等问题,制备了两种由金属氧化物和金属氢氧化物组成的新型无机复合阻燃剂.通过动态剪切流变试验、弯曲梁流变(BBR)试验和Brookfield旋转黏度试验,深入研究了两种新型阻燃改性沥青的高温流变性能、低温流变性能以及黏度特性.在此基础上,借助DSC试验探究了两种复合阻燃改性沥青的阻燃机制,并对比了两种无机复合阻燃剂与常用阻燃剂的经济效益.试验结果表明:两种无机复合阻燃剂阻燃的抑烟效果良好,可显著改善沥青的高温抗车辙性能,提高沥青胶浆的低温性能,增加沥青黏度;两种无机复合阻燃改性沥青的抗车辙因子与温度呈现良好的相关性; 将两种复合阻燃剂加入到沥青中,能使沥青相态变化需要更多能量,改性沥青在受热过程中更加稳定.
2014, 31(6): 1604-1611.
摘要:
针对预制体中纱线路径复杂,几何建模耗时较长的问题,提出了一种预制体边界反射(PBR)方法,有效地缩短了几何建模过程中建立纱线运动模型的计算时间.在此基础上,开发了基于SolidWorks软件的CAD仿真建模系统,可模拟不同编织参数下的三维编织预制体整体结构.与传统建模方法相比,PBR方法可在不影响预制体几何建模精度的前提下,明显缩短仿真时间.因此,可明显提高编织工艺设计的效率.该方法为复杂几何结构预制体的细观结构和机械性能研究奠定了基础.
针对预制体中纱线路径复杂,几何建模耗时较长的问题,提出了一种预制体边界反射(PBR)方法,有效地缩短了几何建模过程中建立纱线运动模型的计算时间.在此基础上,开发了基于SolidWorks软件的CAD仿真建模系统,可模拟不同编织参数下的三维编织预制体整体结构.与传统建模方法相比,PBR方法可在不影响预制体几何建模精度的前提下,明显缩短仿真时间.因此,可明显提高编织工艺设计的效率.该方法为复杂几何结构预制体的细观结构和机械性能研究奠定了基础.
2014, 31(6): 1612-1617.
摘要:
针对当前钛种植体在临床使用中因界面不匹配导致的种植失败问题,从仿生学角度出发,采用提拉法在钛表面涂覆聚氨酯(PU)高分子涂层,并通过过饱和Ca-P溶液浸泡试验在PU表面原位矿化生成了无机沉积物.采用SEM、EDX、IR、XRD、DSC-TG及接触角测定仪等对矿化后PU表面的理化性能进行了表征和分析,并通过细胞培养试验初步考察了MG63细胞在矿化前后PU表面的增殖及生长情况.结果表明,PU表面矿化物是由纳米片状晶体先聚集堆叠形成团簇状微球,然后微球间互相融合生长而形成的,其成分主要是弱结晶的非化学计量的羟基磷灰石晶体,而且矿化后的PU涂层亲水性更佳,更利于MG63细胞的黏附及增殖.
针对当前钛种植体在临床使用中因界面不匹配导致的种植失败问题,从仿生学角度出发,采用提拉法在钛表面涂覆聚氨酯(PU)高分子涂层,并通过过饱和Ca-P溶液浸泡试验在PU表面原位矿化生成了无机沉积物.采用SEM、EDX、IR、XRD、DSC-TG及接触角测定仪等对矿化后PU表面的理化性能进行了表征和分析,并通过细胞培养试验初步考察了MG63细胞在矿化前后PU表面的增殖及生长情况.结果表明,PU表面矿化物是由纳米片状晶体先聚集堆叠形成团簇状微球,然后微球间互相融合生长而形成的,其成分主要是弱结晶的非化学计量的羟基磷灰石晶体,而且矿化后的PU涂层亲水性更佳,更利于MG63细胞的黏附及增殖.
2014, 31(6): 1618-1625.
摘要:
针对黏弹性包围引起的复合共挤制品层厚均匀性控制的技术难题,通过数值模拟,研究了黏弹性流变性能参数对黏弹性包围的影响规律和机制.研究结果表明,黏弹性包围是由多相分层流动的第二法向应力差驱动的二次流动诱发,主要取决于成型流动过程中二次流动的方向与强度.熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动强度则与第二法向应力差大小成正比.黏弹性包围随着熔体松弛时间的增加而增大.消除黏弹性包围的理论前提是消除其二次流动,而通过使其流动的第二法向应力差趋于零方可消除其二次流动.第二法向应力差趋于零的前提条件是使无滑移黏着共挤多相分层剪切流动转化为气垫非黏着完全滑移共挤多相分层柱塞流动,而气辅共挤成型工艺的气垫壁面滑移是实现这一转变的有效技术.
针对黏弹性包围引起的复合共挤制品层厚均匀性控制的技术难题,通过数值模拟,研究了黏弹性流变性能参数对黏弹性包围的影响规律和机制.研究结果表明,黏弹性包围是由多相分层流动的第二法向应力差驱动的二次流动诱发,主要取决于成型流动过程中二次流动的方向与强度.熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动强度则与第二法向应力差大小成正比.黏弹性包围随着熔体松弛时间的增加而增大.消除黏弹性包围的理论前提是消除其二次流动,而通过使其流动的第二法向应力差趋于零方可消除其二次流动.第二法向应力差趋于零的前提条件是使无滑移黏着共挤多相分层剪切流动转化为气垫非黏着完全滑移共挤多相分层柱塞流动,而气辅共挤成型工艺的气垫壁面滑移是实现这一转变的有效技术.
2014, 31(6): 1626-1634.
摘要:
为评估航空结构中常用的T300级和T800级2种碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的冲击后压缩许用值,对2种材料体系下具有不同厚度及铺层的层板进行了低速冲击和冲击后压缩试验;讨论了冲击能量、凹坑深度、损伤面积及冲击后剩余压缩强度等之间的关系,以及厚度、铺层、表面防护等因素对其造成的影响;重点关注了2种材料体系下各组层板的目视勉强可见冲击损伤(BVID)形成条件以及含BVID层板的剩余强度.结果表明:厚度及铺层对层板的凹坑深度-冲击能量关系影响较大,而对冲击后压缩强度-凹坑深度及冲击后压缩破坏应变-凹坑深度关系影响较小,且在相同铺层比例下,BVID对应的冲击能量随厚度近似呈线性增长.X850层板的损伤阻抗性能明显优于CCF300/5228层板的,但二者损伤容限性能相当.加铜网、涂漆等表面处理显著提高了层板的损伤阻抗,但对损伤容限性能影响不大;在损伤不超过BVID时,所有CCF300/5228试件的压缩破坏应变均大于4 000 με,而X850材料体系下压缩破坏应变均在3 000 με之上.
为评估航空结构中常用的T300级和T800级2种碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的冲击后压缩许用值,对2种材料体系下具有不同厚度及铺层的层板进行了低速冲击和冲击后压缩试验;讨论了冲击能量、凹坑深度、损伤面积及冲击后剩余压缩强度等之间的关系,以及厚度、铺层、表面防护等因素对其造成的影响;重点关注了2种材料体系下各组层板的目视勉强可见冲击损伤(BVID)形成条件以及含BVID层板的剩余强度.结果表明:厚度及铺层对层板的凹坑深度-冲击能量关系影响较大,而对冲击后压缩强度-凹坑深度及冲击后压缩破坏应变-凹坑深度关系影响较小,且在相同铺层比例下,BVID对应的冲击能量随厚度近似呈线性增长.X850层板的损伤阻抗性能明显优于CCF300/5228层板的,但二者损伤容限性能相当.加铜网、涂漆等表面处理显著提高了层板的损伤阻抗,但对损伤容限性能影响不大;在损伤不超过BVID时,所有CCF300/5228试件的压缩破坏应变均大于4 000 με,而X850材料体系下压缩破坏应变均在3 000 με之上.
2014, 31(6): 1635-1641.
摘要:
应用丝网印刷和共烧结制备LaNi0.6Fe0.4O3-δ (LNF)/Sc0.1Zr0.9O1.95(ScSZ)/LaNi0.6Fe0.4O3-δ 对称电池.以硝酸铈和硝酸钆为原料、柠檬酸为燃料,采用燃烧法制备质量分数为21.3%的Gd0.2Ce0.8O2(GDC)包覆的LNF阴极.电化学阻抗谱(EIS)表明:在750 ℃工作温度下,当无Cr基合金接触时,质量分数21.3%的GDC包覆的LNF经过1 200 h的搁置,其极化电阻由0.13 Ω·cm2增加至0.40 Ω·cm2,而纯LNF经过500 h的搁置,极化电阻由0.70 Ω·cm2增加至2.36 Ω·cm2,GDC的包覆加速了气体/阴极/电解质三相界面反应区的扩散过程,降低了阴极极化电阻;当有Cr基合金接触时,相对于质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极,LNF/ScSZ界面处沉积出大量Cr2O3,减缓了活性粒子在三相界面处的扩散,故其极化电阻远大于相同条件下质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极的极化电阻,质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极具有较佳的抗铬污染性能.
应用丝网印刷和共烧结制备LaNi0.6Fe0.4O3-δ (LNF)/Sc0.1Zr0.9O1.95(ScSZ)/LaNi0.6Fe0.4O3-δ 对称电池.以硝酸铈和硝酸钆为原料、柠檬酸为燃料,采用燃烧法制备质量分数为21.3%的Gd0.2Ce0.8O2(GDC)包覆的LNF阴极.电化学阻抗谱(EIS)表明:在750 ℃工作温度下,当无Cr基合金接触时,质量分数21.3%的GDC包覆的LNF经过1 200 h的搁置,其极化电阻由0.13 Ω·cm2增加至0.40 Ω·cm2,而纯LNF经过500 h的搁置,极化电阻由0.70 Ω·cm2增加至2.36 Ω·cm2,GDC的包覆加速了气体/阴极/电解质三相界面反应区的扩散过程,降低了阴极极化电阻;当有Cr基合金接触时,相对于质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极,LNF/ScSZ界面处沉积出大量Cr2O3,减缓了活性粒子在三相界面处的扩散,故其极化电阻远大于相同条件下质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极的极化电阻,质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极具有较佳的抗铬污染性能.
