2017年 第34卷 第12期
2017, 34(12): 2643-2652.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170327.003
摘要:
以氧化石墨烯（GO）为原料，通过聚乙烯亚胺（PEI）接枝改性和水合肼还原，制备出了功能化石墨烯（FG-PEI），并将其与水性UV固化聚氨酯（WPU）乳液复合，制备FG-PEI/WPU复合涂层。采用FTIR、XRD、Raman、XPS、SEM、TEM等测试分析表征FG-PEI的结构，测定了FG-PEI的导电性，并考察了FG-PEI在水中的分散性，研究FG-PEI用量对WPU胶膜的力学性能和导电性能的影响及其热稳定性。结果表明，FG-PEI在保持较好水溶性的条件下，其电导率并未明显下降，并随着FG-PEI在WPU基体中用量的增加，WPU胶膜的表面电阻率逐渐降低，拉伸强度不断增加，断裂伸长率降低，经FG-PEI改性后，WPU的热稳定性得到提高。研究表明，FG-PEI改性WPU可提高胶膜的导电性，使其兼具良好的综合性能。
以氧化石墨烯（GO）为原料，通过聚乙烯亚胺（PEI）接枝改性和水合肼还原，制备出了功能化石墨烯（FG-PEI），并将其与水性UV固化聚氨酯（WPU）乳液复合，制备FG-PEI/WPU复合涂层。采用FTIR、XRD、Raman、XPS、SEM、TEM等测试分析表征FG-PEI的结构，测定了FG-PEI的导电性，并考察了FG-PEI在水中的分散性，研究FG-PEI用量对WPU胶膜的力学性能和导电性能的影响及其热稳定性。结果表明，FG-PEI在保持较好水溶性的条件下，其电导率并未明显下降，并随着FG-PEI在WPU基体中用量的增加，WPU胶膜的表面电阻率逐渐降低，拉伸强度不断增加，断裂伸长率降低，经FG-PEI改性后，WPU的热稳定性得到提高。研究表明，FG-PEI改性WPU可提高胶膜的导电性，使其兼具良好的综合性能。
2017, 34(12): 2653-2660.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170323.002
摘要:
以浮动催化化学气相沉积法（FCCVD）碳纳米管（CNT）膜为原料，通过氰基树脂溶液浸渍法制备CNT预浸膜，然后采用热辅助牵伸和热压固化的方法制备高取向CNT膜复合材料。详细分析了热处理的温度和树脂溶液浓度对CNT预浸膜拉伸性能的影响，从而得到合适的热辅助牵伸工艺，并考察固化工艺对复合材料性能的影响。在此基础上，从浸润特性、CNT取向程度和层间剪切性能方面揭示CNT膜复合材料力学性能的强化机制。结果表明与传统CNT膜牵伸工艺相比，CNT预浸膜热牵伸工艺更有利于制备高取向CNT膜复合材料。热牵伸的温度和树脂溶液的浓度是制备高取向、低孔隙CNT预浸膜的关键因素。通过固化工艺的改变可有效调控氰基树脂的反应程度碳纳米管薄膜/氰基树脂复合材料的拉伸性能。经高温后固化处理后，CNT膜/氰基树脂复合材料的拉伸强度和模量分别高达2 748 MPa和302 GPa。优异的树脂浸润特性、层间剪切强度以及高的CNT取向度使CNT膜复合材料中CNT更有利于协同承载，从而提高其力学性能。
以浮动催化化学气相沉积法（FCCVD）碳纳米管（CNT）膜为原料，通过氰基树脂溶液浸渍法制备CNT预浸膜，然后采用热辅助牵伸和热压固化的方法制备高取向CNT膜复合材料。详细分析了热处理的温度和树脂溶液浓度对CNT预浸膜拉伸性能的影响，从而得到合适的热辅助牵伸工艺，并考察固化工艺对复合材料性能的影响。在此基础上，从浸润特性、CNT取向程度和层间剪切性能方面揭示CNT膜复合材料力学性能的强化机制。结果表明与传统CNT膜牵伸工艺相比，CNT预浸膜热牵伸工艺更有利于制备高取向CNT膜复合材料。热牵伸的温度和树脂溶液的浓度是制备高取向、低孔隙CNT预浸膜的关键因素。通过固化工艺的改变可有效调控氰基树脂的反应程度碳纳米管薄膜/氰基树脂复合材料的拉伸性能。经高温后固化处理后，CNT膜/氰基树脂复合材料的拉伸强度和模量分别高达2 748 MPa和302 GPa。优异的树脂浸润特性、层间剪切强度以及高的CNT取向度使CNT膜复合材料中CNT更有利于协同承载，从而提高其力学性能。
2017, 34(12): 2661-2667.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170314.004
摘要:
为提高聚丙烯（PP）基复合材料的力学性能和热学性能，将不同质量分数的超微竹炭（UFBC）作为增强体引入聚丙烯，通过熔融挤出及注塑成型工艺制备UFBC/PP复合材料。利用SEM和DSC分析、力学强度和吸湿性测试等手段综合表征复合材料性能。结果表明：UFBC与PP基体间界面结合紧密；UFBC的添加对PP复合材料的力学强度有较好的增强效果：UFBC质量分数为30wt%时，UFBC/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度达到较大值，分别为26 MPa和54 MPa，较纯PP分别提高了9%和18%，UFBC/PP复合材料的耐湿性仍保持较佳水平，吸湿率均小于0.1%；UFBC质量分数为40wt%时，熔融温度提高了3.1℃；UFBC质量分数为50wt%时，UFBC/PP复合材料的结晶温度提高了10.8℃。UFBC的添加有效促进了UFBC/PP复合材料的结晶，改善了其加工性。
为提高聚丙烯（PP）基复合材料的力学性能和热学性能，将不同质量分数的超微竹炭（UFBC）作为增强体引入聚丙烯，通过熔融挤出及注塑成型工艺制备UFBC/PP复合材料。利用SEM和DSC分析、力学强度和吸湿性测试等手段综合表征复合材料性能。结果表明：UFBC与PP基体间界面结合紧密；UFBC的添加对PP复合材料的力学强度有较好的增强效果：UFBC质量分数为30wt%时，UFBC/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度达到较大值，分别为26 MPa和54 MPa，较纯PP分别提高了9%和18%，UFBC/PP复合材料的耐湿性仍保持较佳水平，吸湿率均小于0.1%；UFBC质量分数为40wt%时，熔融温度提高了3.1℃；UFBC质量分数为50wt%时，UFBC/PP复合材料的结晶温度提高了10.8℃。UFBC的添加有效促进了UFBC/PP复合材料的结晶，改善了其加工性。
2017, 34(12): 2668-2673.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170310.002
摘要:
采用e-Beam电子辐射和冻融循环相结合的方法制备了磺胺嘧啶银（SD-Ag）/聚乙烯醇（PVA）水凝胶。研究了制备工艺对PVA水凝胶的性能的影响。通过拉伸性能测试、吸水率检测、SEM和FT-IR等表征，考察了PVA浓度（占总质量5%~15%）、冻融与辐射处理等对PVA水凝胶拉伸强度、断裂伸长率、吸水性、凝胶含量和微观结构等的影响。结果表明：随着PVA浓度增大，PVA水凝胶的拉伸强度提高。当PVA浓度为15%、辐射剂量为25 kGy时，单独辐射、辐射后冻融及冻融后辐射三种工艺制备的PVA水凝胶拉伸强度分别为0.023 MPa、0.048 MPa、0.028 MPa，吸水率分别为为95%、45%、63%，说明经冻融处理的水凝胶力学强度提高，吸水率有所下降。然后，选择适当的制备工艺并在PVA水凝胶中加入SD-Ag，考察了SD-Ag/PVA水凝胶的抑菌性能，抑菌活性测试结果显示，随着SD-Ag含量的增加，SD-Ag/PVA水凝胶的抑菌效果增强，而且其对革兰式阴性菌（大肠杆菌）的抑菌效果优于其对革兰式阳性菌（金黄色葡萄球菌）的抑菌效果。
采用e-Beam电子辐射和冻融循环相结合的方法制备了磺胺嘧啶银（SD-Ag）/聚乙烯醇（PVA）水凝胶。研究了制备工艺对PVA水凝胶的性能的影响。通过拉伸性能测试、吸水率检测、SEM和FT-IR等表征，考察了PVA浓度（占总质量5%~15%）、冻融与辐射处理等对PVA水凝胶拉伸强度、断裂伸长率、吸水性、凝胶含量和微观结构等的影响。结果表明：随着PVA浓度增大，PVA水凝胶的拉伸强度提高。当PVA浓度为15%、辐射剂量为25 kGy时，单独辐射、辐射后冻融及冻融后辐射三种工艺制备的PVA水凝胶拉伸强度分别为0.023 MPa、0.048 MPa、0.028 MPa，吸水率分别为为95%、45%、63%，说明经冻融处理的水凝胶力学强度提高，吸水率有所下降。然后，选择适当的制备工艺并在PVA水凝胶中加入SD-Ag，考察了SD-Ag/PVA水凝胶的抑菌性能，抑菌活性测试结果显示，随着SD-Ag含量的增加，SD-Ag/PVA水凝胶的抑菌效果增强，而且其对革兰式阴性菌（大肠杆菌）的抑菌效果优于其对革兰式阳性菌（金黄色葡萄球菌）的抑菌效果。
2017, 34(12): 2674-2680.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170320.001
摘要:
以水菱镁石（HM）和Mg（OH）2为阻燃剂，利用双螺杆挤出机制备了一系列HM-Mg（OH）2协同聚乙烯（PE）阻燃复合材料。采用垂直燃烧仪、极限氧指数仪、锥形量热仪和拉伸性能测试仪分别测试了HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的阻燃性能和拉伸性能，采用热重分析仪研究了HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的热分解行为。结果表明，HM与Mg（OH）2以适当比例复配作为阻燃剂能在更宽的燃烧温度范围内发生分解，起到更好的阻燃效果，在极限氧指数和拉伸强度不变的前提下，HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的成本大幅下降。两种阻燃剂协同可以减少复合材料点燃初期的无效甚至负面分解，保留了HM分解产物对PE基体高温下分解的抑制作用，同时还可以在燃烧区域表面形成较为稳定和不易破坏的鳞片状保护层，加之复合阻燃剂总体更高的总分解释放率，多种因素共同作用，使复合材料的阻燃效果提高。当HM和Mg（OH）2以质量比1：2协同且用量达到复合材料总质量的60wt%时，HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的极限氧指数为28%，垂直燃烧级别达到UL-94 V-0级，拉伸强度达到28.8 MPa。
以水菱镁石（HM）和Mg（OH）2为阻燃剂，利用双螺杆挤出机制备了一系列HM-Mg（OH）2协同聚乙烯（PE）阻燃复合材料。采用垂直燃烧仪、极限氧指数仪、锥形量热仪和拉伸性能测试仪分别测试了HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的阻燃性能和拉伸性能，采用热重分析仪研究了HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的热分解行为。结果表明，HM与Mg（OH）2以适当比例复配作为阻燃剂能在更宽的燃烧温度范围内发生分解，起到更好的阻燃效果，在极限氧指数和拉伸强度不变的前提下，HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的成本大幅下降。两种阻燃剂协同可以减少复合材料点燃初期的无效甚至负面分解，保留了HM分解产物对PE基体高温下分解的抑制作用，同时还可以在燃烧区域表面形成较为稳定和不易破坏的鳞片状保护层，加之复合阻燃剂总体更高的总分解释放率，多种因素共同作用，使复合材料的阻燃效果提高。当HM和Mg（OH）2以质量比1：2协同且用量达到复合材料总质量的60wt%时，HM-Mg（OH）2协同PE阻燃复合材料的极限氧指数为28%，垂直燃烧级别达到UL-94 V-0级，拉伸强度达到28.8 MPa。
2017, 34(12): 2681-2688.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170401.001
摘要:
以酶解木质素（EHL）为原料，采用苯酚-硫酸法对其进行酚化改性，所得酚化木质素（PL）在碱性条件下，与环氧氯丙烷（ECH）合成木质素-环氧树脂（L-EP），利用FT-IR对产物进行表征。探讨单因素反应条件对酚化工艺的影响。结果表明：反应时间3.0 h、反应温度95℃、2 mol/L H2SO4用量为4 mL/g时，木质素的酚化效果最佳，其酚羟基含量达到4.632 mmol/g，较EHL提高42%。研究了不同L-EP添加量对L-EP/环氧E-51复合材料力学性能和热性能的影响。结果显示：L-EP的添加量为5%时，L-EP/环氧E-51复合材料的拉伸强度最好，较纯E-51提高26%；随着L-EP添加量的增加，L-EP/环氧E-51复合材料的热稳定性增强。采用非等温法分析环氧E-51和L-EP/环氧E-51复合材料的固化动力学，结果证明：L-EP对复合材料固化有一定的促进作用。
以酶解木质素（EHL）为原料，采用苯酚-硫酸法对其进行酚化改性，所得酚化木质素（PL）在碱性条件下，与环氧氯丙烷（ECH）合成木质素-环氧树脂（L-EP），利用FT-IR对产物进行表征。探讨单因素反应条件对酚化工艺的影响。结果表明：反应时间3.0 h、反应温度95℃、2 mol/L H2SO4用量为4 mL/g时，木质素的酚化效果最佳，其酚羟基含量达到4.632 mmol/g，较EHL提高42%。研究了不同L-EP添加量对L-EP/环氧E-51复合材料力学性能和热性能的影响。结果显示：L-EP的添加量为5%时，L-EP/环氧E-51复合材料的拉伸强度最好，较纯E-51提高26%；随着L-EP添加量的增加，L-EP/环氧E-51复合材料的热稳定性增强。采用非等温法分析环氧E-51和L-EP/环氧E-51复合材料的固化动力学，结果证明：L-EP对复合材料固化有一定的促进作用。
2017, 34(12): 2689-2694.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170322.003
摘要:
采用溶液流延法制备了埃洛石纳米管（HNTs）/聚乙烯醇（PVA）-淀粉复合膜，并利用SEM、XRD、DMA、TGA等分析测试手段研究了该复合膜的结构与性能。结果表明：随着HNTs含量增加，HNTs/PVA-淀粉复合膜的力学性能、热稳定性、耐水性能和紫外屏蔽性能均有提高。当HNTs与PVA-淀粉质量比为10%时，力学性能达到最佳，拉伸强度提高了22%。扫描电镜分析表明：HNTs能够以纳米尺度均匀分散于HNTs/PVA-淀粉复合膜中，且以单管状分布，与PVA-淀粉基体界面结合较好。动态力学性能分析表明：HNTs的加入对HNTs/PVA-淀粉复合膜的玻璃化转变温度影响不大，复合膜的储能模量升高，力学损耗下降。透光率测试结果表明：HNTs对HNTs/PVA-淀粉复合膜的透明性影响不大，而在紫外光区域（200~400 nm），透光率随HNTs量的增加而下降。
采用溶液流延法制备了埃洛石纳米管（HNTs）/聚乙烯醇（PVA）-淀粉复合膜，并利用SEM、XRD、DMA、TGA等分析测试手段研究了该复合膜的结构与性能。结果表明：随着HNTs含量增加，HNTs/PVA-淀粉复合膜的力学性能、热稳定性、耐水性能和紫外屏蔽性能均有提高。当HNTs与PVA-淀粉质量比为10%时，力学性能达到最佳，拉伸强度提高了22%。扫描电镜分析表明：HNTs能够以纳米尺度均匀分散于HNTs/PVA-淀粉复合膜中，且以单管状分布，与PVA-淀粉基体界面结合较好。动态力学性能分析表明：HNTs的加入对HNTs/PVA-淀粉复合膜的玻璃化转变温度影响不大，复合膜的储能模量升高，力学损耗下降。透光率测试结果表明：HNTs对HNTs/PVA-淀粉复合膜的透明性影响不大，而在紫外光区域（200~400 nm），透光率随HNTs量的增加而下降。
2017, 34(12): 2695-2701.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170321.002
摘要:
以线性低密度聚乙烯（LLDPE）-g-马来酸酐（MA）作为相容剂制备了可光催化降解的TiO2-（LLDPE-g-MA）/LDPE薄膜。采用SEM、XRD、FT-IR对制备的TiO2-（LLDPE-g-MA）/LDPE薄膜样品进行了表征。由于引入的LLDPE-g-MA改善了纳米TiO2与LDPE之间的相容性，TiO2-（LLDPE-g-MA）/LDPE薄膜具有更高的伸长率。SEM结果显示，LLDPE-g-MA显著削弱了纳米TiO2在LDPE中的团聚，使高分散度的纳米TiO2具备更高的光催化降解效率，增加了降解过程中的膜质量的损失。
以线性低密度聚乙烯（LLDPE）-g-马来酸酐（MA）作为相容剂制备了可光催化降解的TiO2-（LLDPE-g-MA）/LDPE薄膜。采用SEM、XRD、FT-IR对制备的TiO2-（LLDPE-g-MA）/LDPE薄膜样品进行了表征。由于引入的LLDPE-g-MA改善了纳米TiO2与LDPE之间的相容性，TiO2-（LLDPE-g-MA）/LDPE薄膜具有更高的伸长率。SEM结果显示，LLDPE-g-MA显著削弱了纳米TiO2在LDPE中的团聚，使高分散度的纳米TiO2具备更高的光催化降解效率，增加了降解过程中的膜质量的损失。
2017, 34(12): 2702-2707.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170321.003
摘要:
将偶联剂改性的氧化石墨烯（GO）添加到酚醛树脂中，制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法，研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度（ILSS）和冲击性能的影响。结果表明，GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能，随着GO含量的增加，复合材料的力学性能先增大后减小；相对于空白样，当GO的含量为2wt%时，弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%；ILSS提高了43%；当GO的含量为1wt%时，冲击破坏载荷增加40%，破坏吸收能量增加60%。
将偶联剂改性的氧化石墨烯（GO）添加到酚醛树脂中，制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法，研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度（ILSS）和冲击性能的影响。结果表明，GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能，随着GO含量的增加，复合材料的力学性能先增大后减小；相对于空白样，当GO的含量为2wt%时，弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%；ILSS提高了43%；当GO的含量为1wt%时，冲击破坏载荷增加40%，破坏吸收能量增加60%。
2017, 34(12): 2708-2714.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170329.001
摘要:
利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后，以环氧树脂为基体，分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征，研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高，其拉伸强度最大提高了77.06%，冲击强度最大提高了31.25%，玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之，而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此，激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。
利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后，以环氧树脂为基体，分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征，研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高，其拉伸强度最大提高了77.06%，冲击强度最大提高了31.25%，玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之，而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此，激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。
2017, 34(12): 2715-2721.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170320.004
摘要:
对比研究了钙基蒙脱土（Ca-MMT）和有机改性的钠基蒙脱土（Na-MMT）对Al（OH）3/乙烯一醋酸乙烯醋（EVA）复合材料的力学性能、热稳定性和阻燃性能的影响。采用熔融插层法制备MMT-Al（OH）3/EVA复合材料。用XRD和TEM进行微观结构表征。结果表明：两种MMT在复合材料中均表现为一定程度的剥离分散状态，其中Ca-MMT的剥离片层相对尺寸更小。测试显示，Ca-MMT-Al（OH）3/EVA的拉伸强度、热稳定性均高于Na-MMT-Al（OH）3/EVA；在燃烧过程中，加入Ca-MMT的Ca-MMT-Al（OH）3/EVA复合材料热释放更低，形成的炭层隔热效果更好，表现出更优异的阻燃性能；同时火灾性能指数（FPI）提高，火灾危险性明显降低。分析原因是Ca-MMT中的Ca2+在燃烧成炭中具有促进作用。
对比研究了钙基蒙脱土（Ca-MMT）和有机改性的钠基蒙脱土（Na-MMT）对Al（OH）3/乙烯一醋酸乙烯醋（EVA）复合材料的力学性能、热稳定性和阻燃性能的影响。采用熔融插层法制备MMT-Al（OH）3/EVA复合材料。用XRD和TEM进行微观结构表征。结果表明：两种MMT在复合材料中均表现为一定程度的剥离分散状态，其中Ca-MMT的剥离片层相对尺寸更小。测试显示，Ca-MMT-Al（OH）3/EVA的拉伸强度、热稳定性均高于Na-MMT-Al（OH）3/EVA；在燃烧过程中，加入Ca-MMT的Ca-MMT-Al（OH）3/EVA复合材料热释放更低，形成的炭层隔热效果更好，表现出更优异的阻燃性能；同时火灾性能指数（FPI）提高，火灾危险性明显降低。分析原因是Ca-MMT中的Ca2+在燃烧成炭中具有促进作用。
2017, 34(12): 2722-2733.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170301.002
摘要:
为研究结构参数对复合材料V型构件固化变形的影响，完成了针对V型构件厚度、拐角半径、拐角角度及铺层等结构参数的变形影响研究试验。基于剪力滞后理论和弯曲理论，利用解析法建立了考虑结构参数影响的复合材料V型构件固化变形预测模型，利用模型预测了V型构件的回弹变形并分析了不同结构参数对V型构件回弹变形的影响机制。结果表明：回弹变形随着厚度的增大而减小，厚度为1~3 mm之间，角度回弹变形差异最大在30%左右；回弹变形与拐角角度的补角呈约为0.014的比例；拐角半径的不同导致变形的差异不超过5%；准各向同性铺层试验件展现了最大回弹变形，0°铺层的变形减小了23.5%，90°铺层几乎不发生变形。模型分析结果表明，厚度主要通过弯曲刚度和剪切变形两方面影响回弹变形；铺层引起的力学性能和泊松效应的变化是使回弹变形有较大区别的主要原因；V型构件直边变形最大为0.20°，对回弹变形影响较大。变形预测结果与试验结果对比验证了解析法模型的准确性。
为研究结构参数对复合材料V型构件固化变形的影响，完成了针对V型构件厚度、拐角半径、拐角角度及铺层等结构参数的变形影响研究试验。基于剪力滞后理论和弯曲理论，利用解析法建立了考虑结构参数影响的复合材料V型构件固化变形预测模型，利用模型预测了V型构件的回弹变形并分析了不同结构参数对V型构件回弹变形的影响机制。结果表明：回弹变形随着厚度的增大而减小，厚度为1~3 mm之间，角度回弹变形差异最大在30%左右；回弹变形与拐角角度的补角呈约为0.014的比例；拐角半径的不同导致变形的差异不超过5%；准各向同性铺层试验件展现了最大回弹变形，0°铺层的变形减小了23.5%，90°铺层几乎不发生变形。模型分析结果表明，厚度主要通过弯曲刚度和剪切变形两方面影响回弹变形；铺层引起的力学性能和泊松效应的变化是使回弹变形有较大区别的主要原因；V型构件直边变形最大为0.20°，对回弹变形影响较大。变形预测结果与试验结果对比验证了解析法模型的准确性。
2017, 34(12): 2734-2740.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170706.004
摘要:
针对不同编织工艺参数的三维四向编织复合材料，进行了热环境下的热物理性能实验研究，获得了热环境下三维四向编织复合材料的热物理性能变化规律及其分布特征，分析了环境温度和编织角对材料的热膨胀系数（CTE）、热传导系数（CTC）、比热（SH）以及热扩散率（TD）的影响，得到了一些重要结论。这些结果为三维编织复合材料的热物理性能数值分析以及进一步研究材料的热力耦合行为奠定了实验基础。
针对不同编织工艺参数的三维四向编织复合材料，进行了热环境下的热物理性能实验研究，获得了热环境下三维四向编织复合材料的热物理性能变化规律及其分布特征，分析了环境温度和编织角对材料的热膨胀系数（CTE）、热传导系数（CTC）、比热（SH）以及热扩散率（TD）的影响，得到了一些重要结论。这些结果为三维编织复合材料的热物理性能数值分析以及进一步研究材料的热力耦合行为奠定了实验基础。
2017, 34(12): 2741-2746.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170307.004
摘要:
针对碳纤维增强热塑性树脂复合材料（CFRTP）在热冲压成型过程中涉及到大变形、各向异性和多场耦合的现象，为了表征CFRTP在成型中的力学特征，基于有限元方法与连续介质力学理论提出了一种热塑性树脂基体与碳纤维机织物的叠层模型。与单独采用碳纤维机织物超弹性本构模型预测CFRTP成型性能的方法相比，提出的叠层模型能够表征成型温度、压边力和纤维取向对CFRTP成型缺陷的影响，并能优化热冲压成型工艺参数。这一叠层模型具有简单实用和材料参数容易确定的优点，为碳纤维机织物增强热塑性树脂复合材料成型的数值模拟和成型工艺优化奠定了理论基础。
针对碳纤维增强热塑性树脂复合材料（CFRTP）在热冲压成型过程中涉及到大变形、各向异性和多场耦合的现象，为了表征CFRTP在成型中的力学特征，基于有限元方法与连续介质力学理论提出了一种热塑性树脂基体与碳纤维机织物的叠层模型。与单独采用碳纤维机织物超弹性本构模型预测CFRTP成型性能的方法相比，提出的叠层模型能够表征成型温度、压边力和纤维取向对CFRTP成型缺陷的影响，并能优化热冲压成型工艺参数。这一叠层模型具有简单实用和材料参数容易确定的优点，为碳纤维机织物增强热塑性树脂复合材料成型的数值模拟和成型工艺优化奠定了理论基础。
2017, 34(12): 2747-2755.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170308.001
摘要:
为有效模拟新型多功能智能材料——金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料（MPPF/PMCs）的有效时变、非线性和多物理场响应，基于变分渐近法建立增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物、压电压磁材料和金属芯的增量本构关系，建立统一的本构方程；以此为基础，推导出能量变化泛函的变分表达式。考虑材料的时变和非线性特征，建立与求解瞬时切线电-磁-力耦合矩阵有关的增量过程；通过最小化近似泛函求解场变量的波动函数，并通过有限元数值实现，从而建立逼近物理和工程真实性的细观力学模型。通过含铝芯压电（BaTiO3）压磁（CoFe2O4）聚合物基复合材料算例表明：构建的模型可用于模拟不同多物理场下MPPF/PMCs的有效响应，可准确捕捉纤维与基体间的应力突变现象。
为有效模拟新型多功能智能材料——金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料（MPPF/PMCs）的有效时变、非线性和多物理场响应，基于变分渐近法建立增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物、压电压磁材料和金属芯的增量本构关系，建立统一的本构方程；以此为基础，推导出能量变化泛函的变分表达式。考虑材料的时变和非线性特征，建立与求解瞬时切线电-磁-力耦合矩阵有关的增量过程；通过最小化近似泛函求解场变量的波动函数，并通过有限元数值实现，从而建立逼近物理和工程真实性的细观力学模型。通过含铝芯压电（BaTiO3）压磁（CoFe2O4）聚合物基复合材料算例表明：构建的模型可用于模拟不同多物理场下MPPF/PMCs的有效响应，可准确捕捉纤维与基体间的应力突变现象。
2017, 34(12): 2756-2761.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170302.002
摘要:
为了分析具有砌浆结构的层状复合材料的应变率效应，以珍珠层为研究对象，采用纳米压入法测试珍珠层力学性能，利用连续刚度测量法得到不同加载速率下材料的硬度值和弹性模量。利用扫描电子显微镜观察珍珠层不同方向的砌浆微结构形貌，并结合微观结构对比分析不同压入深度和不同应变率两种工况下，珍珠层表层与横断面方向的力学性能。结果表明：在相同加载条件下，珍珠层表层方向的弹性模量小于其横断面方向的弹性模量，而表层方向硬度值则大于横断面方向的硬度值；当应变率恒定时，珍珠层弹性模量与硬度随压入深度增加而增加，当压入深度达到750 nm后，弹性模量不再随压入深度变化而变化；当压入深度恒定时，硬度值、弹性模量和弹性回复率均随着应变率的增加而变大。
为了分析具有砌浆结构的层状复合材料的应变率效应，以珍珠层为研究对象，采用纳米压入法测试珍珠层力学性能，利用连续刚度测量法得到不同加载速率下材料的硬度值和弹性模量。利用扫描电子显微镜观察珍珠层不同方向的砌浆微结构形貌，并结合微观结构对比分析不同压入深度和不同应变率两种工况下，珍珠层表层与横断面方向的力学性能。结果表明：在相同加载条件下，珍珠层表层方向的弹性模量小于其横断面方向的弹性模量，而表层方向硬度值则大于横断面方向的硬度值；当应变率恒定时，珍珠层弹性模量与硬度随压入深度增加而增加，当压入深度达到750 nm后，弹性模量不再随压入深度变化而变化；当压入深度恒定时，硬度值、弹性模量和弹性回复率均随着应变率的增加而变大。
2017, 34(12): 2762-2769.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170307.005
摘要:
对激光选区熔化成形（SLM）铝合金板与碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料层合板两列四排沉头螺栓单剪连接件在拉伸载荷作用下进行了数值分析和试验研究。基于渐进损伤法的三维有限元模型准确地预测了连接件材料损伤萌生和演变，对比试验和三维有限元所得钉载比例、极限载荷及失效模式，可以发现，通过拟合SLM铝合金板断裂应变和应力三轴度曲线，编写UMAT子程序引入韧性准则和Hashin失效准则的三维有限元模型预测的连接件失效载荷与试验值误差仅为1.9%，且失效模式均为净截面拉断，两者吻合，此方法可以满足工程精度要求。利用经过验证的数值模型，分别预测了SLM铝合金板和CFRP层合板损伤演变过程，并分析了SLM铝合金板刚度对连接结构失效模式的影响，当SLM铝合金板厚度增大到4 mm时，连接结构失效模式由SLM铝合金板净截面拉断转移到CFRP层合板上。
对激光选区熔化成形（SLM）铝合金板与碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料层合板两列四排沉头螺栓单剪连接件在拉伸载荷作用下进行了数值分析和试验研究。基于渐进损伤法的三维有限元模型准确地预测了连接件材料损伤萌生和演变，对比试验和三维有限元所得钉载比例、极限载荷及失效模式，可以发现，通过拟合SLM铝合金板断裂应变和应力三轴度曲线，编写UMAT子程序引入韧性准则和Hashin失效准则的三维有限元模型预测的连接件失效载荷与试验值误差仅为1.9%，且失效模式均为净截面拉断，两者吻合，此方法可以满足工程精度要求。利用经过验证的数值模型，分别预测了SLM铝合金板和CFRP层合板损伤演变过程，并分析了SLM铝合金板刚度对连接结构失效模式的影响，当SLM铝合金板厚度增大到4 mm时，连接结构失效模式由SLM铝合金板净截面拉断转移到CFRP层合板上。
2017, 34(12): 2770-2777.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170314.002
摘要:
采用三相界面法及置换反应法，以氯金酸-乙醇溶液和无序Ag纳米线为原材料，在空白Si基底上成功制备出有序Ag纳米线（AgNW）@Au纳米颗粒（AuNP）复合纳米线。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对有序AgNW@AuNP复合纳米线形貌进行了表征与分析，研究了氯金酸-乙醇溶液浓度和置换反应的反应时间对制备AgNW@AuNP复合纳米线的影响，并且结合荧光光谱及激光拉曼光谱进一步研究了一系列有序AgNW@AuNP复合纳米线对共轭聚合物聚（3-己基噻吩）（P3HT）荧光效应的影响。实验结果表明，有序AgNW@AuNP复合纳米线上AuNP的粒径随着置换反应时间的延长或氯金酸-乙醇溶液浓度的增加而增大，该复合纳米线对P3HT的荧光效应有增强作用，但其增强效应会随置换反应进行而减弱。
采用三相界面法及置换反应法，以氯金酸-乙醇溶液和无序Ag纳米线为原材料，在空白Si基底上成功制备出有序Ag纳米线（AgNW）@Au纳米颗粒（AuNP）复合纳米线。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对有序AgNW@AuNP复合纳米线形貌进行了表征与分析，研究了氯金酸-乙醇溶液浓度和置换反应的反应时间对制备AgNW@AuNP复合纳米线的影响，并且结合荧光光谱及激光拉曼光谱进一步研究了一系列有序AgNW@AuNP复合纳米线对共轭聚合物聚（3-己基噻吩）（P3HT）荧光效应的影响。实验结果表明，有序AgNW@AuNP复合纳米线上AuNP的粒径随着置换反应时间的延长或氯金酸-乙醇溶液浓度的增加而增大，该复合纳米线对P3HT的荧光效应有增强作用，但其增强效应会随置换反应进行而减弱。
2017, 34(12): 2778-2784.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170310.001
摘要:
采用溶胶-凝胶+热压烧结法制备了碳纤维（CF）体积分数分别为0%、5%、10%、15%的CF/Al2O3-20% Ni金属陶瓷复合材料，采用XRD、SEM和EDS能谱分析了CF/Al2O3-20% Ni复合材料的物相组成、组织形貌及成分分布，并研究了CF含量对CF/Al2O3-20% Ni复合材料硬度、抗弯强度和EDS断裂韧性的影响，通过SEM分析了CF/Al2O3-20% Ni复合材料的断口形貌并探讨了断裂机制。结果表明：采用溶胶-凝胶法可获得CF分散良好、Ni颗粒分布均匀的CF/Al2O3-20% Ni复合材料，并且可在CF表面包覆一层α-Al2O3保护膜，从而防止CF在高温烧结过程中的烧损。随着CF体积分数的增加，CF/Al2O3-20% Ni复合材料的硬度降低，抗弯强度和断裂韧性都先升高后下降，当CF体积分数为10%时，抗弯强度和断裂韧性均达到峰值，相对不含CF试样分别提高了79%和134%，CF的加入使CF/Al2O3-20% Ni复合材料的强度和韧性得以改善。用此方法制备的CF/Al2O3-20% Ni复合材料的增韧机制为碳纤维的拔出、桥接及脱粘。
采用溶胶-凝胶+热压烧结法制备了碳纤维（CF）体积分数分别为0%、5%、10%、15%的CF/Al2O3-20% Ni金属陶瓷复合材料，采用XRD、SEM和EDS能谱分析了CF/Al2O3-20% Ni复合材料的物相组成、组织形貌及成分分布，并研究了CF含量对CF/Al2O3-20% Ni复合材料硬度、抗弯强度和EDS断裂韧性的影响，通过SEM分析了CF/Al2O3-20% Ni复合材料的断口形貌并探讨了断裂机制。结果表明：采用溶胶-凝胶法可获得CF分散良好、Ni颗粒分布均匀的CF/Al2O3-20% Ni复合材料，并且可在CF表面包覆一层α-Al2O3保护膜，从而防止CF在高温烧结过程中的烧损。随着CF体积分数的增加，CF/Al2O3-20% Ni复合材料的硬度降低，抗弯强度和断裂韧性都先升高后下降，当CF体积分数为10%时，抗弯强度和断裂韧性均达到峰值，相对不含CF试样分别提高了79%和134%，CF的加入使CF/Al2O3-20% Ni复合材料的强度和韧性得以改善。用此方法制备的CF/Al2O3-20% Ni复合材料的增韧机制为碳纤维的拔出、桥接及脱粘。
2017, 34(12): 2785-2793.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170310.004
摘要:
应用等离子辅助化学接枝方法在磷灰石-硅灰石（AW）生物活性玻璃的表面接枝精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽。采用模拟体液（SBF）浸泡方法研究了AW表面接枝RGD基团对材料体外矿化特性的影响。SEM和EDS检测结果表明，RGD多肽的引入有利于羟基磷灰石（HA）的沉积，能够增强RGD-AW复合材料的体外矿化能力，HA形貌为蠕虫状。材料MG-63细胞共培养实验以及材料新西兰成年大白兔体内植入实验的结果表明，表面化学接枝RGD多肽的RGD-AW复合材料能够显著地促进类成骨细胞的黏附和铺展，并且在2周、4周和8周时均能够加速新骨的生成及骨组织结构和功能的重建。
应用等离子辅助化学接枝方法在磷灰石-硅灰石（AW）生物活性玻璃的表面接枝精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽。采用模拟体液（SBF）浸泡方法研究了AW表面接枝RGD基团对材料体外矿化特性的影响。SEM和EDS检测结果表明，RGD多肽的引入有利于羟基磷灰石（HA）的沉积，能够增强RGD-AW复合材料的体外矿化能力，HA形貌为蠕虫状。材料MG-63细胞共培养实验以及材料新西兰成年大白兔体内植入实验的结果表明，表面化学接枝RGD多肽的RGD-AW复合材料能够显著地促进类成骨细胞的黏附和铺展，并且在2周、4周和8周时均能够加速新骨的生成及骨组织结构和功能的重建。
2017, 34(12): 2794-2799.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170320.007
摘要:
采用经典欧拉梁理论和高阶三角剪切变形理论，研究了多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为。分析中考虑了材料物性与温度的相关性，采用含孔隙率的Voight混合模型描述了多孔功能梯度的材料属性。利用迭代算法求解结构在均匀、线性和非线性温升（考虑热传导效应）下的热-力耦合屈曲临界温度，讨论了材料非均匀参数、孔隙率和长细比等参数对屈曲临界温度的影响。ABAQUS数值模拟结果和文献对比结果验证了理论的可靠性，同时表明高阶剪切变形理论较经典欧拉梁理论精确。结果表明，功能梯度材料梁的热屈曲分析必须考虑物性与温度的相关性，否则可能高估热屈曲临界温度10%~30%；随着孔隙率增大，材料的等效弹性模量减少，即结构刚度有所弱化，但屈曲临界温度反而大大增高。
采用经典欧拉梁理论和高阶三角剪切变形理论，研究了多孔功能梯度梁的热-力耦合屈曲行为。分析中考虑了材料物性与温度的相关性，采用含孔隙率的Voight混合模型描述了多孔功能梯度的材料属性。利用迭代算法求解结构在均匀、线性和非线性温升（考虑热传导效应）下的热-力耦合屈曲临界温度，讨论了材料非均匀参数、孔隙率和长细比等参数对屈曲临界温度的影响。ABAQUS数值模拟结果和文献对比结果验证了理论的可靠性，同时表明高阶剪切变形理论较经典欧拉梁理论精确。结果表明，功能梯度材料梁的热屈曲分析必须考虑物性与温度的相关性，否则可能高估热屈曲临界温度10%~30%；随着孔隙率增大，材料的等效弹性模量减少，即结构刚度有所弱化，但屈曲临界温度反而大大增高。
2017, 34(12): 2800-2809.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170310.003
摘要:
以三元乙丙橡胶（EPDM）为基体，高岭土（Kaolin）和滑石粉（Talc）为功能填料，Al（OH）3为阻燃剂，短切聚酰亚胺纤维（PI Fiber）为增强材料，制备了不同PI纤维含量的可瓷化PI Fiber-Kaolin-Talc-Al（OH）3/EPDM（PKTA/EPDM）复合材料。研究了短切PI纤维对复合材料拉伸性能、热稳定性和微观形貌的影响，分析了短切PI纤维增强复合材料的陶瓷化机制。研究表明，短切PI纤维含量增加会导致可瓷化PKTA/EPDM复合材料拉伸性能下降，当纤维含量与EPDM质量比低于10：100时，复合材料力学性能良好。可瓷化PKTA/EPDM复合材料在800~1 100℃热解后均发生陶瓷化反应。当PI纤维与EPDM质量比为4：100~8：100时，可以有效保持复合材料高温热解后的形状尺寸稳定，并且热解产物弯曲强度在6~18 MPa之间。热分析结果表明，加入PI纤维可以提高可瓷化PKTA/EPDM复合材料的热稳定性。结合热分析和断面SEM分析表明，PI纤维热解、炭化后贯穿在EPDM裂解后的炭层中形成纤维增强炭层结构。这种纤维增强结构在复合材料热解过程中有助于获得尺寸稳定、形状完整的陶瓷产物。
以三元乙丙橡胶（EPDM）为基体，高岭土（Kaolin）和滑石粉（Talc）为功能填料，Al（OH）3为阻燃剂，短切聚酰亚胺纤维（PI Fiber）为增强材料，制备了不同PI纤维含量的可瓷化PI Fiber-Kaolin-Talc-Al（OH）3/EPDM（PKTA/EPDM）复合材料。研究了短切PI纤维对复合材料拉伸性能、热稳定性和微观形貌的影响，分析了短切PI纤维增强复合材料的陶瓷化机制。研究表明，短切PI纤维含量增加会导致可瓷化PKTA/EPDM复合材料拉伸性能下降，当纤维含量与EPDM质量比低于10：100时，复合材料力学性能良好。可瓷化PKTA/EPDM复合材料在800~1 100℃热解后均发生陶瓷化反应。当PI纤维与EPDM质量比为4：100~8：100时，可以有效保持复合材料高温热解后的形状尺寸稳定，并且热解产物弯曲强度在6~18 MPa之间。热分析结果表明，加入PI纤维可以提高可瓷化PKTA/EPDM复合材料的热稳定性。结合热分析和断面SEM分析表明，PI纤维热解、炭化后贯穿在EPDM裂解后的炭层中形成纤维增强炭层结构。这种纤维增强结构在复合材料热解过程中有助于获得尺寸稳定、形状完整的陶瓷产物。
2017, 34(12): 2810-2818.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170314.001
摘要:
利用骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的骨诱导作用和牛血清白蛋白（BSA）的稳定作用，结合同轴静电纺丝技术和共混静电纺丝技术，制备了三组纤维膜，包括同时携载BMP-2和BSA的丝素蛋白（SF）/聚左旋乳酸-己内酯（PLCL）同轴载药纤维膜（BMP-2-BSA@SF/PLCL，Mat A）；同时携载BMP-2和BSA的SF/PLCL共混载药纤维膜（BMP-2-BSA-SF/PLCL，Mat B）和非载药SF/PLCL纤维膜（SF/PLCL，Mat C）。通过研究纤维膜的表观形态，得出三种纤维膜均呈均匀网状结构，其中Mat A组具有稳定的核层结构；理化性能研究证实三组纤维的接触角和力学性能依次增大；体外细胞实验和膜屏障实验表明，三组纤维膜均具有良好的生物相容性和屏障功能，且具有药物缓释作用的Mat A组纤维膜能够更加有效地刺激细胞生长和早期骨向分化。所制备的BMP-2-BSA@SF/PLCL能够满足引导性骨组织再生（GBR）生物膜的基本要求，是促进骨缺损修复的理想载体。
利用骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的骨诱导作用和牛血清白蛋白（BSA）的稳定作用，结合同轴静电纺丝技术和共混静电纺丝技术，制备了三组纤维膜，包括同时携载BMP-2和BSA的丝素蛋白（SF）/聚左旋乳酸-己内酯（PLCL）同轴载药纤维膜（BMP-2-BSA@SF/PLCL，Mat A）；同时携载BMP-2和BSA的SF/PLCL共混载药纤维膜（BMP-2-BSA-SF/PLCL，Mat B）和非载药SF/PLCL纤维膜（SF/PLCL，Mat C）。通过研究纤维膜的表观形态，得出三种纤维膜均呈均匀网状结构，其中Mat A组具有稳定的核层结构；理化性能研究证实三组纤维的接触角和力学性能依次增大；体外细胞实验和膜屏障实验表明，三组纤维膜均具有良好的生物相容性和屏障功能，且具有药物缓释作用的Mat A组纤维膜能够更加有效地刺激细胞生长和早期骨向分化。所制备的BMP-2-BSA@SF/PLCL能够满足引导性骨组织再生（GBR）生物膜的基本要求，是促进骨缺损修复的理想载体。
2017, 34(12): 2819-2825.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170320.002
摘要:
采用微波辅助法在AZ31镁合金表面制备了植酸镁/羟基磷灰石（PA/HA）复合涂层。利用FESEM、EDS、XRD和电化学性能测试等方法表征涂层的表面形貌、物相组成以及耐蚀性能，探究了植酸溶液的pH值对PA/HA复合涂层形貌及耐蚀性能的影响，并通过浸泡实验研究了镁合金及PA/HA复合涂层在模拟体液（SBF）中的降解矿化行为。结果表明：在植酸预处理中，植酸溶液的pH=5.0时制备得到的PA/HA复合涂层表面均匀、无裂纹，与镁合金基底的界面结合良好；并且在此pH值下PA/HA复合涂层包覆镁合金样品的交流阻抗最大，自腐蚀电流密度最小，说明其耐蚀性最好。在SBF中，PA/HA复合涂层能够快速诱导磷灰石的生成，并显著提高镁合金基底的耐蚀性能。
采用微波辅助法在AZ31镁合金表面制备了植酸镁/羟基磷灰石（PA/HA）复合涂层。利用FESEM、EDS、XRD和电化学性能测试等方法表征涂层的表面形貌、物相组成以及耐蚀性能，探究了植酸溶液的pH值对PA/HA复合涂层形貌及耐蚀性能的影响，并通过浸泡实验研究了镁合金及PA/HA复合涂层在模拟体液（SBF）中的降解矿化行为。结果表明：在植酸预处理中，植酸溶液的pH=5.0时制备得到的PA/HA复合涂层表面均匀、无裂纹，与镁合金基底的界面结合良好；并且在此pH值下PA/HA复合涂层包覆镁合金样品的交流阻抗最大，自腐蚀电流密度最小，说明其耐蚀性最好。在SBF中，PA/HA复合涂层能够快速诱导磷灰石的生成，并显著提高镁合金基底的耐蚀性能。
2017, 34(12): 2826-2833.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170303.003
摘要:
在Fe3O4中加入黑曲霉培养基混合培养制备了Fe3O4/黑曲霉磁性微球，通过静态吸附试验，考察了pH值、温度、吸附剂用量、接触时间及U（Ⅵ）初始浓度等因素对Fe3O4/黑曲霉磁性微球吸附U（Ⅵ）效果的影响。结果表明：pH值是影响Fe3O4/黑曲霉磁性微球去除U（Ⅵ）的重要因素。pH=4、温度为25℃、U（Ⅵ）的初始浓度为10 mg/L、Fe3O4/黑曲霉磁性微球投加量为1 g/L时，Fe3O4/黑曲霉磁性微球对U（Ⅵ）的去除率达到98.89%，在吸附15 h后趋于平衡。采用SEM、能谱分析、FTIR等手段分析了Fe3O4/黑曲霉磁性微球吸附U（Ⅵ）的机制。SEM-EDS结果表明，Fe3O4/黑曲霉磁性微球成功合成且呈网状结构；FTIR结果表明，Fe3O4/黑曲霉磁性微球与铀发生作用的主要基团有羟基、羧基、酰胺基等。
在Fe3O4中加入黑曲霉培养基混合培养制备了Fe3O4/黑曲霉磁性微球，通过静态吸附试验，考察了pH值、温度、吸附剂用量、接触时间及U（Ⅵ）初始浓度等因素对Fe3O4/黑曲霉磁性微球吸附U（Ⅵ）效果的影响。结果表明：pH值是影响Fe3O4/黑曲霉磁性微球去除U（Ⅵ）的重要因素。pH=4、温度为25℃、U（Ⅵ）的初始浓度为10 mg/L、Fe3O4/黑曲霉磁性微球投加量为1 g/L时，Fe3O4/黑曲霉磁性微球对U（Ⅵ）的去除率达到98.89%，在吸附15 h后趋于平衡。采用SEM、能谱分析、FTIR等手段分析了Fe3O4/黑曲霉磁性微球吸附U（Ⅵ）的机制。SEM-EDS结果表明，Fe3O4/黑曲霉磁性微球成功合成且呈网状结构；FTIR结果表明，Fe3O4/黑曲霉磁性微球与铀发生作用的主要基团有羟基、羧基、酰胺基等。
2017, 34(12): 2834-2840.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170314.003
摘要:
以硅藻精土为基体，MnCl2和NaOH为复合改性剂制备了针对As（V）离子的吸附剂。研究了MnCl2-NaOH/硅藻土吸附剂用量对As（V）去除率的影响，通过SEM、FT-IR、XRD、XPS对改性前后及吸附后的样品进行了微观分析。结果表明：随着吸附剂投量的增加，溶液中As（V）的去除率从44.9%增加到93.9%。改性后硅藻基体未发生改变，MnCl2-NaOH/硅藻土吸附剂平均孔径变大，比表面积增大近7倍。硅藻土经改性后红外活性羟基峰消失，表面新生成Mn—O—Si吸收峰，在XRD数据上显示新生成含有MnO2的物相，表面Mn得到电子，通过氧化与硅藻表面形成复合接枝，吸附剂吸附溶液中含As（V）的离子后，出现Mn3（AsO4）（OH）4等物相，吸附过程中As得电子，Mn失电子，O、Si表面电子向As偏移，As在吸附剂表面的吸附方式有配位吸附、电荷吸附等。
以硅藻精土为基体，MnCl2和NaOH为复合改性剂制备了针对As（V）离子的吸附剂。研究了MnCl2-NaOH/硅藻土吸附剂用量对As（V）去除率的影响，通过SEM、FT-IR、XRD、XPS对改性前后及吸附后的样品进行了微观分析。结果表明：随着吸附剂投量的增加，溶液中As（V）的去除率从44.9%增加到93.9%。改性后硅藻基体未发生改变，MnCl2-NaOH/硅藻土吸附剂平均孔径变大，比表面积增大近7倍。硅藻土经改性后红外活性羟基峰消失，表面新生成Mn—O—Si吸收峰，在XRD数据上显示新生成含有MnO2的物相，表面Mn得到电子，通过氧化与硅藻表面形成复合接枝，吸附剂吸附溶液中含As（V）的离子后，出现Mn3（AsO4）（OH）4等物相，吸附过程中As得电子，Mn失电子，O、Si表面电子向As偏移，As在吸附剂表面的吸附方式有配位吸附、电荷吸附等。
2017, 34(12): 2841-2845.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170313.002
摘要:
用水溶性的阳离子表面活性剂全氟辛基季胺碘化物FC-134对碳纳米管进行非共价键改性，并用液相法制备改性碳纳米管/天然橡胶复合材料，研究了改性碳纳米管对天然橡胶复合材料的影响。结果表明，改性碳纳米管在水介质中具有很好的稳定性。佩恩效应表明，碳纳米管经过表面修饰增强了与橡胶的相互作用，降低了碳纳米管之间的相互作用。橡胶加工分析仪的结果表明，碳纳米管均匀地分散到复合材料中。与未改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料相比，改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料硫化胶的撕裂强度提高了65%，拉伸强度提高了29%。
用水溶性的阳离子表面活性剂全氟辛基季胺碘化物FC-134对碳纳米管进行非共价键改性，并用液相法制备改性碳纳米管/天然橡胶复合材料，研究了改性碳纳米管对天然橡胶复合材料的影响。结果表明，改性碳纳米管在水介质中具有很好的稳定性。佩恩效应表明，碳纳米管经过表面修饰增强了与橡胶的相互作用，降低了碳纳米管之间的相互作用。橡胶加工分析仪的结果表明，碳纳米管均匀地分散到复合材料中。与未改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料相比，改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料硫化胶的撕裂强度提高了65%，拉伸强度提高了29%。
2017, 34(12): 2846-2855.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170320.003
摘要:
采用超声协助悬浮聚合法以Ni（Ⅱ）离子为模板制备了氨基功能化纳米Fe3O4-离子印迹聚（甲基丙烯酸甲酯（MMA）-3-（2-氨基乙基胺）-2-甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）-二乙烯基苯（DVB））磁性复合材料（Fe3O4@ion imprinted poly（MMA-HPMA-DVB），Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB））。通过EA、XRD、FTIR、TEM、VSM等手段对Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）的组成、结构、形貌、磁性等进行了表征，并研究了其吸附水中Ni（Ⅱ）的性能。结果表明：合成的Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）平均粒径为100 nm，饱和磁化强度为43.8 emu/g；共聚单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）的羰基通过氢键与Fe3O4表面羟基结合，有利于Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）的核-壳结构的形成与稳定；Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）对Ni（Ⅱ）的吸附受溶液pH值影响较小；等温吸附线符合Langmuir模型，饱和吸附量（qm，c=500 mg/g，qm，e=478 mg/g）高于非离子印迹材料（Fe3O4@none-ion imprinted poly（MMA-HPMA-DVB），Fe3O4@NIP（MMA-HPMA-DVB）），qm，c=90.9 mg/g，qm，e=83.8 mg/g）。吸附过程可在5 min内达到平衡，符合准二级动力学模型。Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）能高选择性地有效吸附水中Ni（Ⅱ），对Ni（Ⅱ）的印迹因子（α）为1.9，对几种常见共存离子的选择性因子（β）>7.7，是潜在的高选择性吸附和回收Ni（Ⅱ）的功能材料。
采用超声协助悬浮聚合法以Ni（Ⅱ）离子为模板制备了氨基功能化纳米Fe3O4-离子印迹聚（甲基丙烯酸甲酯（MMA）-3-（2-氨基乙基胺）-2-甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）-二乙烯基苯（DVB））磁性复合材料（Fe3O4@ion imprinted poly（MMA-HPMA-DVB），Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB））。通过EA、XRD、FTIR、TEM、VSM等手段对Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）的组成、结构、形貌、磁性等进行了表征，并研究了其吸附水中Ni（Ⅱ）的性能。结果表明：合成的Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）平均粒径为100 nm，饱和磁化强度为43.8 emu/g；共聚单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）的羰基通过氢键与Fe3O4表面羟基结合，有利于Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）的核-壳结构的形成与稳定；Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）对Ni（Ⅱ）的吸附受溶液pH值影响较小；等温吸附线符合Langmuir模型，饱和吸附量（qm，c=500 mg/g，qm，e=478 mg/g）高于非离子印迹材料（Fe3O4@none-ion imprinted poly（MMA-HPMA-DVB），Fe3O4@NIP（MMA-HPMA-DVB）），qm，c=90.9 mg/g，qm，e=83.8 mg/g）。吸附过程可在5 min内达到平衡，符合准二级动力学模型。Fe3O4@ⅡP（MMA-HPMA-DVB）能高选择性地有效吸附水中Ni（Ⅱ），对Ni（Ⅱ）的印迹因子（α）为1.9，对几种常见共存离子的选择性因子（β）>7.7，是潜在的高选择性吸附和回收Ni（Ⅱ）的功能材料。
2017, 34(12): 2856-2865.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170407.001
摘要:
为了进一步揭示干湿循环条件下氯离子对水泥基复合材料的侵蚀机制，分别研究了两种水灰比水泥混凝土、砂浆及净浆三种层次试件在干湿循环条件下的抗氯离子侵蚀性能。结果发现，干湿循环作用能促进氯离子入侵速度，增加氯离子入侵深度和浓度，并且水胶比越大，干湿循环作用影响效果越明显；掺入矿粉能增加水泥基复合材料抗氯离子入侵性能，并且降低干湿循环作用的影响效果。净浆样品侵蚀前后的微观结构变化表明，干湿循环作用下，经氯盐侵蚀后水泥基复合材料净浆试件表层明显有Friedel盐生成，而矿粉的加入明显增加了样品中Friedel盐的生成量。
为了进一步揭示干湿循环条件下氯离子对水泥基复合材料的侵蚀机制，分别研究了两种水灰比水泥混凝土、砂浆及净浆三种层次试件在干湿循环条件下的抗氯离子侵蚀性能。结果发现，干湿循环作用能促进氯离子入侵速度，增加氯离子入侵深度和浓度，并且水胶比越大，干湿循环作用影响效果越明显；掺入矿粉能增加水泥基复合材料抗氯离子入侵性能，并且降低干湿循环作用的影响效果。净浆样品侵蚀前后的微观结构变化表明，干湿循环作用下，经氯盐侵蚀后水泥基复合材料净浆试件表层明显有Friedel盐生成，而矿粉的加入明显增加了样品中Friedel盐的生成量。
2017, 34(12): 2866-2873.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170321.001
摘要:
采用代理模型获得V-型皱褶芯材等效屈服应力、等效平台应力和几何参数之间的关系，并据此提出了一种承受静力/准静力面外压缩的V-型皱褶芯材均质化等效模型。计算结果与试验结果的对比表明：皱褶芯材的均质化等效模型可以很好地模拟原结构的弹塑性力学特性，并能大大减少计算耗时。对于皱褶夹芯板在结构中，特别是抗坠毁吸能结构中的应用，本文的等效模型提供了一种高效率的计算及优化手段。
采用代理模型获得V-型皱褶芯材等效屈服应力、等效平台应力和几何参数之间的关系，并据此提出了一种承受静力/准静力面外压缩的V-型皱褶芯材均质化等效模型。计算结果与试验结果的对比表明：皱褶芯材的均质化等效模型可以很好地模拟原结构的弹塑性力学特性，并能大大减少计算耗时。对于皱褶夹芯板在结构中，特别是抗坠毁吸能结构中的应用，本文的等效模型提供了一种高效率的计算及优化手段。
2017, 34(12): 2874-2881.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170314.005
摘要:
提出了一种齿板-玻璃纤维混合面板和泡沫芯材组成的新型混合夹层结构，齿板通过齿钉与泡沫芯材相连。该结构采用真空导入成型工艺制备，通过三点弯曲试验研究该结构在不同跨度以及不同芯材密度情况下的破坏模式和弯曲性能，并与普通泡沫夹层结构进行对比分析，同时探究了齿板对该结构界面性能的影响。结果表明：在泡沫芯材密度为35 kg/m3、80 kg/m3和150 kg/m3情况下，齿板-玻璃纤维混合泡沫夹层梁弯曲承载能力与普通泡沫夹层梁相比分别提高了168%、211%和258%，其界面剪切强度依次为0.09 MPa、0.21 MPa和0.45 MPa；随着芯材密度和跨度的变化，该结构主要产生芯材剪切和芯材凹陷两种破坏形态，齿板的嵌入有效抑制界面的剪切失效。另外，利用理论公式估算了试件受弯极限承载能力，理论值与实测值吻合较好。
提出了一种齿板-玻璃纤维混合面板和泡沫芯材组成的新型混合夹层结构，齿板通过齿钉与泡沫芯材相连。该结构采用真空导入成型工艺制备，通过三点弯曲试验研究该结构在不同跨度以及不同芯材密度情况下的破坏模式和弯曲性能，并与普通泡沫夹层结构进行对比分析，同时探究了齿板对该结构界面性能的影响。结果表明：在泡沫芯材密度为35 kg/m3、80 kg/m3和150 kg/m3情况下，齿板-玻璃纤维混合泡沫夹层梁弯曲承载能力与普通泡沫夹层梁相比分别提高了168%、211%和258%，其界面剪切强度依次为0.09 MPa、0.21 MPa和0.45 MPa；随着芯材密度和跨度的变化，该结构主要产生芯材剪切和芯材凹陷两种破坏形态，齿板的嵌入有效抑制界面的剪切失效。另外，利用理论公式估算了试件受弯极限承载能力，理论值与实测值吻合较好。
2017, 34(12): 2882-2889.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170320.005
摘要:
以乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）和淀粉质量比、甘油质量分数和NaHCO3质量分数为输入，以拉伸强度和回弹率为输出，建立基于种群熵多样性评估和收敛、发散策略的粒子群改进算法的径向基人工神经网络（RBF ANN）的淀粉基发泡复合材料性能预测模型。结果表明，该模型的预测效果较好，预测均方差和相关系数分别为0.0160和0.9890。预测发现，淀粉基发泡复合材料的拉伸强度随甘油含量的增加而缓慢降低，随NaHCO3含量的增加先减少后增加；回弹率随甘油含量的增加而递增，随NaHCO3含量的增加而先增加后减少。
以乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）和淀粉质量比、甘油质量分数和NaHCO3质量分数为输入，以拉伸强度和回弹率为输出，建立基于种群熵多样性评估和收敛、发散策略的粒子群改进算法的径向基人工神经网络（RBF ANN）的淀粉基发泡复合材料性能预测模型。结果表明，该模型的预测效果较好，预测均方差和相关系数分别为0.0160和0.9890。预测发现，淀粉基发泡复合材料的拉伸强度随甘油含量的增加而缓慢降低，随NaHCO3含量的增加先减少后增加；回弹率随甘油含量的增加而递增，随NaHCO3含量的增加而先增加后减少。
2017, 34(12): 2890-2901.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170412.002
摘要:
为了研究异种材料界面的开裂过程，在Sørensen等人工作的基础上，给出一种含剪胀效应张力-位移关系的构造方法。在界面受拉状态下，通过预先给定的剪胀函数及法向张力-位移关系导出切向张力-位移关系；在界面受压状态下，将切向张力分解为粘结力和摩擦力，摩擦力的大小与法向压力和粘结界面的破坏程度相关。该方法的结果解释了Sørensen模型中切向张力-位移关系不连续及其不符合一致关联准则的原因。为便于进行数值计算，给出了用于三维有限元模型的界面刚度矩阵计算方法。选取了一种特定形式的剪胀函数，并将法向张力-位移关系假定为分段线性形式和指数形式，分别求得对应的切向张力-位移关系。最后给出了两个工程应用的例子，数值模拟结果与试验数据吻合较好。
为了研究异种材料界面的开裂过程，在Sørensen等人工作的基础上，给出一种含剪胀效应张力-位移关系的构造方法。在界面受拉状态下，通过预先给定的剪胀函数及法向张力-位移关系导出切向张力-位移关系；在界面受压状态下，将切向张力分解为粘结力和摩擦力，摩擦力的大小与法向压力和粘结界面的破坏程度相关。该方法的结果解释了Sørensen模型中切向张力-位移关系不连续及其不符合一致关联准则的原因。为便于进行数值计算，给出了用于三维有限元模型的界面刚度矩阵计算方法。选取了一种特定形式的剪胀函数，并将法向张力-位移关系假定为分段线性形式和指数形式，分别求得对应的切向张力-位移关系。最后给出了两个工程应用的例子，数值模拟结果与试验数据吻合较好。
