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

2017年  第34卷  第2期

新型磁性离子交换吸附TiO2@Fe3O4/聚吡咯树脂复合材料制备及其吸附性能
苏洁, 程文, 周汉波, 李冬, 李轩, 赵美姣
2017, 34(2): 231-239. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160513.001
摘要:
首先采用溶胶-凝胶法制备TiO2@Fe3O4核壳结构的磁性纳米粒子,然后与聚吡咯(PPy)采用原位聚合法制备TiO2@Fe3O4/PPy磁性离子交换吸附剂。通过TEM、SEM对样品的形貌及粒径进行表征,用XRD表征分析物相,FTIR表征样品的表面性质,用VSM测定磁性能,由紫外-可见分光光度计测定吸光度,并对孔雀石绿溶液进行吸附性能测试。结果表明,PPy与TiO2@Fe3O4纳米粒子复合后形貌未变,团聚现象明显改善,磁强度为5.384 emu·g-1,具有超顺磁性。在pH=7,温度为298 K条件下,用0.05g TiO2@Fe3O4/PPy吸附剂对25 mL 20 mg·L-1孔雀石绿溶液(MG)进行吸附,饱和吸附容量为312.50 mg·g-1,且30 min内去除率可达到99.1%。与活性炭相比较,TiO2@Fe3O4/PPy磁性离子交换吸附树脂可以进行大面积动态交换与吸附,吸附性能优于活性炭。
高温老化对T700/HT280双马来酰亚胺复合材料疲劳性能的影响
高禹, 刘佳琦, 王绍权, 王柏臣, 于祺, 刘刚, 包建文
2017, 34(2): 240-246. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160405.002
摘要:
以多向铺层碳纤维增强双马来酰亚胺(T700/HT280)复合材料和双马来酰亚胺(HT280)树脂为研究对象,采用刚度降的方法研究高温老化对复合材料抗疲劳性能的影响。测量了复合材料和树脂的质损率,并利用FTIR、超声C扫描和动态力学热分析仪(DMA)对高温老化前后材料的化学结构、内部损伤、动态力学行为进行了分析。实验结果表明,随着高温老化时间的延长,两种材料的质损率均呈现先迅速增加后缓慢增加的变化规律。经历长期高温老化后,树脂发生了热氧老化。HT280树脂动态力学性能的变化归因于后固化与热老化效应,T700/HT280复合材料则归因于后固化、热老化和界面脱粘的综合作用。高温老化后T700/HT280复合材料刚度下降的速率与幅度明显小于原始态,表明高温老化后复合材料的后固化与热老化的强化效应明显,导致其抗疲劳性能有一定的提高。
环氧化合物上浆处理的MWCNTs对MWCNTs/环氧树脂复合材料性能的影响
赵新福, 张清杰, 郭健, 高亮, 隋刚, 杨小平
2017, 34(2): 247-255. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160511.001
摘要:
利用氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs-NH2)与环氧化合物苄基缩水甘油醚(EP 692)和十二-十四烷基缩水甘油醚(EP AGE)反应,通过球磨工艺制备了两种不同分子结构环氧化合物上浆处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)MWCNTs-692和MWCNTs-AGE。将均为1wt%的MWCNTs-NH2,MWCNTs-692和MWCNTs-AGE分别添加到二氨基二苯甲烷(DDM)固化双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)环氧树脂体系中,分析了三种MWCNTs对树脂体系黏温关系、固化动力学、热力学性能和弯曲性能的影响。FT-IR,TGA和XPS测试表明,EP 692和EP AGE通过共价键接枝到碳纳米管的表面。与MWCNTs-NH2相比,MWCNTs-692和MWCNTs-AGE可以有效提高碳纳米管在环氧树脂基体中的分散性和相容性,减少纳米粒子对树脂体系黏度和固化动力学的影响。此外,添加上述三种碳纳米管都可以改善纯环氧树脂体系的储能模量和弯曲性能,其中经过含有刚性分子结构上浆剂处理的MWCNTs-692增强效果最为显著。添加1wt% MWCNTs-692后,MWCNTs-692/环氧树脂复合材料的常温储能模量提高了30.6%,弯曲强度和模量分别提高了18.8%和22.5%。
POE-g-MA对纳米CaCO3/聚乳酸复合材料热及流变性能影响
贾仕奎, 朱艳, 王忠, 陈立贵, 付蕾
2017, 34(2): 256-262. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160427.002
摘要:
以纳米碳酸钙(Nano-CaCO3)和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为增容剂,利用熔融挤出热拉-骤冷工艺制备了一系列Nano-CaCO3/PLA复合材料。分别采用SEM、DSC、TG、毛细管流变仪(CR)和万能实验机研究了Nano-CaCO3/PLA复合材料的界面相容性、热性能、流变性能与力学性能。结果表明:与纯PLA相比,当Nano-CaCO3含量达到15wt%,Nano-CaCO3/PLA复合材料团聚现象明显,其结晶度、最大热分解温度与拉伸强度分别下降1.9%、15.5℃与28.2%,弯曲强度和断裂伸长率分别提高37.5%和29.3%,而相应添加4wt% POE-g-MA增容剂的Nano-CaCO3/PLA复合材料分散形态得到改善,其结晶度和拉伸强度分别下降4.2%和25.2%;最大热分解温度、弯曲强度和断裂伸长率分别提高5.8℃、25.3%和174.4%;同时POE-g-MA增加了Nano-CaCO3/PLA复合材料的剪切黏度。
SiC颗粒-SiC晶须混杂填料/双马来酰亚胺树脂导热复合材料的制备与性能
党婧, 刘婷婷
2017, 34(2): 263-269. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.002
摘要:
以双马来酰亚胺树脂(BMI)为树脂基体,二烯丙基双酚A(DABA)为增韧剂,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)表面改性的SiC颗粒-SiC晶须(SiCP-SiCW)为复配导热填料,浇注成型制备SiCP-SiCW/BMI导热复合材料,分析研究SiC形状、用量、质量比及表面改性对SiCP-SiCW/BMI导热复合材料的导热性能、介电性能、力学性能和热性能的影响。结果表明,当改性SiCP-SiCW用量为40wt%且SiCP∶SiCW质量比为1∶3时,SiCP-SiCW/BMI导热复合材料具有最佳的综合性能,导热系数λ为1.125 W(m·K)-1,介电常数ε为4.12,5%热失重温度为427℃。
基于介电性能研究碳纤维/环氧复合材料单向板电热作用机制
王志平, 叶亮, 路鹏程
2017, 34(2): 270-277. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160418.003
摘要:
采用复合材料电热试验机对碳纤维/环氧复合材料(CF/EP)单向板进行0.05~0.2 A·mm-2直流电流通电处理,每次通电1.5 h,同时对其电热作用下的表面温度场进行测量;分析电热作用后CF/EP试样的纵向体积电阻和介电性能变化;通过三点弯曲测试表征电热作用前后的弯曲性能。结果表明:试样的温度场随通电时间均呈现先迅速上升后稳态平衡的趋势。低于0.125 A·mm-2的电热作用使温度场分布均匀,纵向体积电阻降低以及介电性能提升;高于0.125 A·mm-2的电热作用使中间区域温度场高于两边区域,纵向体积电阻上升以及介电性能下降。介电常数和损耗角正切随测试频率增大而降低,交流电导率随频率增大先稳定后上升。受电热作用影响最大的损耗角正切可作为特征参量。弯曲性能测试表明,低于0.125 A·mm-2的电热作用使CF/EP试样的弯曲强度和弯曲模量最大提升11.8%和7.32%,而高于0.125 A·mm-2的电热作用使试样的弯曲强度和弯曲模量最大降低8.26%和6.52%。
氧化石墨烯/呋喃树脂复合材料的制备及其性能
李琛, 晏石林, 杨亚运, 李胜方, 余波
2017, 34(2): 278-283. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.010
摘要:
用改良的Hummers法制备出氧化石墨烯(GO),再通过溶液共混,逐步升温固化制备得到GO/呋喃树脂复合材料。利用FTIR、XRD和SEM对GO/呋喃树脂复合材料的微观结构和形貌进行表征,同时对其黏度、玻璃化转变温度、热分解温度、残炭率及硬度进行了检测。结果表明,GO较均匀地分散于呋喃树脂基体中,且两者界面相容性较好。GO/呋喃树脂复合材料的热性能和力学性能相对于纯树脂都有一定的提高。与纯呋喃树脂相比,当GO的添加量为0.3wt%时,GO/呋喃树脂复合材料的玻璃化转变温度提高了36℃,热失重5%时的温度提高了16℃;当GO的添加量为0.1wt%时,GO/呋喃树脂复合材料的残炭率从50.7%提高到53.9%,邵氏硬度从90提高到97。
高温相变石蜡-脲醛树脂微胶囊的制备及表征
詹建, 邹得球, 李乐园, 马先锋, 朱颖颖
2017, 34(2): 284-290. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.005
摘要:
通过原位聚合法合成了以高温相变石蜡(相变区间为75~85℃)为芯材,三聚氰胺改性脲醛树脂为壁材的相变微胶囊。采用DSC、SEM、导热系数仪等分别对石蜡-脲醛树脂(Paraffin-UF)微胶囊的形貌、热性能等进行了表征。分析了NaCl溶液、三聚氰胺以及石墨烯的添加对微胶囊的影响。结果表明:适量NaCl的添加能改善微胶囊表面形貌,三聚氰胺的添加能提高微胶囊的生成量。添加质量分数为0.03%的石墨烯,在80℃时微胶囊的导热系数提高了55.56%,而且其热稳定性有所提高。
三种壳类植物纤维/聚氯乙烯复合材料性能比较
朱碧华, 何春霞, 石峰, 张园园, 常萧楠, 刘丁宁
2017, 34(2): 291-297. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.005
摘要:
以壳类植物纤维(榛子壳、椰壳、稻壳)为填料,以聚氯乙烯(PVC)为基体,采用挤出成型工艺制备三种壳类植物纤维/PVC复合材料。对三种壳类植物纤维进行了成分分析;对三种壳类植物纤维/PVC复合材料进行了力学性能和吸水性能测试,并进行了FTIR和TG-DSC联用法分析,用SEM观察了复合材料断面微观结构。结果表明:三种壳类植物材料中,稻壳纤维素含量最高,稻壳纤维/PVC复合材料有较好的结合界面和力学性能,稻壳纤维/PVC复合材料弯曲强度为69.79 MPa,分别比椰壳纤维/PVC和榛子壳纤维/PVC复合材料高4.34%和24.87%。三种壳类植物纤维/PVC复合材料24h吸水率均小于1%,其中椰壳纤维/PVC复合材料吸水性较小,其24 h吸水率为0.600 5%,榛子壳纤维/PVC复合材料热稳定性较好。三种壳类植物纤维/PVC复合材料力学性能和吸水性均符合国家标准GB/T 24137-2009和GB/T 24508-2009要求。
硫醇@三聚氰胺甲醛树脂/环氧树脂固化剂的制备及性能表征
陶宇, 陶瑜骁, 孙萌, 王标兵
2017, 34(2): 298-307. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.006
摘要:
采用三聚氰胺-甲醛树脂(PMF)为壁材,三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(TMPMP)作为芯材,原位乳液聚合法制备了硫醇@三聚氰胺甲醛树脂(TMPMP@PMF)微胶囊固化剂。研究了乳化剂种类及用量,囊壁质量比,反应温度,反应时间,pH值对合成TMPMP@PMF微胶囊粒径及稳定性等影响。结果表明:当反应乳液中芯材的质量分数达到2wt%,同时芯材与壁材的单体质量比达到2∶1时,能制备出粒径在大约100 μm,粒径均匀的TMPMP@PMF微胶囊。TMPMP@PMF微胶囊的结构稳定,耐热性好,并且呈闭孔结构。采用TMPMP@PMF微胶囊为固化剂,与环氧树脂(EP)基体混合配制成压敏型TMPMP@PMF/EP固化剂,发现微胶囊结构在受到外力作用时能及时破裂,室温甚至低温下都能短时间使环氧树脂固化,并且能够很好地改善固化剂的抗冲击性能。
电热作用对碳纤维/环氧树脂基复合材料吸湿行为的影响
纪朝辉, 毕亚芳, 路鹏程, 王志平
2017, 34(2): 308-313. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160418.005
摘要:
采用复合材料电热实验机,对碳纤维/环氧树脂基复合材料(CF/EP)试样进行通电处理,同时测试其表面温度变化,并得出电阻率随温度的变化规律。对通电后的试样进行吸湿处理,获取扩散系数、饱和吸湿率与通电电流之间的关系,之后通过FTIR、弯曲性能测试以及弯曲断口的表面形貌分析研究了通电对试样吸湿行为的影响。结果表明:通电电流强度越大,CF/EP试样表面平衡温度越高,随着温度升高电阻率呈下降趋势;经4 A(ρ=66.8 mA·mm-2)电流处理的试样,其扩散系数、饱和吸湿率均低于未处理试样,经5 A(ρ=83.6 mA·mm-2)、6 A(ρ=100.2 mA·mm-2)电流处理后,扩散系数及饱和吸湿率均高于未处理试样;小电流处理时,界面性能得到改善,提高弯曲强度,大电流处理对界面有一定损伤,降低弯曲强度,电热/湿作用下,CF/EP试样的弯曲强度下降,下降幅度与吸湿量呈正相关。
单向竹原纤维表面改性对其增强不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响
王春红, 任子龙, 张青菊
2017, 34(2): 314-321. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.003
摘要:
采用碱处理、碱-偶联剂联合处理对竹原纤维进行表面改性,通过缝合-模压工艺制备了单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料。研究了不同表面改性方法对BF/UP复合材料静态、动态力学性能、吸水性能等的影响,并用SEM、红外光谱等技术研究了改性处理后纤维的表面及复合材料界面结合情况。结果表明:经过不同表面处理后BF/UP复合材料的性能均有所改善。当采用5wt%碱-3wt%偶联剂联合处理时,BF/UP复合材料综合性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、剪切强度较未处理的分别提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%;复合材料存储模量(33℃)较未处理的提高了63.80%,损耗因子有所降低;BF/UP复合材料24 h、720 h吸水率较未处理的分别减小了55.35%、27.32%。SEM和红外光谱结果表明,改性处理后竹原纤维表面杂质减少,附着了一层偶联剂膜,BF/UP复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。
基于黏弹性理论的多聚磷酸改性沥青低温性能
王岚, 王子豪, 李超
2017, 34(2): 322-328. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160413.003
摘要:
基于黏弹性理论,对不同质量分数(0.5wt%,1.0wt%,1.5wt%,2.0wt%)的多聚磷酸改性沥青及基质沥青进行低温弯曲流变试验(BBR),结合Burgers模型对低温弯曲梁流变试验得到的蠕变数据进行非线性拟合,利用Burgers模型的四个参数(E1η1E2η2分别是Maxwell和Kelvin模型中弹性模量和黏性系数)确定出低温性能指标,对多聚磷酸改性沥青低温性能进行分析。结果表明:多聚磷酸的添加使沥青中的黏性和弹性都得到了一定的改善,沥青中松弛时间减少,储存能减少,耗散能增加,应力松弛能力得到提高。在相同温度下,多聚磷酸改性沥青延缓了沥青进入蠕变稳定期的时间,但随着温度的降低,达到蠕变稳定期的时间缩短。多聚磷酸改性剂的添加可以提高沥青低温性能,且随质量分数的增加,低温改善效果更好;但随着温度的降低,多聚磷酸对沥青的低温改善程度减小,且不同质量分数对其影响的差异也减小,在-24℃以上适合使用多聚磷酸改性,而在-24℃以下掺入多聚磷酸改性沥青意义不大。
多聚磷酸及多聚磷酸-SBS改性沥青低温性能
王岚, 王子豪, 李超
2017, 34(2): 329-335. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160415.001
摘要:
基于弯曲流变试验(BBR)并结合DSC试验测得的玻璃化转移温度,对不同掺量的多聚磷酸(PPA)改性沥青和乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)-PPA复合改性沥青的低温性能进行了研究。用单因素方差法分析了不同温度下,PPA掺量对沥青低温性能的影响。利用荧光显微镜观察并分析了SBS-PPA复合改性沥青的相态结构特征。结果表明:PPA的加入对基质及复合改性沥青的低温性能有所提高,且随着PPA掺量的增加,对低温抗裂性能的改善越好,但随着温度的降低,低温改善效果逐渐减小。不同温度下,PPA对基质沥青低温性能的影响程度不同,在-18~-12℃时,对基质沥青低温性能的改善较显著,而在-30~-24℃时,对基质沥青低温性能的改善不显著;对于SBS-PPA改性沥青,不同温度下,PPA对其低温性能的改善均不显著。SBS-PPA改性沥青的低温抗裂性能优于PPA改性沥青,PPA的添加可以有效促使SBS分散为细小颗粒,并在沥青中的分布变得更加均匀,使SBS改性沥青的储存稳定性和空间网状结构得到有效改善。
叠氮苯并咪唑偶联剂增强国产芳纶Ⅲ/聚三唑树脂复合材料界面
刘冬冬, 扈艳红, 张芳芳, 顾渊博
2017, 34(2): 336-344. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160407.003
摘要:
通过分子设计制备合成了含叠氮及苯并咪唑双官能团的偶联剂Azido-Benzimidazole(ABI),并考察了新型偶联剂对国产芳纶Ⅲ(DAF-Ⅲ)/聚三唑树脂(PTA)复合材料的界面增强作用。SEM、傅立叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)及XPS分析表明,ABI通过分子结构中的苯并咪唑基团与DAF-Ⅲ纤维形成分子间氢键,能够作用到DAF-Ⅲ上。FTIR及DSC分析表明,ABI中的叠氮基团与PTA树脂中的炔基发生反应,生成三唑环参与了PTA树脂的固化。经2.1wt% ABI处理后,DAF-Ⅲ/PTA树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别较未处理时提高了62.0%和43.7%。
粉煤灰微珠含量与粒径级配比对环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响
李苗苗, 陈平, 李建超
2017, 34(2): 345-351. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160612.004
摘要:
对粉煤灰空心微珠/环氧树脂复合材料进行了弯曲试验,研究了微珠粒径、含量以及级配比例对复合材料弯曲性能的影响,并通过弯曲断口微观形貌分析了内在机理。结果表明,空心微珠的加入对粉煤灰空心微珠/环氧树脂复合材料的弯曲强度影响很大。随空心微珠含量的增加,复合材料的弯曲强度呈现先升高后下降的趋势,填充量为15wt%时,复合材料的弯曲强度最大;随空心微珠粒径的减小,复合材料的弯曲强度随之提高,小粒径微珠对环氧树脂复合材料弯曲强度的提升效果更好;空心微珠级配填充环氧树脂复合材料的弯曲强度主要受级配微珠中小粒径微珠含量的影响,小粒径微珠的比例越大,弯曲强度越高。
碳纤维表面原位固相协同生长纳米碳管
张亚兵, 马兆昆, 宋怀河, 陈铭, 梁朋, 赵永华
2017, 34(2): 352-357. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160530.002
摘要:
在碳纤维(CF)表面直接原位生长碳纳米管(CNTs),可有效避免CNTs分散不均的问题,充分发挥二者的优势,对获得高层间性能的碳纤维增强树脂基复合材料(CNTs-CF/EP)具有重要的意义。本文对CF进行表面改性处理,在CF表面负载催化剂粒子,然后通过原位生长法并在助催化剂噻吩的协同作用下,在CF表面固相生长了CNTs。此方法得到的CNTs-CF,不仅有效避免CNTs在基体中的相互缠绕、难以分散等问题。而且由于生长CNTs的碳源主要来自CF,二者结合强度较高,对提高CNTs-CF/EP的层间性能非常有利。借助于SEM、XRD及FT-IR等分析测试手段,研究了催化剂Ni(NO32·6H2O浓度对表面长有CNTs的CF的形貌、结构及其性能的影响。结果表明:在适当的催化剂浓度(0.2 mol·L-1)负载中,CF表面能够生长出结合牢固、垂直生长且均匀分布的CNTs,但力学性能有所下降。
短纤维增强复合泡沫弹性性能数值模拟
卢子兴, 任昆, 谢凡, 袁泽帅
2017, 34(2): 358-363. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160413.001
摘要:
采用二元模型对短纤维增强复合泡沫(SFRSF)材料进行了简化模拟,考虑了纤维在空间中分布的随机性,并分别采用不同单元类型在不考虑网格匹配的情况下对纤维和基体单独进行网格划分。之后,采用改进的单元嵌入技术(EET)耦合纤维与基体的自由度,并引入杆单元模拟界面相,描述了材料内部纤维与基体的传载机制,从而建立了能反映材料细观结构的有限元数值模型。在此基础上,研究了碳纤维含量和长度以及空心微珠含量和壁厚对SFRSF杨氏模量的影响规律。结果表明,该数值模型对SFRSF杨氏模量的预测与实验值吻合较好。增加碳纤维的含量和纤维长度能够有效提高SFRSF材料的杨氏模量,适当增加空心微珠壁厚一定程度上可以增加其杨氏模量。
基于超弹性特性的SMA复合材料层合板低速冲击损伤数值模拟方法
张龙, 胡殿印, 贾傲, 王荣桥
2017, 34(2): 364-373. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160413.004
摘要:
基于ABAQUS有限元软件结合VC++6.0程序设计,建立了含不同铺层角度、不同排列密度形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料层合板有限元模型。将基于Brinson本构模型的SMA分段线性超弹性模型以及判断复合材料层内失效的三维HASHIN失效准则编译至ABAQUS/VUMAT子程序,使用界面单元模拟复合材料层间区域,建立了SMA复合材料层合板的低速冲击损伤及冲击后剩余强度数值模拟方法。对比了不含SMA纤维层合板、含SMA纤维层合板、含普通金属丝层合板在不同冲击能量下的损伤响应。进一步分析了SMA纤维体积分数和直径变化对冲击响应的影响。冲击后剩余压缩强度模拟结果表明:冲击能量为16 J时,含体积分数25%、直径0.5 mm的SMA纤维层合板的冲击后剩余压缩强度相比不含SMA纤维层合板提高5.78%、相比含普通金属丝层合板提高4.69%。随着SMA纤维体积分数提高,层合板的抗低速冲击能力增强,当体积分数一定时,较细的(0.3 mm)SMA纤维比粗的(0.6 mm)SMA纤维对层合板的抗低速冲击能力增强效果更好。
铺层取向误差对CFRP可折叠管件半片变形影响的数值分析与试验研究
文琼华, 文友谊, 李博, 李帆, 刘至真, 叶宏军
2017, 34(2): 374-380. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160427.001
摘要:
以单层厚度为0.04 mm的碳纤维/树脂(T300/5228,CFRP)超薄单向预浸料,采用真空袋-固化炉成型方法制备了一系列不同铺层复合材料“Ω”型可折叠管件半片,并采用ANSYS软件进行了有限元分析,通过实验和数值模拟方法研究了铺层方式及取向误差对变形的影响,制备的四种铺层方式制件实验测量其变形趋势与相应模拟分析结果一致,得到了铺层取向误差对变形影响较小的铺层方式。研究发现:±45°铺层比0°铺层的铺层取向误差对变形影响更大,增加90°铺层可以在一定程度上控制因铺层取向误差导致的可折叠管件半片的变形。研究结果表明通过铺层设计可以在一定程度上实现对CFRP可折叠管件半片变形的控制。
多轴向玻璃纤维增强树脂基复合材料的破坏特性和损伤机制
张丹丹, 孙耀宁, 王雅
2017, 34(2): 381-388. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160606.004
摘要:
通过对玻纤增强环氧乙烯基酯树脂(GF/EVE)和玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂(GF/UP)复合材料的多轴向铺层设计试件进行低速冲击、弯曲和剪切破坏性力学试验,分析了不同铺层方式的GF/EVE和GF/UP复合材料冲击、弯曲和剪切载荷作用下产生的损伤及失效模式。结果表明:在铺层设计与工艺相同的情况下,CF/EVE的弯曲强度、冲击韧性均优于CF/UP;[0,90]6试件冲击能量吸收性能优于其他五种铺层方式;铺设角设计、树脂基体类型、铺层厚度对层合板剪切力学性能的影响较小。并基于SEM与超声C扫描成像检测(C-SAM)对复合材料的微观界面脱粘机制及损伤演化行为进行阐释。
增强体对复合材料接触性能的影响
周青华, 王家序, 杨勇, 杨万友, 苗强
2017, 34(2): 389-399. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.001
摘要:
基于等效夹杂方法,引入一种数值建模方法用于求解Hertz接触载荷作用下复合材料次表面应力场。通过与有限元方法的对比验证本方法的有效性和优越性;讨论不同形状增强体深度、材料、尺寸、体积分数、相对位置等分布参数对基体应力场的影响。分析结果表明,双增强体接触模型中,次表面最大von Mises应力随增强体深度和半径的增大呈先增大后减小趋势,随增强体与基体之间材料差异的增大而单调递增;增强体体积分数及相对位置将对基体应力分布产生较大影响。通过钛基复合材料滚动接触疲劳实验验证了本文方法处理复合材料接触性能的能力。
二维C/SiC复合材料在冲击拉伸下的损伤过程
陈煊, 陈超, 程礼, 陈卫
2017, 34(2): 400-405. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160606.002
摘要:
利用分离式霍普金森拉杆实验装置(SHTB)和超高速照相机,对二维C/SiC复合材料进行了冲击拉伸力学性能实验研究,同时结合其宏观力学行为,分析了在冲击拉伸载荷作用下的损伤破坏过程。结果表明:材料的应力-应变曲线呈明显的非线性特征,其内部损伤破坏和裂纹扩展过程分为四个阶段:损伤积累于第一阶段,裂纹起源于第二阶段,屈服失效于第三个阶段,快速扩展于第四个阶段。
癸酸-棕榈酸-SiO2/石膏相变储湿复合材料的制备及性能
张浩, 黄新杰, 刘秀玉, 唐刚
2017, 34(2): 406-413. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.012
摘要:
以抹灰石膏作为基体材料,将癸酸-棕榈酸-SiO2相变储湿材料掺入抹灰石膏中,制备癸酸-棕榈酸-SiO2/石膏相变储湿复合材料,对其基本性能、储湿调湿性能、相变调温性能和耐久性能进行测试与分析。利用FTIR和SEM研究癸酸-棕榈酸-SiO2/石膏相变储湿复合材料的结构组成和微观形貌。结果表明:当癸酸-棕榈酸-SiO2相变储湿复合材料掺量为40wt%的癸酸-棕榈酸-SiO2/石膏相变储湿复合材料具有最佳性能和良好耐久性能。其标准扩散度用水量为0.69、初凝时间为37 min、终凝时间为51 min、体积密度为916.67 kg·m-3、拉伸连接强度为0.08 MPa、抗压强度为1.76 MPa;在相对湿度40%~65%的平衡含湿量为0.0620~0.0849 g·g-1;从30℃至15℃的降温时间为610 s,相变平台明显;经过循环试验,吸放湿性能下降了6.44%~9.45%,相变调温性能仅下降了7.2%。
介孔SiO2/膨胀石墨复合材料的直接合成及其对染料的吸附性能
许松松, 吴正颖, 王赛, 刘成宝, 王东田, 陈志刚
2017, 34(2): 414-422. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160418.001
摘要:
采用简单的一步水热合成法,在含有模板剂、铝盐、膨胀石墨和硅源的水溶液中,利用铝盐水解后所产生的弱酸性环境,直接制备出介孔SiO2/膨胀石墨复合材料,考察了铝盐的添加量对所得复合材料结构和性能的影响。采用XRD、N2吸附和SEM对介孔SiO2/膨胀石墨复合材料的结构和形貌进行了表征。以亚甲基蓝为目标污染物分子,系统评价了复合材料的吸附性能。结果表明,合成时铝盐的添加量在很大范围内变化(rAl/Si=0.25~2.0,体系pH值为3.1~2.3)均可获得具有较大比表面积和孔体积的介孔SiO2/膨胀石墨复合材料,且介孔SiO2以多层膜的形式生长在膨胀石墨碳层上;当rAl/Si=0.25、0.5、1.0时,复合材料孔道有序规整;当rAl/Si=1.0、2.0时,复合材料中介孔孔道规整性下降。介孔SiO2/膨胀石墨复合材料吸附亚甲基蓝的饱和吸附量在52~55 mg·g-1左右,吸附行为主要符合Langmuir方程和伪二级动力学模型。
超级电容器用CeO2-MnO/3D石墨烯复合材料的制备
李赵华, 刘成宝, 钱君超, 陈志刚, 陈丰, 曹云岳
2017, 34(2): 423-429. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160420.001
摘要:
以西瓜瓜瓤为碳源,采用两步碳化法制备三维石墨烯(3D-Fiberbased Graphene,3D G)材料,并使用水热法制备了CeO2-MnO/3D G复合材料,以期获得比电容高,循环寿命好的石墨烯超级电容器电极材料。结果表明:3D G材料具有较高比表面积,最高可达到332 m2·g-1。CeO2-MnO/3D G复合材料具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10 nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L-1的Na2SO4溶液中,电流密度1 A·g-1,当摩尔比MnO∶CeO2=4∶1,复合负载量在80%时得到的CeO2-MnO/3D G复合材料拥有最高比电容,达308.5 F·g-1,经过1 000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CeO2-MnO/3D G复合材料电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。
三维碳/碳复合材料板件拉伸强度预报
边天涯, 关志东, 刘发齐
2017, 34(2): 430-437. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160606.001
摘要:
针对三维碳/碳复合材料板件开孔敏感性问题进行了试验与有限元分析。建立了三维碳/碳复合材料代表体积单元(RVE)和完好板件、开孔板件的有限元模型,给出了宏观应力到细观应力的转换方法,并基于此方法,实现了完好板件、开孔板件拉伸破坏过程的数值模拟。进行了三维碳/碳复合材料完好板件和开孔板件的单向拉伸试验,模拟计算结果与试验结果吻合良好。分析了不同宽径比(WTDR)对开孔板件拉伸强度的影响,其中当宽径比达到6时,开孔板拉伸极限强度相比完好板下降11.5%,可以认为如果宽径比不低于6,开孔对板件拉伸极限强度影响较小。该结论可以为碳/碳复合材料开孔板件设计提供指导。
聚氨酯高聚物注浆材料抗压强度测试与模拟
高翔, 黄卫, 魏亚, 钟燕辉
2017, 34(2): 438-445. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160413.002
摘要:
针对密度处于0.08~0.5 g·cm-3区间的聚氨酯高聚物,在扫描电镜下观察材料微观形貌特征,记录单轴受压下材料的应力-应变曲线,通过提取扫描电镜图中微泡孔的尺寸,基于几何参数拟合材料抗压强度。试验结果表明:随密度增大,材料的泡孔由接近多边形转变为圆球形,平均孔径与泡孔间接触面积均减小,高密度试件的泡孔分布特征遵循能量最小原理,以保证体系稳定。材料的受压响应有三阶段特征:弹性阶段(应变小于5%)高密度试件应变发展较快:屈服平台阶段(应变5%~50%)的应力可以作为抗压强度的表征,致密阶段(应变大于50%)高密度试件发生脆性破坏。基于泡孔几何参数的Gibson-Ashby模型可以较好地拟合材料强度,该强度受密度影响显著,不同密度的材料可以灵活应用于多种工程场合。
黄麻纤维束力学性能的尺寸和应变率效应
朱德举, 火兴斐
2017, 34(2): 446-455. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160406.001
摘要:
为了探究黄麻纤维束的尺寸效应和应变率敏感性,利用C43电子式万能试验机和CEAST 9340落锤试验冲击系统分别在静动载条件下对黄麻纤维束进行测试,获得了杨氏模量、强度、峰值应变和韧性随标距和应变率的变化关系静载试验在1/600 s-1应变率条件下进行,测试了6组不同标距(25、50、100、150、200和300 mm)的试件;动载试验以应变率为变量,在4组不同的应变率(40、80、120和160 s-1)条件下进行了测试,试件标距均为25 mm。测试结果表明:随着试件标距增大,杨氏模量初始增大,当标距大于100 mm时趋于稳定;强度、峰值应变和韧性均减小。随着应变率增大,杨氏模量和强度均增大;峰值应变初始减小后趋于稳定;韧性先减小后增大。鉴于植物纤维束材料较大的性能离散性,采用Weibull分布对试验数据进行拟合,获得了黄麻纤维束强度在不同试验条件(标距和应变率)下的分布规律。
基于阵列传感器的复合材料结构损伤MUSIC成像方法
鲍峤, 袁慎芳, 邱雷, 王同光
2017, 34(2): 456-462. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160616.003
摘要:
提出了一种基于传感器线阵的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)损伤成像方法用于航空复合材料的损伤监测。该方法采用MUSIC阵列信号处理方法,通过对传感器阵列信号进行协方差特征值分解,在结构上进行方向扫描并构建监测区域的空间谱,从而实现对结构损伤的成像,具有一维传感器阵列易于布置的优点。所提出的方法在变厚度航空复合材料油箱结构上进行了验证,结果表明,该方法能够准确实现航空复合材料结构上的损伤成像,定位误差小于2 cm。
不同冻融介质作用下混凝土力学性能衰减模型
赵燕茹, 范晓奇, 王利强, 时金娜
2017, 34(2): 463-470. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160425.001
摘要:
通过快速冻融试验,研究了三种不同冻融介质(水、3.5wt% NaCl、飞机除冰液)对混凝土质量损失、动弹模量以及力学性能的影响,比较了三种冻融介质对混凝土损伤程度的大小,分析了混凝土相对动弹性模量与相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度之间的关系,基于相对动弹性模量建立了相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度衰减方程。结果表明:3.5wt% NaCl溶液对混凝土的损伤度要远大于单纯水冻融循环对混凝土的损伤度,飞机除冰液对混凝土冻融损伤具有抑制作用;混凝土抗压、抗折强度以及相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加而降低;三种冻融介质下混凝土抗压、抗折强度损失率大小关系为:3.5wt% NaCl > 水 > 飞机除冰液;相对动弹性模量与相对剩余抗压强度、相对剩余抗折强度相关性好,可以通过测定混凝土相对动弹性模量来评估混凝土相对剩余强度。