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

2020年  第37卷  第6期

树脂基复合材料
茶多酚-聚乳酸/聚碳酸丁二醇酯抗菌复合纤维膜的制备及性能
顾晓华, 李燕, 刘思雯, 杨长龙, 程伟东, 王玉慧
2020, 37(6): 1227-1233. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190929.002
摘要:
通过静电纺丝法制备了茶多酚(TP)-聚乳酸(PLA)/聚碳酸丁二醇酯(PBC)复合纤维膜。并采用SEM、FTIR、TG、接触角和抑菌测试进行了表征。研究表明,TP与PLA/PBC复合纤维薄膜共混良好,并且通过接触角测试10 s后接触角从105.42°下降到69.41°,TP的加入使TP-PLA/PBC复合纤维膜的热分解稳定性提高。随着TP含量的增加,纤维直径分布逐渐均匀并且趋于减小。TP-PLA/PBC复合纤维膜的抗菌活性远高于PLA/PBC复合纤维膜,对大肠杆菌(E.coli)的抗菌活性也略高于金黄色葡萄球菌(S.aureus)。当TP的添加量(与PLA/PBC的质量比)为20%时,得到了亲水性、热稳定性和抗菌性能优异的TP-PLA/PBC复合纤维膜。
基于空间限域强制组装法制备短切碳纤维/乙烯-醋酸乙烯导电复合材料性能
李哲, 黄尧, 吴刚强, 杜宇, 范晓静, 吴大鸣
2020, 37(6): 1234-1242. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190924.002
摘要:
采用空间限域强制组装法(SCFNA)制备短切碳纤维/乙烯-醋酸乙烯共聚物(SCF/EVA)导电复合材料,研究SCFNA方法制备SCF/EVA复合材料中导电填料分布形态的演变规律及该方法对复合材料导电性能和力学性能的影响。与传统共混方法相比,采用SCFNA方法制备的SCF/EVA复合材料,导电网络上SCF的间距变小,网络密实度显著提高,导电性能得到大幅度提升并具有良好的力学性能。实验表明:通过SCFNA方法制备的SCF/EVA复合材料的逾渗阈值为6.5 wt%,低于共混自组装法的8.2 wt%。相同SCF质量分数下,SCF/EVA复合材料的电导率比共混法自组装最高提高4个数量级。随着SCF质量分数的增加,SCF/EVA复合材料的力学性能呈先提高后降低的趋势,其中10 wt%SCF/EVA复合材料的力学性能最优,拉伸强度达到19.86 MPa。
造纸污泥/高密度聚乙烯复合材料的制备及性能
高巧春, 张庆法, 任夏瑾, 卢文玉, 周亮, 蔡红珍
2020, 37(6): 1243-1250. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191014.002
摘要:
采用造纸污泥(PIW)填充高密度聚乙烯(HDPE)制备PIW/HDPE复合材料,并利用水浴箱、热变形维卡温度测定仪、氧指数仪、电子万能试验机、动态热机械分析仪对PIW/HDPE复合材料的吸水性能、热性能、阻燃性能、拉伸性能及动态力学性能进行分析测试。结果表明,PIW/HDPE复合材料具有良好的结合界面和拉伸性能,其最佳拉伸强度为23.18 MPa;PIW质量分数的增加会对PIW/HDPE复合材料的吸水性能、韧性产生不利的影响;但PIW质量分数的增加有利于提高PIW/HDPE复合材料的热性能、阻燃性能(其最高氧指数为29.98%)和刚性。本研究可为造纸污泥的资源化利用提供研究基础。
N掺杂C包覆NaTaO3复合材料制备及其可见光催化性能
胡海霞, 傅雅琴
2020, 37(6): 1251-1259. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191204.001
摘要:
以五氯化钽(TaCl5)、乙酸钠为原料,三聚氰胺为N源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,通过溶胶-凝胶法制备了N掺杂C包覆NaTaO3复合材料。采用XRD、TEM、XPS、UV-Vis DRS等对样品进行表征,以罗丹明B(RhB)溶液为目标降解物,测试了不同N比例掺杂的复合材料的吸附性能和光催化性能。结果表明,加入的CTAB和PVP经过N2保护的热处理后在NaTaO3周围形成超薄的碳膜,不仅限制NaTaO3粒径增长,而且提高复合材料对目标污染物的吸附性。N掺杂C包覆NaTaO3复合材料具备良好的可见光催化活性,其中三聚氰胺与TaCl5的摩尔比n为1.5时,制备的N掺杂C包覆NaTaO3复合材料可见光催化效率最高,暗中吸附80 min、可见光照8 h时,RhB的去除率为96.46%,其光催化反应过程符合准一级反应动力学规律。
Al2O3与两种热塑性树脂协同改性双马来酰亚胺基复合材料微观结构与性能
陈宇飞, 代国庆, 田麒源, 董磊, 崔巍巍, 滕成君
2020, 37(6): 1260-1267. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190925.001
摘要:
以3,3’-二烯丙基双酚A(BBA)、双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂、4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体合成聚合物基体(MBAE),以两种热塑性树脂(聚醚砜(PES)和磺化聚醚醚酮(SPEEK))为增韧剂、以溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备的纳米Al2O3为改性剂,制备了Al2O3-PES-SPEEK/MBAE复合材料,并采用FTIR、SEM、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和热失重测试的方法研究复合材料的微观形貌、力学性能和耐热性。结果表明:SPEEK中存在磺酸基团,微观结构更松散,磺化度约为41.3%;Al2O3为纳米级短纤维状晶体,表面含有活性羟基。Al2O3-PES-SPEEK/MBAE复合材料的微观形貌表明:适量的PES、SPEEK和Al2O3在基体树脂中分散均匀,断面形貌呈鱼鳞状,断裂纹不规则且发散,断裂方式为韧性断裂。力学性能测试结果显示,当PES、SPEEK及Al2O3质量分数分别为3 wt%、2 wt%和3 wt%时,Al2O3-PES-SPEEK/MBAE复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度为172.9 MPa、4.7 GPa和21.4 kJ/m2,分别比基体树脂提高了73.1%、74.1%和125.3%,并且Al2O3-PES-SPEEK/MBAE复合材料的热分解温度为453.5℃,比基体树脂提高了15.4℃,Al2O3-PES-SPEEK/MBAE复合材料的力学性能和耐热性有较大提高。
纳米TiO2对木纤维/聚丙烯复合材料抗紫外老化性能的影响
牟明明, 袁光明, 陈世尧
2020, 37(6): 1268-1277. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190929.004
摘要:
木塑复合材料作为室外建筑装饰材料时,暴露在紫外光的照射下,易老化导致其力学性能降低、使用寿命减少。将具有高效紫外线屏蔽能力的金红石型纳米TiO2经硅烷偶联剂KH-570表面改性后,与木纤维(WF)、聚丙烯(PP)等制备了TiO2-WF/PP复合材料。对TiO2-WF/PP复合材料进行了人工加速紫外老化,并利用FTIR、TG、SEM、力学性能分析、颜色变化分析等手段,探究了纳米TiO2对WF/PP复合材料抗紫外老化的影响。结果表明:改性纳米TiO2粒子在WF/PP复合材料中均匀分散,无明显团聚,且其加入显著提高了复合材料的热稳定性;TiO2-WF/PP复合材料随着老化时间的延长,力学性能下降相对较小且颜色变化较小。当纳米TiO2的质量分数为2 wt%~3 wt%,老化2 000 h时后,TiO2-WF/PP复合材料的拉伸强度、冲击强度仅分别下降10.0%和12.6%;未加入纳米TiO2颗粒的WF/PP复合材料,则分别下降20.2%和22.6%。
双马来酰亚胺工艺改性及性能
周浩然, 荆佳奇, 王德志, 范旭鹏, 袁镇, 赵立伟
2020, 37(6): 1278-1284. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191021.003
摘要:
采用脂肪族双马来酰亚胺(HMDA-BMI)对4,4’-二苯甲烷型双马来酰亚胺(BDM)进行工艺改性,得到了一种低黏度、流动性好的基体树脂。当HMDA-BMI与BDM的摩尔比为1: 1时,黏度-温度曲线表明改性体系黏度可降低至0.50 Pa·s左右,低黏度平台的温度区间为85~175℃之间;黏度-时间曲线表明改性体系合适的充模温度为130~145℃,获得的改性基体树脂适合RTM成型工艺;通过DSC曲线确定了改性基体树脂固化工艺为160℃×2 h+180℃×2 h+200℃×2 h+230℃×4 h;FTIR表明改性体系按照此工艺可以固化完全;DMA曲线和TG曲线分析结果表明改性体系的耐热性基本保持不变;共聚改性体系的拉伸强度和弯曲强度分别为80.1 MPa和116 MPa。
改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电性能
张明艳, 王登辉, 吴子剑, 杨振华, 刘居
2020, 37(6): 1285-1294. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191105.001
摘要:
实验采用混酸法对碳纳米管(CNTs)表面进行改性,制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。采用溶胶-凝胶法制得SiO2包覆的C-CNTs (C-CNTs@SiO2)、TiO2包覆的C-CNTs (C-CNTs@TiO2),采用原位聚合法制得聚苯胺包覆的C-CNTs (C-CNTs@ PANI)。以环氧树脂(EP)为基体材料,通过溶液共混法制备出C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO2/EP、C-CNTs@TiO2/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料。研究结果表明:当掺杂相的质量分数均为1 wt%时,四种EP基复合材料的冲击强度相对于未改性的环氧树脂均有不同程度的提高。当掺杂相质量分数为7 wt%时,C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO2/EP、C-CNTs@TiO2/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料的介电常数分别是EP的14.1、7.2、2.5、18.8倍。在实验掺杂量下,C-CNTs@SiO2/EP和C-CNTs@TiO2/EP的介电损耗几乎没有变化,C-CNTs@PANI/EP的介电损耗略有增加。当掺杂相质量分数为1 wt%时,C-CNTs@SiO2/EP和C-CNTs@TiO2/EP的击穿强度相对于EP明显提高。
孔隙对碳纤维增强环氧树脂复合材料超声衰减系数及压缩性能的影响
史俊伟, 刘松平, 荀国立, 杨刚
2020, 37(6): 1295-1311. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191008.001
摘要:
孔隙对碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料的力学性能和破坏模式有显著的影响,因此需要建立准确的孔隙率无损检测评估方法,并基于所评估的孔隙率提高CF/EP复合材料压缩性能预测的可靠性。本文主要研究了孔隙对CF/EP复合材料的超声衰减系数和压缩性能的影响,通过降低固化压力至0.7~0.2 MPa和延长预浸料室温贮存时间至30~180天的方法,制备了不同孔隙率的CF/EP复合材料层压板,通过金相验证其孔隙率在0%~3.0%之间,孔隙类型主要为层中孔隙和层间孔隙。通过理论和试验的方法,基于超声反射法建立了孔隙率与超声衰减系数的关系曲线,由孔隙引起超声衰减系数为αv=1.08Pv2(Pv为孔隙率),与前人基于超声穿透法所得的超声衰减系数αv=0.61Pv2较好地符合2倍声程的关系。对不同孔隙率的CF/EP复合材料层压板进行压缩测试实验,特别考虑了贴片和加载方向对测试结果的影响。从细观角度研究了含孔隙的CF/EP复合材料层压板的压缩破坏模式。结果表明:CF/EP复合材料层压板的压缩强度随孔隙率增加而下降,孔隙率增加至2.5%时,压缩强度下降13.7%,孔隙细观特征影响压缩破坏的形式,主要原因是孔隙诱发微裂纹的萌生和扩展,削弱了纤维与树脂间的结合力并引发纤维微屈曲。
含拼接铺层碳纤维增强树脂复合材料拉伸破坏机制
陈丁丁, 朱萌, 胡其高, 王曼漪, 王蕊
2020, 37(6): 1312-1320. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190822.001
摘要:
对于尺寸较大或形状复杂的结构,通常需要在纤维增强树脂(FRP)复合材料内部对铺层进行拼接处理。铺层拼接会在材料内部引起复杂的应力分布,具有突出的安全隐患。以同一位置处出现不同层数铺层拼接的单向碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料为研究对象,重点分析了铺层拼接对材料拉伸力学性能的影响机制。通过拉伸实验,测试了拼接对其力学强度的影响;用相机记录了破坏过程,并结合数字图像相关技术(DIC)对拼接位置附近的应变场进行了监测。利用有限元模型(FEM)模拟和分析结构的破坏机制,采用3D-Hashin准则和渐进损伤模型对CFRP复合材料铺层进行模拟;采用内聚力模型对胶层失效行为进行描述。实验结果表明,拼接结构的引入大幅降低了材料的抗拉强度。FEM模拟与实验测试结果吻合度高,说明了模型的有效性。综合实验结果和模拟分析得到,铺层拼接处产生应力集中,造成被拼接的两部分分离并伴随拼接铺层和连续铺层的层间剪切破坏;层间破坏发生后,拉伸载荷完全由连续铺层承载。因此,材料的最终承载能力由材料中连续铺层数决定。
复合材料翼面壁板轴压稳定性
石经纬, 赵娟, 刘传军, 李东升
2020, 37(6): 1321-1333. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190917.003
摘要:
基于T型长桁铺层数不同的两块复合材料翼面加筋壁板试件SC-1和SC-2,开展轴压稳定性试验研究,并提出一种预测屈曲载荷及最小后屈曲承载能力的工程分析方法,结合有限元特征值屈曲分析方法、有限元弧长法对试件的屈曲载荷、屈曲模态及后屈曲承载能力进行分析。试验结果表明,铺层数较多的试件SC-1的蒙皮局部屈曲应变较高,壁板也具有更高的屈曲载荷。在后屈曲阶段,SC-2加载到试验屈曲载荷的2.4倍未发生材料破坏和长桁蒙皮间脱粘损伤。工程分析方法和特征值屈曲分析能够准确预测壁板的屈曲载荷,最大误差分别为-9.3%和-2.8%,工程分析得到SC-2的最小后屈曲承载能力为试验屈曲载荷的2.09倍。有限元弧长法分析得到两件试件的屈曲载荷误差均小于1%,并具有壁板轴压屈曲模态预测和变形跟踪能力。
表面修饰纳米晶纤维素及其在双马来酰亚胺树脂中的应用
巩桂芬, 邢韵, 李泽, 辛浩, 曹景飞, 罗艳梅
2020, 37(6): 1334-1343. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191104.001
摘要:
采用硫酸水解法制备了纳米晶纤维素(NCC),以N,N-羰基二咪唑(CDI)为活化剂,甲代烯丙基醇(MPO)为改性剂,通过化学取代得到含有烯丙基碳酸酯的纳米晶纤维素(PCNCC);以4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)、3,3′-二烯丙基双酚A(BBA)及双酚A双烯丙基醚(BBE)为原料制备了复合材料基体(MBAE)。采用FTIR、XRD、TEM和碘值法等对化学修饰的产物进行分析和表征。结果表明,当PCNCC中烯丙基碳酸酯的取代率为16.4%时,既能保持晶型不变,同时能在BBE中稳定悬浮;PCNCC中烯丙基碳酸酯的取代率过小或过大时均不适宜用作PCNCC/MBAE复合材料的增强相。利用原位聚合法将PCNCC掺杂在MBAE基体中制备PCNCC/MBAE复合材料,考察PCNCC质量分数对PCNCC/MBAE复合材料力学性能、介电性能及热性能的影响规律。结果显示,当PCNCC质量分数为0.2 wt%时,PCNCC/MBAE复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别为148.1 MPa和6 GPa,较MBAE基体分别提高了50.5%和82.9%;冲击强度为13.9 kJ/m2,较MBAE基体提高54.8%;玻璃化转变温度Tg由纯MBAE的240.4℃提高到257.8℃。此时PCNCC/MBAE复合材料的介电常数明显提高,而介电损耗达到最低值。为扩展纳米晶纤维素及双马来酰亚胺树脂的应用提供了理论依据。
单向复合材料横向裂纹黏弹性损伤演化模型
许飞, 李磊, 杨胜春
2020, 37(6): 1344-1351. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190902.001
摘要:
建立一个考虑基体黏弹性的纤维增强聚合物单向复合材料在产生横向裂纹时的损伤演化模型,有效地预测了单向复合材料横向拉伸行为。假设呈现威布尔分布的缺陷会在变形的驱动下演化为损伤,并以此为基础建立了单向复合材料横向损伤演化模型。通过此模型,时间-温度叠加原理(TTSP)得到了更具有物理基础的解释。最后,通过具体例子阐述了此模型的应用,并通过试验对模型预测结果进行了验证。本模型有效地预测了单向复合材料横向拉伸行为。由于单向复合材料横向性能存在脆性,此模型还无法准确预测失效和强度。
结构参数对CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板低速冲击性能的影响
齐佳旗, 段玥晨, 铁瑛, 侯玉亮, 李成
2020, 37(6): 1352-1363. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190815.001
摘要:
针对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮-铝蜂窝夹层结构,使用半球头式落锤冲击试验平台进行了低速冲击载荷下蜂窝芯单元尺寸对夹层板冲击性能影响的试验探究,并基于渐进损伤模型、内聚力模型和三维Hashin失效准则,在有限元仿真软件ABAQUS中建立了含蒙皮、蜂窝芯、胶层的CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板精细化低速冲击仿真模型,仿真结果与试验结果吻合较好。利用该数值模型进一步探究了蜂窝芯高度、蒙皮厚度和蜂窝芯壁厚等结构参数对于蜂窝夹层板低速冲击吸能效果的影响。结果表明:增大铝蜂窝芯的单元边长,会减小蜂窝夹层板的刚度,提升夹层板的吸能效果;芯层高度对夹层板的刚度及抗低速冲击性能影响较小;增大蜂窝夹层板的蒙皮厚度,可以提高夹层板的刚度,但会降低夹层板的吸能效果;增大蜂窝芯的壁厚,可以提高夹层板的刚度和抗低速冲击性能。
金属和陶瓷基复合材料
自组装法制备磺化聚苯乙烯@Fe3O4磁性复合颗粒及其磁性能
宋月英, 韩丁, 关晓琳, 雷西萍
2020, 37(6): 1364-1369. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191014.003
摘要:
实现结构可控、均匀包覆是制备核-壳复合材料的关键。采用离子交换法完成了磺化聚苯乙烯(PSS)表面Na+与溶液中Fe2+和Fe3+的交换,于碱性条件下制备了PSS表面负载Fe3O4(PSS@Fe3O4)的磁性复合颗粒。通过称重法计算了Fe3O4最大包覆率;通过振动样品磁强计(VSM)测试了不同负载含量下PSS@Fe3O4复合颗粒的磁性能;通过XRD、衰减全反射-FTIR (ATR-FTIR)、SEM-EDS分析了PSS@Fe3O4磁性复合颗粒的化学组成和微观结构。结果表明,随着Fe2+/Fe3+浓度增加,PSS@Fe3O4磁性颗粒的饱和磁化强度也随之增大,最大饱和磁化强度为7.51 emu/g,并具有明显的磁响应性;Fe3O4均匀包覆在PSS表面,最大包覆率为8.3 wt%。PSS@Fe3O4磁性复合颗粒有望用于磁流变、医学及水处理领域。
空心微珠/金属基复合泡沫制备方法与吸能性能的研究进展
潘利文, 饶德旺, 杨超, 杨倚旺, 王瑾, 胡治流
2020, 37(6): 1370-1382. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.001
摘要:
金属基复合泡沫是由空心微珠和金属基体复合而成的一种新型结构功能多孔复合材料。它具有许多优异的性能,如轻质、高比强度、高比刚度、高吸能能力、隔热、吸声隔音及电磁屏蔽等,高吸能能力是金属基复合泡沫的突出特点,在防撞、减振、缓冲及防爆抗振的汽车、航空航天、军事装备及船舶等领域具有广阔的应用前景。本文对金属基复合泡沫的基体材料、空心微珠填充材料、影响金属基复合泡沫压缩吸能性能的因素及压缩吸能机制进行了概述,重点报道了金属基复合泡沫常用的制备工艺及近年来铝基、镁基、锌基及钢基复合泡沫吸能性能的研究进展,分析了当前研究中存在的一些问题,并对金属基复合泡沫的应用现状作了阐述,最后展望了金属基复合泡沫的研究发展趋势。
SEM环境下纤维推出技术结合电子束云纹技术表征复合材料界面细观力学性能
郎风超, 朱静, 李云芳, 潘俊臣, 姜爱峰, 杨诗婷, 邢永明
2020, 37(6): 1383-1389. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190712.001
摘要:
纤维推出技术是研究复合材料界面细观力学性能的常用方法。本文将该方法在SEM环境下与电子束云纹技术相结合开发一套基于SEM环境下的纤维推出实验系统。利用该系统测试了SiC/Ti-15-3复合材料的界面剪切强度、摩擦应力、摩擦系数及残余应力分布等细观力学性能。结果表明:对于厚度为500 μm的SiC/Ti-15-3复合材料界面剪切强度为35 MPa,摩擦应力为32.8 MPa,纤维与界面间的摩擦系数为0.082,径向残余应力为−400 MPa。该系统在SEM环境可以实现直径为几微米的纤维推出,扩展了纤维推出技术的应用范围,提高了纤维推出过程的对准精度,减小了测量误差。并且与电子束云纹技术相结合,实时测量纤维推出后界面残余应力分布情况,为复合材料界面的设计、评估及优化提供必要的实验方法。
Y2O3对钛基激光熔覆层组织及性能的影响
张天刚, 庄怀风, 姚波, 张倩, 杨凡
2020, 37(6): 1390-1400. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190920.001
摘要:
针对Ti811钛合金硬度低、耐磨性差的问题,以TC4粉、Ni45A粉和Y2O3粉为原料,采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti811钛合金表面进行了激光熔覆制备耐磨复合涂层的实验,分析了熔覆层的组织和相组成,测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损等力学性能。研究表明:复合涂层组织由枝晶TiC、依附生长于枝晶TiC表面的纳米颗粒TiC、生长于基体表面的等轴球形(近球形)TiC、金属间化合物Ti2Ni、增强相TiB、TiB2及基体α-Ti组成,所有生成相呈均匀弥散分布状态;涂层中等轴球形(近球形)TiC和Y2O3构成了复合相结构,经二维点阵错配度计算表明,Y2O3的(111)晶面与TiC的(110)晶面的二维点阵错配度δ=6.54%,因此Y2O3可作为TiC的有效异质形核核心细化晶粒;涂层的显微硬度处于HV0.5 655~700之间,较Ti811基材提高了约1.6~1.8倍;涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,摩擦磨损性能较基材显著提升。
Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能
胡金娟, 马春雨, 王佳琳, 王宁, 秦福文, 张庆瑜
2020, 37(6): 1401-1410. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191217.001
摘要:
近年来,半导体光催化技术作为一项快速发展的新型环保技术,在降解水体中污染物和可再生清洁能源的生产领域有很大的应用前景。本文以所制备出的20 wt%类石墨烯碳氮化合物(g-C3N4)/TiO2为基质,利用水热法中纳米Ag颗粒部分氧化行为成功合成了Ag修饰异质结型Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致荧光光谱(PL)、瞬态光电流响应等分析测试手段对Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4复合材料的晶体结构、形貌、光学性质等进行表征和分析。以亚甲基蓝溶液为目标降解物,研究了Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4复合材料的可见光催化性能。结果表明:在纳米Ag颗粒修饰的Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4复合材料中,Ag部分氧化成Ag2O;与g-C3N4的协同作用使Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4复合催化剂具有良好的可见光催化活性;可见光照射4 h后,Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4复合催化剂对亚甲基蓝的降解率接近50%。
仿生柔性防护装具的设计及防弹性能测试
朱德举, 赵波
2020, 37(6): 1411-1417. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191015.001
摘要:
依据仿生学原理,借鉴硬骨鱼鳞的微观结构及叠加模式,设计并制备了6套仿生柔性防护装具。使用了两种复合鳞片,分别为SiC陶瓷-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合防护鳞片和Al2O3陶瓷-UHMWPE复合防护鳞片。对柔性防护装具进行侵彻测试,分析了复合鳞片类型、覆盖角度和子弹侵彻位置对柔性鳞片防护装具防弹性能的影响。结果表明,新型柔性鳞片状防护装具均能成功抵挡速度为(445±10) m/s的手枪弹(铅芯)侵彻,垫层材料的凹陷深度为5~20 mm。SiC-UHMWPE复合鳞片防护装具的防弹性能显著优于Al2O3-UHMWPE复合鳞片防护装具。此外,柔性防护装具的防弹性能均随着鳞片覆盖率的增加而提高。本研究成果为新型柔性防护装具的设计提供理论依据和科学指导。
Ag3PO4/羟基磷灰石复合光催化剂的制备及对亚甲基蓝的高效降解
宋萃, 戚明颖, 刘金芳, 祝茜
2020, 37(6): 1418-1425. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200220.001
摘要:
以天然废弃物牡蛎壳为原料,利用沉淀法和水热法制备出高纯度的羟基磷灰石(HAP),负载Ag3PO4后制备出具有可见光响应的复合光催化剂Ag3PO4/HAP,并以亚甲基蓝(MB)为反应模型考察了不同催化剂的降解性能。利用SEM、TEM、XRD、BET、XPS、UV-Vis、电子自旋共振(ESR)等仪器对样品进行表征。结果表明,两种方法均可合成HAP材料,但水热法合成的材料纯度更高,且合成出了纳米等级的HAP;Ag3PO4的添加未改变HAP的组成和结构,却改善了材料对可见光的吸收性能。与沉淀法相比,水热法制备的HAP具有更好的吸附性能,其比表面积为46.63 m2·g-1;且随着Ag3PO4质量的增加,复合材料的比表面积逐渐增大。水热法制备的Ag3PO4/HAP表现出了较高的活性,其中1:2-Ag3PO4/HAP催化剂的表现更突出,在10 min时即可达到50%的降解率,并在40 min内达到完全降解;经自由基捕获实验证实,参与降解反应的主要活性物种为•O2和h+
其 他
聚吡咯/碳纤维纸电热复合材料的制备及性能
汤龙其, 令旭霞, 王士华, 郭帅, 龙柱
2020, 37(6): 1426-1433. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191021.002
摘要:
在碳纤维纸(CPP)上采用气相聚合法使吡咯单体发生聚合生成聚吡咯(PPY),制备聚吡咯/碳纤维(PPY/CF)纸导电发热复合材料。通过FTIR、SEM、XRD对PPY/CF纸复合材料进行测试分析,并探究了CPP中CF的最佳质量分数及FeCl3的最优溶度,研究了PPY/CF纸复合材料的力学性能和电热性能。结果表明,成功制备了PPY/CF纸复合材料,且PPY主要附着在芳纶浆粕上;采用CF质量分数为10 wt%的CPP且FeCl3浓度为1.2 mol/L时,制备的PPY/CF纸复合材料具有最低的电阻率,为0.139 Ω·cm;PPY/CF纸复合材料与CPP相比不仅力学性能大幅提高,而且在低电压下,PPY/CF纸复合材料具有导电性能稳定、发热效果显著、热稳定性好等优点。
用于梯度功能研磨抛光盘的SiC或Al2O3颗粒/橡胶复合材料的制备及性能
董晓星, 金明生, 王礼明, 康杰, 朱栋杰, 计时鸣
2020, 37(6): 1434-1441. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191030.003
摘要:
以SiC或Al2O3磨粒为颗粒增强相,氯丁橡胶(CR)或丙烯酸酯橡胶(ACM)为基体制备了不同种类、不同质量比的磨粒与橡胶共混的颗粒/橡胶复合材料。当SiC与CR质量比小于50∶100时,同一配比多次重复实验,颗粒/橡胶复合材料杨氏模量值波动不明显,标准差最大值为1.09。针对橡胶的黏弹性导致工件与不同颗粒/橡胶复合材料动静态应力不一致的问题,通过振动测试和动态力学分析(DMA),发现在加工所需温度区间20~50℃,SiC/CR或Al2O3/CR复合材料与SiC/ACM复合材料相比,其动静态应力的最大偏差值分别为2.5%和16%,下降幅度明显,且DMA结果显示,SiC/CR或Al2O3/CR复合材料的损耗因子tanδ小于0.3,因此优选CR为梯度功能研磨抛光盘颗粒/橡胶复合材料的基体。
Pd-Sn-Co纳米粒子修饰还原氧化石墨烯/CuBi2O4复合材料的制备及电催化性能
张淑娟, 杨婕妤, 张翊青, 万正睿, 周立群, 王念贵
2020, 37(6): 1442-1449. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191219.003
摘要:
采用水热-浸渍还原法将Pd-Sn-Co纳米粒子固载到氧化石墨烯(GO)/CuBi2O4载体上,成功获得Pd-Sn-Co@还原氧化石墨烯(rGO)/CuBi2O4复合催化剂,并用于碱性介质中乙二醇的电催化氧化。通过比较单金属Pd、双金属Pd-Co、Pd-Sn及三金属Pd-Sn-Co@rGO/CuBi2O4四种负载型催化剂的电催化性能发现,三金属Pd-Sn-Co@rGO/CuBi2O4展现出最高的电催化活性和抗毒能力,其正向峰电流密度达到186.54 mA·cm−2,是商用Pd/C (29.57 mA·cm−2)的6.3倍。这种优良的电氧化性能归功于载体GO/CuBi2O4独特的三维结构为负载金属提供了充足的界面和活性位点及良好分散性的Pd-Sn-Co三金属纳米粒子之间强烈的协同作用,此外,将GO引入到CuBi2O4中有利于多金属纳米粒子的负载并吸附更多的含氧物种,提供优良的电子转移并增大与乙二醇分子的接触面积。这种新型复合材料的制备为发展高效Pd基电催化氧化直接醇类燃料电池提供了新途径,具有较好的理论和应用价值。
Si@环化聚丙烯腈/多壁碳纳米管负极复合材料的制备及电化学性能
魏成成, 孙晓刚, 梁国东, 黄雅盼, 胡浩, 徐宇浩
2020, 37(6): 1450-1457. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191031.002
摘要:
通过简单高能球磨和高温热解法制备了锂离子电池Si/C电极复合材料,聚丙烯腈(PAN)包覆的纳米颗粒(Si@PAN)与多壁碳纳米管(MWCNTs)混合,制得Si@环化PAN/MWCNTs(Si@c-PAN/MWCNTs)复合材料作为锂离子电池的负极材料。包覆在纳米Si外层的高温热解后的PAN能够有效缓冲Si在充放电过程中巨大的体积变化产生的应力,同时MWCNTs作为Si@c-PAN的基体阻止Si@c-PAN颗粒的团聚,也提高了Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的导电性能。电化学测试结果表明,Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极在电流密度为0.2 A/g时,其首次放电比容量达到2 098 mA•h/g,库伦效率达到86%;循环50次后Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的可逆比容量仍能够达到1 278 mA•h/g,在2 A/g放电时其比容量为600 mA•h/g,仍保持良好的循环稳定性。
氧化石墨烯/海藻酸钙水凝胶复合膜对水中Cd(II)的吸附
白成玲, 王磊, 朱振亚, 王旭东
2020, 37(6): 1458-1465. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191016.001
摘要:
将氧化石墨烯(GO)、致孔剂与海藻酸钠共混后与CaCl2交联制备的GO/海藻酸钙(CA)水凝胶复合膜作为含重金属废水的吸附材料。采用SEM和TEM表征了复合膜的表面形貌及透射性能,且分析了GO的加入对复合膜的力学性能、平均孔径、水通量及表面官能团的影响。为探究GO/CA水凝胶复合膜的吸附性能,考察了其吸附Cd(II)的影响因素:pH(6~7)值、初始离子浓度、接触时间、温度(三者均正相关)。用FTIR、XPS在吸附前后对复合膜进行了表征;引入了吸附动力学和等温线模型分析其吸附机制。探究结果表明GO的加入提高了复合膜的力学性能、平均孔径及水通量;吸附过程遵循Langmuir等温线,属于单层吸附,拟合得到的最大吸附量为173.61 mg/g;伪一级和伪二级吸附动力学分别在低浓度和高浓度时能较好地描述吸附过程的动力学行为;吸附机制主要为物理作用力吸附和离子交换。经过5个连续的吸附-解吸循环证明了GO/CA水凝胶复合膜的可重复利用性。
重组竹横向准脆性断裂的断裂参数
谢鹏, 刘问, 胡雨村, 孟鑫淼, 张涵政
2020, 37(6): 1466-1475. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191127.001
摘要:
重组竹是一种可再生的绿色建筑结构复合材料,具有结构致密均匀、力学性能高强稳定、尺寸因需而定、原材料利用率高等特点,在工程应用方面前景广阔。为研究重组竹横向准脆性断裂的断裂参数,对不同尺寸重组竹单边缺口(SEN)试样进行三点弯曲断裂试验,基于边界效应模型(BEM),引入平均粒径G这一重要的细观结构参量,建立重组竹细观结构与宏观力学性能之间的关系,由试验得到的峰值荷载Pmax计算重组竹横向准脆性断裂的断裂参数,包括抗拉强度ft和断裂韧度KIC。经正态分布分析得到重组竹断裂参数均值μfμK,且在具有96%可靠性范围几乎覆盖了全部试验离散点,结果如下:ft=μf=216.36 MPa,KIC=μK=16.76 MPa·m1/2。并利用实验室常规尺寸试样预测重组竹断裂参数,与试验结果之间的误差仅为3.17%。此外,随着重组竹试样缝高比α的增加,其断裂参数先增大后减小。
高性能自支撑不锈钢网@MoS2锂离子电池负极材料
岳红伟, 陈淑君, 卢帆, 铁伟伟, 朱聪旭
2020, 37(6): 1476-1482. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200219.002
摘要:
为了提高MoS2作为Li离子电池负极材料整体的导电性和稳定性,将纳米化的MoS2与其它导电性好的材料进行复合,通过水热法在导电基底不锈钢网(Stainless steel net, SS)上原位合成了一层MoS2纳米花,制备了无粘结剂的自支撑结构的SS@MoS2负极材料。纳米花状的MoS2和导电性优异的SS提高了电子和Li离子的扩散速率,同时改善了电极的反应动力学。当作为Li离子电池负极材料时,SS@MoS2电极表现出优异的储Li性能,特别是具有显著的大倍率充放电性能,即在1 000 mA/g的大电流密度下循环600次,比容量仍保持在862.1 mA·h/g。
基于复合材料层合箱梁改进解析模型计算等效刚度
朱秀杰, 熊超, 殷军辉, 尹德军, 邓辉咏, 李宝晨
2020, 37(6): 1483-1495. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190706.001
摘要:
提出了基于复合材料层合箱梁改进解析模型的等效刚度计算方法。在考虑三维应变效应的同时用复合材料单层的二维折算模量分量来表示三维折算模量分量,简化了复合材料层合箱梁等效刚度系数的计算,得到了由梁横截面几何尺寸和层合板刚度系数表达的等效抗弯刚度和等效抗扭刚度的解析式。该解析式适用于环向刚度一致的复合材料层合箱梁,并充分考虑了弯曲-剪切耦合和扭转-拉伸耦合效应对等效刚度的影响。通过三点弯试验和扭转试验,验证了解析式的正确性;通过与分层等效叠加法、有限元法进行对比,分析了解析式的计算精度。结合经典层合板理论,研究了铺层方式对等效刚度产生的影响及原因,预测了不同铺层复合材料层合箱梁等效刚度的变化规律。
预浸料先进拉挤成型的固化传热过程数值模拟
姜碧羽, 齐俊伟, 刘小林
2020, 37(6): 1496-1504. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190904.001
摘要:
对M21C碳纤维/环氧树脂复合材料预浸料在先进拉挤成型过程中的温度与固化度曲线进行了研究。使用DSC测得M21C预浸料在升温与恒温状态下的固化反应动力学方程,用于树脂固化反应的计算。基于有限元软件,结合有限差分法与体积控制法编写脚本解决热传导与树脂固化反应的计算,从而得到温度与固化度曲线,并在先进拉挤生产中测得实际的温度与固化度曲线,结果表明计算与实测曲线基本吻合,因此验证了算法的可行性。改变先进拉挤的工艺参数(加热温度区间、拉挤速度)再进行模拟计算,通过计算结果优化工艺参数,得到帽形梁先进拉挤三区间加热的理想工艺参数:模具加热温度区间为160-180-200℃;拉挤速度为1 cm/60 s。