复合材料学报杂志2017年第5期-复合材料学报杂志社

复合材料学报杂志2017年第5期

聚醚砜/双马来酰亚胺-环氧树脂复合材料的微观结构与性能

陈宇飞, 郭红缘, 李志超, 韩阳, 汪波涛, 楚洪月,
为研究聚醚砜（PES）增韧双马来酰亚胺（BMI）与环氧树脂（EP）体系的微观结构与性能，采用原位聚合法制得PES/BMI-EP复合材料。通过FTIR和SEM分析可知PES未与BMI-EP树脂发生化学反应，而是与BMI-EP分子间存在强烈的相互作用，并以两相结构存在，是多相复合材料。在PES/BMI-EP复合材料中，PES为分散相，相与相之间界面模糊，其断面裂纹不光滑方向发生改变，为典型的韧性断裂形貌；能谱测试结果证明PES与基体间存在相互渗透现象，PES均匀的分散于基体树脂中。力学测试分析结果显示：当PES含量为4 wt%时，PES在基体树脂中分散性较好，其弯曲强度与冲击强度达到最高，为144.9 MPa和19.7 kJ/m2，比BMI-EP基体树脂分别提高41.2%和90%；热失重测试结果显示，适量的PES能提高PES/BMI-EP复合材料的分解温度，过量添加不利于材料分解温度的升高。
碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的制备与性能表征

甘舟, 曹海琳, 晏义伍, 李振伟,
为制备低电阻率的尼龙66基复合材料，以碳纤维和镍粉（Ni）填充尼龙66制备碳纤维-Ni/尼龙66高导电复合材料。研究填料表面改性和含量对碳纤维-Ni/尼龙66复合材料导电性能和力学性能的影响。结果表明：KH550改性碳纤维和Ni有助于降低碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率随着碳纤维和Ni含量的增加而减小，且碳纤维和Ni填充尼龙66的导电逾渗阈值均为20 wt%，此时制备的碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率为455 Ω·cm，熔融温度为202.2℃。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度随着碳纤维或Ni含量的增加而先增大后减小。当Ni含量为20 wt%时，碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度在碳纤维含量分别为20 wt%和10 wt%时达到最大值，分别为98 MPa和70 MPa；当碳纤维含量为20 wt%时，碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度则在Ni含量为30 wt%和20 wt%时达到最大值，分别为120 MPa和67 MPa。
纳米石墨片-羧基丁腈橡胶复合材料结构形态与电性能

张玉宝, 刘宇光, 田波, 董伟,
利用电子束辐照法制备纳米石墨片（GnPs）-羧基丁腈橡胶（XNBR）复合材料，研究辐射剂量对胶乳共混体系稳定性的影响，并对GnPs-XNBR复合材料的交联度、热稳定性、电性能及其形貌予以表征。结果表明：辐照后GnPs-XNBR复合材料的交联度、热稳定性和体积电阻率提高，而共混乳液的稳定性显著降低。辐照强化了乳胶粒子与石墨片之间的界面结合，形成胶乳粒子包覆石墨片的核-壳结构，进而提高石墨片在基体中分散均匀性，并使GnPs-XNBR复合材料的热稳定性和介电常数提高，导电性和介电损耗降低。
三种形貌纳米SiO2的调控合成及其原位增强亲水性聚氨酯注浆复合材料

李嘉晋, 范仁祥, 李雅迪, 陈丁丁, 倪建明, 丁运生,
以硅酸钠为硅源，通过对硅酸钠水解形成纳米SiO2（nano SiO2）的过程进行调控，得到含无定形nano SiO2（nano A-SiO2）、球状nano SiO2（nano S-SiO2）和层状六角形nano SiO2（nano LH-SiO2）的水溶胶。以异氰酸酯和高亲水性聚醚多元醇为原料，合成亲水性聚氨酯（HPU）预聚体，并实现其与硅溶胶的原位反应，制备nano SiO2/HPU注浆复合材料。通过ATR-FTIR、TEM、SEM及力学性能测试，对nano SiO2/HPU的结构和性能进行表征与测试。结果表明，成功实现了聚乙二醇（PEG）对硅酸钠水解生成nano SiO2过程的调控，并且不同形态结构的nano SiO2粒子对nano SiO2/HPU注浆复合材料的力学性能影响不同。其中，nano S-SiO2/HPU具有更高的压缩强度，nano LH-SiO2/HPU具有更强的韧性。
介孔分子筛和Cr2O3协同膨胀阻燃体系对阻燃天然橡胶性能的影响

王娜, 栾鸿赫, 张静, 方庆红,
用介孔分子筛（MCM-41）和Cr2O3协同膨胀型阻燃体系（IFR）对天然橡胶（NR）进行阻燃。为研究MCM-41和Cr2O3的阻燃协同作用，使用不同组分的两种协效剂协同IFR阻燃天然橡胶。对阻燃体系分别进行氧指数测试、热重分析、锥形量热分析、拉伸测试和残炭扫描分析。研究结果表明：天然橡胶单纯添加IFR时，其力学性能大幅下降，热学性能也没有显著提升。然而随着Cr2O3和MCM-41添加量的增加，橡胶基体的拉伸强度和断裂伸长率均有所改善，在IFR添加量为36%（与天然橡胶的质量比）、MCM-41添加量为1%，Cr2O3为3%时，IFR-MCM-41-Cr2O3复合阻燃剂的阻燃效果最好，热释放速率峰值和热释放总量均明显下降，IFR-MCM-41-Cr2O3/NR复合材料燃烧后，炭层发泡均匀且致密，极限氧指数（LOI）可以达到26.5%，垂直燃烧（UL-94）为V-0级。
基于孔隙控制的车身结构树脂传递模塑成型工艺设计

杨旭静, 王跃飞, 韦凯, 莫富灏, 王彦科,
以典型车身结构B柱为研究对象，结合实验与仿真分析研究其树脂传递模塑（RTM）工艺的优化设计方法。研究了通过注射方式的优化控制树脂流动前沿，从而达到降低制件孔隙率和保证制件质量的目的。首先通过自制的变厚度渗透率测试模具获取所选用织物的渗透率，之后通过真空辅助RTM实验与对应模拟仿真进行对比分析来验证所采用仿真方法与渗透率数据的可靠性。最后结合充模周期与孔隙率控制理论对RTM工艺注射口分布及注射方式进行优化设计。结果表明，针对所选定车身结构，优化速率注射方式所获得的制件孔隙率最低，但充模周期较长，而基于双点注射的恒流量注射方式能较好地兼顾充模周期与制件孔隙率的要求。
复合材料固化相关黏弹性性能演化及残余应力分析

张江涛, 尚云东, 张梅, 刘立胜, 翟鹏程, 李书欣,
通过对复合材料固化度和温度相关黏弹性本构方程的分析，定义一个能综合反映固化度和温度等对复合材料黏弹性性能影响的无量纲参数Dem。当参数Dem都大于102时，复合材料基体处于流动状态；当参数Dem都小于10-2时，复合材料为弹性状态；仅当部分参数Dem小于102而大于10-2时，复合材料处于黏弹性状态。以AS4纤维/3501-6树脂复合材料为例，基于对其参数Dem在典型固化工艺过程中的演化，研究该复合材料黏弹性性能的发展过程，发现基于参数Dem分析得到的凝胶点时间与实验结果一致。根据复合材料黏弹性性能对残余应力发展的影响，将复合材料残余应力计算分为流动阶段和黏弹性阶段，并建立了相应的状态相关黏弹性本构模型。最后通过与原始模型预测结果的比较验证了提出的本构模型，表明本文提出的计算方法与原始黏弹性本构模型计算结果一致，但大大降低了计算所需的时间和存储空间。
纤维增强复合材料层合板缺口尺寸及形状效应数值模拟

鲍宏琛, 刘广彦,
通过考虑基体裂纹、纤维断裂、层内劈裂和层间脱层等破坏形式，建立三维有限元模型研究含中心圆孔和中心裂缝的准各向同性复合材料层合板（45/0/-45/902S）在拉伸载荷下的缺口尺寸效应及缺口形状效应。模拟结果显示：随着缺口尺寸的增大，层合板的破坏强度逐渐降低，然而，在本文研究范围内含中心裂缝的层合板破坏强度始终高于对应的含中心圆孔的层合板破坏强度。进一步分析有限元模拟结果表明，含中心裂缝的层合板亚临界损伤发生得更早，并且亚临界损伤范围更大，亚临界损伤会大大缓解缺口尖端的应力集中，从而使含中心裂缝层合板表现出更高的破坏强度。
可剥布对T300/Cycom 970环氧树脂复合材料胶接性能的影响

刘宇婷, 潘利剑, 胡秀凤, 朱世根, 刘卫平,
在商用飞机复合材料结构制造过程中，可剥布在复合材料共胶接和二次胶接的表面处理过程中应用越来越广泛，逐步替代传统打磨方式。然而在实际应用中，可剥布与复合材料树脂体系之间存在一定的匹配性，经不同可剥布处理后的复合材料表面胶接性能存在较大差异。为研究其对胶接性能的影响，选用四种航空用可剥布对复合材料进行表面处理，采用热压罐工艺制备T300/Cycom 970环氧复合材料层压板，选取同一种航空用胶膜进行胶接。按照ASTM剥离测试和单搭接剪切测试标准，对T300/Cycom 970环氧复合材料胶接结构的性能进行测试，采用接触角测试、SEM和X射线能谱测试（XPS）分别对复合材料层压板制件和可剥布织物的表面润湿性、表面形貌和表面元素进行测试与分析。结果表明：选用聚酯湿可剥布处理后的T300/Cycom 970环氧复合材料胶接性能最佳；可剥布织物及涂层的残留会影响复合材料胶接性能；可剥布处理能改善复合材料表面润湿性，提高表面能，但并不能保障胶接质量；可剥布编织形式直接影响复合材料表面形貌，决定其表面粗糙度，对复合材料胶接性能也有较大的影响。
热压温度对芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸微区结合特征的影响

张素风, 李鹏辉, 刘媛, 雷丹, 刘叶,
针对国产间位芳纶纸力学性能不足的问题，采用芳纶1414（聚对苯二甲酰对苯二胺）短切纤维与芳纶1313（聚间苯二甲酰间苯二胺）浆粕复合，制备芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸，研究不同温度下芳纶1414纤维/1313浆粕复合原纸的热压性能，分析纸张的强度性能；采用SEM、压汞仪和FTIR研究芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸的内部结构变化。阐述热压温度对芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸热压过程中短切纤维与浆粕之间的相互作用以及微区结合特征的影响。结果表明：芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸在热压温度为280℃、热压时间为6 min、热压压力为15 MPa条件下，短切纤维与浆粕之间黏结状态良好，自制芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸孔隙率为23.21%，其抗张指数最大值为212.2 N·m·g-1，为Nomex T410纸强度的两倍。FTIR结果表明，随着热压温度的升高，纸张中未形成新的化学键，芳纶分子间氢键缔合程度明显增大，是芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸强度提高的主要原因。
烧结温度对焦磷酸钙/Ti-35Nb-7Zr复合材料微观组织及力学性能的影响

何正员, 单文瑞, 张玉勤, 蒋业华, 周荣,
为改善β型Ti-Nb-Zr合金的生物活性，添加20 wt%的焦磷酸钙（CPP）生物陶瓷，利用放电等离子烧结技术制备20CPP/Ti-35Nb-7Zr生物复合材料。借助XRD、SEM及力学测试方法等研究不同烧结温度（1 000~1 200℃）下复合材料的微观组织及力学性能，揭示其组织演变对力学性能的影响机制。结果表明：20CPP/Ti-35Nb-7Zr复合材料主要由β-Ti相基体、少量残留α-Ti相及金属-陶瓷相（CaTiO3、Ti2O、CaO、CaZrO3和TixPy）组成；随着烧结温度升高，复合材料中β-Ti相和金属-陶瓷相逐渐增多；金属与陶瓷之间的剧烈反应导致金属-陶瓷相的形态结构发生变化，复合材料中金属-陶瓷相从颗粒状析出物演变成连续网状组织，起到割裂基体的作用。20CPP/Ti-35Nb-7Zr复合材料的压缩弹性模量和抗压强度随着烧结温度的升高而增大，其中压缩弹性模量从64.0 GPa增加至71.4 GPa，金属-陶瓷相形态结构变化起主导作用。因此，控制20CPP/Ti-Nb-Zr复合材料中金属-陶瓷相的形态结构将有利于改善其力学性能。
高压扭转对SiCP/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

谢瑞, 李萍, 薛克敏, 马俊林, 钱陈豪,
为研究大塑性变形对金属基复合材料微观组织和力学性能的影响，利用高压扭转工艺（HPT）在200℃下将纯Al粉末和经氧化处理的SiC粉末混合固结成10 wt% SiCP/Al复合材料。采用TEM观察HPT变形后不同圈数试样的SiC-Al界面及Al基体微观组织，采用EDS能谱仪分析界面处原子扩散现象，采用万能拉伸试验机测试研究不同扭转圈数试样的力学性能。结果表明：不同圈数试样Al基体内出现大量位错、非平衡晶界等晶格缺陷；组织内存在两种SiC-Al界面，含SiO2层的原始界面和因颗粒破碎而新生成的界面。两种界面结合良好，界面处元素相互扩散；随着扭转圈数的增加，10 wt% SiCP/Al复合材料抗拉强度增加，延伸率得到较大提高。分析发现高压扭转后不同圈数组织内产生的大量晶格缺陷和细小晶粒，促进界面处元素的相互扩散，使界面结合良好，同时大量晶格缺陷和细小晶粒的产生以及结合良好的SiC-Al界面是SiCP/Al复合材料力学性能大幅提升的主要原因。
功能梯度材料薄球壳热屈曲问题

苗亚男, 李忱, 王海任, 冯启隆,
研究了由金属和陶瓷组成的功能梯度材料薄球壳热屈曲问题。用张量方法推导得到轴对称球壳稳定性方程。将热本构方程应用到球壳稳定性方程中，得到以位移表示的球壳热屈曲方程组。分别考虑均布外压和温度作用，采用伽辽金法计算分析简支球壳的热屈曲问题，给出薄球壳厚度、物性参数变化、内外表面温差变化引起的临界温度变化趋势和临界压力变化趋势。
保护气氛下反应烧结MoSi2/Al2O3复合陶瓷

李妤婕, 武志红, 张聪,
以金属Mo粉、Si粉和Al粉为原料，采用反应烧结法制备MoSi2/Al2O3陶瓷复合材料，有效增强其室温韧性和强度，并揭示其电阻率随烧结温度变化规律。利用XRD和SEM分析不同温度烧结后MoSi2/Al2O3复合材料试样的物相组成和微观结构；研究不同烧结温度下试样的力学和电学性能。结果表明：在氩气保护气氛下1 200℃时，MoSi2/Al2O3陶瓷复合材料的各项性能较好，其显气孔率为20.7%，体积密度为4.8 g/cm3，断裂韧性值为9.72 MPa · m1/2，电阻率为6.0×10-2 Ω · cm。所制备的MoSi2/Al2O3陶瓷复合材料物相结构主要由Al2O3包覆MoSi2形成的连续包覆相组成，组织结构均匀。烧结温度为1 200℃时，MoSi2导电相由弥散分布变成相互连接的网络状分布，且Al2O3包覆MoSi2导电相的包覆层变薄，包裹的MoSi2颗粒之间易于突破包覆相而互相连通，有助于降低电阻率。
ZrC-SiC-C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

王少雷, 李红, 任慕苏, 左亚卓, 赵春晓, 张家宝, 孙晋良,
以低密度C/C为坯体，采用前驱体浸渍裂解法（PIP）制备ZrC-SiC-C/C复合材料，研究其微观结构和烧蚀性能，并探讨其抗氧化烧蚀行为。结果表明：ZrC-SiC双元陶瓷相弥散分布于基体中，且各相界面结合良好；ZrC-SiC-C/C复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能，经2 200℃/120 s等离子体烧蚀后，其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.67×10-4 mm · s-1和6.04×10-4 g · s-1。烧蚀温度为2 200℃时，材料表面形成的ZrO2-SiO2二元共熔体系氧化膜，有效抑制氧化性气氛向材料内部的渗透，减缓火焰对材料的剥蚀作用；烧蚀温度为2 500℃时，材料表面形成以表层为ZrO2和底层为ZrO2-SiO2二元共熔体系的氧化膜，其中ZrO2层阻挡热量向内部传递，有助于底层形成致密的氧化层。
V5+-Sr2+共掺杂对TiO2基压敏陶瓷性能的影响

陈俊宇, 严继康, 甘国友,
研究了V5+-Sr2+共掺杂对TiO2基压敏陶瓷电学性能的影响。采用固相烧结方法制备V5+-Sr2+共掺杂TiO2样品。利用XRD衍射仪检测物相和SEM测定显微结构。用压敏电阻直流参数仪测定V5+-Sr2+共掺杂TiO2样品在不同烧结温度和掺杂量下的电学性能。结果表明：掺杂0.35 mol%的V2O5，XRD衍射仪没有检测到第二相的产生。随着SrCO3掺杂量以及烧结温度的增加，样品压敏电压和非线性系数都有不同的变化趋势。当烧结温度为1 300℃、Sr2+掺杂量为0.5 mol%时，样品的各项电学性能最优：V5+-Sr2+共掺杂TiO2样品压敏电压达到16.3 V/mm，非线性系数α达到5.6。
温度对缝合气凝胶夹芯复合材料面内压缩性能的影响

陈静, 石多奇, 郭玉超, 吕双祺, 杨晓光,
分别开展缝合气凝胶夹芯复合材料在不同温度下的面内压缩试验，研究材料在室温、300℃、600℃和800℃下的面内压缩力学性能，并采用微焦点工业CT扫描的方法对试样内部结构进行分析，结合有限元分析方法，探究其结构破坏机制。结果表明：在面内压缩载荷作用下，材料存在极限载荷，面板的局部屈曲、芯层的剪切破坏以及缝线柱的断裂是材料破坏的主要方式。随着温度的升高，材料的面内压缩模量和极限载荷也逐渐升高，面板破坏处的断口逐渐呈现出类似脆性的断裂。300℃、600℃和800℃下材料的面内压缩模量分别为室温的1.05倍、1.57倍和1.65倍；极限载荷分别为室温的1.14倍、1.46倍和1.67倍。室温下有限元分析结果和试验结果的对比，验证了缝合气凝胶夹芯复合材料面内压缩破坏模式的合理性。
V-N共掺杂TiO2/玻璃珠光催化复合材料的制备及光催化性能

刘刚, 韩立娟, 陈作雁, 安兴才, 苏碧桃,
用溶胶-凝胶法制备V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料，研究V-N-TiO2（V-N-TiO2）的浓度、V-N-TiO2/玻璃珠的浸渍次数、玻璃珠尺寸、煅烧温度和煅烧时间对V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料光催化性能的影响。采用XRD、EDS、TEM、XPS等测试手段对复合材料的结构和性能进行表征；在100 W汞灯下，以苯酚溶液为目标降解物，对V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料光催化性能进行测定。研究表明：当V-N-TiO2/玻璃珠的浸渍次数为4次、玻璃珠尺寸为2~3 mm、煅烧温度为400℃和煅烧时间为4.5 h时，得到的V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料对苯酚的光催化性能最佳，且单位催化剂对苯酚的降解量略高于V-N-TiO2。V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料既易于回收，又具有良好的光催化性能。
表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

党斐, 赵炜, 陈曦, 刘益伦,
为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响，使用HNO3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性，用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明，改性后活性炭的比表面积和孔容提高，平均孔径减小，并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880 m2/g和0.763 cm3/g分别增加到1 635.268 m2/g和1.128 cm3/g，并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极，KCl为电解液，测试活性炭电极的热电转换性能，发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。
Bi2Te3/炭黑复合材料的制备及热电性能

孙希静, 赵敬红, 刘艳玲, 李娟娟, 赵丽娟, 李权,
采用水热法合成Bi2Te3粉体，将炭黑（CB）与其掺杂制备不同比例的碲化铋/炭黑（Bi2Te3/CB）复合材料，研究复合材料的热电性能。同时采用TGA、SEM、XRD等分析方法表征Bi2Te3/CB复合材料的结构，探究微观结构与热电性能的关系。研究发现：室温下，CB的引入使Bi2Te3/CB复合材料的热导率大大降低（0.5957 W/（m · K）降到0.0888 W/（m · K））；随着Bi2Te3含量的增加，复合材料的电导率、热导率均增大，Seebeck系数先增加后降低；当Bi2Te3含量为88.9%时，在558℃烧结10 min所得的Bi2Te3/CB复合材料室温下热电优值ZT最大（ZT=0.21）。虽然ZT值未能达到应用价值，但是CB的添加为改善Bi2Te3材料的热电性能，尤其在降低材料的热导率方面，提供了新方法和新思路。
原位反应制备ZnS/还原氧化石墨烯复合材料及其光催化性能

铁伟伟, 杜兆禹, 高远浩, 朱聪旭,
以氧化石墨烯和ZnAc2为反应前驱物，采用二甲基亚砜（DMSO）作为硫源和反应溶剂，通过一步溶剂热法原位制备出负载ZnS的还原氧化石墨烯（RGO）复合材料（ZnS/RGO）。采用SEM、XRD、激光拉曼（Raman）和荧光光谱对样品的微观形貌和化学结构进行表征。结果显示：原位反应制备的ZnS/RGO复合材料是由呈圆球状并均匀负载的纳米ZnS和6~7层RGO层状结构组成；在模拟紫外光照射下，对甲基橙污染物的光催化结果表明，ZnS/RGO复合材料的降解效率明显高于纯ZnS；同时，在多次循环催化过程中，ZnS/RGO复合材料的光催化效率仍基本保持不变，表明原位反应使ZnS与RGO结合增强。荧光光谱结果表明，ZnS/RGO复合材料光催化效率增强的主要原因在于ZnS中光生电子通过RGO得到有效的分离，进而延长了电子-空穴的复合效率。
双马来酰亚胺共聚改性及性能

王德志, 王鑫, 刘立柱, 曲春艳, 杨海冬, 李洪峰,
采用侧甲基双马来酰亚胺（T-BMI）对4，4'-二苯甲烷型双马来酰亚胺（BDM）进行共聚改性制备一种高韧性基体树脂。研究结果表明：T-BMI-BDM改性共聚体系的力学性能得到明显的改善，当T-BMI与BDM的摩尔比为1∶1时，冲击强度和断裂韧性G IC分别达到17.2 kJ/m2和316 J/m2，比改性前分别提高了66.3%和39.8%；共聚体系的拉伸强度和弯曲强度分别达到101.0 MPa和165.0 MPa，比改性前分别提高了12.2%和2.5%；DMA和TG分析结果表明，T-BMI-BDM改性共聚体系的热性能没有明显下降，玻璃化转变温度和5%热失重温度分别达到了267.2℃和403.7℃；通过改性共混体系DSC曲线分析确定其固化工艺条件为160℃×2 h+180℃×2 h+200℃×2 h+230℃×4 h，通过改性共混体系黏度-温度和黏度-时间曲线分析确定其流变性能适用于复合材料RTM成型工艺，适宜的注射温度为125~140℃。
基于响应面法的石灰-矿渣/生土复合材料热湿综合性能

张磊, 杨柳, 桑国臣, 翟永超,
采用石灰和矿渣作为改性材料制备石灰-矿渣/生土复合材料，利用响应面法研究石灰掺量、矿渣掺量和含水率对石灰-矿渣/生土复合材料热湿综合性能的影响，对石灰-矿渣/生土复合材料的制备工艺进行优化。结果表明，石灰掺量、矿渣掺量和含水率均对热湿综合性能产生影响；通过回归分析得到石灰-矿渣/生土复合材料的制备优化方案是石灰掺量（石灰与复合材料的质量比）为10.19%、矿渣掺量（矿渣与复合材料的质量比）为4.02%、含水率（水量与复合材料的质量比）为9.00%，且优化石灰-矿渣/生土复合材料平均平衡含湿量为12.725%，导热系数为0.798 W/（m · K），具有良好的热湿综合性能；通过结构分析可知，在碱性激发和微集料作用下，优化石灰-矿渣/生土复合材料内部呈现出完整、密实的结构体系特点，兼顾材料的力学、耐久性和热湿性能。
不同植物纤维/骨胶复合材料的性能对比

王敏, 何春霞, 朱贵磊, 张建,
为利用农业废弃物制备生物质材料，以稻秸秆、麦秸秆、花生秸秆、稻壳、麦壳及花生壳为填充材料，以骨胶为基体材料，采用模压成型工艺制备六种生物质植物纤维/骨胶复合材料，对六种植物纤维成分进行测试，对其制备的生物质复合材料的力学性能、吸湿性能、表面官能团和热稳定性进行分析，用体视显微镜观察复合材料拉伸断面的微观结构。结果表明，麦秸秆纤维素含量较高，稻秸秆纤维素含量仅次之。同种生物质的秸秆比其壳制备的复合材料性能好，其中稻秸秆/骨胶复合材料有较好的界面相容性和力学性能，其拉伸强度和冲击强度分别为4.14 MPa、4.89 kJ/m2，比稻壳/骨胶复合材料分别高118%、22.6%，比麦秸秆和花生秸秆制备的复合材料分别高4.42%、37.3%和56.9%、20.8%。稻秸秆/骨胶复合材料的抗吸湿性能较好，平衡吸湿率为12.35%，比麦秸秆、花生秸秆、麦壳、稻壳、花生壳制备的复合材料分别低27.11%、16.72%、19.36%、0.04%、15.97%。麦秸秆由于表面蜡质层，其与骨胶制备复合材料的性能较差。六种生物质复合材料中，稻壳/骨胶复合材料的热稳定性较好。
基于原子力显微镜技术的沥青与矿料表面粗糙度及黏附特性

易军艳, 庞骁奕, 姚冬冬, 许勐, 冯德成,
采用原子力显微镜技术（AFM）的轻敲和力曲线模式，在微观尺度下对沥青与矿料表面的二维图像和三维形貌信息进行采集和分析，并测试和计算表征材料物理黏结特性的表面能。测试和分析结果显示，不同油源的沥青具有明显不同的化学组分和表面粗糙度，具有蜂形结构的沥青表面粗糙度更大。老化将明显减少沥青的表面粗糙度，降低其表面能，进而对沥青与矿料的黏附产生不利影响。结合宏观的黏附拉拔力学试验，对沥青和矿料表面粗糙度、表面能与宏观拉拔强度间的关联进行统计分析。结果表明，对于含蜂形结构的沥青，沥青和矿料表面粗糙度对黏附力学性能较为重要；而对于不含蜂形结构的沥青，其与矿料的黏附性更决定于所选材料的表面能，即两种材料间的物理黏结作用。
硬化水泥净浆基于纳米压痕的相态识别与水化程度计算

魏亚, 高翔, 梁思明,
采用纳米原位压痕手段测量硬化水泥净浆中单一相态的代表性微观力学性能，并采用纳米点阵压痕研究各相态的含量。研究对象囊括水灰比为0.3、0.4、0.5的纯水泥净浆和水灰比为0.3情况下含50%、70%矿渣掺量复合体系，共5种配比，以表征它们的相态分布和微观力学性质的异同点。掺矿渣的试件中含有明显多的复合相，因此提出三相模型测算复合相中未水化物的体积分数。此外，提出基于纳米压痕技术计算纯水泥和掺矿渣水泥试件水化程度的方法，结果吻合于热重分析的结果，其中纯水泥净浆中复合相较少，计算得到的水化程度优于对掺矿渣水泥试件的计算。
盐冻循环条件下沥青高低温性能的灰关联熵分析

崔亚楠, 陈瑞璞, 韩吉伟, 于庆年,
利用动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对冻融循环前后的三种沥青（沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青、胶粉改性沥青）进行测试，比较分析不同冰冻温度、融雪盐浓度、冻融循环次数下三种沥青的高低温性能变化规律，并对环境因素进行灰熵分析。结果表明：在盐冻循环条件下对沥青复合模量G*影响最大的因素是融雪盐溶液浓度，其次是10℃延度；对沥青相位角δ影响最大的因素是软化点，其次是25℃针入度；对沥青蠕变劲度模量S影响最大的因素是融雪盐溶液浓度，其次是10℃延度；对沥青蠕变速率m影响最大的因素是试验温度，其次是冰冻温度。
盐冻循环条件下改性沥青的微观结构及重复蠕变特性

崔亚楠, 于庆年, 韩吉伟, 张淑艳, 冯蕾,
为考察在融雪盐环境下路面材料的性能变化情况，对内蒙古寒冷地区常用的SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）改性沥青和胶粉改性沥青利用动态剪切流变仪（DSR）进行重复蠕变试验，利用原子力显微镜（AFM）进行微观结构观测，比较分析盐冻循环前后两种沥青的微细观结构以及流变学性能的变化，为寒冷地区道路路面材料的选择和使用提供参考依据。AFM测试发现，SBS改性沥青出现“蜂形”结构，冻融循环后，“蜂形”结构出现不同变化；胶粉改性沥青未出现“蜂形”结构，冻融循环后胶粉改性沥青表面形貌相差不大；重复蠕变试验结果显示：冻融循环前后SBS改性沥青和胶粉改性沥青永久变形与卸载瞬时应变的比值（εP/εL）在加载初期均随着加载次数的增加而增加，一定次数后达到稳定状态；冻融循环后SBS改性沥青的εP/εL降低，胶粉改性沥青的εP/εL基本不变；利用Burgers模型拟合得到蠕变劲度的黏性成分Gv，冻融循环后SBS改性沥青Gv值小于原样SBS改性沥青，胶粉改性沥青Gv值大于原样胶粉改性沥青，且两种沥青水冻循环与盐冻循环Gv值差别不大。胶粉改性沥青具有更好的高温使用性能。
成型压力对0-3型锆钛酸铅/水泥压电复合材料的影响

孙扬, 邓军平,
以快硬硫铝酸盐水泥为基体，以锆钛酸铅（PZT）为功能相，用压制成型法制备出0-3型PZT/水泥基压电复合材料。分析成型压力对PZT/水泥基压电复合材料的压电性和介电性的影响，结果表明：不同粒径PZT颗粒作为功能相的水泥基压电复合材料，成型压力对其压电性和介电性有不同的影响。在30~90 MPa压力范围内，成型压力越大，PZT/水泥压电复合材料的压电应变常数d33和相对介电常数εr均显著提高，这是由于气孔率随压力增大而减少，而压电电压常数g33的变化则与功能相的粒径有关。机电耦合系数也有着不同的变化趋势，对于6 μm和126 μm PZT/水泥压电复合材料，其机电耦合系数Kt和Kp随压力增大缓慢下降，而对于430 μm PZT/水泥压电复合材料则呈上升趋势。当压力达到150 MPa时，其压电性和介电性均急剧减小。
预应力高性能混杂纤维增强布加固HPC梁的DNLC单元研究

张剑, 周储伟, 俞博, 林晶,
对于不同混杂配比的预应力高性能混杂纤维增强（HFRP）布，建立高性能HFRP布加固高性能混凝土（HPC）梁的双重非线性分层组合（DNLC）单元模型。根据实体退化单元理论，采用初应力等参层单元对高性能HFRP布的体外预应力效应进行模拟，同时正确地考虑HPC梁的材料非线性效应以及结构的几何非线性，验证DNLC单元分析模型的正确性，并对HPC梁的开裂荷载、普通钢筋应力、高性能HFRP布应力重分布等进行研究。结合试验资料分析表明，预应力碳/玻璃纤维混杂（CFRP/GFRP）布加固HPC梁的理论结果与试验数据吻合程度良好，采用等参层单元有效地模拟高性能HFRP布的预应力作用，及所推导的DNLC单元正确性。预应力GFRP纤维布加固的开裂荷载等均较低，预应力CFRP纤维布加固的开裂荷载等有所提高，但剩余强度过大。HPC梁开裂荷载前预应力高性能HFRP布应力发展缓慢，屈服荷载后，其发展迅速直至结构失效。
表面处理玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能

张运华, 姚丽萍, 徐仕进, 丁峰, 刘芷怡, 袁颂东,
为提高玄武岩纤维（BF）与水泥基体的界面结合力和桥接作用，分别采用HCl溶液（0~2.0 mol/L）和NaOH溶液（0~2.0 mol/L）对BF表面进行刻蚀糙化处理，研究纤维表面处理对BF增强水泥基复合材料的力学性能影响规律。结果表明：随着HCl溶液浓度增加，BF/水泥复合材料抗折强度与弯曲强度均先增加后降低，挠度呈现缓慢增加趋势，而抗压强度变化幅度较小；当HCl溶液浓度为1 mol/L时，BF/水泥复合材料的强度与韧性最佳；碱处理BF后，BF/水泥复合材料的力学性能随NaOH浓度增加而显著降低，且复合材料韧性无明显改善；BF经HCl溶液腐蚀后的质量保留率变化规律与NaOH溶液腐蚀后的变化规律接近，而经HCl溶液腐蚀后BF强度保留率大于NaOH溶液腐蚀后的BF强度保留率。

复合材料学报杂志

复合材料学报杂志2017年第5期

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