复合材料学报杂志2018年第7期-复合材料学报杂志社

复合材料学报杂志2018年第7期

异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能

白静静, 尹建宇, 高雄,
采用甲苯-2，4-二异氰酸酯（TDI）对氧化石墨烯（GO）进行表面接枝改性，制得TDI功能化GO（TDI-GO），再将其分散于4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中，经原位聚合法制备TDI-GO/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）复合材料。利用FTIR、XPS、DSC、TG、SEM、维卡软化温度和拉力试验机等测试手段，表征和分析了TDI-GO的表面结构及TDI-GO含量对TDI-GO/TPU复合材料结构与性能的影响。结果表明，TDI成功接枝改性GO，TDI-GO的加入使TPU体系的微相分离程度减弱，其异相成核作用提高了TPU硬段相的结晶性能；相比纯TPU基体，TDI-GO/TPU复合材料耐热性能提高，当TDI-GO添加量为0.5wt%时，复合材料5%热失重温度提高了约9℃，维卡软化温度提高了约18℃；TDI-GO/TPU复合材料力学性能明显提高，与纯TPU相比，TDI-GO含量为0.5wt%的TDI-GO/TPU复合材料拉伸强度提高了近10 MPa，断裂伸长率提高了约32%。
碳纤维-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及表征

胡小雨, 蒋秋冉, 魏毅, 刘万双,
采用改进的Hummers法制备了五种具有不同氧化程度的氧化石墨烯（GO）。借助元素分析、X射线光电子能谱及FTIR红外光谱测试对所制备GO的组成及结构衍变进行了表征。利用光学显微镜对不同GO在固化剂异佛尔酮二胺（IPDA）中的分散状态进行观察，并将分散效果最佳的GO试样用于改性碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料。结果表明，随着氧化剂用量及反应时间的增加，GO的氧化程度也随之增加。在氧化程度较低时，GO表面官能团主要以羰基、羧基和酚羟基为主。随着氧化程度的不断提高，GO表面官能团主要为醚、环氧和醇羟基结构。GO在IPDA中的分散状态与其氧化程度密切相关，氧化程度最低和最高的GO均出现明显的聚集现象。另外，GO表面在分散过程中可被IPDA化学改性。在EP基体中加入分散效果最佳的GO（0.2wt%）后，与CF/EP复合材料相比，CF-GO/EP复合材料的弯曲强度、层间剪切强度和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了14%、17%和14%。
改性石墨烯/聚氯乙烯复合材料的制备及性能

辛华, 赵星, 任庆海, 王东祥,
采用不同含量的硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）对石墨烯（GE）进行改性，将改性GE（KH-GE）与聚氯乙烯（PVC）进行熔融混炼制备KH-GE/PVC复合材料。通过FTIR、Raman、XRD、TEM和SEM表征改性前后GE结构变化，并考察了KH-GE/PVC复合材料的力学性能、导电性能及稳定性能。结果表明，GE∶KH570质量比为1∶2时，KH-GE的层间距较大，改善了GE的团聚，使GE在PVC基体中的分散得到了改善。随着KH-GE含量的增加，KH-GE/PVC复合材料的力学性能显著提高，当KH-GE质量分数为1.5wt%时，KH-GE/PVC复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为23.98 MPa和226.78%，比未添加KH-GE的PVC复合材料分别提高了51.1%和65.73%；相对于纯PVC，当KH-GE质量分数为1.5wt%时，对应的50%热失重（T50%）及90%热失重（T90%）分别从289.81℃和486.01℃提高到298.51℃和596.53℃，提高了KH-GE/PVC复合材料的热稳定性，导电性也显著提高。
镀镍碳纤维-碳纤维-玻璃纤维/乙烯基酯树脂导电复合材料的设计制备及其电磁性能

李善霖, 段华军, 汪鑫, 刘敬宇,
本研究旨在设计制备兼具电和磁功能的新型导电复合材料。采用具有良好导电性的短切碳纤维（CF）与兼具磁性和导电性的短切镀镍碳纤维（Ni-CF）作为功能体，以短切玻璃纤维（GF）作为填料，以乙烯基酯树脂（VER）作为基体，设计制备电磁性能可调控的导电复合材料。分别研究了CF含量对CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响、Ni-CF长度对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响，重点研究了Ni-CF含量对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率和磁导率的影响，并初步探索了导电复合材料的电磁屏蔽性能。结果表明：（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率在0.35~36.48 Ω·cm范围内可调，磁导率在0.2~0.7内可调。CF和Ni-CF的含量和长度都会对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料电磁性能产生较大影响。制备的（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料有望应用于电磁屏蔽领域。
纳米SiO2-氧化石墨烯/环氧涂层的制备及其防腐蚀性能

随林林, 刘芳, 陈晓蕊, 姜国飞, 赵朝成, 王永强,
采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯（GO），并将GO与经硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性的纳米SiO2进行复合，制备出纳米SiO2-GO。通过FTIR、XRD、SEM、TEM等分析手段对SiO2-GO进行表征。采用机械搅拌与超声分散的方法将SiO2-GO添加到环氧树脂（EP）中。对添加不同质量分数纳米SiO2、GO和纳米SiO2-GO的EP基复合材料涂层的物理性能和电化学性能进行测试。结果表明，与纯EP涂层相比，SiO2/EP、GO/EP和纳米SiO2-GO/EP复合材料涂层的硬度、附着力和耐腐蚀性能得到显著增强，其中加入2wt%纳米SiO2-GO/EP复合材料涂层硬度达到5 H，附着力等级达到1级，浸泡24 h后涂层保护效率为99.33%。15天浸泡试验结果表明，添加1.5wt%纳米SiO2-GO/EP复合材料涂层的硬度达到5 H，附着力达到1级，涂层保护效率仍能达到97.12%。
新型纳米ZrO2/聚酰亚胺复合超薄膜的制备表征及其介电性能

程凤梅, 马明月, 李海东,
以油酸为有机配体，采用两相方法合成了油溶性的超小尺寸纳米晶体纳米ZrO2（nano ZrO2），并对nano ZrO2表面包覆的油酸改性使纳米晶体与聚酰胺酸（PAA）接枝，通过旋膜法热亚胺化后形成nano ZrO2/聚酰亚胺（PI）复合超薄膜。利用TEM、XRD、FTIR和SEM等对nano ZrO2及nano ZrO2/PI复合超薄膜进行表征，并对nano ZrO2/PI复合超薄膜的介电性能进行了探究。结果显示，nano ZrO2尺寸均一（5.0 nm左右），为锐钛矿晶型，其晶体结构和尺寸不受改性接枝影响。nano ZrO2在复合超薄膜中分散良好。电学研究表明，复合超薄膜的介电性能受nano ZrO2与PAA质量比及制膜热亚胺化温度的影响。当PAA∶ZrO2质量比为2∶3、热亚胺化温度为320℃时，介电常数达到最大，几乎是纯PI薄膜的2倍。两相法-改性接枝-热亚胺化制备PI复合超薄膜的方法简单高效，能够避免无机粒子在PI基体内的团聚并提高介电性能，对于PI基复合薄膜的制备、应用及推广具有重要意义。
新型磷氮阻燃剂TGICA-DOPO的合成及其对乙烯基酯树脂阻燃性能的影响

陶晓晓, 段华军, 董文静, 汪鑫,
以异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）、丙烯酸和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）为主要原料，合成了一种含P和N元素的新型阻燃添加剂TGICA-DOPO，将其应用在乙烯基酯树脂（VER）中可以制备具有良好阻燃性能的TGICA-DOPO/VER复合材料。通过FTIR光谱、核磁共振（31P-NMR和1H-NMR）等对TGICA-DOPO的分子结构进行了表征；通过极限氧指数（LOI）测试、TGA和DMA研究了TGICA-DOPO/VER树脂体系的阻燃性能和耐热性能。结果表明，当树脂体系中TGICA-DOPO的质量分数为30wt%时，LOI达到35；当体系中TGICA-DOPO的质量分数为25wt%时，树脂浇铸体在800℃下的残炭量提高了322%；FTIR和SEM测试结果表明，燃烧时TGICA-DOPO有助于形成高致密、连续炭层，隔绝了热量和空气向基材的传递，从而在凝聚相中发挥阻燃作用。
石墨微片/环氧复合防腐涂料的制备及防腐机制

刘立柱, 张佳文, 徐航, 都书强, 张笑瑞,
以水性环氧乳液（EP emulsion）及其固化剂为基体，加入石墨微片（GNs）制备防腐涂料，并分析防腐机制。通过盐雾时间测试发现GNs用量为EP emulsion中EP质量的4%时，其耐盐雾时间最长为240 h，同时其200 h划十字线的腐蚀距离低于市售Fe2O3/EP涂料。从GNs/EP emulsion复合防腐涂料漆膜表面的SEM图像可以发现，GNs分散的越均匀，涂膜的防腐能力越强。通过Tafel极化曲线发现，该含量漆膜具有腐蚀电位高和腐蚀电流小的特点，这是由GNs在环氧树脂中均匀分布形成微观电容提高树脂介电常数，进而提高漆膜电荷储存能力，减弱电子移动能力而实现的，并借助Nyquist曲线及漆膜断面的SEM图像，建立等效电路及石墨微电容防腐模型。研究发现，GNs/EP emulsion防腐涂料的防腐机制是通过借助GNs的化学稳定性对水和氧气的物理隔绝作用以及通过微电容的形成减弱电子移动能力的电化学作用共同实现。
蒲绒活性炭负载Fe2O3的制备及其在软质聚氯乙烯中的阻燃应用

许硕, 武伟红, 程路瑶, 孟伟华, 王雪, 屈红强, 徐建中,
以蒲绒为原料、H3PO4为活化剂制备了蒲绒活性炭（AC），利用浸渍焙烧法，制备了AC负载Fe2O3（AC-Fe2O3）复合物，将AC及AC-Fe2O3应用于软质聚氯乙烯（PVC）的阻燃处理，制备了AC阻燃软质PVC（AC/PVC）复合材料和AC负载Fe2O3阻燃软质PVC（AC-Fe2O3/PVC）复合材料。采用热重分析法研究了AC/PVC和AC-Fe2O3/PVC阻燃复合材料的热分解行为，采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热（CONE）等方法测试了AC/PVC和AC-Fe2O3/PVC阻燃复合材料的阻燃性能。结果表明：添加阻燃剂所制备的PVC基复合材料均达到UL-94 V-0级，LOI值均有提高。相比纯PVC，AC/PVC和AC-Fe2O3/PVC复合材料的热释放速率峰值和烟释放总量均有明显降低。这主要是由于AC和Fe2O3在凝聚相发挥协同阻燃作用。一方面AC的加入起到了物理阻隔的作用；另一方面Fe2O3的加入促进了PVC的早期交联碳化反应，催化PVC在燃烧前期形成更加稳定的炭层，使残炭率提高，可以有效抑制PVC的燃烧。
微胶囊Mg (OH)2的合成及其对乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的阻燃作用

郭福全, 朱新军, 郭迎宾, 李行, 刘继纯,
用原位聚合方法合成了以微米Mg（OH）2粒子为芯材、交联聚脲为壁材的微胶囊Mg（OH）2（M-Mg（OH）2）阻燃剂，并把M-Mg（OH）2加入到乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）中，研究了M-Mg（OH）2对EVA的阻燃作用。采用FTIR、SEM、热分析和酸滴定方法研究了M-Mg（OH）2的性质，用极限氧指数（LOI）和垂直燃烧方法（UL-94）研究了M-Mg（OH）2/EVA复合材料的阻燃性能以及酸腐蚀对M-Mg（OH）2/EVA复合材料阻燃性能的影响。结果表明，采用原位聚合方法能够成功地在Mg（OH）2粒子表面包覆交联聚脲壁材，得到M-Mg（OH）2。与纯Mg（OH）2相比，M-Mg（OH）2的颗粒尺寸增大，热稳定性增加，在水中溶解度显著降低，在EVA基体中分散更加均匀。阻燃剂用量相同时，M-Mg（OH）2/EVA复合材料的LOI总是比Mg（OH）2/EVA复合材料的数值稍大。阻燃剂与EVA质量比小于135∶100时，两种复合材料的垂直燃烧级别均为V-2级，阻燃剂与EVA质量比在135∶100~150∶100之间时，前者的燃烧级别为V-0级，而后者只能达到V-2级，阻燃剂与EVA质量比超过150∶100时，两种复合材料都能达到V-0级。M-Mg（OH）2/EVA复合材料的耐酸性比Mg（OH）2/EVA大幅度提高，可以在酸性环境中使用。
基于酚醛结构的聚三唑树脂及其复合材料

叶绿原, 万里强, 马明明, 韩景勃, 江松达, 黄发荣,
设计并合成了一类含酚醛结构的聚三唑（NPTA）树脂，研究了其流变性能、固化行为、耐热性等，考察了NPTA树脂作为复合材料基体的可用性。研究结果表明，NPTA树脂具有良好的可加工性能，可低温固化成型，起始固化温度低于80℃，反应活化能较低；NPTA树脂的主链结构对其流变性能、固化行为和交联反应活化能影响不大。NPTA树脂固化物的耐热性受交联结构影响，玻璃化温度可高达278℃。T700碳纤维增强NPTA树脂（T700/NPTA）复合材料的力学性能优异，常温弯曲强度大于1 590 MPa，150℃下弯曲强度保持率超过68.6%。
一种多功能有机蒙脱土-纳米TiO2/环氧树脂复合材料

李曦, 李国明, 胡裕龙,
将有机蒙脱土（O-MMT）和纳米TiO2共同复合到环氧树脂中，成功地制备出了一种高性能多功能O-MMT-纳米TiO2/环氧树脂复合材料。由XRD检测结果和TEM观察结果证实，由于利用了O-MMT、纳米TiO2与环氧树脂间的相互作用，蒙脱土（MMT）层被高度剥离，所得的二维MMT纳米单片与零维纳米TiO2颗粒交错分布于树脂基体中。力学性能测试、热分析和耐沾污性试验表明，O-MMT-纳米TiO2/环氧树脂复合材料的多项性能都比纯环氧树脂有大幅提高。
T800碳纤维/9518氰酸酯复合材料的性能

欧秋仁, 嵇培军, 肖军, 赵亮,
通过差示扫描量热（DSC）法研究了9518氰酸酯的固化反应，制定了9518氰酸酯的固化工艺；通过动态热机械分析（DMA）测试、力学性能测试、金相显微镜和SEM等方法研究了T800碳纤维/9518氰酸酯复合材料的受热行为、力学性能、纤维微观形貌和界面特性。结果表明：9518氰酸酯的固化反应只有一个固化反应放热峰，其比较合理的固化工艺为130℃/0.5 h+160℃/0.5 h（加压合模）+200℃/2 h+230℃/2 h。T800碳纤维/9518氰酸酯复合材料的玻璃化转变温度为255℃，其各项力学性能比T700碳纤维/9518氰酸酯复合材料提高均大于10%，室温-湿态力学性能保持率大于83%，200℃的力学性能保持率大于60%。T800碳纤维不规则的截面和表面沿长度方向的沟槽有利于树脂与纤维间形成良好的结合界面。
界面改性对麦秸秆纤维/聚乙烯复合材料性能的影响

聂孙建, 张效林, 丛龙康, 邓祥胜, 贺新民,
以陕西关中地区的麦秸秆纤维（WF）和回收的聚乙烯（rPE）为原料，利用挤出和热压成型的方法制备WF/rPE复合材料，研究了界面相容剂马来酸苷接枝聚乙烯（MAPE）、马来酸苷接枝聚乙烯蜡（MAPE蜡）和γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）及MAPE蜡含量对WF/rPE复合材料的力学性能、吸水性能、热稳定性和界面性能的影响；利用FTIR和SEM分析了改性前后WF化学结构及WF/rPE复合材料拉伸断面形貌。结果表明：添加MAPE蜡的WF/rPE复合材料力学性能最好，当WF和MAPE蜡的添加量分别为40wt%和2wt%时，WF/rPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别达到最大值15.0 MPa和23.8 MPa；当MAPE蜡含量高于2wt%时，WF/rPE复合材料力学性能和耐水性能下降。TG结果表明，添加不同界面改性剂对WF/rPE复合材料的热稳定性能无显著影响；FTIR分析发现，硅烷偶联剂KH550可以与WF中的羟基反应；SEM分析表明，添加MAPE蜡的WF/rPE复合材料界面结合比添加MAPE和KH550的WF/rPE复合材料更好。
几种不同改性剂对稻草/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料性能的影响

朱凌波, 李新功, 杨凯, 张晓凤, 卢立,
以稻草纤维及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）为原料，分别以活性炭、Al2O3、SiO2和硅烷偶联剂为增强改性剂，通过混炼-模压工艺制备了改性剂-稻草/ABS复合材料，对比研究了几种不同增强改性剂的增强效果及其增强机制。结果表明：硅烷偶联剂对稻草/ABS复合材料的增强效果较差，活性炭、Al2O3和SiO2对稻草/ABS复合材料的增强均优于硅烷偶联剂，其中Al2O3的增强效果最佳。当Al2O3的添加量（Al2O3∶ABS质量比）为5%时，Al2O3-稻草/ABS复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值27.719 MPa、61.05 MPa和26.53 kJ/m2；当无机物添加量（无机物∶ABS质量比）为5%时，复合材料的耐水性能表现为：5% Al2O3 > 5%活性炭 > 5% SiO2 > 未添加，与复合材料的力学性能梯度相符；改性剂-稻草/ABS复合材料的流变性能则表现为：5%活性炭 > 5% Al2O3 > 5% SiO2 > 未添加。
四针状ZnO晶须改性对ZnO/聚丁二酸丁二醇酯复合材料性能的影响

郭欢欢, 张敏, 李成涛, 王蕾, 张璐,
以四针状ZnO晶须（T-ZnOW）为填料，经过表面处理与聚丁二酸丁二醇酯（PBS）复合，采用熔融共混法制备了T-ZnOw/PBS复合材料。利用FTIR表征表面改性T-ZnOW的结构，利用SEM观察改性T-ZnOW和T-ZnOW/PBS复合材料的形貌，利用XRD分析改性T-ZnOW和复合材料的结晶性能，利用TG和DSC分析复合材料的热稳定性，利用拉伸试验研究复合材料的力学性能。研究结果表明：聚乙二醇2000（PEG2000）（P）、硬脂酸（S）和硅烷偶联剂（KH560）（K）三种不同改性剂中，硬脂酸对T-ZnOW的改性效果最佳。经硬脂酸改性T-ZnOW（ST-ZnOW），表面负载有机活性基团，表面粗糙度增加且与纯PBS之间界面结合力增强，使ST-ZnOW/PBS复合材料的热稳定性和力学性能明显得到改善。热分解过程中质量损失10%的温度（Td-10%）和最大热分解温度（Td-max）较纯PBS分别提高了37.7℃和35.3℃；拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量分别提高了17.7%、140.5%和95.4%。
γ射线辐照对高模量碳纤维及碳纤维/氰酸酯复合材料性能的影响

陶积柏, 陈维强, 张玉生, 黎昱, 吴晓宏,
通过模拟空间γ射线辐照环境，采用60Co-γ射线对高模量碳纤维及其增强的改性氰酸酯复合材料进行辐照，采用SEM和XRD对辐照前后的碳纤维及碳纤维/氰酸酯复合材料进行了分析和表征，研究了复合材料的质量损失率、拉伸性能及层间剪切强度随γ射线辐照剂量的变化规律。结果表明，γ射线辐照能增加碳纤维表面粗糙度；质量损失率随γ射线辐照剂量增大先增加后趋于平缓，但均小于1%；碳纤维/氰酸酯复合材料拉伸性能与层间剪切强度均随γ射线辐照剂量增大先提高后降低，在吸收剂量为5×105 rad时出现最大值，拉伸强度为1 803 MPa，拉伸模量为243 GPa，层间剪切强度为72 MPa。
电气石颗粒/聚苯硫醚针刺毡复合过滤材料的过滤性能

赫伟东, 郭颖赫, 柳静献,
为提高工业用过滤材料对细颗粒物的捕集效率，以袋式除尘用聚苯硫醚（PPS）针刺毡为基材，聚氨酯热熔胶膜为黏合层，通过溶液沉淀法将具有自发极化特性的电气石（TM）颗粒覆于基材表面，经热压处理制备了含不同纯度、不同含量、不同颗粒粒度的TM颗粒/PPS针刺毡复合过滤材料；利用SEM研究了TM对微细粒子的吸附情况，利用滤料性能测试装置研究了TM颗粒/PPS针刺毡的过滤性能，结果表明：附着TM颗粒后，TM颗粒/PPS针刺毡对亚微米粉尘过滤效率明显提高，TM纯度越高效果越好，纯度为87.16%时，滤料对0.3~1 μm粒子过滤效率提高幅度≥13.35%；最优附着浓度为5 mg·cm-2时，用于综合评价滤料过滤效率与阻力的滤料品质因数QF值最高；TM颗粒粒径越小，过滤效率提升效果越明显，TM颗粒粒径18~38 μm时，对0.3~1 μm粒子过滤效率提高幅度≥7.25%。TM颗粒/PPS针刺毡复合滤料较传统针刺毡滤料过滤性能明显增强。
多级拉伸挤出对纳米有机蒙脱土/高密度聚乙烯复合材料形态结构及性能的影响

徐国敏, 薛斌, 韦良强, 于杰, 杨照, 秦舒浩,
采用多级拉伸挤出工艺和传统挤出工艺制备了纳米有机蒙脱土/高密度聚乙烯（OMMT/HDPE）复合材料，利用广角X射线衍射（WAXD）、TEM、DSC和小角X射线散射（SAXS）等手段对比研究了两种不同工艺制备OMMT/HDPE复合材料的形态结构和性能。结果表明：多级拉伸挤出作用能够细化OMMT的颗粒尺寸，促进OMMT在HDPE基体中的分散；随多级拉伸挤出次数的增加，OMMT的分散性越好，OMMT颗粒的长径比增加，从而使OMMT/HDPE复合材料的初始成核速率和结晶速率明显提高，诱导复合材料形成取向串晶（Shish-kebab）结构，显著提高OMMT/HDPE复合材料的拉伸强度；当OMMT∶HDPE分别为1∶100和5∶100时，多级拉伸挤出OMMT/HDPE复合材料的拉伸强度相对于传统挤出OMMT/HDPE复合材料的拉伸强度分别提高了50%和356%。
纳米MgO/LDPE及SiO2/LDPE复合介质潮气吸附机制及其对直流电导特性的影响

杨佳明, 赵洪, 郑昌佶, 郭晓飞, 王暄, 韩宝忠, 吕洪雷,
为了研究纳米复合介质的吸潮特性及其对介电性能的影响，应用Materials Studio仿真分析MgO及SiO2纳米粉末对水分子的吸附能，探讨了相关的吸潮机制及纳米MgO和纳米SiO2粉末的吸潮特性，对吸潮前后MgO/低密度聚乙烯（LDPE）和SiO2/LDPE复合介质介电性能的变化进行了试验研究。研究结果表明，水分子在氧化物表面的吸附点位主要是O原子，由于纳米SiO2属无定形，水分子可渗入SiO2纳米粒子内部与更多的O原子形成吸附作用，纳米SiO2具有更大的吸潮量。由于纳米MgO对水分子的吸附能大于纳米SiO2对水分子的吸附能，水分子更难被移除。纳米MgO/LDPE和纳米SiO2/LDPE复合介质较LDPE更易吸潮，其原因是纳米粒子吸附水分子能力较强所致。吸潮对MgO/LDPE和纳米SiO2/LDPE复合介质的介电性能有较大影响，吸潮后复合介质的电流密度值明显上升，水分子的存在可能破坏了原有界面区的紧密结构和荷电特性，削弱了复合介质对载流子迁移的抑制能力。当测试温度增加至60℃以上，受潮后复合介质吸附的水分子基本被移除，纳米MgO/LDPE和SiO2/LDPE复合介质的电流密度值恢复到同干燥试样的电流密度值基本一致。
碳纳米管-有机化蒙脱土多维纳米界面构筑及其对环氧树脂的增韧机制

张明艳, 王晨, 吴子剑,
分别采用混酸、环氧树脂（EP）和硅烷偶联剂对碳纳米管（CNTs）进行功能化处理，用十八烷基三甲基氯化铵对蒙脱土（MMT）进行有机化处理，将具有一维纳米尺度的CNTs和二维纳米尺度的有机化蒙脱土（OMMT）复合引入EP酸酐固化体系，通过溶液共混法制备纳米OMMT/EP、CNTs/EP、CNTs-OMMT/EP复合材料。使用简支梁冲击试验仪测试三种复合材料的冲击强度，并利用SEM观察纳米复合材料的冲击断面形貌。实验结果表明，当OMMT的含量为4wt%时，纳米OMMT/EP复合材料的冲击强度比未掺杂纳米组分的EP提高了16.7%。经硅烷偶联剂处理后的CNTs（Si-CNTs）能与EP基体形成良好界面，当Si-CNTs的含量为0.9wt%时，纳米Si-CNTs/EP复合材料冲击强度比未掺杂纳米组分的EP提高了84.0%。当OMMT的含量为4wt%、Si-CNTs的含量为0.9wt%时，纳米Si-CNTs-OMMT/EP复合材料的冲击强度比未掺杂纳米组分的EP提高了135.4%。管状CNTs和片层结构OMMT对EP的韧性具有协同提高作用。
聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

赵一兰, 胡程耀, 魏春, 霍冀川,
采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料，研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响，并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明，经过PI处理的GF，集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa，不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时，GF/EP复合材料的力学性能最好，拉伸强度比未处理的提高23.62%，拉伸模量提高34.03%，弯曲强度提高28.74%，断裂韧性提高13.04%；PI2处理的GF，GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%，拉伸模量提高23.70%，弯曲强度提高14.11%，断裂韧性提高4.05%。此外，PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。
单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

邓富泉, 张丽, 刘少祯, 陈秋宇, 杨松, 赫玉欣,
为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响，采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1，以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料，并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间，复合材料的拉伸断裂方式为劈裂；具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料，复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。
孔隙微观特征对碳纤维/环氧树脂复合材料横向拉伸强度的影响

李波, 赵美英, 万小朋,
通过有限元方法研究了相同孔隙率下孔隙的分布、尺寸和形状等微观特征对碳纤维增强环氧树脂复合材料单向板横向拉伸强度的影响。首先使用Matlab对复合材料微观图像进行处理，提取孔隙的半径分布。然后通过C++编写多种孔隙随机分布算法，包括可以生成不同分布孔隙、不同尺寸孔隙以及不同形状孔隙的随机分布算法。最后通过Python参数化生成代表性体积单元（RVE），用有限元方法研究相同孔隙率下孔隙的分布、尺寸和形状对碳纤维/环氧树脂复合材料单向板横向拉伸强度的影响。研究结果显示，孔隙率相同时，碳纤维/环氧树脂复合材料的孔隙形状对横向弹性模量的影响较大，孔隙尺寸和形状对横向拉伸强度有较大的影响。
Nylon-230T/TPU织物蒙皮撕裂性能的数值模拟和试验研究

王思明, 谭惠丰, 罗锡林, 王振芳, 连尹,
针对每平方厘米由230根尼龙纱平纹编织并复合热塑性聚氨酯（Nylon-230T/TPU）的织物蒙皮，通过数值模拟和撕裂试验研究了预制裂纹对其撕裂性能的影响，主要包括裂纹长度、裂纹倾斜角度和裂纹位置对蒙皮撕裂强度的影响，通过数字图像相关技术（DIC）获取蒙皮撕裂过程中的应变场，研究了撕裂过程中蒙皮应变场变化规律；分别利用扩展有限元法（XFEM）、内聚力单元法（CZM）及虚拟裂纹闭合技术（VCCT）对预制裂纹Nylon-230T/TPU织物蒙皮的裂纹扩展过程和路径进行了数值模拟，模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明：Nylon-230T/TPU织物蒙皮的撕裂强度与预制裂纹长度、裂纹倾斜角度及裂纹位置都密切相关；裂纹极大地影响了蒙皮的应变场分布；本文数值模拟方法能够准确预测织物蒙皮裂纹的扩展过程和路径。
基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型

拓宏亮, 马晓平, 卢智先,
基于连续介质损伤力学（CDM）方法，建立了分析复合材料层合板低速冲击问题的三维数值模型。该模型考虑了层内损伤（纤维和基体损伤）、层间分层损伤和剪切非线性行为，采用最大应变失效准则预测纤维损伤的萌生，双线性损伤本构模型表征纤维损伤演化，基于物理失效机制的三维Puck准则判断基体损伤的起始，根据断裂面内等效应变建立混合模式下基体损伤扩展准则。横向基体拉伸强度和面内剪切强度采用基于断裂力学假设的就地强度（in-situ strength）。纤维和基体损伤本构关系中引入单元特征长度，有效降低模型对网格密度的依赖性。层间分层损伤情况由内聚力单元（cohesive element）预测，以二次应力准则为分层损伤的起始准则，B-K准则表征分层损伤演化。分别通过数值分析方法和试验研究方法对复合材料典型铺层层合板四级能量低速冲击下的冲击损伤和冲击响应规律进行分析，数值计算和试验测量的接触力-时间曲线、分层损伤的形状和面积较好吻合，表明该模型能够准确地预测层合板低速冲击损伤和冲击响应。
碳纳米管对激光选区熔化成形Al基复合材料的影响

李明川, 蒋立异, 刘婷婷, 廖文和, 张长东,
基于激光选区熔化（SLM）方式，通过改变扫描速度，制备不同碳纳米管（CNTs，质量分数分别为0、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%）含量的CNTs/Al复合材料试件，探究不同CNTs含量与激光扫描速度对试件性能的影响。结果表明，CNTs含量小于1.0wt%时，分散效果较好，大部分CNTs以单根状态黏附于Al粉表面；含量大于1.0wt%时，CNTs团聚尺寸增大、数量增多。相同SLM成形工艺下，低CNTs含量的CNTs/Al复合材料试件内部孔隙较少，致密度较高；高CNTs含量的CNTs/Al复合材料试件内部孔隙逐渐增多，致密度降低。激光扫描速度为1 300 mm/s工艺下，随着CNTs质量分数的增加，CNTs/Al复合材料试件硬度呈先上升后下降趋势，在CNTs含量为1.0wt%显微硬度达到最高。CNTs/Al复合材料试件平均晶粒尺寸相对于铝合金试件更加细化，在CNTs含量大于1.0wt%时，尽管晶粒依然细化，但试件致密度降低造成显微硬度下降明显。
一种细菌纤维素/姜黄素复合材料的制备及表征

王静,
采用原位吸附法，将细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC）浸渍在不同浓度的姜黄素乙醇溶液中，经超声震荡，使BC对姜黄素吸附饱和，获得不同浓度下的BC/姜黄素复合材料。采用SEM、FTIR、XRD及水接触角测量仪等对BC/姜黄素复合材料性能进行测试表征。测试结果表明，原位吸附法成功地将姜黄素固定在BC材料中，随着姜黄素乙醇溶液浓度的提高，BC中吸附姜黄素的量增加，同时将试样置于潮湿环境下，吸附姜黄素的试样具有抗霉变特性，是一种具有应用前景的包装材料或组织工程材料。
氧化钒-氧化石墨烯复合薄膜的制备及其光电特性

李欣荣, 王蒙, 谷雨, 连宇翔, 王福, 许向东,
基于溶胶凝胶法，采用旋涂和喷涂相结合的工艺，制备了氧化钒（VOx，1≤x≤2.5）-氧化石墨烯（GO）复合薄膜。利用SEM、XRD、椭偏仪、紫外可见分光光度计、FTIR及高阻仪对所制薄膜的形貌、晶相、光学及电学性能进行了系统的表征测试。结果表明，加入GO之后，VOx-GO复合薄膜的电阻率由108.78 Ω·cm下降至68.64 Ω·cm，而薄膜的电阻温度系数（TCR）则由-1.98% K-1提高至-2.60% K-1。此外，VOx-GO复合薄膜还具有更高的光吸收率和工作稳定性。说明GO的加入增强了VOx薄膜作为非制冷红外探测器热敏材料的综合性能。本研究为探索基于VOx的新型红外热敏材料提供了参考，同时也对非制冷红外探测器的发展有促进作用。
碳纳米管/平面各向异性羰基铁复合材料的液相共混法制备及其电磁性能

葛超群, 汪刘应, 刘顾,
采用机械球磨法制备了平面各向异性羰基铁（Planar Anisotropic Carbonyl Iron，PACI），然后通过液相共混法制备了碳纳米管（CNTs）/PACI复合材料。采用同轴法测定CNTs/PACI复合材料在2~18 GHz频段内的复介电常数和复磁导率，研究了CNTs掺杂量对复合材料电磁性能的影响。结果表明：CNTs/PACI复合材料相对于PACI具有更高的复介电常数和衰减常数，随着CNTs质量分数的提高，复合材料的复介电常数和衰减常数逐渐增大，特征阻抗则逐渐减小。CNTs掺杂能够有效提高CNTs/PACI复合材料的吸波性能，通过调整厚度和CNTs掺杂量可以对复合材料的吸波性能进行有效调控。厚度为1.2 mm、CNTs质量分数为2wt%和厚度为1.6 mm、CNTs质量分数为0.5wt%的CNTs/PACI复合材料在Ku波段（12~18 GHz）的反射率均小于-10 dB；厚度为2.0 mm、CNTs质量分数为0.5wt%和1wt%的复合材料反射率小于-10 dB的频带宽分别为5.28 GHz（8.24~13.52 GHz）和5.04 GHz（7.52~12.56 GHz），覆盖整个X波段（8~12 GHz）。
Ni (OH)2-碳纳米管-还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能

赫文秀, 于慧颖, 张永强, 李子庆, 刘斌, 蒋梦,
利用简单易行的一步水热法制备了Ni（OH）2-碳纳米管-还原氧化石墨烯（Ni（OH）2-CNTs-RGO）三元复合材料，研究了不同水热反应温度对三元复合材料性能的影响。采用XRD、FTIR、Raman、X射线光电子能谱（XPS）、SEM及TEM对Ni（OH）2-CNTs-RGO复合材料的结构和表面微观形貌进行表征。利用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗（EIS）和恒电流充放电测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明，当反应温度为120℃时，所制备的Ni（OH）2-CNTs-RGO复合材料具有大的比表面积和三维网状结构，复合材料中六角形的β-Ni（OH）2纳米片和CNTs均匀分散在RGO片层表面，有效阻止了RGO的团聚。Ni（OH）2-CNTs-RGO复合电极材料在充电倍率为0.2 C时，放电比容量达到362.8 mAh/g，5 C时放电比容量为286.2 mAh/g，仍大于Ni（OH）2在0.2 C时的放电比容量，表明CNTs与RGO的协同作用有效提高了电极材料的导电性和活性物质的利用率，最终提升了Ni（OH）2-CNTs-RGO复合材料的倍率性能。
纳米ZnO-氧化石墨烯及ZnO-氧化石墨烯/水性聚氨酯复合涂层的抗菌性能

姜国飞, 李旭飞, 刘芳, 赵朝成, 王永强, 刘春爽,
循环冷却水系统滋生细菌会导致生物黏泥产生及设备腐蚀，为解决这一问题，由硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性纳米ZnO，改性纳米ZnO与氧化石墨烯（GO）在二甲基乙酰胺中复合，获得纳米ZnO-GO复合抗菌材料，并利用纳米ZnO-GO改性水性聚氨酯（PU），得到纳米ZnO-GO/PU复合涂层。对纳米ZnO-GO复合抗菌材料进行表征分析及抗菌性能测试，对纳米ZnO-GO/PU复合涂层进行抗菌性能测试及物理性能分析。结果表明，纳米ZnO成功负载在GO表面，纳米ZnO-GO纯度较高，当GO质量分数为35wt%、纳米ZnO-GO使用量为160 mgL-1时，其抗菌率可达97.16%；当纳米ZnO-GO质量分数为2.33wt%时，纳米ZnO-GO/PU复合涂层抗菌率可达90.29%，同时拥有4 H的铅笔硬度及93.26%的缓蚀性能。
亚铁氰化镍钾/羧甲基魔芋凝胶微球对Cs+的吸附性能及吸附机制

乔丹, 张永德, 罗学刚, 宗有莉, 张思月,
以魔芋葡苷聚糖（KGM）改性后的羧甲基魔芋葡苷聚糖（CKGM）为基体，通过溶胶-凝胶法将CKGM与亚铁氰化镍钾（KNiFC）复合后制备亚铁氰化镍钾/羧甲基魔芋凝胶微球（KNiFC/CKGM）生物质吸附剂，用于去除废水中的Cs+。从pH值、吸附时间、Cs+的初始浓度、温度及竞争离子等方面研究KNiFC/CKGM对Cs+的吸附性能，分析了其吸附动力学和热力学行为；并利用FTIR、SEM、EDX、XPS和XRD分析吸附作用机制。实验结果表明：当吸附剂用量为1 gL-1、反应温度为298.15 K、初始浓度为20 mgL-1、吸附时间为18 h时，该吸附剂对Cs+的去除率可达94.8%。吸附过程符合准二级动力学模型（R2=0.999）和Freundlich等温吸附模型（R2=0.985）。在288.15~328.15 K范围内，KNiFC/CKGM对Cs+的吸附量与温度呈正相关，吸附过程为自发、吸热的过程。FTIR、SEM和XPS等表征结果说明，KNiFC能较好的负载于CKGM上，且在吸附实验中KNiFC/CKGM能保持完整的骨架结构；EDX和XRD结果表明，KNiFC/CKGM对Cs+吸附机制是K+与Cs+发生了离子交换。
反应性弹性体三元共聚物改性沥青及其混合料性能与机制

郝培文, 常睿, 刘红瑛, 曹晓娟,
采用黏度试验和动态剪切流变试验研究了反应性弹性体三元共聚物（RET）对基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青性能的影响，通过原子力显微镜（AFM）分析了SBS改性沥青和RET-SBS改性沥青的表面形貌特征，并采用车辙试验、低温弯曲试验、弯曲疲劳试验及加速加载试验评价了RET改性沥青混合料的各项技术性能，最后通过Weibull分布，分析了不同RET改性沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能。结果表明：RET的掺入提高了沥青的黏度和抗车辙因子，对沥青的高温性能有较大改善；通过掺入RET-SBS，增加了改性沥青中的黏性成分；相较于SBS改性沥青，RET-SBS改性沥青的表面粗糙度显著增大；RET改性剂能够明显改善沥青混合料的高温稳定性；RET与SBS改性剂复配，可有效弥补RET对沥青混合料低温性能的不足，明显改善沥青混合料的疲劳性能和高温长期稳定性。
聚丙烯纤维增强混凝土干接缝的抗剪性能

姜海波, 陈颖, 李佳航, 梁晨, 刘哲, 邓梓良,
为了研究聚丙烯纤维对预制节段混凝土桥梁干接缝剪切性能的影响，本试验以接缝类型、键齿数量、混凝土类型、聚丙烯纤维掺量和水平正应力大小为试验参数，对C40普通混凝土和C40聚丙烯纤维增强混凝土试件进行抗剪性能的试验研究。记录了试件开裂载荷、极限载荷和残余载荷，同时也研究了试件开裂破坏模式和规范化剪应力-竖直位移曲线的关系。试验结果表明：聚丙烯纤维有利于提高干接缝试件的开裂荷载、极限荷载以及有利于试件的塑性变形；聚丙烯纤维对阻止干接缝试件开裂能起到一定的作用，但是聚丙烯纤维不同掺量的影响规律不明显。
老化对水泥乳化沥青胶结料动态力学性能的影响

李云良, 刘钰泽, 纪伦, 谭忆秋,
基于分数导数修正Burgers模型，建立了水泥乳化沥青胶结料（简称复合胶结料）的本构方程。结合不同材料配比的复合胶结料的老化试验及频率扫描试验，分析了老化时间及材料配比等因素对复合胶结料黏弹性力学参数的影响。研究表明，复合胶结料的存储模量与损耗模量均随老化时间的增加而增大，在老化时间为0~8 h时，存储模量及损耗模量增加较快，当老化时间超过8 h后，其增长趋势减缓。对于乳化沥青与水泥的质量比（mA/mC）为1.2和1.4的复合胶结料，在不同的加载频率下，其相位角均随老化时间的增加而减小。对于mA/mC为1.0的复合胶结料，其相位角随着老化时间的增加呈现先增加后减小的变化规律。随着老化时间的增加，复合胶结料趋向于弹性材料的力学性质。分数导数修正Burgers模型可以较好的描述老化后复合胶结料的黏弹性动态力学行为，模型参数弹性模量E1、黏度η1和分数导数r可以描述老化情况下材料黏弹特性的变化规律。

复合材料学报杂志

复合材料学报杂志2018年第7期

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