复合材料学报杂志

复合材料学报杂志2019年第11期

• 碳纤维-尼龙6混编织物复合材料的制备及性能

  张承启, 彭小红, 包海峰,

  为了探究合适的碳纤维表面处理方法，改善碳纤维-尼龙6织物复合材料界面结合效果，提高复合材料的力学性能，通过混编的方式制备碳纤维-尼龙6预制件，将预制件浸泡在不同浓度的醇溶尼龙无水乙醇溶液中，最后将预制件通过热压成型，制备碳纤维织物-尼龙6复合材料。采用万能拉伸试验机、SEM、TGA、DSC、XRD分析碳纤维-尼龙6复合材料的力学性能、微观形貌、耐热性能、结晶度及晶型变化。结果表明：将预制件在浓度为1wt%的尼龙溶液处理后，并采用1℃/min的降温速率制备的碳纤维-尼龙6织物复合材料力学性能最佳，抗拉强度、弹性模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别为449.32 MPa、5.32 GPa、657.67 MPa、44.08 GPa、138.42 kJ/m²。纤维拔出后，单根碳纤维表面附着部分尼龙基体，碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。碳纤维-尼龙6织物复合材料的起始分解温度较尼龙6纤维提高了13℃，耐热性有所增强，尼龙6树脂主要以α晶型存在，结晶较为完善。

• 氧化石墨烯-氨基酰化酶/聚偏氟乙烯复合膜的制备及特性

  朱振亚, 白成玲, 王磊, 王旭东, 郭利妍, 李永进,

  通过静电吸附法成功制备了氧化石墨烯-氨基酰化酶（GO-acylase）颗粒。将GO和GO-acylase颗粒分别添加到聚偏氟乙烯（PVDF）铸膜液中，通过相转化法制备了GO/PVDF和GO-acylase/PVDF复合膜。结果显示，GO-acylase/PVDF复合膜的粗糙度最低（<i>R</i>_a=8.21 nm），表面最平滑。GO/PVDF和GO-acylase/PVDF复合膜的接触角较小（73.72°和71.31°），说明复合膜的亲水性优于纯PVDF膜。由于GO的添加会增强溶质和非溶质之间的转化过程，从而导致GO/PVDF复合膜的纯水通量最大（69.0 L/（m² h））。经过测定，GO-acylase/PVDF复合膜的生物活性在4℃下可以持续4周左右。研究结果表明，GO-acylase/PVDF复合膜的成功制备为抗生物污染膜的研发提供了新思路。

• 载Ag改性桑枝韧皮纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备及表征

  王小燕, 刘利, 曾秀, 马群忠, 谷山林, 熊定奎, 王海燕,

  采用流延法制备了载Ag改性桑枝韧皮纤维素/聚乙烯醇（Ag-T-CMC/PVA）复合膜，并利用XRD、SEM、DSC等分析测试方法研究了该复合膜的结构和性能。结果表明：随着Ag-T-CMC含量增加，Ag-T-CMC/PVA复合膜的力学性能、耐水性及抗菌性能均有提高。当Ag-T-CMC与PVA质量比为2%时，力学性能达到最佳，拉伸强度提高了3.4%。SEM分析表明：Ag-T-CMC均匀分散于Ag-T-CMC/PVA复合膜中，表现出良好的相容性；随着Ag-T-CMC含量的增加，断层逐渐变得光滑平面，在Ag-T-CMC与PVA质量比为2%时，断层最光滑。吸水性能测试表明：Ag-T-CMC能明显降低Ag-T-CMC/PVA复合膜的吸水性。抑菌性能测试表明：Ag-T-CMC/PVA复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定的抑菌效果，且随着Ag-T-CMC含量的增大，抑菌圈直径变大，抑菌效果增强。

• TiO₂/废弃涤纶无纺布的制备及光催化自清洁性能

  王利娜, 陈钊彬, 丁凯, 娄辉清, 辛长征,

  以废弃涤纶（PET）无纺布为研究对象，清洗干净后对其进行碱刻蚀，并接枝钛酸四丁酯（TBT）水解形成TiO₂/PET无纺布。利用SEM对其形貌进行观察发现，当TBT含量为6wt%时纤维表面形成较均匀的TiO₂粒子。研究了碱刻蚀温度及TBT浓度对PET及TiO₂/PET无纺布断裂强度的影响。结果表明，随着碱刻蚀温度的升高，PET无纺布碱减量增大，力学性能变差，而TiO₂的形成一定程度上提高了PET无纺布的断裂强度，使60℃和80℃碱刻蚀后的TiO₂/PET断裂强度相当；随TBT含量增多，TiO₂/PET无纺布的断裂强度呈先增大后减小的趋势，且最大强度所对应的TBT浓度随着温度的升高逐渐增大。为研究TiO₂/PET无纺布的光催化自清洁性能，以甲基橙溶液作降解物，在30 W紫外灯下对TiO₂/PET无纺布处理一定时间后利用测色仪测其表观色深。结果表明，80℃碱刻蚀后接枝6wt% TBT的TiO₂/PET无纺布光降解性能最好，5 h后光降解率可达89.05%，经5次循环测试后，TiO₂/PET无纺布的光降解率仅下降1.43%，说明其负载牢度较好。这主要得益于该碱刻蚀温度及TBT含量制得的TiO₂/PET无纺布的纤维具有较高比表面积且形成较为均匀的TiO₂粒子。

• 磺化氧化石墨烯/聚砜复合膜的制备及抗污染性能

  朱振亚, 白成玲, 王磊, 孟晓荣,

  采用浸没沉淀-相转化法制备了磺化氧化石墨烯/聚砜（SGO/PSf）复合膜，对SGO/PSf复合膜的亲水性、纯水通量、孔隙率、表面Zeta电位、膜断面和表面形貌进行测定。为了分析SGO/PSf复合膜的抗污染性能，采用自制牛血清白蛋白（BSA）探针，借助原子力显微镜（AFM）测定了SGO/PSf复合膜与BSA之间的黏附力。结果表明，由于SGO与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的协同作用，SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的表面自由能最大（114.47 mJ/m²），亲水性最好，对BSA的截留率为97.5%，污染恢复率达到80.06%。BSA与SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜之间的黏附力最小（-0.61 mN/m），说明SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的抗污染能力最强。

• 磺化聚砜-聚多巴胺-ZrO₂有机无机杂化复合质子交换膜的结构及性能

  陈闯, 林锋, 蔡蓉, 陈芳, 马晓燕,

  为了解决燃料电池质子交换膜在高温全水合状态下的质子传导率低、易溶胀的问题，以商用磺化聚砜（PSF）多孔膜为基体，经聚多巴胺（PDA）表面沉积修饰后，在膜表面矿化形成ZrO₂层从而制备PSF-PDA-ZrO₂复合质子交换膜。研究了PDA沉积条件和ZrO₂矿化工艺对PSF-PDA-ZrO₂复合膜表面微观形貌及元素分布的影响规律；选择PDA沉积时间为5 h的PSF-PDA改性膜进行矿化，随矿化时间的增加，其表面矿化层Zr元素含量显著提高。对PSF-PDA-ZrO₂复合膜进行吸水率、溶胀率和电导率进行测试。结果表明，相较于PSF多孔膜，ZrO₂矿化层显著抑制了PSF-PDA-ZrO₂复合膜在高温下的溶胀行为，其溶胀率随矿化时间的增加逐渐降低。PDA沉积时间为5 h，矿化时间分别为1 h、5 h、12 h和24 h的PSF-PDA-ZrO₂复合膜质子传导率均高于纯PSF多孔膜，且随着矿化时间的增加复合膜的电导率逐渐降低。其中PDA沉积时间为5 h，矿化时间为1 h的PSF-PDA-ZrO₂复合膜电导率在90℃时高达0.117 Scm^-1，是同条件下纯PSF多孔膜的2.5倍。

• 纳米Mg(OH)₂-微胶囊红磷/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物阻燃复合材料的性能

  刘继纯, 李行, 贺云鹏, 潘炳力, 罗洁, 刘红宇,

  以微米Mg（OH）₂（mMg（OH）₂）、纳米Mg（OH）₂（nMg（OH）₂）和微胶囊红磷（MRP）为无卤阻燃剂，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）为聚合物基体，通过熔融共混方法制备了一系列不同阻燃剂含量的Mg（OH）₂-MRP/EVA阻燃复合材料，采用极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热分析、热分析、SEM、拉伸试验、流变学分析等方法研究了复合材料的阻燃、力学和加工性能。结果表明，Mg（OH）₂阻燃剂用量相同时，nMg（OH）₂/EVA复合材料的阻燃和抑烟性能比mMg（OH）₂/EVA复合材料更好，但当Mg（OH）₂用量小于60wt%时，nMg（OH）₂/EVA和mMg（OH）₂/EVA复合材料的垂直燃烧等级都达不到V-0级。Mg（OH）₂本身的阻燃效率较低，nMg（OH）₂和MRP对EVA有非常显著的协同阻燃作用，二者掺杂比例适当时可大幅度降低Mg（OH）₂的用量。与nMg（OH）₂/EVA复合材料相比，nMg（OH）₂-MRP/EVA复合材料燃烧时能够生成连续致密的炭层，覆盖在材料表面形成防火屏障，提高其阻燃性能。nMg（OH）₂的热分解反应对nMg（OH）₂-MRP/EVA复合材料的燃烧性能有极其重要的影响。当nMg（OH）₂热分解后再加入到MRP/EVA体系中时，nMg（OH）₂-MRP/EVA复合材料的阻燃和抑烟性能均急剧降低。当nMg（OH）₂∶MRP∶EVA的质量比为40∶10∶100时，nMg（OH）₂-MRP/EVA复合材料同时具有优异的阻燃性能、力学性能和加工性能，可满足实际应用的需要。

• 微纳米SiO₂/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷性能

  王猛, 成如如, 高俊国, 张晓虹,

  高压直流绝缘材料中空间电荷积聚限制了直流输电的发展。为探讨微米SiO₂、纳米SiO₂、微纳米SiO₂及制备工艺对SiO₂/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料空间电荷特性的影响。分别利用SEM、FTIR和DSC等对不同SiO₂/LDPE复合材料的微结构、结晶特性等进行了表征，利用热刺激电流（TSC）法研究其陷阱特性，通过电声脉冲（PEA）法研究其空间电荷特性。结果表明：SiO₂的引入使LDPE的晶粒尺寸减小，结晶度提高； SiO₂/LDPE复合材料的TSC曲线所包络面积增大，微米SiO₂的引入使TSC峰向低温方向偏移，而纳米SiO₂的引入使TSC峰向高温方向移动； SiO₂/LDPE复合材料表现出对空间电荷不同程度的抑制作用。微纳米SiO₂/LDPE复合材料的制备工艺对其性能有一定的影响，以母料形式制备微纳米SiO₂/LDPE复合材料时，其性能与后加入无机颗粒对应的SiO₂/LDPE复合材料更接近。

• 基于空间限域强制组装法制备短切碳纤维-碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合材料性能

  范晓静, 吴大鸣, 高小龙, 黄尧, 石梦阳, 高孔超,

  采用空间限域强制组装（SCFNA）法制备短切碳纤维-碳纳米管/聚二甲基硅氧烷（SCF-CNTs/PDMS）导电复合材料，研究SCFNA方法制备SCF-CNTs/PDMS复合材料对断面形态变化、导电性能和力学性能的影响。结果表明，通过SCFNA制备的SCF-CNTs/PDMS导电复合材料得到了密实有效的导电网络，由于缩短了导电填料之间的距离，实现了在低浓度填料下增大复合材料的导电性能和力学性能。在填料总量不变的前提下，SCF/PDMS复合材料中添加少量的CNTs，SCF与CNTs之间能形成较好的协同作用。并发现SCF质量分数为8wt%、CNTs质量分数为2wt%的SCF-CNTs/PDMS复合材料与SCF质量分数为10wt%的SCF/PDMS复合材料相比，其导电性能提高了33%，力学性能提高了144%；在SCF/PDMS复合材料中添加较多的CNTs，由于CNTs之间发生团聚现象，SCF-CNTs/PDMS复合材料的导电性能和力学性能均有所下降。SCF质量分数为5wt%、CNTs质量分数为5wt%的SCF-CNTs/PDMS复合材料随着密炼转速由40 r/min逐步增加到80 r/min，CNTs团聚现象有所改善，但是由于扭矩的增大，SCF受到的剪切作用力增大，SCF大部分被搅碎，在导电复合材料中，SCF起主要连接导电网络的作用。因此，SCF质量分数为5wt%、CNTs质量分数为5wt%的SCF-CNTs/PDMS复合材料导电性能反而随着密炼转速的提高而降低。

• 竹纤维组合形态对竹纤维/聚丙烯复合材料性能的影响

  唐启恒, 程海涛, 王戈, 郭文静,

  以聚丙烯（PP）为基体，单根竹纤维（SBF）和竹纤维束（BFS）两种形态竹纤维为增强体，采用无纺气流铺装-模压工艺制备了SBF-BFS/PP复合材料。通过力学试验机、SEM、TGA、DSC等对SBF-BFS/PP复合材料的力学性能、微观形貌、热性能等进行表征，研究竹纤维形态配比变化对SBF-BFS/PP复合材料综合性能的影响。结果表明，在纤维总含量不变情况下，SBF在两种形态竹纤维中的含量逐步增加时，SBF-BFS/PP复合材料冲击强度和弹性模量逐步增加； SBF在两种形态竹纤维中质量分数为90wt%时，SBF-BFS/PP复合材料冲击强度和弹性模量比SBF质量分数为10wt%时分别提高了26.46%和38.39%； SEM结果表明，竹纤维与PP基体存在较差界面相容性，竹纤维出现断裂和拔出等现象；热失重结果表明，随着SBF含量的增加，SBF-BFS/PP复合材料的耐热性能并没有明显变化。此外，对SBF-BFS/PP复合材料的耐水性能测试结果表明，由于SBF比表面积大，随SBF含量的增加，SBF-BFS/PP复合材料中易吸水组分增加，从而导致其耐水性能下降。

• β-环糊精-聚磷酸铵对黄麻/聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

  窦艳丽, 李雪菲, 张天琪, 姚卫国, 管东波,

  将黄麻纤维和聚丙烯纤维（PP）通过梳理、铺网和针刺的方式形成黄麻/PP复合材料毡，采用表面撒粉工艺，将阻燃剂β-环糊精（β-CD）、β-CD与聚磷酸铵（APP）复配热压后在黄麻/PP复合材料表面形成阻燃层，采用FTIR、极限氧指数测试仪、水平燃烧测试仪、锥形量热测试仪、热重分析测试仪、SEM及万能试验机等检测黄麻/PP复合材料阻燃性能、力学性能、成炭性能及样品表面微观形貌。结果表明：β-CD与APP复配后在黄麻/PP复合材料表面热压成膜可以显著提高复合材料的阻燃性能和热稳定性。当β-CD-APP复配阻燃剂质量分数为20wt%、β-CD与APP的质量比为1∶2时，黄麻/PP复合材料水平燃烧58 s后自熄，极限氧指数（LOI）值达到26.6%，根据日本JISD 1201—77标准，属于第三难燃等级材料，此时热释放速率和有效燃烧热值最小，700℃时的残炭量增加了11.68%。力学性能测试表明，在黄麻/PP复合材料表面增加阻燃层后，弯曲强度增加而拉伸强度不受影响。

• 纳米SiO₂-NaOH-有机硅烷偶联剂表面改性对苎麻纤维/乙烯基酯树脂复合材料性能的影响

  倪爱清, 朱坤坤, 王继辉,

  为改善苎麻纤维/乙烯基酯树脂复合材料的力学性能和吸湿性能，采用纳米SiO₂联合NaOH和有机硅烷偶联剂KH570对苎麻纤维进行改性，考察了该表面改性方法对苎麻纤维化学结构、表面形貌、结晶度及对苎麻纤维/乙烯基酯树脂复合材料的力学性能和吸水性的影响。结果表明，苎麻纤维表面的胶质被NaOH溶解，纤维吸水性变强，变得疏松，与树脂基体的黏结性增强，纤维结晶度随着碱浓度的增加先升高后降低；有机硅烷偶联剂KH570与苎麻纤维发生偶联作用，静态水接触角增大，疏水性增强，使苎麻纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能提高；在有机硅烷偶联剂KH570作用下，SiO₂以纳米级尺寸与苎麻纤维表面羟基产生共价键，从而提高了苎麻纤维/乙烯基酯树脂复合材料的力学强度；实验表明，该方法改性后的苎麻纤维/乙烯基酯树脂复合材料吸水率大大降低。

• 四种预处理方法的稻壳/聚氯乙烯复合材料抗老化及热学行为

  王磊, 何春霞, 杨星星,

  为探讨稻壳预处理（水热、微波、碱处理和苯甲酰化处理）对制备稻壳/聚氯乙烯（PVC）复合材料在模拟土壤老化条件下抗老化及热学行为的影响，采用综合热分析仪测试了稻壳/PVC复合材料的TG曲线，并测试了其线性热膨胀系数、力学性能和吸水性能，利用SEM观察其微观结构。结果表明：四种预处理均能提高稻壳/PVC复合材料抗老化及热学性能；处理后稻壳纤维表面更粗糙，纤维与基体界面结合更好，微裂隙较少。模拟土壤老化21天后，苯甲酰化处理稻壳/PVC复合材料初始热分解温度比未处理稻壳/PVC复合材料提高了3.9%，其线性热膨胀系数下降了6.72%。24 h吸水率降低了55.6%，拉伸强度和硬度分别提高了103%和119%。苯甲酰化处理稻壳/PVC复合材料中稻壳分布均匀，界面结合较好。四种预处理方法优劣顺序为：苯甲酰化处理>碱处理>水热处理>微波处理。

• 有机蒙脱土-改性Al₂O₃/聚氨酯弹性体复合材料的微观形貌及力学性能

  陈宇飞, 岳春艳, 李治国, 滕成君, 马英一,

  以十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）为插层剂，通过离子交换法改性钠基蒙脱土（MMT）制得有机蒙脱土（OMMT），采用硅烷偶联剂KH550改性纳米Al₂O₃得到表面修饰的KH-Al₂O₃；以聚丙二醇（PPG）、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和1，4-丁二醇（BDO）为原料合成聚氨酯弹性体（PUE）基体，并将两种无机填料OMMT和KH-Al₂O₃以不同质量比且总质量分数保持3wt%掺杂至PUE基体中，采用预聚体法制备OMMT-改性Al₂O₃/PUE（OMMT-Al₂O₃/PUE）复合材料，用FTIR、XRD、SEM和TEM测试分析了复合材料的微观形貌和力学性能。结果表明：OMMT在2 922 cm^-1和1 469 cm^-1处出现—CH₂吸收峰，表明OTAC分子链成功插入到MMT片层，且OMMT的层间距较MMT增加约0.7 nm； KH-Al₂O₃在2 924 cm^-1和1 447 cm^-1处出现了—CH₂吸收峰，表明Al₂O₃表面成功接枝KH550； TEM图像可清晰看到OMMT的片层结构，改性后的OMMT和KH-Al₂O₃存在一定的相互作用，且同种分子内的相互作用减弱。OMMT-Al₂O₃/PUE复合材料中的OMMT与KH-Al₂O₃质量比适当时，OMMT和KH-Al₂O₃在PUE基体中分散性较好，OMMT在基体中以层状结构存在，且KH-Al₂O₃与基体形成新的化学键改变了原有晶型结构，出现了新的衍射峰。力学性能测试结果表明：当OMMT与Al₂O₃质量比为1∶1时，OMMT-Al₂O₃/PUE复合材料的拉伸强度、扯断伸长率及断裂拉伸强度分别为21.82 MPa、668%和19.98 MPa，比PUE基体分别提高了43.8%、29.2%和36.8%，与单一采用OMMT或KH-Al₂O₃改性PUE树脂相比，力学性能也明显得到改善。

• 改性纳米或微米SiO₂的分散方法对木粉-SiO₂/聚丙烯复合材料力学性能的影响

  牟海龙, 郝笑龙, 肖泽芳, 王海刚, 周海洋,

  未改性和乙烯基三甲氧基硅烷（VTS）改性的纳米SiO₂和微米SiO₂作为增强相，采用直接分散（干分散）和溶液分散（湿分散）两种方法将SiO₂添加到聚丙烯（PP）基体中。将木粉（WF）作为改性相添加到SiO₂改性的PP中制备WF-SiO₂/PP复合材料，探索SiO₂粒径、分散度及界面改性对复合材料增强效果的影响。红外光谱显示改性后的SiO₂已经成功接枝到PP基体上；与未填充SiO₂的WF/PP复合材料相比，干分散模式添加质量比为9%的微米SiO₂或9%的纳米SiO₂，WF-SiO₂/PP复合材料的弯曲强度分别降低了21%和18%；然而，湿分散模式以VTS改性微米SiO₂和纳米SiO₂，WF-SiO₂/PP复合材料弯曲模量分别提高了17%和22%，且抗蠕变性能也明显改善；通过干分散和湿分散模式添加微米SiO₂，均使WF-SiO₂/PP复合材料冲击强度提高了17%。研究表明，在SiO₂粒子分散均匀且与基体界面结合良好的前提下，加入适量微米SiO₂或纳米SiO₂使WF-SiO₂/PP复合材料的冲击强度提高了15%~25%。

• 基于频率识别纤维增强树脂复合材料加筋板的分层损伤

  梁智洪, 詹超, 张芝芳,

  以纤维增强树脂（FRP）复合材料加筋板为研究对象，通过对比分层损伤发生前后FRP复合材料加筋板的振动频率变化，来识别FRP复合材料加筋板中的分层损伤。构建了人工神经网络（ANN）和基于有代理模型的优化算法（SAO）两种逆向检测算法，利用FRP复合材料加筋板在损伤前后发生的一系列频率变化值来逆推出FRP复合材料加筋板中的分层位置和大小。分别采用数值验证和实验验证来双重检验ANN和SAO两种算法的识别精度和效率。数值验证结果表明：ANN和SAO两种逆向检测算法对分层损伤位置和大小的识别最大误差分别是5.04%（ANN）和5.24%（SAO），证明方法在理论上可行。实验验证结果表明：ANN在使用实测频率数据进行识别时预测精度很差，无法得到有效的分层损伤信息；而采用SAO可以较好地预测试件中的分层损伤，且对分层大小的预测比对分层位置的预测精度更高，其中，对贯穿损伤和底板损伤的大小预测误差分别不超过2.05%和9%，而四个试件中有两个试件预测的分层与实际的损伤部位存在重合（重合率分别为34%和32.65%）。因此，当前提出的ANN和SAO在理论上可行，但实际应用时都会受到不同程度实测数据误差的影响，相比ANN而言，SAO算法有更好的鲁棒性，在采用实测频率时也可以较为准确地预测出试件中的分层损伤。

• Germanischer Lloyd规范Goodman曲线对某型动车组CFRP复合材料设备舱骨架疲劳校核的应用

  秦楠, 张向峰, 冯学志, 王永岩,

  为了解决国内对适用于复合材料Goodman曲线实验研究较少的问题，基于ABAQUS有限元，利用Python语言编程和计算，按照德国劳氏船级社（GL）规范Goodman曲线对某新型动车组碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料设备舱骨架进行疲劳强度校核。通过不同平均应力下疲劳强度实验，绘制Goodman曲线及考虑一定安全系数下的Goodman曲线，并与GL规范的Goodman曲线进行对比研究。结果表明，在EN12663-1∶2010¹³和文献14规定的疲劳工况下，GL规范的Goodman曲线对新型动车组CFRP复合材料设备舱骨架疲劳强度校核具有可行性，CFRP复合材料设备舱骨架可满足设计要求，但考虑安全系数<i>n</i>=1.5和<i>n</i>=2时评价有一定的风险性。

• 多孔ZnO/羟基磷灰石生物复合材料的制备与性能

  朱斌, 何远怀, 孟增东, 张玉勤,

  利用放电等离子烧结技术制备多孔ZnO/羟基磷灰石（HA）生物复合材料，研究不同纳米ZnO含量对ZnO/HA复合材料微观结构、孔隙特征、力学性能、矿化和降解性能的影响。结果表明：烧结后ZnO/HA复合材料主要由HA相和ZnO相组成；随着ZnO含量提高，多孔ZnO/HA复合材料孔隙率缓慢增大，抗压强度略有减小，弹性模量变化不大；多孔ZnO/HA复合材料的孔隙率>40%，孔径在50～500 μm之间，抗压强度>148 MPa，弹性模量为6.5 GPa左右，能够满足骨修复材料的要求；模拟人工体液中矿化和降解实验表明，多孔ZnO/HA复合材料浸泡7天后表面开始形成大量类骨磷灰石层，且随着ZnO含量增加，磷灰石形成能力明显增强而降解速率加快。

• 改性纳米BN/甲基乙烯基硅橡胶导热复合材料的制备

  钟洨, 孟旭东, 张睿涵, 张一坤, 顾军渭,

  以甲基乙烯基硅橡胶（MVSR）为基体，硅烷偶联剂KH550与聚倍半硅氧烷（POSS）结合改性的纳米BN（POSS-g-nBN）为导热填料，经混炼-热压制备POSS-g-nBN/MVSR导热复合材料。结果表明，POSS-g-nBN/MVSR导热复合材料的导热系数（λ）、介电常数（ε）和介电损耗正切值（tanδ）均随nBN用量增加而增大。相同nBN用量下，表面功能化改性有助于进一步提高nBN/MVSR导热复合材料的λ，降低ε和tanδ。当POSS-g-nBN用量为30vol%时，POSS-g-nBN/MVSR导热复合材料的λ为0.92 W（mK）^-1，约为纯MVSR的（λ=0.18 W（mK）^-1）5倍，也高于相同nBN用量的nBN/MVSR导热复合材料的λ（0.77 W（mK）^-1）。相比未改性nBN，POSS-g-nBN更易在MVSR基体内形成导热通路且和MVSR基体具有相对更低的界面热障。当POSS-g-nBN用量为30vol%时，POSS-g-nBN/MVSR导热复合材料的ε和tanδ分别为3.39和0.0049，略低于相同nBN用量的nBN/MVSR导热复合材料的ε（3.43）和tanδ（0.0057）。

• Fe₃O₄@锂铝硅微晶玻璃/还原氧化石墨烯复合材料的制备和吸波性能

  杨亚楠, 夏龙, 张昕宇, 韩海波, 王珂, 温广武,

  为了改善传统磁性吸波材料的阻抗匹配和提升吸波性能，将传统的磁性材料Fe₃O₄、透波材料锂铝硅微晶玻璃（LAS）和还原氧化石墨烯（RGO）进行复合，采用三步法制备Fe₃O₄@LAS/RGO磁性吸波复合材料。通过多种测试手段对其结构、形貌和组成进行表征，并分析其电磁参数和吸波性能。研究了基体氧化石墨烯（GO）添加量对Fe₃O₄@LAS/RGO复合材料的形成和吸波性能的影响，随着GO含量的增加，Fe₃O₄@LAS纳米球的分布变得稀疏，RGO堆叠程度变大。GO的质量分数为40wt%（Fe₃O₄与LAS摩尔比为1∶0.2）时，Fe₃O₄@LAS/RGO复合材料的吸波性能最佳，反射损耗在12.4 GHz处达到-65 dB，且仅需要2.1 mm的匹配厚度，在该厚度下小于-10 dB（超过90%的电磁波被材料吸收）的反射损耗达到4 GHz。LAS作为涂覆在Fe₃O₄纳米球表面的透波层，引入了多重透射-吸收机制。

• TiO₂/底泥复合材料的制备及其可见光催化性能评价

  谷麟, 俞海祥, 王宇, 王涛, 杨文昊, 闻海峰, 陶红,

  以河道底泥（RS）为载体，钛酸四异丙酯（TTIP）为前驱体，通过溶胶-凝胶法制备了TiO₂/RS复合可见光催化剂，考察了TiO₂/RS复合催化剂在可见光下的催化活性、可回收利用性和稳定性。利用XRD、SEM、XPS和BET表征手段对TiO₂/RS复合材料的晶型、形貌、表面形态、孔结构等进行表征。通过表征分析发现：相比TiO₂，TiO₂/RS复合材料具有更丰富的多孔结构，比表面积可增加至98.43 m²/g。模拟含甲基橙印染废水的可见光催化降解实验说明，当RS和TiO₂的质量比为0.5时，TiO₂/RS复合催化剂在可见光照射下表现出较高的催化活性，反应4 h后甲基橙的降解率达到48.8%，且回收循环使用6次后TiO₂/RS复合催化剂对甲基橙的降解率仍能保持在45%以上，表现出较强的稳定性。

• 静电自组装定向制备还原氧化石墨烯-石墨相氮化碳复合材料及其导热性能

  谭桂珍, 樊义翰, 陈泽华, 张英明, 余坚, 郝志峰,

  采用NaOH溶液将块状多层石墨相氮化碳（B-g-C₃N₄）剥离成带负电的纳米片层石墨相氮化碳（g-C₃N₄），并与带正电（经聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）改性）的还原氧化石墨烯（RGO）通过静电自组装的方式，制得“面-面”定向结合的RGO-g-C₃N₄二维异质层状复合材料。Zeta电位研究表明，静电组装过程主要受电荷中和作用的主导，通过改变RGO和g-C₃N₄表面的Zeta电位可控制静电自组装材料的组成及形貌。拉曼光谱和XPS测试结果说明，RGO-g-C₃N₄复合材料具有g-C₃N₄和RGO共同的结构特征； SEM和TEM结果进一步说明，RGO和g-C₃N₄纳米片在垂直方向上“面对面”定向叠加结合，复合后仍为片层状结构，层厚度明显增加。RGO-g-C₃N₄复合材料的导热系数随RGO含量的增加而增大，RGO含量为24.4wt%时，其导热系数达到4.2 W/（mK），是相同质量分数简单物理混合RGO+g-C₃N₄复合材料导热系数（3.0 W/（mK））的1.4倍，由于RGO-g-C₃N₄复合材料形成有效导热链，使RGO-g-C₃N₄复合材料的导热系数高于简单物理混合RGO+g-C₃N₄复合材料的导热系数。

• 石墨烯纳米薄片-SiO₂/天然橡胶复合材料的导电导热性能

  秦红梅, 邓超然, 李明专, 余秋豪, 管桂超, 鲁圣军,

  采用物理机械剥离法对可膨胀石墨进行剥离，得到厚为10 nm、横向尺寸为10~20 μm的石墨烯纳米薄片（GE），进一步制备GE质量分数为20wt%的GE/天然橡胶（NR）浓缩母粒；采用硅烷偶联剂KH580对SiO₂进行改性，得到疏水性SiO₂；采用机械共混的方法制备了GE质量分数分别为0、0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%、2.0wt%的GE-SiO₂/NR复合材料。对GE-SiO₂/NR复合材料进行导电导热性能的测试，发现随着GE含量的增加，其导热导电性能逐渐提升，当GE含量为2.0wt%时，复合材料的面内导热率提高了38.1%，面间导热率提高了36.21%，导电率提高了36.07%。GE含量越高，GE-SiO₂/NR复合材料的100%和300%定伸应力越大，拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率变化不明显。随着GE含量的增加，GE-SiO₂/NR复合材料填料的网络效应减弱，Payane效应减弱，玻璃化温度逐渐升高。通过SEM分析发现，改性后的SiO₂在NR基体中分散良好，无团聚现象，在GE含量为2.0wt%时，GE-SiO₂/NR复合材料中能明显观察到GE的片层结构。

• 雾化喷射压力对氧化石墨烯-SiO₂/天然橡胶复合材料性能的影响

  边慧光, 常天浩, 牛广智, 汪传生, 宋凤鹏, 刘洁,

  采用自主研发的雾化溅射干燥法制备氧化石墨烯（GO）-SiO₂/天然橡胶复合材料，基于雾化法中物料液柱在高压作用下撞击高温金属壁面发生溅射爆破，实现液滴的二次分散和水分的瞬间脱除，保持填料GO-SiO₂在天然胶乳中的高分散状态。探究了雾化溅射干燥法喷射压力大小对填料GO-SiO₂分散的影响及对GO-SiO₂/天然橡胶复合材料性能的影响。实验表明，过高或过低的压力都不利于高性能GO-SiO₂/天然橡胶母胶的制备，当喷射压力为0.8 MPa时，填料GO-SiO₂在天然橡胶的分散效果最好，制备的GO-SiO₂/天然橡胶复合材料的综合性能最优，其中拉伸强度为31.2 MPa，撕裂强度达到89.01 kNm^-1，断裂伸长率为670.90%，在60℃左右损耗因子更低。

• 偶联剂Si747原位改性单分散SiO₂/天然橡胶复合材料的结构与性能

  夏立建, 阚泽,

  采用偶联剂Si747在液相体系中分别对自制单分散白炭黑（SiO₂）和市售沉淀法白炭黑（SiO₂）表面进行改性，利用乳液共混技术制备SiO₂/天然橡胶（NR）复合材料。利用橡胶加工分析仪、DMA、SEM等测试手段对偶联剂Si747改性SiO₂/NR复合材料的结构和性能进行表征。结果表明，在硫化特性方面，与未改性SiO₂相比，偶联剂Si747改性SiO₂/NR复合材料的焦烧时间和工艺正硫化时间均缩短，促进了橡胶的硫化过程，其中改性前后单分散SiO₂/NR硫化胶的焦烧时间和工艺正硫化时间均比沉淀法SiO₂/NR硫化胶长；与未改性单分散SiO₂/NR硫化胶相比，改性单分散SiO₂/NR硫化胶的拉伸强度提高了17.4%，回弹性和耐磨性分别提高了9.5%和32.6%，压缩生热降低了24.3%；与改性沉淀法SiO₂/NR硫化胶相比，改性单分散SiO₂/NR硫化胶的Payne效应最低，填料的分散性更高，填料网络结构更弱；改性单分散SiO₂/NR硫化胶抗湿滑性略低于改性沉淀法SiO₂/NR硫化胶，但滚动阻力更低，更节省能源。

• CTAB-SCA改性钠基蒙脱土/橡胶复合材料的增强-阻燃机制

  吴胜华, 张浩, 张磊,

  以钠基蒙脱土（Na-M）为研究对象，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和硅烷偶联剂KH550（SCA）为改性剂，去离子水和无水乙醇为溶剂，制备CTAB-SCA改性Na-M，并作为橡胶填料。研究CTAB与去离子水质量比、SCA与无水乙醇质量比、炭黑与CTAB-SCA改性Na-M质量比对CTAB-SCA改性Na-M/橡胶复合材料力学性能和阻燃性能的影响。利用SEM、XRD和FTIR分别测试CTAB-SCA改性Na-M/橡胶复合材料微观形貌、矿物组成和组成结构。结果表明：炭黑与CTAB-SCA改性Na-M质量比为20∶30、CTAB与去离子水质量比为13.5∶1050、SCA与无水乙醇质量比为0.30∶15时制备的CTAB-SCA改性Na-M/橡胶复合材料具有良好的力学性能和阻燃性能，拉伸强度为18.9 MPa，撕裂强度为42.9 kNm^-1，极限氧指数为31.51%。CTAB-去离子水混合液可以降低CTAB-SCA改性Na-M片层间的极性，提高其亲油性。SCA-无水乙醇混合液与CTAB-SCA改性Na-M表面的羟基发生化学作用，提高其分散性。CTAB-SCA改性Na-M/橡胶复合材料中炭黑是主要增强物质，CTAB-SCA改性Na-M是主要阻燃物质和辅助增强物质。

• 有机铁改性玄武岩纤维及其对微生物的附着行为

  张晓颖, 韦静, 解玉洁, 梁显林, 徐吉成, 吴智仁, 杨巧巧,

  以草酸和FeSO₄7H₂O为原料，利用液相沉积法对玄武岩纤维（BF）进行表面改性，以SEM、EDS、XPS、接触角分析仪和Zeta电位测试仪研究BF改性前后的微观形貌、元素组成、表面亲水性和电负性等性能。以枯草芽孢杆菌在不同的生长环境中的生长曲线来判断BF改性前后的生理毒性，以纯菌吸附实验和活性污泥固定实验考察有机铁改性玄武岩纤维（MBF）对微生物附着行为的影响。结果表明：MBF的亲水性和电负性得到明显改善，MBF的水接触角由89.71°降至为56.74°，表面Zeta电位由-18.53 mV提升至-5.03 mV； MBF对细菌的生长无抑制作用，不存在生理毒性；在12 h后MBF表面固定的微生物量可达27.91 gm^-2，表明有机铁改性BF有助于促使更多的生物量附着在载体表面，进而有利于提高载体的污/废水处理效果。

• 磁场诱导定向碳纤维增强水泥砂浆的力学性能

  汪洋, 徐金霞, 蒋林华, 殷天娇,

  首次利用磁场诱导定向技术，制备了具有明显择优取向的碳纤维增强水泥砂浆，表征与测试了不同水灰比、龄期和纤维掺量的水泥砂浆的碳纤维取向、抗压和劈裂抗拉强度，研究了碳纤维的取向性对力学性能提升效果的影响。结果表明：水灰比、纤维掺量对碳纤维的取向性有显著影响；相较于无择优取向的普通碳纤维增强水泥砂浆，经磁场诱导定向的碳纤维增强水泥砂浆的劈裂抗拉强度有显著增加，而抗压强度无明显变化；相同水灰比下，纤维取向和纤维掺量是影响定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度的主要因素。其中，定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度增强效率的最佳碳纤维掺量为水泥的0.50%。