CMC-EBC损伤耦合机理及一体化设计研究进展

陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役环境下的主要损伤模式与失效机理,总结发现CMC预制体结构、孔洞缺陷和EBC内裂纹等损伤演化相互影响,这种细观损伤模式的耦合是决定其寿命的关键因素之一,但目前的机理研究主要集中于涂层本身性能及其受环境因素的影响,缺乏对涂层和复合材料编制结构在损伤演化过程中协同效应的考虑。接下来,详细分析了CMC-EBC的失效模拟与预测模型研究的历史与现状,指出其中存在的问题,包括环境因素建模方法和损伤耦合演化模拟技术。目前大部分工作致力于分别开发CMC和EBC的失效模型,而对于CMC-EBC构件的失效预测应考虑其损伤演化与微观结构之间的相互耦合影响。最后,对CMC-EBC材料体系研发与服役性能预测方法进行了展望,认为CMC本体和EBC失效模式相互耦合,开展结构功能一体化设计和分析是CMC-EBC构件研究的趋势。

纸基复合吸波超材料吸波性能的等效电路分析方法研究

纸基复合吸波超材料是一种较为理想的宽带雷达吸波材料。以某种具有六边形环结构的纸基复合吸波超材料为例,借助等效电路方法对该材料的吸波性能进行分析。结果表明:借助等效电路方法可以较为直观、准确地得到纸基吸波超材料的吸波性能分析结果,与一般的全波仿真分析方法相比具有更强的实用性。

单宁酸-铜改性聚丙烯酸酯文物保护材料的制备及其性能研究

以单宁酸和硫酸铜为原料,采用水热法成功地合成了单宁酸-铜(CuTA)纳米片,同时通过简单共混法将CuTA添加到B72中,制备出单宁酸-铜/聚丙烯酸酯文物保护用复合材料.采用XRD、SEM等测试方法对CuTA纳米片的物相及表面形貌进行分析,利用X-Rite测色配色系统、静态视频光学接触角测试仪、紫外-可见分光光度计等对单宁酸-铜/聚丙烯酸酯复合材料的色差、接触角以及透光率进行测试.结果表明:当单宁酸与硫酸铜的物质的量比为1∶3时,可以生成稳定的CuTA纳米片,其对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抗菌率分别为93.5%和98.7%;添加2 wt%CuTA纳米片所制备的复合材料对细菌生长有明显抑制作用,其抗菌率可达97.64%,同时复合材料的疏水性也明显提高,接触角可达87.7°;CuTA纳米片的加入可提高复合材料的紫外屏蔽作用,对复合材料的色差及可见光的透过率无明显影响.

离子络合物改性二维云母环氧树脂复合材料的制备及性能

为了实现环氧树脂(EP)的高性能化,将插层法得到的二维云母纳米片(MNs)与增韧型阻燃剂甲基膦酸-癸二胺离子络合物(MPA-DAD)复合,制备了一种环氧树脂多功能改性材料MNs@MPA-DAD。通过力学、UL-94、极限氧指数(LOI)、热重、锥形量热以及摩擦磨损等测试研究了MNs@MPA-DAD对环氧树脂复合材料的性能影响。结果表明:MPA-DAD中的离子键可充当牺牲键,耗散能量提升韧性。相较于纯EP,添加质量分数8%的MNs@MPA-DAD,环氧树脂复合材料的拉伸和弯曲韧性分别提高了302%和268%。二维的MNs可以作为物理屏障,抑制材料燃烧过程中热量和氧气的传递过程,与MPA-DAD协同发挥阻燃机制。EP/8%MNs@MPA-DAD的极限氧指数由纯EP的20.4%提高至28.9%,残炭率由8.9%提升至14.3%,UL-94测试通过了V-0级别,热释放速率峰值(PHRR)和总热释放(THR)分别降低了34.0%和19.7%。MNs@MPA-DAD能够产生均匀的润滑转移层,减少摩擦热的产生,避免熔化磨损,进而提高环氧树脂的耐磨性。EP/8%MNs@MPA-DAD的磨损面积较纯EP降低了76.6%。

导电水凝胶材料研究进展及在超级电容器的应用

导电水凝胶是具有独特导电性、力学稳定性、较高柔软性的三维网络结构的物质,具有广阔的应用前景。制备具有特殊功能性导电水凝胶材料的研究吸引了科研工作者广泛的关注,其制备策略主要是聚合物水凝胶与导电物质交联混合。为了提高其导电性和机械形变,主要策略是设计和制备导电纳米材料(如碳纳米管、石墨烯、金属纳米和液态金属等)填充和导电高分子(如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PYh)等)基导电水凝胶。文章综述了聚电解质、酸掺杂、无机物填充、导电高分子基四类导电水凝胶的研究进展;为解决导电水凝胶导电性、力学稳定性、耐极端温度和生物相容性的问题,本文总结了导电水凝胶的制备策略,最后总结了导电水凝胶面临的挑战。

黄瓜种子低温收缩变形行为研究

目的明确降温过程中黄瓜种子种皮和子叶的变形行为。方法搭建低温变形测试系统,在27℃至-18℃的降温过程中,利用数字图像相关(DigitalImage Correlation,DIC)方法,分别对黄瓜种子种皮和子叶的低温变形行为进行测试分析。结果在种子长轴和短轴方向,种皮平均压应变量恒大于子叶,长轴方向的平均压应变量大于短轴方向。在降温过程中,种皮2个方向的平均压应变量先增加,后趋于平稳;子叶2个方向的平均压应变量随温度降低逐渐增加。结论种皮和子叶的变形行为具有较大差异,低温保存时,由于两者收缩变形不协调,可能引起失配应力从而造成种子破坏。

热固性树脂基复合材料在表面防护领域的研究现状

热固性树脂因其固化后不溶不融、硬度高、比刚性大、耐高温且成品具有优异的尺寸稳定性,在防护涂料、轨道交通、航空航天等广大应用领域获得了认可。然而,随着材料技术的高速发展,传统热固性树脂的力学性能已难以满足各行各业选用材料的性能要求。针对此类问题,目前的解决方案主要围绕新型热固性树脂的研发和对传统热固性树脂进行改性两方面。改性后的热固性树脂综合性能得到了显著提升,且制备周期较短,在抗烧蚀、耐磨损和耐腐蚀等领域起着至关重要的作用。本文综述了近年来热固性树脂基复合材料在抗烧蚀、耐磨损和耐腐蚀等表面防护领域的研究现状,并对其材料种类、防护机理及环境对其性能的影响进行了梳理和总结,探讨了热固性树脂基复合材料未来的发展方向,可为其在接下来的研究中提供理论和技术参考。

3D打印TPU气道支架的有限元仿真分析及其力学性能

气道支架的可压缩性直接影响手术操作,植入后与气道的相互作用力对临床疗效影响大,开展支架植入气道的力学性能仿真分析可为产品研发和临床应用提供参考。采用计算机软件构建气道支架3D模型,以热塑性聚氨酯弹性体为打印材料,熔融沉积3D打印制备挤出率和壁厚不同的气道支架,采用万能试验机测试其支撑力、压缩强度和压缩弹性缩量,对支架植入气道狭窄简化模型中的受力情况进行有限元仿真分析。随着径向压缩率增大,支架的压缩强度和径向支撑力呈上升趋势,压缩弹性模量呈现下降趋势;随着打印挤出率的增大,支架中丝材堆积更紧密,压缩弹性模量、压缩强度和径向支撑力均呈上升趋势。有限元仿真分析结果表明,随着壁厚增加,支架变形困难,产生的支撑力增大;随着狭窄率的增加,支架所受压迫力增大,应力集中与支架变形能力、气道狭窄情况密切有关。

聚氨酯缓冲材料瞬态响应特性研究

为研究聚氨酯材料在动态载荷作用下的瞬态响应特性,开展了聚氨酯样件压缩实验,并利用实验数据分析校验了聚氨酯样件材料的Mooney-Rivlin应变能函数、Prony级数本构模型参数;然后采用有限元方法对聚氨酯缓冲材料的动态力学性能进行计算分析。研究结果表明:聚氨酯材料具有与超弹性相关的非线性出力特性和与粘弹性相关的迟滞效应,在不同速度的加载条件下,聚氨酯材料的力-位移响应曲线存在显著差异;在低速加载条件下,率相关的粘弹特性对曲线影响较小;提高加载速度,聚氨酯瞬时应变增大,率相关的粘弹特性对聚氨酯的响应影响更显著,使得响应曲线的斜率显著增加;在局部加载条件下,载荷与剪切力耦合作用,聚氨酯在压缩方向提供的支反力大小与受载区域的作用面积相关,面积越大,聚氨酯材料可提供的支反力就越大。

动态共价热固性树脂及复合材料的研究进展

纤维增强热固性树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、耐热性好等优点,在航空航天等重要领域应用广泛。然而,其存在成型后无法重复加工以及材料回收处理困难的问题。通过将动态共价键引入交联树脂体系,可以制备得到动态共价热固性树脂,这类树脂具有可回收、可重塑等类似热塑性聚合物的动态性能,为解决上述问题提供了一种有效途径。本文介绍了动态共价热固性树脂的发展历程、基本特征及网络调控策略,简述了以其为基体的纤维增强复合材料基本特点,随后以动态共价键类型进行分类标准,综述了酯交换型、双硫交换型、亚胺交换型及其他键交换型热固性树脂及其纤维增强复合材料的研究进展,并概述了这类复合材料的发展趋势及商业化应用。最后总结了上述树脂及复合材料的未来发展方向并提出设计建议,为该材料的设计开发及商业化应用提供思路。

生物质固体阻燃浮力材料的合成与阻燃性能研究

为了解决油品储运过程中所用的固体阻燃浮力材料存在的环保和阻燃性能不理想等问题,以空心玻璃微珠为基体、微晶纤维素为炭源、植酸溶液为酸源和气源,合成了一种新型环保无毒的生物质阻燃浮力材料,并对材料形貌、极限氧指数、密度、体积电阻率、机械强度、隔热及抑制油品挥发等性能进行表征。结果表明,材料的极限氧指数为53%,最低密度为0.469 g/cm^(3),体积电阻率为2.178×10^(7)Ω·m,抗压强度为512 kPa,油品挥发抑制率为97%。该生物质材料具有阻燃性能优异、机械强度高、抑制油品挥发性能良好、可降解等特点,可满足油品储运过程中阻燃防护的要求。

光固化3D打印技术在雕塑中的应用

介绍了光固化3D打印技术、数字雕塑建模软件以及光敏树脂的制备。使用硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物,添加增韧剂、引发剂制备的光敏树脂黏度低,经光固化3D打印可以得到韧性高、成型精度高的制品。聚己内酯二元醇二丙烯酸酯加入活性稀释剂、光引发剂、分散剂、不锈钢粉得到的光敏树脂与不锈钢粉混合的浆料,通过立体光刻技术光固化打印后可有效实现金属粉末的快速成型。将乙烯基聚硅氮烷与活性稀释剂混合加入光引发剂和自由基清除剂得到陶瓷前驱体混合溶液,进行光固化成型可以得到光敏树脂陶瓷,陶瓷层间结合紧密,成型效果好。

竹木复合材料的研究及发展

本文综述了国内外各类竹木复合材料的研究和发展状况,特别介绍了我国竹木复合材料的工业化情况,阐述了我国具有的竹材和人工林速生材的资源优势以及开发竹木复合材料的有利条件,最后指出我国竹木复合材料生产中存在的问题以及今后研究和发展的方向。

含铋复合氧化物可见光催化材料研究进展

光催化材料因可以利用太阳能净化环境,受到广泛关注.一些含铋复合氧化物半导体可直接被可见光激发,更有效地利用太阳能,实现有机污染物的矿化,成为近期光催化材料研究领域的热点之一.本文概述了Bi2WO6、BiVO4和Bi2MoO6三种常见的含铋复合氧化物可见光催化材料体系的近期研究进展.通过合成方法的优选、晶粒成核和生长的调节,实现晶粒尺寸、形貌、结晶度等微结构的控制,从而获得小尺寸、高表面积的光催化材料,无论是在有机染料、苯酚和乙醛等多种模拟污染物的矿化,还是抗菌等方面,它们皆呈现出优秀的可见光催化性能.通过进一步发展,含铋复合氧化物有望实现在环境净化领域的应用.

(Si-,Al-)陶瓷化木材的化学方法

以 ＡｌＣｌ３．６Ｈ２Ｏ为原料，制备高盐基度碱式氯化铝 Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６－ｎ，作为催化剂及网络形成剂参与陶瓷前驱体中ＴＥＯＳ、ＧＰＴＭＳ的水解、缩聚反应．将其注入木材并热处理，得到高性能的（ＡＩ－，

纳米Si_3N_4填充聚双马来酰亚胺摩擦磨损性能研究

采用浇铸成型法制备纳米 Si3 N4颗粒填充聚双马来酰亚胺复合材料 ,考察了纳米 Si3 N4质量分数分别为 0 .5 %、1.0 %、1.5 %及 2 .0 %的复合材料的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜对磨损表面形貌和磨屑进行了分析 .结果表明 ,纳米 Si3 N4颗粒对聚双马来酰亚胺的摩擦磨损性能具有明显的改性作用 ,尤其是当纳米 Si3 N4的质量分数为 1.5 %时 ,复合材料的摩擦磨损性能最佳 ,摩擦系数降为 0 .2 5 ,磨损率降低 72 %

氧化石墨烯在水泥基体中的分散性及对其结构和性能的影响

为了解决氧化石墨烯(GO)纳米片层在水泥基体中的分散问题,制备了丙烯酸(AA)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(AAC)和丙烯磺酸钠(SAS)的共聚物(PAAS),PAAS与GO纳米片层形成PAAS/GO复合物并显示出分散作用。结果表明,w(PAAS)=2%分别与w(GO)=0.01%、0.02%和0.03%形成的复合物可使水泥基体分别形成由花状晶体、多面体状晶体和针状晶体构成的规整有序的微观结构,28 d时的抗折强度分别比对照样提高了63.0%、90.4%和87.9%,抗压强度分别提高了32.6%、74.2%和71.3%,同时这些水化晶体容易生长在裂缝、孔洞等缺陷处,具有修复结构缺陷的效果。PAAS通过与GO纳米片层形成复合物实现了GO在水泥基材料中的均匀分散以及对水泥基材料微观结构和性能的调控。

植物炭材料的柴油吸附性能

对炭化玉米秆、炭化油菜杆和炭化竹子杆对柴油的吸附性能进行了试验研究．试验发现，3种植物炭材料都具有一定的吸油能力，其中炭化玉米秆吸油性能最佳．用扫描电镜、压汞和N2吸附方法，检测了3种植物炭材料的孔径大小、分布和比表面积．中大孔径（500-7500nm）的植物炭材料改善了毛细作用，对柴油的吸附性能较好．吸油率与比表面积之间没有明显的相关性．对于液相吸附，比表面积的影响可以忽略．

高岭土/纳米TiO_2复合光催化材料制备及性能研究

以高岭土为载体、钛酸丁酯为钛源，采用溶胶一凝胶法制备出高岭土／纳米TiO2复合光催化材料。采用XRD、SEM、EDS等方法对其物相组成和显微结构进行了表征，以亚甲基蓝（MB）溶液为目标降解物对其光催化性能进行了研究。结果表明：高岭石的粒径明显减小，且晶片表面负载了大量10～30nm的锐钛矿相TiO2晶粒。复合光催化材料对MB分子的去除率随光催化反应时间的延长逐步提高，且受TiO2负载量、投入量、MB溶液浓度的影响；当TiO2负载量为5mmol／g、投入量为2g／L、MB溶液为10mg／L时，暗反应吸附1h、光催化90min后对MB的去除率可达89．26％，显示出较好的光催化性能和去除效果。随着循环利用次数的增加，复合粉体的光催化性能逐步提高，并具有较高的回收率。

磺基甜菜碱氟碳表面活性剂的泡沫性能研究

本文将N-[3-(二甲基氨基)-丙基]-全氟辛基磺酰胺(NFA)与2-羟基-3-氯丙磺酸钠在碱性环境中反应,得到了磺基甜菜碱氟碳表面活性剂(FS),评价了FS作为起泡剂产生的泡沫的抗盐性能和耐油性能。结果表明FS耐盐浓度分别达到NaCl4×104mg/L、CaCl22×103mg/L、MgCl22×104mg/L;煤油、环己烷含量分别达到30%、50%时,起泡性能和泡沫稳定性仍良好;而乙醇加量在3%时还可以提高泡沫的起泡性。