多胺桥联聚倍半硅氧烷/壳聚糖蛇-笼型复合材料的制备及其对Au(Ⅲ)的吸附性能研究

本研究以3-氯丙基三甲氧基硅烷(CPTS)、乙二胺(EDA)和二乙烯三胺(DETA)为原料,制备两种单体B-DETA-m和B-EDA-m,然后将桥联单体与不同比例壳聚糖(CTS)反应,合成了EDA/CTS和DETA/桥联聚倍半硅氧烷(BPS)两个系列蛇-笼型复合材料。对复合材料进行了红外光谱、比表面积及孔隙度分析、扫描电镜等表征,考察了复合材料对Au(Ⅲ)的吸附性能。结果表明,CTS的加入能够有效提高材料的吸附性能,其中拥有较丰富孔隙度和较大比表面积的EDA/CTS-30和DETA/CTS-30对Au(Ⅲ)吸附能力最强。本研究为含CTS和BPS的新型吸附剂、色谱柱等材料的研发提供了理论依据,可应用于污水处理,对后续环境治理研究具有积极意义。

生物炭-壳聚糖复合材料对镉污染土壤的修复效果研究

[目的]探讨生物炭-壳聚糖复合材料(CBC)对镉(Cd)污染土壤的修复效果。[方法]以黑麦草为供试植物进行盆栽试验,探究向酸性低镉土壤、中性高镉土壤和碱性高镉土壤中分别添加0、0.5%、1.0%和3.0%(W/W)的CBC时,土壤pH、全镉含量、有效态镉含量、黑麦草根和茎叶的生物量以及其中的全镉含量变化情况。[结果]施用CBC可以提高酸性和中性土壤的pH。随着CBC施用量的增加,土壤中有效态镉含量降低,当施加量至3.0%时达到显著水平。CBC可以钝化土壤中的镉活性,其钝化效果与土壤污染程度、酸碱性密切相关。随着CBC施加量的增加,黑麦草根和茎叶中镉含量降低,尤其植物地上部分降低效果明显,也证明了CBC对土壤中镉具有钝化作用;黑麦草的富集系数(BCF)和转运系数(TF)随CBC施用量的增加而减小,表明施用CBC能够减弱土壤中的镉向植株体内的迁移,从而达到缓解镉毒害的作用。[结论]CBC可以用于镉污染土壤的修复,尤其是在污染程度严重的酸性土壤中效果更加显著。

植物纤维-石膏基复合材料研究进展

随着全球对可持续发展和“双碳”目标的日益重视,植物纤维和石膏作为绿色低碳环保型的建材原料,其复合材料的研究与应用备受关注。首先对石膏、植物纤维进行概述,特别是对掺入植物纤维后的石膏基复合材料的性能变化及其机理进行凝练性总结;其次对竹纤维、菌草纤维在石膏基复合材料中的应用效果,以及植物纤维-石膏基复合材料产业化与工程应用问题进行探讨;最后提出以产业化为目标导向的结论与建议,指出产业化亟须解决的关键问题,并对未来的研究趋势及发展前景进行了展望。

建筑用碳纤维-金属网复合材料的力学性能研究

用热固性环氧斜纹编织预浸料、不锈钢丝网、铝合金丝网分别制备纯碳纤维板试样、碳纤维—不锈钢丝网复合材料、碳纤维—铝合金丝网复合材料。测试3种复合材料的抗折强度、抗压强度、抗冲击性能及经腐蚀后的力学性能。结果表明:纯碳纤维板的抗折强度、抗压强度均处于最低水平;经质量分数为5%的NaCl溶液腐蚀后力学性能均不同程度下降;经过金属网增强后的复合材料力学性能明显增强,其中,加入不锈钢丝网的复合材料具有较高的抗折强度、抗压强度、抗冲击性能。综上可知,碳纤维-不锈钢丝网复合材料的力学性能更佳。

乙烯-丙烯酸共聚物改性环氧树脂/UHMWPE纤维复合材料的制备与性能研究

使用乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)与环氧树脂复配作为基体,利用水基乳液浸渍超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维制备了复合材料,通过在树脂浸润性、树脂耐热性能、复合材料力学性能、界面结合情况以及微观形貌等方面的测试表征,对比了不同EAA含量的基体树脂对UHMWPE纤维复合材料性能的影响。结果表明,EAA与环氧树脂质量比为25∶75的共混体系一方面可发挥EAA组分与UHMWPE纤维间亲和力强的优势,另一方面还能凭借环氧树脂的刚性交联网络保持较高的耐热性能,体系的层间剪切强度达到8.7 MPa,在60℃下弯曲强度保持率接近80%,表现出优异的综合性能。

不同抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料抛光表面粗糙度影响分析

为了研究在磁流变胶抛光中,抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料表面加工质量的影响规律,采用磁流变胶抛光方法,对材料表面进行抛光。研究磁极分布方式、加工间隙和磁极转速对材料表面形貌和表面粗糙度的影响规律。结果表明,磁极分布方式影响待加工表面的磁场分布强度,进而影响表面加工质量。随着加工间隙增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在加工间隙为2 mm处得到最优表面质量。随着磁极转速增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在磁极转速达到800 r/min时得到最优表面质量。

混杂纤维高韧性水泥基复合材料弯曲性能试验研究

为研究三种纤维混杂对高韧性水泥基复合材料(ECC)弯曲性能的影响,将聚乙烯(PE)纤维与钢纤维(SF)、玄武岩纤维(BF)混杂,通过21组四点弯曲试验,分析试件的受力、破坏过程及不同混杂纤维掺量对弯曲性能的影响,并将弯曲性能试验结果与拉伸性能试验结果进行比对,得到混杂纤维ECC的弯、拉对应关系。研究结果表明:与单掺PE相比,复掺纤维可有效提高ECC的弯曲极限强度,但会损失一定程度的延性。钢纤维掺量对延性性能影响较大,建议钢纤维掺量不超过0.4%,且总纤维掺量不超过2.3%。玄武岩纤维对混杂纤维ECC起到良好的增强、增加延性作用。基于弯-拉关系得到的极限拉伸应变与试验值吻合良好,因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验来评价混杂纤维ECC的力学性能。

改性纤维素纳米晶/PBAT复合材料的制备与性能

针对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)力学性能和阻隔性能不佳的问题,采用醇-水溶液法制备了硅烷偶联剂改性的纤维素纳米晶(MCNC),将其作为填料与PBAT熔融共混获得MCNC/PBAT复合材料,考察了MCNC含量对复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,MCNC抑制了PBAT分子链运动,降低了PBAT的结晶度,MCNC的质量分数为1%时,PBAT的结晶度降低至5.8%,另一方面,MCNC又可以通过异相成核促进PBAT结晶,显著提升了PBAT的结晶温度。少量MCNC可以在PBAT基体中均匀分散,增加复合材料的热稳定性,当MCNC的含量较高时,MCNC发生团聚,复合材料的热稳定性下降。当MCNC的质量分数为0.5%和1%时,复合材料的断裂伸长率由未加MCNC的446%升高至502%和478%;继续提高MCNC的添加量,MCNC/PBAT复合材料的断裂伸长率低于纯PBAT,这主要是因为高浓度的MCNC与PBAT间形成的刚性渗透网络结构增强了材料模量,降低了材料韧性。与纯PBAT相比,当MCNC的质量分数为1%时,复合膜的O2透过量和水蒸气透过量分别下降了31.1%和37.6%。

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

液相沉淀法制备氧化锌-壳聚糖复合材料及其抗菌性能

以硝酸锌(zinc nitrate,Zn(NO_(3))_(2))为锌源,以壳聚糖(chitosan,CS)为基底,以氢氧化钠(sodium hydroxide,NaOH)为沉淀剂,采用液相沉淀法制备氧化锌-壳聚糖(zinc oxide-chitosan,ZnO-CS)复合材料;借助扫描电镜、X射线衍射分析、热重分析、X射线光电子能谱、红外光谱和紫外吸收光谱等手段进行表征,考察ZnO-CS复合材料的形貌、结构组成以及ZnO在CS表面的吸附情况;将ZnO-CS悬浊液涂抹在新鲜熟白米上进行ZnO-CS复合材料的抗菌性能测试。结果表明:Zn^(2+) -CS表面首先生长了一层棒状ZnO粒子膜;通过受热反应CS表面的氨基与Zn^(2+)、ZnO形成交联网络,使棒状ZnO进一步生长形成片状ZnO;CS表面的氨基所形成的交联网络吸附ZnO,得到ZnO-CS复合材料;在时间为6 d时,用ZnO-CS悬浊液处理后的新鲜熟白米没有生成菌落,在时间为12 d时菌落无明显扩散,表明ZnO-CS复合材料具有良好的抗菌作用。

热-机载荷作用下玻/碳纤维混杂复合材料层合板的屈曲分析

本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲特性的影响。结果表明:在20~120℃环境条件下,温度对G/CFHC层合板影响较大,随着温度的升高,层合板的屈曲载荷不断下降,在达到一定温度后,屈曲载荷的下降趋势趋于平缓;在铺层角度相同的前提下,屈曲载荷会随着碳纤维单层板位置的变化而发生变化,碳纤维单层板从外层逐渐向中间层移动的过程中,屈曲载荷呈降低趋势;铺层厚度对层合板的屈曲载荷影响很大,随着层合板厚度的增加,屈曲载荷呈现出持续上升的趋势。此外,纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲载荷有显著影响。在层合板厚度和层数一定时,增加碳纤维单层板的数量可以有效提高G/CFHC层合板的抗屈曲能力,增加其稳定性。

纤维-壳聚糖复合材料固定超氧化物歧化酶的研究

目的制备固定化超氧化物歧化酶(SOD)并研究其酶学性质。方法以纤维-壳聚糖复合材料为载体,戊二醛为交联剂固定SOD,测定活力,考察重复使用性、催化特性、稳定性。结果固定SOD的活力为0.871±0.014 U.cm-2;重复使用性较吸附固定SOD显著增强(P<0.05),适宜催化pH、温度范围较游离酶扩大,自由基清除率与游离酶相当;高温稳定性、酸稳定性、H2O2稳定性、胰蛋白酶稳定性均较游离酶显著增强(P<0.05)。结论固定SOD的制备方法简单,活力稳定,既保持较高的自由基清除率,又提高了对环境的耐受性,有利于工业上重复使用。

可完全生物降解的壳聚糖-纤维素或淀粉复合材料

综述了正在开发的可完全生物降解的壳聚糖-纤维素和壳聚糖-淀粉复合材料的制各方法。这种材料可广泛应用于食品包装和农业中。埋入土壤中能在3个月内完全分解，不会污染环境。

碳纤维-手撕钢复合材料的力学性能及除冰功能

碳纤维增强复合材料因其轻质高强等优异特性,在轨道交通、航空航天等领域具有重要作用。然而,作为高空飞行器表面结构材料,碳纤维复合材料在低温环境中存在力学性能衰减和结冰等问题,严重影响了其服役安全性。以单向碳纤维预浸料和不锈钢超薄带即手撕钢为原材料,采用铺层固化的方法,设计了不同裁剪形状的手撕钢与碳纤维铺层的“碳纤维-手撕钢”复合材料,并对其在电流驱动下的力学性能和除冰功能进行研究。研究表明,手撕钢不仅能够改善复合材料内部的应力分布,提升力学性能,而且由于手撕钢的电流致热效应,能够实现复合材料的温度调控,从而进一步改善材料的强度和吸能特性。此外,手撕钢的裁剪宽度对于调控电流通路及其致热效应具有重要影响,是优化材料力学性能和除冰功能的关键因素。研究结果对于“碳纤维-手撕钢”复合材料的力学设计和电流驱动除冰功能实现具有一定的指导意义,并有望在航天航空等领域得到重要应用。

壳聚糖接枝PGMA增容PLA/PBAT复合材料的结构与性能

采用离子交联和表面引发接枝聚合法(SIP)制备了壳聚糖接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯改性纳米粒子(CSPGMA),使用傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜(SEM)对合成的CS-PGMA进行了表征。结果表明,通过离子交联和SIP成功制得CS-PGMA改性纳米粒子,且分散情况得到明显改善。以CS-PGMA为增容剂,通过熔融共混法制备聚乳酸(PLA)/聚(对苯二甲酸-己二酸丁二酯)(PBAT)/CS-PGMA三元复合材料,采用SEM、拉伸性能测试、差示扫描量热、动态热机械分析、热重和降解试验等考察了CS-PGMA含量对复合材料微观结构、力学性能、熔融结晶行为、界面相容性、热稳定性和降解性能的影响。结果表明,PLA和PBAT为热力学不相容体系,CS-PGMA能有效增容PLA/PBAT共混物。随CS-PGMA含量增大,复合材料拉伸强度呈先增大后降低的趋势,降解率呈先下降后增大的趋势,热稳定性逐渐下降。少量CS-PGMA可促进冷结晶,但当其质量分数超过2%时,冷结晶逐渐受限。当CS-PGMA质量分数为4%时,拉伸强度最高为47.85 MPa,断裂伸长率为225.03%,满足柔性包装材料的使用要求。

碳纤维复合材料胶铆接头静态拉伸和循环拉伸失效行为

对碳纤维复合材料(CFRP)的胶接、铆接、胶铆混合接头进行静态拉伸和循环拉伸疲劳实验,对3类接头的连接强度及失效行为进行分析,预测该接头达到106循环次数时的载荷水平。对胶铆接头中胶接和铆接的贡献进行讨论,分析拉-拉疲劳失效过程中CFRP层合板、胶层、铆钉的相互作用。对3类接头在静态拉伸和循环拉伸下的失效机制进行了总结,提出3种改善铆接强度的方案。结果表明:胶接对胶铆混合接头强度起决定性作用,铆接对接头起到“二次保护”的作用;所研究的CFRP胶铆混合接头,在80%、65%、55%、45%静态最大载荷水平下的疲劳寿命分别为8 174、22 568、95 014、331 916次。在37.1%的载荷水平下该接头的拉-拉疲劳寿命可达106次;铆钉孔的开裂是CFRP铆接及胶铆混合接头的主要失效形式,在铆出侧增加垫片与在铆钉孔表面涂敷结构胶2种方法可提高铆接强度30%左右。

BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱轴压性能

为了研究BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱的轴心抗压性能,对13组再生混凝土短柱进行了轴压试验和理论分析。主要研究变量为BFRP条带层数(0层、1层、3层)、BFRP间距(25 mm、37.5 mm和50 mm)和加固方式(无侧向约束、BFRP条带加固和BFRP条带-PVC管材复合加固)。研究结果表明:BFRP条带-PVC管复合加固不仅可以提高试件的极限承载力,还可以改善纤维再生混凝土短柱的破坏形态。在应力-应变曲线的非线性强化阶段,加固方式对试件刚度的影响更为显著。随着BFRP包裹量的增加,试件的峰值应力和极限应变均明显增加。依据试验数据建立的软化段的应力-应变计算模型具有较好的适用性。

碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展

碳纤维-聚醚醚酮(carbon fiber-polyetheretherketone,CF-PEEK)因生物安全性、射线可穿透性、与皮质骨弹性模量的高匹配度等诸多优异性能,而被认为是骨科及牙科领域极具潜力的植入材料。如何增强CF-PEEK的生物活性和抗菌性,提高其与骨组织的结合能力,是CF-PEEK表面改性中的研究热问题。本文就碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展及应用前景进行综述。

全沙漠砂纤维水泥基复合材料单轴受压尺寸效应试验研究

为探究新疆地区全沙漠砂制备水泥基复合材料ECC(engineered cementitious composite)的可行性,并研究全沙漠砂ECC的单轴受压尺寸效应,在对沙漠砂、石英砂和河砂三种骨料制备的ECC宏观力学性能及微观结构分析比较的基础上,重点对5组不同尺寸的沙漠砂ECC试件进行了单轴压缩性能试验。结果表明:在相同的材料配比下,完全使用沙漠砂制备的ECC,其抗压、抗拉以及抗折强度均与其余两种砂制备的ECC相近,沙漠砂ECC中纤维表面较少的附着物和较为完整的形貌对其发挥桥联作用有益;全沙漠砂ECC单轴受压性能具有尺寸效应;提出的高厚比与抗压强度的关系表达式、不同高厚比的应力-应变全曲线模型均与试验结果吻合较好。