关键词： 石墨烯碳纤维/玄武岩纤维   混杂增强复合材料   浸渗   铺层顺序   三点弯曲  

摘要： 石墨烯碳纤维/玄武岩纤维(GO-CF/BF)混杂增强复合材料凭借其低密度及优异的机械性能引起科学界越来越广泛的关注。本文采用仿真分析与试验验证对真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备的GO-CF/BF混杂增强复合材料的微观组织及弯曲性能进行了探究。首先用扫描电镜对GO-CF/BF混杂增强复合材料微观组织进行表征,并用COMSOL软件对其浸渗效果进行仿真。然后将DIGIMAT软件建立的代表性体积单元模型导入ANSYS软件进行三点弯曲仿真。仿真与试验结果表明,不同铺层顺序对复合材料的浸渗效果与弯曲性能有显著影响。当铺层顺序为BBBCCC时,复合材料内部基体体积分数较大,CF与BF被基体溶液包裹,浸渗效果较好。由于外侧受压的BF具有较好的韧性,可以更好的分散应力,因此该铺层下复合材料的弯曲强度最大,高达442.89 MPa。当铺层顺序为CBBBCC时,复合材料的整体浸渗效果较差,内部出现孔洞缺陷,从而影响纤维与基体之间的界面结合质量,使得复合材料弯曲强度下降至296.17 MPa。最后,将仿真结果与三点弯曲试验结果进行对比,发现两者变化趋势基本一致,且仿真结果与试验结果接近。

关键词： 生物质炭   朽木   MnO_(2)   砷吸附  

摘要： 采用氧化和吸附两种方式去除水中有害元素砷,通过δ-MnO_(2)与朽木纤维素炭相结合,在吸附过程中将有毒性的As(Ⅲ)氧化为低毒性的As(Ⅴ),降低砷对环境的危害。以朽木纤维素作为碳源,KMnO_(4)作为锰源,在水热条件下制备了朽木纤维素炭/δ-MnO_(2)复合材料(RWCC/δ-MnO_(2)),并将其作为吸附剂,探究了pH、吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等对As(Ⅲ)的吸附影响。借助准一级、准二级动力学模型及Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型研究了朽木纤维素炭/δ-MnO_(2)复合材料对As(Ⅲ)的吸附机理。结果表明,在RWCC/δ-MnO_(2)复合材料中δ-MnO_(2)的氧化作用下,实现了有毒性的As(Ⅲ)向低毒性的As(Ⅴ)的转化。在25℃,pH=4,吸附剂用量为70 mg时,朽木纤维素炭/δ-MnO_(2)复合材料对As(Ⅲ)的最大吸附量为4.28 mg/g,最大去除率为75.85%,在20 min达到吸附平衡,说明吸附过程相对较快。

关键词： 石墨烯纳米片   改性树脂   有限元方法   力学性能  

摘要： 石墨烯纳米片(Graphene nanoplatelets, GNPs)作为一种重要的碳基纳米改性粒子,其优异的力-热-电特性能可有效提升环氧树脂的综合性能。然而,GNPs随机分布特征明显、空间构型复杂,增加了GNPs改性环氧复合材料力学性能的分析难度。本工作针对GNPs改性环氧树脂建模难度大、计算效率低等问题,提出了一种新的2D随机分布GNPs改性环氧胞元几何模型,基于2D周期性位移边界条件,考虑GNPs横观各向同性弹性本构关系,构建了材料等效弹性性能的有限元预测模型,并详尽分析了GNPs质量分数、尺寸等对材料等效弹性性能的影响规律。分析表明,2D随机分布GNPs改性环氧有限元模型能有效表征材料等效弹性性能,且具有预测精度高、数值收敛快等特征。

关键词： 灭弧喷口   聚四氟乙烯   压制工艺   材料性能  

摘要： 通过高速混合机械共混、冷压成型和高温烧结工艺,制备了不同压制工艺的六方氮化硼(BN)填充的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。采用万能拉伸试验机对不同压制工艺PTFE复合材料进行力学性能测试,采用DSC–Ⅲ型高压试验操作台对PTFE复合材料进行击穿强度测试。结果表明:相同保压时间,采用双面压制工艺,不卸载压力进行保压,可有效提高PTFE复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、击穿强度和密度均匀性;保压时间延长,PTFE复合材料的拉伸强度、击穿强度和密度分布均匀性提升;上、下端同时保压较上、下端分别保压,使PTFE复合材料性能有所提升。

关键词： 电化学   复合材料   粒度分布   锂离子电池   黄腐酸钾   二次颗粒  

摘要： 硅作为最有前景的锂离子电池负极材料,拥有较高的理论容量(4200mAh/g)。然而,硅的导电性较差并且在充放电过程中会发生巨大的体积膨胀,使得硅负极粉碎,导致电池性能急剧下降。二次造粒能使材料具有更好的各向同性特征,改善电池的首次库仑效率,进而提升倍率性能。其中,二次颗粒尺寸成为关键因素。本文以黄腐酸钾(FAP)为碳源制备硅/碳负极二次颗粒,将硅/碳负极复合材料组装为扣式电池,利用扫描电子显微镜(SEM)、电化学技术等表征手段对比分析了喷雾干燥过程中进风量对二次颗粒的尺寸影响。结果表明,喷雾进液速率为310mL/h、进风量为29m^(3)/h时,制备的硅/碳负极复合材料的首次库仑效率达到86.39%,其循环100次后的可逆容量仍远高于纯硅负极材料,在0.1A/g倍率测试后仍具有1134.1mAh/g的可逆容量。

关键词： 梯度复合材料   Al-Ag   致密化   准等熵压缩  

摘要： 准等熵压缩实验可以通过轻气炮驱动不同阻抗分布的弹丸材料实现。弹丸的阻抗分布决定了加载的应力-应变率范围。采用粉末铺层结合热压烧结工艺制备了阻抗连续变化的Al-Ag梯度复合材料,并对单层Al-Ag复合材料以及Al-Ag梯度复合材料的结构与性能进行了研究。结果表明,Al-Ag梯度复合材料的最佳烧结工艺为570℃-100 MPa-2 h,各组分的Al-Ag复合材料致密度均大于95%。除此之外,各组分的Al-Ag复合材料的力学性能、SEM、热膨胀系数结果均表明Al-Ag梯度复合材料的可行性。Al-Ag梯度复合材料的SEM和EDS结果表明梯度复合材料内部元素分布与设计方案一致,层间平行度较好。动态加载实验结果显示Al-Ag梯度复合材料具有良好的准等熵加载效果,有明显的准等熵加载效果,与模拟结果吻合较好。制备的Al-Ag梯度复合材料具有稳定的准等熵压缩效果,为探究不同应力-应变率下的材料的高压物性参数及损伤机制提供了支撑。

关键词： 电站   锅炉   T91钢   力学性能  

摘要： 近年来,国家重视新能源发展,提高了太阳能光伏发电、风能发电、水力发电比例,但是因为我国全社会用电量需求较大,致使火力发电在现有电力供应中依然占用重要地位。电站锅炉是影响发电效率以及电站运行安全的关键,需要结合电站锅炉的运行特点以及锅炉材料特点,综合锅炉材料的力学性能指导锅炉的日常管理。本文通过对火电厂锅炉运行原理的简单介绍,分析电站锅炉运行的安全性能要求,结合对已有T91钢的相关性能分析,对电站锅炉用T91力学性能展开研究,以更好地指导电站锅炉的日常维护与保养,提高电站锅炉的运行安全。

关键词： 金属有机框架   聚磷酸铵   聚乳酸   阻燃  

摘要： 选择2,3,5,6-四氟-二(1,2,4-三氮唑-1-甲基)苯(Fbtx)和4,5-二氯邻苯二甲酸(H_(2)dcpa)为配体,与醋酸钴通过水热反应,得到一个新的钴基金属有机框架材料[Co(Hdcpa)_(2)(Fbtx)_(2)]_(n)(Co-MOF)。采用X射线单晶和粉末衍射以及红外光谱等手段对Co-MOF进行了结构表征,晶体结构分析显示,Co-MOF为二维层状结构。通过热重考察了Co-MOF的热稳定性,结果表明其结构能在300℃保持稳定,热稳定性好。基于PLA、聚磷酸铵(APP)和Co-MOF,通过熔融共混制备了PLA/APP/Co-MOF,并通过APP和Co-MOF加入量的优化,详细研究了阻燃性能。结果表明:当APP和Co-MOF添加质量分别为13.5%和1.5%时,PLA/APP/Co-MOF阻燃性能较佳,其中LOI值达到36.0%、UL-94达到V-0级别,PLA样品熔滴现象得到有效抑制。同时,锥形量热测试发现,在PLA/APP/Co-MOF燃烧过程中形成了连续致密的炭层,PHRR降低了55.7%、THR值降低48.5%,烟释放得到了有效的控制。

关键词： 处理牙本质基质   α-半水硫酸钙   MC3T3-E1   增殖   分化  

摘要： 目的探讨不同质量比处理牙本质基质(treated dentin matrix,TDM)/α-半水硫酸钙(α-calcium sulfate hemihydrate,α-CSH)复合材料浸提液对MC3T3-E1细胞增殖和成骨向分化的影响。方法制备α-CSH、10%TDM/α-CSH、30%TDM/α-CSH、50%TDM/α-CSH复合材料浸提液,采用不同质量比TDM/α-CSH复合材料浸提液培养MC3T3-E1细胞。采用CCK-8检测培养0 d、1 d、3 d、5 d、7 d时各组细胞的增殖活力,同时采用RT-qPCR和Western blot实验检测各组细胞中成骨分化相关基因,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)的表达。结果与空白对照组和α-CSH组相比,10%TDM/α-CSH组、30%TDM/α-CSH组、50%TDM/α-CSH组中细胞的增殖活力明显升高(P<0.05)。培养5 d和7 d时,30%TDM/α-CSH组和50%TDM/α-CSH组中MC3T3-E1细胞的增殖活力明显高于10%TDM/α-CSH组(P<0.05);与30%TDM/α-CSH组相比,50%TDM/α-CSH组中MC3T3-E1细胞的增殖活力也明显升高(P<0.05)。与空白对照组和α-CSH组相比,10%TDM/α-CSH组、30%TDM/α-CSH组、50%TDM/α-CSH组MC3T3-E1细胞中ALP、OPN和RUNX2的表达水平显著升高(P<0.05);30%TDM/α-CSH组和50%TDM/α-CSH组中ALP、OPN和RUNX2的表达水平明显高于10%TDM/α-CSH组(P<0.05);与30%TDM/α-CSH组相比,50%TDM/α-CSH组中ALP、OPN和RUNX2的表达水平也明显升高(P<0.05)。结论TDM/α-CSH复合材料浸提液,尤其是50%TDM/α-CSH复合材料浸提液能够显著促进MC3T3-C1细胞的增殖及成骨向分化。

关键词： 无损检测   红外热成像   碳纤维增强聚合物   引导滤波   慢特征分析  

摘要： 复合材料在生产制造过程中容易产生缺陷,通过无损检测技术来评估其安全性是必要的。红外热成像技术有着成本低廉和易于设置的优点,然而,红外热成像单次测试采集的多张热图像常含有环境噪声和不均匀加热背景,肉眼直接检视热图像中的缺陷非常困难。鉴于此,提出一种用于复合材料缺陷无损评估的引导滤波慢特征热成像方法。首先采用引导滤波算法对采集的热图像数据进行平滑降噪,然后对滤波后的热图像时间序列进行慢特征分析,以提取其时间上变化最慢的特征(时间序列数据中不变或缓慢变化的特征),从而增强热图像缺陷的可识别性。在碳纤维增强聚合物热图像数据集上的测试结果验证了所提方法的可行性和有效性。