关键词： 轻量化复合材料   汽车结构   车身框架   底盘系统  

摘要： 随着汽车工业对节能减排和轻量化需求的不断增加，轻量化复合材料在汽车结构设计中的应用已成为行业发展的重要趋势。该文阐述轻量化复合材料的特点，探讨其在车身框架、底盘系统、防撞梁等关键结构中的应用机理，通过对发动机盖、车门、车顶等典型部位的复合材料应用案例分析，以及电动汽车平台集成设计实践的研究，揭示轻量化复合材料在减小整车质量、提升燃油经济性方面的显著效果。研究表明，轻量化复合材料将在未来汽车结构设计中发挥更加重要的作用。

关键词： 碳纤维复合材料   界面增韧增强   萘/苝酰亚胺   有机电极   锌离子电池  

摘要： 随着全球新能源产业的快速发展,轻量化与高效储能技术已成为电动汽车、新能源航空器及低空经济领域突破性发展的核心挑战。结构储能技术通过将储能功能与结构材料进行一体化设计,以实现机械承载与电化学储能的双重功能,为提升能源利用效率提供了创新路径。碳纤维复合材料因其高强度、低密度及耐腐蚀性成为轻量化储能系统的理想载体,但其结构功能一体化进程受限于多重互锁瓶颈:难以通过碳纤维表面改性实现界面强度及界面电化学性能的协同提高;界面韧性及界面强度难以同时改善;有机电极离子传输与容量难以同时改善。针对上述问题,本文聚焦萘/苝衍生物改性碳纤维复合材料的界面结构-性能协同调控机制,系统研究碳纤维表面改性策略对界面力学性能与锌离子存储电化学性能的协同增强效应。基于分子滑轮动态网络设计理念,提出萘二酰亚胺-聚轮烷复合界面构筑技术,利用分子链滑移效应实现应力耗散与模量梯度调控;同时,创新性引入水溶性聚酰胺酸界面层及苝酰胺盐探究并构筑了锌离子快速传输通道。研究揭示了界面结构对力学-电化学性能的耦合作用规律,为发展兼具高强韧特性与高效储能能力的结构-功能一体化碳纤维复合材料提供理论依据与技术支持。主要研究内容及结论如下: （1）针对碳纤维复合材料界面强韧化难题,提出了基于萘二酰亚胺（NDI）与醛化环糊精聚轮烷（afPR）的分子滑轮协同增韧增强策略。通过核磁共振（1H-NMR、2D-NOESY）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证了NDI与afPR的结构,构建了动态滑移的分子滑轮网络。力学测试表明,0.5 wt%afPR改性碳纤维（N0.5afPR-CF）的界面剪切强度（81.60±5.26 MPa）与界面韧性（120.33 J/m2）较未改性样品提升了75%及345%,界面残余应力降低73%（0.36 GPa）。力调制原子力显微镜（f-AFM）揭示了461 nm的平缓模量界面相通过钝化应力集中、促进载荷传递实现强韧化。机理分析表明,NDI刚性结构与afPR分子滑轮的协同效应是性能提升的关键:滑轮网络释放界面应力,平缓模量过渡层缓解碳纤维-基体模量失配。该研究为界面工程提供了“分子滑轮-平缓模量过渡”协同设计模型,为后续复合材料材料界面优化奠定结构基础。 （2）为进一步优化碳纤维复合材料的界面强韧特性,设计合成了水溶性枝化聚萘酰胺酸基聚轮烷（BPP）。通过量子化学计算与分子动力学模拟证实,萘环（0.66-0.67 nm）作为封端剂将β环糊精稳定锚定于聚醚胺链（D400）,并通过单-（6-氨基-6-去氧）-β-环糊精（βCD-NH2）上的胺基形成具有较高分子量的枝化结构（Mw=8492）。改性碳纤维（BPPCF）表面粗糙度（Ra=168 nm）与极性基团显著增加,界面相厚度达412.5 nm,残余应力降低78.15%（0.30 GPa）。力学测试表明,BPPCF/EP的横向纤维束拉伸强度（27.77 MPa）与界面剪切强度（94.38MPa）较未改性体系分别提升159%与104%,界面韧性（134.11 J/m2）提高349%。相较于NDI与afPR的协同效果强度提高了39%,韧性提高了4%。断面形貌与失效模式分析揭示“分子滑轮-π-π锚定”双效机制:枝化聚轮烷通过D400链段的动态滑移分散应力,π-π键断裂与内聚断裂协同耗散能量。本研究突破传统界面改性剂强韧协同提升瓶颈,为高韧性复合材料设计提供新方法。 （3）结合水性界面强韧化技术与电极离子传输需求,提出亲水链段调控电极离子扩散动力学新策略。通过D230、D400及乙二胺（EDA）合成三种水性聚萘酰胺酸改性碳纤维,制备聚萘酰亚胺碳纤维复合锌离子电池电极（PND230、PND400、PNEDA）。电化学测试表明,PNEDA电极在100 m A/g电流密度下容量最高达110.3 m Ah/g,由于D400亲水链段的存在PND400电极具有最好的倍率性能,在高倍率下具有最好的容量表现。恒流充放电与CV分析揭示亲水链段依赖的储能作用机制:长链聚醚胺（D230/D400）通过聚醚亲水基团促进锌离子扩散,形成扩散引起的充放电平台;短链EDA因致密π-π堆积使PNEDA电极呈现电容主导行为。分子模拟与接触角测试进一步证实,D400的亲水链段显著降低锌离子扩散能垒。本研究建立“链长-亲水性-储能模式”调控准则,为电极动力学优化提供理论依据。 （4）针对萘酰亚胺碳纤维复合电极离子传输动力学与容量性能的协同优化难题,构建了苝酰胺盐（PAS）/聚苯胺（PANI）协同改性碳纤维布电极（PDI&PANI）,通过氢键阵列优化离子扩散路径以及π-π堆积降低电子传输阻力的协同机制,突破传统电极材料导电-传质性能的互斥瓶颈。DFT计算表明,苝酰亚胺带隙较萘酰亚胺低,显著提升电子传导性。PDI末端羟基与原位生长的PANI构建了“氢键-π-

摘要： 《复合材料学报》(月刊)是中国复合材料领域学术性核心科技期刊，主要刊载该领域基础研究和应用研究中具有创新性和具有重要意义的高水平研究成果。刊载范围：先进功能(光热电等)、仿生、新能源、轻质、光催化、生物、(纳米)纤维、颗粒等改性或增强聚合物基、金属基、陶瓷基等复合材料的制备、性能及应用。所刊载的研究成果对科学研究具有参考价值，对生产实践具有指导作用。

关键词： 晶种法   包覆材料   二氧化硅   炭黑   分散性  

摘要： 炭黑-白炭黑包覆材料因其孔隙发达、分散性好而广泛应用于橡胶填料、复合电极材料等。为给炭黑-白炭黑包覆材料的产业化应用提供更多的理论支持，以沉淀法制备白炭黑为基础，研究晶种法制备炭黑-白炭黑包覆材料，探讨炭黑晶种的制备方法、晶核类型、晶种加入量、硅酸钠并流速度等因素对包覆材料性能的影响。通过DBP（邻苯二甲酸二丁酯）吸油值、粒径及粒径分布、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、BET比表面积和孔径分布等表征方法，评价了包覆材料的分散性能。结果表明，以溶解法制备的炭黑晶种用于制备炭黑-白炭黑包覆材料，粒径大小为25.8μm,和原炭黑相比减小了92.6%;DBP吸油值为2.87 cm3/g,和原炭黑相比提高了129.6%;多点BET氮吸附比表面积为179.785 m2/g,和原炭黑相比提高了42.2%;炭黑-白炭黑包覆材料的分散性较原炭黑有了较大提高。

关键词： 粉末冶金   铝基复合材料   SiC颗粒   力学性能   断口形貌   大尺寸  

摘要： 针对航空、航天、高端电子等领域对轻量化结构材料的需求，颗粒增强铝基复合材料的应用得到了快速发展。但目前铝基复合材料研究大多集中于中小尺寸坯锭制备及分析，对大尺寸坯锭及其性能与组织的研究较少。实验采用粉末冶金工艺制备了SiCp体积分数为15%、20%和25%，基体合金为2009Al，规格为■580 mm×730 mm的热压坯锭，并挤压为■250 mm的挤压棒。所制备的挤压棒致密度均达到100%，颗粒分布均匀。通过XRD分析发现材料中存在少量Al2Cu和Al7Cu2Fe；通过TEM对SiCp与基体界面观察，发现SiCp与基体结合良好，无明显的界面反应。室温拉伸实验表明，复合材料强度会随SiCp体积分数增加显著提升，当SiCp体积分数为25%时，其抗拉强度为630 MPa，屈服强度为480 MPa，伸长率大于等于3%，抗拉强度和屈服强度较基体合金分别提高20%和25%。3种SiCp含量的复合材料断裂方式均以基体合金的韧性断裂和SiCp的断裂为主，并且SiCp与铝基体界面结合的高强度让SiCp起到了良好的承载作用。

关键词： MoS2   染料降解   光动力抗菌   光催化   棉织物  

摘要： 采用一步水热法在棉织物上原位生长二硫化钼纳米片，制备了棉织物/二硫化钼（CFs/MoS2）复合材料。通过拉曼光谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计对复合材料的结构特性、光动力性能进行了表征，通过单线态氧（1O2）、羟基自由基（·OH）、超氧阴离子自由基（O2·-）检测，光催化降解孔雀石绿染料和光动力抗菌（针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）实验研究了复合材料的光催化性能和抗菌性能。结果表明：与棉织物的结合一定程度上促进了部分MoS2从1T相到2H相的转化，CFs/MoS2复合材料在光照条件下能促进单位时间内1O2和·OH的产生，加快染料降解且具有优异的光动力抗菌效应。

关键词： PTMCs   有限元仿真   高速磨削   磨削温度   残余应力  

摘要： 颗粒增强钛基复合材料(以下简称PTMCs)凭借其优异的比强度、耐磨性和高温性能,在航空航天、医疗器械等领域展现出重要应用潜力。但其高硬度和低导热性导致在磨削加工中易产生残余应力,严重影响工件的疲劳寿命与尺寸稳定性。有鉴于此,本文围绕PTMCs磨削残余应力的生成机理、分布规律及其影响因素展开研究,通过建立热-力耦合有限元模型,结合实验验证,系统分析了增强颗粒形状与磨削工艺参数对残余应力分布的影响规律,为优化磨削工艺提供理论依据。本文的主要研究内容及结论如下: (1)采用ANSYS有限元仿真方法,建立了PTMCs磨削温度场仿真模型,研究了磨削温度场的分布及其演变规律。通过将增强颗粒简化为圆形、椭圆形和不规则多边形,分析了不同形状的增强颗粒对磨削温度的影响,结果表明增强颗粒形状对磨削温度的影响较小。进一步探讨了磨削工艺参数对磨削温度的影响规律,发现磨削温度随工艺参数的增加而显著上升。将仿真结果与实验结果相对比,二者误差小于8%,验证了模型的准确性。 (2)采用ANSYS有限元仿真方法,结合热弹塑性理论,研究了PTMCs在磨削过程中的应力场演变以及磨削完成后残余应力的分布规律。结果表明,磨削温度对残余应力的影响大于磨削力的影响。此外,增强颗粒形状对残余应力分布具有显著影响;椭圆形颗粒由于其各向异性,容易在颗粒与基体界面处产生应力集中,导致较大的残余拉应力;而圆形颗粒由于其对称性,应力分布较为均匀,残余应力相对较小。由于材料属性的差异,增强颗粒内产生的残余应力大于基体材料中产生的残余应力。本文以不规则增强颗粒模型为例,深入分析了残余应力在不同深度层和不同区域的分布规律。增强颗粒的形状对工件的应变也具有显著影响,增强颗粒应变较大,基体的应变较小,且工件在微磨削烧伤状态下应变绝大部分都是塑性应变。 (3)通过高速磨削实验,研究磨削深度对工件表面烧伤颜色的影响以及工件表面在不同烧伤程度下的形貌特征。试验结果发现,随着磨削深度的逐渐增加,表面颜色由金属光泽逐渐变为黄褐色、蓝色,最终呈现蓝黑色,烧伤程度逐渐加剧。轻度烧伤时,工件表面纹理清晰,伴有少量基体材料粘附和孔洞;中度烧伤时,表面出现涂覆层、沟槽和材料堆积;重度烧伤时,表面出现大面积材料剥离和微裂纹。通过使用X射线衍射技术测量残余应力,并结合有限元仿真验证热力耦合模型准确性。结果表明,在不同进给速度下,仿真与试验结果具有相同的增长趋势,误差均小于30%,且对不同深度层的残余应力测量进一步证实了模型的可靠性。