关键词： 热压罐成型   COMSOL Multiphysics   温度场仿真   固化度场仿真  

摘要： 自复合材料以其质量轻、耐磨损且耐高温与腐蚀的特性迅速在新型材料领域崭露头角，如今，它已成为当前高铁动车等各个领域新型材料的重点研究材料和炙手可热的话题。本研究旨在更精确地分析复合材料制件的固化动态物理仿真过程。本文选用功能灵活的COMSOL Multiphysics软件模拟制件C型横梁温度场仿真情况和固化度场仿真情况，首先是对所选的C型横梁进行温度场和固化度场的模拟仿真模型建立，然后分析复合材料构件热压罐成型过程中的固化动态物理过程，采用有限元数值分析方法，并设置好热压罐成型时复合材料模具与制件等的材料属性，最后通过对仿真数据的分析所得的C型横梁温度场模型误差最大值不大于2.5%。同时通过分析C型横梁五个特征点的温度场曲线为复合材料制件在热压罐内的固化优化提出新的试验方向。

关键词： 分子筛   复合材料   合成   应用   进展  

摘要： 传统分子筛存在传质阻力大，吸附量有限等问题，将其与活性炭、硅藻土等复合、形成具有协同作用的复合材料，是满足多元化需求、拓展应用领域的重要途径。本文围绕复合分子筛、分子筛-客体材料复合材料两个方面评介分子筛基复合材料制备方法的研究进展，梳理其在吸附分离、催化等领域的应用。结果表明，复合分子筛常用的合成策略有模板法、溶胶-凝胶法和分子筛硅源法等，但得到的复合材料结构不稳定，易发生相分离。分子筛-客体材料复合材料的合成方法多样，其中的静电自组装法和溶液共混法可实现与多种类型客体材料组合使用，但存在过程复杂、溶剂依赖性强等问题。尽管分子筛基复合材料在吸附分离、工业催化方面应用前景广阔，但其在气相有机污染物（尤其是VOCs）吸附中的研究仍显不足。未来研究应重点开发温和、环保的合成策略，包括但不限于低温低压合成方法，环保型溶剂体系等，以推动分子筛基复合材料的实际应用。

关键词： 聚合物基复合材料   聚多巴胺   羟基磷灰石   生物相容性   成骨性能  

摘要： 理想的人工骨修复材料应具有良好的生物相容性和体内促成骨作用。本文制备了聚多巴胺（PDA）辅助硒羟基磷灰石（Se-HA）修饰的聚氨基酸/硒羟基磷灰石（PAA/Se-HA）复合材料（Se-HA@PDA@PAA/Se-HA）。采用XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM和力学性能表征Se-HA、PAA、PAA/Se-HA、Se-HA@PDA@PAA/Se-HA复合材料的各项理化性能；通过蛋白吸附实验评价复合材料表面是否有利于细胞黏附；通过ICP-MS检测复合材料浸提液释放硒元素浓度；将材料浸提液与骨髓间充质干细胞（BMSCs）共培养，通过细胞增殖实验和细胞形态评价复合材料的细胞相容性，通过碱性磷酸酶（ALP）活性实验表征复合材料诱导细胞成骨分化能力。将PAA、PAA/Se-HA、Se-HA@PDA@PAA/Se-HA复合材料植入新西兰大白兔股骨髁缺损处，通过组织观察评价其体内引导成骨性能。实验结果显示，Se-HA@PDA@PAA/Se-HA复合材料具有PAA和Se-HA的结构特征，Se-HA在PAA/Se-HA复合材料基体内部和表面均匀分散。该复合材料熔融温度约为210 ℃，最大分解温度约为461 ℃，弯曲强度约80 MPa，抗压强度约104 MPa，屈服强度约96 MPa。相比PAA和Se-HA复合材料，Se-HA@PDA@PAA/Se-HA复合材料具有较好的吸附蛋白能力，有利于细胞黏附。该复合材料浸提液与BMSCs培养3天后，细胞增殖明显，表现出良好的细胞相容性；与BMSCs培养7天后，相比PAA/Se-HA复合材料，Se-HA@PDA@PAA/Se-HA复合材料表现出较好的诱导细胞成骨分化的能力。该复合材料植入新西兰大白兔股骨髁缺损6周后，能够引导新骨生成，与新骨紧密键合。结果表明，Se-HA@PDA@PAA/Se-HA复合材料具有良好的力学性能和热稳定性能，能够促进BMSCs体外增殖并诱导其成骨分化，引导体内成骨，在骨组织工程领域具有一定的应用前景。

关键词： 石墨烯   碳化硅   化学气相沉积   复合材料   气相组分  

摘要： 随着半导体工业逐渐接近摩尔指数路线图的终点,对于新材料探索的必要性使得我们把目光聚焦在不同类型的非传统材料上.石墨烯拥有无与伦比的物理化学性质,在传统碳化硅(silicon carbide, SiC)材料表面沉积连续态石墨烯薄膜,可以赋予其全新的热、力、电等功能.石墨烯与碳化硅的集成促进了一类新型材料的诞生,极大拓宽了该类材料在电子器件、航空航天等诸多领域的应用.石墨烯/碳化硅复合材料的制备一直备受关注,然而在碳化硅衬底上直接制备高质量、均匀、层数可控的石墨烯仍是需要攻克的难题.本文聚焦于石墨烯/碳化硅复合材料制备过程中的气相组分,综述了石墨烯在碳化硅衬底表面生长的前-中-后阶段气体发挥的不同作用,包括碳化硅衬底刻蚀、改性,助力石墨烯生长,石墨烯解耦几个方面,涵盖了石墨烯/碳化硅复合材料制备过程中的各个关键步骤,为石墨烯/碳化硅复合材料一体化制备工艺研发提供了全新思路.本文进一步总结了气体对石墨烯/碳化硅复合材料制备的意义,展望了其所面临的挑战和未来的发展方向.

关键词： 三维五向编织复合材料圆管   高温场   应变率   冲击压缩   破坏模式  

摘要： 采用1×1四步法圆形编织技术和树脂传递模塑（RTM）工艺制备了三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管，并在室温（20℃）和高温场（80℃、110℃、140℃、170℃）环境下使用搭载高温装置的分离式霍普金森压杆（SHPB）对三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管进行轴向冲击压缩测试。根据实验结果揭示温度和应变率对三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管的冲击压缩性能和失效行为的耦合影响，并结合体式显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对冲击压缩破坏后的试样进行宏观观察和微观形貌观察分析。研究结果表明：温度变化和应变率的不同对三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管的力学性能有显著影响。室温时，三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管冲击压缩性能稳定，应变率增加能提高材料压缩强度、压缩模量等力学性能。破坏模式主要是纤维断裂。高温场中，材料力学性能整体下降。抗冲击压缩能力随温度升高而减弱，破坏模式有树脂软化、纤维与树脂界面脱粘现象。应变率对力学性能的影响因高温干扰会发生变化。

关键词： 穿刺C/C复合材料   固体火箭发动机   喷管   烧蚀率   烧蚀模型   单胞模型  

摘要： 为预测无纬布复合毡穿刺C/C复合材料固体火箭发动机的喷管烧蚀性能，并探究材料热导率与喷管烧蚀率之间的关系，在Fluent平台上建立喷管烧蚀模型，以70-lb BATES发动机为算例进行验证。对材料的单胞模型进行稳态热仿真，获得材料的导热属性；利用喷管烧蚀模型对材料烧蚀性能进行仿真分析。结果表明：喷管材料的烧蚀率随推进剂中Al质量分数的增加而降低，在Al质量分数为15%、18%、21%工况下，无纬布复合毡穿刺C/C复合材料喷管的烧蚀率均低于石墨材料喷管，差值在0.045～0.070 mm/s；烧蚀过程在约4 s时达到稳定状态，烧蚀率在喷管喉部前端达到峰值；烧蚀率在低温下主要受温度影响，高温下则主要受组分扩散速率的影响；喷管喉部的烧蚀率在材料x、y方向上随热导率的增大而增大，在材料z方向上则随热导率增大而减小。

关键词： 陶瓷基复合材料   高温疲劳   疲劳极限   失效机理   氧化损伤  

摘要： 为探究氧化作用对2.5D编织C/SiC复合材料疲劳性能的影响，开展C/SiC复合材料在高温空气和惰性气体环境中的疲劳行为研究。采用应力比0.05，频率10 Hz的正弦波分别在1 200 ℃惰性气体和1 200 ℃空气环境下对2.5D编织C/SiC复合材料开展疲劳试验。1 200 ℃惰性气体环境下循环基数为106的疲劳极限约为160 MPa，1 200 ℃空气环境下循环基数为104的疲劳极限约为130 MPa。随着循环次数的增加，迟滞回线呈现右移的趋势，循环数相同时，空气环境的位移大于惰性气体环境的位移。通过扫描电子显微镜表征疲劳失效试件断口的形貌，发现纤维表面较为粗糙，呈现出明显的氧化迹象。采用能谱仪分析疲劳氧化特征，发现SiC基体氧化形成SiO2。高温空气环境中，氧气的存在显著降低了材料的疲劳性能，氧化作用加速了疲劳失效。在机械载荷作用下，纤维、基体和界面的性能不断退化，导致界面磨损、界面脱粘和纤维拔出。氧化后纤维的受力状态恶化，失效概率增加，成为复合材料中的薄弱部分，易发生断裂。

关键词： 风力机叶片   轻量化设计   仿生学   复合材料   结构分析  

摘要： 风力机叶片质量的增加已成为限制其大型化发展的主要因素之一。为降低叶片质量,借鉴植物叶脉分布特征提出一种新型仿生叶片,通过有限元方法建立具有仿生叶脉内肋结构的风力机的叶片,并进行相应铺层设计实现叶片轻量化,基于流固耦合方法验证叶片在不同偏航角极端环境下的结构性能。结果表明:仿生叶片可在保证结构刚度、极限强度、稳定性等方面性能与传统叶片相近的前提下减轻6.6%的重量;仿生叶片的内肋结构有助于增强叶片结构刚度,减小叶片叶尖形变量,且有助于降低叶片表面最大应力,但腹板最大应力略有增加;仿生叶片因除去尾缘加强材料导致偏航-15°,极端风载荷下的抗屈曲性能略有降低,但总体仍在安全范围内。

关键词： 超高分子量聚乙烯织物   防刺大底   防刺性能   热压工艺   织物组织   防刺机理  

摘要： 为探究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物增强热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)防刺大底复合材料的防刺性能,以UHMWPE为原料制备4种斜纹织物作为增强体,采用热压工艺制备了UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料。探究热压工艺、织物组织等因素对材料防刺性能的影响规律,并揭示材料的防刺机理。结果表明:UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺性能在一定条件下(150℃织物熔融)随着热压温度的增加呈现增大的趋势,热压温度为140℃时防刺性能最好;防刺性能随着热压时间的增加总体呈先增大后减小的趋势,热压时间为2min时防刺性能最好。织物组织对材料防刺性能的影响依次为2/2右斜纹>3/1右斜纹>32/12加强斜纹>山形斜纹。UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺机理主要是纤维剪切破坏、纤维拉伸断裂和织物组织局部变形。

关键词： 原位成纤   聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯   立构复合晶体   耐热性   力学性能  

摘要： 基于自行搭建的“熔融共混-高速热拉伸”加工设备,将原位成纤与立构复合技术相结合,研究了聚乳酸(PLA)分散相含量对微纤形貌、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)基体黏弹性和结晶行为、PLA立构复合晶体(scPLA)以及PBAT/sc-PLA复合材料力学和耐热性能的影响。结果表明,连续制备出纤维直径最小210 nm的PBAT/sc-PLA微纤复合材料,PLA微纤在PBAT基体中相互缠结形成网络结构且分散均匀;sc-PLA微纤网络结构的存在使复合材料出现显著“类液”向“类固”的黏弹行为转变;纤维诱导作用下,sc-PLA相对结晶度和晶体含量得到显著提升,添加30%(质量分数,下同)PLA后,PBAT/sc-PLA复合材料中sc-PLA相对结晶度达46.4%,屈服强度和弹性模量相比纯PBAT分别提升175.3%和404%,维卡软化温度(VST)达到近90℃。