路面用PZT/沥青压电复合材料的制备及性能

以锆钛酸铅PZT 5H为压电相,沥青为基体,采用热压成型法制备0 3型PZT/沥青压电复合材料.分析了此复合材料的制备工艺、极化条件及PZT的体积分数对压电应变常数d33的影响,测试了其介电性能,并完成了动态荷载作用下压电响应的测试.结果表明：优化的制备工艺为成型压应力10MPa,成型时间3min;最佳的极化条件是极化电场强度为3kV/mm,极化时间为10min,极化温度为50℃;PZT的最佳体积分数为75%;沥青基压电复合材料的相对介电常数εr及压电应变常数d33分别为3295和537pC/N,荷载响应稳态输出电压为72V,其储存的能量为2592μJ.     

碳黑改性0-3型水泥基压电复合材料的性能

以铌锂锆钛酸铅(PLN)压电陶瓷为功能相,硫铝酸盐水泥(SAC)为基体,采用压制成型法制备了0-3型水泥基压电复合材料;研究了碳黑掺量对压电复合材料压电性能、介电性能、电导率及阻抗的影响.结果表明:随着碳黑掺量的增加,压电复合材料的压电应变常数和压电电压常数先增大后减小,在碳黑掺量为0.3%(质量分数)时,二者达到极值,其值分别为:17.45 pC/N和36.3(mV.m)/N.压电复合材料的介电常数、介电损耗、电导率随着碳黑掺量的增加均逐渐增大;在40~900 kHz频率范围内,压电复合材料的介电常数随着频率的增大而急剧减小,当频率大于2 000 kHz时,压电复合材料的介电常数趋于稳定;压电复合材料的阻抗随着碳黑掺量的增加而逐渐减小.     

基于碳纳米管改性0-3-1型水泥基压电复合材料诱导极化工艺的研究

采用碳纳米管对0-3-1型压电复合材料进行改性,研究了诱导极化电压(E1)、诱导电压方向、极化温度(T)、极化时间(t)、二次极化电压(E2)等相关因素对0-3-1型水泥基压电复合材料压电性能的影响,确定了0-3-1型水泥基压电复合材料最优的极化工艺和制备过程。结果表明,碳纳米管改性0-3-1型水泥基压电复合材料的最优诱导电场方向为与1型陶瓷柱夹角为30°方向,合理诱导电压为600 V/cm,合理二次极化电压为3 kV/mm,合理极化温度为100℃,合理极化时间为30 min。     

0.9Pb_2Nb_2O_6-0.1Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3的制备及性能研究

本文采用固相烧结法制备了掺杂锆钛的偏铌酸铅基高温压电陶瓷,研究了该陶瓷的体积密度、线收缩率、压电性能、介电性能及居里温度的变化。结果表明:锆掺杂量x为0.52时性能最佳,线收缩率为7.72%、相对密度为0.9696、压电常数为102pC·N-1、居里温度为610℃、相对介电常数为308.5。     

PE/PVA纤维海砂ECC的拉伸性能与本构模型

以纤维类型及其体积分数为变量，通过单轴拉伸试验，研究了海砂工程水泥基复合材料（SECC）的单轴拉伸性能，并基于现有工程水泥基复合材料（ECC）的拉伸本构模型，阐述了SECC的稳态开裂机理，提出以强化段与软化段描述SECC拉伸应力-应变关系的波动上升段和下降段，得到了新的适用于SECC的拉伸本构模型.结果表明：纤维体积分数为1.5%的聚乙烯（PE）纤维/SECC表现出饱和多缝开裂的应变硬化行为，其延性可达到3.99%；提出的SECC拉伸本构模型计算结果可准确描述具有稳态开裂行为SECC的拉伸应力-应变关系.     

基于PZT波传播法混凝土结构损伤识别的数值模拟

为了有效利用压电陶瓷传感器进行混凝土结构局部损伤、缺陷的精细识别,并为相关试验提供理论指导,对基于压电陶瓷片(PZT)波传播法进行混凝土结构损伤识别的方法进行了数值模拟.首先分析了PZT波传播法的基本原理,并提出了基于大型有限元分析软件ANSYS的多物理场耦合分析的PZT波传播法的数值模拟方法.然后,针对表面粘贴PZT激励器/传感器并预设裂缝、孔洞损伤的混凝土梁式构件,建立了3D精细化有限元模型,分析了PZT激励器在不同激励电压幅值与频率下激发的应力波幅值衰减程度、传播时间等与混凝土梁损伤类型与程度之间的关系.结果表明:激励电压只影响波传播的幅值,且与之成正比关系;波传播能量的损耗程度与结构损伤程度成正比;激励频率对波的传播时间和能量损耗有较大的影响.根据研究数值模拟结果可建立波传播的特征值与结构损伤形式之间的初步关系,为下一步试验研究工作提供了理论指导,同时也证实了利用大型有限元分析软件对基于PZT的波传播法进行混凝土结构损伤识别的数值模拟是可行的.     

AlN/低粘度环氧树脂复合材料的性能研究

通过浇注工艺制备Al/低粘度环氧树脂复合材料,研究了不同AlN含量复合材料的电和热学性能。结果表明,复合材料的介电常数随AlN体积含量增加而升高,介电损耗下降。当AlN体积分数达到46%时,体系的体积和表面电阻率分别为2.67×1015Ω.m和1.04×1014Ω。复合材料的热导率随AlN含量增加而提高,而热膨胀系数下降。当AlN体积分数达到46%时,热导率达到1.14 W.m-1K-1。     

聚合物/压电陶瓷复合材料研究进展

综述了压电陶瓷 /聚合物复合材料的发展状况 ,对不同聚合物基体的复合材料的电性能进行了分析 ,概述了具有不同结构的复合材料的电性能     

混杂纤维水泥基复合材料轴心受压应力-应变关系研究

在混杂纤维总体积掺量为2%的条件下,改变钢纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维的体积掺量,设计制作了两类混杂纤维水泥基试块,通过轴心受压试验,分别研究钢-聚丙烯和聚乙烯醇-聚丙烯混杂纤维水泥基复合材料的轴心受压应力-应变关系,并提出了不同纤维掺量变化对峰值应力、峰值应变影响的计算式。结果表明:钢纤维和聚乙烯醇纤维能提高试块的抗压强度,聚丙烯纤维能显著提高试块的峰值应变,当聚丙烯纤维体积掺量大于0. 5%时,混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度会低于基体。     

PVA-ECC动态压缩性能研究

用杆径为50mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数和不同基体强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)在3种应变率下的动态压缩性能.结果表明:PVA纤维可有效改善PVA-ECC试件的冲击破坏程度,且体积分数越大,试件冲击破坏时的整体性越好;PVA-ECC的动态峰值应力、峰值应变和韧性均随应变率增加而明显提高,表现出较强的应变率效应;PVA纤维体积分数对PVA-ECC动态压缩性能影响明显,尤其对PVA-ECC峰后韧性的影响最为显著,但对PVA-ECC抗压强度应变率敏感性的影响较小;较高基体强度PVA-ECC具有较大的动态峰值应力,但动态峰值应变提高不明显,且其峰后韧性明显降低,不同基体强度对PVA-ECC抗压强度应变率敏感性的影响也不太显著.     

烧结升温速率对(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3无铅陶瓷的结构和电学性能的影响

采用传统固相反应法制备了(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷,在烧结过程中采用了不同的升温速率(0.5、1、3、5℃/min),研究了烧结升温速率对陶瓷试样的相结构、显微结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响。结果表明,所有陶瓷试样均形成了纯钙钛矿结构;随着烧结升温速率增大,陶瓷的晶粒尺寸减小;陶瓷试样的居里温度和最大介电常数随烧结升温速率的增大均减小;所有陶瓷试样均呈现弥散相变特征;烧结升温速率增大引起陶瓷试样的最大极化强度和剩余极化强度增大,矫顽场减小,压电常数增大。     

玻璃微珠水泥基复合材料的单轴抗压性能

对密度为720～960 kg/m~3的玻璃微珠水泥基复合材料的单轴抗压应力-应变曲线进行了测试,试验表明:(1)当固定玻璃微珠体积掺量为50%vol时,水灰比为0.3～1.0的玻璃微珠水泥基复合材料的单轴抗压弹性模量为2.9～6.8 GPa,轴心抗压强度为10～25 MPa,峰值应变约为3 900～4 700με。(2)玻璃微珠水泥基复合材料的单轴抗压破坏为脆性破坏。(3)通过参数归一化,尝试建立了玻璃微珠水泥基复合材料的本构方程。     

金红石颗粒尺寸对硅橡胶微波介电性能的影响

在107硅橡胶中分别添加纳米级和微米级金红石颗粒,通过室温固化制备金红石/硅橡胶复合材料。用X射线衍射仪、透射电镜和扫描电镜对陶瓷填料的相组成及微观形貌进行了表征,分析了金红石颗粒体积分数和尺寸对硅橡胶微波介电性能的影响。研究结果表明:在相同体积分数下,纳米级金红石/硅橡胶复合材料与微米级金红石/硅橡胶复合材料相比,介电常数ε_r较大,品质因数与谐振频率的乘积(Q×f)较低,两种复合材料的谐振频率温度系数τ_f相差不大。金红石颗粒体积分数为19%时,纳米级金红石/硅橡胶复合材料的ε_r为3.32,Q×f为2 604 GHz,τ_f为49×10~(-6)/℃。并且将介电常数εr试验值与3种理论模型的ε_r理论值进行对比,发现试验值比理论值偏低。     

水性环氧纳米复合涂料的制备及性能研究

通过对环氧树脂室温固化剂三乙烯四胺封端、加成、成盐并加入纳米SiO2,制得具有自乳化功能的水性环氧纳米复合固化剂.该固化剂与低相对分子质量的液体环氧树脂或者高相对分子质量的环氧树脂醚溶液混合,可制成水性环氧纳米复合涂料.分别研究了封端剂的种类、纳米SiO2掺量和胺氢/环氧比(胺基上氢原子摩尔数与环氧基团摩尔数之比)对固化剂乳化性能及涂膜性能的影响.研究表明:以苯基和苄基缩水甘油醚为封端剂,纳米SiO2掺量为2%(质量分数),胺氢/环氧比为0.8时,合成的固化剂性能最佳,获得的涂料乳液粒径小,涂膜硬度高,涂膜的附着力、透明性、耐水性及耐化学药品性能优良.     

结构工程用碳纤维复材筋力学性能影响因素试验研究

根据规范GB/T 26743—2011的规定,对不同直径的碳纤维复材筋(CFRP筋)进行了基本力学性能试验,主要测定碳纤维复材筋的抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。详细介绍了碳纤维复材筋的试验过程、试验方法以及破坏形态。通过对试验结果进行分析表明:碳纤维复材筋为分散式纤维断裂破坏,应力-应变曲线为直线;生产拉挤速率和纤维体积含量对力学性能的影响规律先上升后下降,存在较优范围;螺纹成型工艺压挤成型效果要好于缠绕工艺二次成型;环氧胶膜粘砂、环氧树脂粘砂、打磨处理对锚固效果的影响依次递减。     

0-3型水泥基压电传感器动力特性研究

基于压电—弹性理论,给出了正弦荷载作用下0-3型水泥基压电传感器的精确解,讨论了荷载对传感器产生的位移、电势的影响;压电材料粉末体积含量对位移、电势的影响;荷载对传感器内部应力的影响。     

高气体阻隔石墨/环氧纳米复合材料的可控制备

针对无内衬复合材料压力容器的气体渗漏问题,提出了一种具有高气体阻隔性能的石墨/环氧微结构有序复合材料的制备方法。采用湿化学沉淀的方法将Fe3O4磁性纳米粒子吸附到石墨微片(GNPs)的表面,实现石墨微片的表面磁性修饰(mGNPs)。在分析磁性片状粒子代表单元在磁场条件下的受力情况的基础上,确定了定向排列m-GNPs所需最小磁场强度40mT。将m-GNPs引入到环氧树脂中,通过外加磁场诱导定向排列,制备出了石墨/环氧微结构有序复合材料(m-GNPs/EP)。氦检漏试验结果表明,1%质量分数的m-GNPs/EP的氦漏率较纯树脂提高了1个数量级,较GNPs随机排列的复合材料氦漏率提高了69%。     

基于分数阶微积分岩石的动态变形行为研究

为了更合理地描述岩石环向与轴向动态变形之间的关系,从分数阶微积分出发,在黏弹性应力–应变组合模型理论基础上,提出环向–轴向应变分数阶黏壶及环向–轴向应变关系的黏弹性组合模型,构建了基于分数阶微积分的岩石在静动态压缩及循环荷载条件下环向–轴向应变关系模型,并给出了模型的解析解,从而得到的分数阶体积应变公式可以作为体积应变求解的新方法。基于多种岩石、混凝土及石膏的实验数据,对分数阶微积分环向–轴向应变关系模型的参数进行拟合分析,对模型参数进行了敏感性分析,揭示了围压、应变水平、分数阶导数阶数及模型参数对环向应变的影响规律。结果表明环向–轴向应变关系模型不仅可以更好地反映岩石体积变形的减缩减胀特性,而且能够描述岩石在循环荷载及动态压缩条件下变形规律。     

DOPO基阻燃环氧树脂便捷合成及相关性能

为永久高效提升环氧树脂阻燃性能,便捷合成了1,3-苯基-二(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲基)二甲醇(1,3-phenyl-bis(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanyl)dimethanol,DOPO-1)和1,4-苯基-二(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲基)二甲醇(1,4-phenyl-bis(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanyl)dimethanol,DOPO-2)2种反应型阻燃剂。它们与4,4′-二氨基二苯甲烷(4,4′-diaminodiphenylmethane,DDM)复配,再与等当量环氧树脂(E51)固化,制备了不同磷含量的DOPO基阻燃环氧体系。通过核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)表征了DOPO-1和DOPO-2的结构,借助傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)跟踪固化历程,最后通过动态力学热分析(dynamic mechanical thermal analysis,DMTA)、热重分析(thermogravimetric analyzer,TGA)、氧指数(limiting oxygen index,LOI)测定和垂直燃烧测试(vertical combustion test,UL-94)研究了DOPO-1基和DOPO-2基阻燃环氧树脂热力学、耐热、阻燃性能与环氧体系磷质量分数、阻燃剂结构之间的关系。结果表明:1)DOPO-1/DDM和DOPO-2/DDM与E51固化后形成均相阻燃体系;2)随着磷质量分数的增加,DOPO-1基和DOPO-2基环氧树脂在700℃残炭率得到提高;3)磷的质量分数为1.0%时,环氧树脂均能达到阻燃等级UL94-V0级,磷的质量分数为1.7%就能使DOPO-1基和DOPO-2基环氧树脂LOI值分别达到40.9和41.9,且在环氧树脂阻燃性能发挥上,DOPO-2比DOPO-1更强。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料

以环氧树脂(EP)为基体,羧基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)为添加剂,采用超声分散、溶液共混法制备碳纳米管/环氧树脂(MWCNTs/EP)复合材料,研究碳纳米管含量对环氧树脂复合材料阻燃性能的影响。MWCNTs的质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。结果表明:添加碳纳米管后,复合材料的阻燃性能得到提升。热重分析表明,MWCNTs质量分数为1.5%时,复合材料的热分解温度和燃尽温度较EP分别提高了7.0%和30.3%;MWCNTs质量分数为2.0%时,氧指数由19.8提高到21.0;锥形量热分析表明,MWCNTs质量分数为0.5%时,复合材料的热释放速率峰值(pHRR)最低。