MgO晶须增强磷酸镁水泥力学性能的研究

MgO 晶须弹性模量高,长径比大,掺加到磷酸镁水泥(MPC)中可以产生增强增韧作用。研究了水料比、缓凝剂掺量不同时 MgO 晶须对 MPC 力学性能的影响,采用 SEM 和重量法研究了 MgO 晶须在 MPC 中的分布及水化,分析了 MgO 晶须增强 MPC 的机理。结果表明,掺加3%~5%的 MgO 晶须使 MPC 在水料比和缓凝剂掺量较高时获得良好的早期强度;MgO 晶须在 MPC 中搭接形成网络结构,并通过晶须桥联、裂缝偏转等作用,使 MPC 的早期力学性能显著增强;MgO 晶须参与水化,提高了晶须与 MPC 基体的握裹力和相容性;随着龄期延长,晶须水化程度加深,使 MPC 基体更加致密,后期抗压强度增长明显,但晶须的桥联作用逐渐减弱,MPC 的后期抗折强度增长幅度较小。     

玻璃纤维对磷酸镁水泥砂浆力学性能的增强作用及机理

添加不同体积比的玻璃纤维,按照一定比例配制玻璃纤维增强磷酸镁水泥。研究了玻璃纤维增强磷酸镁水泥的抗压强度、抗折强度以及耐水性,并采用电镜扫描的方法对其微观结构进行了观察。研究结果表明,玻璃纤维对磷酸镁水泥的抗压强度和抗折强度都有一定贡献,其中纤维的最佳体积掺量约为2.5%,但超过最佳掺量后,抗压和抗折强度都有所降低。另外,实验结果还表明,稍过量的玻璃纤维能够暂时"包裹"未反应基材,可能在浸水环境中发生又一轮反应,从而抵消因浸水造成的强度损失,这可能是一种改善磷酸镁水泥耐水性的新方法。此外,本工作提供了与实验结果一致的纤维增强机理的可能解释。     

纤维增强磷酸镁水泥基复合材料研究进展

磷酸镁水泥(MPC)是一种由重烧氧化镁与可溶性磷酸盐通过酸碱反应在早期形成高强度的新型无机胶凝材料,具有强度发展迅速、碱度低、粘接能力强等优势。然而,由于微观结构、物相组成等特点,MPC脆性大,易开裂,其应用受到极大影响。通过纤维增强提升韧性的纤维增强磷酸镁水泥基复合材料(FRMPC)引起了人们的广泛关注。本文系统介绍了近年来不同类型纤维制备的FRMPC的抗压、抗拉和抗弯等力学性能,结合MPC自身特性分析了不同纤维通过桥接、界面作用的增韧机制,并分析了FRMPC现阶段的主要应用途径,在纤维增强水泥基材料的研究进展基础上提出了未来FRMPC在组成设计、分析测试和机理研究等方面的发展趋势。     

碳纤维增强镁基复合材料界面研究进展

碳纤维增强镁基(碳/镁)复合材料是一类非常有价值的结构材料,在航空航天、汽车等行业有很大的应用前景.综述了碳/镁复合材料的界面结合状况和界面结合的改善措施,并对碳/镁复合材料的现状及发展进行了展望.     

超高性能磷酸镁水泥混凝土的制备和力学性能研究

磷酸镁水泥(MPC)凝结硬化速度快,早期强度高,采用MPC作为胶凝材料,有利于在无养护条件下制备出具有高早强特征的超高性能磷酸镁水泥混凝土(UHPMPCC)。研究了钢纤维掺量和长径比等参数对UHPMPCC物理力学性能的影响,分析了UHPMPCC中钢纤维的增强机制和影响规律。结果表明25 mm钢纤维有利于提高早期抗压强度,而13 mm钢纤维更有利于提高长期力学性能;13 mm钢纤维的掺量2.5%(体积分数)时,无养护的UHPMPCC6h抗压强度和抗折强度超过60和25 MPa, 28 d抗压强度和抗折强度超过120和38 MPa。MPC浆体早期呈酸性,使钢纤维表面产生刻蚀,鸟粪石嵌入钢纤维中,增强MPC基体和钢纤维的界面粘结,有助于提高UHPMPCC的抗弯强度。     

磁场诱导定向碳纤维增强水泥砂浆的力学性能

首次利用磁场诱导定向技术,制备了具有明显择优取向的碳纤维增强水泥砂浆,表征与测试了不同水灰比、龄期和纤维掺量的水泥砂浆的碳纤维取向、抗压和劈裂抗拉强度,研究了碳纤维的取向性对力学性能提升效果的影响。结果表明:水灰比、纤维掺量对碳纤维的取向性有显著影响;相较于无择优取向的普通碳纤维增强水泥砂浆,经磁场诱导定向的碳纤维增强水泥砂浆的劈裂抗拉强度有显著增加,而抗压强度无明显变化;相同水灰比下,纤维取向和纤维掺量是影响定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度的主要因素。其中,定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度增强效率的最佳碳纤维掺量为水泥的0.50%。      

碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展

综合评述了碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展.介绍了碳纤维增强体的优点和两种不同的去胶方法,比较了不同的碳纤维涂层和基体成分对复合材料界面状态的影响,并对今后碳纤维增强镁基复合材料的研究方向进行了展望.     

碳纤维增强油井水泥石的力学性能

油井水泥石在井下易脆裂,造成油井层间封隔失效,进而影响油井开采。为了解决这一问题,需要对水泥石进行降脆增韧。首先,考察了甲基纤维素和羧甲基纤维素对碳纤维的分散效果;然后,研究了碳纤维对油井水泥石抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,并模拟井下环境测试了水泥石单轴和三轴应力-应变曲线;最后,使用扫描电子显微镜对碳纤维增强水泥石的微观形貌进行观察,探讨碳纤维对水泥石的增韧机制。结果表明:0.2wt%的羧甲基纤维素溶液可有效分散碳纤维;养护28d后,0.3wt%碳纤维增强水泥石的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度较纯水泥石的分别提高8.6%、31.5%和52.4%,三轴直接加载条件下,其弹性模量较纯水泥石的低49.5%;经过分散的碳纤维在水泥石中乱向分布,形成三维网络结构,通过桥联、剥离及拔出耗能作用增强水泥石。研究结果为解决油井水泥石易脆裂的问题提供了理论参考。     

复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,提高CF增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)力学性能。采用比表面积及孔容分析、原子力显微镜、扫描电子显微镜、热重分析仪研究了CF表面处理前后结构和形貌的变化。结果表明：CF经浓HNO₃处理后比表面积增加144.2%,CF表面沟壑加深;复合处理后有PI层包覆在 CF表面;包覆处理后CF耐热性能提高。力学性能测试表明,经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高11.34%,弹性模量提高109.2%,弯曲强度提高18.78%,冲击强度提高74.15%。     

表面处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用空气氧化法和硝酸氧化法对碳纤维进行表面处理,研究了碳纤维(CF)增强热塑性聚酰亚胺(TPI)复合材料的力学性能。采用Boehm滴定方法测定了经过硝酸处理后CF表面酸性官能团数量。结果表明:CF表面酸性官能团的数量随着浓硝酸处理时间的增加而增加;浓硝酸处理效果比空气氧化好,当浓硝酸处理CF的时间为20 min时,CF/TPI复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高10 %和14 %,XPS表明此时CF表面活性官能团比未处理增加35.89 %。AFM表明,浓硝酸对CF表面刻蚀沟明显;SEM表明,CF与TPI基体之间形成良好的界面,CF起到了增强效果。      

有机纤维与聚合物复掺改性水泥砂浆力学性能研究

要 在固定水灰比为0.35条件下,分别研究了聚酯纤维、聚合物丁苯乳液单掺与复掺时对水泥混凝土抗压抗折强度、折压比的影响.结果表明:单掺聚酯纤维在一定掺量下可以不同程度地提高水泥砂浆的抗压抗折强度,折压比随着聚酯纤维含量的增加呈先减小后增加的趋势;单掺聚合物乳液降低了水泥砂浆的抗压强度,而折压比则随聚合物乳液掺量增加呈现逐步变大的趋势;聚酯纤维与聚合物乳液复掺时,聚合物乳液的掺入使聚酯纤维混凝土的抗压强度出现小幅降低,增强了其抗折强度,提高了其折压比,当纤维体积掺量为0.1％、聚灰比为15％时,聚酯纤维聚合物水泥混凝土的柔性最大;纤维-聚合物复掺能够使其性能得到进一步改善,效果优于两者的单掺效果.并通过扫描电镜探讨了聚酯纤维与聚合物乳液在水泥砂浆中的作用机理,表明两者复掺有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度.     

玄武岩/聚丙烯纤维水泥砂浆的力学性能与抗裂性

研究了玄武岩纤维、聚丙烯纤维单独和混杂掺加对水泥砂浆工作性、力学性能和抗裂性的影响.结果表明,在掺率为0.075%～0.20%(体积分数)的范围内,单独掺加玄武岩纤维和聚丙烯纤维均可以不同程度地提高水泥砂浆的抗折强度和早期抗压强度,而对28d抗压强度均有不利影响;在体积掺率相同的情况下,掺加玄武岩纤维的砂浆比掺加聚丙烯纤维的砂浆具有更好的力学性能;玄武岩纤维与聚丙烯纤维以适当比例混杂掺加时,可以得到较掺加单一种类纤维更好的效果;混杂纤维可以有效地改善水泥砂浆的韧性,提高水泥砂浆的抗裂性能.     

碳纤维增强α-TCP/TTCP骨水泥的研究

制备了经过氧化处理的碳纤维增强磷酸钙骨水泥(α—tricalcium phosphate cement／tetracalcium phosphate，α—TCP／TTCP)，初步探讨了碳纤维长径比、含量对硬化体抗压、抗折强度的影响．实验结果表明长径比为375，添加量为0．3wt％时，增强效果最为理想，抗压强度提高了55％(最大为63．46MPa)，抗折强度提高近100％(最大为11．95MPa)，而掺入量太大及长径比太高，碳纤维因不能均匀分散将限制其性能的发挥．生物学评价实验结果表明碳纤维增强的骨水泥具有良好的生物相容性。     

膨胀炭纤维增强柔性石墨复合材料力学性能研究

本工作制备了膨胀炭纤维增强柔性石墨复合材料。研究和比较了短切纤维的种类、含量对复合材料力学性能的影响。利用SEM等分析测试手段研究了膨胀炭纤维和柔性石墨基体的界面状况，并探讨了复合材料的断裂机理。结果表明，高温膨化处理后，膨胀炭纤维的表面形貌发生显著改变，膨胀炭纤维作为增强体参与膨胀石墨解理面的相互锁合，复合材料具有较高的抗拉强度。     

碳化对玻璃纤维增强氯氧镁水泥性能的影响规律及其机理

利用快速碳化试验方法,测定了普通和改性玻璃纤维增强氯氧镁水泥(GRMC)在碳化前后的弯曲应力-挠度曲线,运用XRD分析其碳化产物组成,用SEM观察其显微结构特征与玻璃纤维的腐蚀状况。结果表明:在快速碳化28d后,普通GRMC的水化产物5Mg(OH)2.MgCl2.8H2O(简称5.1.8)碳化为Mg(OH)2.MgCl2.2MgCO3.6H2O(简称1.1.2.6),Mg(OH)2碳化为MgCO3,碳化后的部分MgCl2溶出和流失导致材料基体孔洞较多,结构松散,从而引起普通GRMC的初裂强度降低,极限挠度变大,极易变形;而改性GRMC的水化产物5.1.8在快速碳化条件下保持基本稳定,微观结构未发生显著变化,显示出较强的抗碳化能力,其初裂强度增大,初裂挠度和极限挠度几乎不降低,不易开裂。此外,碳化作用不会导致玻璃纤维的腐蚀,纤维与水泥基体粘结良好,结构致密。     

机械活化增强多孔磷酸钙骨水泥支架的研究

本研究采用球磨对磷酸钙骨水泥(CPC)起始粉末进行机械活化处理, 以期改善CPC力学性能, 并探讨了其影响机理。采用激光粒度仪、比表面积测量仪和X射线衍射仪(XRD)表征球磨后的CPC粉末(Ball milling CPC, BCPC)。利用发泡法制备多孔BCPC支架, 采用万能力学试验机、XRD和扫描电子显微镜(SEM)表征多孔BCPC支架。结果显示, 球磨后的BCPC粉末平均粒径减小, 比表面积增大, 表观密度、堆积密度及紧密密度减小。BCPC支架孔隙率为(77.98 ± 0.58)%, 抗压强度为(4.11 ± 0.46) MPa, 相比CPC支架的(64.23 ± 2.32)%和(1.99 ± 0.43) MPa有显著提高。SEM结果显示BCPC支架具有数微米和数百微米的两种孔隙结构。XRD结果表明机械活化作用降低了DCPD、α-TCP、CaCO₃和HA的晶粒尺寸和结晶度, 促使DCPD向DCPA转化, 促进了各相磷酸钙盐的水化和HA的沉积, 提高了BCPC支架的力学性能, 为增强CaP基多孔材料的力学性能和扩展其临床应用提供了新途径。     

磷酸镁水泥制备及生物医学应用研究进展

磷酸镁水泥(MPC)是一种凝结硬化快、早期强度高、黏结强度高、干燥收缩小、耐磨、抗冻、生物相容性好的新型胶凝材料,无论在民用、军事建筑还是生物骨修复材料上都有很好的应用前景,因此得到了广泛的关注。主要对MPC的制备、水化产物、机理以及在生物医学领域的应用研究现状进行了综述。     

磷酸钙骨水泥大孔径多孔组织工程支架的制备及其纤维增强

采用粒子溶出造孔法, 用棒状谷氨酸钠晶体作为造孔粒子, 制备磷酸钙骨水泥多孔支架, 研究了造孔粒子含量和多孔支架孔隙率之间的关系, 并加入甲壳素纤维来改善支架材料的力学性能. 结果表明, 支架材料的孔隙率可达(79.8±2.3)%,孔隙直径100～600μm; 复合纤维后支架的强度提高了3～4倍, 断裂应变显著提高, 可作为非承重部位骨缺损修复的骨组织工程支架材料.