Fabrication, Microstructural Characterisation and Mechanical Properties of Glass Compacts Containing Controlled Porosity of Spheroidal Shape

Addition of hollow glass microspheres to a glass powder and densification of the mixture by hot-pressing is shown to be an attractive technique to fabricate porous glass compacts with isolated porosity of controlled shape. The microspheres are deformed in viscous state under the uniaxial pressure during matrix densification, leading to spheroidal pores dispersed in the glass matrix. By changing the hot-pressing parameters, it is possible to manipulate the shape of the pores, i.e., to change their axial ratio. Pore axial ratios between 1 and 0.1 were obtained, with porosity volume fractions of up to 0.35. The mechanical properties of the porous glass compacts (Young's modulus and flexure strength) were determined and the influence of pore content, shape and orientation on the measured property values was discussed. It was observed that pores acted as fracture origins. The fabricated porous materials, containing spheroidal pores of well-defined shape and orientation, are shown to be very useful to test the validity and prediction capability of theoretical models. Other possible application areas of these porous materials with closed, isolated pores are discussed.     

Microstructure and Mechanical Properties of Silicon Nitride Ceramics with Controlled Porosity

Porous silicon nitride ceramic with a porosity from 0–0.3 was fabricated by partial hot-pressing of a powder mixture of α-Si₃N₄ and 5 wt% Yb₂O₃ as sintering additive. Irrespective of the porosity, the samples exhibited almost the same microstructural features including grain size, grain aspect ratio, and pore size. Porosity dependences of Young's modulus, flexural strength, and fracture toughness ( K _{I C} ) were investigated. All these properties decreased with increasing porosity. However, because of the fibrous microstructure, the decreases of flexural strength and fracture toughness were moderate compared with the much greater decrease of Young's modulus. Thus, the strain tolerance (fracture strength/Young's modulus) increased with increasing porosity. The critical energy release rate also increased slightly with an increasing volume fraction of porosity to 0.166 and remained at the same level with that of the dense sample when the porosity was 0.233. They decreased as porosity increased further.     

玻璃微珠增强改性聚酰胺66的力学性能研究

采用熔融共混挤出的方法,制备了不同添加量的微米玻璃微珠（GB）填充聚酰胺66的复合材料,考察了玻璃微珠对聚酰胺66的力学性能及结晶特性的影响。结果表明,GB的加入改善了材料的结晶性能。当GB的添加质量分数小于4％时,复合材料的冲击强度与聚酰胺66相当,而硬度、拉伸强度大幅提高,其中GB含量2％时材料的综合性能较好。     

数值模拟在研究高分子材料结构与性能方面的应用

介绍了高分子材料结构与性能方面计算机数值模拟的种类、常用方法、研究的主要方向、趋势、涉及的材料等。在简略介绍对高分子材料结构的分子模拟方法的同时,重点介绍了在高分子材料宏观性能计算机模拟中,有限元方法应用的主要领域及其有关问题。并以高分子共混物中添加相粒子的不同分布状态下组元模型的选取以及建立为例,介绍了采用有限元方法研究高分子材料的相关性质时如何初步建立与实际较为相符的模型。     

玻璃纤维/嵌段共聚聚酰亚胺复合材料力学性能的研究

采用热塑性聚酰亚胺膜熔渗法,制备了单向玻璃纤维/嵌段共聚聚酰亚胺膜层压复合材料,考察了嵌段共聚聚酰亚胺的理论分子量、嵌段比(由BPDA段含量表示)对复合材料力学性能的影响。结果表明,分子量和嵌段比能显著影响嵌段共聚聚酰亚胺的分子链柔性,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度和冲击强度均随理论分子量的增大或刚性段含量的增加呈现出先增加后降低的趋势,最大弯曲强度、最大弯曲模量、最大层间剪切强度和最大冲击强度分别达到1224.52MPa、31.82GPa、70.56MPa和447.55kJ/m2。     

基体性质对GMT-PP复合材料力学性能的影响

研究了基体树脂的性质及基体配方中炭黑、结晶成核剂、接枝极性基团的功能化聚丙烯（ＰＰ）等对玻璃纤维毡增强ＰＰ复合材料力学性能的影响。结果表明：提高基体树脂熔体的流动性,有利于复合体系的浸渍过程;复合材料的弯曲强度及模量随基体树脂强度及模量的增大而提高;采用韧性较好的ＰＰ或ＰＰ增韧体系作为基体,可获得抗冲性能较好的复合材料;随着炭黑加入,复合体系的弯曲及冲击强度有所下降;结局成核剂的加入,可改善复合体     

无铅铋玻璃的制备及性能研究

采用熔融急冷法制备了含有Bi2O2的低熔点硼硅酸盐玻璃,确定了成玻性能、转变温度(T)和热膨胀系数,通过XRD、DTA及热膨胀仪确定了该系统易熔封接玻璃的玻璃化范围,以及玻璃的转变温度和玻璃的热膨胀系数与玻璃组成的关系.     

玻璃纤维增强聚丙烯的力学性能研究

研究了玻璃纤维(GF)和马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)对聚丙烯力学性能的影响。结果表明:随着GF与PP的质量比增加,玻璃纤维增强聚丙烯的拉伸强度增加,冲击强度总体呈下降趋势。当PP与GF的质量比为55∶45时,拉伸强度最高,达到45MPa。当PP与GF的质量比一定时,在玻璃纤维增强聚丙烯复合材料中添加增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH),可使其拉伸强度得到很大的提高,但是冲击性能却下降。当PP与GF的质量比为75∶25时,随PP-g-MAH与PP/GF复合材料的质量比增加,其拉伸强度先增大后减小,其冲击性能总体呈下降趋势。当PP-g-MAH,PP和GF的质量比为15∶75∶25时,其综合性能最优,拉伸强度为50.5MPa,冲击强度为4.3kJ/m2。     

硅灰石与连续玻璃纤维毡组合增强聚丙烯的力学性能

采用硅灰石与连续玻璃纤维毡组合增强聚丙烯,研究了硅灰石的含量,玻璃纤维毡的面密度、基体树脂的性质及界面改性等对材料力学性能的影响。结果表明：采用硅灰石与连续玻璃纤维毡组合增强,可提高复合材料的拉伸、弯曲强度及模量,但过高的硅灰石含量,会导致拉伸及弯曲强度下降,材料的力学性能随着所用玻璃纤维毡面密度的增大而显著提高,采用偶联剂对硅灰石进行处理及在基体聚丙烯中添加功能化聚丙烯,可改善界面结合、提高材料性能,随着功能化聚丙烯含量的增加,材料的拉伸、弯曲强度及模量有所提高,但含量过高时,会引起材料冲击强度的下降;组合增强材料的性能与基体树脂本身的力学性能密切相关,同时还受基体树脂熔体流动性的影响。     

ITO镀膜对化学钢化玻璃力学及透过性能的影响研究

锡掺杂氧化铟（InO2-SnO2,ITO）薄膜因具有良好的电学及透过性能而被广泛应用。本文以化学钢化玻璃为基体,采用磁控溅射对玻璃基体进行锡掺杂氧化铟（InO2-SnO2,ITO）薄膜的制备。研究了镀膜工艺对玻璃基体力学及透过性能的影响。研究结果表明：镀膜对玻璃强度有一定影响,随着镀膜温度的升高及时间的延长,玻璃的强度和表面应力逐渐下降。ITO薄膜的制备也对玻璃的透过性能有所影响,从92%降低至85%。虽然镀膜工艺降低了玻璃强度及透过性,但是总体影响不大。镀膜温度小于320℃,镀膜时间为1 h,对玻璃性能的影响比较小。     

玻璃微珠填充LDPE复合物的拉伸力学性质

应用Instron材料试验机,考察了拉伸过程中玻璃微珠填充LDPE复合体系的力学性能。发现弹性模量(E)随着微珠质量百分数(Φ)的增加而增大,两者之间呈非线性关系;拉伸断裂应变则随着Φ的增加而呈非线性减小;微珠直径对试样力学性能的影响不大。此外,经偶联剂处理过的微珠填充体系,其强度略高于未作处理的体系。     

玻璃纤维增强MC尼龙力学性能的研究

用玻璃纤维对MC尼龙复合材料进行改性,研究了玻璃纤维含量及长度对MC尼龙复合材料力学性能的影响。结果表明:玻纤含量50%的MC尼龙同玻纤含量40%的MC尼龙相比,冲击强度、拉伸强度、弯曲强度分别提高29.63%、5.43%,6.47%;MC尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度及冲击强度随玻璃纤维长度的增长而增加,玻纤的长度越长,MC尼龙复合料力学性能提升效果越好;MC尼龙复合材料弯曲强度与玻纤重均长度为正相关关系,随着玻纤重均长度增大而增大。     

相容剂对玻璃纤维增强聚丙烯力学性能和形变的影响

制备了不同相容剂含量的玻璃纤维增强聚丙烯,并对其力学性能和形变进行分析,初步探讨了机理。结果表明,作为相容剂,聚丙烯接枝马来酸酐的用量为1％～3％较合适。     

颗粒斜槽流的实验研究与数值模拟

从实验和理论两个方面对颗粒慢速斜槽流进行了研究。建立颗粒慢速斜槽流的实验装置 ,采用示踪颗粒法测定表面速度 ;通过测量表面速度和流层厚度 ,初步分析了流率及壁面状况对流动的影响。用有限元法对粗糙表面上的慢速斜槽流进行了数值模拟     

酸处理及有机涂层对玻璃力学性能的影响

采用氢氟酸基溶液对玻璃进行腐蚀,研究酸腐蚀对玻璃强度的影响。对新鲜玻璃表面施加有机涂层,研究了玻璃表面的微观结构及力学性能。结果表明,酸腐蚀可以提高玻璃的强度,处理10 min后强度达到最大,但是强度稳定性差,表面易受损伤,在酸处理后的表面施加有机涂层可以极大提高玻璃的强度。其增强机制是,涂层填充了玻璃裂纹空隙,起到治愈损伤的效果,同时泊松抑制效应也对玻璃强度的增加起了作用。与物理钢化及化学钢化相比,这种综合增强方法明显提高了玻璃的力学性能,同时降低了成本。     

细观结构参量对共混物银纹化倾向影响的数值模拟

银纹化、剪切屈服、空穴化是现今被广为接受的橡胶增韧塑料共混体系韧性得以增加的主要原因。进行了分散相颗粒形状较规则的单相连续两相共混物细观结构参量对共混物银纹的产生和发展影响的研究。借助有限元方法系统模拟了共混体系橡胶粒子的分布形式、添加比例、粒子尺寸、两相间界面层性能、粒子形状等细观结构参量的改变对共混物银纹化的影响规律。其规律可以加深对银纹化这一重要的共混物增韧机理的了解,并对改善共混物的细观结构形式,以期设计出有较好增韧效果的高聚物材料有一定指导意义。     

手机面板用蓝宝石玻璃性质与制备

蓝宝石具有硬度高、耐磨性、化学稳定性和耐热性好等特点,手机制造企业将蓝宝石用于代替玻璃作手机面板的覆盖材料。本文阐述了蓝宝石的结构、性质和大尺寸蓝宝石的制造方法,指出热交換法可以制备Φ380 mm的蓝宝石,冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)也是一种有特色的制备方法。最后提出由蓝宝石和玻璃组成叠层材料,上层用耐磨的蓝宝石,下层为玻璃,可以节约成本,这将是手机面板发展的方向。     

废弃木粉与短切玻璃纤维组合增强聚丙烯的力学性能

用废弃木粉与短切玻璃纤维作为增强材料，制得了组合增强的聚丙烯复合材料，研究了制备工艺及设备、材料配方及界面改性方法等对材料力学性能的影响。结果表明，用单螺杆挤出机制备组合增强材料，可减少对玻璃纤维的损伤，保持较长的玻璃纤维，有利于其增强作用的发挥；随着玻璃纤维含量的增加，体系的力学性能提高，而木粉含量对材料力学性能的影响与玻璃纤维的含量相关；采用硅烷偶联剂对木粉进行表面处理，在基体中添加接枝极性基团的改性聚丙烯，可改善体系的界面结合，提高力学性能。     

Mechanical Properties and Microstructure of Whisker-Reinforced Alumina–30 vol% Glass Matrix Composite

High-density whisker-reinforced composites of an alumina-30 vol% glass matrix material were produced by hot-pressing in the temperature range 1350° to 1400°C in air. Significant improvement was observed in the strength of composites containing 15 vol% SiC whiskers, up to ∼550 MPa, but with only a small effect on the fracture toughness. In composites containing Si₃N₄ whiskers, no reinforcement was achieved. Transmission electron microscopy showed the formation of a protective layer of amorphous silica on the SiC whiskers, while the Si₃N₄ whiskers were found to react with the matrix. The mechanical properties were related to the microstructure and the density of the samples.