纳米ZnO／环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能

在超声波作用下，利用偶联剂将ZnO纳米微粒同环氧树脂进行复合，制备了纳米ZnO／环氧树脂复合材料，用M-2000型摩擦磨损试验机评价了复合材料在干摩擦条件下同不锈钢对摩时的摩擦学性能，测定了复合材料的力学性能，并用正电子湮没寿命技术(PALT)分析了试样的微观结构．结果表明：纳米ZnO／环氧树脂复合材料的耐磨性优于环氧树脂；当纳米ZnO的质量分数为10％时，复合材料的磨损率最小，仅为环氧树脂的15％，且摩擦系数也有所降低；摩擦后复合材料试样的自由体积孔穴尺寸有所增大，而且随着ZnO含量的增加，自由体积孔穴尺寸呈增大趋势．     

二氧化硅纳米颗粒对碳纤维与环氧树脂基体粘合强度的增强

纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素。本文采用横向纤维柬拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度。平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体（由 Hanse ChemieAG提供），可以达到很高的含量，同时保持较为理想的分散状态。实验结果表明，二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应。当纳米颗粒含量为14v01．％时，横向纤维柬拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104％。通过对横向纤维柬拉伸样品断裂面的扫描电镜观察，以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量，可以发现横向纤维柬拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性。由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因。     

二氧化硅纳米颗粒对碳纤维与环氧树脂基体粘合强度的增强

纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素.本文采用横向纤维束拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度.平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体(由Hanse Chemie AG提供),可以达到很高的含量,同时保持较为理想的分散状态.实验结果表明,二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应.当纳米颗粒含量为14 vol.%时,横向纤维束拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104%.通过对横向纤维束拉伸样品断裂面的扫描电镜观察,以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量,可以发现横向纤维束拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性.由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因.     

梯度纳米结构金属力学性能、变形机理和多尺度计算研究进展

近年来,梯度纳米结构金属因其优越的力学性能和独特的塑性变形机理受到广泛关注,已成为材料与力学学科的热点和前沿.论文首先介绍梯度纳米结构金属的强度、塑性、加工硬化和抗疲劳等核心力学性能,以及晶粒长大、塑性应变梯度和几何必需位错等塑性变形机理及其力学研究.其次介绍梯度纳米结构金属的多尺度计算与模拟研究.最后讨论梯度纳米结构金属研究领域存在的挑战.     

漂珠颗粒材料静动态力学性能与破碎机理研究

为考察脆性空心颗粒材料冲击载荷下的力学特性,以具有不同粒径分布的粉煤灰漂珠为研究对象,对其静动态力学性能进行实验研究。通过限制颗粒材料压缩应变为50%,分析颗粒破碎率和破碎机理与材料宏观应变率效应的关系。结果表明:（1）不同粒径的漂珠颗粒材料在动态压缩下较准静态压缩下颗粒材料的强度均有明显的增强,在0.001和150 s?1大小颗粒的强度分别提高200%和195%,在150和300 s?1大小颗粒的强度分别提高39%和51.5%,在300和800 s?1大小颗粒的强度并未发生明显的变化;（2）在相同加载速度下粒径较小的颗粒比大粒径颗粒的强度和吸能效果分别提高35%～40%和35%～48%;（3）对破碎后颗粒粒径分布曲线分析可知,随着加载速度的增加,大小颗粒的破碎率和破碎程度都会增大,且在相同加载速度下大颗粒的破碎率较小颗粒的破碎率高;（4）Hardin破碎势分析表明,单位输入能量下颗粒的相对破碎势随冲击速度增大而减小,动态冲击下用于颗粒破碎的能量利用率降低,从而导致材料在相同压缩量下产生更高的能量耗散和应力水平,即表现为宏观的应变率效应。     

纳米及微米颗粒改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纯玻璃纤维织物以及辐照聚四氟乙烯(PTFE)粉末、MoS2粉末、纳米TiO2和纳米CaCO3填充改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明，辐照PTFE粉末和纳米TiO2可以明显提高玻璃纤维织物复合材料的减摩抗磨性能，且辐照PTFE粉末的减摩抗磨效果明显优于纳米TiO2；当PTFE的质量分数为10％时，PTFE改性玻璃纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最好．MoS2和纳米CaCO3则使得玻璃纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率明显增大，其中纳米CaCO3填充玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最差。     

环境断裂机理研究(1994～1996年工作总结)

环境断裂机理研究（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题１．发现ＴｉＡｌ存在所谓阴极腐蚀现象,在酸溶液中它和形成氢化物有关,在中性和碱性溶液中它和Ａｌ的选择溶解有关（中国科学,１９９４,１０...      

基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究

与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有"诱导"作用,并从化学成键、体系能量和应力分布三个角度对其机理进行了阐释;此外,进一步研究了拉伸应力$\!$-$\!$-$\!$应变曲线、极限强度、极限应变等力学性能与含氧官能团覆盖度间的关系,结果表明,极限强度、极限应变均随含氧官能团覆盖度的增大而呈减小趋势.分析认为,主要原因是官能团的出现对石墨烯面内的sp$^{2}$杂化形式造成了破坏,进而使得原子间键合能弱化,随着含氧官能团的覆盖度的增大,被弱化的键合能的数量和程度将越大,从而使得GO的极限强度、极限应变等越低. 研究结果可为GO的基础研究和工程应用提供参考.      

断裂控制爆破开采石材机理的研究

本文通过不耦合装药爆炸后形成的动应力场和准静态应力场的理论及有限单元法计算,对断裂控制爆破开采石材的机理进行了分析研究,并做了实验验证。结果表明:当选用合适的炸药并采用一定形式的不耦合装药时,炸药爆炸形成的冲击波对周围岩石不发生破坏,同时依靠炸药爆炸后形成的准静态高压气体,可使岩石沿孔间连线方向形成整齐的断裂面,运用这种机理可成功地在开采石材中归纳总结出爆破参数,推动我国石材工业的发展。     

微米/纳米尺度的材料力学性能测试

针对如何定量测定纳米、微米尺度及低维材料的力学性能,叙述了采用当今先进观测手段,结合设备特点和力学分析技术来评价材料的硬度、弹性模量、屈服应力、抗蠕变及抗疲劳性等力学性能的测试方法．     

空心玻璃微珠及玻璃纤维混合填充环氧树脂力学性能实验研究

制备了一种空心玻璃微珠质量比、四种玻璃纤维质量比的空心玻璃微珠及玻璃纤维混合填充环氧树脂复合泡沫材料。通过一系列准静态压缩、拉伸实验,研究了玻璃纤维填充量对复合材料的密度、强度、弹性模量等性能的影响,并分析了其影响原因。通过三点弯曲实验,研究了复合材料弯曲弹性模量、弯曲强度等力学性能与玻璃纤维填充量的关系。通过拉伸断口SEM照片分析了玻璃纤维增强复合材料力学性能的原因。研究表明:随着玻璃纤维填充量增加,复合材料的拉伸和弯曲强度、压缩屈服极限及弹性模量等力学性能都有较大的提高,且仍然保持了较好的弹性性能和塑性特征。     

环氧树脂表面金属离子注入改性层的摩擦学性能研究

以 3种剂量 (2× 10 1 5 ions/cm2 、1× 10 1 6 ions/cm2 及 1× 10 1 7ions/cm2 )分别对环氧树脂进行 Al、Ti和 Fe离子注入处理 ,采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了注入改性层的摩擦学性能 ,采用傅立叶变换红外光谱仪分析离子注入前后环氧树脂表面基团及其键合方式 .结果表明 :3种金属离子注入处理后环氧树脂的耐磨性均显著提高 ,摩擦系数降低 ;其中 Al离子注入处理的摩擦学改性效果最好 ;对应于环氧树脂最小磨损体积损失的不同金属离子的注入剂量亦不同 .红外光谱分析结果表明 :经 Al离子注入后 ,环氧树脂表面保持微量的吸附水 ;同时其表面发生了脱氢及氧化等作用 ,形成了新的化学基团 ,且其立体网状交联程度提高 ,这使得离子注入处理后环氧树脂的减摩耐磨性能得以明显改善 .     

海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究

环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.     

铝箔力学性能的实验研究

铝箔已被广泛应用于电子工业,现又被用作锂电池正极集流体,因而对于铝箔的力学性能要求也在不断提高。通过表征和研究铝箔的力学性能(弹性模量、屈服强度、断裂强度等),能够为铝箔相关技术的可靠性研究提供必要的数据支持和理论指导,从而使铝箔得到合理和可靠的使用。本文运用微拉伸、纳米压痕和动态力学分析(DMA)实验,分别研究了不同厚度的H18态和O态铝箔的力学性能。结果表明两者的弹性模量均约为30GPa,仅为块材的一半;H18态铝箔材料的断裂强度要明显强于块材,而O态铝箔材料的断裂强度则明显小于块材;此外,H18态铝箔材料的屈服强度明显大于块材,O态铝箔材料的屈服强度与块材相仿。并且,随着厚度的增加,H18态铝箔材料的延伸率显著增大,但是仍远小于块材。通过扫描电子显微镜(SEM)对铝箔材料断裂形貌进行微观分析,发现铝箔的拉伸断裂方式为脆性断裂。     

三维四向碳／环氧编织复合材料剪切力学性能实验研究

讨论了编织复合材料剪切力学性能研究的实验方法,研制并分析了用于剪切力学性能研究的夹具,通过实验得到了不同编织角的三维四向碳／环氧编织复合材料剪切弹性模量的实验数据     

Dynamic Fracture Properties of Titanium Alloys

Fatigue precracked specimens of three titanium alloys (6Al-4V, ELI, and Timetal 5111) were dynamically loaded in a drop weight tower system while the dynamic fracture toughness was inferred using Coherent Gradient Sensing, crack opening displacement, or strain gage methods. A comparison of the initiation toughness of the three materials as a function of loading rate and specimen thickness is made.     

纺织结构复合材料力学性能的实验研究

本文通过实验测定了三维编织结构复合材料侧边未切割、受切割和中央钻孔试件的拉伸性能，对比了受切割和未切割纤维对于试件侧边拉伸应变的影响，并且讨论了拉伸失效的机理和原因．发现受切割和钻孔试件的拉伸性能低于未加工试件的性能，受切割侧边的拉伸应变高于未切割侧边的拉伸应变，三维编织结构复合材料的拉伸失效主要由纤维断裂引起的．文中还对三维编织结构复合材料的孔边应力集中现象进行了研究，并进行了深入分析，得到一个重要结论，即四步法复合材料的孔边应力集中系数比传统层板复合材料和金属材料的低．从这个意义上说，三维编织结构复合材料适合于作为含孔结构的连接件．     

剪切增稠液的力学性能与机理

剪切增稠液(shear thickening fluids,STFs)是一种新型功能材料,论文对其最新进展进行综述和评价.首先介绍了高性能STF的研制,分析了STF在不同外加载荷下的力学行为;然后从实验和理论等方面讨论了STF机理的研究现状;最后对STF的实际应用进行了总结,并对STF的发展前景进行了展望.     

多巴胺改性UHMWPE粉末对环氧涂层韧性及摩擦性能的影响

利用多巴胺氧化自聚合性质改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末惰性表面,制备得到改性粉末,并添加于环氧树脂中制备成耐磨环氧涂层,同时与添加未改性UHMWPE粉末的环氧涂层对比.采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)表征改性粉末表面形貌和化学元素状态,利用摩擦磨损试验机测试环氧涂层表面的摩擦系数和磨损率.结果表明:改性粉末表面黏附1层含极性基团的聚多巴胺,能够与环氧树脂发生反应而固化在涂层中,相容性增强.改性粉末表面O,C元素相对含量比较O/C和N/C值随改性时间延长而增大,在5 h时趋于稳定.当改性粉末添加量从6.7%增至20%时,环氧涂层的抗冲击性能增强,摩擦系数和磨损率随之降低,改善了涂层的摩擦学性能,而且效果优于添加未改性粉末的涂层.