关键词： 生物学性能   多孔支架   选择性激光烧结技术   内凹   定制化   系统生成   力学试验   负泊松比  

摘要： 骨多孔支架可为细胞生长、血液系统生成、多种代谢发生提供场所,在体内可有效传导力学刺激促进成骨。拉胀结构的内凹拓扑结构和负泊松比变形方式使其具有不寻常的生物特性和力学性能,在骨修复中应用具有优势。目的研究拉胀多孔支架结构设计参数对其力学性能与生物学性能的调控规律,为拉胀式骨多孔支架临床应用提供理论依据。材料与方法设计新型结构拉胀多孔支架,采用选择性激光烧结技术对其进行制造。采用力学试验方法对其力学性能进行分析,并建立相应的有限元分析模型与数学解析模型。应用计算流体数值方法分析拉胀多孔支架在载荷作用下的物质传输性能。结果内凹角度可以广泛调节拉胀多孔支架力学性能;力学试验结果与有限元分析结果具有很好的一致性,所建立的理论模型可以很好地表述内凹角度与多孔支架弹性模量、泊松比的关系,可实现拉胀多孔支架力学性能定制化设计;多孔支架的内凹角度有利于内部流体均匀分布;载荷作用下,内凹多孔支架渗透性降低,但壁面剪切力平均值变化明显,这表明其可以更好地实现对细胞的动态刺激。结论通过调控结构内凹角度可实现拉胀多孔支架力学性能与生物学性能的可控设计,可为研发性能定制化骨多孔支架的临床应用奠定基础。

关键词： 植物纤维   聚乳酸   功能型复合材料   阻燃性   耐老化性  

摘要： 天然植物纤维增强聚乳酸复合材料具有天然环保、可生物降解、力学性能较好等特点,已经成为极具发展潜力的“绿色材料”。功能型植物纤维增强聚乳酸复合材料的研发对于提升复合材料附加值、拓宽应用领域具有重要意义。因此,综述了植物纤维增强聚乳酸复合材料在阻燃、耐候、隔音、保温隔热、抗菌、色彩以及抗静电等领域的研究现状和进展,分析了阻燃剂、抗老化剂、保温剂、抗菌剂、颜料以及导电填物等功能型助剂选择、内在功能性机理解析、产业化技术研发以及产品功能多样性等方面存在的问题,并展望了该领域的发展趋势,以期为进一步推动功能型植物纤维增强聚乳酸复合材料的研发提供科学依据。

关键词： 增容   马来酸酐   不饱和聚酯树脂  

摘要： 通过将马来酸酐直接加入到碳酸钙/不饱和聚酯树脂复合材料中,分别利用马来酸酐和不饱和聚酯树脂中的苯乙烯可反应性,以及马来酸酐与碳酸钙颗粒的表面反应,实现界面增容,改善纳米碳酸钙在不饱和聚酯树脂中的分散性;力学性能测试结果表明:当马来酸酐的用量为8phr,纳米碳酸钙用量为10phr时,复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度均达到最大值,分别比复合材料基体提高了47.46%、47.02%和15.01%,实现了不饱和聚酯树脂的同时增韧增强;扫描电镜分析和DCS、DMA分析表明,加入马来酸酐后,不饱和树脂固化度得到提高,纳米碳酸钙在不饱和树脂中的分散性也显著改善,从而实现了树脂基体的同时增韧和增强。

关键词： 聚苯硫醚   氮化硼   氧化铝   复合材料   导热性能  

摘要： 以聚苯硫醚(PPS)为基体,刚玉型Al_(2)O_(3)与少量片状BN为复合导热填料,采用低温高压的模压工艺制备了Al_(2)O_(3)/PPS/BN高导热复合材料。研究了填料粒径及含量、PPS含量对复合材料导热性能和力学性能的影响,并确定了一种高导热Al_(2)O_(3)复合材料的制备工艺。采用扫描电子显微镜、导热测量仪、万能试验机等研究了试样的形貌、导热率及力学性能。结果表明:w(Al_(2)O_(3))为89%,w(BN)为3%,w(PPS)为8%时,复合材料的导热率达5.44 W/(m·K),最高导热率是环氧树脂的21.76倍,且具有优异的力学性能。

关键词： 碳纤维编织网   聚丙烯纤维水泥基复合材料   混凝土短圆柱   轴压试验   承载力计算  

摘要： 通过对14个基于碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固混凝土短圆柱的轴压性能试验,得到各试件的极限承载力和破坏形态,给出了各试件平均压应力-混凝土应变曲线、平均压应力-碳纤维编织网应变曲线及各试件极限承载力柱状图,分析了加固层水泥基复合材料中聚丙烯纤维含量、碳纤维编织网包裹层数及网格大小等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。试验结果表明:采用碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固混凝土短圆柱可明显提高其极限承载力;试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,脆性破坏特征明显;在小掺量情况下,加固层中聚丙烯纤维含量(质量比为0.05%,0.15%,0.25%)的改变对试件承载力的影响不明显;在一定范围内试件承载力随碳纤维编织网包裹层数的增加而提高;相比于边长为2 cm的方网格碳纤维编织网,边长为1 cm的方网格碳纤维编织网对试件承载力的提高效果更好。在引入4个合理的基本假定和2个强度模型的基础上,提出碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固混凝土短圆柱的轴压承载力计算方法。采用该计算方法及相关文献的计算方法得到的理论计算值与试验结果进行比较,表明:采用所建议计算方法得到的理论计算值与试验结果吻合较好,且理论计算值均小于试验值,说明该计算方法具有一定安全储备。

关键词： 环氧树脂   玻璃纤维   薄层织物   预浸料   力学性能   冲击后压缩强度  

摘要： 研制了一种新型中温环氧增韧树脂体系ACTECH■1213,研究其流变性能、固化反应特性及耐热性能。以国产S6级高强玻璃纤维薄层织物为增强材料,通过热熔两步法成功制备了薄层织物预浸料,制备出的预浸料具有良好的工艺性能,显示出该树脂体系与S6级高强玻璃纤维薄层织物有较好的匹配性。采用热压罐法成型工艺制备了复合材料层压板,复合材料层压板固化后单层厚度可达0.048mm。此外,对复合材料层压板的力学性能进行研究,复合材料表现出良好的室温力学性能和冲击后压缩性能,经向拉伸强度达705 MPa,冲击后压缩强度达275 MPa,相比现有中温环氧无碱玻璃纤维薄层织物预浸料复合材料的静强度高出60%以上,成功实现了中温环氧/S6级高强玻璃纤维薄层织物预浸料的国产化研制。

关键词： 声学   声电类比法   传递矩阵法   压电复合材料   梯度分布   吸声系数  

摘要： 目前,压电复合材料在吸声降噪领域应用广泛,但其低频吸声性能并不理想。为解决此问题,以0-3型压电复合材料为研究对象,提出使压电陶瓷体积含量呈梯度分布以提高其低频吸声系数的方法。首先,基于声电类比法和传递矩阵法,推导多梯度分布的理论公式,并通过文献构型对其进行验证;其次,将均匀分布与梯度分布的吸声系数进行比较,发现梯度分布会改变材料的声阻抗,从而改变吸声系数。最后,进行梯度分布压电复合材料数值分析,结果表明,同等条件下,当压电陶瓷体积含量呈梯度递减,且梯度差和第一梯度的厚度增加时,可明显提高低频吸声系数。

关键词： 失效模式   应力-应变行为   有限元分析   FRP部分约束   DIC技术   复合材料  

摘要： 纤维增强聚合物(FRP)部分约束混凝土应用可以提高混凝土的承载力和经济价值。然而,FRP部分约束混凝土在垂直方向上不均匀应变响应还不够深入,应力-应变模型不够准确。本文通过应变片和数字图像相关(DIC)记录对FRP部分约束混凝土进行了轴向压缩试验,并利用ABAQUS有限元建立了包括0/1,1/4,1/3,1/2,2/3,3/4和1/1约束面积比的部分约束混凝土。试验结果表明:DIC和应变片结果分别反应了垂直和水平方向的应变规律,即试件在应变硬化或应变软化响应下均发生了明显的应变局部化;有限元结果能捕捉到试件表面约束力与x,y和z三轴的应变关系,得到了不同约束面积比的FRP部分约束混凝土柱的应力-应变关系,所提出的应力-应变模型能有较高的预测效果。

关键词： MXene   石墨烯   复合材料   薄膜   凝胶   纤维  

摘要： 随着对MXene和石墨烯的研究,发现它们在电学、储能、力学和光学领域等方面都有重要的应用前景。本文综述了当前MXene/石墨烯复合材料的研究进展,重点介绍了MXene/石墨烯复合凝胶、薄膜、纤维的制备,从简单复合到通过引入其他组分来改善MXene和石墨烯所固有的缺点,解决了MXene的弱凝胶化问题、氧化石墨烯机械强度不足、低导电性等问题,从而提高了复合材料的性能,以便能够在实际使用过程中达到最佳性能。同时介绍了复合材料在传感器、可穿戴设备、电磁屏蔽、超级电容器、航空航天以及生物检测器中的应用及未来发展的可行性。最后,对MXene/石墨烯的复合材料未来发展提出展望。

关键词： 工程水泥基复合材料   配合比   单轴拉伸试验   断裂能   延性指数  

摘要： 工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)在工程结构修复加固等领域应用广泛。制备了12组不同配比且不同养护龄期的ECC试件进行单轴拉伸试验,研究了不同砂胶比、水胶比、硅灰掺量、纤维掺量及养护龄期对ECC拉伸性能及耗能特性的影响,优化了ECC的配合比范围。结果表明:ECC的初裂强度和峰值强度在水胶比的一定范围内随水胶比的降低而增加,水胶比的建议区间为0.24~0.30;砂胶比在一定范围内的增加会导致ECC的初裂强度和峰值强度显著提高,砂胶比增加且不超过0.66时断裂能、延性指数(耗能能力)均呈现线性增加,砂胶比的建议区间为0.60~0.66;纤维掺量增加对ECC的断裂能和裂纹扩展有一定提高,但会使强度降低,纤维掺量的建议值为1.6%;适当的硅灰掺量能有效增加抗拉应变能力。