ZnMnCr-LDHs的制备及其对磷酸盐吸附性能研究

以三乙醇胺为碱源,通过水热法制备了三元金属元素ZnMnCr-LDHs纳米材料,用于磷酸盐的吸附;通过使用多种表征仪器,证明纳米材料的成功制备。吸附动力学和吸附热力学结果表明,ZnMnCr-LDHs纳米材料吸附磷酸盐符合准二级动力学模型,化学吸附在吸附过程中占主导,为自发的吸热反应。考察各种条件下的吸附能力,在25℃、初始pH的条件下,向20 mL(100 mg/L)磷酸盐溶液中投加15 mg的ZnMnCr-LDHs纳米材料,对磷酸盐的去除率分别可达99.5%、99.5%、99.2%;对磷酸盐最大吸附量分别为715.2、714.8、714.7 mg/g;经过5次循环利用后,ZnMnCr-LDHs纳米材料对磷酸盐的吸附率分别为81.8%、76.4%、76.1%,循环性能较好。     

污泥活性炭的制备及其吸附水中亚甲基蓝的性能研究

以污水处理厂废弃污泥为原料,采用ZnCl₂活化法制备污泥活性炭。污泥活性炭的制备条件为：固液比为1∶1,活化时间为40 min,活化温度为550℃。制备的污泥活性炭孔隙结构发达,形状多呈管状,排列较有序,以中孔为主。在pH为11、活性炭投加量为5 g/L、吸附时间150 min时,亚甲基蓝的去除率可达99.19%。吸附准二级动力学方程和Langmuir等温方程较好地拟合了污泥活性炭吸附亚甲基蓝的过程。经过3次回收利用,污泥活性炭对亚甲基蓝的去除率仍可达到72.4%。     

预制体结构对炭/炭复合材料氧化行为的影响

以短纤维树脂模压、炭布叠层和针刺毡为预制体,采用CVD方法制备了3种C/C复合材料,并研究了其氧化行为,计算了氧化反应动力学数据。结果表明在氧化失重率小于60％时,其氧化失重率与氧化时间呈线性关系,而且3种样品在700℃前后具有不同的表观活化能,由此导致不同的控制机制:700℃以下为动力学控制区,700℃以上为扩散控制区。C/C复合材料的氧化速率与预制体结构有关,这主要是因为不同的预制体结构导致形成了不同的热解炭组织,比较起来炭布/CVD炭复合材料的抗氧化性能最差,短纤维树脂模压/CVD和针刺毡/CVD炭复合材料具有较好的抗氧化性能。3种材料的氧化过程基本一致,都是首先从材料内空隙缺陷处开始氧化,伴随着炭纤维和基体炭同时氧化,炭纤维变得越来越细,最后基体炭只剩下很薄的一层,有的基体炭甚至已经氧化脱落而只剩下炭纤维裸露着,或者在炭纤维周围分布着极不均匀的多孔状热解炭。     

酸处理对纤维表面偶联剂吸附量的影响

对玄武岩纤维表面进行酸刻蚀处理并浸泡铝锆偶联剂溶液,探讨酸浓度、酸处理时间和偶联剂浓度对玄武岩纤维表面偶联剂吸附量的影响.通过FTIR和XPS分别定性和定量地分析纤维表面官能团及C、O、Si、Zr元素的变化来表征纤维表面偶联剂的吸附量.结果表明:三因素对纤维表面偶联剂吸附量的影响程度由大到小依次为酸浓度、偶联剂浓度和酸处理时间.随着酸浓度升高,纤维表面偶联剂吸附量呈现出先减小后增大的趋势;酸处理时间延长和偶联剂浓度增大,纤维表面偶联剂的吸附量呈现逐渐增大的趋势.当酸浓度为3 mol/L、处理1.5h、偶联剂浓度为3wt％时,偶联剂在玄武岩纤维表面的吸附量最大.     

三维编织碳/酚醛复合材料高温热响应的数值计算

为了准确掌握高温条件下防热复合材料的热响应行为,对基体和纤维束分开建模,利用能量和质量守恒方程,并考虑热解过程中酚醛基体密度和材料热属性的变化,计算高温条件下三维编织碳/酚醛复合材料的热响应行为,预测复合材料温度场和热解度的分布规律,并给出质量损失率、炭层生成位置以及厚度的变化情况。结果表明:加热过程中,三维编织碳/酚醛复合材料的温度分布极不均匀,在加热面上基体温度明显高于纤维束温度,而在材料内部竖向纤维束温度反而高于基体温度;加热开始时炭层没有立刻产生,而是需要一段时间的过渡,在此过渡时间内炭层平均厚度为0。     

ZrB2/C复合材料抗烧蚀性能及微观结构的研究

采用热压法制备ZrB2／C复合材料，利用氧乙炔火焰烧蚀法测试材料的质量烧蚀率和线烧蚀率，采用扫描电镜和X射线衍射分析材料的微观结构及物相变化。研究结果表明：和相同工艺制备的纯石墨材料相比，ZrB2的引入降低了炭材料的质量和线烧蚀率，ZrB2的加入量越大，烧蚀率降低幅度越大，ZrB2引入明显提高了炭材料的抗烧蚀性能；通过微观结构分析，探讨了ZrB2形态和含量对复合材料抗烧蚀性能影响的机理，研究结果展示了此材料作为高温烧蚀材料的良好应用前景。     

C/C复合材料微波水热浸渍H_3PO_4改性研究

以磷酸为填充液与改性剂,采用微波水热法对碳/碳(C/C)复合材料进行了抗氧化改性。主要研究了微波水热反应温度、时间对改性C/C复合材料的结构及抗氧化性能的影响。研究结果表明:浸渍磷酸后材料抗氧化性能得到明显改善,微波水热改性是提高C/C复合材料抗氧化性能的一种有效途径;复合材料的抗氧化性能在120~210℃的水热改性范围内随着温度的升高而提高;经4h水热处理后材料的抗氧化性能达最佳;在210℃/4h微波水热处理后的C/C复合材料在700℃的空气气氛中氧化10h后的质量损失为9.47%,相对未改性的C/C复合材料抗氧化效果明显增加。     

最终热处理对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响

对同一种炭/炭复合材料,经过不同温度最终热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明:随着最终热处理温度的提高,易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强,而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化;炭/炭复合材料的晶粒逐渐长大,层面间距缩小,石墨化度有较大提高;平行纤维方向的导热系数和垂直纤维方向的导热系数均有上升。另外,试验表明:随着热处理温度的提高,炭/炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜,摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态,磨损量下降明显。在1800℃热处理的材料的失重主要是由于氧化造成的,说明1800℃的热处理温度过低,对炭/炭复合材料的各项性能无影响。     

芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料的吸湿应力分析

利用Ansys有限元软件,采用纤维随机分布模型,对在环境温度t=80℃、相对湿度RH=90%条件下的芳纶纤维/环氧树脂复合材料吸湿后的水分分布进行了模拟计算,计算结果与从材料吸湿实验中所得到的结果基本一致。根据模拟计算得到的水分浓度场对复合材料内部的吸湿应力进行了研究。结果表明:有限元方法可以比较准确地模拟复合材料在湿热环境下的水分吸收过程;复合材料内的水分浓度随老化时间延长而增大,吸湿应力也随之升高,在纤维和基体界面处的应力最大,可达50 MPa以上。     

长尾喷管传热及烧蚀特性研究

针对长尾喷管的热防护问题,本文采用实验和数值仿真结合的方法,研究了采用SQ-2推进剂固体火箭发动机复合结构长尾喷管的传热以及烧蚀特性。仿真程序采用基于格心的有限体积法,对流体域求解Navier-Stokes方程,对固体域求解热传导方程,湍流模型采用k-ω SST模型,通过保证热流密度大小相等、温度连续的方法实现耦合传热计算;在以上仿真计算方法的基础上建立了基于热解动力学的变热物性模型描述碳/酚醛材料的体积烧蚀,并采用简化的异相反应模型对喷管热化学烧蚀量进行计算。结果表明在收敛段和等直段区域压强变化较小,炭化层厚度和烧蚀量与温度分布相似, 并在距离等直段入口约1.6mm位置达到极小值。碳/酚醛材料炭化速率随时间减小,烧蚀速率随时间增长趋于稳定,而喉衬区域C/C复合材料烧蚀速率随时间增加。     

PTFE/SGM复合材料熔融结晶行为的研究

采用差示扫描量热法(DSC)研究了实心玻璃微珠(Solid Glass Microsplaere)含量对聚四氟乙烯/实心玻璃微珠(PTFE/SGM)复合材料熔融结晶行为的影响,并通过Jeziomy法研究了该复合材料的非等温结晶动力学.结果表明:当SGM含量为15%时,PTFE/SGM复合材料的结晶度达到极大值;SGM对PTFE有异相成核作用,提高了PTFE的结晶速率;SGM含量对PTFE/SGM复合材料的结晶温度没有规律性影响;Jeziorny法可以用于分析PTFE/SGM复合材料的非等温结晶动力学过程;PTFE采取多种结晶机理进行阶段性结晶,而且SGM含量的变化不会改变PTFE的结晶机理.     

C/C复合材料密度的CT定量无损检测技术

讨论了利用水模试样和石墨试样标定CT检测过程中影响CT值的因素(系统噪声、产品尺寸、检测参数、摆放位置等)对CT值的影响,然后利用C/C复合材料试样建立CT值和材料密度的拟合曲线和拟合公式.结果表明系统噪声、产品尺寸、检测参数、摆放位置等对CT值的影响很小,C/C复合材料织物和复合物CT值和材料密度的拟合公式分别为P=(T+793)/659和P=(T+100)/860,说明利用CT值可以对C/C复合材料的密度进行定量定义.     

防热材料热解与氧化性能试验技术研究

介绍了利用Arrhenius方程开展材料烧蚀热解性能动力学特性的基本原理，试验测试方法。并通过对炭酚醛材料烧蚀动力学参数的高频等离子体风洞试验研究，验证了采用时间历程积分在试验结果处理中的可靠性，在此基础上采用平板试验技术获得炭酚醛材料在600～1200K温度范围内的表面质量烧蚀率动力学方程，并将该方程所预测的结果与采用驻点烧蚀技术所获得的结果进行比较。结果显示：二者最大误差不超过5％，通过理论初步分析了二者之间存在差异的主要原因，并在试验比较分析的基础上，采用最大误差限理论分析了试验结果的可靠性。     

喷射成形TiCp/ZA35复合材料热挤压工艺的ANN优化和组织研究

采用人工神经网络(ANN)的方法，研究挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率对喷射成形TiC_p/ZA35复合材料力学性能的影响，建立了TiC_p/ZA35复合材料热挤压的人工神经网络模型。模型的输入参数为挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率，输出参数为复合材料的抗拉强度。该模型可以仿真TiC_p/ZA35复合材料在不同热挤压工艺参数下的力学性能，也可以优化热挤压工艺参数，模型结果与实验结果误差小于1.8%，拟合率为0.986。推荐热挤压工艺优化参数为：挤压比22，挤压比压415 MPa，挤压温度315℃，挤压速率8 mm·s^-1，此工艺条件下复合材料的抗拉强度为486.7 MPa。热挤压间接对复合材料进行了时效处理，材料晶内析出晶须状和颗粒状的MnAl6强化相。弥散强化和位错强化作用使热挤压喷射沉积TiCp/ZA35复合材料较未挤压复合材料抗拉强度提高38.3%。     

复合材料层板固化全过程残余应变/应力的数值模拟

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应变/应力进行数值模拟计算。在固化过程的模拟中,应用有限元法计算复合材料层板热-化学模型,有限差分法计算固化动力学模型,通过设置较小的时间步实现求解两个模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中,化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术,对带有铝合金的复合材料层板固化全过程残余应变/应力演化进行数值模拟,并分析纤维方向和垂直纤维方向复合材料的残余应变/应力演化历程。通过与试验中层板曲率的比较,验证文中模型计算的准确性。     

复合材料的边界吸湿模型

在研究复合材料层合板的吸湿和退湿过程中，常常采用菲克定理来描述水分在层合板中的扩散过程中，根据层合板表面浓度逼近平衡浓度的不同响应，提出了三类不同的边界条件模型来模拟复合材料层合板在不同环境介质下的水分扩散过程，并给出了计算吸湿量的解析解和有限差分数值计算方法。     

RTM成型聚酰亚胺复合材料的热氧老化特性

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了U-3160碳纤维增强HT-350RTM聚酰亚胺树脂基复合材料(U-3160/HT-350RTM),研究了不同老化温度、老化时间下U-3160/HT-350RTM复合材料的失重率的变化规律,建立聚酰亚胺复合材料老化失效特征与老化时间/老化温度的关系,并通过微观形貌分析阐述了其在热氧老化过程中的失效机理。结果表明:在一定温度下复合材料的失重率变化符合三次多项式的变化规律,复合材料的老化在材料近表面尤为明显,由于氧分子作用,聚酰亚胺树脂发生降解导致孔隙率增加,因此温度越高、老化时间越长老化加速现象越明显。     

模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响研究

为了研究模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响,面向复合材料零件热压罐固化成形工艺过程,针对复合材料成形模具材料与复合材料零件线胀系数不一致导致复合材料零件热固化变形的问题,研究了模具与复合材料零件相互作用关系,推导了模具对复合材料固化变形的理论模型,利用ABAQUS等仿真软件建立了模具温度场的数值模拟模型,并将模具热变形的模拟数据与复合材料零件变形的试验数据进行了对比分析。结果表明,不同材料模具型面各位置变形值与型面结构特征无关,与型面大小有关;模具材料与复合材料的线胀系数差异越大,复合材料零件变形量越大。     

镁基水反应金属燃料与水反应模型及数值分析

为研究宽广温度范围内镁基水金属燃料/水反应特性,在总结国内外研究成果的基础上,建立了包含镁/水和碳/水两个主要反应的镁基水反应金属燃料/水反应模型,其中镁/水反应在不同温度段分别采用动力学和扩散分段控制,镁/水扩散燃烧模型考虑部分氧化镁在镁液滴表面凝聚;碳/水反应为反应动力学控制,反应动力学模型依据阿仑尼乌斯公式。采用数值分析方法,研究了水燃比和镁含量对燃料/水和镁/水反应特性的影响规律。研究结果表明:燃料/水反应特性的计算结果与实验值相符;在保证一定燃料自持燃烧温度的基础上,提高镁含量,选择合适的水燃比,有利于提高燃料/水的反应特性,促进燃料/水反应快速、充分的进行。     

SiC_P/Al复合材料界面反应动力学研究

用复合铸造法制备的SiC_μ/Al复合材料,加热到一定温度并保温不同时间以改变其界面反应程度,通过确定复合材料中的分含量及其与温度和时间之间的相互关系,对界面反应动力学进行了研究,并导出动力学方程,由此求出反应动力学的参数。