一种改进的CRLP最大许用操作压力设计方法

与传统管线钢管相比,复合材料增强管线钢管(CompositeReinforcedLinePipe,CRLP)具有承压能力高和质量轻等优势,但对其压力设计的研究尚不充分。CSAZ662-2015《油气管道系统》和GB/T35185—2017《石油天然气工业用复合材料增强管线钢管》中最大许用操作压力的设计思路不同,且设计结果差别较大。针对此问题,基于组合薄壁圆筒模型对承压CRLP进行分析,对最大许用操作压力下材料的名义许用应力和真实许用应力进行了区分,进而导出真实许用应力的显式表达形式,并以此作为设计安全裕度的评价指标。分析表明:现有规范和标准中的设计公式均无法保证管线钢和复合材料的真实许用应力为常量,对应两种设计方法,各组分材料的真实许用应力均随CRLP规格差异而发生变化,并且随着试压/预应力处理的历程而改变。基于上述分析和CRLP极限状态下的承载特征,提出一种改进的压力设计方法。新方法优先保证复合材料的真实许用应力为常量,并可由设计系数直接确定;在最大许用操作压力的计算中,考虑了加载历程的影响,物理意义明确。算例表明,其设计安全裕度较现有方法更为合理,对于CRLP压力设计的改进有参考价值。     

白果壳遗态HAP/C复合材料对水中氨氮的吸附

为综合利用农林废弃物，以白果壳为植物模板、羟基磷灰石（HAP）为改性材料，制备了白果壳遗态HAP/C复合材料（PBGC-HAP/C-G），并通过X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和扫描电镜（SEM）等对其进行了表征，同时研究了溶液pH、初始浓度、吸附剂投加量等对其去除水中氨氮的影响。结果表明，PBGC-HAP/C-G是一种大孔材料，孔径主要介于35~200 μm之间。在溶液pH=5时，吸附效果最佳；吸附剂投加量的增加有利于氨氮的去除；粒径大小不是影响吸附效果的主要因素。准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型能很好地描述该吸附过程，吸附过程以化学吸附为主。在氨氮初始浓度为20、50、100 mg·L^-1时，拟合计算得到的理论平衡吸附量分别为0.45、1.10、2.15 mg·g^-1，与实验测定值0.46、1.15、2.18 mg·g^-1相近，可见PBGC-HAP/C-G可用作去除氨氮的吸附剂。     

长链酰胺化纳米纤维素增强聚乳酸复合材料

以纳米纤维素(NCC)为原料,先采用四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化制备氧化纳米纤维素(TONC),再与不同链长脂肪胺在催化剂作用下发生反应,得到脂肪胺改性纳米纤维素,当脂肪胺为十二胺(DOA)、十四胺(TEA)、十六胺(HEA)、十八胺(OCA)时,分别制得DOATONC、TEATONC、HEATONC和OCATONC。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和元素分析表明:脂肪链接枝成功,改性后纳米纤维素的晶形没有发生改变,为原有Ⅰ型晶型;接触角和分散性测试表明:随着脂肪链的增长,改性纳米纤维素表面的亲水性明显下降(接触角由65.8°上升至93.9°),而分散率由25.17%先降至11.97%,再升至71.71%。将1%的改性纳米纤维素添加到聚乳酸(PLA)中制得复合膜,机械性能测试结果表明:随着脂肪链的增长,复合膜的机械性能明显提高,其中PLA/OCATONC复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到40.2 MPa和6.39%。     

废纸回收材料化利用研究进展

简述了国内外废纸回收利用现状,重点阐述了废纸在建筑填料、制备高附加值纤维衍生物以及复合材料等方面的利用研究现状,并针对废纸材料利用过程中存在的高吸水率和弱结合界面等问题提出了相应的解决方法和研究方向。     

真菌菌丝-木屑复合材料的物理力学性能——以灵芝菌、木耳菌为例

以木屑为基质、真菌菌丝为粘结物质,采用无胶胶合方法制备菌丝-木屑生物质复合材料;参照GB/T17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》,测试菌丝-木屑生物质复合材料的抗拉强度、静曲强度、内结合强度;采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR),分析菌丝-木屑生物质复合材料的微观结构、主要化学成分及材料成型机理。结果表明:制备的菌丝-木屑生物质复合材料,是一种新型可降解木质复合材料;灵芝菌丝-木屑材料、木耳菌丝-木屑材料的密度,分别在为0.64~0.70、0.68~0.78 g/cm~3之间;FTIR分析显示,两种菌丝对纤维素、半纤维素、木质素均有一定的降解,灵芝菌丝对木质素的降解程度略大于木耳菌丝;SEM观察显示,以三维网状结构存在于木屑表面及孔隙中,将散碎的木屑有效的粘结成为整体;力学性能测试显示,菌丝的生长情况对材料的力学强度有一定的影响,但是菌丝-木屑生物质复合材料力学性能仅为中密度纤维板的1/4。     

木塑与钢材复合温室骨架设计及力学性能试验

木塑复合材料是近几年发展较快的一种新型材料,具有易加工、密度高、硬度强的特点。为探究木塑在温室建筑上的应用,设计了一种适合温室使用的木塑与钢材复合骨架,并进行力学性能试验。该试验以木塑和钢材为试材,采用拉伸、压缩、人工气候老化及复合骨架应用于温室的方法,研究了其抗拉、抗压强度及其在温室中应用情况,以期能够开发一种在性能和价格上与钢骨架结构材料相媲美的新材料。结果表明:在低温、室温和高温条件下,木塑的抗拉强度分别为28.391、24.954、15.000 MPa,木塑的抗压强度分别为63.633、42.438、32.547 MPa,木塑的抗拉强度和抗压强度均与环境温度呈负相关关系。木塑在经过250 h的人工气候老化后的抗弯强度为37.040 MPa,比未进行老化处理下降了22.083%。将木塑与钢材结合制作成不同形式的复合骨架,与普通木塑骨架对比,在室温下测试发现复合骨架比普通木塑骨架抗弯性能显著提高,其延展性提高约3倍,其中钢材添加在下缘的复合骨架的抗弯性能显著较钢材在上缘的复合骨架优越;带卡簧卡槽复合骨架的最大抗弯屈服力为19.112 kN,较钢材在下缘的复合骨架提高88.74%,达到了温室骨架的承载力要求。通过供试带卡簧卡槽复合骨架温室的荷载试验得出,跨度8.0 m、顶高3.3 m的拱形屋面温室,其骨架间距为1.2 m时,供试温室承受荷载为0.436 kN·m^-2;当骨架间距为1.0 m时,其承受荷载为0.527 kN·m^-2。与传统钢骨架温室对比,复合骨架温室的建筑成本减少了10.4元·m^-2。该复合骨架可以同时发挥木塑的环保、价廉、可塑性优势和钢材的优良力学性能,为温室建筑的轻简化、装配化提供了有益参考。     

竹粉/废旧聚乙烯复合材料的性能

为提高竹材的利用率、增强废旧塑料的综合利用,制备了竹粉/废旧聚乙烯复合材料,研究了不同竹粉质量分数对复合材料弯曲性能、缺口冲击强度、蠕变性能和加速老化性能的影响。结果表明,当竹粉质量分数为0、15%、30%和45%时,随着竹粉质量分数增加,复合材料的弯曲性能和抗弯曲蠕变性能呈现增强趋势,而缺口冲击强度逐渐下降,抗氙灯加速老化性能略微下降。当竹粉质量分数为30%时,竹粉/废旧聚乙烯复合材料的综合性能最佳:弯曲强度为22.36 MPa、弯曲模量为1 033.61 MPa,与未添加竹粉的试样(对照样)相比,分别增强了18.4%和92.2%,缺口冲击强度为12.41 k J·m-2,下降了39.3%; 75%应力水平下,经历3 600 s蠕变试验后,复合材料产生挠度0.59 mm,而对照样527 s蠕变试验后就发生脆性断裂,产生挠度1.68 mm;经历480 h氙灯加速老化后,弯曲强度和弯曲模量的保留率分别为85%和80%,色差为38.1。     

聚乙二醇对表面改性CNF/PLA复合材料性能的影响

目前,溶液浇铸法制备纳米纤维素/聚乳酸复合材料,常将纳米纤维素直接加入聚乳酸,导致制备的复合材料各项机械性能普遍降低。为了改善其机械性能,笔者采用聚乙二醇2000作为塑化剂处理纳米纤维素,制备聚乳酸/纳米纤维素/聚乙二醇三相复合材料。通过对复合材料的微观形貌观测,力学性能分析和热稳定性分析来确定聚乙二醇的影响机制。试验结果表明,添加2%～4%聚乙二醇2000的三相复合材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率得到了提高,材料的热稳定性相对纯聚乳酸发生了下降。而随着聚乙二醇含量逐渐增加至8%,材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率都出现了降低,而其热稳定性回升,复合材料的玻璃化转化温度(TG)大约提升了5～6℃。同时,研究发现保持一定的聚乙二醇/纳米纤维素添加比例可获得分散均匀、性能优良的复合材料,团聚现象明显减少。综上,经过一定量的聚乙二醇2000表面改性可促进纳米纤维素在聚乳酸中的均匀分散,从而增强复合材料的综合机械性能。     

木塑复合材料阻燃研究新进展

木塑复合材料兼具木材的生态性和塑料的可加工性,是一类生态环保材料。然而,木塑复合材料易燃,限制了其在室内领域的应用。对木塑复合材料进行阻燃处理,使其达到相应的阻燃级别可以促进该材料在公共场所建筑和室内装饰领域的应用,进一步提升其市场价值。近年来,采用复配技术和表面改性技术改善阻燃剂与木塑复合材料的界面相容性,同步提升阻燃效率、力学性能和工艺性能成为研究的重点。笔者从木塑复合材料的燃烧特性出发,概述了金属系(金属氢氧化物、含金属元素的其他结构化合物)、硼系、磷系和碳系阻燃剂与其他元素阻燃剂进行复配协同提升木塑复合材料阻燃抑烟的研究进展,进一步阐明了复配体系的构筑机制及协同阻燃机理,重点探讨了基于炭层阻隔效应的凝聚相阻燃机理,并且讨论了复配体系对力学性能的影响规律。最后分析了复配体系存在的不足,指出开发适用于木塑复合材料的阻燃体系,使其与木塑复合材料形成良好的界面相容性,并同步提升阻燃效率、力学性能、工艺性能,以及降低生产成本仍是未来研究的重点。