天津工业大学纺织科学与工程学院 天津 300387
探究高能辐照下环氧树脂损伤降解机理，以提高环氧树脂在辐照环境下的稳定性。本研究将石墨烯量子点（GQDs）作为自由基清除剂，减缓γ辐照环境下环氧树脂的降解，并研究了GQDs对环氧树脂抗辐照性能的影响机制。结果表明：经过辐照后环氧树脂力学性能下降49%，玻璃化转变温度下降4.4 ℃；石墨烯量子点/环氧树脂（GQDs/EP）复合材料的力学性能下降35%，玻璃化转变温度下降2.2 ℃；GQDs的引入使得辐照后的GQDs/EP复合材料产生的自由基含量显著低于纯树脂自由基的含量。GQDs纳米颗粒也改善了辐照前后环氧树脂的力学性能和热学稳定性。因此，GQDs纳米颗粒可以作为自由基清除剂，有效地提高环氧树脂的辐照稳定性。GQDs清除自由基机制与sp2碳域和表面的官能团有密切相关。本研究为提高环氧树脂在γ射线辐照下的稳定性提供了新的思路和方法。
环氧树脂 纳米颗粒 抗辐照性能 Epoxy resin Nanomaterials Radiation resistance 辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010205
1 杭州瑞利超声科技有限公司， 浙江 杭州 310023杭州应用声学研究所，浙江 杭州 310023
2 杭州瑞利超声科技有限公司， 浙江 杭州 310023杭州应用声学研究所，浙江 杭州 310023哈尔滨工程大学 水声工程学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
3 杭州瑞利超声科技有限公司，浙江 杭州 310023杭州应用声学研究所，浙江 杭州 310023
针对空气耦合超声换能器存在换能器与空气介质阻抗失配，易造成电声转换效率低等问题，该文提出了一种采用空心酚醛树脂微球与环氧树脂基体研制的声匹配层，并对匹配层的声学特性进行测试与分析。测试结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，空心酚醛树脂微球匹配层具有声速更低及插入损耗更大的特点。基于此，该文研制了一种空气耦合超声换能器，对两只经匹配后的换能器进行测试，分析了接收信号的时域及频域特征，并与空心玻璃微球匹配层换能器进行性能对比。结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，采用空心酚醛树脂微球匹配层可减小换能器带内起伏，使换能器的-6 dB带宽扩展2倍以上，并在时域上减小接收信号的拖尾。
空气耦合超声换能器 空心酚醛树脂微球 环氧树脂基体 声学匹配层 有限元建模 air-coupled ultrasonic transducer hollow phenolic resin microspheres epoxy resin matrix acoustic matching layer finite element modeling
精准智能化学重点实验室 中国科学技术大学高分子科学与工程系合肥 230026
环氧树脂（EP）及其复合材料在核工业中有着广泛的应用，对其辐射效应的研究可为开发耐辐射环氧树脂材料提供参考。本工作以四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯（TADE）/甲基六氢苯酐（MHHPA）体系为研究对象，以两种不同平均粒径（7.5 μm和757 nm）的氮化硼为填料制备氮化硼/环氧树脂复合材料。采用密度泛函理论（DFT）对环氧树脂交联结构的裂解方式进行了讨论，并研究了两种氮化硼/环氧树脂复合材料受不同吸收剂量的γ-射线辐照前后的力学性能和热稳定性能的变化规律。结果表明：环氧树脂交联点结构所包含的化学键中，异丙醇单元的C-C键键能最低，最易断裂，从而导致高分子交联网络被破坏。吸收剂量超过250 kGy时，环氧树脂及其复合材料的拉伸强度和热分解温度出现明显下降。辐照后的力学强度是BN粒径和添加量综合影响的结果，当吸收剂量达到1 100 kGy时，质量分数为3%的n-BN/EP的拉伸强度最大，其热分解温度也最高。因此，少量添加亚微米级尺寸的h-BN可以提升环氧树脂的耐辐射性能。本工作对耐辐射环氧树脂复合材料的开发具有理论和实践指导意义。
环氧树脂 六方氮化硼 辐射效应 密度泛函理论 裂解方式 Epoxy resin Hexagonal boron nitride Radiation effect Density functional theory Bond cleavage 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050202
1 北京城市学院研究生部，北京 101309
2 中央民族大学民族学与社会学学院，北京 101309
瓷器文物补全时使用的复合材料被称为补配材料，目前常用于瓷器文物修复的补配材料普遍存在耐老化性能差和力学性能不足的问题。3MTM实心陶瓷微球是一款球形陶瓷材料，具有硬度高、白度高和耐腐蚀等特点，能够有效增强材料的耐老化性能和力学性能。本文以三款市售的陶瓷微球(W-210、W-410和W-610)为研究对象，以常用瓷器补配材料碳酸钙作为对照组，在强紫外光辐照老化、弱紫外光辐照老化、湿热干冷交替老化和未老化四种试验条件下，对试样进行抗折测试、抗拉测试、抗冲击测试、硬度测试、色差测试和光泽度测试。结果表明，3MTM实心陶瓷微球的耐老化性能和力学性能均优于碳酸钙，其中陶瓷微球W-410的耐老化性能和力学性能最优。与碳酸钙对照组相比，试验组力学性能综合提升25%~30%，耐老化性能综合提升50%，可作为新型补配材料应用于瓷器修复。
3MTM实心陶瓷微球 碳酸钙 环氧树脂 瓷器补配 力学性能 3MTM solid ceramic microsphere calcium carbonate epoxy resin porcelain replenishment mechanical property
环氧树脂与混凝土的界面黏结性能是影响纤维增强聚合物加固混凝土结构效果的关键因素之一, 而混凝土的碳化作用又会影响环氧树脂与混凝土的界面黏结性能。本文以分子动力学为依托, 探究碳化对环氧树脂与混凝土界面黏结性能的影响。结果表明, 碳化的存在能提升环氧树脂与混凝土的界面黏结性能, 使环氧树脂的分布更加靠近混凝土表面, 环氧树脂与基底的相互作用能更高。静态结构分析表明, 环氧树脂与混凝土基底主要是以钙氧键和氢键连接, 在碳酸钙表面化学键的连接数目更多且化学键强度更高。动态分析发现, 水化硅酸钙表面受较少离子对和氢键束缚, 环氧树脂能自由移动, 不利于强界面黏结性能的产生。
环氧树脂 界面黏结 碳化 水化硅酸钙 分子模拟 力学性能 epoxy resin interfacial bonding carbonation calcium silicate hydrate molecular simulation mechanical property
1 1.华北理工大学 材料科学与工程学院, 唐山 063210
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
3 3.固体激光技术重点实验室, 北京 100015
YAG透明陶瓷具有良好的光学和力学性能, 广泛应用于激光增益介质与光学窗口等领域, 制备大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷是目前研究的热点与难点。作为一种新型胶态成型技术, 自发凝固成型在制备大尺寸陶瓷方面已显示出一定优势, 然而该体系存在浆料固化速率慢、素坯强度低等问题。本工作以水溶性环氧树脂乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)对自发凝固成型体系进行改性, 采用高温固相合成法制备了不同EGDGE含量的YAG透明陶瓷, 研究EGDGE对浆料流变性、凝胶强度、素坯孔隙率和烧结后陶瓷微结构与光学性能的影响。结果表明: 添加EGDGE有效增强了浆料的凝胶固化能力, 解决了YAG素坯干燥变形和开裂等问题。当EGDGE添加量为质量分数0.8%时, 在1700 ℃下真空烧结6 h并在1650 ℃下180 MPa热等静压烧结3 h, 成功制备了90 mm×30 mm×4.5 mm的YAG透明陶瓷, 它在1064 nm处直线透过率为80.8%。这为大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷的制备提供了新途径。
YAG 环氧树脂 自发凝固成型 透明陶瓷 YAG epoxy resin spontaneous coagulation casting transparent ceramics
1 长沙理工大学土木工程学院，长沙 410114
2 长沙理工大学交通运输工程学院，长沙 410114
3 湖南建工集团有限公司，长沙 410004
锚固注浆材料性能良好，可有效提高锚固结构的服役寿命。为解决传统水泥基锚固注浆材料在边坡工程中稳定性和力学性能不足的问题，采用纳米Al2O3、水性环氧树脂对水泥基锚固注浆材料进行改性获得复合改性水泥浆材。通过正交试验、扫描电镜和X射线衍射测试，研究不同水灰比及配合比下复合改性水泥浆材的基本性能和改性机制。结果表明，复合改性水泥浆材的流动度、凝结时间、抗压强度受水性环氧树脂掺量的影响均大于纳米Al2O3掺量，而漏斗黏度、析水率受纳米Al2O3掺量的影响大于水性环氧树脂掺量。复合改性水泥浆材具有稳定性高、析水率低、抗压强度高等特点，有效解决了传统水泥基锚固注浆材料存在的稳定性和力学性能不足的问题，且其最佳性能配合比为水灰比0.5、纳米Al2O3掺量5%（质量分数，下同）、水性环氧树脂20%、固化剂掺量2.0%。
锚固注浆 纳米Al2O3 水性环氧树脂 正交试验 改性材料 微观试验 anchoring grouting nano Al2O3 waterborne epoxy resin orthogonal test modified material micro test
1 中国人民解放军陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072
2 中国人民解放军火箭军工程大学作战保障学院，西安 710000
碳化硅陶瓷在磨削加工中极易产生崩碎损伤，在碳化硅陶瓷磨削层实时涂覆增韧剂是降低崩碎损伤的新方法。以E51双酚A型环氧树脂、无水乙醇、651型低相对分子质量聚酰胺树脂和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU）为主要成分制备了一种增韧剂，通过测量增韧剂在碳化硅陶瓷表层的接触角、浸润深度与固化时间，探究了增韧剂各组分的添加量与碳化硅陶瓷表面粗糙度对增韧剂润湿性能与固化速率的影响规律，优化出一种润湿性能好、固化速率快的增韧剂。结果表明：增韧剂的最佳质量配比为m(E51双酚A型环氧树脂)∶m(无水乙醇)∶m(651型低相对分子质量聚酰胺树脂)∶m(DBU)=1∶0.9∶0.5∶0.02，该增韧剂在碳化硅陶瓷表层的浸润时间约为160 s，浸润深度约为40 μm，可使碳化硅陶瓷的表层硬度降低约25%；增韧剂的润湿性能随着溶剂的增加或碳化硅表面粗糙度的增大而提高，促进剂添加量的改变对增韧剂的润湿性能几乎无影响；增韧剂的固化速率随溶剂的增加而降低，随促进剂的增加而提高，但当促进剂达到饱和时，固化速率不再提高。
碳化硅陶瓷 崩碎损伤 环氧树脂 增韧剂 配制工艺 性能表征 SiC ceramics edge chipping epoxy resin toughening agent preparation craft performance characterization
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向, 而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题, 设计了一类用铁尾矿砂作为骨料, 环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料, 研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响, 并探讨了纳米SiO2、TiO2、Al2O3和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明: 当环氧树脂质量分数为6%时, 可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料, 抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s; 同时, 当纳米SiO2、TiO2、Al2O3的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时, 对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%, 其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量, 抑制或消除树脂中微裂纹的扩散; 当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时, 透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明, 硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。
透水材料 铁尾矿砂 纳米改性 环氧树脂 硅烷偶联剂 力学性能 透水系数 permeable material iron tailings sand nano-modified epoxy resin silane coupling agent mechanical property water permeability coefficient
1 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室, 西安 710064
2 济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司, 济宁 272100
3 山东高速集团有限公司, 济南 250098
丁苯橡胶(SBR)活性乳化沥青可以活化旧路面的老化沥青, 但是存在高温稳定性差以及黏附性不足等问题。为解决SBR活性乳化沥青性能上的不足, 使用水性环氧树脂(WER)对其进行复合改性, 通过修正低温蒸发法获取蒸发残留物, 分析不同掺量WER对SBR活性乳化沥青基本物理性能、黏附性、流变性能、低温蠕变性能以及还原性的影响。结果表明: 掺入WER之后, SBR活性乳化沥青的针入度大幅下降, 软化点显著提高, 延度下降; WER能够显著提高SBR活性乳化沥青的高温稳定性, 但对其低温延展性有负面影响; SBR活性乳化沥青的黏附性显著增强; 复合剪切模量(G*)、车辙因子(G*/sin δ)随WER掺量的增加不断提高, 相位角(δ)随WER掺量的增加不断下降, 表明高温抗车辙性能得到改善; 劲度模量(S)和蠕变速率(M)则随着WER掺量增加分别呈增大和降低趋势; WER的掺入不影响SBR活性乳化沥青的还原性。根据试验数据, WER掺量应控制在10%~15%(质量分数)。
改性乳化沥青 水性环氧树脂 流变性能 蠕变性能 还原性 黏附性 modified emulsified asphalt waterborne epoxy resin rheological property creep property reducibility adhesivity
