郑州大学材料成型及模具技术教育部重点实验室， 橡塑模具国家工程研究中心， 河南 郑州 450001
聚合物制品在使用过程中， 人们最关心的是它的使用失效条件， 失效的重要体现就是材料的屈服。 目前为止， 人们普遍利用位错理论来解释聚合物材料的屈服现象， 该理论关注的是晶体的取向和破坏现象， 而忽略了晶体的形变和受力情况。 事实上， 晶体的取向和破坏只是屈服的结果， 晶体承受应力的能力才是屈服的直接原因。 因此， 从晶体的受力和非均匀形变入手研究了聚合物制品的屈服行为， 期望为理解聚合物材料的失效行为提供新思路。 这里选取被人们广泛使用的等规聚丙烯（iPP）材料作为研究对象， 将iPP熔体在不同温度下等温结晶制备出具有不同片晶厚度iPP样品， 利用二维广角X射线衍射光谱原位监测了拉伸过程中iPP样品的晶体破坏和晶体取向过程。 首次利用“覆盖法”对二维X射线衍射图进行了处理， 原位观察了（110）晶面在拉伸过程中的2θ角的变化， 区分出了两个方向上（平行于拉伸方向和垂直于拉伸方向）晶体形变的非均一性。 结果表明: 对于不同片晶厚度的iPP晶体， 在单轴拉伸过程中， 晶体在不同方向上的受力和形变均是不同的， 即晶体的非均一形变是一种普遍现象; 晶体的破坏和取向总是同时发生， 都是从屈服点位置处开始， 这和片晶厚度无关; 而晶体破坏时对应的临界应力和晶体厚度有关， 片晶越厚， 晶体越稳定， 需要的临界应力就越大。 以上结果表明， 原位X射线衍射光谱技术可以实时观测晶体结构在拉伸过程中的变化情况， 从而将晶体结构演化和宏观力学性能直接关联。
二维广角X射线衍射光谱 等规聚丙烯 原位检测 单轴拉伸 晶体形变 Two-dimensional WAXD measurements Isotactic polypropylene In-situ detection Uniaxial stretching Crystal deformation 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1426
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
3 上海科技大学物质科学与技术学院上海 201210
为实现酸性溶液中Au(Ⅲ)的选择性回收，本研究以聚乙烯/聚丙烯（PE/PP）皮芯结构无纺布为基材，通过丙烯腈与丙烯酸的辐射接枝以及硫化钠改性制备得到含硫代酰胺基和羧基的双官能化无纺布吸附材料。通过红外光谱、热重分析、扫描电镜、能谱分析、接触角测定、X射线光电子能谱和X射线衍射等测试对改性无纺布的结构与性能进行表征。通过批量吸附试验对改性无纺布的吸附性能进行测定。结果表明：改性无纺布在较宽pH范围（2~7）内具有良好的Au(Ⅲ)吸附能力；在共存金属离子体系中具备良好的Au(Ⅲ)选择性，选择系数介于55.00~2 429.17，金回收率可达98.5%；改性无纺布的饱和Au(Ⅲ)吸附容量为133.91 mg/g，吸附行为符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型；Au(Ⅲ)在吸附中可被还原为以晶体形式存在的Au(0)；通过对吸附后样品的简单高温处理可去除吸附材料，实现金的回收。
辐射接枝 Au(Ⅲ) 吸附 聚乙烯/聚丙烯无纺布 Radiation grafting Au(Ⅲ) Adsorption Polyethylene/polypropylene nonwoven fabric 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(6): 060201
1 武汉科技大学城市建设学院,武汉 430065
2 武汉科技大学高性能工程结构研究院,武汉 430065
3 城市更新湖北省工程研究中心,武汉 430065
通过正交试验,研究了聚丙烯泡沫混凝土(PPFC)的基本力学性能及应力-应变本构关系。研究表明: 在试验变量范围内,增加聚丙烯纤维(PP)体积掺量(0.5%、1.0%和1.5%),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均依次降低; 增大PP长度(3、6和9 mm),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均先增大后减小; PPFC试件立方体抗压强度随粉煤灰(FA)质量掺量(40%、45%和50%)增加先增大后减小,轴心抗压强度和劈裂抗拉强度随FA掺量增加均依次减小。基于直观分析法,可得正交试验最优配合比组合为A1B2C2,即PP体积掺量为0.5%,PP长度为6 mm,FA质量掺量为45%。PPFC受压试件破坏形态均为压剪破坏,破坏裂缝主要为斜裂缝,并伴有竖向裂缝,破坏面一般为斜面破坏; 劈裂受拉试件破坏形态均为劈裂破坏,破坏裂缝均为沿荷载施加方向的竖向裂缝。基于单因素变量法可得,增加PP体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均先增大后减小,当PP体积掺量为0.2%时,PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均达到最大值,分别为16.00、14.56和1.96 MPa。表观密度和PPFC试件立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉强度基本呈线性关系。采用分段式表达式建立了PPFC应力-应变本构模型。
聚丙烯纤维 粉煤灰 泡沫混凝土 基本力学性能 应力-应变曲线 本构模型 polypropylene fiber fly ash foam concrete basic mechanical property stress-strain curve constitutive model
1 桂林理工大学土木与建筑工程学院,桂林 541004
2 广西绿色建材与建筑工业化重点实验室,桂林 541004
3 广西壮族自治区分析测试研究中心,南宁 530022
为促进不同粒径再生砖混骨料的多元化利用,本试验采用再生砖混细骨料完全代替石英砂,采用不同掺量聚丙烯纤维制备再生砖混工程水泥基复合材料(ECC),研究其受力破坏特征、强度影响机理及微观结构对力学性能的影响。结果表明:未掺纤维的再生砖混ECC的失效模式为脆性破坏,而掺纤维的再生砖混ECC受拉时具有明显的应变硬化特征,随着纤维掺量的增加,其抗折强度、极限抗拉强度和极限拉应变持续增大,抗压强度呈先增大后减小趋势,表现出良好的延性和韧性破坏特征; 再生砖混ECC的孔隙率在11.28%~13.68%,通过SEM观察,发现纤维与再生砖混ECC黏结性能较好,纤维破坏模式主要为拔出和拉断破坏,开裂后应变硬化拉伸幅度和拉伸强度低于普通ECC混凝土; 新旧浆体界面黏结性能相对薄弱,破坏时微裂缝容易在界面过渡区产生和发展。
再生砖混细骨料 工程水泥基复合材料 应变硬化 聚丙烯纤维 纤维掺量 力学性能 微观结构 recycled brick concrete fine aggregate engineered cementitious composites strain hardening polypropylene fiber fiber content mechanical property microstructure
1 浙江工业大学 理学院，浙江杭州30023
2 杭州谱育科技发展有限公司，浙江杭州31111
为了有效抑制激光散斑，真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质，提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件（Diffractive Optical Elements， DOE）的散斑抑制方法，对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构，并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理；接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法；之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride， PVC）和聚丙烯（Polypropylene， PP）两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明，提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法，可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下，同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中，聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减，且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求，并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。
激光散斑抑制 衍射光学器件 耐久性 散斑对比度 聚丙烯 laser speckle suppression Diffractive Optical Elements （DOE） durability speckle contrast Polypropylene （PP）
为研究活性粉末混凝土(RPC)高温后强度退化规律, 对高温后RPC试件的质量损失、抗压性能和劈裂抗拉性能进行测试, 并分析温度和纤维掺量对RPC强度的影响。结果表明: 随着温度的升高, RPC试件的表观颜色由深逐渐变浅, 质量损失率逐渐增大; 而强度损失率均随着温度升高呈先减小后增大的趋势, 但临界温度不同, 立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的临界温度为300 ℃, 而轴心抗压强度的临界温度为200 ℃, 此外, 300 ℃后轴心抗压强度损失率高于立方体抗压强度, 800 ℃后强度损失率均超80%, 宏观强度退化的根本原因是基体微观形貌的劣化; 掺有聚丙烯(PP)纤维的RPC试件高温后强度损失率相对较小, 且当钢纤维掺量为2%（体积分数）时, PP纤维的最佳掺量为0.15%（体积分数）。通过回归分析, 建立了RPC强度损失率与温度和PP纤维掺量间的计算公式。
活性粉末混凝土 高温 聚丙烯纤维 钢纤维 强度退化 函数关系 reactive powder concrete elevated temperature polypropylene (PP) fiber steel fiber strength degradation function
以纤维掺量为变量制作48个混凝土试件, 压电陶瓷传感器作为信号激励器和信号接收器置于混凝土试件表面。基于压电效应对玄武岩-聚丙烯纤维增强高性能混凝土(BPHPC)的损伤进行实时监测。通过对单掺、混掺纤维混凝土的压电应力波信号进行分析, 得到基于小波包分析法的损伤指数(DI), 并拟合出纤维掺量-荷载-DI的函数关系。结果表明: 通过外观损伤状态和压电应力波信号变化定性评价试件的健康状态, 纤维的掺入能够降低混凝土的外观损伤程度; 单掺纤维混凝土的试件应力波信号幅值比混掺纤维混凝土试件大; 玄武岩纤维体积掺量为0.15%、聚丙烯纤维体积掺量为0.10%时试件的DI最小, 当DI超过0.8时, 可以认为试件被完全破坏; 试验数据和试验现象吻合良好, 通过压电陶瓷实时监测BPHPC损伤有较高的可行性。
玄武岩纤维 聚丙烯纤维 高性能混凝土 压电陶瓷传感器 损伤监测 力学性能 函数关系 basalt fiber polypropylene fiber high performance concrete piezoelectric ceramic sensor damage monitoring mechanical property functional relationship
1 中广核工程有限公司设计院, 深圳 518124
2 广州大学土木工程学院, 广州 510006
采用中心拉拔法对普通混凝土(PC)、水泥基渗透结晶防水混凝土(CCCW)、聚丙烯纤维混凝土(PFRC)与热轧带肋钢筋进行粘结-滑移试验。通过电化学锈蚀方法对钢筋进行加速锈蚀, 研究锈蚀后钢筋与混凝土粘结性能。结果表明: 在混凝土中引入适量聚丙烯纤维及水泥基渗透结晶防水材料能够显著提升其对钢筋的极限粘结强度, 分别提高了20.8%、6.8%; 无论是否添加掺合料, 钢筋-混凝土拉拔试件的极限粘结力均随着锈蚀率的增大呈线性下降趋势。基于锈蚀构件拉拔试验结果, 拟合出不同混凝土的极限粘结强度与锈蚀率计算公式, 发现随着锈蚀率的增大, 聚丙烯纤维及水泥基渗透结晶防水材料能减缓钢筋-混凝土极限粘结强度下降速度。
聚丙烯纤维混凝土 水泥基渗透结晶防水混凝土 中心拉拔 粘结性能 电化学锈蚀 钢筋锈蚀 钢筋混凝土 polypropylene fiber reinforced concrete cementitious capillary crystalline water-proofing central pull-out bond behavior electrochemical corrosion corrosion of reinforcement reinforcement concrete
湖北工业大学土木建筑与环境学院, 武汉 430068
透水混凝土在缓解城市内涝、噪音效应和热岛效应等方面具有广泛的应用前景, 但多孔导致的强度偏低限制了其进一步推广应用。本文采用再生粗骨料和聚丙烯纤维配制高性能透水再生混凝土, 设计五因素四水平正交试验, 采用极差法分析水胶比、目标孔隙率、再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量和聚丙烯纤维掺量对透水再生混凝土抗压强度、有效孔隙率、透水系数的影响规律。结果表明: 透水再生混凝土抗压强度影响因素的主次顺序为目标孔隙率>再生粗骨料取代率>水胶比>聚丙烯纤维掺量>粉煤灰掺量; 透水再生混凝土抗压强度最大为48.26 MPa, 此时透水系数为1.96 mm/s; 随着目标孔隙率的提高抗压强度呈线性下降的趋势; 40%再生粗骨料等质量取代天然粗骨料后, 透水再生混凝土的抗压强度达到28.7 MPa, 提高119.08%, 透水系数增加9.44%; 掺入0.11%体积掺量的聚丙烯纤维后透水再生混凝土的抗压强度达到27.4 MPa, 提高幅度为10.48%, 而且透水性能不会降低。研究结果可以为高性能透水再生混凝土的制备提供依据。
透水混凝土 再生粗骨料 聚丙烯纤维 正交试验 抗压强度 透水系数 pervious concrete recycled coarse aggregate polypropylene fiber orthogonal test compressive strength permeability coefficient
1 重庆大学土木工程学院，重庆 400045
2 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆)，重庆 400045
3 中交路桥南方工程有限公司，北京 101101
4 路桥建设重庆丰石高速公路发展有限公司，重庆 400000
为研究聚丙烯粗纤维掺量、长径比对泵送混凝土和易性与力学性能的影响，在基准混凝土中加入不同掺量和长径比的聚丙烯粗纤维，开展聚丙烯粗纤维混凝土（CPFRC）坍落度、扩展度、抗压强度和劈裂抗拉强度试验，并基于灰色关联理论量化纤维掺量、长径比的增强效应。研究结果表明，聚丙烯粗纤维对泵送混凝土的坍落度、扩展度、抗压强度和劈裂抗拉强度影响显著。相比于基准混凝土，聚丙烯粗纤维掺量为3 kg/m3时，混凝土和易性表现最优，抗压强度的增强效应最好，坍落度与扩展度分别降低了1.41%和15.76%，7 d、14 d和28 d抗压强度分别增长了20.42%、14.96%和11.49%；聚丙烯粗纤维掺量为6 kg/m3时，混凝土劈裂抗拉强度的增强效果最为明显，7 d、14 d和28 d劈裂抗拉强度分别增长了27.46%、13.61%和15.92%。当聚丙烯粗纤维掺量为3 kg/m3，长径比为47.5时，混凝土的和易性与力学性能最优，长径比对和易性与力学性能的总关联度达到0.849。
聚丙烯纤维混凝土 掺量 长径比 和易性 抗压强度 劈裂抗拉强度 关联度 coarse polypropylene fiber reinforced concrete dosage length-diameter ratio workability compressive strength splitting tensile strength correlation
