力学性能论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇力学性能论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

试验原料为真空冶炼并锻造而成的锻坯，首先在锻坯上截取直径为4.0mm、长10.0mm的圆柱试样，采用热膨胀仪测得合金钢材料的A1和A3分别为710℃和930℃。采用二辊轧机将1200℃保温90min的锻坯热轧为厚度为3.0mm的热轧板，并对其依次进行酸洗、冷轧，最后得到厚度为1.2mm的双相钢冷轧薄板，其主要化学成分w(%)：0.10C、1.35Si、1.88Mn、0.007P、0.0056S，余量为Fe。在冷轧钢板上沿轧制方向截取长220mm、宽60mm双相钢试样，并进行连续退火试验。根据实验测得的A1和A3，确定退火温度分别为735、760、785、810和835℃。将试样加热至退火温度并进行保温处理，保温时间为6min，然后将试样冷却至685℃后淬火到240℃，保温12min后冷却至室温。对工艺参数不同的退火板取样，利用热场发射扫描电子显微镜及EBSD技术对其进行显微组织观察和相结构分析，并采用电子万能试验机对其力学性能按照国标要求进行测试。

2试验结果及分析

2.1显微组织

图1是退火温度为735、760、785、810和835℃时双相钢连续退火后的组织。可以看出，不同温度条件下的退火组织均为马氏体和铁素体，无明显差异。同时发现马氏体（硬相）呈凸起岛状，且均匀分布在铁素体（软相）的晶界上，形成了由软相和硬相组成的双相组织[4]。通过ImagesProPlu和彩色金相图片对不同退火温度下马氏体的体积分数进行定量分析，研究组织中的相构成[5]。统计数据显示，马氏体的体积分数随退火温度的升高由13.8%增加至19.7%，且马氏体岛尺寸增大。这是由于在退火过程中，奥氏体随退火温度的升高逐渐增多；同时，C元素以及其他合金元素的扩散率也增大，奥氏体的尺寸增大。大部分奥氏体组织在淬火处理后转变为马氏体，增加了马氏体的体积分数以及尺寸。由图1还可以看到，马氏体岛中心位置颜色较暗，而与铁素体交界区域出现了光亮圈。这是因为C元素的热扩散速率较大，使其在连续退火过程中扩散较充分，使铁素体与奥氏体中的碳浓度达到了平衡状态。而Mn元素在奥氏体组织中的扩散速率小于其在铁素体组织中的扩散速率，导致铁素体与奥氏体的交界区域成为富Mn区，而淬透性与Mn的含量呈正比例关系，不同淬透性导致其内部较暗，而与铁素体的交界呈现光亮圈。

2.2相结构

退火温度分别为735℃和785℃时，汽车用高Si双相钢材料连续退火后的EBSD图像如图2所示。（采用黑色标记残余奥氏体，其他颜色标记马氏体和铁素体）可以看出，不同退火温度条件下双相钢组织中均得到了分布于铁素体晶界上的粒状残余奥氏体组织。这是由于双相钢材料中Si元素的含量较高，在退火过程可促进铁素体中C元素向奥氏体扩散，提高了奥氏体相中的含碳量；同时在冷却过程中Si元素还可以对碳化物的析出起到抑制作用，降低了奥氏体相中的碳损失。高碳奥氏体相的Ms点较低，因此具有较高的热稳定性，在室温条件下稳定存在并被保留。经测量，残余奥氏体的晶粒直径均小于1μm，稳定性较高。图3给出了双相钢在760℃时退火后的透射照片。可以看出，部分残余奥氏体组织呈薄膜状，分布于板条马氏体组织中。薄膜状奥氏体由于尺寸较小，同时周围包裹了马氏体束，提高了其成核所需表面能，因此增加了其向马氏体转变的难度。

2.3力学性能

表1给出了不同退火温度下双相钢连续退火后的力学性能。可知，随着退火温度升高，试验钢抗拉强度呈现先升高后降低。这是由于当退火温度高于735℃后，马氏体的体积分数开始急剧增加，抗拉强度也随之大幅提高；当退火温度超过785℃后，马氏体的体积分数不再增加，但在冷却阶段生成的铁素体体积分数逐渐增加，相比原始铁素体，新生铁素体的含碳量较高，导致马氏体的含碳量下降，抗拉强度也随之降低。传统低Si双相钢材料的抗拉强度为630MPa时，伸长率为23.0%。相比之下，退火温度为785℃时高Si双相钢材料的综合力学性能较高，抗拉强度为702MPa时，伸长率为25.5%，均高于传统低Si双相钢。伴随退火温度的升高，试验钢的屈强比未发生明显变化，最大为0.58，最小为0.44。传统低Si双相钢材料的屈强比为0.47，相比之下，除735℃退火外，双相钢的屈强比较低，因此其成型性能较好。这是由于钢中的Si元素不仅可以降低铁素体中C元素的含量，还可以对冷却及时效过程中碳化物的析出起到抑制作用，使C元素聚集在奥氏体中；此外，由于新生铁素体出现的无沉淀区降低了双相钢的屈服强度，因此其屈强比也随之下降。

3结论

篇(2)

关键词：纳米粉体，α-Fe2O3，力学性能

 

众所周知，氧化铁具有许多优异的性能，在催化、磁性存储、气敏、生物医学等领域具有广泛的应用[1-3]。近年来，纳米氧化铁的制备已经取得了很大的进展，各种粒径均匀、形貌可控的纳米氧化铁的研究已陆续被报道[4,5]。氧化铁有多种存在形式，如α-Fe2O3、β-Fe2O3、γ-Fe2O3、ε-Fe2O3、Fe3O4等，它们在性能上有较大差异。

水热法是一种重要的合成技术，具有环境友好、相对低温、产物纯度高以及所得颗粒分散性好、粒径分布窄、晶型好等优点，逐渐成为一种重要的制备纳米材料的新技术。论文参考。本研究以氯化铁和氨水作为原料，通过水热反应，粒径约为80nm左右的球形α-Fe2O3纳米粉体。

1. 实验部分

1.1 试剂和仪器

试剂：FeCl3·6H2O，NH3·H2O。以上试剂均为分析纯，国药集团上海化学试剂公司。

仪器：H-800透射电子显微镜，日本；D/Max-RB X-射线衍射仪，日本；马弗炉，上海贺德试验设备有限公司；Spectrum 400红外光谱仪，美国。论文参考。

1.2 实验方法

称取一定量的FeCl3·6H2O，配制成1.5mol/L的溶液，向该溶液中缓慢地滴加氨水，得红褐色的凝胶状样品。将该样品放入内衬为聚四氟乙烯的高压釜中，在120℃下反应1min后冷却至室温。其中的沉淀物用蒸馏水洗涤数次后，在80℃干燥5h，得氧化铁前驱体FeOOH。将前驱体于不同的温度下煅烧，即可得α-Fe2O3纳米粉体。

1.3样品表征

应用D/Max-RB X-射线衍射仪对样品物相进行表征，其条件为：Cu靶，Kα射线，λ=1.541Å，管电压40kV，管电流100mA，扫描速度4°/min，扫描范围(2θ)20-75°；应用H-800透射电子显微镜对样品的形貌和粒径大小进行了表征；应用Spectrum 400红外光谱仪对样品进行表征。

2. 结果与讨论

2.1 IR分析

图1是将前驱体煅烧到400℃时所得的超细氧化铁样品的IR图，显示了氧化铁的特征吸收峰。570cm-1的峰为Fe-O的伸缩振动，480cm-1的峰为Fe-O的弯曲振动。这一结果，与文献报道的球形α-Fe2O3纳米粉体的红外光谱相当。

图1. 400℃时样品的红外光谱

2.2 XRD、TEM分析

图2为前驱体在不同的温度下煅烧5h后所得的XRD图。从图中可以看出，200℃时前驱体已经完全分解成α-Fe2O3。在400℃其峰形与200℃时的峰相比更加尖锐，表明结晶度有所提高。根据Scherrer公式D=Kλ/βcosθ可计算出200、400℃时灼烧的样品的平均粒径分别为30、50nm。由此可见，随着温度的升高，所得的晶粒粒径逐步变大，这一结果也说明了较高的温度有利于晶粒的生长。

图2. 样品在不同温度下的XRD图

图3为在400℃时灼烧的样品的TEM图。论文参考。从图上可以看出，颗粒为球形，粒径大约在80nm左右，分散性较好，团聚不明显。

图3. 样品的TEM图

2.3 α-Fe2O3纳米粉体对聚乙烯的力学性能影响

为了考察α-Fe2O3对聚乙烯力学性能的影响，将α-Fe2O3（加入量为5%）与聚乙烯（PE）做成复合材料，具体过程如下：

在转矩流变仪中经过混合、压缩、均化，最后挤入成型。为了达到α-Fe2O3粉体在有机体中的均匀分布需要多次混合，因此，从挤出成型机上出来的复合料可再经过造粒机造粒，将这些复合的颗粒再转入到流变仪配料入口。这样反复多次，就可使得α-Fe2O3粉体在PE中均匀分布，最后形成以α-Fe2O3粉体作为增强体，以PE为基体的复合材料。取一定长度和直径的这种复合材料（长条形），通过万能仪测其拉伸强度，与相同形状的纯的PE对比，可以观察到经过增强以后PE的拉伸强度明显提高（图4）。实验数据可总结如下：

篇(3)

[关键词] 骨组织工程；支架材料；力学性能；弹性模量

[中图分类号] R318.08[文献标识码] B[文章编号] 1673-7210（2010）11（b）-116-02

支架材料是骨组织工程研究的一个重点。骨支架材料要求除良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性、诱导性外，还需良好的力学性能[1]。支架材料植入体内，需要支架材料与相邻组织的力学性能相匹配[2]，因此对各种支架材料的力学性能需要应有足够的认识。尽管对松质骨力学性能的研究很多[3-4]，但很少有对不同支架材料的力学性能进行对比。本文对生物衍生松质骨、多孔聚乙烯、聚乳酸、聚羟基乙酸、磷酸三钙共聚物的力学性能作了对比研究。由于生物衍生骨已被广泛应用于骨缺损的临床治疗，研究中选择了四种不同密度的生物衍生松质骨作为样本。

1 材料与方法

1.1 试样的制备

参照第四军医大学等生物衍生松质骨（bio-derived cancellous bone, BDCB）的制作过程[5]：选用新鲜成年牛股骨端部，去除所附软组织、软骨组织及周边皮质骨量，制成10 mm×5 mm×5 mm的松质骨长方体骨块，长向沿承重方向。用50℃清水反复冲洗并清除骨髓（可用超声波清洗），用蒸馏水浸洗12 h，恒温（37℃）烘干箱烘干；将骨块放入1∶1氯仿/甲醇溶液中浸泡、脱脂12 h（室温），取出骨块用蒸馏水浸洗2 h后烘干；再放入37℃、30%的H2O2溶液中脱蛋白36 h，用蒸馏水于室温下浸泡透析12 h；取出骨块干燥后将骨块再次放入1∶1氯仿/甲醇溶液中浸泡、脱脂12 h（室温），取出骨块用蒸馏水浸洗；然后用乙醇浸泡24 h，取出用蒸馏水冲洗、浸泡24 h，再烘干；60Co灭菌消毒，封存保留、待用。松质骨支架如图1。选择四种表观密度0.25、0.44、0.56、0.69 g/cm3的BDCB作为样品。高分子材料-多孔聚乙烯(porous polyethylene，PPE)，聚乙烯经过发泡获得的多孔、连通的聚乙烯支架，支架为10 mm×5 mm×5 mm的长方体，表观密度为0.44 g/cm3。复合材料-聚乳酸、聚羟基乙酸、磷酸三钙共聚物支架，支架为10 mm×10 mm×9 mm的长方体，表观密度为0.28 g/cm3（PLGA-TCP，由清华大学一次成型中心提供见图1。

1.2 样品压缩性能的检测方法

将样品纵向立于材料万能实验机（Instran）的加载平台上与加载平台垂直，上下面与加载平台平行。施加垂直压力，横梁移动速度为1 mm/min，应力-应变曲线直接给出。正常的生理应变范围为100～3 000 με[6-8]。按正常生理应变范围分别计算弹性模量。

2 结果

三种支架材料的应力-应变曲线见图2a。表观密度为0.25、0.44 g/cm3的BDCB在3%的应变范围内出现屈服。以表观密度0.44 g/cm3 BDCB的应力-应变曲线为例，随着应变增加，在很小应变范围内应力近似线性增加，接着非线性增加，并形成第一个波峰；达到5 000 με时应力达到极大值2.2 MPa，BDCB有部分骨小梁开始屈服，应力又有所下降后继续增加，形成持续时间更长的第二个波峰。应变在正常生理应变3 000 με范围内应力-应变曲线见图2b，三种材料支架的应力与应变关系从整体上看都近似线性关系。如果从小应力范围看（0～0.1 MPa），应力-应变曲线见图2c，在0～500 με应变范围内应力与应变近似线性关系。

按不同应变范围分别给出弹性模量见表1。在三种支架材料中，不同密度BDCB支架的弹性模量都高于PLGA-TCP 和 PPE支架，密度同样是0.44 g/cm3，BDCB的弹性模量约是PPE支架的4倍；密度（0.25～0.28 g/cm3）相似，BDCB的弹性模量也远远高于PLGA-TCP。但超过骨正常生理应变范围后应变达到3%时，中等、低密度的BDCB都已发生了材料屈服，而人工复合材料没有发生。在应变范围内（0～3 000 με），同一个样品多次重复实验，三种材料都具有较好的弹性，实验结果重复性好。

表1不同材料（样品种类和密度）按不同应变范围内的弹性模量（MPa）

f 代表样品发生了屈服

3 结论

对比三种支架材料的力学性能，天然衍生材料-生物衍生松质骨的弹性模量高于高分子材料-聚乙烯，也高于复合材料-聚乳酸、聚羟基乙酸、磷酸三钙共聚物。在大应变条件下人工复合材料没有发生材料屈服，这一点优于中、低密度的生物衍生松质骨。在支架的力学性能方面人工合成支架材料与天然材料存在差距，还需改进。另外按不同应变范围检测支架材料的弹性模量，这种更细致地研究材料力学性能方法可为支架材料植入体内与相邻组织的力学性能更好地匹配做准备，临床上合理使用支架材料。

[参考文献]

[1]李轶,冉炜,王改玲,等.新型骨组织工程支架材料生物相容性的体内研究[J].华西口腔医学杂志[J].2009,26(4):447-450.

[2]杨春蓉.骨组织工程支架研究现状及面临的问题[J].中国组织工程研究与临床康复.2009,13(8):1529-1532.

[3]于涛,孙长江,马洪顺.正常股骨头与坏死股骨头松质骨的蠕变特性:45°方向取样比较[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,13(17):1595-1598.

[4]卢子兴,裴鹤.各向异性松质骨压缩模量和强度的数值预测[J].中国生物医学工程学报.2010,29(3):468-472.

[5]何创龙.骨胶原基质的制备、理化性能及其生物相容性研究[D].重庆:重庆大学博士学位论文,2004:3.

[6]Frost HM. From Wolff's law to the Utah paradigm: insights about bone physiology and its clinical applications [J]. Anat Rec,2001,262(4):398-419.

[7]黎小坚,Harold M Frost,朱绍舜,等.基础骨生物学新观[J].中国骨质疏松杂志,2001,7(2):152-157.

篇(4)

本文介绍了国内外耐高温纤维的主要品种及其发展历程，并对其性能进行了对比。

关键词：耐高温纤维；品种；性能

Abstract：This paper introduces the main varieties of high temperature resistant fiber and its development history. Performances of some high temperature resistant fibers are compared.

Key words：High Temperature Resistant Fiber; Variety;Performance

耐高温纤维往往是指在180 ℃以上温度条件下可长期使用的纤维，即在此高温下能维持常温时所具备的物理力学性能或经较长使用时间仍具有最低限度的物理力学性能。表现为：高温下尺寸大小无变化；软化点及熔点高；着火点、发火点高；热分解温度高；长期暴露在高温下，也能保持一般特性；具备纤维制品所必需的一般性能，如柔软性、弹性和加工性能。此外，还应具备阻燃或不燃性，随着国防工业、宇航事业、尖端技术以及民用工业的不断发展，耐高温纤维发挥着越来越重要的作用。

1国内外耐高温纤维的主要品种及发展

耐高温纤维可分为无机耐高温纤维和有机耐高温纤维。无机耐高温阻燃纤维品种通常包括碳纤维陶瓷纤维、硼纤维、玻璃纤维等，有机耐高温阻燃纤维品种很多。具体品种见表1。

20世纪50年代重点发展含氟纤维，如聚四氟乙烯纤维；60年代开始工业化，研究的品种不下20 种，发展最快的国家是美国，其次是日本。其中，间位芳香族聚酰胺(Nomex) 的成功开发开创了耐高温纤维的新纪元；70年代又出现以聚对苯二甲酰对苯二胺( Kevlar) 为代表的高强度、高模量的耐高温纤维，成为高性能纤维发展的一个新的里程碑；80年代开发成功，90 年代开始生产的聚对苯撑苯并双f唑纤维(Zylon) ，是目前耐热性能最好的芳香族纤维。表2 列出了有机耐高温纤维的发展历程[1]。

2主要耐高温纤维的性能

国内外主要耐高温纤维综合性能的比较详见表3 [2-10]。其中有机耐高温纤维相对密度小，强度高，延伸度较大，柔软性好，伸长回弹性较高。目前应用较为广泛的有机耐高温纤维有对位芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺，PPTA，芳纶1414，杜邦公司的Kevlar系列，俄罗斯的APMOC,SVM纤维)、间位芳纶(聚间苯二甲酰间苯二胺，PMIA，芳纶1313，杜邦公司的Nomex）、聚酰亚胺纤维（PI）、聚四氟乙烯纤维（PTFE）、聚苯并咪唑纤维（PBI）、聚对苯撑苯并双f唑纤维(PBO)、聚砜基酰胺纤维（PSA，芳砜纶）、聚苯硫醚纤维（PPS）、聚醚醚酮纤维（PEEK），聚酰胺酰亚胺纤维（PAI）等[11-26]。

目前，耐高温纤维以其优异的力学性能、耐高温性、阻燃性、化学稳定性等特征，在很多产业领域被广泛使用，其年需求量将以5%速度增长。国内市场中应用的耐高温纤维大部分依赖国外进口。由于此类纤维材料长期以来一直被国外技术垄断，价格十分昂贵，制约了我国相关下游产业发展。因此，高科技耐高温纤维产业将是近期我国化纤产业发展的重要方向。

参考文献:

[1]汪晓峰,李晔.耐高温纤维的发展及其在产业领域的应用[J].合成纤维，2004（2）:1-3.

[2] 周晏云, 宋六九. Kevlar、PBO有机纤维及其复合材料的性能[J].纤维复合材料,2003,18(4):18-19.

[3] 刘向阳. 含联苯侧基聚酰亚胺纤维的制备及结构与性能研究[D].成都：四川大学博士学位论文,2006.

[4] J.W.S. Hearle. High Performance Fibres[M]. Woolhead publishing limited，2001.

[5] 黄美荣, 李新贵. 高性能纤维评述[J].纺织学报,1997, 18(1):62-64.

[6] 黑木忠雄, 矢吹和之. PBO纤维“ザイロソ”的基本物性和应用[J].高科技纤维与应用,1998, 23(5):36-39.

[7] 姜永恺. 新问世的高性能纤维ZYLON[J].合成纤维工业,1999, 22(1):57.

[8] 刘向阳, 顾宜. 高性能聚酰亚胺纤维[J].化工新型材料,2005, 33(15):14-17.

[9] 罗益峰.新型高性能纤维的开发与应用[J].纺织导报,2009, 3:50-54.

[10] 牛玖荣. 高性能纺织纤维PBO的产业化发展[J].纺织导报,2008 (8):58-60.

[11] 章伟,李虹.高性能纤维性能分析[J].北京纺织,2005, 26(1):54-57.

[12] 张丽.芳矾纶纤维的性能研究[D]. 天津:天津工业大学硕士学位论文,2004.

[13] 刘晓艳,于伟东.高性能纤维PBO和Kermel的热性能研究[J].国际纺织导报,2009(1):7-10.

[14] 赵永霞.高性能纤维的发展迈入“量体裁衣”的时代[J].纺织导报,2009(3):41.

[15] 袁宝庆.耐高温阻燃纤维概述[J]. 合成技术及应用,2006, 21(2):34-40.

[16] 蒋红.耐高温纤维进展[J].纺织导报,2001, 2:10-13.

[17] 王新威,胡祖明,刘兆峰.芳香族耐高温纤维及主要品种性能[J].材料导报,2007,21(5):53-58.

[18] 王曙中,王庆瑞,刘兆峰.高科技纤维概论[M].上海:中国纺织大学出版社, 1998.

[19] S.C.You, Y.H. Park, S.Y. Oh, et al. Aromatic polyamide pulp and a process for the preparation thereof：美国专利，US5324811[P].1994-6-28.

[20] L. Penn, F. Larsen. Physicochemical properties of kevlar 49 fiber[J].Journal of Applied Polymer Science,1979,23(1): 59-73.

[21] L.S. Li, L.F. Allard, W.C. Bigelow. On the morphology of aromatic polyamide fibers (Kevlar, Kevlar-49, and PRD-49) [J].Journal of Macromolecular Science-Physics, 1983, 22(2):269-290.

[22] 刘雍, 马敬安. 高技术纤维的现状与发展趋势[J].四川纺织科技,2004, 47(4):47-50.

[23] J. F. Wolfe, F. E. Arnold. Rigid-rod polymers. 1. Synthesis and thermal properties of para-aromatic polymers with 2,6-benzobisoxazole units in the main chain[J]. Macromolecules, 1981, 14(4):909-915.

[24] 吴平平, 张烯, 韩哲文.液晶高分子聚对苯撑苯并二f唑的合成、结构与性能[J].功能高分子学报，1992, 5(3):169-174.

[25] N. Duobinis. Structure and Properties of Aromatic Polyamide and Polyimide Fibers Commercially Available in the Former USSR[J]. Textile Research Journal,1993, 63(2):99-103.

篇(5)

关键词：高温；磷酸镁混凝土；力学性能；实验研究

Abstract: the fire often occur often make the buildings do not repair damage occurred, and research and development of new refractory material for economic development are especially important. In recent decades, domestic and foreign research of scholars about after high temperature function of common concrete compressive strength specimens of large number of experiments, but for high temperature function of phosphoric acid magnesium concrete samples after the mechanical properties of the little research. This paper is mainly to the effect of high temperature after magnesium phosphate specimens of concrete appearance characteristics, such as compressive strength of experiment and theoretical analysis, and strive to actual engineering for future can provide some reference.

Keywords: high temperature; Phosphoric acid magnesium concrete; Mechanical properties; Experimental study

中图分类号：TU541 文献标识码：A

引言：混凝土是以水泥为主要胶结材料，拌和一定比例的砂、石骨料和水，经过搅拌、注模、振捣、养护等工序后，逐渐凝固硬化而成的人工混合材料。因其强度高、取材方便等优点被广泛应用。混凝土中各组成材料的成分、性质和相互比例，以及制备和硬化过程中的各种条件和环境因素，都对混凝土的力学性能有不同程度的影响。火灾的经常发生以及建筑物的发展对新的耐火材料的需求愈发急切。为此作者对高温作用后磷酸镁混凝土试件的外观特征、抗压强度、质量损失等方面进行实验研究，通过与普通混凝土相关性能的表分析得到相关的结论，力求可为日后的实际工程提供一些参考。

1常温下磷酸镁混凝土实验设计

1.1 实验设备及过程

常温下磷酸镁混凝土实验采用上海新三思计量仪器制造有限公司生产的微机控制电液伺服万能实验机、混凝土搅拌机、浇注试块所用钢模、坍落度仪、直尺、振捣棒等。

1. 称取适量的氧化镁作为实验原材料，放入混凝土搅拌机中，再根据不同的配比称取相应的磷酸二氢钾、硼砂、砂和石子，并将其置于搅拌机搅拌均匀。

2. 将部分搅拌好的磷酸镁混凝土拌合物装入坍落度筒内混凝土拌合物由于自重将产生坍落现象，量出向下坍落尺寸。

3. 将过程1中搅拌好的磷酸镁混凝土倒入提前准备好的的钢模中，每个配比制作30个 的立方体试件、5个 的立方体试件。

4. 将制作好的立方体试件置于标准养护室养护。

5. 对按照要求养护的试件进行抗压强度测试，每个配比的试件测试两个，并记录所有实验结果。

1.2常温下磷酸镁混凝土的配制及抗压性能实验

该实验通过调整氧化镁掺量、氧化镁和磷酸二氢钾的摩尔比、硼砂与氧化镁的比、水灰比及砂、石子的掺量等指标，优化磷酸镁混凝土配比，优选强度较高、工作度较好的混凝土配比，进一步做高温性能实验。

影响混凝土试件强度和凝结时间的主要因素有石子与灰的比Agg/B、砂灰比S/B、硼砂与氧化镁的比、氧化镁与磷酸二氢钾的比、水灰比等。经抗压强度实验表明，对同一配比试件而言，室内试件强度明显高于室外试件强度，主要原因是室外温度低，减缓了氧化镁与磷酸二氢钾的反应速度与程度。

综合实验现象及结果，可知磷酸镁混凝土以表5-3中的18组到22组的试件强度相对较高、和易性较好、工作度满足基本的施工要求，适于配制磷酸镁混凝土。

表1-1磷酸镁混凝土抗压强度实验

注：1.试件尺寸100mm×100mm×100mm；搅拌时间单位：分钟

2. B= MgO＋KDP＋BRX ；BRX/MgO：BRX/MgO weight ratio ；W/B：water/B ratio(weight)；M/P： MgO/ KDP weight ratio；S/B:sand/B weight ratio ； Agg/B:Agg/B weight ratio

3.I,O分别代表室内（Indoor）和室外（Outdoor）。室内温度为15℃，室外温度为0℃。

2高温作用后磷酸镁混凝土的力学性能

2.1 试件加载装置及升温制度

根据1.1实验过程中的步骤 3每个配比制作30个 的立方体试件、5个 的立方体试件，并按照步骤4进行养护。

本实验加热设备采用龙口市电炉总厂出品的高温箱式实验炉。

升温曲线采用实测的炉温曲线，如图2.1所示。

图2.1 高温箱式电阻炉炉温曲线

为了研究高温作用后磷酸镁混凝土试件的力学性能，将制作好的磷酸镁混凝土试件在标准养护条件下养护28天，放在高温箱式实验炉中，将炉温从室温分别升温到200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，并分别恒温1小时，然后将试件用铁钳取出，使之自然冷却1天后，测定其抗压强度如图2.2。

图2.2高温作用后磷酸镁混凝土试件抗压强度测试

2.2 实验结果分析

为了便于分析比较，高温作用后磷酸镁混凝土试件的配比，即根据表1-1选择18组到22组配比，分别用C1、C2、C3、C4、C5来表示。实验结果见表2-2~表2-6及图2.3所示。

表1-2高温作用后磷酸镁混凝土C1的抗压强度和外观特征

C1-5 1000 ―― 红 多条无规则性宽裂缝 冷却后用手轻拿即碎 各角出现缺角

注：每组数据取2-3个数据的平均值

表1-3高温作用后磷酸镁混凝土C2的抗压强度和外观特征

注：每组数据取2-3个数据的平均值

表1-4高温作用后磷酸镁混凝土C3的抗压强度和外观特征

注：每组数据取2-3个数据的平均值

表1-5高温作用后磷酸镁混凝土C4的抗压强度和外观特征

注：每组数据取2-3个数据的平均值

表1-6高温作用后磷酸镁混凝土C5的抗压强度和外观特征

注：每组数据取2-3个数据的平均值

图2.3高温作用后磷酸镁混凝土试件抗压强度与温度的关系

（a）200℃（b）400℃

（c）800℃（d）1000℃

图2.4高温作用后抗压实验前磷酸镁混凝土试件的外观特征

实验结果表明，将试件由室温升温到200℃且恒温1h，自然冷却1天后，磷酸镁混凝土中的化学结合水开始排出，发生氢氧化钙脱水，开始分解，导致水泥石结构开始破坏，使混凝土的强度显著降低，抗压强度平均降幅超过50%，抗压强度变化明显。将试件由室温升温到400℃，试件抗压强度继续降低，但降低幅度变小。将试件由室温升温到600℃时，与升温到400℃比较，抗压强度变化不明显。试件由室温升温到800℃，试件抗压强度与常温下相比降幅超过70%。升温到1000℃时，冷却后试件一触即碎，无法成型，砂和石子变成灰白色，石子变碎，如图5.13（d）所示。总体上看，高温作用后磷酸镁混凝土的力学性能总体上呈现随温度升高逐渐劣化的趋势，初始阶段降低幅度较大，中期变化不大，升温到800℃时，试件抗压强度与常温下相比降幅超过70%，粘结力几乎完全丧失，混凝土发生彻底破坏。

3初步试验及结论：

通过对上述磷酸镁混凝土试件的实验分析与比较，可以得出以下结论：

1. 影响混凝土试件强度和凝结时间的主要因素有石子与灰的质量比、砂灰比、硼砂与氧化镁的比、氧化镁与磷酸二氢钾的比、水灰比及养护温度等。

2. 磷酸镁混凝土试件高温作用下的抗压强度呈现随温度升高逐渐劣化的趋势。升温到200℃时，抗压强度降低幅度较大；当温度高于200℃时，试件抗压强度有一定程度的波动；升温到1000℃时，试件表面出现多条无规则性裂缝，骨料发生相变和热分解，磷酸镁混凝土体积发生膨胀，界面裂缝快速发展，粘结力几乎完全丧失，试件抗压强度与常温下相比降幅超过75%，几乎丧失承载力。

参考文献：

[1] 蒋首超.钢一混凝土组合楼盖抗火性能理论与实验研究.同济大学博士学位论文,2001

[2] 李凌志.火灾后混凝土材料力学性能与温度、时间的关系. 同济大学硕士学位论文,2006

[3] 朱宏军,程海丽,姜德昆.特种混凝土和新型混凝土[M].北京:化学工业出版社,2004:153-169

[4] 郭朝林.耐热（耐火）混凝土在工程中的应用[M].商品混凝土,2009,5:50-52

[5] 汪洪涛,钱觉时,王建国.磷酸镁水泥的研究进展[J] .材料导报, 2005,19(12): 46-51

[6] Sugama T,Kukacka L E. Magnesium monophosphate cement derived from diammonium phosphate

[7] 杨全兵,吴学礼.新型超快硬磷酸盐修补材料的研制[J].混凝土与水泥制品,1995,86(6):29-36

[8] 吴耀呈.不定型耐火材料用结合剂的发展[J].耐火材料,1999,33(4):237-239

篇(6)

关键词：聚磷腈 聚丙烯 复合材料 阻燃性能 力学性能

一、前言

磷腈类化合物是以P、N为基本骨架的一类化合物，以P、N原子交替排列作为主链结构的一类新型无机-有机高聚物，具有有机高分子难以比拟的特性[1]。磷腈聚合物结构的多样性远远超过其它无机聚合物，而且它具有有机高分子难以比拟的某些特性，因此有广泛的应用，特别是随着现代科学技术的发展，越来越多地要求具有特殊功能的新型高分子材料，聚磷腈正是这样一类具有发展前途的无机高分子聚合物。聚磷腈化合物一般分为环状和链状两种。其三聚和四聚体都为较稳定的白色晶体，具备有机类化合物的物理性质和溶解能力，而且高聚物随取代基的变化可以从橡胶性变化到热塑性。这正是由于磷腈类化合物侧基的多样化赋予其在聚合后各种性质上的多样性，因此，有广泛的应用开发价值。

阻燃材料长期以来是材料科学研究领域的一个重要课题，传统的卤系阻燃添加剂在阻燃过程中释放出致命的毒性物质，而过多的无机阻燃添加剂的加入会降低材料的力学性能，磷系阻燃材料如磷酸酯和聚磷酸酯的综合阻燃效果较好，诸多的研究表明体系中同时含有磷和氮时阻燃效果更好，例如在阻燃剂中磷的百分含量相同时，聚磷酰胺的阻燃效果明显优于聚磷酸酯。与传统的聚合物不同的特性赋予聚膦腈与生俱来的优良阻燃性能，由于聚膦腈的侧链结构可以方便地通过亲核取代反应来改变，因此本论文就采用这一特性来开发新型阻燃材料[2,3]。

二、合成与制备

1.六氯环三磷腈的制备

PCL5+NH4C1(NPC12)n+4HC1

在三颈瓶中加入干燥的氯化铵、五氯化磷于溶剂中，在回流条件下反应至终点，冷却后抽滤，减压蒸馏，萃取，得到灰色固体产物，然后真空升华，得到白色晶体。将上述晶体重结晶3次，最后得到白色晶粒备用。

2.聚磷腈的制备

聚二取代膦腈的制备通过单体六氯三聚环膦腈的本体热开环聚合来合成，具体的步骤如下：将六氯三聚环膦腈纯品加入到长颈烧瓶中，再将烧瓶接入配以高纯氮和减压装置的双排管线上，烧瓶接通减压系统室温下减压30min ，再以高纯氮释放真空重复两次密封后用120℃油浴加热熔化再一次降至室温，重复上述充氮减压过程，最后在真空密封状态下置于250℃油浴中聚合6h，以高纯氮释放真空，聚合产物为非常粘稠的液体。然后将聚合产物溶解于少量干燥的四氢呋喃中，将粗产物的四氢呋喃溶液倒入大量的干燥石油醚中得到浅白色的粘性沉淀物即得目标产物聚磷腈[4]。

具体反应原理如下：

三、聚磷腈/PP阻燃复合材料的性能

将合成的聚磷腈样品添加到塑料PP中，与PP混合均匀，挤出、切割成粒、烘干、注塑成长120mm，宽6.5 mm，厚度为3mm的标准件。极限氧指数（LOI）按ASTM D836-1984测试；拉伸强度及断裂伸长率按GB/T 1040-1992在23℃下测试；缺口冲击强度按GB/T 1843-1996在23℃测试。制备出阻燃复合材料，考察阻燃剂含量对复合材料各性能的影响，结果见表3.1。

表3.1聚磷腈含量对PP性能的影响

图3.1显示出聚磷腈含量对PP材料阻燃性能的影响趋势，从图中可以看出，材料的氧指数随着聚磷腈含量的增加而逐渐上升，添加MAPPEP达到25%时，氧指数为32.1%,聚磷腈具有优异的阻燃特性是因为该物质并不局限于一种阻燃机理，表现为这四种途径的综合作用。磷腈热分解时吸热是冷却机理；其受热分解生成的磷酸、偏磷酸和聚磷酸，可在聚合物制品的表面形成一层不挥发性保护膜，隔绝了空气，这是隔离膜机理；同时受热后放出不燃性气体，这是稀释机理；这些不易燃烧的气体阻断了氧的供应，实现了阻燃增效和协同的目的，且聚合物燃烧时有形成，它可与火焰区域中的活性自由基结合，起到抑制火焰的作用，这是终止链反应机理。正是由于磷腈类化合物有着比其它阻燃剂较优良的性质，所以它已成为人们新关注的焦点[5]。

图3.2 聚磷腈含量对PP材料拉伸强度的影响

图3.3聚磷腈含量对PP材料断裂伸长率的影响

图中3.2，3.3，3.4分别为聚磷腈含量含量变化对PP材料拉伸强度、断裂伸长率及缺口冲击强度的影响。从图中可以看出，PP材料的拉伸强度及缺口冲击强度、断裂伸长率都随阻燃剂含量的增加先逐渐减小然后升高再下降的趋势。加入15％聚磷腈时，PP的力学性能略有下降，当聚磷腈含量为25％时，其力学性能略优于纯PP，这可能是由于添加MPE时，共混物的分子链产生了物理缠结作用，在受到外力作用时，填充物使基体产生银纹从而吸收能量，起到增韧效果[6,7]。继续增加聚磷腈的含量，PP材料的力学性能下降。

四、结论

本实验通过以氯化铵、五氯化磷制备出长链无机高分子聚磷腈；通过将聚磷腈添加到聚丙烯塑料中，结果表明：聚磷腈对聚丙烯具有显著的阻燃作用，随聚磷腈添加量的增大，试样的各项力学性能先逐渐下降而后又有升高，说明聚磷腈与PP有良好的相容性。

图3.4 聚磷腈含量对PP材料冲击的影响

参考文献：

[1]张建生,孔庆山.聚磷腈的合成与应用研究进展，青岛大学学报，2002,12:9-13.

[2]Taylor J P, Allcock H R, Phosphorylated Phosphazenes as Flame Retardant Polymers and Polymer Additives, Polymer Preprints, 1999, 40, 910.

[3]Allcock H R, Taylor J P, Phosphorylation of Phosphazenes and its Effects on Thermal Properties and Fire Retardant Behavior, Polymer Engineering & Science, 2000, 40, 1177.

[4]Allcock HR, Kugel RL, Synthesis of high polymeric alkoxy- and aryloxyphosphonitriles, Journal of theAmerican Chemical Society, 1965, 87, 4216-7.

[5]邱利焱，聚[(双-甘氨酸乙酯)膦腈]/聚酯共混相容性研究高等学校化学学报2002 23 314-7.

篇(7)

Abstract： In the case of the back shielding fluxes protection， all kinds of welding tests were done， including weld macro morphology， microstructure， chemical composition and mechanical properties. The test results showed that the weld seam was not oxidized with the flux， and there was no effect on the microstructure， the chemical composition and the mechanical properties.

关键词： TIG；焊缝；保护剂；低碳钢

Key words： TIG；weld joint；weld shielding fluxes；low-carbon steel

中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）24-0019-02

0 引言

随着A-TIG焊接技术的快速发展和应用[1-4]，焊接过程中的背面保护问题日益突出。目前采用的保护方法主要有：背面充氩保护、自保护药芯焊丝保护、陶瓷衬垫保护、混合气体保护等[5-8]，以上方法都存在一定的局限性。近年来，一种新型的保护方法引起了人们的关注，采用焊缝背面保护剂来防止焊缝背面氧化[9，10]，国外已经有类似的保护剂出售，但国内还少见研究报道[11，12]。本文利用自行研制的低碳钢焊缝面保护剂进行了焊接性试验。

1 保护剂的制备

保护剂的成分为TiO230%～40%、MgO

2 焊接试验及结果

低碳钢试样尺寸为200mm×80mm×3mm，焊前对试件两侧用砂纸仔细清理后，采用自制的粘结剂与保护剂按质量比1：5的比例混合，搅拌均匀后加入丙酮调制成糊状刷涂于焊缝背面，厚度约为3-4mm，待丙酮挥发后即可焊接。使用苏州华焊生产的DIGITAL305自动TIG焊机进行焊接，焊接规范如表1。

2.1 外观形貌 焊接结果如图1所示。由图可见，焊缝在有保护剂下，背面无氧化、呈现银白色的金属光泽，余高适中，成型良好。

2.2 微观组织 采用保护剂保护得到的焊缝的金相组织照片如图2所示，采用保护剂保护得到的缝组织与无保护剂的焊缝组织相同，均为铁素体+珠光体组织，保护剂未改变焊缝的组织。

2.3 化学成分分析 由表2见焊缝的化学成分与母材的基本相同，使用保护剂没有改变焊缝的化学成份。

2.4 力学性能 使用保护剂后，所测定的焊接接头的硬度如表3所示。焊缝、熔合区和热影响区的硬度高于母材的硬度，对采用保护剂得到的焊缝进行拉伸试验、弯曲试验和焊缝腐蚀试验，试验结果如表4。从表4中可以看到，焊缝的抗拉强度为453σь/Mpa，面弯、背弯和焊缝腐蚀试验均合格，显然，使用保护剂对焊接接头的力学性能没有影响。

3 结论

①利用所研制的保护剂，可以得到无氧化、成型良好的焊缝。

②使用保护剂后，焊缝组织为铁素体+珠光体组织，保护剂未改变焊缝的组织。

③使用保护剂后，焊缝的化学成分与母材的基本相同，保护剂未改变焊缝的化学成份。

④使用保护剂后，焊接接头的力学性能满足相关使用要求。

参考文献：

[1]Zhang R H， Fan D. Numerical simulation of effects of activating flux on flow patterns and weld penetration in ATIG welding[J]. Science and Technology of welding and Joining，2007，12（1）：15-23.

[2]张瑞华，樊丁，余淑荣.低碳钢A-TIG焊的活性剂研制[J].焊接学报，2003，24（2）：16-18.

[3]张瑞华，尹燕，水谷正海等.A-TIG焊接熔池行为的观察[J].机械工程学报，2009，45（3）：115-118.

[4]张瑞华，樊丁.低碳钢A-TIG焊活性剂的焊接性[J].焊接学报，2003，24（1）：85-87.

[5]王敬红.T_P91钢焊接时的背面气体保护技术[J].焊接，

2001（6）：37.

[6]杨丽娟，唐吉威.锅炉压力容器制造常用背面保护方法探讨[J].电站系统工程，2008（1）：1.

[7]秦惠中，郝世英，石凯等.埋弧焊陶质衬垫单面焊双面成型技术研究[J].石油工程建设，2001（8）：17-18.

[8]李国栋.不锈钢单面焊接头性能及背面保护机理的研究

[D].北京工业大学硕士论文，7-35.

[9]吴军，魏群，卞伟.T91_TP304钢用免充氩焊接保护剂性能测试[J].山东电力技术，2006（1）：30-32.

[10]王偐，段云春，吕龙.背面免充氩气保护剂在不锈钢焊接中的应用[J].现代焊接，2008，61（1）：43-44.