[论文导读]聚合物及其复合材料精密成形专题

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第16卷  第6期

石墨烯纳米片/密胺复合泡沫性能增强机制研究

摘要：目的  探究三聚氰胺与甲醛原料比例、发泡剂正戊烷含量、乳化剂 OP-10 含量和固化剂甲酸含量对密 胺泡沫发泡过程的影响及作用机理，并制备石墨烯纳米片/密胺复合泡沫材料，改善密胺泡沫力学性能，提高密胺泡沫材料热稳定性以及阻燃性。方法 通过调整原料比例、改变不同助剂的掺量探究发泡工艺对泡沫结构的影响，并研究石墨烯纳米片对复合泡沫性能的增强机制。对样品进行力学性能测试，并通过扫描电子显微镜和热重分析仪对泡沫微观结构和热力学性能进行分析。结果 当三聚氰胺与甲醛物质的量之比为 1︰3~1︰4 时，预聚体交联度高，结构完整；当正戊烷质量分数为 33%时，能够为预聚体提供足够的成核点；当甲酸质量分数为 8%时，固化速度适宜；当 OP-10 质量分数为 4%~6%时，有效降低了界面张力。添加石墨烯纳米片使复合泡沫最高压缩强度达到 23.86 kPa，最高残碳率上升为 8.24%，热导率仅上升 0.006 W/(m·K)，保持了良好的保温隔热性能。结论 甲醛与三聚氰胺的物质的量之比会影响预聚体交联程度；正戊烷因其低沸点而促进了泡沫成核；甲酸通过为基体提供更多的交联点加速了固化速度；OP-10 在发泡过 程中通过调整与发泡剂的相容性以及作为表面活性剂发挥了作用。石墨烯纳米片的添加提高了复合泡沫的 力学性能，在保持低密度和低热导率的同时进一步增强了其热稳定性及其阻燃能力。

本文引文格式：

DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.06.001

期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.

周莹, 刘世盟, 赵近川, 等. 石墨烯纳米片/密胺复合泡沫性能增强机制研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(6): 1-11. 

ZHOU Ying, LIU Shimeng, ZHAO Jinchuan, et al. Performance Enhancement Mechanism of Graphene Nanosheets/Melamine Composite Foam[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(6): 1-11. 

飞秒激光参数对硅橡胶表面结构与防冰性能影响的研究

摘要：目的 采用飞秒激光刻蚀硅橡胶表面，获得表面结构较优、润湿性能与防冰性能优异的超疏水硅橡胶表面。方法 通过控制变量，设计单因素试验，研究飞秒激光参数（填充间距、能量密度、扫描速度）对硅 橡胶表面结构的影响规律。基于正交试验设计和极差分析获得使表面结构规整且表面粗糙度最大的相对最 优工艺参数，研究飞秒激光参数对表面粗糙度的影响主次顺序。结果 飞秒激光刻蚀硅橡胶的相对最佳工艺 参数如下：能量密度为 5 J/cm2 ，扫描速度为 200 mm/s，填充间距为 20 μm。最优参数组下激光刻蚀的超疏 水硅橡胶表面粗糙度达到最大值 5.954 μm，具有规整的峰状凸起与微纳结构和优异的超疏水性能，水接触 角高达 165.3°，滚动角低至 2.6°。该超疏水硅橡胶表面具有优异的防冰性能，在低温高湿环境下，与未处理 的硅橡胶表面相比，结冰时间由 67 s 延长至 312 s，冰黏附强度由 39.6 kPa 降低至 7.4 kPa。超疏水硅橡胶还 具有良好的循环除冰性能，经 20 次结冰/除冰循环后，冰黏附强度仍不超过 20 kPa；此外，该表面还具有优异的耐腐蚀性能和良好的耐磨损性能。结论 飞秒激光增大能量密度和减小扫描速度会使激光刻蚀宽度增 大，要避免纵向条纹，应控制填充间距不超过激光刻蚀宽度。激光参数优化后刻蚀出的超疏水硅橡胶表面 具备优异的防冰性能，并且机械与化学稳定性较好，在恶劣环境中的防冰领域，具有广阔的应用前景。

本文引文格式：

DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.06.002

期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.

贺彬波, 蒋果, 杨灿. 飞秒激光参数对硅橡胶表面结构与防冰性能影响的研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(6): 12-23. 

HE Binbo, JIANG Guo, YANG Can. Effect of Femtosecond Laser Parameters on the Structure and Anti-icing Performance of Silicone Rubber Surface[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(6): 12-23. 

中空玻璃微球/TPU 复合泡沫的制备及微孔结构的研究

摘要：目的 探讨 GB 含量变化对中空玻璃微球/TPU 复合材料相变行为、流变性能及热力学性能的影响，并研究微米尺寸填料 GB 对泡沫微孔形态、尺寸分布的影响。方法 以中空玻璃微球和热塑性聚氨酯为原料， 采用微孔注塑成型（MIM）发泡方式，制备 GB/TPU 复合泡沫材料。结果 通过向 TPU 中引入微米玻璃球 相改善发泡材料的微孔结构，在 TPU 中加入有机改性的 GB，GB 作为成核剂能显著提高 TPU 发泡材料的 微孔结构。当 GB 质量分数为 0.5%时，TPU 熔体黏度得到提高，发泡性能得到改善，成功制备出具有复孔 结构的 GB/TPU 复合泡沫。GB/TPU 复合泡沫的密度被降低至 0.51 g/cm3 。由于微米尺寸填料 GB 的平均直 径为 18 μm，与 TPU 熔体形成较大的相界面，因此引起泡孔尺寸较大且泡孔开孔率较高的现象。结论 差示 扫描量热仪（DSC）测试结果表明，在冷却阶段及第二次加热熔融阶段，GB 对 TPU 软段相和硬段相的相变 行为没有明显的影响。但是在 DSC 第一次加热熔融阶段，GB 引起了 TPU 熔融峰向低温区移动。旋转流变 仪测试分析结果表明，在高剪切频率下，GB/TPU 复合材料的复合黏度和储能模量明显高于 TPU 纯料的， 且 TPUGB0.5（含质量分数为 0.5%的 GB）的复合黏度和储能模量最大。TGA 结果显示，热稳定性提高， 利用扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料泡沫材料泡孔结构可知，泡孔分布和尺寸均匀性显著提高。

本文引文格式：

DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.06.003

期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.

梁议心, 王心超, 刘佳佳, 等. 中空玻璃微球/TPU复合泡沫的制备及微孔结构的研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(6): 24-33. 

LIANG Yixin, WANG Xinchao, LIU Jiajia, et al. Preparation of Hollow Glass Microsphere/TPU Composite Foam and Its Microporous Structure[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(6): 24-33. 

汽车薄壁保险杠蒙皮材料特性分析与服役性能研究

摘要：目的 优化薄壁保险杠蒙皮材料的力学性能，评价薄壁保险杠蒙皮的服役性能。方法 以纳米碳酸钙 （nano-CaCO3）、蒙脱土（MMT）和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）为添加剂对 PP 进行协同改性。采用双螺杆挤压机制备 PP/SEBS/nano-CaCO3和 PP/SEBS/MMT 共混材料，研究刚性粒子与 SEBS 对薄壁注 塑用聚丙烯（PP）的强韧协同效应。研究无机填料/弹性体协同改性作用对薄壁注塑用聚丙烯结晶行为、力学性能与微观结构的影响规律。建立薄壁注塑用聚丙烯保险杠蒙皮有限元仿真模型，通过多个工况有限元 仿真和实验来评价薄壁保险杠蒙皮的服役性能。结果 共混材料的结晶度相比 PP/SEBS 提高了 1.2%~7.3%， 结晶温度未产生显著变化；nano-CaCO3质量分数为 4%的 PP/SEBS/nano-CaCO3综合性能最好。仿真结果表明，薄壁保险杠蒙皮具有较好的服役性能，并且通过实验验证了该评价方法的有效性。结论 薄壁保险杠蒙 皮材料可以通过共混改性达到理想的刚韧平衡效果，基于材料性能-成形质量-服役性能的方法为高效设计薄 壁汽车保险杠蒙皮提供了新途径。

本文引文格式：

DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.04.004

期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.

郭巍, 胡宗文, 符大兴. 汽车薄壁保险杠蒙皮材料特性分析与服役性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(6): 34-43. 

GUO Wei, HU Zongwen, FU Daxing. Material Characteristics and Service Performance of Automobile Thin-walled Bumper Skin[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(6): 34-43. 

MXene/CNF 复合气凝胶的制备及辐射制冷性能研究

摘要：目的 探究制备过程中不同 MXene 含量、预冻温度及方式对 MXene/CNF 复合气凝胶内部结构和性能的影响。方法 采用原位生成 HF 刻蚀法和冷冻干燥法制备 MXene 粉末和 MXene/CNF 复合气凝胶，采用扫描电镜（SEM）观察刻蚀前后的 MXene 及–18 ℃、–196 ℃下不同含量 MXene 经过均相冷冻和定向冷冻的 MXene/ CNF 气凝胶的微观结构，并测试力学性能、导热率、光谱性能及制冷性能。结果 在相同预冻条件下，气凝胶 的密度和力学强度随着 MXene 含量的增加而下降；随着预冻温度的降低，气凝胶孔隙的尺寸减小且数量增加， CM50-18 的孔径在 103 μm 左右，而 CM50-196 具有最小的孔径，为 25 μm 左右。与普通均质冷冻相比，定向 冷冻制备的气凝胶的导热率更低，并且随着 MXene 含量的增加，导热率增大。在 80 ℃加热条件下其表面温 度最多能降低 33.4 ℃，制冷性能优异。而样品的表面平均温度随着 MXene 含量的增加而上升。不同 MXene 含量的气凝胶对太阳光的平均吸光度能达到 0.95 以上，对波长为 400 nm、874 nm 以及 1 800 nm 以上的光的 吸光度能达到 1。结论 通过定向冷冻制备的 MXene/CNF 的力学性能、光谱性能、制冷性能有所改善。

本文引文格式：

DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.06.005

期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.

季鸿途, 费炎培, 李港, 等. MXene/CNF复合气凝胶的制备及辐射制冷性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(6): 44-52. 

JI Hongtu, FEI Yanpei, LI Gang, et al. Preparation and Radiation Refrigeration Performance of MXene/CNF Composite Aerogels[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(6): 44-52. 

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橡胶辅助增压在非热压罐成型工艺中的应用研究

摘要：目的 针对蒙皮带筋典型构件，在容易产生孔隙的加强筋底部放入橡胶增压，以优化应力场、减小孔隙缺陷。方法 针对 CFRP 固化成型制度，进行红/蓝 2 种橡胶模量、热膨胀系数测试及双马树脂流变测试。基于材料测试数据及预浸料固化特征建立了固化前中后 3 类数值仿真模型，以对比不同橡胶在不同固 化时期的增压效果。结果 在固化前期，红、蓝橡胶均有增压作用，可使加强筋底部应力提高约 5 倍；在固化中期，红橡胶有显著增压作用，可使加强筋底部应力提高约 9 倍并改善应力梯度；在固化后期，橡胶难以发挥增压作用。结论 红橡胶可显著发挥增压作用，有效解决加强筋固化成型前中期底部应力不足的问题；在 CFRP 固化前期，热膨胀系数是影响热应力的主要因素，在固化后期，模量为主要因素。通过对 比多组仿真数据，明确了最优增压材料及最主要的材料属性，为解决 OOA 成型局部压力不足的问题提供 了指导方向。

本文引文格式：

DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.06.006

期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.

方俊文, 王轶, 高竹青, 等. 橡胶辅助增压在非热压罐成型工艺中的应用研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(6): 53-61. 

FANG Junwen, WANG Yi, GAO Zhuqing, et al. Out-of-autoclave Curing Assisted by Rubber Pressurization[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(6): 53-61.