材料科學綜合

真空導入模塑工藝纖維預成型體厚度變化和流體壓力變化研究進展

劉山，邢素麗，楊金水，等

摘要：真空導入模塑工藝（vacuum infusion molding process，VIMP）能夠有效降低復合材料的工藝成本，是低成本制造技術發(fā)展的重要方向。纖維預成型體厚度控制問題是VIMP面臨的主要挑戰(zhàn)之一。VIMP工藝注膠過程中纖維預成型體的厚度變化行為分為以下幾個階段：（1）預壓實階段，抽真空，纖維預成型體在真空負壓下被壓實，厚度下降；（2）纖維嵌套階段，在抽真空完成后，維持一段時間，纖維在嵌套作用下發(fā)生沉積，厚度下降；（3）潤滑效應，樹脂浸潤纖維織物過程中，減小了纖維絲束間的摩擦系數(shù)，促使纖維進一步進行滑移嵌套，使預成型體厚度下降；（4）彈性回復階段（卸載階段），注膠時樹脂流體的靜壓分擔了一部分纖維預成型體受到的大氣壓力，使壓實壓力減小，纖維預成型體發(fā)生迅速的彈性回復，使厚度增大；（5）纖維松弛階段，壓實壓力維持恒定時，在纖維松弛作用下，厚度隨時間緩慢增加。VIMP工藝纖維預成型體厚度變化的本質(zhì)在于預成型體具有壓實回彈特性。很多研究團隊通過研究纖維預成型體的壓縮響應行為考察了纖維預成型體的壓實回彈特性。文章介紹了VIMP工藝在一維線性流動和二維徑向流動時厚度變化的理論模型，分析了流體壓力特性方程的求解、流體壓力場的分布和流體壓力對厚度的影響，指出了Correia推導過程中存在的問題并進行了修正。文章還總結了厚度變化對VIMP工藝及復合材料制品的影響，并對VIMP工藝厚度變化的理論研究和工藝控制進行了展望。纖維預成型體厚度變化對VIMP工藝的影響主要有兩個方面：引入厚度控制問題；影響滲透率、樹脂液體充模時間、樹脂消耗量等工藝參數(shù)。首先，厚度控制不精確不只影響復合材料構件的外觀尺寸，還會對復合材料的內(nèi)部結構和力學性能產(chǎn)生消極的影響，這是VIMP工藝與RTM工藝相比較為顯著的缺陷之一。其次，厚度變化會改變纖維預成型體的孔隙結構，使孔隙率增加，孔隙率增加會使?jié)B透率增大，而較高的滲透率有利于VIMP工藝注膠過程中樹脂對織物的充分浸潤。另外，在相似的工藝控制條件下，厚度變化引起的流體壓力場非線性分布致使VIMP工藝的流動前鋒位置處的壓力梯度比 RTM工藝的要高，由Darcy定律知，此時VIMP工藝流動前鋒的移動速度較快，因此，VIMP工藝的注膠充模時間比RTM工藝的注膠充模時間要短。VIMP工藝作為RTM工藝的衍生工藝具有操作簡單、工藝成本低、易成型大尺寸厚構件的優(yōu)點，隨著復合材料的大力發(fā)展，VIMP工藝必然扮演更加重要的角色。而VIMP工藝面臨的主要問題就是注膠過程中纖維預成型體的厚度變化。如何進行有效的厚度控制是 VIMP工藝面臨的一個永恒問題，要精確控制VIMP工藝產(chǎn)品厚度還有很長的一段路要走。

來源出版物：材料導報, 2016, 30(19): 7-18

入選年份：2016

過氧根橋連雙核稀土化合物的制備及其磁/光響應行為研究

嚴華，童明良，陳龑驄，等

摘要：目的：單分子磁體由于具有與經(jīng)典磁體相同的磁行為，有望應用在高密度信息存儲和量子計算等領域。磁相互作用是調(diào)控單分子磁體行為的重要參數(shù)，在磁動力學行為或弛豫機制方面的作用值得深入地研究。通過研究兩例O22-橋連雙核稀土化合物的分子結構和磁學性質(zhì)，探究橋連基團對分子磁學行為的影響。方法：首先，采用席夫堿還原后的“二爪”配體 H2L分別與 Dy（ClO4）3·6H2O和YbCl3·6H2O反應得到兩種晶體產(chǎn)物，通過X-射線單晶衍射儀測試晶體和SHELXTL程序包分析數(shù)據(jù)得出，它們的分子結構為過氧根橋連的雙核稀土化合物。其次，利用磁學測量系統(tǒng) MPMS-XL7測試目標化合物的靜態(tài)和動態(tài)磁行為，研究雙核稀土離子間的磁相互作用以及化合物的單分子磁體行為，并結合分子的結構信息分析構效關系。最后，在紫外光激發(fā)下收集兩個化合物的發(fā)光信息，與自由配體比對分析配體對稀土離子的敏化效果以及化合物發(fā)光的躍遷機制。結果：兩例稀土化合物的分子式分別為[Dy2（μ-O2）L2]·4MeOH·2H2O 和[Yb2（μ-O2）L2]·3MeOH·2H2O（簡稱Dy2和Yb2）。它們均結晶于三斜晶系，都含有兩種晶體學獨立的分子且分子的結構骨架非常相似。每種獨立分子的不對稱單元都包含一個稀土離子、一個脫質(zhì)子配體和半個過氧根。稀土離子的配位數(shù)目均為 8，配位形式為N4O4。Shape軟件計算結果表明中心稀土的配位幾何為不規(guī)則多面體，沒有特定的對稱性。兩個化合物在 1.8～300 K溫度范圍的變溫直流磁化率數(shù)據(jù)分別表明Dy2的基態(tài)雙線態(tài)以mJ＝±15/2為主，Yb2存在較強的反鐵磁相互作用，可能來自于分子內(nèi)的磁有序行為。外加1 k Oe直流場時，Dy2的溫度依賴交流磁化率實部隨頻率變化不太明顯，虛部隨頻率變化趨勢較為明顯且在低溫區(qū)出現(xiàn)峰值，表明Dy2具有單分子磁體行為。以ln（X″M/X′M）對T-1作圖估算出“能壘高度”約6.1 K，指前因子約2.4×10-6s，符合已報道單分子磁體的數(shù)值范圍（10-6～10-11）。在344 nm紫外光激發(fā)下，Dy2熒光峰在436 nm，576 nm和670 nm，依次來自配體內(nèi)電荷躍遷，DyIII的4F9/2→6H13/2和4F9/2→6H11/2躍遷；更高能的4F9/2→6H15/2躍遷被配體發(fā)光掩蓋，在480 nm出現(xiàn)不太明顯的肩峰。在390 nm紫外光激發(fā)下，Yb2熒光峰在437 nm和1006 nm，分別來源于配體的發(fā)光和YbIII的2F5/2→2F7/2躍遷。熒光譜圖表明配體L2-能作為“天線”吸收并傳遞能量給稀土中心，敏化DyIII或YbIII發(fā)光。結論：由席夫堿還原得到的“二爪”配體 H2L與DyIII或 YbIII反應得到兩例 O22-橋連的雙核稀土化合物。交流磁化率和熒光光譜的數(shù)據(jù)分析表明，Dy2是一例具有配體和DyIII雙發(fā)光中心的潛在單分子磁體——磁/光雙功能分子材料；Yb2是一例同時具有配體可見光和YbIII近紅外光的發(fā)光化合物，將成為一類可調(diào)諧發(fā)光分子材料。后續(xù)擬引入抗磁離子YIII，深入洞察O22-橋連化合物的磁相互作用變化以及這種作用在弛豫過程中所扮演的角色。

來源出版物：中國稀土學報, 2016, 34(6): 726-732

入選年份：2016