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基于四胞元模型的3D缝合复合材料力学性能预测

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复合材料学报 2025年

作者：杨林谢军波刘静妍纪高宁郭蕊陈利天津工业大学复合材料研究所纺织复合材料教育部重点实验室天津工业大学纺织科学与工程学院航天材料及工艺研究所

3D缝合复合材料纤维结构复杂，缝合区域微结构存在不确定性。提出3D缝合复合材料的虚拟纤维建模方法，通过模拟缝合成形工艺，生成缝合部位的高保真度几何孪生模型。利用Micro-CT技术分析缝合部位纤维结构，验证了几何孪生模型的准确性... 详细信息

3D缝合复合材料纤维结构复杂，缝合区域微结构存在不确定性。提出3D缝合复合材料的虚拟纤维建模方法，通过模拟缝合成形工艺，生成缝合部位的高保真度几何孪生模型。利用Micro-CT技术分析缝合部位纤维结构，验证了几何孪生模型的准确性。考虑缝合结构的不确定性，提出四种代表性几何结构，采用虚拟纤维嵌入(VFE)技术，将虚拟纤维结构与基体材料体素单元嵌入耦合，构造了3D缝合复合材料四种胞元模型。针对纤维和基体材料分别建立损伤模型，模拟3D缝合复合材料拉伸损伤过程，预测了不同缝合部位的力学性能。四种胞元模型预测结果的平均值与实验结果相一致，拉伸强度、模量和破坏应变的预测误差分别为1.5%、1.2%和0.4%。

关键词：三维缝合复合材料虚拟纤维有限元分析力学性能

木浆纤维素氨基甲酸酯法再生纤维素纤维的制备及性能

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高分子材料科学与工程 2019年第7期35卷 121-125页

作者：曾岑侯伟张少杰余超尹翠玉天津工业大学先进纤维材料与储能技术天津市重点实验室

使用木浆粕和尿素为原料,以廉价的高沸点非质子极性溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为介质通过固液相法制备了纤维素氨基甲酸酯(CC)。以NaOH为溶剂,采用低温溶解法溶解所制备的CC,通过湿法纺丝在常规黏胶长丝装置上成功制得再生纤维素纤维(C... 详细信息

使用木浆粕和尿素为原料,以廉价的高沸点非质子极性溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为介质通过固液相法制备了纤维素氨基甲酸酯(CC)。以NaOH为溶剂,采用低温溶解法溶解所制备的CC,通过湿法纺丝在常规黏胶长丝装置上成功制得再生纤维素纤维(CC纤维)。采用红外光谱、X射线衍射、核磁共振、扫描电镜等对纤维进行了表征。并对纤维的力学性能和吸湿性能进行了研究。结果表明,所制备的CC纤维在力学性能和吸湿性能上较已经工业生产的黏胶和Lyocell纤维相差并不太大,后续有望通过改进纺丝工艺达到工业使用标准。因此,通过氨基甲酸酯法制备再生纤维素纤维提供了一种简便且环境友好的方法来克服传统再生纤维素生产工艺的缺陷。

关键词：木浆粕 N,N-二甲基乙酰胺纤维素氨基甲酸酯力学性能吸湿性能

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纺丝中间相沥青的制备与表征

新型炭材料 2019年第3期34卷 211-219页

作者：史景利马昌天津工业大学天津市先进纤维与储能技术重点实验室

中间相沥青炭纤维在模量和导热方面具有优于其它炭纤维的性能,但人们对中间相沥青的认识还不尽完善。本文从纺丝沥青的制备方法和沥青的表征两个方面进行了分析并归纳总结。通常以石油重质油或煤沥青为原料,经多重工艺手段的实施,可以... 详细信息

中间相沥青炭纤维在模量和导热方面具有优于其它炭纤维的性能,但人们对中间相沥青的认识还不尽完善。本文从纺丝沥青的制备方法和沥青的表征两个方面进行了分析并归纳总结。通常以石油重质油或煤沥青为原料,经多重工艺手段的实施,可以制得合适的纺丝中间相沥青。虽然纺丝中间相沥青的表征有很大进步,但相关参数为生产所能提供的技术信息还是有一定的模糊性。新的表征手段的普及和出现,使研究者对中间相沥青及其炭纤维的认识不断提高。鉴于中国与日美的巨大差距,相关研究应进一步加强。

关键词：制备纺丝中间相沥青表征

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MCA/CD-PA6的制备及其结构与性能

高分子材料科学与工程 2019年第1期35卷 53-58页

作者：傅轶凡滕云余国民尹翠玉天津工业大学天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津300387

采用两步熔融聚合法制备出一种同时具备阳离子可染和阻燃效应的新型尼龙6(PA6)。通过在PA6大分子链段中引入具有双羧基官能团的间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA),得到阳离子可染PA6(CD-PA6),再加入三聚氰胺氰脲酸盐(MCA)作为有机阻燃单体... 详细信息

采用两步熔融聚合法制备出一种同时具备阳离子可染和阻燃效应的新型尼龙6(PA6)。通过在PA6大分子链段中引入具有双羧基官能团的间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA),得到阳离子可染PA6(CD-PA6),再加入三聚氰胺氰脲酸盐(MCA)作为有机阻燃单体制得。通过扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和热重分析等手段表征,证实5-SSIPA和MCA分散在PA6基体中。染色实验证实5-SSIPA的加入使得PA6阳离子染料的上染率高,最高可达96. 79%,且色彩亮丽;阻燃性能测试结果显示MCA的加入使MCA/CD-PA6极限氧指数最高可达27,发烟减小且无黑烟,熔滴现象较不明显。

关键词：尼龙6 间苯二甲酸-5-磺酸钠阳离子可染尼龙6 三聚氰胺氰脲酸盐熔融聚合阻燃性能

聚酰胺6/聚乙二醇/ZnO复合材料的制备与性能

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高分子材料科学与工程 2019年第2期35卷 126-130页

作者：侯伟傅轶凡曾岑刘娜尹翠玉天津工业大学天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津300387

以己内酰胺、聚乙二醇1000(PEG1000)、ZnO为原料,6-氨基己酸为开环剂,钛酸四丁酯为催化剂制备了PA6/PEG/ZnO复合材料,采用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射对复合材料的分子结构进行了表征,并对复合材料的力学性能和流变可纺性进行了研究... 详细信息

以己内酰胺、聚乙二醇1000(PEG1000)、ZnO为原料,6-氨基己酸为开环剂,钛酸四丁酯为催化剂制备了PA6/PEG/ZnO复合材料,采用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射对复合材料的分子结构进行了表征,并对复合材料的力学性能和流变可纺性进行了研究。结果表明,添加ZnO使复合材料的晶粒由α相转化为小尺寸的γ相;材料的热分解温度没有显著变化,均高于聚酰胺6 (PA6)的加工温度;通过对复合材料的流变测试得知该复合材料属于切力变稀流体,具有可纺性;当ZnO含量为10%时,断裂强度提高了55.7%,复合材料的力学性能显著提高。PA6/PEG/ZnO复合材料具有一定的工业应用价值。

关键词： ZnO 复合材料力学性能流变性能

胶原/高分子量壳聚糖复合纤维的制备及其性能

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纺织学报 2018年第5期39卷 8-13页

作者：李倩丁长坤张静杜建华程博闻天津工业大学天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津300387

为提高纯胶原纤维的强度,在相容性分析的基础上,采用高分子量壳聚糖与胶原进行共混,通过湿法纺丝技术制备不同壳聚糖含量的胶原/壳聚糖复合纤维,并借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪等对其结构和性能进行表征。结... 详细信息

为提高纯胶原纤维的强度,在相容性分析的基础上,采用高分子量壳聚糖与胶原进行共混,通过湿法纺丝技术制备不同壳聚糖含量的胶原/壳聚糖复合纤维,并借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪等对其结构和性能进行表征。结果表明:胶原与壳聚糖在一定范围内由于氢键作用具有良好的相容性;棒状胶原分子的有序排列和一定的自组装结构随复合纤维中壳聚糖的含量的变化而变化,随着壳聚糖含量的增加,胶原分子的有序排列程度降低;与纯胶原和壳聚糖纤维相比,复合纤维的结晶性降低,胶原纤维分子链间距离的衍射峰约在6.7°和7.5°之间出现偏移;当胶原与壳聚糖质量比为8∶2时,二者相容性最好,复合纤维断裂强度与纯胶原纤维相比提高了31.3%。

关键词：胶原纤维壳聚糖复合纤维湿法纺丝力学性能

碳化二亚胺/羟基丁二酰亚胺交联改性胶原蛋白纤维制备及其性能

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纺织学报 2020年第3期41卷 1-7页

作者：岳程飞丁长坤李璐程博闻天津工业大学天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津300387

为解决由湿法纺丝工艺制备的牛肌腱胶原蛋白纤维力学性能差、遇水易溶解等问题,采用1-乙基-3-(3-二甲基丙基)碳化二亚胺盐酸盐/N-羟基丁二酰亚胺(EDC/NHS)对胶原蛋白纤维进行交联改性。探究了原位交联方式的最优交联时间和交联剂质量分... 详细信息

为解决由湿法纺丝工艺制备的牛肌腱胶原蛋白纤维力学性能差、遇水易溶解等问题,采用1-乙基-3-(3-二甲基丙基)碳化二亚胺盐酸盐/N-羟基丁二酰亚胺(EDC/NHS)对胶原蛋白纤维进行交联改性。探究了原位交联方式的最优交联时间和交联剂质量分数,并着重对比了原位交联与交联浴交联2种交联方式对胶原蛋白纤维性能的影响。结果表明:原位交联可显著改善胶原蛋白纤维的性能,最优的交联时间和交联剂质量分数分别为11 h、15%,此时纤维断裂强度可达1.44 cN/dtex左右,较纯胶原蛋白纤维提高了35.8%,较交联浴交联纤维提高了19.0%;与主要发生在纤维表面的交联浴交联相比,原位交联能够使纤维内部的微纤结构更加致密,性能得到更为显著的提升,由原位交联制备的胶原蛋白纤维性能优于交联浴交联制备的纤维。

关键词：胶原蛋白纤维湿法纺丝原位交联交联浴交联力学性能

乳液静电纺丝PLA/PEG微纳纤维膜的可控制备及负载亲疏水性药物的释放

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高等学校化学学报 2018年第3期39卷 575-582页

作者：高燕张华张雯李祥鹏岳盼李伟天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

采用低能相反转法,以聚乳酸(PLA)、疏水性药物喜树碱(CPT)溶液为油(O)相,以明胶水溶液、亲水性药物黄芪多糖(APS)为水(W)相,制备水包油(O/W)初乳液.通过控制聚乙二醇(PEG)的浓度和分子量制备O/W纺丝液,经乳液静电纺丝获得PLA/PEG微纳纤... 详细信息

采用低能相反转法,以聚乳酸(PLA)、疏水性药物喜树碱(CPT)溶液为油(O)相,以明胶水溶液、亲水性药物黄芪多糖(APS)为水(W)相,制备水包油(O/W)初乳液.通过控制聚乙二醇(PEG)的浓度和分子量制备O/W纺丝液,经乳液静电纺丝获得PLA/PEG微纳纤维膜.采用粒径分布、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、接触角测试和细胞毒性实验对初乳液和PLA/PEG微纳纤维膜进行表征,并通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察药物的分布情况.结果表明,通过乳液静电纺丝可成功制备亲水性良好的不同微纳结构的PLA/PEG微纳纤维膜.PLA/PEG微纳纤维膜形貌不同,亲水性存在差异,无细胞毒性.体外药物释放结果表明,与pH=6.8和7.4的释放介质相比,在pH=5.8的释放介质中,药物累积释放率较高,表明载药PLA/PEG微纳纤维膜能够有效减缓CPT的释放,而APS释放速率较快,可实现亲疏水性药物的差别性释放.

关键词：乳液静电纺丝相反转聚乳酸/聚乙二醇微纳纤维差别性释放

纤维素苯甲酸酯接枝二乙二醇十六烷基醚的制备及性能

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高等学校化学学报 2017年第6期38卷 1099-1106页

作者：韩娜王秀芳璩庭司钱勇强吕亚红天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

分别以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂体系,以微晶纤维素(聚合度为220)和苯甲酰氯(BC)为原料制备纤维素苯甲酸酯(CB).探索了溶剂体系、反应温度和投料比对产物取... 详细信息

分别以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂体系,以微晶纤维素(聚合度为220)和苯甲酰氯(BC)为原料制备纤维素苯甲酸酯(CB).探索了溶剂体系、反应温度和投料比对产物取代度、溶解性和熔融性能的影响.结果表明,以[Amim]Cl为溶剂时,随着反应温度的升高(60~80℃)或体系中苯甲酰氯与葡萄糖单元环(AGU)投料量的增加(3∶1~9∶1),产物的溶解性和熔融性能均提高,取代度也随之升高(0.13~2.98);以[Emim]Ac/DMAc为溶剂时,产物中苯甲酰基的接枝度较低,且共聚物中引入乙酰基不适合制备纤维素-g-苯甲酰氯.初步探讨了在[Amim]Cl中合成纤维素苯甲酸酯接枝二乙二醇十六烷基醚(CB-g-E_2C_(16))固-固相变材料的性能,研究结果表明,CB-g-E_2C_(16)相变材料的相变温度为12.7~29.1℃,相变焓为12~24 J/g,在294℃仍能保持热稳定性,为该类纤维素基固-固相变材料的可熔融加工奠定了理论基础.

关键词：微晶纤维素接枝反应离子液体固-固相变材料