家具设计应在物质技术条件的基础上，与材料、结构、工艺密切结合，尽量做到材料多样化，产品标准化，零部件通用化，使所设计的产品与现有的技术装备及工艺水平相适应，避免设计与生产实际脱节。同时，物质技术条件是实现使用功能要求和造型艺术的重要保证。
2木塑复合材料的设计属性
2.1外观属性
材料的外观属性通常包括形态、色彩、肌理等方面。木塑复合材料大部分是挤出成型的，因此可以制造出凹凸的肌理，使其富有特殊的装饰效果（图4），但大多数情况下只能呈现直线状态[4]。木塑型材的通孔设计（图5）一方面可以丰富木塑复合材料的形态特征，使其呈现多变的断面形态，同时可以减轻重量，从而节约成本。在木塑复合材料中加入着色剂[5]，不仅能使木塑制品显示出各种各样的色彩外观（图6），而且也可以改善其耐候性。随着对木塑复合材料的深入探究以及技术的突破，木塑产品表面还可以制成类似木材的纹理和色泽，营造温暖亲近的感觉。此外，木塑复合材料还可以覆盖塑料表层[6]，增加材料颜色的多样性和耐潮湿性。
2.2加工性能
目前，木塑复合材料的成型工艺主要有三种：挤出、热压和模压。挤出成型凭着工艺简单，而且加工周期短、效率高，与其他加工方法相比，更广泛地应用于工业化生产中。木塑复合材料采用的主要连接方式有以下三种：胶接、焊接和机械连接。机械连接有连接件连接、钢钉连接和复合材料专用螺钉连接，相关实验表明，螺钉连接的木塑构件可以进行多达十次的拆装[7]。
2.3其它性能
木塑复合材料同时具有耐磨、耐腐蚀、防水和尺寸稳定性好等优点。在制造过程中加入阻燃剂，可使木塑复合材料具有一定的阻燃性，因此，可将其应用在具防火要求的公共家具设计中。此外，木塑制品本身同时具有可回收性、良好的经济性和环保性。比如在北京奥运会的工程建设中[8]，就大量利用了这种环保的木塑复合材料（图7）。
3木塑公共家具设计实践
3.1木塑露天桌椅
在加工过程中添加了阻燃剂的木塑复合材料具有优良的阻燃性能，适用于公共场所。这里把木塑复合材料设计成长短不一的条状板，以点、线、面的概念，构成木塑露天桌椅（图8）。整套桌椅统一采用金属作为底架，条状木塑板作为面板材料，营造出空间环境的整体感。在材料上，木塑复合材料的凹凸肌理与金属的精致肌理形成对比，木塑复合材料的温暖感与金属的冷峻感形成视觉感受上的对比。同时，不同色彩的金属与木塑复合材料的组合也可呈现出不同的视觉效果（图9），为人们的公共场所营造出温暖、清新、自然的现代感。在结构上，零件之间采用可拆装的螺钉连接，既方便安装，又可以降低运输成本。另外，玻璃下层可置菜单或广告单（图10），便于现代商业化宣传。
3.2木塑书架
这款供图书馆使用的六层双柱双面木塑书架（图11），在外观造型上，立柱部分处理成深色，旁板和层板处理成浅色，进行深浅色彩搭配，以塑造书架的平衡感。立柱设计成四面均带凹槽的结构，用于旁板的嵌入，既方便使用时的安装，同时使凹凸肌理成为一种装饰。立柱顶部的装饰件采用模压技术制成，可标准化批量生产。在加工工艺上，书架的立柱、旁板和层板均采用挤出成型工艺进行生产，利用木塑复合材料的凹凸肌理完成立柱与旁板、旁板与搁板的搭接（图12），减少了五金连接件的使用。在功能上，结合人体工效学原理，考虑到旁板横向凹凸肌理的需要和挤出成型工艺中幅面的限制，将旁板设计成多段拼搭结构，根据书籍的尺寸大小，其凹凸肌理按照比例进行合理设计，利于层板的高度调节，方便图书馆中不同尺寸大小的图书摆放。此外，旁板的双面凹凸肌理设计，使相邻两书柜柜体共用同一块旁板，一方面可根据室内空间的大小对书架数量进行调整，满足其在功能上的延伸，同时可充分利用空间资源，有效降低生产成本。
3.3等候椅与花坛
据调查，生活中等候场所（如火车站候车厅）的候车椅大部分为金属材质，这种材质虽强度较高，但因候车场所一般人流量比较大，对家具的耐久性自然要求比较高，金属表面掉漆以及生锈等后期维护工作并不易进行。并且金属制等候椅常给人冰冷的视觉感受，其舒适性也有待提高。相比较而言，木塑复合材料继承了木材和塑料的双重性质，具有温和自然的视觉和触觉感受，且它的强度并不逊于金属。因此可将其运用于人流量比较大的公共场所，进行如下设计。这款木塑休息椅（图13）删繁就简，没有多余的装饰，造型简洁。等候椅底部为金属支架，椅面为木塑材料组成的等腰梯形。等腰梯形的座面设计是为了便于使用者根据空间大小来调节休息椅的长度（图14），利用等腰梯形的特性，休息椅的长度延伸可以更显自然。在色彩上，木塑复合材料在生产过程中通过增加着色剂可以造出各种色彩的产品，这款公共场所的休息椅正是运用这一特性，设计出彩虹般色彩的椅子，为等候场所增添几分色彩和乐趣。结构上采用螺钉连接。此外，设计的配套花坛（图15），既可以给等候场所带来几分自然的气息，还保护了座椅的端面。花坛的数量可根据场所需要自由调整（图16）。
4结语
关键词:复合材料;教学改革;实训环节;教学方法
为了克服传统灌输式、填鸭式教学模式的弊端，积极响应教育部的高校本科生教学模式改革号召，专注于培养动手能力强、理论结合实践、高水平、综合素质的新世纪人才，许多高校的诸多专业课程都在进行教学模式改革。我校材料科学与工程专业为宽口径的大专业，主要培养无机非金属材料方向的毕业生。《复合材料》作为本专业的一门必修课，这门课程涵盖知识点很多，包括聚合物基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料等各个领域的基础知识、制备工艺和实际应用［1］。该课程对于扩大学生的专业知识面、提升学生的专业知识和实践技能具有重要的理论指导作用。针对目前该课程教学中存在的一些问题，本文提出了《复合材料》教学改革的一些方案和措施。
1课程的主要内容和培养目标
《复合材料》是材料科学与工程专业本科生的基础课、必修课，也是本科毕业生从事材料、复合材料等相关工作、科研、工程应用的必备课程。本课程主要讲授常见复合材料的分类、加工制备技术及应用背景，如聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和纳米复合材料等。在毕业设计、科研实践中掌握上述几种复合材料的制备及工艺技术，是材料类专业毕业生能够胜任本专业工作的基础和保障。这门课程的培养目标是理解复合材料的界面优化设计及界面作用机理，掌握复合材料的种类和制备工艺方法。了解复合材料界面及性能测试表征方法，学会分析材料研究和生产中的复合材料如金属基、聚合物基、陶瓷基、水泥基复合材料及纳米复合材料的成分、组织形貌和结构性能，并能够适当的调整配方或改进制备工艺最终实现目标所需的力学性能或特殊功能。
2教学中发现的问题
《复合材料》课程内容繁多，涉及三大类材料金属、无机非金属和聚合物的配方、加工、性能及应用，涉及到大量的增强材料、基体材料制备工艺参数和配方，使得学生难于寻找重点内容，学习起来很难抓住重点，接收效果差。另外，学生也不清晰自己将来所面对的就业方向。因此，很有必要让学生自己动手查阅感兴趣的复合材料及相关产品，增强对某一材料产品及其知名企业的了解。在加深对这门专业课的认识和理解的同时，知道自己感兴趣的行业和就业方向［2－3］。这门课程一般期末考试成绩权重大于80%，平时成绩占的比重很小。因此，学生缺乏主动的学习意识，学生对于琐碎繁杂的知识点理解起来也很吃力，上课时容易产生懈怠的情绪、玩手机、精神溜号等现象。多年的教学经验发现:学生期末时候考前突击，只会应付期末考试，只求分数不求甚解，学生对知识的掌握不扎实、不系统，影响后续课程的学习效果和专业技能的培养。学生虽然经过突击性理论学习，但是仍然缺乏专业的实践、应用能力，不能学以致用。学生往往考完试后再问就什么也答不上来，遇到一些实际应用问题也不能马上想起课本上的理论知识体系。这些现象的根本原因在于学生缺少对知识点所对应的实践、范例的了解。
3《复合材料》课程的教学改革措施
3.1以工业产品、科研信息为导向，加深学生对不同类型复合材料的深入理解
本课程涉及到金属基、聚合物基、陶瓷基、水泥基复合材料及纳米复合材料等理论方面的内容，理论较深奥、知识面广、内容概念复杂，学生在学习过程中会遇到许多问题。在教学中充分考虑到知识面的拓宽和不同复合材料应用之间的相互关系，注重产品应用开发为导向，对复合材料的理论配方、制备工艺、性能要求、开发新产品的思路等方面的进行强化，在保持课程系统性的前提下，对一些次要的偏理论的内容适当删减。着重对近期出现的新型复合材料在结构材料和功能材料领域的应用实例进行介绍。通过引入实际产品和工业化生产问题，促进学生深入理解每种复合材料的基础知识和应用前景［4］。将目前与课程有关的科研动态带入课堂，让课程有足够的吸引力。如讲述通过介绍阻燃电缆护套料配方及工艺让学生深入聚合物基复合材料的加工原理和应用场合;通过介绍现有的锂电池正极材料让学生了解碳基复合材料以及纳米复合材料的应用;还有近期Science、Nature等顶级期刊发表的最新纳米尺度金属的伪弹性、功能材料，碳纳米管、石墨烯的微观尺度研究及其在复合材料、功能材料中的最新应用。这些科研实例的讲解可以激发学生的科研热情，调动学生的学习积极性。
3.2以查找和阅读期刊文献为导向，培养学生的主动学习意识
每一章节都给学生布置一定数量的关键词、主题词，让学生去期刊网或外文电子资源网站查阅相关章节关键词的期刊论文或发明专利，填写文献资料统计表。每个学生都要在课堂讲解文献，学生需要提问互动。通过这种能力培养，加深学生对某一复合材料的了解同时，也锻炼学生的查阅文献能力、阅读能力和课堂表达能力，发挥互动、让更多同学参与到课题讨论中，从兴趣和讨论中掌握复杂的知识点。“学生讲，教师听”的这种新模式可以增加教学互动效果，课堂上适当增加学生汇报文献、专利的内容，可以增进师生的相互交流、相互影响。这种方法可以活跃课堂气氛，加深学生对所学知识的理解，激发学生的创新意识和独立思考能力，显著提高课程的教学效果。培养学生一丝不苟、精益求精的学习和科研精神。
3.3增加学生的课外实训环节，让学生到实验室动
手参与复合材料的设计和制作除了课堂教学以外，还可以以材料生产和应用中的实际问题出发，培养学生的动手实践能力和团队协作意识。增加学生的课外实训环节，培养学生从发现问题、提出问题到解决问题的能力，真正意义摆脱课本的死知识［5］。要求老师到实验室亲自指导，让学生到实验室亲自动手参与某些复合材料的设计制备，要求每组学生实践不少于7个工作日，自己动手完成一个小实验，在课堂上互相交流自己的所学、所做、所感，是如何将文献知识转化为直接的功能或结构材料并实现其应用价值。让学生亲手参与实验设计和制作可以提高学生的主动性，再次回到课堂后能够更深刻听讲，认识到课本上基础知识的重要性。逐渐培养学生从提出问题，到寻找解决问题思路，最终解决问题的能力。实训结束后最终以实验报告形式上交并考核。这种实训环节可以在培养学生的应用技能的同时，培养学生团队协作意识，激发学生的课外学习热情。加强学生对知识的理解，提高对课本知识的应用能力，避免“读死书、死读书”。
4《复合材料》课程的教改考核及预期效果
该课程在增加课堂文献讲解、答辩和课外实训环节后，期末考核时弱化期末考试成绩的比重，侧重上课过程中文献讲解、答辩和课外实训的考核，即增加平时成绩的权重。具体成绩比例可以调整如下:(1)期末考试分数:占考核总成绩的50%。(2)文献调研、讲解、讨论环节分数:每名学生不少于两次文献调研、讲解、讨论，共计占总成绩的30%，其中文献整理情况10%、课堂讲解10%和回答问题10%。加分条件:学生查阅参考文献可以查阅英文文献，考察学生对英文文献的理解，根据实际情况给予加分0.5～1分;课堂讲解文献后能够准确回答课堂老师或同学提出所有问题的学生得满分。(3)课外实训环节分数:两次实验占总成绩的20%，其中两次实训过程中的动手实验及实验报告各占10%。通过在《复合材料》课程教学中增加文献讲解和课外实训环节进行教改，改革后的保守目标是:100%学生能系统掌握查阅期刊文献和发明专利的方法，并且能够读懂科技论文的核心研究思想和理论内涵;90%的学生应能掌握课程重点知识，熟悉课本知识中的某种复合材料的制备方法和应用实例;20%学生能掌握英文期刊文献的查阅能力并且能够读懂英文文献含义，具备书写科研论文的基本素质和功底。上述比例都以学生总数为基数，各部分不互相独立，存在相互重叠。希望通过任课教师和学生的共同努力，最终实现由大学的应试教育到应用型人才培养的转变。
5结语
作为一门材料类专业本科生的必修课，《复合材料》对于增加学生的知识面和了解专业方向具有重要作用。因此，这门课程的学习效果影响毕业生的综合素质和专业技能。作者针对平时教学中的一些问题，如上课死气沉沉，学生玩手机，期末考试突击复习等现象提出了一系列教改方法，主要是增加课堂上的工业产品、科研信息吸引学生的兴趣，增加文献讲解、答辩环节和课后的实训环节来弱化期末考试成绩的权重，这样来督促学生主动学习并且能够活跃课堂互动，通过课外实训环节提高学生的实践技能和对基础知识的应用能力。通过教师和学生的共同努力实现由应试教育到应用型人才培养的转变，进一步提升毕业生的专业技能和综合素质。
参考文献
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［2］马庆宇.复合材料概论课程教学改革初探［J］．石家庄职业技术学院学报，2011，23(4):53－55.
［3］杨继年，丁国新，王周锋，等．《复合材料概论》课程的教学设计与实践［J］．广州化工，2015，43(3):167－168.
［4］张俊珩，李婷，程娟，等．《复合材料》课程教学改革探索与实践［J］．广东化工，2015，42(22):197－199.
不饱和聚酯(up)复合材料是一种热固性材料,是增强材料领域中使用最为普遍的热固性树脂,该树脂加入引发剂发生自由基聚合反应,固化后成为不溶不熔的热固性材料。与一般微观复合材料相比，含有少量蒙脱土的纳米塑料表现出优异的综合性能，因此它们比常规填充复合材料要轻。良好的性能组合、简单的加工工艺和低廉的价格使得纳米塑料在各种高性能管材、汽车及机械零部件、电子和电气部件等领域中有广泛的应用前景。
用插层复合的方法制备有机-无机纳米复合材料是近年来材料科学领域发展的热点，具有理论意义及应用前景.熔体插层是插层复合的一种重要复合方式，它可用传统的熔体共混技术制备纳米复合材料，方法简单，不需溶剂，易于工业化生产。
本文简述了不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料的特点，介绍了插层法制备不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料的方法，展望了应用前景。
关键词：蒙脱土, 插层，纳米复合材料，不饱和聚酯
up/montmorillonite nanocomposites
abstract the kinetics of isothermal crystallization of up/montmorillonite nanocomposites with different content of montmorillonite prepared by melt intercalation process has been investigated by intercalation.it is shown that the presence of nanometer montmorillonite particles displays a high propensity to nucleate up crystallization,enhance the crystallization rate of up,reduce the surface free energies of the developing crystals and improve the behavior of isothermal crystallization of up dealt with the avrami and hoffman theories.the crystallization process of up is composed of two stages:the spherulite growth stage and the spherulite nucleation stage.with the increment of the clay content in the up/montmorillonite nanoconposites,the crystallization rate parameter k decreases and the surface free energy of theup crystals increases;the spherulite growth stage would become the main stage of the crystallization process in place of the spherulite nucleation stage.key words up, montmorillonite, intercalation, nanocomposites
目 录
摘 要
第一章 绪 论
第二章 纳 米 材 料
2.1 纳米材料的基本概念和性
2.1.1 纳米材料的主要研究内容
2.1.2 纳米材料的主要性质
2.2 纳米复合材料
2.2.1 纳米复合材料分类
2.2.2 纳米复合材料性能
2.2.3 纳米技术的突破点
2.2.4 高分子基纳米复合材料
第三章 不 饱 和 聚 酯
3.1 饱和聚酯复合物
3.2 不饱和聚酯的性能和应用
3.2.1 层压塑料与模压塑料
3.2.2 云母带黏合剂
3.2.3 油改性不饱和聚酯漆
3.2.4 无溶剂漆
第四章 蒙 脱 土
4.1 蒙脱土的结构及特性
4.2 插层法复合技术
4.3 插层法的优点
第五章 复 合 材 料 的 制 备
5.1 不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料分析
5.2 部分实验
5.2.1 实验原料
5.2.2 实验步骤
5.2.3 复合机理
第六章 性 能 讨 论
6.1 插层法制复合材料优点
6.2 实验分析
6.3 数据及结果
结 论
参 考 文 献
在综合分析《复合材料成型工艺》课程特点和我校学生知识水品的基础上，从教学内容的选择、教学方法和教学手段的创新、理论教学与实践教学相结合、课后的在线答疑、成绩考核与评价等方面对《复合材料成型工艺》的教学特点进行了探讨。
1 教学内容的选择
目前，《复合材料成型工艺》这门课程在我院属于专业选修课，学时有限，只有32学时。然后复合材料成型的工艺又非常的多，所以在课程教学内容的选择上，应该结合当前复合材料的发展趋势，既充分考虑材料类专业课程建设的“宽口径，厚基础”的要求，又要满足学校培养应用型本科人才的培养目标。在《复合材料成型工艺》这门课程中，低压接触成型工艺、模压成型工艺、树脂灌注成型工艺和缠绕成型工艺等因其自身工艺的特点而在实际生产中被广泛地采用，因此，这部分内容应该是重点讲授的部分。考虑到当前所用的复合材料多为聚合物基复合材料，所以有关金属基复合材料和无机基复合材料等的成型工艺方面的内容只需要简单介绍。对于那些学有余力的同学，可以通过课外课外交流或推荐相关课外书籍、文献等方式来满足学生的学习要求。此外，仅仅讲授课本知识不能够很好完成《复合材料成型工艺》课程的教学任务。为了让学生及时了解当前最新的有关复合材料成型工艺方面的知识，可以安排3-4个学时的时间介绍当前先进复合材料成型工艺、应用及发展趋势。这方面的成果更新速度很快，这就要求教师能够与时俱进，不断提高和完善自我知识水平，使学生能够学到前沿的科学知识，为将来从事有关复合材料的生产实践打下良好的基础。
2 教学方法和教学手段的创新
课堂教学是向学生传授知识和技能、增进学生智力和创造力的基本形式， 是学校教育的主要途径。教师在教学过程中应根据课程的特点和学生的实际情况，灵活变换教学方法， 帮助学生更好地学习，从而提高教学质量。首先，教学方式应该采用多媒体结合板书的形式进行。信息拓展展示以多媒体为主，重点原理、理论的讲解以板书为主。对于复合材料应用方面的知识，采用多媒体教学并结合结合复合材料在实际生活中的应用，做到图、文、声并茂，充分调动学生的好奇心和学习动力，轻松愉快地把知识传授给学生。而对于一些重要的公式和原理的推导，则应该以板书为主，多媒体为辅的手段教学，通过板书带动学生的思维，促进学生的理解。其次，在教学过程中碰到一些理论性比较强的知识的时候，应该采用启发式教学方法，让学生结合以前学到的化学和物理等基础知识，启发学生理解和掌握复合材料成型过程中的基本理论。再次，理论教学不应该仅仅局限于课堂教学，而应该与课外教学相结合。我校材料专业属于江苏省品牌专业，每年举办许多关于复合材料方面的专家报告会，在理论教学期间，根据课堂教学的内容和实际情况，组织学生积极参加学术报告会，扩充学生的知识面，激发学生独立思考问题的能力和学习兴趣。最后，在理论教学过程中，充分利用我校图书馆资源及网络资源，给学生介绍当前先进复合材料成型工艺的发展趋势及应用进展，让学生接触到最新的科学知识，达到提高教学效果，扩充学生视野的目的。
3 理论教学与实践教学相结合
理论联系实际是教学的基本原则，理论教学的目的是为生产实践服务。复合材料成型工艺一门实践性非常强的专业课，只有理论和实践相结合才能让学生更好地掌握课堂知识，调动学生的学习积极性。首先，在课堂教学时，应该注重理论联系实际。例如在讲到低压接触成型工艺时，可以列举我们生活中的例子（大型雕塑、交通设施）说明此种成型工艺的应用。让学生在日常生活中的实物面前理解课本理论知识。其次，注重实践教学，在目前的教学过程中，结合我院老师的科研情况，组织学生参加老师的科研课题或者是大学生实践创新活动。通过上述的训练，既培养了学生的学习兴趣，加强了对课程内容的理解；又提高了学生的动手能力、实践能力和团队精神。最后，利用学院组织工程实训的机会，带学生到盐城市内有关复合材料厂参观实习，进一步开括学生的思维，增长学生的见识。
4 课后在线答疑
及时解答学生在学习《复合材料成型工艺》课程中的所遇到的困难也是提高教学质量的一个重要途径。在信息技术高度发达的今天，手机和电脑已经在大学校园里面普及。通过一些常用的社交软件，例如微信、电子邮件和QQ等可以及时地掌握学生的学习情况，回答学生在学习过程中的疑问。此外，通过与学生的交流，还可以进一步促进师生之间的感情，激发学生的学习热情。
5 成绩考核与评价
期末成绩考核是反映学生对所学课程掌握程度的一种判断标准，也是检查教师工作效果的有效途径。对于教师而言，考试不是目的，合理的考核方式能够更加准确地反映学生的学习效果，从而在教学过程中予以调整改善。对于学生来说， 考试也不是学习目的， 而是一种掌握和使用所学内容、提高理解问题、分析问题、正确回答问题的能力的体现。《复合材料成型工艺》课程实践性非常的强，传统的考核考核方式不仅不能够反映学生的真实学习效果，反而增加学生的学习负担。因此，我们对期末考核方式行进了改革。期末考核方式采用课程设计考核的形式。一般4个人为一个小组，充分利用材料学院江苏省品牌专业的平台，结合我院大学生实践创新的活动，利用所学的课堂知识，查阅相关文献，设计一款生活中常用的玻璃钢制品，如玻璃钢管、储罐、雷达罩等，为将来的毕业设计和生产实践打下一定的基础。通过上述考核方式的实施，客观、公平、公正地评价了学生对《复合材料成型工艺》课程掌握的情况，并给出相应的等级成绩，避免了“读死书”、“死读书”情况的出现，全面地考核了学生的学习成绩。
关键词：复合材料； 铺层； 优化； MSC Nastran
中图分类号：V215.21文献标志码：B
0引言
近年来，飞机结构优化在飞机结构设计中的应用越来越频繁.优化设计的基本思想是：在满足飞机强度、刚度等结构完整性要求的条件下，保证结构质量最轻.
复合材料结构以其比强度高、比刚度大、性能可设计等优点，已被广泛应用机结构设计.复合材料层压板是由单层板粘合在一起组成整体的结构板，复合材料层压板的特点在于它的可设计性.层压板的性能不仅与单层板的材料性能有关，而且与单层板的铺设方式有关.单层板的性能与纤维材料及纤维指向有关，如各单层板的纤维指向不同或铺层顺序不同，则可以得到各种性能的层压板，因此，在不改变单层材料的情况下，有可能设计出各种力学性能的层压板，满足工程上的不同需求.
铺层设计是复合材料结构设计中的重要内容，复合材料层压板的强度、刚度、稳定性和工艺等均与铺层有着十分重要的关系，对减重效果有重要影响，铺层设计的优劣在很大程度上决定结构设计的成败.本文基于航空上通用的MSC Nastran优化模块，对复合材料尾翼进行铺层优化设计，取得较好的结果.
1优化分析计算思路
在有限元程序实施过程中，复合材料结构优化设计的基本步骤为：优化区域定义关键单元选择设计变量定义优化控制条件.MSC Nastran优化设计流程见图1.
4结论
讨论复合材料结构优化的分析计算思路，采用MSC Nastran优化模块对复合材料尾翼进行优化计算，得到以下结论.
（1）以质量最轻为目标函数的结构优化，初始尺寸假设比较关键.初始尺寸较小，结构质量会随着迭代循环而增加.
（2）优化变量初值上、下限对优化结果影响较大，影响计算收敛和结果的准确性.
（3）对于复合材料结构稳定性考虑不足，按线性屈曲计算，会造成结构质量偏大.
（4）结构优化是个反复迭代的过程，不能期望一次就能给出合理的结果.
（5）复合材料影响因素较多，需要对优化结果进行较多的处理，需要有较丰富的工程经验.
（6）通过复合材料尾翼的优化计算，说明采用MSC Nastran对复合材料结构进行优化可行，有一定的工程应用价值，也为推动复合材料在飞机上的应用积累经验.
参考文献：
[1]刘兵山， 黄聪. Patran从入门到精通[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2003.
[2]飞机设计手册总编委会. 飞机设计手册载荷、强度和刚度（第9册）[M]. 北京： 航空工业出版社， 2001.
关键词：聚合物 成型加工 复合材料 应用型本科院校
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）05（b）-0138-01
聚合物加工工艺是我校复合材料专业的一门重要的必修课程。它的目标是使学生了解从理论上了解影响聚合物性能的因素、成型加工中所需的添加剂、聚合物的结构与性质在成型加工中的变化，熟悉聚合物配方设计方法，掌握聚合物的成型加工方法以及工艺过程，培养独立分析问题和解决问题的能力[2～5]。在教授的过程中，为了培养学生解决实际高分子材料成型加工中遇到的问题，我校复合材料专业增加了这门课程的实践和实习的课时，这样就减少了理论课的课时。我校这门课的课时仅为32课时，比起相应课程传统的理论课时要少了很多。此外，我校的部分学生来源于职高。这类学生相对的数学和物理的基础较为薄弱，使他们理解抽象理论较为困难，但是相对实践能力较强，大部分同学都可以对实际成型加工进行操作。因此，如何上好这门课是这门课程的老师面临的一大问题。
本文根据笔者阐述在“聚合物成型加工”教学过程中所做的思考和探索。从以下3方面进行课程改革。
1 重视理论基础，突出从理论到实际的联系
应用型本科院校的定位是在本科层次上培养有一定的理论基础和较强实践能力的应用人才[1]。可见，让学生们知其然和知其所以然同样重要。因此，要重视基础理论的教学。除了物理化学、高分子物理、有机化学、高分子化学等专业基础课是聚合物加工工艺的理论基础以外，加工技术本身也有一定的理论基础。而这些理论本身存在着内容分散化、概念抽象化、理论半经验化等特点。这就又增加了教学的难度。由于学生已具备初步的实践技能与知识，让学生通过已有的知识和技能来理解所学习的理论是一种很好的教学方式。因此，在课程教学中，理论的讲解亦是十分重要的，并且不单是理论的独立讲解，更重要的是建立从理论到实践的关系。
聚合物加工工艺是采用各种成型加工设备，通过诸如混合、塑化、成型等手段将高分子原料转变为塑料或橡胶制品的过程。这里包含了两层意思：一是加工，是原料从固态变为可流动的状态的过程；二是成型，是物料从流动状态固化的过程。由此可见，聚合物的这些变化是聚合物加工工艺的主线。根据这个主线可以将课程的理论基础分解为三个部分：（1）发生了那些变化；（2）为什么会发生变化；（3）如何发生变化。通过课程分解使这门课程的理论知识系统化，从而教给学生的加工过程中的实质性问题。
2 统筹管理相关课程的实践教学体系
聚合物加工工艺是针对实际工程技术的一门课程[5]。因此，理论与实践相结合显得十分必要。对于实践性较强的课程，实验课的开设尤为重要。此外，此课程与高分子材料、复合材料等课程都有一定的相关度，部分内容有一定的重叠。因此在教学中，要充分考虑课程间的联系。因此，我们对实验教学进行了系统性的整合，建立了课程间的联系。
2.1 设立专门的实验课程
经过调查分析，我们发现高分子材料课程的部分实验也涉及某种特定材料的成型加工，而复合材料的部分实验设计几种不同材料间的共混与复配，并且各实验是独立的。经过实验，学生掌握的只是某种仪器设备的使用或材料生产的某个步骤，而对高分子材料的生产加工没有系统的了解。所以，我们现将这几门课的实验全部分离，设立专门的实验课程，并将其设计成系统性实验。实验总体分为三大部分：（1）材料的共混与复配。主要的实验内容涉及高分子共混设备如开炼机、密炼机、挤出机等仪器的使用，高分子材料与添加剂的混合与复配；（2）材料的成型与后处理。主要的实验内容涉及将复配好的物料通过模压成型、注塑成型、压延等手段将单一的材料或复合材料制成成品；（3）成品的性能检测。
2.2 建立校外实习基地
为了让学生了解实际的生产过程，现场的实习十分必要。我校复合材料专业本着立足南京、服务南京的思想与南京市多家复合材料生产单位如肯特、沪江、海之美等建立了合作关系，使我校的学生有了多个教学实践基地。学生在实习基地切身体会高分子的加工过程，通过认知实习、生产实习和毕业设计等方式进入生产的第一线，从而更深刻的理解和了解聚合物加工的理论和工艺。
3 改变考核方法
正如前所述，聚合物加工工艺的这门课程分为理论和实践两大部分。这两部分教学内容存在很大的差异，就使得其教学方法必要多样化。与此相适应的考核方式也应该多样化。因此，在教学改革过程中，要针对不同教学内容和不同的教学方法，采用不同的考核方式。
对于理论部分的内容可以考试的方法进行考核，考察学生对理论的理解和掌握程度。对于实际的成型加工部分如挤出成型、模压成型、注射成型等，考核内容除了理论内容外，增加部分来源于聚合物生产厂家的实际问题，主要考察学生解决实际问题的能力，采用让学生自己查资料、做方案、集中讨论的方式进行考核。
4 结语
聚合物加工工艺是复合材料专业的一门重要的专业课，通过重视理论基础、突出从理论到实际的联系，强加强课程间的联系、建立系统的实践教学体系，改变考核方法等措施让学生在理解和掌握高分子成型加工的专业知识和基本技能。
参考文献
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[3]周达飞.高分子材料成型加工[M].北京：中国轻工业出版社，2009：1-2.
关键词：复合材料，屈服准则，流动准则，强化准则，ANSYS
1 引言
非线性分析一直以来广受关注，在这方面的研究也颇为不少，但是，如何最大限度提高求解的精度、提高求解时的效率，仍然需要进一步的探索。现代复合材料自本世纪40年代出现以来，已经得到了飞速的发展，应用极为广泛。因此，对复合材料力学性能的研究也日趋深入。本文笔者基于ANSYS程序对数码相机内部镜头托架结构进行了模拟分析，以此论证托架结构的刚强度。
2 ANSYS 的静力非线性分析
ANSYS的静力分析包括线性和非线性分析，而非线性分析涉及塑性，应力钢化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。。引起结构非线性的原因很多，一般可分为三种主要类型：状态变化（包括接触）；几何非线性；材料非线性。非线性问题需要一系列带校正的线性近似来求解，ANSYS程序通过牛顿—拉普森 (NR ) 平衡迭代法，在某个容限范围内迫使在每一个载荷增量的末端解达到平衡收敛。
3 复合材料的塑性理论
屈服准则：ANSYS采用Von-Miss屈服准则来计算结构的塑性变形，该准则是一种除了土壤和脆性材料外典型使用的屈服准则。表示如下：
⑴
其中： ,
流动准则：如果将Von-Mises屈服准则的函数形式推广到一般塑性加载情况，那么式⑴的函数就可以写成：
⑵
其中的偏应力
⑶
是流动应力，它在屈服点上等于屈服应力，而后随应变硬化材料中塑性应变的增大而增加。
如果把理解为应力状态强度的表征，那么在超屈服之后由作用在一点的各个应力分量所组成的就称为等效应力，由塑性力学偏应力不变量不难得出：
⑷
对应于就有一个等效塑性应变增量来构成由各应力分量所做的塑性功增量，即
⑸
根据Drucker公设
⑹
其中是塑性势函数的梯度，是比例系数
由此可以推导得出
⑺
强化准则: 等向强化和随动强化。对Von-Mises屈服准则，等向强化表现为屈服面在所有方向均匀扩张。而随动强化表现为对应的两个屈服应力之间总存在一个的差值。
4 数码相机内部结构的模拟分析
笔者结合数码相机使用性能要求，对数码相机内部的零部件结构刚强度进行模拟计算。
数码相机以其性能优越，携带方便而深受消费者的喜爱。因此，设计时在保证上述优点的情况下，应保证其内部结构紧凑，避免干涉，各部件之间搭配协调。
4.1 镜头托架的模拟分析
镜头是数码相机的“心脏”， 设计时必须根据镜头形状尺寸来布置内部结构，因此，镜头托架的结构设计很重要。。
图1是某款数码相机镜头托架与镜头的装配关系图, 精度要求很高。此处，该结构的分析是基于配合精度相对较低的假设之上的。
从图1不难看出, 镜头托架在
数码相机内部受力复杂，分析比较
困难。因此，我们摒弃常规的算法，
采用极限载荷法。即忽略那些对分
析结果影响不大的约束，即可以把
所有载荷看作是直接加载在托架的
某一特定需要分析的部位。这样处
理后的模型无论是精度和求解效率
上都有所提高。
图1
如图2，分析时采用Solid185单元, 智能自由网格划分, 网格精度定为五级。为了提高分析的精度和加快求解的效率,建模时我们经过初步判断，对远离分析区的结构进行了优化，也即尽量减少远离承载区的棱角及不规则体的数目，从而优化结构单元。。
图2
材料常数
托架材料：
PC+玻纤（玻纤含量25％） ，
拉伸强度为，弯曲强度为,
压缩强度为，弯曲弹性模量为
4.2 材料特性的相关设定
由于托架材料是纤维增强型的，对于此类材料，纤维的取向非常重要，一般分析时是根据纤维的方向，纤维的长度来设定分析的依据。
一种材料，可以视为均质的，也可以视为非均质的，这主要取决于分析时观察问题的尺度。对于复合材料，由于存在可以从界面区分的相和叠层，一般认为是非均质的。但是，分析的尺度继续扩大以后，它又可以用等效的均质体来代替。此时，颗粒复合材料和方向随机分布的短纤维复合材料可认为是各向同性的，而纤维规则排列的复合材料，通常是各向异性的。因此，我们假定托架材料是短纤维增强型的的，纤维增强方向是随机分布的，也即托架材料特性是各向同性的。
4.3 数码相机正常放置情况下的强度、刚度的分析
这里笔者分析了一下数码相机正常放置状态下托架结构的受力状态。
图3是托架结构的受力云变图, 它表示托架结构在承载时所受的平均应力，图形下方是各颜色所代表的应力区间。
SMX
, 表示托架结构承载时的最大应变量
，表示托
架结构承载时的最大应力
图3
图3清晰的反映了镜头托架在相机中的承载应力图，从图中我们不难看出最大应力发生在托架一侧腰间的小孔附近。从图中的应力云变图可以看出，托架承载情况基本达到预期的效果，也基本反映了托架在相机中的受力情况。对于数码相机之类轻便型的电子产品，由于结构本身承载负荷小，采用的复合材料性能优越，因此，设计时一般仅关心结构所受的最大应力应变。设计人员根据分析结果，结合模具设计的要求，再做相应的调整，就可以设计出颇为满意的结构。从结果我们不难看出其最大应力小于材料的应力极限，考虑到注塑模具的成型性能的要求，对于此托架结构我们不再作结构上的调整，其设计形式完全符合设计要求。
5 结束语
本文着重对数码相机镜头托架进行了非线性分析，阐述了复合材料尤其是纤维增强型复合材料的分析方法。当然，本文的材料特性是基于各向同性基础上的，对于各向异性的纤维增强型材料的分析，还有待进一步探索。
参考文献
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4 李国琛，M.耶纳. 塑性大应变微结构力学. 科学出版社，1993
5 Yoshiro mori. On thestrength of short fiber reinforced thermoplastics. 第二届国际复合材料与结构学术会议论文集 . 孙锦德，罗祖道. 北京大学出版社，1992.7
6 ANSYS, Inc. Theory Release 4.1
【关键词】射线检测，复合材料，无损检测
中图分类号：TU761.1+4 文献标识码：A文章编号：
前言
随着近代高新技术的发展，对材料性能要求的日益提高，单质材料很难满足性能的综合要求和高指标要求。因此复合材料凭借其优良的性能得到了广泛的开发和利用，成为了很多行业的优选关键材料。为了保证工程的质量必须要保证使用的复合材料的质量，这给复合材料的无损检验提出了更多更高的要求，如何提高无损检验技术也就成为了复合材料能否更多的被广泛应用的关键，从目前的情况来看，复合材料的无损检测技术有很多种，其中，射线检测是比较重要的一种，射线检测在工业产品的结构测量、缺陷监测和损伤评价等方面都得到了比较广泛的应用，在现代复合材料的无损检测中发挥着重要的作用，占据着重要的地位。
射线检测法在复合材料无损检测中的应用
X射线照相检测法
这种检测方法已经广泛的应用于工业检测领域，与现在的检测技术来说，是应用比较早的检测技术，是最传统的无损检测方法之一，其基本原理在于，通过射线来穿过不同的材料，因为材料的性质不同，射线在经过材料时的衰减量也是不一样的，从而射线的透射强度也是变化的，在胶片上就会呈现出明暗变化不同的影像，通过观察这些影像得到检测结果。针对X射线照相检测法可以检测到的材料的缺陷问题，倾向性的观点是可以发现夹杂物、气孔，而不能发现垂直于射线方向分布的脱粘和裂纹。X射线照相检测法的优点是成本低，易操作；其局限性为效率低，缺陷(裂纹)的方位是决定性的，要求与射线平行。
2、X射线实时成像检测法
随着生产规模的扩大和对复合材料质量的更高要求，早期的检测方法已经不再适用于材料的无损检测，它的可靠性和效率都已经不再适用新的要求，X射线实时成像检测法就是比传统检测方法更进一步的无损检测法，它的基本原理是利用X射线的特性，即穿透物体的时候，会因为物体的吸收及散射的原因产生衰减，从而在荧光屏上通过特殊的图像增强器会形成与物体内部想对应的图像，然后在通过摄像设备把图像转化成视频信号，然后输出，通过计算机的数字图像处理技术，对输出的视频信号进行分析，从而得到结果。这种检测法的优点就在于对材料的缺陷可以进行在线检测，检测结果自动生成，检测效率较高。其缺点在于，
通过这种检测方法得到的图像样品是层叠的影像，不利于观看和分析，缺陷的影像也是累积的，而不是三维的空间影像信息。现在已经发展的主要成像系统有：数字实时成像系统、荧光屏成像系统、图像增强器成像系统等。
射线计算机断层扫描检测法
此种检测方法是起源于前面提到的第一种方法，与第一种方法的不同之处在于，它的区别在于采用的是圆锥状射线，检测原理在于通过准直设备将圆锥状射线变成面状或线状扫描束，从而对射线穿过的物体的某一个断面扫射，得到一个断面的图像，通过分析每一层断面的图像就可以得到详细的检测结果，达到检测目的。
4、X射线断层形貌成像检测法
X射线断层形貌成像检测法的基本原理是利用样品散射的空间探测来描述材料的内部特征，从而通过分析，得到检测结果。这种检测法是X射线散射和图像成像的优点进行了结合的检测法，可以对材料机械性能的关系、晶体的界面面貌组织，尺寸进行研究，并且可以对微观的细小的损失进行分析。它具体的可以分为大、小角度X射线散射方法，大角度的X射线散射是无能量转变的弹性散射，对结构比较小的分子和原子结构能够快速反应。而小角度的X射线散射则是传统的一种对胶体、生物和聚合物进行研究的工具，也可检测纤维转向。
5、X射线康普顿散射成像检测法
康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，射线源与检测器位于物体的同一侧，其技术上的显著特点是单侧几何布置。具有层析功能，一次可以得到多个截面的图像，也可得到三维图像。在理论上图像的对比度可达到100％。其局限性为，由于康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，因此它主要适于低原子序数物质且位于近表面区厚度较小范围内的缺陷检测，通常它适宜检验的物体表层厚度区是：钢约为3ram，铝约为25ram，塑料和复合材料约为50ram。在应用时必须考虑基体材料和缺陷对射线的散射差别、检验要求的分辨力和成像时间。
6、中子射线照相检测法
中子照相检测法的基本原理是，通过准直器将中子源发射出的中子束射到被检验的物体上，因为不同的物体对中子的衰减系数是不同的，所以检测器记录到的已经投射形成的中子束分布图像就是不均匀的，通过分析这些图像，就可以对物体内部的杂质和缺陷有清晰的了解，与以前的R或X射线不同的是，中子射线照相检测法还可以对放射性的物质进行检测，并且可以对金属中的一些低原子序数物质进行检验，对同一元素的不相同的同位素也可以进行区分，这种检测法的缺点在于，中子源的价格昂贵，所以检测耗费就比较贵，中子的安全防护也是必须要特别注意的问题。
三．结束语
综上所述，目前已有多种射线检测技术应用到复合材料无损检测中，获得了较好的结果，对复合材料制备过程的质量控制及其产品的质量评价等起到了至关重要的作用。提高了复合材料的使用可靠性，同时也为复合材料结构设计提供了更多的选择机会。随着复合材料设计水平的不断提高和新制备方法的应用，将会有越来越多性能优良的复合材料被开发利用。
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[3]吴斌斌 邬冠华 铝基复合材料无损检测研究进展 [期刊论文] 《无损探伤》 -2012年1期
摘要：
综述了硬质无机粒子(RIP)填充聚丙烯(PP)复合材料的増韧机理及其定量判据。大量的研究表明，最典型的增韧机理有逾渗模型理论、银纹化微观增韧机理和柔性界面层理论。在定量分析RIP填充PP复合材料的增强机理方面，主要阐述了两种判据:基体层厚度判据和界面黏结强度判据;并利用所述判据分析了相关文献的数据，得出了如下结论:当RIP平均粒径d＜临界粒径dc，体积分数Φf＞临界体积分数ΦfC，或平均基体层厚度L＜临界基体层厚度Lc;界面相互作用参数B值在［1，2.6］之间时，RIP增强填充PP复合材料的韧性的机会较大。
关键词：
硬质无机粒子；聚丙烯；复合材料；增韧机理；定量判据
聚丙烯(PP)是一种热塑性通用树脂，因其相对密度低，来源丰富，价格低廉，电绝缘性和耐疲劳性好，耐化学腐蚀性优良，力学性能良好，耐热性较高，可采用挤出和注塑以及与这两种加工方法相关的吹塑成型加工等优点，被广泛应用于生产航空制品、薄膜、汽车、家用电器等领域。但是，PP存在着低温脆性大、刚性低、收缩率大和容易老化等严重缺点，从而限制了其应用。为此，人们常通过共聚［1－2］、共混［3－5］、填充［6－9］等改性技术改善PP的使用性能。填充改性由于其低成本，工艺简单、可控等优点而被广泛应用［6－12］，其中弹性体填充改性一直被视为是提高PP韧性最有效的途径［13］，然而弹性体改性不可避免地带来基体材料刚性和强度的降低。1984年，Kurauchi和Ohta［14］首先提出了有机刚性粒子增韧塑料的新概念，并用“冷拉机理”解释了共混物韧性提高的原因:拉伸后分散相的球状结构发生了伸长变形，变形幅度大于100%，最高可达400%，因协同应变使其周围的基体也产生同样大的形变，在受力过程中吸收了更多的能量，进而使共混物的韧性得以提高。自此，这种非弹性增韧在提高聚合物基体韧性的同时又提高了材料的强度、模量以及耐热性，解决了传统工艺上出现的难题。三十年来的研究表明，在一定条件下，硬质无机粒子，如碳酸钙［12］、高岭土［15］、矾土［15］、云母［16］、碳粉［17］、中空粒子［18］、三氧化二铝［15］和氧化镁［19］等，不但可使材料的强度、模量得以提高，同时也使韧性得以改善，显示了增韧增强的复合效应。
1增韧理论及其增韧条件
除上述“冷拉机理”理论外，还产生了一些符合解释RIP增强增韧PP复合材料机理的理论。
1.1逾渗模型理论
当基体层厚度小于某一临界厚度时，相邻粒子间的相互作用增强，导致应力场交叠，引发大量的剪切屈服区出现，使能量耗散，填充体系发生脆韧转变。如图1所示。图1中1、2、3区分别表示脆性区、脆韧转变区和韧性区。1区和3区分别对应基体产生银纹和基体发生剪切屈服。其中的坐标变量X轴可以是第二相体积分数，也可以是温度、应变速率等其它变量，而Xc值即对应于发生脆韧转变的临界值———逾渗阈值，Y轴为韧性S［20－23］。
1.2银纹化微观增韧机理
聚合物受力变形时产生应力集中，在硬质无机粒子周围引发基体屈服(空化、银纹、剪切带)，吸收了大量的变形能，产生裂纹二次引发效应，阻碍裂纹的扩展，界面部分脱黏形成空化，从而使裂纹钝化而不致发展成破坏性开裂，从而产生增韧作用。因此，只有基体具有一定的塑性变形能力，才使复合材料在受到外力条件时产生屈服和塑性变形［24－27］。
1.3微观机理模型理论
1998年，Kim等［28］模仿橡胶粒子增韧塑料的空穴化机理，提出了硬质粒子必须脱黏并产生亚微米尺度的自由体积才能增韧塑料的微观机理模型，如图2所示。由图2可知，硬质粒子的增韧机理包括三个阶段:(1)应力集中:由于硬质粒子与基体树脂之间的弹性性能的差别，在受到外力时，无机粒子的加入成为复合材料内部的应力集中物;(2)脱黏:应力集中效应使硬质粒子周围产生三维应力，并导致粒子－基体界面层脱黏;(3)剪切屈服:由脱黏产生的空洞使其周围基体的应力状态重新分布，并在一定条件下诱导基体产生大范围内的屈服，最终使材料在断裂过程中吸收大量能量，其韧性得以提高。针对上述模型，Chan等［29］认为，在外力条件下，大量的Nano-CaCO3粒子成为应力集中点，并激发粒子－基体周围产生空穴，空穴的产生使塑性约束得以释放，进而使基体引发大量塑性形变，最终提高材料韧性。从其阐述可知，Nano-CaCO3粒子增韧PP亦可用微观机理模型解释。Zuiderduin等［30］认为无机粒子做为增韧剂时需满足5个条件:(1)粒子的粒径较小(一般小于5μm)，否则，在脱黏过程中产生的空洞会成为断裂萌发点。这也有利于稳定自由体积的产生;(2)粒子的长径比一定要均一，以防产生强烈的应力集中;(3)为了使粒子周围基体的应力状态发生改变，粒子的脱黏应先于基体树脂的剪切应变;(4)填充粒子在树脂内均匀分布以避免产生萌发裂纹的团聚体;(5)粒子与树脂的脱黏不妨碍粒子周围树脂的塑性形变的产生。
1.4柔性界面层理论
对刚性粒子进行表面处理，使表面处理剂在基体与填料之间形成一个弹性过渡层，可有效传递和松弛界面上的应力，更好地吸收与分散外界冲击能，从而提高复合材料的韧性［31－33］。
2增韧机理的定量判据
2.1基体层厚度判据
1985年，Wu［34］提出一种橡胶填充聚合物增韧机理公式:L=dπ6•V()f13[－1](1)式中:d为填充粒子的平均粒径;Vf为填充粒子的体积分数;L为相邻两粒子表面之间的基体层厚度，简称粒间距。式(1)最先应用于研究橡胶粒子增韧聚合物，Wu认为当基体层厚度小于临界厚度(Lc)时，复合材料发生脆－韧转变，该临界值不依赖于橡胶粒子的体积分数、粒度，仅与一定模型、温度、形变速率条件下基体的性能有关。Zhang［35］认为该式亦可用于计算无机粒子填充PP复合材料的基体层厚度。研究发现，随着粒子含量的增加，复合材料的基体层厚度减小，其冲击强度增加，当基体层厚度为0.1μm时，复合材料的冲击强度急剧增加。由于橡胶粒子和矿物粒子的弹性差异以及粒子－聚合物界面条件的不同，当基体层厚度相同时，PP/EOC共混物的冲击强度较PP/CaCO3复合材料的大，且基体层厚度越小，相差越明显，最大可相差1.2倍以上。1988年，wu［20］研究认为，无机粒子粒度分布影响复合材料的应力分布，也影响着粒子间树脂基体层厚度，并将粒径分布具有多分散性，符合对数正态分布的粒子的分散度引入橡胶填充聚合物的基体层厚度公式(2)，改进后的公式为:L=dπ6•V()f13[－1]exp(ln2σ)(2)式中:σ表示填充粒子分散度，对于单一分散的粒子，σ=1，多分散性粒子，σ＞1;式中lnσ可由下式预测:lnσ=∑N1ni(lndi－lnd)2∑N1n槡i(3)式中:di为第i个粒子的粒径;ni为粒径为di的粒子的个数;d为平均粒径。Liu等［36］认为式(1)忽略了粒子粒度分布对基体层厚度的影响，式(2)虽考虑到粒子粒度分布的影响，但其对基体层厚度的影响估计过低，用其估算复合材料基体层厚度的误差较大，重新建立了复合材料基体层厚度预测公式:L=dπ6•V()f13exp(1.5ln2σ)－exp(0.5ln2σ[)](4)同时，用式(1)、(2)、(4)预测了复合材料的基体层厚度，对比分析了不同公式的预测值与实验测量值，结果发现式(4)预测的具有相对较小的误差。Kwok等［22］应用式(4)计算了PP/GB复合材料的基体层厚度，并讨论了基体层厚度与复合材料的冲击强度的关系。研究发现，与橡胶粒子增韧机理不同，在相同的工艺条件下，PP/GB复合材料存在2条脆－韧转变曲线。这说明，平均基体层厚度不是控制复合脆－韧转变的唯一参数。
2.2界面黏结强度判据
Turcsanyi等［37］认为粒子的粒度分布及界面黏结强度也是影响复合材料力学性能的重要参数，将界面相互作用参数()首次引入无机粒子填充复合材料拉伸屈服强度预测的经验公式。经转换后，有:B=1Φflnσc(1+2.5Φf)σm(1－Φf[])(5)分析式(5)的量纲可知，界面相互作用参数无直接的物理意义，但是该参数反应了特定复合材料的界面特性，且依赖于粒子的体积分数及基体树脂的屈服强度，其值越大，说明粒子与基体之间的黏结越强。对PP/CaCO3和PP/SiO2复合材料的界面相互作用参数的研究［20］发现，不同类型的CaCO3填充PP复合材料的界面相互作用参数不相同，一般位于区间［0.791，1.932］之间，PP/SiO2复合材料的界面相互作用参数一般都＞6。研究最后认为，该参数亦可用于定量表征无机粒子－聚合物界面的相互作用。Pukanszky等［38］对比分析了在模压成型和注射成型条件下，无机粒子与PP基体之间的黏结强度，结果发现不同的成型方式只能改变基体树脂的力学性能，复合材料的值不变。用式(5)计算相关文献［39］报道的数据可知，mPP改性及未改性CaCO3填充PP复合材料的值分别为2.24、3.16，且其SI'均小于1，材料未能增韧;0.2μmGB，1μm、3μm、8μm、25μmAl(OH)3填充PP复合材料的B值分别为3.77、1.42、1.04、0.94及0.67，比较分析复合材料相对缺口冲击强度发现，B值较大的0.2μmGB填充复合材料的SI'值随体积分数的增加急剧下降，值较小的8μm、25μmAl(OH)3填充PP复合材料，在体积分数＜10%时，随体积分数提高，其SI'值约有提高，但均接近1，当体积分数＞10%时，SI'值明显减小，B值适中的1μm、3μmAl(OH)3填充PP复合材料在体积分数＜10%时，随体积分数提高，其SI'值迅速增加，当体积分数＞10%时，SI'值有所下降，但直到体积分数超过40%时，SI'值才＜1，增韧效果明显。Kwok等［40］对不同偶联剂处理GB填充PP复合材料的B值的研究表明，经钛酸盐偶联剂处理过的GB填充PP复合材料具有较大的B值，为2.3，硅烷偶联剂的为1.0，且二者都具有增韧效果。Leong等［41］计算了PP/Talc、PP/高岭土及PP/CaCO3复合体系的B值分别为5.34、3.99、1.12，比较填充复合体系的冲击强度的发现，前二者的冲击强度随填充粒子质量分数的增加而降低;后者冲击强度增加，有明显的增韧效果。Metin等［42］测算了聚二乙烯(PEG)、氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTES)、3－巯丙基三氧甲基硅烷(MPTMS)、甲基三乙氧基硅烷(MTES)改性天然沸石粒子填充PP复合体系中无机粒子与PP界面黏结强度发现，当体积分数为3%时，AMPTES和MPTMS改性天然沸石填充PP复合材料的B值分别为2.15、1.7，与文献［43］报道的AMPTES改性CaCO3填充PP复合材料的B值相近，扫描电镜观察其断面发现，基体在承载外力的过程中发生了明显的塑性形变，复合材料表现出韧性断裂特性;未改性、PEG和MTES改性天然沸石填充PP复合材料的B值相对较小，且前二者的B为负值，这说明未改性、PEG和MTES改性的天然沸石在PP基体内呈不均匀分布，粒子与基体之间的黏结强度较弱，复合材料断面的扫描电镜图片进一步表明，材料在断裂过程中未发生塑性形变，断面较为平整，表现出脆性断裂特征。计算文献［29］和［44］报道的PP/CaCO3复合材料的B值，并考察B值与PP/CaCO3复合材料的SI'值的关系，如图3所示。由图3可知，复合材料的B值处于1～7之间时，复合材料的比冲击强度都大于1，无机粒子起到了一定增韧的效果。对比分析数据可以看出，当B值介于［1，3］区间时，无机粒子的增韧效果显著，当B值＞3时，增韧效果较差，SI'值一般都小于1.5，且B值越大，SI'值接近1;再对比分析文献［40－42，45－46］报道的结果发现，复合材料的B值均落在上述区间内，即当B值落在区间［1，2.6］内时，其冲击强度较纯PP可能提高1.5以上，最高可达4.5左右。
3结论
阐述了无机粒子改性聚合物复合材料的增韧机理、增韧条件和定量判据，结果发现，综上所述，无机粒子填充PP增韧应满足的条件为:(1)分散相形态:与橡胶增韧聚合物条件相同，当平均粒径d＜临界粒径dc，体积分数Φf＞临界体积分数Φfc，或平均基体层厚度L＜临界基体层厚度Lc;(2)界面相互作用:B值在［1，2.6］之间，即适当的界面黏结强度范围内，最有可能增强PP/无机粒子复合材料的韧性。
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