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[博士论文] 王鑫
高分子材料 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:苯并噁嗪(BOZ)是一类新型的热固性树脂,它拥有许多优异的性能,例如优异的力学性能、固化零收缩、较低的吸水率、高残炭率等。BOZ树脂在航空航天、电子封装材料、轨道交通等领域有广阔的应用前景。但是,BOZ树脂脆性较大、抗冲击性能较差的缺点,限制了其应用。本文旨在不牺牲BOZ树脂强度和耐热性的前提下,提高BOZ树脂的韧性。本文的研究思路是合成新型结构的超支化环氧(HBPEE)类增韧剂,将其与BOZ共混固化,以平衡树脂的韧性、强度、模量和耐热性。其次,将树脂本体增韧和层间增韧的方法相结合,制备了杂萘联苯共聚芳醚砜(PPBES)/HBPEE/尼龙粒子(PA)改性的碳纤维(CF)/BOZ复合材料,将纯树脂的增韧拓展到复合材料的应用领域。最后,将HBPEE和氧化石墨烯(GO)相结合,制备了超支化环氧接枝的氧化石墨烯(GO-HE),并将其分别应用于BOZ树脂的增韧改性和CF/BOZ复合材料的增韧改性。本文的主要工作如下:
  首先,本文分别合成了主链含有间苯、联苯和双苯基芴三种结构的超支化环氧HBE-1、HBE-2和HBE-3。然后,用溶液共混法将他们添加到BOZ树脂中,制备了不同添加量的改性树脂。考察了HBE的骨架结构和添加量对共混体系固化行为、流变性能、静态力学性能、动态热机械性能和热性能的影响。改性树脂的冲击强度、弯曲强度和储能模量随着三种HBE的添加量的提高都呈现先增加后降低的趋势。拥有最高苯环含量的HBE-3能够同时提高改性树脂的冲击强度、弯曲强度和储能模量。与之相比,拥有较低苯环含量和较小分子内空穴的HBE-1和HBE-2,其改性树脂在机械性能和热性能方面表现相对较差。研究表明,HBE的骨架结构和添加量都对树脂交联密度和非相分离的交联网络结构产生了一定影响。
  其次,为了进一步研究超支化环氧的分子量和添加量对共混体系性能的影响,采用含双苯基芴结构的超支化环氧(HBPEE)增韧改性苯并噁嗪树脂。考察了HBPEE分子量和添加量对共混体系固化行为、流变性能、静态力学性能、动态热机械性能和热性能的影响。结果表明,含有数均分子量(Mn)为3900的HBPEE-2增韧剂拥有最佳的综合性能。值得一提的是,10wt%HBPEE-2的改性树脂体系,韧性提升最明显,它的冲击强度提高了2.8倍,从5.2KJ/m2提升到19.9KJ/m2。5wt%HBPEE-2和5wt%HBPEE-3添加量的改性树脂的冲击强度、弯曲强度和储能模量得到了同步的提升,此时HBPEE在改性树脂中并未发生相分离(由SEM和TEM证实)。DMA、TMA和SEM等研究表明,交联密度的提高、增韧剂的特殊结构、引入的额外自由体积等因素共同导致了韧性、强度和模量的同步提升。
  为了拓展BOZ树脂在碳纤维复合材料领域的应用,本文对CF/BOZ复合材料的增韧改性进行了研究。本文将杂萘联苯聚芳醚砜联苯共聚物(PPBES)、超支化环氧(HBPEE)和PA-6粒子引入到CF/BOZ复合材料中,考察了改性前后复合材料各项性能。结果显示,CF/BOZ/PPBES/HBPE/PA复合材料较未改性复合材料的Ⅰ型断裂临界应变能释放速率(GIC)提高了177%,弯曲强度提高了9%,弯曲模量提高了17%,层间剪切强度(ILSS)提高了19%,同时保证了Tg不下降。SEM研究结果表明,由于碳纤维的阻挡作用,PA粒子在层间富集,为阻挡层间裂纹扩展提供了有力的帮助。其次,PPBES/BOZ固化体系形成了相反转结构,有利于韧性的提高。最后,HBPEE提供了分子内空穴,有利于钝化裂纹前沿,并且HBPEE改善了PPBES和BOZ之间的相容性。对增韧机理进行了探讨,主要包括层间PA粒子拔出,HBPEE分子内空穴钝化裂纹、连续相PPBES的延性撕裂和反转相PBOZ的塑性变形。综上所述,PPBES、HBPEE和PA-6粒子的引入,使CF/BOZ复合材料韧性大幅提升的同时不降低材料的强度、耐热性和抗湿热性能。
  为了进一步提高BOZ树脂及其复合材料的韧性、强度和耐热性,本文制备了HBPEE接枝的氧化石墨烯(GO-HE),并将其作为增韧剂改性BOZ树脂。氧化石墨烯(GO)和GO-HE的结构和微观形貌由FT-IR、XRD、XPS、拉曼光谱、TEM和AFM等表征,结果表明成功在GO表面接枝了HBPEE。分别制备了不同添加量的BOZ/GO和BOZ/GO-HE改性树脂,系统地研究了静态力学性能、动态热机械性能和热稳定性与填料添加量之间的关系。研究结果显示,在0.05wt%添加量时,BOZ/GO和BOZ/GO-HE的冲击强度分别提高了88%和139%。对于添加量0.05wt%的BOZ/GO-HE改性树脂,弯曲强度提高了14%,同时弯曲模量提高了10%。此外,对比BOZ树脂和BOZ/GO树脂,BOZ/GO-HE的Tg和热稳定性得到了明显的提高。根据TEM和SEM研究,上述性能的改善是因为GO-HE在树脂有较好的分散性以及形成了较稳定的界面。将T700碳纤维分别与纯BOZ、BOZ/GO、BOZ/GO-HE复合,模压成型的方法得到了CF/BOZ、CF/BOZ/GO和CF/BOZ/GO-HE复合材料。研究结果显示,随着填料添加的上升,GIC、弯曲强度和ILSS呈现先上升后下降的规律,并且GO-HE的增韧、增强效果优于GO。当GO-HE添加量为0.05wt%时,复合材料性能提升最明显:GIC提高了160%,弯曲强度提高了26%,弯曲模量提高了19%,ILSS提高了16%。探讨了GO-HE的增韧机理,主要包括了裂纹钉铆、裂纹偏斜和片层周围基体树脂塑性变形三种机理。GO-HE增韧效果优于GO的原因在于GO-HE在树脂中的分散性和界面强度优于GO。
[硕士论文] 张明明
材料工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:磷腈化合物由于其特殊的磷氮骨架结构以及多样性的取代基,使其阻燃性能和烧蚀性能优异,在绝热材料领域有着重要的应用。酚醛树脂和橡胶是内绝热材料中常见的两种。环磷腈化合物可作为阻燃剂加入到树脂基体中以改善相应性能,而纤维是聚磷腈橡胶的常用增强填料。
  1)本文用NaH与对羟基苯甲醛合成反应的钠盐作为亲核试剂与六氯环三磷腈发生取代反应,通过质谱(MS)、红外FTIR、氢核磁1H-NMR、磷核磁31P-NMR和热失重(TGA)等一系列测试手段确定成功合成六对羟基苯甲醛取代环三磷腈(HPCTP)。
  (2)通过调节HPCTP添加比例制备出性能优异的PF-HPCTP改性树脂。红外谱图表明HPCTP的部分-CHO与酚醛树脂发生反应。然而HPCTP改性的PF-HPCTP树脂的弯曲强度均比纯酚醛固化树脂低,主要因为HPCTP和酚醛树脂是异相混合且不能完全反应,HPCTP在树脂中分散不均匀造成局部受力不均。PF-HPCTP树脂弯曲模量低于纯酚醛固化树脂,形貌分析发现PF-HPCTP树脂的断裂方式为韧性断裂,说明HPCTP能够提高酚醛树脂的韧性。
  (3)PF-HPCTP树脂的DMA和TGA数据表明HPCTP起到了一定的增塑作用,使得酚醛树脂的玻璃化转变温度降低,而800℃的残碳量略有增加。氧指数数据表明环磷腈衍生物的加入能够提高酚醛树脂的阻燃性能。其中,随着HPCTP从0份增加到5份,PF-HPCTP树脂的LOI值由27%增加到了35%。垂直燃烧数据表明PF-HPCTP树脂阻燃效果均达到了Ⅴ-0级别。
  (4)7种不同纤维的TG结果表明,碳纤维(CF)、预氧化聚丙烯腈纤维(PANOF)、聚酰亚胺浆粕(PI pulp)和聚酰亚胺短切纤维(PI)在800℃时的残炭率高,热稳定较好。聚丙烯腈纤维(PAN)和芳砜纶纤维(PSA)的残炭率相对较低,芳纶纤维(PA)的残炭率最小。通过对不同纤维增强的聚磷腈绝热材料的力学性能的研究发现,由于加工过程中碳纤维表面结构遭到破坏,使得CF/PDAP绝热材料的拉伸强度最低,仅为3.69MPa;由于PA与聚磷腈之间的氢键作用,使得PA/PDAP绝热材料的拉伸强度最大,为11.78MPa。
  (5)不同纤维增强的聚磷腈绝热材料的阻燃性能均达到Ⅴ-0级别,且烧蚀后炭层完整坚硬,其中CF/PDAP和PA/PDAP材料的烧蚀性能较好,线烧蚀速率分别达到0.056mm/s和0.062mm/s。一方面与它们较高的拉伸强度有关,使其在高温火焰下具有更高的耐冲刷性能,另一方面与纤维种类有关,纤维能够较好地包覆在基体中,从而获得更稳固的碳层。
  (6)探索PA和PI pulp两种纤维含量分别对聚磷腈绝热材料性能的影响。随着纤维含量的增加,聚磷腈绝热材料的拉伸强度逐渐增大,但烧蚀性能的变化规律有差别。随着PA纤维含量的增加,聚磷腈绝热材料的线烧蚀速率呈先减小后增大的趋势。15-PA/PDAP和25-PA/PDAP的烧蚀性能最优,线烧蚀速率达到0.049mm/s;随着PIpulp纤维含量的增加,聚磷腈绝热材料的线烧蚀速率没有明显的变化规律,35-PI pulp/PDAP的线烧蚀速率最低,为0.057mm。
[硕士论文] 华江南
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:前混合磨料射流加工塑性材料具有效率高、速度快的特点,被广泛应用于实际生产中。但是,由于塑性材料的抗拉强度较高,当采用前混合磨料射流对塑性材料进行钻孔时,塑性材料极易在钻孔过程中发生孔边缘扩展性塑性破坏。当前对前混合磨料射流在塑性材料上钻孔过程中发生孔边缘扩展性塑性破坏问题的根本原因不明确。这一问题的出现限制了前混合磨料射流在塑性材料钻孔中的应用。故探究塑性材料在前混合磨料射流钻孔中出现孔边缘扩展性塑性破坏的机理具有一定的意义和价值。
  本文在前人大量研究的基础上,对塑性材料前混合磨料射流钻孔过程中发生孔边缘扩展性塑性破坏问题进行了深入理论研究,通过分析前混合磨料射流的工作原理和观察前人所做的大量实验,得出钻孔过程中水和磨料分别对塑性材料的作用原理。
  为进一步探究塑性材料前混合磨料射流钻孔过程中发生孔边缘扩展性塑性破坏的机理,本文首先利用有限元分析软件对塑性材料水射流钻孔初始进行了三维仿真分析,从仿真的角度得出了塑性材料出现孔边缘扩展性塑性破坏主要是由于材料受射流冲击区域边缘的最大拉应力超过其本身强度极限所致,同时射流反溅作用扩大了破坏区域。在此基础上,以45号钢作为常用塑性材料设计了一系列实验,在前混合磨料射流数控平台上对45号钢进行钻孔实验,并对实验结果进行了分析。分析结果为塑性材料前混合磨料射流钻孔特性的进一步研究奠定了基础。
[博士论文] 张淼
控制科学与工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着非线性科学的快速发展,混沌理论的研究成为了非线性科学研究的重要领域,尤其是混沌时间序列的分析与预测已经成为一个非常重要的研究方向。熔融指数是丙烯聚合生产的重要指标之一,建立可靠的熔融指数预报模型非常重要。针对丙烯聚合过程这一复杂工艺,引入混沌理论对熔融指数时间序列进行信息挖掘,以探究时间序列所包含的信息并建立相对准确的软测量预报模型。本文针对混沌时间序列分析及其在聚丙烯熔融指数预报中的应用展开研究,主要进行混沌特性识别、软测量建模优化、多尺度分析建模方面的研究工作。
  本文的主要工作及创新如下:
  (1)对熔融指数时间序列的混沌特性进行识别研究,采用ADF和KPSS两种单位根检验方法进行平稳性分析,并采用R/S分析法计算其Hurst指数,在Takens定理的基础上探讨时间序列的相空间重构技术,进一步对关联维数、Lyapunov指数和Kolmogorov熵三个刻画奇异吸引子的重要参数进行了计算分析。综合不同的混沌特征量,最终确定熔融指数时间序列具有混沌特性。
  (2)利用熔融指数时间序列的混沌特性,在相空间重构的基础上,建立基于相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)的熔融指数混沌预报模型。考虑到RVM模型的有效性很大程度上取决于核参数的选择,根据差分进化算法(Differential Evolution,DE)和连续蚁群优化算法(Ant Colony Optimization,ACO)各自的特点进行了改进与结合,提出混合蚁群差分进化算法(HACDE)用于对RVM的核参数进行寻优。将HACDE-RVM混沌预报模型用于实际的聚丙烯熔融指数预报,结果表明了HACDE-RVM混沌预报模型良好的预报性能以及HACDE算法对解决RVM参数优化问题的有效性。
  (3)利用熔融指数时间序列的混沌特性,建立了基于模糊小波神经网络(Fuzzy wavelet neural network,FWNN)的熔融指数混沌预报模型。采用梯度下降算法推导FWNN的结构学习算法,确定了待优化的学习速率。在分析引力搜索算法(Gravitational Search Algorithm,GSA)优缺点的基础上,提出了一种改进的引力搜索算法(MGSA)对FWNN网络结构参数的学习速率进行在线调整,能够提高模型对熔融指数的预报精度。将MGSA-FWNN混沌预报模型用于聚丙烯熔融指数预报,预报结果表明了所提出的MGSA-FWNN混沌预报模型的预报准确性和良好的推广泛化能力。
  (4)对熔融指数时间序列进行了多尺度分析,分别进行了小波变换和经验模态分解,并且将两种方法的分解结果和重构结果进行了比较分析。结果表明,经验模态分解能更精细地区分熔融指数时间序列中不同频率范围的数据,而且对信号的重构误差比小波分解更小。对经验模态分解得到的5个固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)进行特性分析,最终判定IMF2、IMF3、IMF5是混沌序列,而IMF1和IMF4不具备混沌特性。以上分析最终确定熔融指数时间序列具有多尺度特性。
  (5)在熔融指数多尺度特性的基础上,引入组合预测的概念,建立了基于多尺度分析的熔融指数组合预测模型。根据各分解序列的不同特性,针对性地采用不同的预测方法。最后将建立的组合预测模型用于聚丙烯熔融指数预报,并将预报结果与第三章和第四章的单一预报模型进行比较分析。预报结果充分说明了基于多尺度分析的熔融指数组合预报模型的预报准确性和良好的推广泛化能力;组合预测模型能够克服单一预报模型的一些问题,建模方法更加的合理、有效。
[硕士论文] 石鹏亮
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:注塑机的机械部分由合模机构和注塑机构组成,其中合模机构是注塑机中非常重要的部件之一,合模机构的主要作用是精确完成闭模和开模过程、提供足够的合模力以及顶出制品。速度传动比是注塑机合模机构的一个重要运动特性,其是衡量注塑机合模机构优劣的重要因素之一。力放大比对注塑机的总能耗影响最大,设计之初就需要考虑较小的油缸推力能够产生较大的合模力,从而降低功耗。
  论文在熟悉了目前合模机构的发展现状的基础上,重点介绍了国内使用最广泛的双曲肘五连杆斜排式合模机构的工作原理,对合模机构进行系统化研究,以使合模机构的合模性能达到最优化为目的,文主要内容如下:
  (1)对双曲肘五连杆斜排式合模机构进行理论分析。在现有的优化设计理论和方法的基础上,分析出合模机构中动模板行程、合模速度和加速度、力的放大比、合模力等与肘杆参数之间的关系,建立其数学表达式。
  (2)以追求较大合模机构力的放大比M和行程比W以及杆件长度之和L为目标函数,但是由于三者互为关联,故以乘除法使得F=L/W·M值最小作为优化目标,得到理想的增力倍数和移模速度的合模机构。在MATLAB中编程,完成合模机构的各参数的优化设计,有效地提高双曲肘五连杆合模机构的合模性能,同时减少了机构的总体尺寸。
  (3)建立双曲肘五连杆合模机构模板的三维实体模型,导入到ANSYSWorkbench中,完成锁模机构状态下模板的有限元分析,获得模板应变、等效应力的分布情况,以此来校核合模机构的强度和挠度,再利用Shape Optimization模块对模板进行拓扑结构优化,在满足设计要求前提下完成模板的轻量化设计。
  (4)将建立好的双曲肘合模机构的三维模型导入进ADAMS中,在ADAMS中给合模机构添加运动副约束以及对十字推力座施加速度驱动,最后利用ADAMS虚拟样机进行动态仿真分析,得出十字推力座和动模板的速度、加速度、位移曲线图,从而验证了双曲肘五连杆合模机构的动模板在合模过程中速度特性满足“慢-快-慢”设计要求。
[硕士论文] 李雄豪
农业机械化 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:3D打印技术是一种涵盖了计算机科学、材料科学、机械制造等多门学科领域知识的新兴技术,其采用一些特殊材料,通过选择性粘贴逐层叠加打印形成实物,被誉为“第三次工业革命”的核心技术。3D打印主流技术包括FDM、SLA、LOM、DLP、3DP等。3D打印材料主要有工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属和陶瓷材料等;除此之外,彩色石膏、人造骨粉、以及砂糖等食品材料也有应用。
  本文中采用的3D打印技术为FDM,其优势在于不用激光,对设备的要求不高,使用和维护比较简单,成本较低。有多种材料可用于3D打印。其中,最主要的两类塑料就是ABS和PLA。ABS的各项性能都很优异,但其在打印时会存在精度障碍,打印过程中有异味散出,且不可降解。PLA是一种绿色环保的可生物降解型塑料,无毒,制备过程无污染,但韧性和延展性较差。
  针对目前3D打印材料存在的机械强度低,结构性能差等缺点,采用纳米纤维素作为3D打印基体的增强相,确定FDM成型丝材配方方案。
  利用TEMPO/NaClO/NaBr氧化体系制备纳米纤维素,将制备的纳米纤维素与PLA进行共混制备出增强PLA丝材,通过双螺杆挤出机制备FDM所需要的丝材,再将丝材在FDM打印机上打印出力学性能测定的特定形状,测定其力学性能。设置一组以玻璃纤维与PLA共混制备增强PLA丝材作为对照组,将数据进行比较。
  结果表明:对应用于FDM打印技术的PLA中加纳米纤维素和玻璃纤维进行共混制备出增强PLA丝材,加纳米纤维素的增强PLA丝材的抗冲击强度比纯PLA丝材高出34%-60%,拉伸强度高出43%-52%,加入玻璃纤维的增强PLA丝材的抗冲击强度比纯PLA丝材提升13%-35%,拉伸强度提升54-61%。
[博士论文] Qudrat Ullah Khan
Chemistry 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:本研究旨在探讨功能性聚酰亚胺和酰亚胺的电子供体-受体(D-A)部分的作用,以克服现有数据存储机制中的缺陷。功能性聚酰亚胺的存储性能主要取决于D-A单元的性质。在所有可供选择的存储材料中,由于在单分子中含有电子供体(D)和电子受体(A)的供体-受体型有机化合物具备化学结构的可修饰性和存储性能的可调性而被认为是最有前景的选择。为了最大限度地减少因D-A单元间的化学反应而带来的结构障碍,设计了一种新的基于卟啉的聚合物NH-Por-6FDA,通过使用过渡金属改变卟啉的核心原子(Zn-Por-6FDA)从而使其表现不同的存储性能。为了研究非对称苝酰亚胺中的供体-受体电荷转移机制,还使用基于三苯胺(TPA)的非对称苝酰亚胺(AsPDI)设计了另一个课题。这种基于三苯胺(TPA)的苝酰亚胺在施加电压时表现出了优异的存储性能。通过增加其供体-受体比例,聚合物的存储性能从非易失性的WORM型变为非易失性可重复写入的Flash型和易失性的SRAM型。
  设计了两种新型可溶的聚酰亚胺(PIs)用于聚合物存储性能研究,分别为NH-Por-6FDA和Zn-Por-6FDA,其中前者使用5,15-二(4'-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(trans-DATPP)为电子供体,4,4'-(六氟异丙烯基)二邻苯二甲酸酐(6FDA)为电子受体,后者的电子供体为Zn-trans-DATPP,通过缩聚合成两种聚酰亚胺。这两种聚合物的化学结构大部分相同,只不过Zn-Por-6FDA中有锌离子(Zn2+)络合到卟啉中心。电性能结果表明,基于NH-Por-6FDA制备的三明治存储器件表现出双向非易失性的一次写入多次读取(WORM)特性,而Zn-Por-6FDA表现出完全不同的易失性静态随机存储(SRAM)特性。两种聚合物存储器件都具有高达106的开/关电流比,并且在108个读取周期内表现出优异的长期操作稳定性,在4000s的扫描时间内电流没有发生任何衰减。而光物理特性,电化学特性和分子模拟的结果阐明了聚合物的电荷转移过程(CT)与电子给体/受体功能对电双稳态特性的影响。研究表明,在卟啉中心插入的锌离子形成了一个内部电极,并在电荷转移过程中起桥接作用,这将同时有利于正向CT和反向CT,因而导致Zn络合之后聚合物存储性能发生由WORM向SRAM的转变。这个结果表明络合金属会对存储性能产生显著影响,这将吸引更多的研究人员使用过渡金属来制备具有理想存储特性的器件。
  在本研究中,制备了三种具有不同的电子给受体比例的非对称苝酰亚胺(AsPDIs)用于存储性能研究,它们分别为线型(PDI-ATPA),V型(PDI-DATPA)和星型(PDI-TATPA)。三种苝酰亚胺分别通过电子给体4-氨基三苯胺(ATPA),4,4'-二氨基三苯基胺(DATPA),4,4',4"-三氨基三苯基胺(TATPA)和电子受体N-(2-乙基己基)-3,4,9,10-苝四甲酸-3,4-酐-9,10-酰亚胺(AsPDA)缩合聚合而成。电流-电压(I-V)曲线的结果表明,基于PDI-ATPA,PDI-DATPA和PDI-TATPA的存储器件分别具有WORM,Flash和SRAM存储特性。其开/关电流比高达105,阈值电压分别为1.8V,1.5V和2.5V。这些基于AsPDI的存储器件在恒定电压(0.1V)下,在持续多达108个读取周期内表现出优异的长期工作稳定性,并且在4000s的扫描时间内电流没有发生衰减。合成的苝酰亚胺表现出优异的热稳定性(高达400摄氏度)。本研究强调了非对称结构小分子对存储性能产生的重大影响。其快速响应和高开/关比特性也使其可以广泛应用到未来的存储技术中去。
[硕士论文] 成敏敏
化学 中北大学 2018(学位年度)
摘要:水性聚氨酯(WPU)是发展最快、最有前途的聚合物之一,具有许多独特的属性,被广泛应用。但其本身仍有很多不足之处,所以用纳米材料改性水性聚氨酯是目前研究的热点之一。本论文分别使用两种纳米颗粒与水性聚氨酯混合制备了复合薄膜。
  主要研究工作如下:
  (1)通过Hummers法对天然鳞片石墨(NG)进行氧化得到氧化石墨,然后超声剥离获得氧化石墨烯(GO)。通过扫描电子显微镜(SEM),X-射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对NG和GO进行形貌和结构表征,结果表明制备的GO含有多种含氧官能团(如-O-H、-C=O、-COOH等)。之后用溶液共混和流延成膜法制备了GO/WPU复合薄膜,研究了GO的含量对GO/WPU复合薄膜的微观形貌结构、力学、导热、导电和摩擦性能的影响。结果表明,随着GO含量的增加,当w(GO)=4%时,复合薄膜的拉伸强度最大达到20.6MPa,导热系数最高为0.208W/(m·K)。
  (2)以仲钼酸铵为钼源、硫脲为硫源和还原剂采用水热法制备出二硫化钼(MoS2)纳米材料,通过SEM和透射电子显微镜(TEM)进行表征;然后用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)将MoS2改性后,通过FT-IR和XRD进行表征。研究发现,CTAB在MoS2纳米薄片的形成过程中起着极其重要的作用,MoS2层之间的堆叠受到了强烈的抑制。用CTAB改性后的二硫化钼,与WPU混合,通过溶液共混和流延成膜法制备了MoS2厂WPU复合薄膜,研究了MoS2的含量对MoS2/WPU复合薄膜的微观形貌结构、力学、导热和摩擦性能的影响。结果表明,当w(MoS2)=0.5%时,复合薄膜的拉伸强度最大达到23MPa,当w(MoS2)=2%的导热系数最高为0.18W/(m·K)。
[硕士论文] 李瑞
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,微纳光学器件、流体器件、微反应器、微散热器等功能器件,以及超疏水材料、抗光反射材料、导电/导热复合材料等功能材料在生物医学,汽车制造,信息通讯等众多领域已有越来越多的应用。微热压印方法作为典型的聚合物微纳制造技术之一,是推动“中国制造2025”创新发展,持续进步的源泉与动力。在聚合物微纳制造快速发展的背景下,在类固态等温热压印方法缩短热压印周期的研究基础上,本文以实验、模拟与理论分析相结合的研究方法,针对类固态微压印过程中存在的一系列复杂本构关系等机理性的基础科学问题,通过纳米压痕实验、蠕变实验、应力松弛实验,微结构热压印实验,建立本构模型,松弛模型,以及DEFORM、ABAQUS有限元模拟等研究手段,探究类固态微压印充模、保压、脱模不同阶段的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的本构关系,应力松弛特性对微结构制品复制精度的影响规律。
  通过PMMA类固态热压温区的纳米压痕实验结果,建立一阶单指数本构模型,以表征类固态温度区的应力应变关系。并将其用于DEFORM模拟软件材料属性的确定,进行了类固态微纳压印充模过程的数值模拟,进而合理优化压印工艺参数。
  使用自行搭建的拉压蠕变松弛仪进行PMMA类固态温区的蠕变实验,从广义开尔文模型、标准线性体模型、三元件修正模型中筛选出非线性拟合程度高的三元件修正模型得到蠕变柔量表达式。另外,对V形槽结构制品和微透镜结构制品进行了常温蠕变实验,表明常温蠕变很缓慢,在足够长的时间内对压印成型微结构的几何特征和光学性能无显著影响。
  根据应力松弛实验和蠕变规律,建立应力松弛理论模型,实现了蠕变柔量和松弛模量之间的转化。通过不同温度和保压时间条件下V槽和半球阵列微结构类固态微热压印实验,验证了应力松弛三元件修正模型对聚合物微热压印保压时间选取的适用性和指导意义。基于应力松弛实验数据,构建Prony黏弹本构模型,进行ABAQUS纳米压痕仿真,建立起应力松弛与纳米压痕的内在联系并分析其对微纳压印的参考价值。
[硕士论文] 吴长庆
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:向聚合物中加入大量填料不仅能赋予聚合物特殊的性能,还能从一定程度上节约成本。随着高填充技术和纳米粒子技术的发展,高分子材料加工行业向着功能化、低成本方向进展。聚合物流变行为主要体现在弹性行为和黏性行为两个方面,挤出胀大行为对聚合物制品质量起着至关重要的作用,黏度数值又是聚合物工艺研发过程中的关键参数。因此研究高填充性纳米复合材料的流变行为是很有必要的。
  本文用熔融共混的方式将纳米碳酸钙(NPCC)、纳米氢氧化镁(NMH)和埃洛石纳米管(HNTs)高填充进聚丙烯(PP)基体中制备高填充性PP/纳米复合材料。使用静态拉伸混合器对三种纳米复合材料进行拉伸熔融共混。使用毛细管流变仪对三种纳米复合材料挤出胀大行为进行了测量并分析其差异。使用新型三阶毛细管流变仪对三种纳米复合材料在不同压力环境下的黏度参数进行了测量并计算其黏度压力依赖性系数,并对剪切速率和纳米粒子形貌、含量对其熔体黏度压力依赖性的影响机理进行了分析。
  用扫描电镜对各个比例纳米复合材料纳米粒子分散情况进行观察得知,随着纳米粒子填充量增加,HNTs在PP基体中分散性最好,NPCC和NMH都有不同程度的团聚,NPCC团聚最为严重。用静态拉伸混合器对不同强度拉伸流场对三种复合材料作用进行了研究,PP/NPCC和PP/NMH复合材料在500μm间隙拉伸流场中复合材料纳米粒子分散状态和力学性能得到最好的改善,1000μm间隙拉伸流场对PP/HNTs复合材料作用效果最佳。
  用毛细管流变仪对三种高填充性PP/纳米复合材料的挤出胀大行为进行研究。三种复合材料的挤出胀大比随口模温度的增加、剪切速率的增大、熔体压力的增大而增大。在相同温度、相同体积分数下,三种复合材料挤出胀大比关系为:PP/NPCC>PP/HNTs>PP/NMH。
  使用新型三阶毛细管流变仪对三种高填充PP/纳米复合材料的不同压力环境下流变行为进行研究,计算了其黏度压力依赖性系数。三种复合材料黏度数值都随着压力的增大而增大,其黏度压力依赖性随着剪切速率的增大而减小。随着纳米粒子填充量的增加,PP/NPCC和PP/NMH复合材料黏度压力依赖性减小,PP/HNTs黏度压力依赖性增加。
[硕士论文] 刘东月
化学 中北大学 2018(学位年度)
摘要:环氧树脂是一种重要的热固性聚合物,具有卓越的机械性能、较强的硬度和良好的化学稳定性。常用作涂层、胶粘剂、层压板等。但是环氧树脂易燃烧,在工业化应用中存在着一定的安全隐患。因此,针对环氧树脂的阻燃改性研究具有重要的意义。石墨烯的出现,为纳米阻燃环氧树脂的研究与应用揭开了新的篇章。但是,石墨烯阻燃环氧树脂依然存在着制备过程对环境不友好、阻燃效率不高等缺点。为了克服这些缺陷,本文利用氢键作用将三种磷氮多元醇阻燃剂负载到氧化石墨烯上,成功制备了阻燃功能化石墨烯。进一步将其添加到环氧树脂中得到功能化石墨烯阻燃环氧树脂,研究了其热性能、阻燃性能并初步探索了阻燃机理。主要研究工作如下:
  一、磷氮阻燃环氧树脂的制备及其阻燃性能研究。利用三种磷氮多元醇阻燃剂N,N'-双(2-羟乙基)磷酸二乙酯(DEPA)、三羟甲基新戊二醇磷酰铵盐(DPPT)和六羟甲基双季戊四醇磷酰铵盐(PDDT)分别添加到双酚A型环氧树脂/4,4'-二氨基二苯甲烷体系中,制备得到了三种磷氮多元醇阻燃环氧树脂。实验结果表明,在环氧树脂中分别加入15%的DEPA、DPPT和PDDT可使环氧树脂的残炭量从14.3%分别提高22.7%、22.0%和27.8%;极限氧指数(LOI)从24%分别提高到27.2%、30.0%和31.1%;垂直燃烧测试(UL-94)均可通过V-0等级。此外,对阻燃环氧树脂燃烧后炭层的微观形貌观测结果显示磷氮多元醇型阻燃剂可以促进环氧树脂表面形成致密的保护性炭层。
  二、阻燃功能化石墨烯的制备及其表征与性能测试。通过氢键作用将阻燃剂DEPA、DPPT、PDDT分别负载于氧化石墨烯表面,制备得到了三种阻燃功能化石墨烯(DEPA-GO、DPPT-GO和PDDT-GO)。并通过傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、激光共聚焦拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对其进行了结构表征及元素组成分析,证明了磷氮多元醇均已成功负载到石墨烯表面。热重测试(TGA)结果进一步表明,三种磷氮多元醇的引入均改变了氧化石墨烯的热分解行为,促进了高温区残炭量的提升。
  三、功能化石墨烯阻燃环氧树脂的制备及其性能研究。将所制备的三种阻燃功能化石墨烯(DEPA-GO、DPPT-GO和PDDT-GO)分别以不同比例加入到环氧树脂中,研究了阻燃功能化石墨烯对环氧树脂热分解行为、阻燃性能和燃烧后炭层形貌的影响。结果表明,在环氧树脂中添加2%的DEPA-GO或1%的DPPT-GO后,环氧树脂LOI值从24.0%都提高到31.5%,微型量热测试中热释放速率峰值(PHRR)从570.8W/g分别降低到401.0%和259.1%,表现出良好的阻燃效果。进一步,PDDT-GO添加量仅为0.5%时,即可使环氧树脂通过UL-94V-1等级,LOI值达到29.1%,PDDT-GO表现出在环氧树脂中更高的阻燃效率。对相关样品热分解行为及燃烧后残炭形貌的分析测试表明阻燃功能化石墨烯中磷氮阻燃剂的协同阻燃效应以及石墨烯的片层阻隔效应有助于提升环氧树脂阻燃性能。
[硕士论文] 葛志伟
林产化学加工工程 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:本文以竹材边角料提取的木质素为原料,成功制备了均一性良好的木质素/环氧树脂复合体系,对比研究直接机械共混和溶液-机械搅拌相结合的共混方法对环氧树脂的性能影响;对木质素进行化学改性,得到木质素基环氧树脂,对体系的固化性能以及力学性能进行研究;将木质素与竹粉同时引入了环氧树脂中制备了木质素-竹粉协同改性的环氧树脂复合材料。本文研究结果如下:(1)以DMF为溶剂,通过溶液共混和机械搅拌相结合的方法成功制备了均一性良好的木质素/环氧树脂复合体系,采用扫描电镜对体系形貌结构进行观察,断裂表面未发现EL团聚现象的产生;木质素的加入能明显提高材料的力学性能,且当木质素的添加量为1.5%时,其材料的力学性能最佳,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度相对于纯环氧树脂材料分别提高了3.1%、14.7%和13.5%;DSC结果表明在反应前期,木质素的添加会加快环氧树脂固化反应。(2)木质素基环氧树脂的添加,降低了固化温度,对环氧树脂体系的固化反应有一定的促进作用;随着木质素基环氧树脂含量的增加,环氧树脂体系的玻璃化转变温度逐渐下降。随着木质素基环氧树脂的添加量的增加,可以提高环氧树脂体系的拉伸弹性模量,其拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势;当添加量为50%时,其拉伸强度达到最大值。其拉伸强度和拉伸弹性模量分别提高了11.2%和10.5%,但断裂伸长率降低了1.8%。(3)将木质素和竹粉同时引入环氧树脂中,成功制得了木质素-竹粉协同改性的环氧树脂复合材料;BF的加入使得EP-BF复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量分别提高了3.5%和23.4%;随着木质素添加量的增加,木质素-竹粉协同改性的环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量都呈现先升高后降低的趋势,当木质素的添加量为1.5%时,环氧树脂复合材料的拉伸性能最佳。其拉伸强度和拉伸弹性模量分别提高了27.8%和37.8%;木质素和竹粉的添加对木质素/竹粉/环氧树脂复合体系的固化反应起到一定的促进作用。
[硕士论文] 岂林霞
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:交联聚乙烯(XLPE)综合性能良好,应用广泛,但由于其难熔难溶,回收困难。采用科学有效的方法对XLPE进行回收对资源再生和环境保护具有重要意义。本论文主要采用粉末化填料回收方法对交联聚乙烯进行回收,分析了XLPE粉碎过程机理,并基于热学和流变学对交联聚乙烯回收料(RXLPE)填充材料的性能进行分析,同时采用注塑成型、滚塑成型和发泡成型方式实现XLPE回收利用。主要工作和结论如下:
  (1)建立了机械粉碎-磨粉制备交联聚乙烯回收粉体的工艺方法,探索了粉体粒径对其模压件力学性能、热学性能和掺杂HDPE挤出物表面的影响。交联聚乙烯回收粉体再生过程分为切片、粉碎、磨粉等阶段,该过程中交联聚乙烯受到机械力化学作用,交联度降低,凝胶含量下降;回收粉体粒径减小,模压制品的结晶度增加,制品冲击强度下降;RXLPE中加入HDPE可改善其挤出外观,针对本文所用回收料最大填充量为50%。
  (2)利用差示扫描量热仪(DSC)、旋转流变仪、毛细管流变仪对RXLPE/HDPE复合材料性能研究,并对注塑成型制品结晶和力学性能进行分析。DSC结果表明RXLPE加入HDPE中有明显的异相成核作用;旋转流变仪频率扫描中体系黏度随其含量增加而升高,体系流动性变差;回收料的增加使得混合物黏弹性的线性范围减小;毛细管流变测试中,RXLPE加入HDPE后的零切粘度增加,粘流活化能减小;随着回收料含量增加,注塑成型制品冲击强度比压片制品的高;相同回收料R1006填入不同HDPE基体的制品冲击强度随着回收料含量的增加而增加。
  (3)比较了两种混料方式对RXLPE/XLPE复合材料制品性能的影响,采用DSC和旋转流变仪对其结晶和流变性能的进行研究,并对20∶80RXLPE/XLPE进行滚塑中试实验。结果表明RXLPE与XLPE一次挤出由于RXLPE吸收部分交联剂不参与交联反应而导致凝胶含量下降,二次挤出则会减少其吸收而有较高凝胶含量,制备制品性能良好;DSC结果表明RXLPE加入XLPE降低结晶垂直自由能,加快了结晶速率;旋转流变仪分析交联过程发现RXLPE的加入使得交联反应速率减慢,阻碍交联网络的形成;回收料填充后仍可滚塑成型,但制品性能较差。
  (4)应用熔体拉伸流变仪分析了RXLPE/HDPE材料的拉伸流变性能,并对材料的发泡性能进行了研究。发现RXLPE加入HDPE中提高了HDPE的熔体强度和拉伸黏度及其“应变硬化”效应,改善了HDPE发泡性能;加入发泡助剂ZnO和ZnSt2使发泡剂分解温度从205℃降低到160℃;30∶70RXLPE/HDPE发泡倍率最高,约为6倍;增大RXLPE用量可无压发泡制备泡孔粒径小的制品;RXLPE/HDPE复合物同HDPE发泡体一样,受压显示典型的三区域特性,30∶70RXLPE/HDPE中添加无机发泡助剂显著改善中变形塌陷平台区和高受压密实化区性能,但降低小应变刚性。
  本文系统研究了废弃交联聚乙烯回收料和复合材料性能及其再生应用方法,实现了交联聚乙烯的回收再利用,为工程化应用奠定了基础。
[硕士论文] 何泽鸿
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:石墨烯模具快速热循环注塑成型技术(Rapid Heat Cycle Molding,简称为RHCM)是一种不同于现有注塑技术的模具型腔温度动态控制注塑成型技术,在塑料熔体注射之前对模具进行通电由型腔上的石墨烯镀层进行加热使得模具型腔能够具有较高的温度。在冷却开始前型腔温度始终保持不变,提高熔体的流动性以及充模能力,降低成型周期,提高制品性能和表面质量。纤维增强材料制品因具有高强度高、重量小的优点,具有广泛的应用。RHCM工艺可以对纤维增强制品的形态结构进行有效的调控从而改善制品的性能,本文利用石墨烯模具研究不同型腔温度对制品形态结构、宏观性能的影响规律,分析工艺、宏观性能及形态结构三者的影响规律,具体内容如下:
  1、通过实验研究石墨烯模具对非熔接痕制品的拉伸性能与对应的形态结构的影响。研究发现:相对于常规注塑工艺石墨烯模具可以提高非熔接制品的拉伸强度,并且拉伸强度随着型腔温度的升高呈现先增后减的趋势。RHCM工艺可以通过改变模具型腔温度对制品的多层结构以及纤维取向进行调控,从而达到提升制品拉伸性能的目的。
  2、研究石墨烯模具对熔接痕制品的拉伸性能与对应形态结构的影响。研究发现:相对于常规注塑工艺石墨烯模具能够显著提升熔接痕制品的拉伸性能,而且拉伸性能随着型腔温度的增大而增大,最后趋于平稳。对应的形态结构变化如下:熔接痕深度随着型腔温度升高而逐渐减小,熔接痕处的纤维取向程度增大,界面缠结程度升高。
  3、通过实验研究石墨烯模具对非熔接痕制品的表面光泽度与对应形态结构的影响。研究发现:相对于常规注塑石墨烯模具能够明显提升制品表面光泽度,并且表面光泽度随着型腔温度逐渐增大。对应的形态结构变化如下:粗糙度随温度升高呈先增大后减小,浮纤缺陷逐步得到改善,结晶度增大。
  4、通过实验研究石墨烯模具对熔接痕明显程度与对应形态结构的影响。研究发现:相对于常规注塑RHCM工艺能够显著降低熔接痕明显程度,并且随着型腔温度升高熔接痕明显程度逐步降低。对应的形态结构变化如下:熔接痕深、宽度均随着型腔温度升高而逐渐减小。
[硕士论文] 霍志伟
材料科学与工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:本论文将选用环保、安全、高值化的方式对回收的废旧电器壳体ABS进行再利用。ABS属于热塑性材料,可多次加工成型,但直接利用性能很差。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的机械强度高,但是缺口冲击强度小。以废旧ABS材料为基体,PBT为分散相,制备可再生rABS/PBT合金,实现对rABS的回收利用。将废旧ABS共混改性做成再生料合金,不仅解决了对环境的污染,还能产生巨大经济效益。但是,无定型的ABS与结晶型的PBT是不相容的,因此,通过增加两者间的界面强度来改善共混物的相容性,从而制备综合性能优异的可再生合金。
  首先,通过新旧ABS的GPC、FTIR、SEM和力学性能比较,确定了rABS老化后分子链断裂、分子量分布变宽;使用过程中氧化降解而产生羟基或羧基等活性化学基团,使得rABS的力学性能下降,尤其是缺口冲击强度。其次,通过制备不同比例的共混合金,为尽多的利用rABS,选用比例为7/3的rABS/PBT共混物;并比较新旧ABS/PBT之间的相容性,DMA和DSC测试表明rABS/PBT共混物的Tg相互靠近,结晶度下降,表明相容性比ABS/PBT相容性好;最后,用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝废旧丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(rABS)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)作为相容剂,研究了相容剂rABS-g-GMA、MBS对rABS/PBT合金力学性能、结晶和相态结构的影响。以上增容先利用rABS老化后的活性基团与PBT的端羟基、羧基反应增加相容性,再添加rABS-g-GMA、可与PBT酯交换反应的MBS,均是通过在界面处形成化学键连接来提高其相容性,结果显示改性后的共混材料缺口冲击强变化最明显,储能模量增加,结晶度变小,断裂面上有网状结构形成,使得材料的韧性增加。
  通过以上实验制备的再生rABS/PBT共混物的力学性能发现:共混物rABS/PBT比ABS/PBT的相容性好,但由于基体的老化严重,韧性较差;当PBT含量为30%时,拉伸强度比rABS提高了23.8%,断裂伸长率和缺口冲击强度分别为18%、3.1KJ/m2;加入15%的rABS-g-GMA时,断裂伸长率、冲击强度达到46%、5.1KJ/m2;添加8phr的MBS的rABS/PBT虽然拉伸强度下降,但断裂伸长率和冲击强度比未增容的ABS/PBT分别提高了83%、206%。本论文对tABS从老化机理到熔融共混系统性研究,得到了力学性能优异的共混材料,不仅提高了实际使用价值,而且生产成本大大降低。所以用rABS制备的rABS/PBT共混物,为废旧电器壳体的高值化回收利用提供了新思路。
[硕士论文] 杨茜
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:塑化特性是单螺杆挤出机性能的重要指标,对其塑化特性表征技术的研究非常重要。塑化特性表征技术一方面可以加深研究者们对加工设备性能的认识,促进输送和挤出理论的发展,为新技术的开发奠定基础;另一方面可以为工业生产中工艺参数的优化提供依据。
  本课题以沟槽机筒挤出机为研究对象,利用可视化实验研究、成型制品力学性能测试、熔体压力波动和超声波缺陷检测等技术,对沟槽机筒挤出机的塑化特性表征技术进行了研究。主要研究工作如下:
  (1)优化了机筒剖分式可视化实验测试平台,对不同结构机筒和螺杆组成的挤压系统的塑化特性进行了研究,通过熔融过程、熔体温度/压力和挤出机产量三个方面探明了机筒结构和螺杆压缩比对沟槽机筒挤出机塑化特性的影响。
  (2)在已有实验条件的基础上,搭建了压力在线监测平台,实现了挤出加工过程中挤出机机头出口处压力波动的实时记录。从熔体压力波动和成型制品力学性能两个方面对不同物料体系、不同工艺条件下的沟槽机筒挤出机塑化特性进行了表征研究。
  (3)分析了超声波特征回波幅值和沟槽机筒挤出机塑化特性的关系,构建了基于超声波特征幅值衰减的评价体系,探明了不同物料体系、不同工艺条件对沟槽机筒挤出机塑化特性的影响,并结合可视化实验研究对结果进行了验证。
[硕士论文] 高枢健
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:微孔材料因具有均匀稳定的微孔结构,广泛应用于食品工业、医疗卫生、水处理等过滤领域,是过滤与分离过程中的关键。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能十分突出的热塑性塑料,用其制备的微孔材料往往性能更加优越,更能满足过滤要求。但是,目前的几种UHMWPE微孔材料的制备方法均存在很多问题,需要研究一种自动化程度高、生产效率高的适用于成型UHMWPE微孔过滤材料的新方法。
  本课题针对现有制备UHMWPE微孔材料成型方法中的不足,以一种更高效环保的称为非致密注塑的新方法成型UHMWPE微孔材料,研究其成型过程特点和基本的成型原理,并系统研究了注射量、注射压力、注射速度以及分子量的变化对UHMWPE微孔材料注塑成型的影响,并通过调节工艺参数制备不同微孔结构和性能要求的微孔材料。主要结论如下:
  (1)非致密注塑成型是由高速注射过程中产生的“喷射流”粉末,在型腔中受到非致密的压缩相互粘结堆砌形成的。其中利用SEM观察到,微孔材料的微观结构类似于粉末烧结法,结构与性能取决于“喷射流”粉末。验证了非致密注塑法成型UHMWPE微孔材料的可行性,是完全不同于现有任何工艺的新的制备方法。
  (2)研究得出当注射方向与“喷射流”流动方向垂直时,沿“喷射流”流动方向微孔的结构是存在梯度变化的。其中靠近浇口一端较易变得密实,而远离浇口一端较易形成微孔,孔径分布更均匀,平均孔径更大,孔隙率更高。
  (3)尝试“喷射流”粉末结合“注塑压缩”工艺的新方法,初步判断通过此方法容易获得微孔分布更加均匀稳定的微孔材料制品。
  (4)研究了不同分子量的UHMWPE对微孔材料结构与性能的影响,随着UHMWPE分子量的增大,更易形成微孔材料,微观结构规整度提高,孔径分布更为均匀,制品抗压强度也同时增大。
  (5)研究了注射量、注射压力和注射速度等注塑工艺参数对UHMWPE微孔材料的结构和性能的影响,确定较佳的注塑参数为:注射量60%,注射压力63.8MPa,注射速度100%。此时的UHMWPE微孔材料综合性能较佳,平均孔径和孔隙率分别为38.92μm、38.34%,体密度为0.599g cm-3,压缩强度为9.28MPa,与烧结滤材制品结果非常接近,证实了通过非致密注塑法可得到与商业烧结滤材制品性能非常接近的样品。
[硕士论文] 熊文楠
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:二板式注塑机以其锁模精度高、性能稳定可靠、污染小等优点,在医疗用品、食品包装等领域得到了极大的应用。但目前二板式注塑机的研究与应用多针对中大型深腔制品,专用于微小型精密制品成型的机型则研发较少。基于此,论文设计了合模力为1000kN的小型二板式注塑机合模机构及液压系统,并利用仿真软件对合模机构的性能及液压系统进行分析,旨在提高合模精度,降低机器能耗,提升机器效率。主要工作如下:
  (1)根据合模机构的性能要求及设计参数,对合模力为1000kN的二板式注塑机合模机构进行总体设计,包括:确定合模机构的结构方案,对合模机构的模板、拉杆、油缸等关键零部件进行设计计算;利用ANSYS对模板进行应力、变形分析,根据模板受力变形特点,以减小模板应力与变形为目标,对模板进行结构优化设计。
  (2)针对二板式注塑机合模机构提出三种液压动力源系统方案:定量泵+比例压力流量阀系统、比例变量泵系统、定量泵+伺服电机系统。基于仿真软件AMESim搭建三种不同液压系统的仿真模型,对其功率、能耗进行仿真研究,比较三种系统在相同参数下完成合模过程的耗能情况,分析三种液压系统的节能效果。
  (3)根据合模装置要求,对二板式注塑机合模机构各执行元件的液压回路进行设计,包括:移模回路采用液压缸差动连接的增速方案以提高机器效率;锁模油路采用液控单向阀的保压回路以实现锁模压力的稳定及采用节流阀+二位二通阀的泄压回路以减小液压冲击。对液压元器件进行计算选型,并综合各回路完成二板式合模机构液压系统原理总图的设计。
  (4)以探究系统效率和锁模性能为目的,基于AMESim软件搭建以定量泵+伺服电机为动力源的合模机构液压系统仿真模型,研究模板质量和管道长度与移模速度响应快慢的关系以及比例调节系数Kp和管道长度对锁模增压响应和锁模压力值的影响。同时对锁模油缸压力保持回路进行仿真研究。
[博士论文] 王婧
材料科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:通常热固化环氧树脂经过长时间高温处理形成完整的三维立体网络结构,使得环氧树脂韧性差;高效生产的需求促进了高活性热固化体系或可控光固化体系的开发,但快速固化后的树脂高交联密度导致韧性进一步变差,并且热固化又来带了环境污染和一定的安全隐患,光固化又存在无法进行厚壁产品固化的缺点;通常环氧增韧所添加的纳米增韧组分往往无法均匀分散,影响体系耐热性和粘度,通用的模具成型工艺,脱模的需要限制了复杂产品的一次性成型制造;鉴于以上诸多问题,如何在不影响其他性能的前提下,提高树脂韧性和固化速度、成型复杂结构部件成为环氧树脂研究的关键。
  本文通过“母料”预分散两步法提高纳米粒子在树脂基体的分散性,采用可溶性嵌段共聚物和核壳粒子协同增韧实现了低粘度高韧性体系设计,采用材料\工艺一体化协同设计,突破了光固化厚壁材料的难题,利用分子网格结构设计,获得了UV快速固化的热致型环氧基形状记忆聚合物。
  1.通过“母料”预分散两步法制备了核壳粒子(CSP)增韧环氧树脂,系统研究了核壳比及粒径分布对树脂增韧效果的影响,建立了纳米级别多尺度核壳粒子增韧环氧树脂机理模型。增韧树脂体系热、力学性能、粘温特性及微观形貌的测试表明,纳米核壳粒子在增韧树脂体系分散均匀,相比纯树脂体系,增韧树脂的玻璃化转变温度几乎不变,断裂韧性KIC提高约74.7%,弯曲强度提高28.9%,增韧效果显著,但体系粘度明显增加。
  2.设计具有部分相同官能团分子结构可溶性嵌段共聚物(BCP)和CSP协同增韧的环氧树脂体系。粘度、耐热性和力学性能测试表明,与纯树脂体系相比,协同增韧树脂的耐热性降低不明显、粘度没有明显增加,BCP\CSP\EP(3phr BCP和5phr CSP)体系的断裂韧性KIC提高了91.14%,高于BCP和CSP单独增韧的树脂体系。基于对断裂面的形貌观察分析,两种粒子通过自组装和反应诱导相分离机理,形成了界面结合增强的纳米结构,建立了“瓢虫”结构的协同增韧的机理模型。
  3.采用材料\工艺一体化协同设计,通过使用特殊四元环结构3-苄氧基-3乙基氧杂环丁烷单体,匹配高效光引发剂,得到了高韧性快速固化环氧树脂体系。反应动力学、转化率、粘度及韧性的测试表明,在保持快速固化体系的高转化率和高韧性的同时,将树脂体系固化前充模的低粘度和增强体浸润的工艺窗口时间由秒级延长到分钟级;基于工艺流程的再设计,机理,通过光固化延时反应摆脱了固化过程对光照依赖,突破了UV快速固化环氧树脂成型厚度的局限,建立了能够与低粘度树脂成型匹配的工艺参数;
  4.采用柔性链段的TMPO对环氧树脂交联网络进行分子结构改性,制备光固化热致性环氧基形状记忆聚合物,并同热固化形状记忆聚合物做了性能比较。固化动力学、形状记忆性能、热力学性能测试表明,该环氧基形状记忆聚合物反应转化率高,具备良好的形状记忆回复性能,具有良好的热稳定性,并具有一定机械强度经过10个形状记忆周期后,形状回复率Rr和形状固定率Rf分别为99%和97%。经过20个循环后,与首次循环相比,Rr和Rf仅分别下降-0.5%和-0.7%,表现出优异的耐久性,该材料。阐明了TMPO作为“软链段”,DGEBF作为“硬链段”的形状记忆回复机理。并且所得到的光固化形状记忆聚合物性能与热固化材料相当。
[硕士论文] 董广雨
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料具有轻质高强和环保可回收等优异特性,成为各领域研究和应用的热点。其中连续碳纤维(CCF)与尼龙6(PA6)的复合能够综合各自优点,是汽车轻量化等领域争相关注的热塑性树脂基复合材料。但是CCF与PA6等低熔融指数的热塑性树脂基体存在复合难度大、成本高及复合材料性能有待提升等问题。本课题着重以PA6作为基体,从CCF表面改性、层合板结构设计和成型方式等三个方面探索CCF增强PA6(CCF/PA6)复合材料的制备流程和工艺,寻找解决连续碳纤维热塑性复合材料应用方面问题的方法和模式,为最终汽车、飞机等产业的轻量化复合材料结构设计、性能提升和成本节约有所帮助。论文的主要内容与成果如下:
  1、通过双氧水、超声波和不同时间的超声波联合双氧水改性等方式对CCF进行表面氧化改性并表征CCF表面性质和本体强度的变化。并且把经过不同时间联合改性前后的CCF与PA6热压成型复合材料,研究联合氧化改性对层间剪切强度的影响。最终对比得出联合氧化具有优势和20min联合氧化时长为较优参数。
  2、高锰酸钾处理法、浓硝酸处理法、电化学氧化法和超声波-双氧水联合氧化法,均采用最佳工艺条件,分别对CCF进行表面处理。表征分析了氧化前后CCF的表层结构、表面能、浸渍效果及力学性能等自身性能。最终对比得出联合改性在各种方法中综合效果最优。
  3、控制单向连续碳纤维布的铺层角度和铺层次序,建立了不同的CCF/PA6复合材料层合板物理模型,采用ANSYS ACP分析了应变变化及应力场分布情况,进而分析出0°和90°交替平衡对称铺层为相对优化的铺层方式。
  4、采用正交试验设计,以CCF为增强体,以PA6为基体,在平板硫化机上热压制备连续碳纤维增强热塑性复合材料。对成型技术参数进行考察,确定了成型温度250℃,成型时间20min,成型压力3MPa和保温时间90min为较优的高性能CCF/PA6复合材料生产工艺条件,并分析出成型温度、成型时间、成型压力和保温时间等参数对层合板力学强度的影响依次减小。
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