基于玻璃化转变的稻谷干燥变温控制系统设计与试验

针对稻谷在变温干燥过程中变温节点不明确、温度波动范围大和响应时间慢等问题,该研究设计了一种基于玻璃化转变的稻谷变温干燥控制系统。根据稻谷玻璃化转变曲线,确定变温控制策略,运用Logistic回归分析建立混配阀门开度和稻谷温度之间的控制模型并通过最小二乘法辨识模型参数。利用遗传算法对模糊隶属度函数进行优化,目标函数值迭代至0.118收敛,寻得最优幅宽。在Simulink仿真试验中,稻谷温度设定为42℃时,模糊PID控制的响应时间为66.43 s,且超调量为3.600%,优化后的模糊PID控制响应时间为37.06 s,且超调量为0.120%;在150 s加入5 s的外部信号干扰,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少4.19 s且超调量减小0.050%;在稳态时输入升温信号,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少16.79 s且超调量低0.338%。利用自主研制的干燥试验台进行变温试验,在变温响应试验中,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制在目标温度和梯度升温调节时间中分别缩短了37.56 s和18.63 s;在温度稳定性试验中,稻谷温度变化范围为41.9~42.1℃,平均相对误差小于0.4%,变异系数小于0.5%;在建三江国家农业高新技术示范区浓江农场进行生产性验证,优化后的模糊PID控制系统响应时间小于30 s,稳态温度误差在±0.15℃,平均相对误差小于0.5%。测试数据表明变温干燥控制系统性能稳定,满足实际干燥作业的生产工艺需求。

紫胶树脂玻璃化转变温度的测定及其对贮存稳定性的影响

作为聚合物的紫胶树脂应该具有玻璃化转变温度(T g),但始终未能明确,确切的T g将能够解释紫胶树脂的贮存不稳定性问题并指导其贮存温度条件。为验证其玻璃化转变温度,通过聚合物的玻璃化转变研究方法及理论,应用X射线衍射法(X-ray Diffraction,XRD)、差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)和动态热机械分析法(Dynamic Thermomechanical Analysis,DMA)对紫胶树脂的玻璃化转变T g值进行了验证实验。由XRD图及2.93%的结晶度计算结果证实紫胶树脂属非晶态聚合物,其5次DSC二次升温扫描曲线中表现出0.071 J/(g·K)的平均比热容差,结合其DMA曲线中的储能模量在36.0℃处的拐点、耗能模量在19.5℃处、损耗因子在36.9℃处的峰值温度,共同证实了紫胶树脂存在玻璃化转变及T g,其T g值在DSC和DMA测试条件下分别为27.3℃和36.0℃;根据紫胶树脂的玻璃化转变及T g温度,对其贮存不稳定性问题的解释为:当贮存温度低于其T g时,由于物理老化作用会导致其性质变异,但仍可相对较长时间贮存,当温度高于其T g时,由于接有活性端基的链段可以运动使得紫胶树脂更易发生活性端基间反应,致使紫胶树脂的贮存时间缩短,利用此点可指导紫胶及紫胶树脂的贮存温度条件,即应低于其T g温度。

基于声发射法的热风干燥中稻谷籽粒玻璃化转变行为研究

稻谷热风干燥过程中,玻璃化转变行为将导致籽粒内部微结构和物性变化,进而导致干燥应力和内裂纹,甚至爆腰。本研究利用稻谷干燥数学模型模拟籽粒玻璃化转变过程;建立稻谷籽粒内裂纹声发射实时检测实验平台,监测籽粒干燥过程中的破裂声波。结果表明:稻谷籽粒在热风干燥过程中,其玻璃化转变时间点随干燥温度的降低而提前,等温干燥温度在35~45℃内时,籽粒在升温段由玻璃态快速向橡胶态转变,而在干燥阶段则由橡胶态逐渐向玻璃态转变,并且干燥温度越低籽粒玻璃化转变速率越快,当干燥温度大于44℃时,籽粒将维持橡胶态至干燥结束。等温干燥温度在37~41℃时籽粒的声发射信号比较丰富,籽粒在主干燥阶段的玻璃化转变行为会促进其裂纹的产生,在39℃左右,籽粒因破裂动作产生的声波信号最为强烈;在37~41℃的干燥温度下,稻谷籽粒的玻璃化转变行为存在时间顺序,其破裂声发射信号集中区时间段与玻璃化转变时间段存在重合和跟随现象。

差示扫描量热法测定ASA树脂玻璃化转变温度的测量不确定度评定

依据GB/T 19466.2—2004的方法,使用差示扫描量热仪对丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA)树脂的玻璃化转变温度进行了测试,结合实验室的情况及实验过程对该法测定玻璃化转变温度可能的影响因素进行了分析,建立数学模型,分析不确定度分量的来源,进行测量不确定度评估。通过综合考察重复性测量、天平引入的误差、标准物质的标准值等因素,计算出ASA树脂玻璃化转变温度测定结果的合成不确定度,通过本研究,明确了关键控制点。通过测量不确定度评定,充分反映出中心检测结果的可靠性及准确性,同时起到激励检测人员提高技术水平的目的。

高分子科学实验中玻璃化转变可视化的教学改革探索

在高分子专业相关的课程中,玻璃化转变是重要的组成部分。玻璃化转变发生于温度高于玻璃化转变温度(Tg)后分子链段运动的一系列变化,具有很强的理论性特点。设计科学严谨又通俗易懂的教学方法和手段展开教学是该课程的难点。聚集诱导发光(AIE)分子所表现出的内运动受限发光特点为可视化研究玻璃化转变过程提供了条件。本文通过在高分子材料中掺杂AIE分子的方式设计了一种实验教学样品,其可通过简单的紫外灯照射实现玻璃化转变的可视化,更好地帮助教师阐述分子链段运动特点,达到了很好的教学效果。

树脂基复合材料玻璃化转变温度测量不确定度的评估

本文对使用动态热机械分析仪(DMA)检测树脂基复合材料的玻璃化转变温度的测量不确定度进行评估。通过进行DMA法测定树脂基复合材料不确定度的来源分析,如动态热机械(DMA)测量仪器重复性、环境温度、样品批次间差异等,并对各不确定度进行了量化评估,得到了动态热机械(DMA)测定玻璃化转变温度结果的合成不确定度。确定了树脂基复合材料玻璃化转变温度测量不确定度的主要影响因素,该不确定度的评估,有利于提高检测结果的可靠性,可以为测定结果的科学表达提供依据。

基于玻璃化转变理论的蓝莓粉吸湿机制

以‘珠宝’和‘海岸’这两个品种蓝莓为原料制作蓝莓粉,研究吸湿前后蓝莓粉的品质差异;采用静态称量法测定两种蓝莓粉在不同温度(5、15、25、35、45℃)下的吸湿等温线,并构建状态图;探讨了水分吸附过程净等量吸附热、微分熵、熵焓互补等热力学特性。结果表明,两种蓝莓粉吸湿后品质下降,粉体颗粒黏聚,流动性降低;水分吸湿等温线均呈典型的“J”型曲线,GAB模型为描述蓝莓粉水分吸附特性的最适模型。从状态图可知,‘珠宝’和‘海岸’分别在水分含量小于等于0.1045、0.1077 g/g(干基),贮藏温度小于等于-30.30、-32.66℃时,有较好的稳定性。熵焓互补理论表明,两品种蓝莓粉水分吸附过程均为熵驱动的非自发过程。研究结果可为蓝莓粉加工和贮藏条件的选择提供理论依据。

有机发光材料玻璃化转变温度与结构定量关系研究

有机发光二极管(OLED)材料具有巨大的应用潜力,其有机发光材料玻璃化转变温度(Tg)是影响热稳定性的重要因素之一.本文将1944种用于OLED的有机发光材料分成训练集(1556种)和测试集(388种);将4885个Dragon参数缩减成472个后,基于线性回归得到含7个参数的子集,用于有机发光材料Tg/MW结构-性能定量关系(QSPR)建模.最佳随机森林回归模型(nodesize=5、ntree=200、mtry=2)产生的训练集决定系数R^(2)=0.979,测试集R^(2)=0.893,精度高于文献报道值.

基于玻璃化转变的稻谷干燥工艺研究

稻谷收获后含水率可高达30%~35%,不及时干燥易发生霉变、发芽等情况,导致稻谷品质下降,损失严重,而常用的热风干燥在效率及干后品质方面存在优化空间。以稻花香2号为研究对象,将玻璃化转变理论与分程干燥工艺相结合,分析恒温及变温干燥工艺中干燥温度、升温速率及湿基含水率对干燥时间及稻谷干后品质的影响。结果表明:玻璃态变温干燥工艺中虽干燥速率慢但较大程度上降低了稻谷的爆腰率,保证了稻谷的干后品质;橡胶态分程变温干燥工艺中爆腰率较60~65℃的恒温干燥工艺降低64.7%左右,整精米率提升112.5%左右,与玻璃态变温干燥相比,干燥前后稻谷蛋白质含量与直链淀粉含量差别不大,但其干燥速率更高,所需干燥时间更短。将玻璃化转变理论与橡胶态分程变温干燥工艺相结合,可在有效降低稻谷干后品质损失的同时,提高干燥效率,实现高水分稻谷的高效保质干燥。

玻璃化转变理论在稻谷干燥中的研究进展及应用

目前协调稻谷干燥速率与干燥后品质依然是亟待解决的问题,探究稻谷干燥形成裂纹和爆腰机理是解决稻谷干燥后品质下降的关键。玻璃化转变理论可阐明稻谷在干燥和缓苏阶段形成裂纹和爆腰的机理,为优化稻谷干燥参数提供理论依据,为稻谷变温干燥奠定理论基础。文章总结了玻璃化转变理论在稻谷干燥中的研究进展及应用现状,并阐述了影响稻谷玻璃化转变的主要因素,为优化稻谷变温干燥工艺提供理论指导。

高压下非晶硒玻璃化转变温度的实验研究

针对熔体急冷法制备的非晶硒样品,开展了压力对非晶硒玻璃化转变温度和过冷液相区影响的实验研究。在活塞圆筒高压模具上开展差热分析,测得了0.1~1700 MPa压力范围内非晶硒的玻璃化转变温度T_(g)和晶化温度T_(x),拟合出玻璃化转变中点温度T_(1/2,g)与外推起始晶化温度T_(el,x)随压力p的变化关系:T_(1/2,g)(p)=322+0.0462 p,T_(el,x)(p)=398+0.0302 p,其中,T_(1/2,g)和T_(el,x)的单位均为K,p的单位为MPa。T_(1/2,g)和T_(el,x)均随压力的增加而升高。由于T_(el,x)(p)的斜率小于T_(1/2,g)(p)的斜率,导致过冷液相区的温度范围随着压力的增加而变窄。在六面顶压机上开展差热分析,测得了2000~4500 MPa压力范围内非晶硒的晶化温度。结合活塞圆筒实验结果,发现了非晶硒的晶化温度随压力的变化规律:在0.1~1700 MPa范围内,晶化温度随压力的增加而升高;在2000 MPa以上,晶化温度的上升速率随压力的增加明显降低。当压力引起非晶硒的微观结构变化时,T_(g)(p)与T_(x)(p)曲线的斜率变化发生在相近的压力下,结合实验结果—T_(x)(p)的斜率变化出现在2 GPa左右,因此,推测T_(g)(p)的斜率变化可能出现在2 GPa左右。大腔体高压装置实验获得的转变点压力与以往报道的金刚石压砧实验结果不一致,可能与这两类实验中玻璃化转变温度、晶化温度的测量方法不同及压力测量误差有关。

丙烯酸酯改性胺固化剂对环氧树脂防火涂料玻璃化转变温度及性能的调控

文中利用Michael加成反应得到了不同碳链长度的丙烯酸酯改性三乙烯四胺固化剂,并将其用于制备环氧树脂基膨胀防火涂料。采用核磁共振氢谱对所得改性固化剂进行了表征;差示扫描量热分析证明,将不同碳链长度的丙烯酸酯结构引入固化剂分子中可以有效对环氧树脂交联体系的玻璃化转变温度进行调节(玻璃化转变温度在41.4~101.5℃之间变化);采用热失重分析和极限耐火测试对防火涂料的防火效果进行了测试;采用扫描电镜对耐火测试后炭层的微观形貌进行了分析。结果表明,涂料的防火性能与固化剂的种类即固化体系的玻璃化转变温度密切相关,当采用丙烯酸十二烷基酯改性三乙烯四胺为固化剂时,固化环氧树脂的玻璃化转变温度为87.6℃,其防火涂料的极限耐火时间最长,达到43.2min,膨胀倍率为12,拥有致密、连续的炭层结构,其平均孔径为1.75μm。同时,丙烯酸酯改性三乙烯四胺制备的环氧漆膜的耐紫外老化性能和韧性都得到了提高。

淀粉的玻璃化转变

综述了淀粉的玻璃化转变过程及转变温度的测定方法、影响因素,以及玻璃化转变过程在淀粉类食品加工及贮藏方面的研究进展,并提出了目前淀粉的玻璃化转变研究领域存在的问题,展望了今后的研究方向,以期为后续研究玻璃化转变温度时选择适宜的测定方法提供参考。

高玻璃化转变温度抗冲击透明聚酯的研究进展

高玻璃化转变温度(T_(g))、抗冲击透明聚酯具有高耐热、高透明和优异的力学性能等优点,广泛应用于厨电产品、汽车制造等领域,但目前存在原料不可再生、耐热温度不够高和品种单一等问题。本文根据刚性二元酸或刚性二元醇单体来源的不同,介绍了石油基高耐热聚酯和生物基高耐热聚酯的研究进展,其中石油基高耐热聚酯包括基于2,6-萘二甲酸、4,4’-联苯二甲酸和2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇等刚性单体聚酯;生物基高耐热聚酯包括基于呋喃二甲酸、木质素衍生物二酸、天然樟脑及其衍生单体、酒石酸、樟脑醇、异己糖醇等刚性单体聚酯。指出生物基呋喃二甲酸和异山梨醇聚酯是未来高耐热聚酯商业化的重要选择,而原料来源可持续、更高的耐热温度、优异的韧性是未来高T_(g)、抗冲透明聚酯的主要发展方向。

环氧树脂玻璃化转变温度的3种测定方法比较

玻璃转变温度(T_(g))是非晶态或部分结晶聚合材料的重要特性参数,对材料的加工及工业应用具有指导意义。为了解不同方法测定环氧树脂T_(g)的区别,采用差示扫描量热法(DSC)、热机械分析法(TMA)及动态力学分析法(DMA)测试同一环氧树脂材料的T.并比较3种方法的差异性。结果表明:DMA法的灵敏度好,但T_(g)测试值偏大;DSC法所得的玻璃化转变区最弱、难分辨;TMA法对样品的规格尺寸要求较高,表面需光滑平整。

核磁共振技术对食品玻璃化及玻璃化转变温度的研究

本文综述了核磁共振技术(NMR)测定玻璃化转变温度的原理和一些实际应用的例子,以及NMR状态图的概念及其在食品玻璃化转变和转变前后食品理化性质变化的研究中的应用。

草莓玻璃化转变温度的DSC测量

在测量溶液的部分玻璃化转变温度时,往往无法直接测得溶液在最大冻结浓缩状态下的部分玻璃化转变温度(Tg’),而是测得部分结晶玻璃化转变温度(Tgf)。本文用差示扫描量热仪,采用不经过退火处理的连续扫描法、分步扫描法对草莓打浆液、榨汁草莓经抽滤的草莓汁液和浓缩掉三分之一水分的浓缩草莓汁进行了玻璃化转变温度的测量。研究发现,用同一种方法测得的三者的玻璃化转变温度相差不大。在-48℃以下退火,玻璃化转变温度随着退火温度的增大而增大,在-48℃以上退火,玻璃化转变温度随着退火温度的增大而减小,并有很好的线性关系,从Tgf确定Tg’的新方法是两侧Tgf的交点对应的温度为Tg’。得到草莓的Tg’为-52.8℃。

水分含量对草莓玻璃化转变温度的影响

在冻干和低温保存中,玻璃化转变温度是一个非常重要的参数。本文用差示扫描量热仪测量得到不同湿基水分含量的草莓汁的玻璃化转变温度。实验发现水分含量较高时(>50%),草莓发生的是部分玻璃化转变,不同湿基水份含量草莓汁的Tg'基本相同,水分对其的影响较小。而水分含量较低时(<45%),草莓降温时往往出现完全玻璃化转变,不同湿基水分含量草莓的Tg有很大不同,完全玻璃化转变温度随着水分含量的减少而升高,拟合得到Tg随水分变化的公式。

用DSC测量葡萄糖溶液部分玻璃化转变温度的新方法

用差示扫描量热仪,采用经过退火处理的连续扫描法,以不同浓度(20％、45％)的葡萄糖溶液为研究对象,研究了退火温度对Tgf(部分结晶的玻璃化转变温度)的影响,给出了确定Tg'(部分玻璃化转变温度)的新方法．研究发现,不同退火温度下的Tgf不同．在-50℃以上退火,Tgf随着退火温度的增大而减小;在-50℃以下退火,Tgf随着退火温度的增大而增大,都有很好的线性关系．不同浓度的溶液具有相似的规律．提出从Tgf确定Tg'的方法: Tgf在-50℃上下随退火温度变化线的交点所对应的部分结晶玻璃化转变温度即为Tg'．使用该方法测得葡萄糖的Tg'为-55℃．

水分含量对西兰花玻璃化转变温度的影响

在低温贮藏和冻干加工中,玻璃化转变温度是一个非常重要的参数。用差示扫描量热仪测量得到不同含水量西兰花和调理西兰花的玻璃化转变温度Tg。研究发现水分质量分数较高时(≥35%),西兰花和调理西兰花发生的是部分玻璃化转变,不同含水量西兰花的部分玻璃化转变温度Tg′基本相同,水分对其影响较小。而水分质量分数较低时(<35%),西兰花可以实现完全玻璃化转变,含水量对西兰花的完全玻璃化转变温度Tg影响很大,Tg随着含水量的减少而升高;拟合得到Tg随水分变化的公式。