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。

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。

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。

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。

玻璃化转变理论及其在冷冻食品中的应用

本文综述了玻璃化转变基本理论,指出了玻璃化转变温度作为一个重要的物理化学参数,与水分含量和水分活度两临界参数相结合,可以用来解释冷冻加工和贮藏过程中食品所发生的一系列物理化学变化。

应用玻璃化转变温度评价SBS改性沥青低温性能

在分析现有评价SBS改性沥青低温性能方法的基础上,提出了采用玻璃化转变温度Tg来评价SBS改性沥青的低温性能,并对相应的试验仪器(动态剪切流变仪)和试验方法进行了介绍。应用动态剪切流变仪实测了7种SBS改性沥青的Tg,并且进行了相应的沥青混合料试验验证。结果表明:玻璃化转变温度Tg物理意义明确,测试方法简便,与混合料的测试结果相关性较好,适合于评价SBS改性沥青的低温性能。

基于玻璃化转变的稻谷爆腰产生机理分析

稻谷爆腰是造成碎米的主要原因之一,为此,人们一直在探讨产生稻谷爆腰的机理。介绍了一种新的稻谷爆腰机理——基于玻璃化转变的稻谷爆腰机理。根据该机理分析了稻谷干燥和缓苏过程中爆腰的产生原因。基于玻璃化转变的稻谷爆腰机理,干燥过程中,当稻谷颗粒由外表向里形成玻璃态时,颗粒内部形成玻璃态和橡胶态两个部分。由于玻璃态和橡胶态的弹性模量和膨胀系数有很大的差别,因此在一定水分梯度条件下,银纹(微裂纹)从两者交界处产生,并可能进一步扩展成爆腰。稻谷缓苏过程中,颗粒内部如果存在橡胶态区,则其不同含水率部分就会在不同水分梯度下分别进入玻璃态,如果此时水分梯度足够,就会引起各部分不均匀收缩和各不相同的应力、应变,这样使玻璃态层产生大量银纹,银纹持续生长即产生爆腰。最后,介绍了两种控制稻谷爆腰的干燥工艺——变温干燥工艺和高温干燥工艺。

基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺研究

为保证稻谷干燥后品质、提高干燥效率,基于不同含水率稻谷的玻璃化转变温度,提出变温热风干燥工艺。采用三因素五水平中心组合试验方法,以稻谷温度、初始含水率和热风风速为影响因素,以稻谷爆腰指数、整精米率和干燥时间为评价指标,研究稻谷玻璃化转变温度、恒温和变温干燥特性,模拟解析稻谷干燥过程中传热传质规律,以5、10、15℃的变温幅度进行变温干燥试验。结果表明,稻谷玻璃化转变温度与其含水率呈负相关,恒温干燥最佳工艺参数为稻谷温度47℃、初始含水率22.0%、热风风速0.50 m/s,干燥后稻谷爆腰指数70、整精米率57.67%、干燥时间195 min;与恒温干燥相比,以5℃和10℃为变温幅度的变温干燥工艺,干燥后稻谷爆腰指数分别降低了20和10,整精米率提高12.6、7.7个百分点,干燥时间缩短30 min和60 min。研究表明,基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺明显改善了稻谷干燥后品质,提高了干燥效率。

环氧树脂高温分子链松弛与玻璃化转变特性

环氧树脂是电力设备中广泛应用的一种绝缘材料,其介电性能受到分子链运动特性的影响.本文制备了直径为50 mm、厚度为1 mm的环氧树脂试样,采用差示扫描量热仪和宽频介电谱仪测试了环氧树脂的玻璃化转变温度和介电特性.实验结果表明,环氧树脂的玻璃化转变温度为105°C,在玻璃化转变温度以上,高频段出现了由分子链段运动造成的松弛过程,低频段出现了由载流子在材料中迁移造成的直流电导过程.发现环氧树脂不同尺寸分子链段的松弛时间不同,其松弛时间分布较宽,计算得到了分子链段在不同温度下的松弛时间分布特性.分子链松弛峰频率和直流电导随温度的变化关系服从Vogel-Tammann-Fulcher公式.拟合实验结果得到分子链松弛峰频率和直流电导的Vogel温度和强度系数.由Vogel温度计算得到了与差示扫描量热测试结果一致的玻璃化转变温度,约为102°C.结果表明玻璃化转变温度以上环氧树脂的自由体积增大,分子链段有足够的空间来响应外电场从而产生分子链松弛极化,载流子有足够的能量在材料中迁移形成电导.

不同结晶度的乙二醇及其水溶液玻璃化转变与焓松弛

为了考察晶体成分对无定形成分玻璃化转变和结构松弛行为的影响,利用差示扫描量热法(DSC),结合低温显微技术,研究了乙二醇(EG)及其50％水溶液在不同结晶度时的玻璃化转变和焓松弛行为.采用等温结晶方法控制骤冷的部分结晶玻璃体中的晶体份额.DSC结果表明,对于部分结晶的EG,只有单一的玻璃化转变过程,而对于50％EG,当结晶度不同时,不同程度地表现出两次玻璃化转变(无定形相Ⅰ和无定形相Ⅱ).相Ⅰ的玻璃化转变温度和完全无定形态的含水EG的玻璃化转变温度相一致;相Ⅱ的玻璃化转变温度要比此温度约高6℃.低温显微观察结果印证了DSC实验结果.DSC等温退火的实验和KWW(Kohlrausch-Williams-Watts)衰变函数分析结果表明,EG无定形和50％EG中的两种无定形有不同的焓松弛行为.

冻干圣女果粉的水分吸附性质及玻璃化转变温度

根据吸附理论,在水分活度为0.11~0.90范围内,环境温度为25℃条件下,采用静态称质量法研究冻干圣女果粉的吸附和解吸等温线;通过差示扫描量热仪（differential scannmg calorimeter,DSC）测量不同水分含量下的玻璃态转变温度（glass transition temperature,T_g）,并采用Gordon-Taylor方程对其进行了非线性拟合。结果表明：冻干圣女果粉在25℃条件下的吸附等温线和解吸等温线的类型都为J型,属于Ⅲ型等温线;在水分活度为0.23~0.76范围内存在明显的解吸-吸附滞后现象,属于H_3型等温线。GAB和Peleg模型都描述冻干圣女果粉的吸附特性。随着水分含量的增加,冻干圣女果粉的T_g显著降低;Gordon-Taylor方程能够较好地拟合其玻璃化转变曲线。对比水分活度贮藏理论和玻璃化转变理论,发现二者在预测冻干圣女果粉贮藏稳定性上存在一定的差异。

食品添加剂对面团玻璃化转变温度的影响

实现食品的玻璃化贮藏是提高食品质量的有效手段。本研究利用差示扫描量热仪探讨了适用于面团玻璃化转变温度测量的扫描程序、研究了水分含量及若干食品添加剂对面团玻璃化转变温度的影响规律。结果表明,多次扫描法是一种可行的面团玻璃化转变温度的测量方法;水分添加量对面团的玻璃化转变温度有明显影响。在本研究的范围内,面团的玻璃化转变温度随面团水分含量的增加而明显下降。食品添加剂对面团的玻璃化转变温度有显著影响。添加抗坏血酸、海藻糖及明胶时,均可不同程度的使面团的玻璃化转变温度有所升高,这对于在现有储存条件下(-18℃)实现面制品的玻璃化保存,提高速冻面制品的稳定性,改善速冻面制品的质量有重要的应用价值。

小麦淀粉老化动力学及玻璃化转变温度

采用差示扫描量热法研究不同温度及储藏时间下小麦淀粉不同组分(小麦总淀粉、小麦A淀粉、小麦B淀粉)的老化动力学及最大冷冻浓缩状态下玻璃化转变温度(glass transition temperature of the maximally freezeconcentrated state,T_g’)。测定小麦淀粉各组分于-18、-5、4、22℃储藏3~21 d的老化度、T_g’及非冻结水含量。结果表明,不同淀粉组分在-18℃下储藏未发生老化,而在-5、4、22℃条件下储藏会发生老化,且4℃时的老化度最大,22℃时的老化度最小,-5℃时的老化度居两者之间;小麦B淀粉的T_g’比A淀粉的T_g’高。小麦淀粉不同组分老化动力学存在差异,小麦A淀粉的老化度较总淀粉及B淀粉大;非冻结水的含量对不同组分小麦淀粉T_g’有很大影响。