试验设计与数据处理的应用 序言

试验设计与数据处理是以数理统计理论专业知识和实践经验为基础,科学地设计实验,并对所得实验数据进行分析,以达到减少实验次数、缩短实验周期、迅速优化实验方案的一种方法。这是一门应用领域相当宽广的现代科学技术,是产品开发、质量管理和科学研究的重要工具。该学科经过百余年的发展,在各个科学领域的实验研究中起着重要的作用,特别是在化工、化学、材料、环境、医药等需要通过实验来优化工艺条件、寻找变化规律的领域发挥了极为重要的作用。

超高分子量聚乙烯纤维表面紫外接枝聚合改性研究

以二苯甲酮(BP)为引发剂,采用新型二步紫外接枝法在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面接枝了丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)等活性单体,利用全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-IR)、电子显微镜(SEM)分析证明了接枝层的存在,此外还通过紫外吸收光谱(UV)、全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-IR)、热裂解色谱质谱分析(Py-GC-MS)对反应机理进行了分析。探索了接枝条件对接枝率的影响,接枝改性后的超高分子量聚乙烯纤维的粘结性能和亲水性能大大提升,其中界面剪切强度提升160.9%,水接触角从112.0°下降为67.88°。

超高分子量聚乙烯力学性能与可纺性研究

以分子量在350万～450万的6种牌号的超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维级原料为例,研究了原料微观物理性能与可纺性和力学性能的关系。结果表明,PE–UHMW的分子量分布是影响材料可纺性的关键因素,分子量分布窄而均匀的冻胶丝能被均匀地超级拉伸,平均粒径细和粒径分布宽度窄的粉末也有利于纺丝;PE–UHMW的冲击强度与材料的结晶度、微晶尺寸、缠结点密度等多因素有关,结晶度越高韧性越差,在一定范围内微晶越小材料的冲击性能越好,缠结点密度大能提高冲击强度。

UHMWPE/PP/PP基无机填料母粒复合材料的制备及表征

研究自制的PP基增强母粒对UHMWPE/PP共混体系的增韧、增强作用,并通过力学性能测试及扫描电子显微镜研究其增韧、增强效果。结果表明,PP基玻璃纤维(GF)母粒对UHMWPE/PP共混体系的增韧、增强作用优于添加增容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)、GF的简单混合方法,这是因为前者试样中GF与UHMWPE/PP共混体系界面粘结的牢固程度大于后者。UHMWPE/PP共混体系中加入PP基纳米CaCO3母粒能够同时起到增强和增韧的作用。

UHMW PE/PP共混改性体系研究(Ⅱ)

制备了UHMW PE/PP合金材料,研究了UHMW PE/PP共混体系的流动性和力学性能及相容剂对共混体系的增容作用,研究表明:PP能有效地改善UHMW PE流动性,但与UHMW PE为不相容体系,相容剂D能够有效提高UHMW PE/PP体系的相容性,提高了材料的拉伸强度和冲击强度,达到一定的增强和增韧效果。

阻燃聚氨酯保温材料性能研究

将市面上采集的8个厂家的阻燃聚氨酯保温材料进行性能测试。氧指数(LOI)测试表明,LOI超过30%的产品占37.5%;导热系数测试发现所有产品导热系数均大于0.024 W/m·K;8个产品的密度差别明显,密度均值为47.8 kg/m3;热重分析(TG)和微型燃烧量热仪(MCC)测试可以得到残炭量均值为24.29%,THR平均值为26.175 k J/g。

石油烃脱砷研究进展

随着世界石油资源不断贫化,石油烃中的砷化物含量越来越高。由于砷化物对炼油及石油化工过程中的催化剂具有严重的毒害作用,探索有效的脱砷方法,开发脱砷剂具有重要意义。本文就石油烃脱砷及脱砷剂的最新发展进行了较为全面的评述,总结了近年来脱砷技术领域,特别是液态石油烃脱砷取得的最新成果。展望了石油烃脱砷技术的发展方向。

PA66刚性增韧UHMWPE/PP共混体系的研究

采用ULDPE-g-MAH作为相容剂、用PA66刚性增韧UHMWPE/PP共混物,研究它们对UHMWPE/PP共混体系的ROF增韧作用。结果表明,PA66与基体树脂的界面粘结好坏,是影响其能否起到ROF增韧作用的关键因数;在解决相容性的基础上,加入PA66,能够使UHMWPE/PP共混物的力学性能提高。扫描电子显微镜分析表明,PA66以圆颗粒状分布在基体树脂中,受外力冲击后PA66颗粒发生了明显的伸长变形,起到刚性增韧的效果。IR分析表明,ULDPE-g-MAH分子中的酸酐基团在熔融共混过程中与PA66分子上的端氨基发生了化学反应,形成了两组分间的接枝聚合物PE-g-PA。DSC分析表明,相容剂ULDPE-g-MAH促进了PA66粒子对UHMWPE/PP的成核作用。

UHMWPE/PP共混改性体系研究(Ⅰ)

制备了UHMWPE/PP合金材料,研究了UHMWPE/PP共混体系的流动性和力学性能及相容剂对共混体系的增容作用,研究表明:PP能有效地改善UHMWPE流动性,但与UHMWPE为不相容体系,相容剂D能够有效提高UHMWPE/PP体系的相容性,提高了材料的拉伸强度和冲击强度,达到一定的增强和增韧效果。

锌改性分子筛吸附剂的制备及其脱除碳氧化合物性能的研究

采用液相离子交换法对13X分子筛原粉进行了改性,利用X射线衍射、BET等方法对改性分子筛进行了表征,评价了改性吸附剂对烃类物流中有机碳氧化合物杂质的吸附性能。考察了分子筛活化温度、活化时间、离子交换条件等因素对离子交换度及结构的影响。结果表明,锌离子交换度为74.3%时,所制得的吸附剂具有最高比表面积,达到664.9 m^2/g,提高了吸附剂对烯烃物流中有机碳氧化合物杂质的吸附净化效果。

多官能化SBS的制备及其在沥青中分散性研究

以聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)为原料,N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为改性剂,偶氮二异丁腈为引发剂,二恶烷(DOA)为溶剂,通过巯基-烯加成接枝反应制备了支链多官能化SBS(SBS-g-NAC,含酰胺基、羧基),考察了不同官能度的SBS在沥青中的分散性。通过拟合反应条件与SBS-g-NAC官能度的相关实验数据,建立了官能度与反应时间、温度和改性剂用量之间的关联性方程。结果表明,该关联性方程能够很好地拟合实验数据,并可根据所需官能度来确定工艺参数;官能度13.81%的SBS-g-NAC能够明显改善其在沥青中的分散性。

PE–UHMW/MWCNT复合纤维的制备及性能研究

对多壁碳纳米管(MWCNT)进行表面有机化改性处理后,采用向纺丝溶剂中滴加纳米粒子悬浮液的混合方式,制备了超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)/MWCNT复合纤维。通过紫外分光光度计、扫描电子显微镜、热台偏光显微镜分析了MWCNT在基体中的分散情况,并利用X射线衍射、力学性能测试、差示扫描量热分析、热重分析等测试方法对复合纤维的结构及性能进行了表征分析。结果表明,MWCNT分散良好的复合纤维,其力学性能得到了提升,耐热性和耐蠕变性也得到了不同程度的改善。

SBS的侧链羧基官能化改性及在改性沥青中应用

以3–巯基丙酸(MPA)为改性剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,利用巯基–烯加成反应对苯乙烯–丁二烯–苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)进行侧链羧基官能化改性,得到改性产品SBS-g-COOH。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(~1H–NMR)对不同接枝度的SBS-g-COOH进行结构表征,考察了反应温度、反应时间、改性剂用量对侧链羧基接枝度的影响。利用荧光显微镜考察了不同接枝度的SBS-g-COOH在沥青中的分散性,结果表明,SBS-g-COOH的接枝度随反应温度、反应时间和改性剂含量的增加而增加。低接枝度的SBS-g-COOH能明显改善其与沥青的相容性及热存储稳定性,接枝度在10%左右最佳。

原子转移自由基聚合在纳米粒子改性方面的研究进展

介绍了原子转移自由基聚合(ATRP)在纳米粒子改性方面的研究进展,综述了基于ATRP的多种不同催化体系的衍生技术在纳米粒子表面改性方面的应用,其中主要包括反向原子转移自由基聚合(RATRP)和电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(AGET-ATRP),并对其特点进行了概述,对纳米粒子表面引发ATRP的发展进行了展望。

同轴异速桨在丙烯淤浆反应釜中的流场研究

针对丙烯聚合反应过程,设计了一种同轴异速桨,基于CFD对反应过程进行了数值模拟。建立12 m^3反应釜模型,采用多重参考系方法MRF、Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型模拟搅拌过程,获得了反应3个阶段釜内流体的速度场及浓度场。结果表明:同轴异速桨可以使釜内流体轴向和径向都有着很好的交换;其在反应的各个阶段都能使流体得到很好的混合;桨的转速对混合效果有着较大的影响,随着反应的进行,应逐渐增加折叶桨转速。

基于CFD的丙烯淤浆聚合反应釜流场的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)对丙烯淤浆聚合反应釜中液固两相流进行数值模拟,建立5L、无挡板、锥形釜底和四叶推进桨反应釜模型,采用多重参考系方法(MRF)、Mixture多相流模型和RNGk-?湍流模型模拟搅拌过程,通过冷模实验验证了模型的可靠性,并模拟得到了10%聚丙烯(体积分数)下釜内流体的速度场及浓度场。结果表明,釜内流体呈双循环流特征,聚丙烯浓度轴向呈中间低两头高的分布,径向随着轴向位置的上升分别呈"下凸"型、"直线"型、"W"型分布。在桨叶安装高度为0.56D(D为筒体部分直径)、桨叶直径为0.49D的情况下,搅拌转速在1200r/min左右时,混合效果最好;在转速为1000r/min时,桨叶安装高度为0.56D的情况下,桨叶直径在0.52D时,混合效果最好;适当降低釜内桨叶安装高度,可以在一定程度上改善釜底聚丙烯的堆积。

第二十讲 高分子材料混合特性研究中的图像处理

2014级陈国顺硕士,导师麦永懿教授、杨维成高工、李雪坤博士,撰写的学位论文'官能化SBS的制备及其在改性沥青中的应用研究'。笔者作为带教顾问跟踪立项、中期评估等,并参与2017年5月9日硕士论文答辩。近年来,笔者关注图像处理技术,很高兴陈国顺硕士采用MATLAB软件对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青荧光显微图像处理学习、应用取得成效。