基于GA-BP神经网络模型预测水基炭黑-胶原蛋白纳米流体热导率和黏度

纳米流体由于其独特的强化传热性能,已广泛应用于各个领域。而热导率和黏度直接影响纳米流体在实际工程中的适用性,因此在考察纳米流体的强化传热特性前首先要分析研究其热导率和黏度。本研究利用炭黑和胶原蛋白,采用两步法制备了水基炭黑胶原蛋白纳米流体。实验分析了炭黑和胶原蛋白质量分数、温度对纳米流体热导率和黏度的影响。采用灰色关联方法对这些参数的权重进行了数学计算,基于实验数据建立了三输入两输出的BP神经网络预测模型,并利用遗传算法(GA)对BP模型进行优化。结果表明,遗传算法优化后的BP神经网络模型对预测输出具有更高的准确性和更好的稳定性,回归系数和最大偏差分别为0.99918和0.002。本研究不仅对于理解和控制水基炭黑-胶原蛋白纳米流体的热物理性能有重要意义,而且为工程设计和材料科学等方面的应用提供了新思路。

应变速率对炭黑填充丁苯硫化胶应力-应变行为的影响

橡胶材料的应力-应变行为是决定其应用性能的关键指标之一,不同使用条件特别是应变速率对橡胶材料的性能提出了不同的要求。从炭黑补强橡胶的角度出发,系统研究N330、N660和N774这3种炭黑填充丁苯硫化胶的应力-应变行为随应变速率的变化情况。实验发现,丁苯硫化胶的定伸应力均随应变速率增加而增加,且炭黑的补强性能越高定伸应力的增加幅度越大;对任一硫化胶,定伸应力的增长幅度均随应变的增加而减小;当应变达到某一临界值(如300%)时,应变速率对定伸应力增长幅度的影响趋于一致,与是否填充炭黑及炭黑的补强性能无关。在准静态的拉伸测试中,炭黑在橡胶基体中形成的网络化结构将随应变的增加而逐渐破坏,但破坏程度主要与应变大小有关而与应变速率无关。

炭黑表面活性对填料网络和填料与橡胶之间相互作用的影响

采用原位固相接枝技术,将天然橡胶大分子接枝到炭黑表面,并考察了炭黑表面活性对其填充天然橡胶中填料网络和填料与橡胶相互作用程度的影响。结果表明:炭黑经过接枝改性后,其表面活性增加,且与橡胶基体的相互作用力增大,炭黑之间的网络化程度降低。

减轻聚合物熔体挤出整体畸变和熔体破裂的辩证对策

根据对熔体挤出整体畸变和熔体破裂机理的分析,设计一系列方法减轻和消除畸变。采用原位成纤复合法和纤维流动取向效应改善无规共聚聚丙烯(PP-R)熔体在口模入口区的流动稳定性,消除环向次级流动,减轻螺纹畸变。添加一定质量的炭黑或白炭黑,利用炭黑形成三维网络结构改善溶聚丁苯橡胶(SSBR)的挤出畸变和熔体破裂行为。改变口模尺寸,适当增大口模长径比,有利于挤出过程稳定。

基于支持向量机的炭黑工艺建模

将支持向量用于炭黑工艺建模,并与主成分回归、反向传播人工神经网络以及径向基神经网络建模方法相比较.结果表明,炭黑生产过程具有比较强的非线性,不适合用主成分回归方法建立模型,支持向量机对炭黑吸碘值和吸油值的相对预测误差分别为1.62%和1.31%,所构建的模型的预测准确度明显优于反向传播人工神经网络(2.54%,1.64%),稍优于径向基神经网络(1.85%,1.38%).

填充橡胶中的炭黑网络研究

利用透射电镜和交流电频谱法研究和分析填充橡胶中的炭黑网络结构。结果表明,填充橡胶在经历疲劳载荷后,其中炭黑的晶体结构几乎没有发生变化,而炭黑网络的分散状态则明显改变,由均匀分散变为局部团聚;与疲劳前试样相比,经历1万个周期的疲劳载荷后,试样的特征频率由34.9 kHz减小到2.7 kHz,降幅较大。

炭黑和硫化对丁苯橡胶应力-应变行为的影响

研究了几种炭黑对丁苯橡胶的补强效果,提出了一个新的补强模型——超级网络结构模型。该模型是由硫磺形成的不可逆化学交联网络和由炭黑-橡胶相互作用形成的可逆物理交联网络,这两个网络彼此不独立,而是交织在一起的一个超级网络结构。可逆交联网络的强度越大,炭黑的补强作用越大。

炭黑/碳纳米管并用比对天然橡胶复合材料物理性能和导热性能的影响

研究炭黑(CB)/碳纳米管(CNTs)并用比对天然橡胶(NR)复合材料物理性能和导热性能的影响,结果表明:与CB/NR复合材料相比,CB/CNTs/NR复合材料的性能提高;当CB/CNTs并用比为28/7时,复合材料的物理性能最佳、储能模量最大、损耗因子峰值最小、热导率最高。透射电子显微镜分析表明:当CB/CNTs并用比为28/7时,CB与CNTs分散均匀,CNTs无弯曲团聚,良好桥接CB,构成有效的填料网络;当CNTs用量继续增大,CNTs和CB出现团聚现象。NR复合材料的性能与填料网络协同作用密切相关。

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。

炭黑和白炭黑增强NR的微观网络结构及动态性能

采用"填料粒子相互作用距离"的新观点,研究了炭黑和白炭黑增强的NR的填料网络结构和动态性能。结果表明,当白炭黑和炭黑填充份数相同时,由于白炭黑尺寸较小,在NR基体中相互作用距离小,易形成相互作用较强的填料网络。动态测试发现,白炭黑填充混炼胶比炭黑填充混炼胶具有更明显的Payne效应;白炭黑填充硫化胶具有更低的滞后损失和更小的生热。

炭黑/白炭黑共混比对BR/SBR性能的影响

研究了炭黑N234/白炭黑175Gr共混比对BR/SBR共混胶加工性能、物理机械性能和动态物理机械性能的影响。研究表明,当填料总用量不变时,炭黑/白炭黑共混能有效减弱填料网络的形成。当质量比为40/40时,共混胶佩恩效应最低,门尼粘度最小,物理机械性能最好;加入硅烷偶联剂可使白炭黑与橡胶产生化学结合,提高了化学交联密度,使硫化胶回弹性提高,动态损耗因子降低,有利于降低轮胎滚动阻力。

HDPE/CB复合体系PTC行为的工艺研究

采用高结构导电炭黑(CB)VXC-72与半晶聚合物高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融共混,制备复合型导电高分子材料。研究了该复合体系中偶联处理、混炼时间、辐射及退火处理等工艺因素对其PTC(电阻-温度效应)性能的影响。结果表明,当辐照剂量为140-160kGy、炭黑非均匀分散且进行退火处理时复合体系具有最佳的PTC性能,但混炼时间过长、偶联处理均会使复合体系PTC强度降低。

硅烷偶联剂对炭黑/白炭黑增强丁腈橡胶填料网络结构及动态性能的影响

研究了硅烷偶联剂种类及其并用对炭黑/白炭黑增强丁腈橡胶(NBR)填料网络结构及动态性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si 69)能有效降低炭黑/白炭黑增强NBR混炼胶的Payne效应,促进填料在橡胶基体中的分散,而硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH 550)或其与Si 69并用并未减弱NBR混炼胶的Payne效应;这2种偶联剂的加入均能有效阻止填料在硫化过程中的聚集行为,减弱硫化胶的填料网络结构,增强NBR硫化胶填料网络的瞬时恢复重建能力;硅烷偶联剂改性炭黑/白炭黑增强NBR硫化胶的Payne效应减小,其中用Si 69改性的硫化胶的Payne效应最小;KH 550或其与Si 69并用改性的硫化胶在小应变(小于30%)范围内有较低的损耗因子,而仅用Si 69可使硫化胶在整个应变振幅(0～100%)内均有较低的损耗因子。

原位交联聚乙烯醇/白炭黑复合水凝胶的制备、结构与性能

采用白炭黑(WCB)与聚乙烯醇(PVA)原位交联制备PVA/WCB复合水凝胶。结果发现WCB表面的邻二羟基与硼酸的交联反应增加了PVA交联反应时硼酸的消耗量;WCB表面对硼酸的吸附作用加速硼酸扩散渗入凝胶内部,促进PVA的交联反应,当WCB含量为1.0%(质量分数)时,交联反应速率常数达到最大值5.05h-1。应变扫描中复合水凝胶的储能模量明显大于其损耗模量,证明网络结构的存在,随WCB含量增加,凝胶线性粘弹增强比上升,WCB的增强效率为30.19。适量WCB能提高PVA凝胶小球的耐水力冲击性能及拉伸力学性能。WCB的加入使复合水凝胶的网孔尺寸增大、孔壁变薄、开孔增多、平衡溶胀率增加,将其固定化微生物用于污水处理,有效提高了污水处理效率,当WCB含量为2.5%(质量分数)时PVA固定化微生物水凝胶的COD去除率为75.73%。

白炭黑/炭黑并用对轮胎胎面胶性能的影响

研究了白炭黑175Gr分别与4种炭黑并用对轮胎胎面胶加工性能、物理机械性能和动态物理机械性能的影响。研究表明,随着炭黑粒径的增大和结构度的提高,白炭黑175Gr/炭黑填充的胶料正硫化时间都缩短;白炭黑175Gr/炭黑N234并用时,其胶料拉伸强度和拉断伸长率都最高;白炭黑175Gr分别与炭黑N220和炭黑N550并用时,两种胶料的回弹性和压缩疲劳性都较好;白炭黑175Gr/炭黑N220并用后,其胶料的Payne效应较小,滞后损耗因子最低。

用MATLAB神经网络预测气力输送过程物料破碎率

物料在气力输送过程中的破碎率大小,是评判气力输送系统及输送工艺优劣的重要参数之一。利用MATLAB语言,将炭黑气力输送系统各位置的压力数据输入BP神经网络,用训练好的网络模型进行仿真,对炭黑的破碎率进行了预测。与实验结果对比,采用BP神经网络对炭黑破碎率的预测具有比较高的精确度,可对气力输送系统的优化设计以及输送工艺参数的优化选取提供指导。

炭黑用量对溶聚丁苯橡胶挤出流变性能的影响

采用恒速型双筒毛细管流变仪,研究了炭黑用量对牌号为T 2003和2305的溶聚丁苯橡胶(SSBR)流变性能的影响及其机理。结果表明,填充炭黑后,T 2003和2305混炼胶的挤出物外观比生胶有明显改善,这是因为炭黑不仅能稳定口模入口区的流场,且能减弱熔体/口模壁的界面相互作用。剪切速率达到临界值时,2305混炼胶胶料与管壁的界面状态发生突变;在高剪切速率下,2305混炼胶在炭黑用量为30份和50份时出现类似"第2光滑挤出现象"。随炭黑用量的增加,2种混炼胶的挤出胀大比均减小,而网络结构含量均增加。

交流阻抗谱在聚乙烯/碳黑导电复合材料导电机理研究中的应用

用交流阻抗谱论证了聚乙烯/碳黑(PE/CB)导电复合材料的网络导电机理,分析了热处理过程对复合材料电性能的影响。通过在不同频率和低电压下测定热处理前后及不同长度的导电复合材料样品的导电能力(A)、导电方式(B)和电阻值(Ra+Rc),证明了材料内部存在着直通碳链、小间隙的碳链和大间隙的碳链,呈现三维网络导电结构。

炭黑对橡胶增强机理的研究现状

介绍了目前炭黑增强橡胶的一些理论,如分子链滑动理论、结合胶理论、填料网络理论、炭黑表面结构理论和范德华网络理论,分析了这些理论存在的合理性与局限性,指出了橡胶增强理论新的研究方向。

炭黑网络化程度对填充天然橡胶体系伸张疲劳过程中介观结构和动态粘弹性的影响

研究炭黑网络化程度对填充天然橡胶硫化胶伸张疲劳过程中介观结构和动态粘弹性的影响。结果表明:疲劳寿命与炭黑用量几乎呈线性关系;随着疲劳程度的增大,硫化胶损耗模量(E″)和损耗因子(tanδ)均有所降低;炭黑网络化程度较低时,未疲劳硫化胶tanδ的温度依赖性较弱,而炭黑网络化程度较高时则依赖性较强,且此时E″出现了峰值;未疲劳硫化胶中炭黑聚集体呈球状排列,而疲劳后炭黑聚集体垂直于拉伸方向的平面呈链状排列。