蓄盐沥青混合料与冰层粘结程度评价方法探究

为了能更精确地评价蓄盐沥青混合料与冰层的粘结程度,通过对拉拔头、冰层冻结方式、拉拔方式等方面进行改进,采用粘结强度和残冰率作为蓄盐沥青混合料与冰层粘结程度的评价指标,开发出一种基于马歇尔试件全断面的试验方法。试验结果表明,试件与冰层之间的粘结强度及残冰率随温度降低而增加,蓄盐沥青混合料在-10℃以内能降低试件与冰层的粘结强度30%以上,-7℃的粘结强度相比于普通沥青混合料减小约50%,-9℃以内残冰率减小比例均大于50%。冰层与试件粘结强度的测量准确度随残冰率的增大而降低,建议在-10℃内采用本试验方法。开发的评价试件与冰层粘结程度的试验方法区分度较高,试验的变异系数在10%以内,稳定性较好。

憎水涂层混凝土对冰附着强度测试及性能研究

深入分析憎水涂层砼与冰之间附着强度关系,能够帮助施工人员更好地了解在寒冷地区建造水库、桥梁等工程时如何提高其安全性和耐久性。此外,该研究在改进道路建设材料的设计,更新防滑措施,提高应对恶劣气候条件能力等方面也发挥了重要作用。该研究中,相关工作人员采用直接剪切法进行试验,探究不同成分憎水涂层以及不同粗糙程度的砼原料对冰附着强度的影响,以期为优化寒冷地区水库护坡提供技术支持。

SiO_(2)-CIP/PDMS超疏水防除冰涂层的制备及性能研究

结冰是生活中一种常见的自然现象,但当冰层在基础设施或者交通工具等表面积聚时,会不可避免地影响它们的安全运行,进而带来设备失效的风险,甚至产生安全事故。因此,研究材料表面的防除冰机制,制备具有防除冰性能的功能性涂层材料,防止设备表面结冰,有助于提高各种设备的使用可靠性,具有重要的现实意义。受大自然中荷叶超疏水性能的启发,本文从提高材料表面疏水性的角度出发,结合羰基铁粉(CIP)深色金属粒子的太阳光响应性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底,通过向其中引入定向CIP,然后再在其表面修饰SiO2纳米粒子,最终得到具有微纳结构的SiO_(2)-CIP/PDMS超疏水防除冰涂层。结果表明,涂层的静态接触角高达159.7°±2°,滚动角低至2.7°±1°,其延迟结冰时间长达1120s,冰的黏附强度低至78.33kPa。本文所制备的涂层具有优异的超疏水、自清洁和防除冰性能,且具有一定的太阳光响应性,具有良好的户外防除冰应用前景。

表面形态对结冰附着强度的影响

以水结冰过程相变膨胀为理论基础,利用试验优化设计方案以亚克力(PMMA)为材料设计加工了凹陷形态试样,并对其进行表面水结冰附着强度测试。试验表明,PMMA表面上的凹陷形态虽然实际上增加了水(冰)与材料的接触面积(冻结界面),但部分试样结冰附着强度较光滑板附着强度有明显降低。通过对水结冰过程的形态显微观察分析指出,基体表面上的宏观凹陷形式通过水结冰的相变过程对冰/固界面的影响作用,会造成结冰附着强度的降低。

软段组成对聚氨酯防冰涂料性能的影响

以聚醚多元醇MN-3050D、聚醚多元醇DL-2000D、聚己内酯二醇PCL-2000和聚碳酸酯二元醇PCDL-2000为软段,分别与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)制备聚氨酯防冰涂料的A组分,以市售含氟树脂为聚氨酯防冰涂料的B组分,研究了软段组成对聚氨酯防冰涂料力学性能、吸水率、接触角、冰粘附强度的影响,并优选性能最佳的涂层评价其综合性能。结果表明:所制备的聚氨酯防冰涂料吸水率小于1%,接触角大于90°;相对于以MN-3050D和DL-2000D为软段的聚氨酯防冰涂料,以PCL-2000和PCDL-2000为软段的聚氨酯防冰涂料具有更优的力学性能和耐水性能,但冰粘附强度也更高;随着涂层厚度的增加,防冰涂料的冰粘附强度均逐渐减小。优选以PCL-2000为软段的聚氨酯防冰涂料评价其综合性能,结果显示其与混凝土的粘结强度为2.68 MPa,同时具有良好的耐老化性能和柔韧性。

舵桨推进器水下箱体冰区强度数值模拟分析

鉴于极地冰区和波罗的海冰区的特殊要求,为保障冰区航行船舶配套的舵桨推进器的有效安全运行,需额外考虑外部冰载荷等相关影响因素。基于芬兰-瑞典冰级规范和挪威船级社设计规范,现以某科学考察船PC2冰区等级的舵桨推进器为例,结合冰区理论计算和有限元数值模拟分析,对舵桨水下箱体进行强度模拟分析计算,为冰区舵桨推进器后续研发、设计提供相关参考依据。

输电线路导线覆冰模拟计算与试验研究

输电线路覆冰后,将引发断线倒塔事故,严重威胁电网的安全运行。其覆冰受气温、风速、水滴直径和导线结构的影响,为研究这些因素影响导线覆冰的规律,在导线覆冰理论计算研究的基础上,利用有限元软件二次开发功能,编制了导线覆冰过程中过冷却水滴碰撞导线的数值模型,该模型将反馈的两随机水滴位置插值到网格节点上,最终获得过冷却水滴局部碰撞位置,实现对导线覆冰过程的模拟。通过对不同覆冰影响因素的计算,总结了覆冰强度、局部碰撞率与气温、风速、水滴直径之间的相互关系。最后进行了导线覆冰模拟试验,试验结果与数值计算结果吻合较好,表明模型正确有效,可用于导线覆冰的预测。

防冰涂料研究进展

结冰与结霜现象给我们的工作、生活与生产造成一系列不利影响,针对冷表面防冰、防霜的研究与应用,制备具有防冰性能的功能型表面材料具有重要意义。本文综述了目前防冰材料的研究现状,对超疏水材料、牺牲涂层材料、油润滑层材料以及水润滑层材料等用于防冰防霜领域的优势与存在的问题进行了讨论,并对防冰材料未来的发展与应用进行了阐述。

高寒列车转向架防冰涂料的研究

在高寒地区运行的列车转向架部位容易发生结冰现象,这在一定程度上对行车安全造成隐患。对于平滑表面而言,表面的接触角滞后与冰粘附强度呈现线性关系,即接触角滞后越小,冰粘附强度越低。基于这一基础理论,本文意在构建低滞后的光滑涂层,实现涂层的低冰粘附强度,从而达到易除冰的效果。研究选用HDI三聚体型多异氰酸酯为固化剂,对比了3种商品化具有低表面能特性的含氟羟基树脂应用于双组分防冰涂料的性能差异,并采用疏水性最强、防冰性能最优的氟硅树脂制备了综合性能优异的高寒列车转向架防冰涂料。

冷藏设备防除冰表面非连续特征设计与试验

蒸发器、换热器等冷藏设备表面形成覆冰时,影响设备的正常运行及农副产品的储藏品质。为了减小冰黏附对冷藏设备的影响,该研究通过在材料表面非连续涂覆圆形硅橡胶,改变材料单一的表面特性,提出一种提高部件主动防除冰的方法,并探究圆形涂覆硅橡胶的直径、相邻硅橡胶间的圆心距、涂覆占空比及厚度对冰黏附强度降低率的影响,降低表面冰黏附强度。试验结果表明表面具有不同涂覆参数的试样对冰黏附强度具有不同的降低效果,当涂覆直径为3.50 mm、圆心间距6.50 mm、占空比为8.50%及涂覆厚度为0.250 mm时,铝合金试样表面的平均冰黏附强度降低率为46.83%。对试验结果进行方差分析,建立设计因素与评价指标间的数学回归模型,确定对冰黏附强度影响的显著性主次顺序为:圆形涂覆硅橡胶间的圆心距、占空比、涂覆厚度及直径。分析认为通过改变材料表面特征的连续性,使不同位置内的附着水具有不同的相变时间,利用后结冰区域产生的膨胀应力,干扰冰与材料之间界面的稳定性,降低冰黏附强度,提高冷藏设备部件的主动防除冰特性,为进一步开发新型防除冰技术提供参考。

输电线路超疏水防覆冰涂层研究进展

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行,各种防覆冰技术的研究开发是对输电线路正常运行的有力保障。防覆冰涂层能够主动抑制和缓解输电线路覆冰的形成和增长,尤其超疏水涂层可延迟水滴在涂层表面的冻结,从而实现防覆冰,具有广阔的应用前景。探讨了表面状态与覆冰现象以及覆冰粘结强度之间的关系,指出超疏水涂层的覆冰状态与普通表面具有较大差别,覆冰粘结强度明显低于普通表面。超疏水涂层实现防覆冰功能的影响因素包括表面化学成分、表面结构与环境因素,而通过简单工艺构建有效超疏水表面是超疏水涂层推广应用的关键。基于对超疏水表面防覆冰机理的分析,可知超疏水涂层具有巨大的防覆冰功能潜能,通过控制组织结构使其适应各种温度等环境因素是目前亟需解决的问题。

导线雨凇覆冰及其直流电晕损失影响因素研究

为得到适用于我国电力设计实践的覆冰导线直流电晕损失数据,该文在实验室中搭建基于电晕笼的覆冰导线直流电晕效应试验平台。系统地研究覆冰时间、覆冰水电导率和覆冰电场强度对导线雨凇覆冰形态及其电晕损失的影响规律。研究表明:雨淞覆冰导线电晕损失与标称电场强度之间服从幂函数关系。覆冰时间越长、覆冰水电导率越高、覆冰电场强度越低,带电覆冰形成的雨淞覆冰导线的覆冰重量、覆冰厚度、冰凌长度及其电晕损失越大,相应的电晕起始电压和粗糙系数越小。改进的二次规律法可用于判定雨凇覆冰导线的电晕起始电压。雨淞覆冰导线的粗糙系数在0.172~0.300范围内。各影响因素中,覆冰水电导率的影响最大,覆冰电场强度的影响次之,覆冰时间的影响最小。

铝基防冰表面的研究进展

铝和铝合金是用途十分广泛的金属材料,当其作为设备表面置于零度以下工作时,设备表面的防冰保护对其安全运行具有重要意义。本文综述了两种类型的铝基防冰表面:超疏水型和有机润滑型。首先介绍了铝基表面微纳米结构的制备方法及其表面的低能化,并总结其优缺点。然后阐述了铝基表面防冰性能的表征手段,包括水滴延迟结冰和冰黏附强度,通过表征可判断不同铝基表面防冰性能的差异。最后提出铝基防冰表面未来的研究应聚焦于铝基表面的耐磨性及结冰/除冰循环下表面防冰的可持续性。

冰激振动中的锁频共振分析

冰激振动(ice-induced vibration, ⅡV)中的锁频共振严重威胁结构安全,恶化人员工作环境,然而对其机理的认识仍然不清.本文基于作者和合作者以前建立的一个冰间歇破坏型ⅡV模型(黄国君和刘鹏飞, 2009)对柔性结构的锁频共振机理进行了理论研究.应用该模型预报了发生在一个冰速区间内的锁频共振现象,并研究了结构和冰特性参数:结构阻尼和刚度以及冰的压缩刚度和冰破坏的破坏区长度、韧脆转换速度和随机性对ⅡV及锁频共振的影响,在此基础上探索了锁频共振机理.研究表明:在锁频共振冰速区间内,结构响应和冰力主频都锁定在结构固有频率,然而不同冰速下的频谱结构和振动形态各异,从常规单频共振到多频共振、从等幅振动到振幅周期性变化的拍振动,呈现出丰富的动力学特征;结构和冰特性参数可改变锁频共振冰速区间的长度和位置以及结构振幅,冰破坏的随机性和应变率效应发挥着一种竞争作用;锁频共振来源于冰破坏的应变率效应,其力学机制是频率调制和对结构-冰动能传递的非对称性正反馈效应放大的双重作用,本文分析揭示的这一新的锁频共振机理属于耦合振动,与传统的负阻尼自激振动机制有着本质区别.本文分析结果及对锁频共振机理的认识有助于相关实验研究和冰区结构设计以及ⅡV减振技术的研发.

防冰材料研究进展

结冰是生活中一种很普遍的自然现象,然而冰的积聚会对人类的生产生活、交通运输、航空航天等方面产生一系列不良的影响,轻则引起经济损失,重则造成安全事故。传统的除冰方式主要包括机械除冰、热力除冰、化学除冰等,存在高能耗、高污染、高成本、低效率等问题。近些年,开发具有防冰性能的材料已经成为研究热点。受荷叶、猪笼草等生物的启发,人们仿生出超疏水型涂层、润滑型涂层来防止材料表面结冰。此外,通过对酷寒地带生物的研究,人们探索了抗冻蛋白的防冰机制,这为仿生防冰高分子材料的开发提供了新的思路。本文首先对防冰材料的防冰机理和性能要求,以及冰粘附强度的测试装置进行了基础性介绍,并对当前研究的超疏水型涂层、润滑型涂层、抗冻蛋白、应力局部化涂层等防冰材料在防冰、疏冰领域应用的优势和存在的问题进行了分析讨论,最后展望了防冰材料的应用前景和发展趋势。

基于不同杨氏模量的聚氨酯基防结冰涂层的制备及研究

以4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)为原料,通过改变R值,获得了不同杨氏模量(0.72~5.95 MPa)的单组份湿固化型聚氨酯弹性体(PUE)涂层,用不同分子量聚醚二元醇进行对比,探究涂层杨氏模量对冰黏附强度的影响.结果发现,较高分子量聚醚二元醇系列具有较低冰黏附强度(平均57.71 kPa),随涂层杨氏模量增大,对应冰黏附强度呈先增大后减小趋势.分析表明,低杨氏模量涂层(如PTMEG-1000作软段时,1.05~2.96 MPa)在水结冰膨胀过程中,涂层表面易产生变形,形成凹凸不平结构,提供更多黏附点供冰结构黏附,使得冰黏附强度与表面能密切相关,造成冰黏附强度增大的可能性.而较高杨氏模量涂层(如PTMEG-1000作软段时,2.96~5.95 MPa)存在冰黏附强度的降低区间不符合杨氏模量与冰黏附强度的正相关关系,这是因为受低温回弹力作用,冰与涂层产生弹性失配,诱发产生微裂纹使得冰-涂层界面空化,造成冰黏附强度减小的可能性.因此,合理利用涂层杨氏模量对冰黏附强度的影响机制可以有效降低冰黏附强度.

矿用防冻剂的研制

矿用防冻剂的研制王翠艳，白轩１前言在寒冷的冬季，气温非常低，常给一些含水矿物的运输、装卸带来很大困难．运输的矿物往往因冻结而不能卸车，或露天堆放的矿物因冻结无法装车，这给工业生产和运输都造成严重的影响．据统计［１］，矿物的冻结会使机车车辆的运输效率降...

矿用防冻剂的研制

本文沿着降低冰强度这一思路,研制了一种适用于含水矿物的防冻剂.实验发现:在防冻剂中加入某种软化剂,可使冰的强度大幅度下降,并且不同的软化剂和抗冻剂间存在协同效应,有利于减少抗冻剂(如乙二醇)的用量,降低防冻剂的成本.

不同冰点介质对冰黏附强度的影响

在铝合金和聚甲基丙烯酸甲酯表面加工用于填充不同低冰点水溶液的凹坑,并测试冰在其表面的黏附强度。试验表明:界面具有相变温度梯度的试样使表面覆冰主动剥离脱落。测量凹坑内低冰点水溶液在冻结过程中产生的相变膨胀力变化曲线,对其进行函数拟合,结合有限元模拟分析基底表面具有相变温度梯度对冰黏附界面稳定性的影响。分析表明:低温环境下界面具有的相变温度梯度使冰黏附界面形成应力集中,破坏冰黏附界面的稳定性,并且相邻凹坑内低冰点水溶液相变产生的膨胀力改变冰黏附界面无凹坑区域的应力、应变,干扰无凹坑区域冰黏附界面的稳定性,进一步影响冰在材料表面的黏附稳定性。