废旧棉/纳米纤维素自增强复合纸的制备与性能

针对机械开松回收后产生的废旧棉短纤维存在力学性能差且难以再利用的问题,将部分回收的废旧棉短纤维在2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)/NaBr/NaClO体系中氧化,制备成纳米纤维素(CNF),然后将不同质量分数的CNF悬浮液和回收的废旧棉短纤维充分混合制备全纤维素纸浆,最后通过湿法成网和热压技术形成全纤维素纤维自增强复合纸(CCP),并探究其形貌、力学性能以及增强机制。结果表明:当CNF质量分数增加至5%时,CCP中的氢键含量增加,CNF和棉短纤维之间形成了广泛的氢键交联,促成CCP形成了致密的结构,其拉伸断裂强度达到84.72 MPa。此外,采用不脱色废旧棉短纤维制备的CCP可加工为包装纸袋使用。

双向同性自增强UHMWPE板材的制备

在室温条件下,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)模压板双向辊压,以实现双向自增强。探究了双向均匀提升模压板性能的技术可行性,考察了辊压比对模压板球晶形变的影响以及自增强板材聚集态结构与其力学性能的关联性。结果表明,辊压使原模压板约71.2 nm的球晶细化至39.4 nm的微晶,结晶度从45.2%降至40.2%,部分正交晶系转变为单斜晶系。辊压比达36.6%的自增强板材,两个方向的拉伸强度分别达到了62、60 MPa。

机械训练自增强复合水凝胶的制备及性能研究

以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠(NaAMPS)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)作为原料,采用N,N′-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,2-氧基戊二酸作为引发剂,紫外光引发NaAMPS化学交联形成凝胶第一重网络;采用循环冷冻-解冻方法使PVA链间通过氢键作用形成凝胶第二重网络;采用Al^(3+)与CMC的羧基之间的离子络合作用形成凝胶第三重网络,制备得到PNaAMPS/PVA/CMC-Al^(3+)复合水凝胶。对凝胶进行微观形貌表征、力学性能测试。结果表明:在形成第一、二重网络结构后,水凝胶内部网络变得更为致密,PVA间氢键的形成使凝胶的断裂强度由14kPa提升至53kPa;CMC-Al^(3+)的第三重网络形成后凝胶的断裂强度提升至127kPa。此外,将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为预聚合单体加入凝胶中,凝胶在机械训练后表现出断裂应力自增强的效果,在机械训练应变为40%时,断裂强度提升23%,随着机械训练应变由40%增至160%,凝胶的断裂强度提升56%。该水凝胶通过机械训练诱导的结构破坏并重建过程实现了力学性能自增强,拓宽了在各领域中的实际应用,可为用于软机器人和智能设备等应用的自增强材料奠定基础。

基于Mises屈服条件的压力容器自增强技术的理论研究及设计方法探讨

基于Mises屈服准则,研究了影响压力容器自增强技术的几个关键技术参数,根据不同的控制条件,获得了保证安全运行的技术参数之间的关联式。研究了Mises屈服准则与Tresca屈服准则的区别与联系,指出了产生这些区别与联系的根本原因。探讨了不同的超应变度计算方法对压力容器有关应力与承载能力的影响,对传统的设计方法给出了修正建议,提出了如何运用各参数间的相互关系和变化规律来提高自增强技术实施效果的措施。

基于自增强理论的船用柴油机高压油管设计

随着燃油系统压力的提高,高压油管需要进行重新设计或强化。基于自增强理论,对高压油管三向应力与等效应力进行理论分析,并对采用自增强工艺前后的高压油管进行对比计算,进一步开展该工艺下的高压油管关键参数的影响研究,得出油管外径与自增强压力对等效应力的变化规律。结果表明, 200MPa工作压力下未经自增强处理的高压油管内壁面区域已发生塑性变形,而经自增强后的高压油管则处于完全弹性状态;自增强后油管的最大等效应力对油管外径的变化不敏感;自增强压力并非越高越好,自增强压力过高,最大等效应力也将增加。

成型温度对脉振模压成型自增强UHMWPE结构与性能的影响

在远低于普通模压(CM)成型温度的温度下,采用脉振模压(PVM)成型实现了自增强超高分子量聚乙烯(UHM-WPE)制品的低温高效成型。通过拉伸性能、耐磨性能、流变性能、差示扫描量热分析、扫描电镜、原子力显微镜、红外光谱等测试表征,分析了成型温度对PVM成型UHMWPE(PVM-UHMWPE)样品宏观性能和微观结构的影响规律。结果表明,PVM的低温成型能保留UHMWPE部分初生相特征结构,提高了整体结晶度和晶片厚度,赋予了PVM-UHMWPE样品更高的力学强度和抵抗磨损能力;随着成型温度的提高,分子链在颗粒界面处的扩散程度增加,并形成垂直于颗粒界面的“纤维状”晶相提高了PVM-UHMWPE样品的界面固结质量,但当成型温度达到180℃时,对初生相结构的破坏加剧,致使整体结晶度和晶片厚度降低,反而弱化了样品力学强度和耐磨性能。因此,成型温度为170℃的PVM-170℃-3Hz样品具有最好的力学性能和耐磨性能。

叠层热压聚丙烯自增强板材的制备及工艺参数优化

采用拉伸取向和叠层热压成型技术制备叠层热压聚丙烯自增强板材,使用差示扫描量热法(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)等方法研究了热压温度、热压压力和热压时间等工艺参数对聚丙烯自增强板材拉伸性能和熔融-结晶行为的影响。结果表明,热压加工过程中取向聚丙烯的分子链发生了解取向,且解取向程度随热压温度和时间的升高而增加。聚丙烯自增强板材各层之间有良好的界面粘接性,且层间剥离强度随热压温度、时间和压力的升高而增加。聚丙烯自增强板材力学性能受热压温度、热压压力和热压时间共同影响。当热压温度为155℃,压力为5 MPa,热压时间为10 min时,聚丙烯自增强板材的力学性能达到最大值,其拉伸强度为(205.3±4.1)MPa。

超高压自增强厚壁弯管应力分析

超高压管式反应器由经过自增强处理的厚壁直管和厚壁弯管组合而成,自增强厚壁弯管的受力难以通过理论分析得出。基于有限元方法对自增强厚壁弯管的受力情况进行了分析,并将结果与基于平面应变模型的自增强厚壁直管的有限元计算结果进行对比。研究结果表明,厚壁弯管的回转半径对自增强厚壁弯管的受力情况有显著影响,回转半径越大、厚壁弯管的受力情况越接近厚壁直管。以自增强厚壁直管在工作压力下内表面的当量应力幅值为衡量基准,当厚壁弯管回转半径增大到一定值,可以认为自增强厚壁弯管的疲劳性能与厚壁直管基本一致。对于目前国内LDPE/EVA装置中常用规格的厚壁自增强弯管,如果以厚壁直管内表面当量应力幅值的10%作为厚壁弯管当量应力幅值的最大偏差,则回转半径R的取值应大于7D_(o),当偏差为5%时,回转半径R需大于10D_(o)。该研究结果与国外引进的超高压管式反应器设计参数相吻合。

加工温度对PP无纺布自增强复合材料性能的影响

为探究不同热压温度对PP熔喷无纺布(PPNWF)自增强复合材料结晶结构及力学性能的影响,将PPNWF作为预制体通过热压法成功制备了自增强的PP复合材料,并考察了在不同加工温度条件下制备得到试样的结构与性能的关系。扫描电子显微镜及拉伸测试表明,当加工温度保持在170℃或173℃时,复合材料内部纤维相及基体相之间能够形成较好的界面结合,且纤维相的含量也能维持在较高的水平,内部稳定的增强相在拉伸过程中对基体相的取向产生了显著的抑制,自增强复合材料综合性能优异。差示扫描量热分析及X射线衍射结果表明,随加工温度的进一步升高,材料中高结晶度及取向度的纤维相含量逐渐减少,复合材料总体结晶度下降,主要晶型由取向α晶型逐渐向各向同性α晶型转变,期间伴随少量β晶型的产生与消失。PPNWF中纤维相的熔点在较高加工温度及成型压力下会向高温方向移动,而在177℃及180℃成型的试样在145℃出现的小放热峰对应于β晶型的熔点。且自增强复合材料中基体相在拉伸测试过程中未产生明显取向,因而其在拉伸后的结晶度及晶型较完全熔融的试样能够得到较为良好的保持。

聚丙烯自增强复合材料力学性能的温度效应研究

聚丙烯自增强复合材料(All-PP)的增强体和基体为同一种聚合物聚丙烯,其力学性能对温度极为敏感,研究其力学性能的温度效应对该材料的使用和热冲压成型具有重要的指导意义。本文采用差示扫描量热仪(DSC)表征了All-PP材料的热性能,测试了–40~120℃范围内All-PP材料力学性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)表征了不同温度条件下材料破坏界面,对其温度效应进行了综合分析。结果表明,All-PP的玻璃化转变温度(T_(g))为–11.5℃,拉伸强度随着温度的上升呈现出先增后减的趋势,在–20℃时达最大值118.5 MPa,低于该温度时发生界面脱黏,导致拉伸强度下降;断裂伸长率随温度的上升而增大;玻璃态时弹性模量始终维持在4.86 GPa左右,几乎不受温度影响,温度提升至–10℃时弹性模量开始随着温度上升而减小;弯曲模量随温度的升高而降低,在–10℃时降幅突增;层间剪切强度在20~120℃温度范围内呈线性下降,但在低温环境(–40~0℃)下受温度影响不大;微观形貌显示随着温度的上升,剪切破坏模式由界面脱黏转变为以基体破坏为主。

迄今机械性能最高自增强复合材料面世

据报道,韩国科学家使用一种聚丙烯聚合物,成功开发出一种纯净的自增强复合材料,其机械性能位居同类自增强复合材料榜首,有望替代飞机用碳纤维增强复合材料,加速“空中出租车”时代的到来。研究成果刊发于最新一期《化学工程》杂志。为推进城市空中交通等未来出行方式的实现,科学家们需要开发出具有优异物理性能和可回收性能的新材料。自增强复合材料价格低廉、重量轻,且在处理和回收方面具有优势,因此,被寄望于能替代飞机用碳纤维增强复合材料。

超高压压裂泵泵头体自增强再处理研究

自增强技术是提高超高压压裂泵泵头体寿命的有效方法。针对自增强处理形成的残余应力易出现松弛现象,开展了对泵头体再次自增强处理的研究。分析了初始自增强处理的最佳自增强压力的计算方法,得出了最佳压力值为637.7 MPa;并计算了泵头体在最佳自增强压力作用下的残余应力及工作应力分量值。确定了泵头体危险处沿内腔十字交叉孔面法线方向的应力分量对泵头体疲劳寿命的提高或降低起主导因素。根据法向残余压应力的衰减量,研究了泵头体再次自增强处理压力及残余压应力层深度变化的规律。结果表明：当泵头体内腔残余应力衰减量达到40%~45%范围内,需要进行再次自增强处理;且实施再次自增强处理所需的自增强压力应略高于或等于初始自增强处理时的最佳自增强压力。

压裂泵液力端的压力自增强辅助技术的设计研究

压裂泵作为目前能源生产的重要采收装备,推动社会的发展发挥不可估量的价值,进而我国相关领域的专家,相继对其开展各项提高性能和作用的研究。压裂泵通过向井下泵送高压泥浆液、清水、各种压裂液等作业介质,从而有效开展地层压裂作业,抑或是进行酸化的压裂作用,同时开展压力检测和调试等工作。随着压裂施工要求的不断提高,在我国页岩油气开发的西南地区,不同类型的大型压裂设备相继被研发出来,并且相关压裂设备的工作压力不断提高,相应的排量需求也在不断增加,进而在众多生产要求的作用下,压裂泵液力端的压力自增强辅助技术也就应运而生。

自增强超高压弯管最佳超应变研究

为了提高超高压弯管的静强度和疲劳强度,最有效的方法是对其进行超应变处理。利用ANSYS有限元软件对规格为78mm×22mm,工作压力为300MPa的超高压厚壁弯管进行了自增强分析,得出了管壁残余应力分布规律和危险点。分析了基于静强度和疲劳强度的最佳超应变,分别得出了理论最佳超应变内压。最后对工程应用提出建议:以静强度失效为主的弯管,最佳自增强内压为620MPa;以疲劳失效为主的弯管,自增强压力取700～750MPa为宜。

高分子材料成型加工过程的自增强

介绍了高分子材料自增强的概念,以及熔体注塑与挤出成型中实现聚合物材料自增强的各种方法,并对这些工艺的特点及其对产品性能的影响作了详细的介绍,特别重点介绍了如何利用振动技术实现高分子材料的自增强,甚至是双向自增强。

圆筒形压力容器塑性区深度对自增强压力与承载能力的影响

讨论了以圆筒内、外半径的算术平均值和几何平均值作为自增强工艺处理时的塑性区深度问题,及两种情况下的塑性区深度对自增强压力与承载能力的影响;得出了按算术平均值与几何平均值确定塑性区半径时,不发生压缩屈服的最大径比,并比较了两种情况下的最大径比;比较了按算术平均值和几何平均值确定塑性区半径时所得的自增强压力、承载能力与全屈服压力;以解析与图像相结合的方式描述了各参量的依赖关系和变化规律。

拉压异性材料厚壁圆筒的最佳自增强分析

本文运用莫尔屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同材料的厚壁圆筒进行了自增强分析,得到了依赖于材料拉压比的厚壁圆筒的最佳弹塑性界面半径、最佳自增强内压。并分析了自增强对高压容器承载能力的影响。

线性强化材料厚壁球壳的统一自增强分析

运用统一强度理论对承受内压的线性强化材料的厚壁球壳进行了自增强分析,得到了适用于多种材料的厚壁球壳弹性区与塑性区的应力分布、残余应力分布及合成应力分布的统一解析式。并根据厚壁球壳的安定性条件和合成应力分布分析得出了最佳弹塑性半径和最佳自增强内压的统一解析解。

压力容器自增强压力探讨

自增强压力不仅直接关系到自增强处理时压力容器的塑性区深度及经自增强处理后容器的承载能力,而且影响到自增强工艺的实施。运用解析法与图解法并按第三强度理论对压力容器自增强处理时所施加的压力进行了研究,研究过程中得到了一些可供工程上应用的关系式与图表,并揭示了一些值得注意而有用的规律。这些公式、图表与各种变化规律,不仅可用作工程实践参考,还展示了自增强理论中各参数间的本质联系与变化规律及这些联系与规律形成的原因。

基于统一强度理论的拉压异性材料厚壁圆筒的自增强分析

运用统一强度理论对承受内压的拉压屈服强度不同材料的厚壁圆筒进行了自增强分析,得到了适用于多种材料的厚壁圆筒弹性区与塑性区中的应力分布,残余应力分布及合成应力分布的统一解析式。