熔体微分电纺PLA/PAAS纳米纤维空气滤膜的制备及高湿环境下的过滤性能

为解决高湿环境下,空气滤膜的过滤效率迅速降低的问题,采用聚丙烯酸钠(PAAS)熔融共混改性聚乳酸(PLA),并且,利用熔体微分静电纺丝方法制备了PLA/PAAS熔体电纺亲水纳米纤维滤膜(PLA/PAAS电纺滤膜),主要研究了PAAS含量变化与滤膜性能之间的关系及高湿环境下,PAAS材料对滤膜过滤性能的影响。结果表明,当PAAS的含量(质量分数ω)为3%时,克重为40 g/m^(2)的PLA/PAAS电纺滤膜平均直径及直径标准差最小,分别为0.97μm及0.245,过滤效率达到最佳,其值为97.37%,品质因子达到0.0353 Pa^(-1);在高湿环境下,放置48 h后,PLA/PAAS电纺滤膜的过滤效率为95.49%,过滤品质因子为0.0206 Pa^(-1),证明了PLA/PAAS电纺滤膜在高湿环境下长时间放置后,性能仍保持稳定。

硅酮粉改性超高分子量聚乙烯及其熔体纺丝加工性能

针对超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)熔体加工性能差的问题,应用硅酮粉,采用熔融共混方法对PE-UHMW进行改性,以提高其熔体加工时的流动性。通过扫描电子显微镜与能量色散谱(EDS)表征了硅酮粉在PE-UHMW中的分布,并采用熔体速率测试、旋转流变测试,分析了硅酮粉含量对PE-UHMW熔体流动速率与流变性能的影响。对改性后的PE-UHMW采用熔体纺丝法制备了PE-UHMW单丝,并进行了拉伸强度测试。实验结果表明,随着硅酮粉的增加,其分散性逐渐变差,PE-UHMW熔体流动速率随硅酮粉含量先增加后降低,当硅酮粉质量分数达到4%,其熔体流动速率最高,复数黏度与储能模量最低,5%质量分数的硅酮粉在PE-UHMW基体中团聚较明显,改性后的PE-UHMW熔体流动性降低。熔体纺丝实验结果表明改性后的PE-UHMW可以通过普通单螺杆挤出机熔融挤出初生丝,经超倍热拉伸可以制备高强度单丝。当拉伸倍率为36时,质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW单丝拉伸强度最高,可达1565MPa。因此综合考虑加工性能与单丝强度,采用质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW较合适。

树枝状聚合物对聚乳酸熔体微分电纺纤维膜的增韧改性研究

采用树枝状聚合物CYD-T151为增塑剂,通过熔融共混方式对聚乳酸(PLA)进行改性,探究了CYD-T151含量、纺丝温度和纺丝电压对熔体微分电纺PLA及PLA/CYD-T151纤维平均直径、直径分布和纤维膜拉伸力学性能的影响。结果表明,树枝状聚合物CYD-T151的加入可有效提高PLA的熔体流动性,降低纤维细度,当CYD-T151含量(质量分数,下同)为1.25%、纺丝温度为240℃、纺丝电压为55 kV时,熔体电纺纤维的纤维平均直径为1.360μm,较纯PLA减小了49.72%;树枝状聚合物CYD-T151作为增塑剂,可有效提高PLA熔体电纺纤维膜的韧性,当CYD-T151含量为1.25%,纺丝温度为240℃,纺丝电压为55 kV时,PLA/CYD-T151纤维膜的抗拉强度和断裂伸长率分别为11.50 MPa和92.33%,较纯PLA提高了4.07%和13.99%。

熔体旋甩法快速制备热电材料及性能表征

熔体旋甩法结合放电等离子体烧结技术制备了P型化合物CuInTe_(2),采用XRD、LFA、DSC以及LSR-3等技术手段研究不同制备工艺对材料晶体结构与热电性能的影响规律。结果表明:熔体旋甩工艺可快速制备CuInTe_(2)化合物,大大缩短材料制备周期,降低了成本;可实现材料结构低维化增大晶界密度,从而增强对声子的散射作用,显著降低材料的晶格热导率,达到优化热电性能的目的;与传统工艺下的CuInTe_(2)材料的最大zT@815 K相比,熔体旋甩工艺下CuInTe_(2)材料的最大zT@787 K,提高了约20%。

镁熔体净化技术的研究进展

镁作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业的迭代更新,镁及其合金所涉及的产业领域将会进一步扩大。而镁及其合金在铸造与变形加工前,镁熔体纯净度会对其性能产生巨大影响,如熔体纯净度低会显著降低合金的抗拉强度、伸长率等力学性能,导致合金出现炸裂、破损现象。为此,镁熔体的高效除气除杂净化技术成为研究热点。镁熔体净化作为镁熔炼过程中的重要环节,一直是科研工作者不断改进优化的研究课题。本文在简要介绍镁熔体中夹杂物来源的基础上,归纳了适用于镁熔体的熔剂净化、无熔剂净化、复合净化法及其净化效果,且对真空蒸馏法净化镁熔体的相关研究进行了探讨,系统综述了镁熔体净化技术研究进展,展望了该技术的未来研究方向。

熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

钛渣熔体结构及传输性质分子动力学模拟研究进展

高品位钛渣(TiO_(2)含量≥90%)的高效制备不仅是高品质钛产品生产的关键,而且已成为我国钛冶金行业发展的迫切需要。钛铁矿还原熔炼过程钛渣熔体传输性质的调控是实现高品位钛渣高效制备的关键。国内外学者采用分子动力学模拟的方法,开展钛渣熔体结构演变及传输性质的研究,取得了显著的进展,证实了分子动力学模拟的方法在钛渣熔体研究中的有效性。分子动力学模拟的方法在研究钛渣熔体结构和性质方面具有显著的优势,不但能考察钛渣熔体结构参数、传输性质及相关微观细节,而且不受试验条件(高温、高腐蚀性、高化学活性)的限制。通过分子动力学模拟能够获取钛渣熔体丰富的结构信息和重要的传输性质,避免了钛渣熔体结构及物理性质试验测试中存在的难题。最后,结合冶金熔体成分和结构的复杂性,总结存在的问题,对分子动力学模拟在熔体结构及传输性质研究中的应用进行了展望。

熔体保温和超声振动对Al-Cu-Mn合金组织与性能的协同作用

含特定Cu/Mn比的铝合金能够形成稳定的二十面体准晶相(I-Al_(65)Cu_(20)Mn_(15)),但是在常规凝固组织中准晶含量较低且尺寸粗大。本文以Al-Cu-Mn准晶合金为研究对象,研究在准晶I相形成温度区间进行熔体保温和超声振动对I相形貌与尺寸的影响规律。结果表明,随着熔体保温时间的延长,准晶I相尺寸呈先减小后增大的趋势,特别是保温时间为20 min时,准晶颗粒呈细小的花瓣状;对保温20 min后的合金熔体施加600 W功率的超声振动,准晶尺寸发生细化,但继续增大功率会导致I相粗化。

高熔体强度聚丙烯的制备及性能表征

采用等规聚丙烯(iPP)为粉料、过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为接枝单体、苯乙烯(St)为共聚单体,使用双螺杆挤出机熔融接枝制备无凝胶的高熔体强度聚丙烯(HMSPP)。傅里叶红外光谱(FTIR)和凝胶渗透色谱(GPC)的结果表明单体已成功接枝在聚丙烯分子链上。差示扫描量热仪(DSC)的分析结果表明HMSPP结晶温度提高了11.8℃。流变测试结果显示,HMSPP可呈现明显的剪切稀化现象,并具有更长的松弛时间和更低的损耗因子,充分证明了长支链结构的存在。与iPP相比,HMSPP的熔体强度从0.03 N提高到0.37 N,同时其冲击强度、拉伸强度和弯曲模量分别提高了89.1%、17.5%、42.6%。

熔体静电纺丝纤维细化技术研究进展

聚合物熔体静电纺丝技术是纳米纤维绿色高效制备的重要途径。但受限于熔体黏度高、导电性差和射流冷却快,制备纤维的平均直径往往分布在数百纳米至几十微米,远未达到直径小于100 nm的纳米材料。熔体电纺过程涉及驱动力、表面张力、熔体黏度和射流热交换速率等多种影响成型纤维直径的因素,各因素间相互影响,这使得熔体静电纺丝的纤维细化机理极其复杂。为此,文中从熔体泰勒锥形成和射流牵伸细化2个阶段出发,归纳分析了现有熔体电纺纤维细化研究的方法、工艺及材料体系对纤维直径的影响。研究表明,通过装置设计、材料体系调控和工艺优化来缩小泰勒锥尺寸、增大驱动力、降低熔体黏度并尽量延长射流牵伸细化时间是纤维细化的关键。射流运动状态与温度变化检测系统的设计、高电导率低黏度绿色纺丝专用料的开发以及吹-吸热气流辅助纺丝系统的设计等是熔体电纺纤维细化的研究趋势。

注射成型中聚合物熔体信息的超声在线测量

提出了成型中聚合物熔体温度和密度的超声在线测量方法,并与其他方法对比验证了超声在线测量方法的正确性。设计并制造了底部不封口的流变模具,搭建了超声信号与温度、压力信号采集平台,采集超声信号后进行分析计算,得到聚合物熔体内超声速度变化曲线,结合压力、温度信号,对注射成型中熔体信息进行计算分析。结果表明,超声速度信号可无损定性反映熔体在型腔内的演化过程;借助于压力信号可迭代计算熔体温度演变曲线,与红外光纤温度传感器测量结果相比误差小于6%,实现了对聚合物熔体温度的有损定量分析;对超声信号在时/频域内分别计算分析,得到声阻抗与声速的变化曲线,进而计算得到熔体密度的演变曲线,与压力⁃体积⁃温度(PVT)方法计算得到的结果十分吻合,均方差仅0.0403 g/cm^(3),实现了对聚合物熔体密度的无损定量测量。超声测量技术可实现注射成型中聚合物熔体信息的在线测量,在实际生产过程中具有广阔的应用前景。

熔体净化和急冷协同对含镧过共晶铝硅合金组织凝固及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和差示扫描量热仪等研究了熔体净化和急冷协同作用对Al-(16-24)Si-0.1La合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明,与熔体急冷相比,熔体净化和急冷协同作用可完全抑制硅含量不超过20wt%的过共晶Al-Si-0.1La合金中初生硅的析出,明显细化Al-(16-24)Si-0.1La合金中的共晶组织,提高共晶组织的显微硬度。因此,熔体净化与急冷协同处理是改善过共晶铝硅合金凝固组织和力学性能的有效方法。

熔体处理对DD426单晶高温合金凝固组织的影响

通过不同熔体处理工艺制备第一代单晶高温合金DD426,结合差热分析和JMatPro模拟计算确定合金的凝固路径以及凝固特征温度,采用扫描电子显微镜观察不同工艺制备样品的微观组织,并借助X射线三维断层扫描技术表征样品中的显微孔洞。结果表明,随着熔体处理温度的升高,结晶温度区间先降低后增加,一次/二次枝晶间先降低后增加;碳化物的形貌主要取决于合金成分(碳元素和碳化物形成元素)和凝固条件(生长空间和生长时间);合金中显微孔洞的尺寸、数量、分布受到枝晶间距和碳化物含量和形态的影响。

铸造铝合金熔体处理技术发展现状

铸造铝合金具有轻质、高比强度、铸造性能好等一系列优点,是一种优异的轻量化材料,在汽车行业具有广阔的应用前景。合金熔体质量对铸件最终性能具有重要影响,铸造前对其进行净化、晶粒细化和变质处理是获得高性能铸件的必要前提条件。本文介绍了铸造铝合金熔体纯净化技术、晶粒细化技术以及共晶Si变质处理技术的发展现状,以期为先进铝合金熔体处理技术的开发与应用提供参考。

熔体纺丝纤维的磁热性能与磁制冷应用研究进展

本文对熔体纺丝合金纤维的磁热性能和磁制冷应用的研究进展进行了综述,总结了不同种类具有磁热性能的合金纤维在磁场驱动下能够产生的磁熵变最大值、半高宽和磁制冷能力。概述了熔体纺丝法的基本原理和操作过程,以及小尺寸纤维形态在实际磁制冷机中的应用优势,并重点介绍了将合金制备成纤维形态能够解决大块合金中存在的相关问题,描述了不同种合金纤维产生磁热效应的原理,阐明了纤维相变特征对制冷温度区间、磁熵变及磁热效应的影响机制,最后总结了合金纤维在活性蓄热器中的制冷功率和性能系数的研究情况,简述了将小尺寸合金纤维大批量应用于实际磁制冷装置以解决该类装置制冷效率低、制冷功率小的可行性。

电工圆铝杆的铝熔体炉内精炼工艺现状与展望

近年来随着电力行业的飞速发展,普通圆铝杆已经无法满足电力行业的实际需要,亟需生产具备高强度、高导电率等优异性能的电工圆铝杆,以助力电力行业的发展。铝熔体的炉内精炼是生产高品质电工圆铝杆的基础及技术关键,但受限于熔体中夹杂的去除、杂质元素(Fe、Si、Mn、Ti、V、Cr等)、除气装备、测夹杂和测氢能力等影响因素,无法很好地满足生产高品质产品的需要。当前,许多学者致力于研究高效环保的新型精炼剂和更为先进的精炼装备与技术,目的是改善传统炉内精炼技术存在的精炼效果不好、对环境产生负面影响、精炼自动化程度低等问题。而未来铝熔体炉内精炼技术的发展也应该呈现为更加安全、环保、高效的趋势。重点介绍了铝熔体的炉内熔剂和气体精炼原理、炉内精炼技术现状、铝熔体中夹杂和氢的检测方法及其他杂质元素的去除现状,同时还对传统炉内精炼技术的不足及改进方向提出建议和展望,旨在为炉内铝熔体的高品质精炼和后续高质量电工圆铝杆的生产提供参考。

低熔点熔体弹珠的造粒过程及其性能

本研究旨在解决硫磺造粒过程中存在的拖尾和破碎等问题,以提高产品质量和操作连续性。基于液体弹珠概念引申到熔体弹珠,引入了超疏水表面制备硫磺熔体弹珠。使用聚四氟乙烯(PTFE)作为包覆颗粒,并成功将硫磺造粒过程中颗粒的合格率从84%提高至97%,同时减少了拖尾和破碎等现象。改进后的硫磺颗粒产品保持了一定的强度,提高了外观品质。此外,硫磺弹珠的概念也可推广至其他具有类似高温相变过程的材料,构建出具有缓释、保水和相变换热潜质的功能性熔体弹珠。研究结果表明,利用熔体弹珠的特性能有效改善硫磺造粒过程中的成球效果,并增强传质效果,为类似造粒和吸收过程的工业技术创新和优化提供了可行的策略。

虎峪沟长城系底部富硅火山岩、火山碎屑岩及其中富铁钛熔体包裹体的发现

元古宙是地球演化的关键时期,对该时期岩石记录的研究为理解前寒武纪地球演化提供了重要依据。对岩石成因的正确解读是岩石大地构造研究的基础,也是基于岩石记录揭示地球环境变化的前提。华北克拉通长城系底部普遍发育一套富硅的层状岩石,被认为是一套由裂谷沉积形成的海相石英砂岩和硅质岩浅变质而成。本文以北京昌平虎峪沟出露的长城系底部常州沟组富硅层状岩石为研究对象,通过详细的野外地质观察,典型样品的岩矿相、SEM/EDS(扫描电镜/X射线能谱)分析、CL(显微阴极发光)成像分析、石英原位LA-ICP-MS(电感耦合等离子质谱)分析以及石英中熔体包裹体的岩相学、显微测温、马弗炉加温-淬火实验和包裹体成分的SEM/EDS、EPMA(电子探针)、LRM(显微激光拉曼光谱)分析等,提出了长城系底部富硅层状岩石的火山成因新认识。研究结果表明,长城系底部富硅层状岩石包括碎屑结构(前人定义的石英砂岩)和镶嵌结构(前人定义的石英岩)两类,其矿物组成主要为石英和钾长石,另外还含有少量锆石、金红石等。碎屑结构岩石中石英、钾长石碎屑可见棱角-次棱角状,且钾长石未见黏土化的边缘。两类岩石中石英的CL多显示蓝紫色的发光特征。另外,据石英钛饱和温度计估算的形成温度集中在550~650℃之间,也显示了高温石英的特征。两类岩石中的石英和钾长石中均发育有富铁钛的两相熔体包裹体。熔体包裹体显微测温结果表明,熔体包裹体在加温过程中至1000℃后,不混溶两相的成分持续变化,并在1050℃发生颜色深浅的反转,在约1350℃左右临界均一。马弗炉加温淬火实验也证实,在加温至1350℃淬火后的样品中的两相熔体包裹体发生了均一。SEM/EDS和EPMA结果表明,熔体包裹体的主要成分为铁、钛的氧化物,暗色部分相对富铁,而浅色部分相对富钛,熔体包裹体两相的Fe/Ti值变化较大。LRM分析结果表明,熔体包裹体的两相均为非晶质。综合岩石的结构特征、石英的CL发光特征、石英的形成温度估算和石英中熔体包裹体的显微测温结果等,笔者认为,长城系底部的富硅层状岩石应为富硅的火山岩和火山碎屑岩,表明古元古代华北克拉通曾存在与哥伦比亚超大陆裂解有关的大规模富硅火山活动。这一发现为华北克拉通元古宙地质演化提供了新证据。石英中富铁钛熔体包裹体的发现也为解释前寒武纪岩浆成因铁矿床、铁钛矿床的形成,特别是岩浆过程中铁、钛的富集机理提供了新的思路。

扬子地块北缘毕机沟岩体下部带堆晶岩结构定量化分析:对层状岩体冷却早期粒间熔体排出机制的约束

层状岩体冷却中—晚期晶粥中粒间熔体的排出被认为与铁钛氧化物的大量结晶关系密切,但在岩体冷却早期铁钛氧化物尚未大量结晶时,粒间熔体能否被有效排出、以及如何排出还需要深入探究。扬子地块北缘毕机沟岩体是我国目前发现的规模最大、分异程度较高且赋存有钒钛磁铁矿矿床的层状岩体。岩体下部带、中部带和上部带分别由斜长橄榄岩、辉长岩和闪长岩组成。本研究以下部斜长橄榄岩相带为对象,通过对斜长石和单斜辉石进行晶体粒度分布(CSDs)和空间展布形式(SDPs)分析,探讨层状岩体冷却早期粒间熔体的排出方式及其控制因素。模拟计算结果表明,样品中封闭粒间熔体比例(FTL)为9%~13%,暗示岩体冷却早期粒间熔体被有效排出。单斜辉石和斜长石的CSD曲线斜率主要为3.36~2.45和2.99~1.87,截距分别为0.45~3.35和1.06~2.83,均具有斜率一致而截距变化较大的特征,与机械压实的CSD曲线一致。单斜辉石和斜长石在SDP图解上均显示负相关关系,也与机械压实趋势一致。因此,毕机沟岩体冷却早期粒间熔体的排出机制为机械压实。在此基础上,我们将毕机沟与全球其他典型层状岩体从岩体规模、粒间熔体和堆晶矿物密度差、晶体堆积速率与压实速率以及晶粥层厚度等方面进行系统对比后发现,在层状岩体冷却早期没有岩浆补给和对流的情况下,当岩体规模相近时,压实受控于堆晶矿物与粒间熔体密度差,密度差越大压实越容易发生;而当岩体规模不同时,规模越大压实越容易发生。

熔体包裹体揭示山东昌乐玄武岩源区不均一及其意义

中国东部新生代强、弱碱性玄武岩分别显示年轻HIMU-和EM-OIB的化学组成特征。然而,它们的成分差异,究竟是与源区组成有关,还是受控于熔融过程,至今仍有争议。为此,本研究分析了山东昌乐玄武岩的熔体包裹体的主量、微量元素和Pb同位素组成。结果显示,熔体包裹体的SiO_(2)、全碱以及微量元素配分模式均与弱碱性玄武岩相似,但它们的微量元素比值(Rb/Nb、Ba/La、Nb/La、Ba/Nb和Nd/Pb)和Pb同位素组成变化大,显示弱碱性玄武岩与强碱性玄武岩的混合特征。由于昌乐熔体包裹体主要经历了橄榄石结晶分异且无明显地壳混染,它们的成分变化反映了地幔源区成分的高度不均一,暗示强、弱碱性玄武岩可能起源于相似源区,两者的成分差异可能是选择性熔融引起的。