CF/PEEK热塑性复合材料结晶行为表征及分析

为了深入了解热塑性复合材料在非等温热成型工艺下的晶体结构和组织演变规律,优化成型工艺参数并提高热塑性复合材料结构成型质量及其热学、力学性能,本文研究了碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)热塑性复合材料在不同降温速率下的结晶行为。开展了不同冷却速率下CF/PEEK复合材料的DSC测试实验。基于Avrami方程、Ozawa方程和Mo方程描述了CF/PEEK复合材料的非等温结晶行为,计算了非等温结晶活化能并建立了结晶度演化动力学模型。此外,本文还使用光纤布拉格光栅(FBG)对CF/PEEK复合材料融凝过程进行了原位检测,结合结晶度演化模型分析了聚合物基体融凝过程中的应变变化机制。结果表明,CF/PEEK复合材料结晶度随冷却速率的增大而减小,对应的结晶时间也同样减少。经验证,本文建立的结晶度演化动力学模型能够有效分析任意冷却速率下CF/PEEK复合材料的结晶度演化过程,可以结合FBG应变检测分析CF/PEEK热塑性复合材料融凝过程中基体相变对特征应变的影响。

马来酸酐离聚物对聚对苯二甲酸乙二醇酯荧光及非等温结晶动力学行为的影响

以马来酸酐-苯乙烯交替共聚物为原料,采用一步法制备了马来酸酐离聚物并将其用于改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),利用荧光光谱法、FTIR、DSC等方法研究了它的荧光性能及对PET荧光、非等温结晶性能及动力学的影响。实验结果表明,马来酸酐离聚物具有荧光性能,将其加入PET后,PET改性物的荧光强度增加、结晶温度升高。Jeziorny法和Mo法计算结果表明,加入马来酸酐离聚物后,PET改性物的结晶速率、晶体生长维数增加,且马来酸酐离聚物添加量越高,PET改性物的结晶改善效果越好,马来酸酐离聚物可增加PET的非等温结晶活化能。

大分子成核剂对PBA型水性聚氨酯结晶行为的影响

以聚己二酸1,4-丁二醇酯(PBA)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料制备了数均分子量9 270的水性聚氨酯(WPU),将其作为大分子成核剂加入到PBA型水性聚氨酯(以PBA、HDI、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、DMPA等为主要原料制备,数均分子量28 700)中,研究了成核剂加入量对WPU结晶性能的影响。研究表明,大分子成核剂本身具有较高的热结晶温度,它的加入提高了WPU的热结晶温度、结晶速率和结晶度,增强了WPU胶膜的力学性能。当大分子成核剂乳液加入量为3 g即20%时,WPU中PBA热结晶温度为19.6℃,结晶度为47.7%,胶膜拉伸断裂强度为11.7 MPa。

基于差示扫描量热法的费托蜡非等温结晶动力学

以滴熔点为113、104、92、83、78和73℃的6种窄馏分费托蜡为研究对象,采用差示扫描量热法(DSC)研究其在不同冷却速率下的非等温结晶过程,应用Jeziorny法和莫志深法对结晶动力学参数进行理论预测,通过Kissinger方程计算非等温结晶活化能。结果表明:不同蜡样品的非等温结晶过程相似,并且结晶过程依赖于冷却速率;所采用的动力学模型与试验数据吻合良好,Avrami指数n平均值在1~2之间,说明结晶过程为二次成核,成核后生长形成棒状或纤维状晶体;蜡样品的非等温结晶活化能越小或冷却速率越快,越容易发生结晶。

非水溶液体系中晶种法制备球形银纳米颗粒

以丙三醇作溶剂,硝酸银为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,硼氢化钠为还原剂制备了银纳米晶种;以此银纳米粒子作为初级晶种,以丙三醇作溶剂和还原剂,通过升温提高丙三醇的还原性制备银纳米颗粒。研究分散剂种类、生长液银浓度、晶种加入量对银粉的影响,采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)对制备产物的结构、物相、形貌进行表征。结果表明,通过改变条件可以制备出分散性良好、粒径均匀的70nm左右的球形银粉。

端氨基含量对PA 6非等温结晶动力学的影响

为探究端氨基含量对聚酰胺6(PA 6)非等温结晶动力学的影响,以端氨基含量分别为57.5,70.7,83.4 mmol/kg的PA 6(相对黏度均为2.8)为研究对象,使用热重分析仪测试PA 6的热稳定性,利用差示扫描量热仪研究不同冷却速率(∅)下PA 6的非等温结晶过程,通过Jeziorny法和莫志深法修正的Avrami方程对PA 6的非等温结晶动力学进行分析,并运用Kissinger方程计算PA 6的非等温结晶活化能(△E)。结果表明:不同端氨基含量PA 6均具有较高的热稳定性,且随着端氨基含量增加,热稳定性逐渐提高;随着∅的增大,不同端氨基含量PA 6的结晶区间均有向低温区移动的趋势;PA 6晶体以二维片状和三维球晶共存的方式进行生长,且端氨基含量较高的PA 6更倾向于以三维球晶的形式进行生长,端氨基含量的增加对PA 6的结晶过程具有促进作用;莫志深法修正的Avrami方程能很好地描述结晶过程,单位时间内PA 6的结晶度与∅成正比;随着端氨基含量的增加,PA 6非等温结晶活化能增大,结晶过程释放的热量增加,分子链的运动能力增强,结晶速率更大,结晶能力更强。

基于液晶偏振光栅的大口径激光光束扫描系统

非机械式激光光束扫描系统具有体积小、重量轻、易集成等优势,在激光雷达、激光武器和激光通信等领域具有较大的应用前景,其通光口径决定着设备的工作距离、扫描精度和目标摧毁能力。基于液晶偏振光栅设计了一种全电控制的大口径激光光束扫描系统。采用液晶偏振光栅和液晶空间光调制器的协同工作方式,实现光束的大角度连续扫描;设计了光束扫描系统,并重点分析了级联液晶偏振光栅组的控制策略,给出了具体控制方法。最后,进行了激光光束的初步扫描实验,实现了70 mm口径光束在−16.575°~16.575°的偏转。该研究结果为激光光束的非机械式扫描控制提供了技术支撑,并在大口径激光扫描系统应用方面进行了初步探索。

表面活性聚集体稳定非水相泡沫的实验研究

非水相泡沫在化妆品、多孔材料、生物医药、油气开发等方向具有广泛的应用,然而表面张力较低等原因导致发泡困难,稳定性差,因此与泡沫相关的领域,一直是被攻克的难点。表面活性聚集体具有密度高,有序性良好等性质,可有效降低界面张力,被广泛应用于相关领域。文章以十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠为主剂,与甲酰胺和癸醇融合,制备出不同的表面活性聚集体并对其表征,观察非水相溶剂的起泡性和稳定性能。结果表明:表面活性聚集体均为层状液晶结构,属于非牛顿流体,有剪切-稀释的流变现象,并且表面活性剂的含量越高,表面活性聚集体层状液晶的结构越稳定,泡沫随层状液晶质量含量上升呈现出先增大后减少的趋势。SDBS/癸醇/甲酰胺的稳泡能力优于SDS/癸醇/甲酰胺,以甲酰胺为非水相时,SDBS/癸醇/甲酰胺中层状液晶为60%(w/%)时,泡沫稳定时长55 h以上。当非水相为癸醇时,SDBS/癸醇/甲酰胺中层状液晶为60%(w/%)时,泡沫稳定时长6 h以上。

分子量对PA6非等温结晶动力学的影响

利用差示扫描量热仪研究了在不同降温速率(∅)下数均分子量为15600、20100和34000 g/mol的聚酰胺6(PA6)的非等温结晶动力学。通过Jeziorny法和莫志深法修正的Avrami方程对PA6的非等温结晶动力学进行分析,并运用Kissinger方程计算PA6的非等温结晶活化能(ΔE)。结果表明:随着∅的增大,不同分子量的PA6的结晶区间均向低温区移动,结晶起始温度(T_(o))、结晶峰温度(T_(c))和结晶焓(ΔH c)均逐渐下降;PA6的晶体以二维生长为主,且随着分子量的增加,PA6的结晶速率先减小后增大;莫志深法修正的Avrami方程能很好的描述PA6的结晶过程,在同一结晶度下,随着分子量的增加,PA6的冷却函数值(F(T))先增大后减小;随着分子量的增加,PA6的ΔE绝对值呈现出先增大后减小的趋势。

四大著名小米淀粉晶体/非晶体结构及热变性研究

采用中红外(MIR)光谱分别开展了四大著名小米(蔚县桃花小米、沁州黄小米、金乡小米、龙山小米)及红谷小米的淀粉晶体/非晶体结构研究。采用二维中红外(2D-MIR)光谱进一步开展了小米淀粉晶体/非晶体结构的热变性研究。

非化学计量溶液区熔法生长大尺寸InSe晶体及表征

硒化铟(InSe)是一种具有奇异物理性能的III-VI族半导体材料,在光伏、光学、热电等领域有着广泛的应用潜力。由于InSe的非一致熔融特性及InSe、In6Se7和In4Se3之间复杂的包晶反应,制备大尺寸InSe晶体十分困难。本研究采用区熔法制备了InSe晶体,该方法具有成本低、固液界面优化等优点。基于In-Se体系的包晶反应,发现In与Se的初始物质的量比对InSe晶体生长非常重要,本工作使用精确非化学计量的In0.52Se0.48溶液生长晶体,使InSe晶体的获得率达到83%左右。实验最终获得了ϕ27 mm×130 mm的晶棒,并成功剥离出尺寸ϕ27 mm×50 mm的片状InSe单晶,XRD图谱中检测到(00l)衍射峰,说明晶体的质量良好。InSe晶体呈现六方结构,各元素在基体中均匀分布,在1800 nm波长下的透射率为~55.1%,带隙能量为~1.22 eV。在800 K下,InSe晶体沿(001)方向的最大电导率σ约为1.55×10^(2)S·m^(-1),垂直于(001)方向的最低热导率κ约为0.48 W·m^(-1)·K^(-1)。上述结果表明,区熔法是制备大尺寸InSe晶体的一种有效方法,可用于制备多类材料。该工作制备的InSe的电学和热学行为也为今后InSe晶体的应用提供了重要参考。

一维非互易声学晶体的非厄米趋肤态操控

近年来,基于非厄米拓扑理论,研究者们通过调制声学晶体中的非互易耦合,揭示了体态向界面塌陷的趋肤效应.本工作实验设计了具有不同绕组数域之间的拓扑趋肤界面,以操纵能量聚焦到非厄米一维声腔链的中间或两端.首先,通过电声耦合的方法实现了两个声学腔之间的非互易耦合,并研究其特性.其次,将非互易耦合腔扩展成链状,通过调制非互易电-声耦合来构建趋肤界面的位置.实验结果表明,对于不同的非互易耦合分布,声音可以集中在中间界面或两端界面,并且通过改变非互易耦合方向,可以将趋肤界面从中间切换到两端.本研究结果为设计控制声音传播的先进拓扑声学装置提供了一个新平台.

半生物基尼龙5T/510的非等温结晶动力学研究

以生物基单体1,5-戊二胺为原材料,采用熔融聚合方法制备了半生物基尼龙(PA)5T/510,使用了差式扫描量热仪研究了PA510和PA5T/510及PA5T的非等温结晶行为,分别运用jeziorny方程和莫志深法对其进行了非等温结晶动力学分析。Jeziorny方程分析结果表明,与PA5T和PA510相比,PA5T/510的结晶温度最低,结晶速度最慢。在非等温过程中PA5T/510的结晶生长方式为二维或三维生长,受降温速率影响。莫志深法分析结果表明,在同一结晶度下,PA5T/510的结晶速率较PA510和PA5T更低。通过Kissinger方程计算得到PA5T/510的活化能为-120.4865 kJ/mol,小于PA510(-205.0149 kJ/mol)和PA5T(-252.7622 kJ/mol)的非等温结晶活化能,表明PA5T/510与PA510和PA5T相比,结晶速率最低,结晶能力最弱。

PET/iPBS复合材料的非等温结晶动力学

采用差示扫描量热法研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及其复合材料的非等温结晶动力学。采用Jeziorny、Mo模型对其进行了描述。结果表明,Jeziorny法能较好地描述复合材料的非等温结晶过程,Mo法能得到最佳的线性关系。Mo法中的α值大致相同,这表明,在不同相对结晶度下形成的结晶结构相似。同时,Mo法的另一个参数F(T)随着相对结晶度的增大而增大,这表明,相对结晶度越大,复合材料结晶越困难。利用Friedman方程计算了所有复合材料非等温结晶过程的有效活化能,Dobreva和Gutzow方法计算了成核活性,结果表明,复合材料的活化能和成核活性均小于纯PET,进一步证明了上述结果。

CHDA改性PBT的非等温结晶动力学研究

以精对苯二甲酸、1,4-丁二醇和1,4-环己烷二甲酸(CHDA)为原料,通过直接酯化法制备CHDA改性聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)共聚酯,采用差示扫描量热法对CHDA改性PBT共聚酯的结晶性能进行了研究,并采用Jeziorny方法分析了CHDA改性PBT共聚酯的非等温结晶动力学。结果表明:随着CHDA质量分数由0提高至20%,CHDA改性PBT共聚酯的非等温结晶活化能由180.389 kJ/mol降至112.829 kJ/mol,降低幅度达37.45%;随着降温速率(∅)的增大,CHDA改性PBT共聚酯的起始结晶温度、结晶温度降低,半结晶时间减少;在相同∅下,随着CHDA含量的增加,CHDA改性PBT共聚酯的非等温结晶速率变慢,结晶能力降低,CHDA的加入不利于PBT的结晶。

不同形状颗粒的阻力系数实验研究

航空发动机高空冰晶粒子的阻力特性会影响冰晶的运动,为了探究不同形状冰晶对阻力系数的影响,采用高速摄像机跟踪拍摄的方法对球形颗粒和非球形颗粒(长圆柱、短圆柱和圆盘)阻力系数进行研究,根据颗粒匀速状态时的速度求得不同颗粒的雷诺数和阻力系数,并利用实验数据拟合获得不同颗粒在工况范围内适用的阻力系数计算关系式,最后利用拟合数据之外的实验数据对关系式进行验证。结果表明:在雷诺数为3961~24144范围内,四种粒子阻力系数的计算值和试验值平均相对误差在5%以内。

无规共聚聚丙烯管材料的微观结构研究

研究了四种无规共聚聚丙烯(PPR)管材料的熔融结晶性能、非等温结晶行为、等规聚丙烯链段分布、结晶形貌,确认了α晶型与γ晶型的存在。结果表明:PPR-1的乙烯含量为4.2wt%,分子量分布(Mw/Mn)为最宽,γ晶型含量为57.6wt%,含有成核剂,结晶较为细密;PPR-2的乙烯含量为3.9wt%,重均分子量(Mw)为最高,γ晶型含量为47.9wt%,含有成核剂,结晶最为细密;PPR-3的乙烯含量为3.6wt%,长等规聚丙烯链段含量最高,γ晶型含量为14.7wt%,不含成核剂;PPR-4的乙烯含量为4.0wt%,γ晶型含量为16.7wt%,不含成核剂。它们具有相近的力学性能;聚丙烯工艺路线、乙烯含量和成核剂等是造成微观结构差异的关键因素。

金刚石磨粒纳米加工单晶碳化硅非连续表面机理研究

建立金刚石磨料纳米加工单晶碳化硅衬底的分子动力学模型,从矢量位移、切削力、晶体结构相变及缺陷等方面研究划痕对原子去除过程的影响以及划痕壁面的材料去除机理。结果表明:划痕区域原子的去除方法主要是剪切和挤压。划痕入口区壁面变形为弹性和塑性混合变形,划痕出口区壁面变形主要为塑性变形,增加纳米加工深度能够提高原子的去除量。衬底表面存在的划痕使纳米加工过程中的切向和法向切削力均降低,最大差值分别为300和600 nN,划痕区域原子的缺失是切向力下降的主要原因。磨粒的剪切挤压作用使碳化硅原子的晶体结构发生了非晶转化,产生了大量不具有完整晶格的原子,并且衬底表层的原子与临近的原子成键,形成稳定的结构。衬底温度受影响的区域主要集中在磨粒的下方,并向衬底的深处传递,在2、5和8?纳米加工深度下衬底温度之间的差值约为100 K。

热塑性聚酯弹性体TPEE的热性能研究

为了研究热塑性聚酯弹性体(TPEE)的热性能,制备了不同聚四氢吷喃(PTMG)添加量的TPEE样品,采用差示扫描量热仪(DSC)、热失重仪(TG)研究了PTMG添加量对TPEE熔点、熔融热焓、熔融结晶温度、熔融峰型和熔融结晶峰型等热性能参数的影响规律,不同PTMG添加量对TPEE的非等温结晶行为,不同PTMG添加量对TPEE弹性热稳定性的影响。研究表明,随着软段PTMG添加量的增加,TPEE共聚酯的熔点逐渐下降,熔融峰及熔融结晶峰逐渐变宽,TPEE的非等温结晶峰向低温方向移动,且半结晶周期变长,结晶速率下降。通过非等温结晶动力学研究确认了少量PTMG的引入改变了PBT分子链的结晶生长方式,降低了结晶速率常数;但PTMG添加量进一步增加,不会对结晶生长方式产生影响,仅降低结晶速率。TPEE熔点、熔融结晶温度与PTMG添加量成线性关系,且相关性较好。随着PTMG添加量的增加,TPEE的起始分解温度T_(i)相差不大,但其最大降解速率对应的温度T_(max)呈逐步上升趋势,TPEE弹性体的热稳定性逐渐增强。

基于LC-OPA的空间激光通信技术进展

液晶相控阵既可以在空间激光通信技术建立多点间空间激光通信链路,又能代替压电偏摆镜的精瞄方式。阐述液晶相控阵应用趋势;通过对液晶相控阵中液晶分子电致双折射和多缝衍射光束偏转原理,提出替压电偏摆镜配合终端进行瞄准捕获跟踪的方案;以“一对二”空间激光通信终端为例,提出基于液晶相控阵多点间空间激光通信终端方案和链路工作模式,分析方案优势,并进行未来展望。