基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

PTFE改性超疏水PDMS装饰涂层及表面性能分析

随着高分子化学的发展对建筑装饰材料的性能提出了一定要求。选择碳钢作为测试基材,利用碱性不含氰化物电解浴方式制备有机硅聚合物(PDMS)装饰涂层,对PDMS涂层进行聚四氟乙烯(PTFE)改性处理形成超疏水表面。开展实验测试研究其表面润湿性和耐腐蚀性。研究结果表明:PDMS涂层润湿角从31.6°提高至81.5°,经PTFE修饰处理的试样获得了超疏水性。PDMS涂层形成了2个抑制阳极反应的钝化区,获得了更强的耐蚀能力。PDMS涂层PTFE改性后具备比改性前更强耐蚀能力。该研究有助于提高建筑装饰材料表面使用效率,尤其是便民质量。

建筑装饰用PTFE改性超疏水PDMS涂层性能分析

选择碳钢作为测试基材,利用一种简单、无氟、低成本工艺制得超疏水性聚二甲基硅氧烷PDMS涂层。对PDMS涂层进行聚四氟乙烯PTFE改性处理形成超疏水表面,并通过实验测试的手段对其进行微观组织和自清洁分析。研究结果表明:PDMS涂层经PTFE改性处理后的表面变得更加粗糙,许多微米级颗粒在表面形成了均匀覆盖状态。超疏水涂层形成了PTFE烷基的衍射峰,生成了聚四氟乙烯盐。碳钢超疏水表面具备高效自清洁能力,其分层结构能够保留空气,隔绝了污染物接触,抑制水滴在表面发生扩散。

氧化铝/聚四氟乙烯热化学反应特性及影响因素

为深入了解铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)材料的预点火反应,采用超声混合法制备了Al_(2)O_(3)/PTFE复合材料,对其微观形貌、晶相和特征官能团等进行了表征,分析了材料的热化学反应性能及影响因素。结果表明,Al_(2)O_(3)能延迟PTFE熔化的起始温度;Al_(2)O_(3)和PTFE的粒径越小,Al_(2)O_(3)/PTFE材料越容易发生反应,放热量越大;小粒径的Al_(2)O_(3)能延迟AlF_(3)生成反应的起始温度,提前AlF_(3)晶型转变的起始温度,从而提高反应的集中放热量,Al_(2)O_(3)(50nm)与PTFE(1μm)反应程度最高;α-Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应性能优于γ-Al_(2)O_(3)/PTFE和无定形Al_(2)O_(3)/PTFE;Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应具有典型动力学特征,反应主放热峰的峰值温度随升温速率增大而升高;计算得到Al_(2)O_(3)/PTFE主反应的表观活化能为45.0kJ/mol。

紫外辐照对自润滑关节轴承衬垫磨损性能的影响

PTFE/Kevlar织物材料具有优异自润滑性能,在航空关键部件中广泛应用,但紫外辐照对其影响规律尚不清晰。针对航空器飞行强紫外线暴露的特点,聚焦紫外辐照对航空常用PTFE/Kevlar编织关节轴承衬垫自润滑材料摩擦学性能的影响规律研究。对不同紫外辐照时长的PTFE/Kevlar织物衬垫材料进行往复摩擦试验,并采用多种表征手段对其宏观、微观损伤形貌以及化学状态进行分析。结果表明:PTFE/Kevlar织物衬垫材料的磨损程度随着紫外辐照时间的增加呈现出先降低后升高的趋势,短时辐照(T=100 h和200 h)的磨损最轻微,摩擦损失体积和磨痕最大深度仅为未辐照和长时辐照(T=300 h和500h)的2/3;紫外辐照后,衬垫材料与GCr15轴承钢球之间的磨损行为变化表现为PTFE纤维塑性变形和转移膜形成能力的下降,其主要原因是PTFE纤维结晶度的降低;衬垫材料的磨损机理随辐照时间的延长由疲劳磨损和粘着磨损向磨粒磨损为主转变。研究成果可为PTFE/Kevlar织物衬垫型自润滑材料在紫外辐照后的磨损性能跟踪和研制优化提供参考。

结构复合含能破片对柴油油箱的引燃试验研究

围绕Al/PTFE含能材料及其结构复合含能破片对柴油目标的引燃性问题,分别用动态冲击试验和枪发射试验研究了Al/PTFE、铝热剂及其混合配比材料的冲击反应特性及结构复合含能破片对柴油油箱的引燃性能。结果表明:Al/CuO比Al/PT-FE具有更低的反应激发速率,通过在Al/PTFE中添加Al/CuO能显著降低含能材料的冲击反应阈值。枪发射引燃柴油试验显示,分别以Al/PTFE、Al/PTFE-Al/CuO和Al/PTFE-2Al/CuO作为内部装料时,复合破片对柴油油箱持续引燃的速度阈值分别为1246、1171、1098 m/s。混合配比含能破片具有更高引燃能力的原因在于Al/CuO的加入降低了含能材料的整体发火阈值,同时提升了Al/PTFE的释能效率。

铝锂合金的氧化及燃烧反应特性

为了更好地研究铝锂合金(Al-Li)的反应性能,采用TG-DSC对铝锂合金氧化反应特性及动力学参数进行了分析;使用自制的燃烧实验装置、SEM、XRD等对铝锂合金燃烧过程、燃烧产物组成等进行了分析,并对比不同氧化剂对合金反应特性的影响;分别采用Kissinger法、Ozawa法和Friedman法计算得到合金在空气和氧气环境下反应时的表观活化能。结果表明,铝锂合金氧化分为3个阶段:第一个阶段从开始到800 K左右;第二阶段在800~1100 K左右;第三阶段在温度高于1100 K之后。相比于高氯酸铵(AP),聚四氟乙烯(PTFE)能更好地促进铝锂合金的反应:当Al-Li/PTFE在空气中加热时,剧烈的氧化过程在铝的熔化之后被立即观察到;当Al-Li/PTFE在空气中燃烧时,其具有比Al-Li/AP更大的气相火焰以及更剧烈的燃烧过程,合金中铝的燃烧效率更高,反应更加完全。Kissinger法计算得到合金表观活化能分别是335.9 kJ/mol(空气)和351.3 kJ/mol(氧气);Ozawa法计算得到表观活化能分别是339.9 kJ/mol(空气)和354.6 kJ/mol(氧气);Friedman法计算得到的表观活化能分别为343.1 kJ/mol(空气)和355.4 kJ/mol(氧气)。

基于MT药剂体系的动力型红外诱饵燃烧流场仿真分析

为得到动力型诱饵燃烧产物浓度场和温度场,在分析了MT药剂体系在空气中的燃烧区结构和主要反应基础上,建立了流场与化学反应耦合的二维轴对称模型。通过数值仿真分析了不同组分、环境压力和进气流速对燃烧流的影响。结果表明,MgF2对MT体系光谱的影响显著,Mg含量的增加有助于提高辐射强度,但随着Mg的进一步增加,更多的Mg没有参与反应,不利于改善辐射强度。环境压力对最高温度影响不大,但会影响温度分布和产物浓度。来流速度对核心反应温度和产物浓度影响较小,但会将高温区和产物限定在较小区域,从而影响辐射强度。上述结果可为动力型诱饵的红外辐射特性设计提供参考。

芳纶纱的结构形貌对芳纶/PTFE织物复合材料摩擦学性能的影响

为了研究纱线结构形貌对织物复合材料摩擦学性能的影响,选用对位芳纶纤维,制备成3种具有不同结构形貌的芳纶纱,分别为长丝平行纱、长丝加捻纱和短纤维加捻纱。以相同的制备工艺得到3种芳纶/PTFE织物复合材料,采用多试件摩擦磨损试验机测试复合材料的摩擦学性能,并对芳纶/PTFE混编织物及相应复合材料的结构形貌、力学性能和磨损表面进行分析与探讨。实验结果表明:芳纶纱的结构形貌可直接影响纱线的断裂强度、纱线拔出强力、纱线与树脂的界面结合力,进而影响织物复合材料的摩擦学性能;在不同的磨损条件下3种混编织物的耐磨性表现有所不同,当载荷相对较低时,芳纶短纤维加捻纱/PTFE织物复合材料磨损率更低,而当载荷较高时,芳纶长丝加捻纱/PTFE织物复合材料耐磨性更好。

钨含量对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响

为了探索钨对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响,采用双重球磨混料工艺制备了不同钨含量的氟聚物基含能材料,借助SEM和XRD表征了含能材料燃烧反应前后的微观结构;用氧弹量热仪和同步热分析仪(TG-DSC)分析了含能材料放热反应的释能密度和反应机理,并利用高速热成像相机对含能材料的燃烧特性进行评价。结果表明,随着钨质量分数由0增至30%,氟聚物基含能材料的放热反应释能密度由3690 J/g降至2695 J/g,燃烧速率从40.5 mm/s降至19.6 mm/s;不加钨时,含能材料燃烧火焰的温度最低;随着钨含量增加,火焰温度先显著升高然后缓慢降低;这是由于钨的加入减缓了Al与PTFE放热反应的热量传递,推迟了Al与Fe_(2)O_(3)的放热反应进程。加入钨后生成W_(2)C的反应造成了更多放热反应累积叠加,使氟聚物基含能材料产生更剧烈的燃烧反应过程和更高的火焰温度。

PTFE/Cu材料动态压缩特性

通过冷等静压和冷压烧结制备出六种不同密度的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)/Cu复合材料,并采用霍普金森系统研究了密度和制备方法对PTFE/Cu动态力学性能影响。结果表明,冷压烧结试样在其烧结过程中发生纵向膨胀,导致密度降低,且试样表面生成一层金属膜;冷压烧结试样的动态压缩性能优于冷等静压试样;冷压烧结后的PTFE/Cu材料中PTFE晶体发育更好,对Cu颗粒包裹力更大,界面结合力更高,提升了冷压烧结PTFE/Cu材料的力学性能。

阴极阳极协同电催化降解高硫酸盐废水中活性染料

采用辊压法制备炭黑/聚四氟乙烯(C/PTFE)气体扩散电极,并对其微观结构进行表征。构建以掺硼金刚石(BDD)为阳极,C/PTFE气体扩散电极为阴极的电催化氧化体系,阳极硫酸盐活化技术与阴极原位合成H_(2)O_(2)技术协同处理高硫酸盐废水中的活性艳蓝X-BR。结果表明,制备的C/PTFE电极作阴极时,电催化氧化体系中活性艳蓝X-BR去除效果优于铂(Pt)阴极体系和不锈钢(SS)阴极体系。通过猝灭实验发现,BDD/(C/PTFE)电化学体系中产生的SO_(4)^(·-)和·OH等高活性物质间相互转化,为电化学体系提供了可持续氧化能力,二者对于体系中活性艳蓝X-BR去除贡献度分别为54.51%和25.75%。建立了电化学氧化体系中TOC去除率及单位能耗二次项模型,通过响应曲面法优化降解含活性艳蓝X-BR废水的运行参数。优化条件下(初始pH=5.0,电流密度=120 mA/cm^(2),C_(Na_(2)SO_(4))=0.25 mol/L,C_(活性艳蓝X-BR)=1 000 mg/L),电解120 min,废水TOC去除率为63.86%,体系单位质量TOC能耗为256.02kW·h/kg,继续电解至240 min,可将水中的活性艳蓝X-BR完全矿化,为双电极协同电催化氧化处理高硫酸盐有机废水提供理论支持。

超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷

针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型,对比模拟与试验得到的A扫描时域信号,证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm,厚度0.03~0.40 mm的PTFE夹杂和厚度0.03~0.85 mm的富树脂缺陷,模拟得到超声A扫描信号,分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示,随着缺陷厚度增加,PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势,但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂,其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。

镁/聚四氟乙烯点火药研究进展

镁/聚四氟乙烯(Mg/PTFE)是一种高能点火药,因其能量密度大、燃烧温度高、点火能力强,在含能材料领域具有广阔的应用前景。综述了Mg/PTFE的研究进展,基于Mg/PTFE在点火、燃烧及红外辐射领域的应用,介绍了原料配比、粒径、装药密度、制备工艺、气氛环境等因素对药剂性能的影响,并讨论了药剂的燃烧机理。以药剂的性能提升为导向,详述了在基础配方Mg/PTFE中使用铝镁合金、添加无机非金属等材料对其性能的影响,并指出Mg/PTFE后续研究应该以新型配方探索、制备工艺优化以及燃烧机理的深入研究为主,以期为该药剂进一步发展提供参考。

旋翼轴用Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层的制备与摩擦学性能

针对国内航空传动系统翻修间隔时间短的不足,以硬质颗粒Al_(2)O_(3)和润滑材料PTFE作为微粒,采用电刷镀技术在旋翼轴常用过渡层金属材料T2紫铜片表面,制备Ni−Al_(2)O_(3),Ni−PTFE,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层,采用扫描电镜、显微硬度仪表征分析镀层微观形貌、元素含量分布及硬度;采用自制的销盘式摩擦磨损试验机对镀层试样进行摩擦磨损试验,探究镀层摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:随Al_(2)O_(3)颗粒含量的提高,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层表面微晶单元尺寸减小,硬度提高,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(3∶1)显微硬度最大为236 HV,相比于Ni−PTFE复合镀层提升约66%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层结合了Al_(2)O_(3)和PTFE两者的优势,在具有减摩的同时,还具有良好的耐磨性能,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(1∶1)复合镀层的减摩性能最优,相比于Ni−Al_(2)O_(3)其摩擦系数降低约52%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(3∶1)复合镀层的耐磨性能最优,相比于Ni−PTFE其磨损率降低约85%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层的磨损形式主要是机械磨损,存在轻微的氧化磨损和黏着磨损,复合镀层表面微凸体的塑性变形可为摩擦表面提供润滑膜,其中PTFE是自润滑颗粒,Al_(2)O_(3)颗粒起到支撑与强化的作用,保护镀层免受磨损。

含聚四氟乙烯铝热剂销毁薄壁弹药的试验研究

为了满足在特殊环境和特殊要求下对废弃弹药的销毁工作。根据理论计算和大量相关试验研究合理设计了一种烟火药的配方,最终得到了一种含化学腐蚀性的铝热剂配方。该配方以Al+Fe_(2)O_(3)为主反应体系,CuO为产气剂,并添加少量聚四氟乙烯为粘结剂组成一种新型铝热剂。为了便于使用和操作,将铝热剂装入一种耐高温耐腐蚀的燃烧炬中,组成一种高效的切割装置。该切割装置不仅轻型便携、易于操作,而且无需外界提供能源,通过试验证明用设计的切割装置在装药量200 g时能熔穿10 mm的模拟弹。因此该装置可以广泛地用于特殊环境和特殊要求下对废弃弹药的销毁,极大地提升了废弃弹药销毁的效率和安全性。

Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜形貌与磨损率定量分析

聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料摩擦转移膜对其摩擦学性能有着决定性影响,转移膜形貌与磨损率定量关系对PTFE基复合材料的摩擦学性能优化有重要意义。文章对Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜膜厚与覆盖率进行定量表征并建立两者与磨损率的函数关系。结果表明:转移膜最大厚度和覆盖率均与复合材料磨损率之间有较高的拟合度,最大厚度与覆盖率在转移膜不同形貌时对复合材料磨损率的影响起不同作用;转移膜最大厚度大于0.319μm时,其最大厚度的增加对提高复合材料磨损变化起主导作用;转移膜最大厚度小于0.319μm时,覆盖率的增加对降低复合材料的磨损起主导作用。

浸植物油激光凹坑填充试件表面的摩擦磨损性能

为研究浸植物油激光凹坑填充PI/5%PTFE 45钢表面的摩擦磨损性能,采用激光焊接机在45钢试件表面制备凹坑织构,将PI、PTFE混合粉末填充至凹坑内,选用蓖麻油、大豆油、玉米油浸渍凹坑填充试件,制得浸植物油凹坑填充试件,并进行销盘式摩擦磨损试验,通过观察磨损表面,测量表面磨痕宽度和深度及摩擦系数、磨损量、表面微观形貌表征浸油凹坑填充试件表面的摩擦磨损性能。结果表明:与凹坑填充试件相比,浸植物油凹坑填充试件的摩擦学性能更好;与浸玉米油和浸大豆油凹坑填充试件相比,浸蓖麻油凹坑填充试件表面的磨损量分别降低了94.12%、85.29%,表面磨损最轻微;与大豆油和玉米油相比,蓖麻油的黏度、饱和脂肪酸比例最高,而且蓖麻油酸存在2个极性基团,蓖麻油的上述特点提高了浸蓖麻油试件表面的抗磨和承载能力,因此浸蓖麻油试件表面呈现出较好的摩擦学性能。

密闭空间中复合装药的能量释放特性

为研究密闭空间中复合装药能量的释放特性,设计了一种同轴复合装药,其内层为温压炸药,外层为不同组分的混合燃料,混合燃料主要由铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料或硼基燃料组成,利用密闭爆炸装置开展了复合装药的内爆炸试验,获取了壁面冲击波超压和准静态压力。试验结果表明:相同质量、不同硼基燃料含量的复合装药在密闭空间内爆炸,产生的准静态压力随着硼基燃料含量的增加呈现先升高后降低的趋势,硼基燃料分解产物参与二次反应的最佳体积分数在1.0%左右;对于复合装药,密闭空间中氧气含量有限,当参与二次反应的物质浓度达到一定阈值时,无论是提高点火能量还是提高反应物浓度,准静态压力都无法获得高效提升,能量利用率没有提高。

乳液自组装法制备Al/B/PTFE含能微球及其性能表征

为了探究高活性金属含能微球的制备工艺以及燃烧性能,以Viton为黏结剂,聚四氟乙烯(PTFE)、硼粉(B)和铝粉(Al)为高能组分,采用乳液自组装技术制备了Al/B/PTFE含能微球,并对溶剂的挥发温度、乳化剂的种类、水相和油相的体积比和搅拌速度等工艺进行了优化;采用扫描电子显微镜(SEM)对Al/B/PTFE含能微球形貌进行了表征;采用TG-DSC法分析了Al/B/PTFE含能微球的热分解性能;通过高速摄影和密闭爆发器表征了Al/B/PTFE含能微球的燃烧反应性能。结果表面,水浴温度为25℃、乳化剂为PVA、水油比为80∶30和搅拌速度为700 r/min是Al/B/PTFE含能微球的最佳制备工艺;所制备的Al/B/PTFE含能微球的粒径均匀、球形度高且粒径可控,主要粒径分布范围在约300~900μm;微球的流散性、反应热、燃烧火焰面积和压力输出性能随着粒径的增加,出现先增加后减弱的现象;Al/B/PTFE含能微球的最大反应热,最大火焰面积和最高峰值压力为1097.97 J/g,186.06 cm^(2)和213.3 kPa,分别是物理混合样品的1.77倍、5.16倍和1.37倍。