计算材料学在自修复涂层领域的研究进展

自修复防腐涂层是指在遭受环境或外力损伤破坏后,可以自行修复从而仍具备良好防腐性能的一种新型智能材料。自修复涂层的设计方法主要是通过基于实验的树脂链段设计、填料设计和制备工艺调控,获得具有良好修复性能的防腐材料。近年来,计算材料学技术飞速发展,其利用热力学计算和动力学模拟来预测并设计新材料的结构和性能,是连接材料学理论与实验的桥梁。自修复防腐涂层的理论计算研究有利于理解微观层面的自修复行为,指导自修复防腐涂层的制备与性能优化,并大幅度降低成本。综述了计算材料学在自修复防腐涂层领域的研究进展,介绍了目前基于外援型和本征型两种自修复防腐涂层体系研究的多种计算方法,主要包括分子动力学、密度泛函理论计算、蒙特卡罗模拟和有限元分析等。这些计算方法可以从微观和宏观角度对防腐涂层体系进行直观的机理解释和性能预测。动态键所进行的交换反应及自愈过程、微胶囊的破裂及愈合剂的释放过程、缓蚀剂在基底的吸附方式和吸附强度等都能在自修复防腐涂层的理论研究中得以体现。分析了这些计算模拟方法在自修复涂层方面应用的优势与不足,为自修复防腐涂层的开发与应用提供了理论支持。未来将进一步加强计算模拟、实验研究、人工智能、大数据分析和机器学习技术的深度融合,建立涂层自修复性能数据库,更高效地进行材料筛选和设计,从而在自修复涂层的研究和应用中实现突破。

浅析异麦芽酮糖醇在无糖包衣求斯糖中的应用

本文以异麦芽酮糖醇为主要原料、以无糖求斯糖果作为芯料、以异麦芽酮糖醇作为包衣材料,采取无糖包衣工艺,制作出异麦芽酮糖醇无糖包衣求斯糖。在此基础上,本文阐述了异麦芽酮糖醇的特性,分析了影响无糖包衣求斯糖结构稳定的因素,以及相关工艺要点,旨在探索异麦芽酮糖醇无糖包衣求斯糖生产的可操作性。

材料类专业虚拟仿真实验项目建设与应用

虚拟仿真实验项目建设,不仅是材料科学与工程专业自身发展的内在需求,也是工程认证以学生为中心及持续改进的现实需求,更是材料类专业综合性实验教学的迫切需要。在此背景下,该文分析材料类专业建设虚拟仿真实验项目的必要性,以磁控溅射镀膜虚拟仿真实验项目建设为例分析材料类专业虚拟仿真实验项目的建设基本思路和建设,介绍磁控溅射虚拟仿真实验项目的应用效果以及对教学改革的促进作用,为材料类专业其他虚拟仿真实验项目的建设提供借鉴。

硝胺类炸药颗粒表面包覆的研究进展

以包覆材料为主线,对国内外硝胺类炸药(RDX、HMX和CL-20等)的表面包覆研究进行了综述。对多种包覆材料、包覆方法以及包覆机理进行了归纳总结,阐述了表面包覆对硝胺类炸药的分散性、机械感度以及对推进剂和发射药力学性能和燃烧性能的影响。并指出了今后研究工作中应注意的一些问题和研究重点。

TATB原位包覆HMX的研究

为提高TATB对HMX的钝化效果,利用声化学合成方法,在HMX颗粒表面原位生成了TATB,制备了HMX/TATB复合物。并与混合法制备的样品进行了比较。SEM观察表明,原位包覆法TATB对HMX的包覆效果比混合法的包覆效果更好。DSC分析表明,原位包覆法样品中HMX的热分解温度更高。机械感度测试结果表明,在TATB含量相当的情况下,原位包覆法样品具有更低的机械感度,在TATB含量为10%时,撞击感度为24%,摩擦感度为0%。

硝化棉包覆黑索今的新方法

加入一种表面活性剂可以制得稳定的NC RDX包覆球 ,介绍了NC RDX包覆球的工艺方法。与不加表面活性剂的包覆球作了比较 ,分析了表面活性剂的作用机理和包覆球的粒度分布特征。

高品质HMX的包覆降感技术

为进一步降低高品质HMX的感度,采用石蜡(W)、热塑性聚氨酯(TPU)等材料为钝感包覆剂,对高品质HMX(D-HMX)进行了表面包覆。先通过测试接触角、计算表面能验证了W及TPU等材料包覆D-HMX的可行性。用SEM、XPS对包覆效果进行了表征,对包覆前后样品的机械感度进行了测试和对比。结果表明,W及W与TPU的复合可对D-HMX进行完整的包覆,使D-HMX的撞击感度由80%降低16%,而摩擦感度由72%进一步降低到4%,获得钝感复合炸药粒子;W在非水介质Novec7200中对D-HMX的包覆度更高,撞击感度降至0%,降感作用更好。

包覆方法对PBX-RDX撞击感度的影响

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚(DL-400、TMN-450)、2,2.二羟甲基丙酸(DMPA)等为原料合成了水性聚氨酯(WPU)乳液,采用FTIR表征其结构;分别采用乳液聚合和加入10％明矾水溶液破乳的方法包覆了RDX。SEM观察包覆结果表明:破乳方法中,1％WPU乳液包覆RDX效果最好;1％WPU乳液聚合方法包覆效果稍差。测定了各样品的撞击感度,破乳法包覆的H50为82.2 cm,乳液聚合法包覆的H50为59.0 cm。实验证明采用水性聚氨酯破乳方法包覆RDX,能够显著降低RDX的感度,提高H50的值,效果优于乳液聚合法包覆。

全氟十四酸包覆纳米铝粉的制备及点火燃烧性能

在氮气气氛下,采用全氟十四酸(FS)对纳米铝粉(nmAl)进行了表面包覆,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征。用激光点火装置和低压火药燃烧测试装置对表面处理前后纳米铝粉的点火燃烧性能进行了研究。结果表明,全氟十四酸包覆的纳米铝粉(nmAl/FS),其分散性提高,颗粒分布更均匀;全氟十四酸羧基中的两个氧原子与纳米铝粉表面的Al原子以桥接的方式相结合;与未处理的纳米铝粉相比,在激光热流密度较低时,nmAl/FS的点火延迟时间短;在激光点火燃烧过程中,nmAl/FS的燃烧反应较剧烈,火焰亮度高,在低压火药燃烧测试装置中燃烧时,其燃烧火焰更集中,火焰亮度更高,燃烧更充分。

高氯酸铵的包覆降感与应用研究

为降低高氯酸铵(AP)的感度,以石蜡(wax)、热塑性聚氨酯(TPU)等为钝感包覆剂对AP进行了表面包覆。通过接触角、表面能的测试验证了wax及TPU等材料包覆AP的可行性,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对包覆效果进行了表征,并测试和对比了AP包覆前后的机械感度;研究了氧化剂AP与黑索今(RDX)间的耦合作用,探索研究了包覆AP在典型浇注高聚物粘结炸药(PBX)中的应用前景。结果表明,wax可完整包覆AP,使其撞击感度由100%降至4%,摩擦感度由100%降低到24%;用wax包覆AP时,在非水介质Novec 7200中的包覆度比在AP饱和水溶液的好,撞击感度和摩擦感度降至0,降感作用更好。氧化剂AP与RDX间存在相互作用,可通过包覆钝感剂的方法减小或消除彼此之间的耦合作用;将包覆降感AP应用于典型浇注PBX配方(仿AFX-757)后,其摩擦感度由82%降至0%、慢速烤燃试验的爆响温度高出17℃、爆响时间增加14 min,显著提高了配方的安全性能。

水性聚氨酯乳液破乳法包覆钝感ε-HNIW的影响因素

采用水性聚氨酯乳液破乳法包覆了ε-HNIW。通过正交实验L9(34)和单因素实验,对影响包覆效果及产品感度的诸多因素进行了分析,结果表明,影响因素大小顺序为温度、溶剂添加量、破乳剂溶液添加量及搅拌速度,其中温度的选择和溶剂用量直接关系到最终产品的粒度及包覆效果,最佳的工艺条件是破乳温度为45℃,溶剂与聚氨酯质量比为8∶1,破乳剂溶液与聚氨酯质量比为4∶1,搅拌速度为300r.min-1。表面活性剂要在破乳之后添加才能有效控制粒度并防止颗粒间团聚,在破乳前添加会影响破乳结果。在最佳工艺条件下制备的包覆产品为小球型颗粒,表面聚氨酯包覆均匀,特性落高H50比未包覆的ε-HNIW提高了22cm。

纳米二氧化硅在涂料中的应用及其增强木材表面特性的构想

对纳米二氧化硅表面的改性方法及其与涂料作用的结合方式和机理做了详细概述。重点介绍了纳米二氧化硅在各种涂料中的应用现状,根据纳米二氧化硅能有效改善涂料的性能,提出了纳米二氧化硅增强木材表面涂饰特性的设想,最后就纳米二氧化硅涂料应用于木材表面改良展望了其发展前景。

蜜胺甲醛树脂原位聚合法包覆六硝基六氮杂异伍兹烷

通过原位聚合法用蜜胺甲醛树脂包覆六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW）。以三聚氰胺、甲醛为原料，聚乙烯醇为增韧剂，碳酸钠为催化剂，制成预聚物溶液，与ε-HNIW共混滴加氯化铵溶液使预聚物固化成壳包覆HNIW。用FTIR、光学显微镜及机械撞击感度验证了钝感包覆效果。结果表明包覆较好，特性落高风。比原料提高了10.3cm。根据ε-HNIW的晶型热稳定性及蜜胺甲醛树脂的制备方法，讨论了包覆的最佳工艺条件。在蜜胺和甲醛之比是1：2．5，预聚体形成阶段反应pH值为8～9，原位聚合包覆阶段pH值为4～5，反应温度为70℃时可使ε-HNIW得到较好的包覆。

氧杂质致Ti-Si-N薄膜高硬度损失的机理

基于纳米复合Ti-Si-N薄膜硬度对界面相微结构及微尺度变化极为敏感的实验事实,定量表征了薄膜的硬度与氧杂质含量的关系.结果表明,与高纯度薄膜40-55 GPa高硬度比较,1%-1.5%的氧杂质含量导致薄膜的硬度下降到30 GPa左右.根据纳米晶界面原子模型和实验结果,氧杂质与纳米尺度界面交互作用所引发的微尺度缺陷是硬度下降的诱因,晶界面的氧杂质密度是薄膜高硬度损失程度的决定因素,单个纳米晶周围的氧杂质覆盖度达到10个原子以上时,薄膜的硬度只能达到30 GPa.

超临界锅炉管道耐磨涂层的微观组织结构及冲蚀规律

开发两种适用于超临界锅炉管道防磨的含TiAl3(AW1)、Cr3C2(AW2)的复合粉芯丝材,采用超音速电弧喷涂技术制取耐磨涂层,结合光学显微镜、维氏硬度、X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、能谱分析等分析方法对喷涂层的的微观组织结构和高温冲蚀磨损规律进行研究,并与20钢进行对比分析。结果表明:AW1、AW2涂层具有固溶体相和氧化物相相互间隔的叠层结构特点;经800°C1、50 h氧化试验,AW1和AW2涂层的抗氧化性能分别是20钢的10倍和15倍;20钢、AW1和AW2涂层的最大冲蚀率分别出现在15°和45°冲蚀角附近;AW1涂层具有与商用AW2涂层接近的耐高温冲蚀性能,耐冲蚀性能明显优于20钢;当冲蚀角为45°时,AW1和AW2涂层的耐冲蚀性分别是20钢的3.1和3.0倍。

ETPE黏结剂对RDX-Al体系的包覆研究

为了研究以3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)与3-叠氮甲基-3-甲基氧杂环丁烷(AMMO)为基合成的含能热塑性弹性体(ETPE,数均分子量在20000左右)作黏结剂对黑索今(RDX)-铝粉(Al)体系炸药造型粉感度的影响,对ETPE,RDX和Al粉三者的接触角进行了测定,由接触角结果计算出ETPE与RDX和Al粉之间的黏附功和铺展系数,采用扫描电镜分析了三种不同黏结-钝感体系炸药造型粉的形貌,并测试了其相应的机械感度。结果表明,在RDX-Al体系中ETPE能够较好地包覆在RDX颗粒表面,但是随ETPE用量的增加(从2%增加到5%),炸药体系的粘度增大,在撞击作用下容易产生热点,炸药造型粉的撞击感度也从0%增加到40%。因此,采用数均分子量为20000左右的ETPE在压装RDX-Al体系炸药中使用时,应控制ETPE用量不大于配方总量的5%。

热塑性聚氨酯硬段含量对CL-20钝感效果的影响研究

合成了以PET/PEPA为软段的不同硬段含量的热塑性聚氨酯弹性体(TPU),利用凝胶渗透色谱(GPC)、傅立叶变换红外(FTIR)对其进行了表征,并测试了其力学性能。通过水-溶液悬浮法将TPU包覆于六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),对包覆后的CL-20进行了撞击感度、表面能和XPS测试。结果表明,不同硬段含量热塑性弹性体的包覆钝化效果不同,弹性体的力学性能与包覆效果(撞击感度、表面张力)具有一定关系。当硬段含量为50%时,TPU的强度和韧性适中,CL-20被其包覆后,撞击感度明显降低,特性落高达到46.2cm,XPS测试所得包覆度达到68.13%。

纳米Al/RDX混合物的安全性

为提高含纳米Al固体推进剂和PBX炸药的安全性,利用DSC、SEM、机械感度、火焰感度等测试方法,探讨了混合方法、混合比例、包覆改性等因素对纳米Al/RDX混合物安全性能的影响。结果表明,与筛分混合法相比,通过溶液法混合,纳米Al能均匀分散于RDX表面,使纳米Al/RDX的热分解活化能和热爆炸临界温度分别增加8.7%和4.5%,热安定性也提高;随着纳米Al含量的增加,纳米Al/RDX混合物的摩擦感度和撞击感度均减小,而溶液混合法所得样品的撞击感度明显高于筛混法;采用氟橡胶、炭黑B包覆纳米Al后混合物的撞击感度降低到包覆前的18.4%。

溶胶-凝胶法包覆储氢材料MgH_2的性能研究

为解决MgH2型水解敏化储氢乳化炸药的发泡过程难以有效控制及后效问题,提高MgH2的贮存稳定性,采用溶胶-凝胶法用石蜡和硬脂酸对MgH2进行包覆,制备了石蜡和硬脂酸包覆的MgH2。用扫描电镜对包覆膜的微观结构进行表征,并根据猛度实验结果选择石蜡作为最终包覆材料,对石蜡包覆的MgH2进行防水实验和抗氧化EDS测试。利用水下爆炸实验研究了石蜡包覆的MgH2与乳化基质的相容性和贮存稳定性。结果表明,石蜡膜具有优良的防水性能,但其抗氧化性能不佳,石蜡包覆的MgH2复合敏化乳化炸药的贮存性能符合要求。

有机硅耐磨透明涂料的制备条件优化

本文研制一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面增硬用双组分有机硅硬质涂料。以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为主要原料,适当添加γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、流平剂、溶剂异丙醇,作为组分A;在一定量的盐酸水溶液中加入适量的固化剂作为组分B。组分A、B室温下存储期可达6个月。将A、B两组分按一定比例混合,即得耐磨涂料。本文讨论TEOS和MTMS含量、溶剂种类、水含量、HCl含量及各种助剂含量对于涂料性能的影响。最终制得的有机硅涂料固含量约为13%,固化速度快,硬度可达6H,对有机玻璃(PMMA)的附着力可达1级,透光率达94.8%。