聚丙烯腈纤维热稳定化过程的光电离质谱研究

利用热解-单光子电离飞行时间质谱(Py-SPI-TOF MS)和热重-质谱(TG-MS)联用仪研究了聚丙烯腈（PAN）原丝在氮气和空气两种气氛下的热稳定化过程。结果表明,PAN原丝在发生热失重之前便已形成部分环化结构,随着温度的升高,PAN原丝在氮气气氛下呈现出2个热分解阶段：第1阶段为线型分子链的断裂以及含氮小分子的脱除,主要生成HCN、NH₃、丙烯腈单体、二聚体以及三聚体等热解产物;第2阶段为环化结构的热裂解,伴随着较多成环化合物和轻质烯烃的产生。而在空气气氛中,氧化作用有利于环化结构的形成和稳定,明显抑制了第2阶段的热分解。此外,较慢的升温速率也有助于环化结构的形成。依据光电离质谱实时在线的研究结果,证明了氧气和温控条件在PAN原丝热稳定化过程中具有关键性作用。     

在线光电离质谱结合GC/MS研究阻燃型聚氨酯的热解

本工作利用热重（TG）、气相色谱-质谱（GC/MS）以及在线光电离质谱法对聚氨酯硬泡（RPUF）和添加了阻燃剂聚磷酸铵（APP）与可膨胀石墨（EG）的RPUF的热解过程进行了研究。热重分析结果显示,3种材料的热降解过程均可分为两个阶段。GC/MS对3种材料热解产物的检测结果表明,APP的加入促使大量含氮多环芳烃生成,这些多环芳烃加速了高温下RPUF表面焦炭层的形成,有助于提高阻燃效果;而EG对于RPUF热解产物没有明显影响,说明EG是一种典型的物理膨胀型阻燃剂。在线光电离质谱的实验结果进一步验证了上述结论,并得出RPUF、RPUF/APP、RPUF/EG热解过程的两个阶段分别来自聚氨酯的初始热分解以及初始热解产物的二次分解。     

PAN基碳纤维改性的研究进展

通过对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的改性研究,制备具有优异性能的碳纤维,已经成为碳纤维领域研究的热点。本文从PAN基碳纤维的制备工艺入手,着重综述了PAN基碳纤维的纺丝溶液改性和原丝改性的国内外研究现状,认为共聚改性与共混改性是纺丝溶液改性的主要手段,原丝改性则以化学改性为主,其大大提高了PAN基碳纤维的力学性能。最后对今后PAN基碳纤维的改性研究进行了展望。     

柴油机SCR系统脲基产物热解动力学试验研究

为了从化学反应路径上寻求减少柴油机SCR系统中脲基产物生成的方法,利用量子化学方法结合热重分析法Thermogravimetric Analysis(TGA)对脲基产物进了热解特性研究。量子化学方法表明,尿素存在2种转化为缩二脲的反应路径。热重曲线表明,尿素、缩二脲的热解试验过程均包含3个阶段,认为第一阶段为二者的单一组分热解阶段并包括组分升华过程,后二个阶段包含复杂反应。采用了Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法分析各产物的TG曲线,获取各产物在热解阶段的表观活化能,计算结果表明,FWO法获取的尿素热解反应表观活化能与Brack机理的相符,并获取了缩二脲的升华焓。量子化学方法构建的脲基产物热解机理与活化自由能计算值准确解释了脲基产物的热解特性,从而为柴油机SCR的控制策略提供降低脲基产物生成的方案。     

热裂解-在线真空紫外光电离质谱法研究固体物热裂解

为了实时、在线研究一些固体物质的热裂解产物,自行搭建了一套热裂解-在线真空紫外光电离质谱装置。利用真空紫外灯作为电离源,并结合垂直引入飞行时间质谱,初步研究了聚丙烯在400~600 ℃和卷烟烟丝在400~700 ℃热解时释放的气相产物。本实验不仅在线获得了一系列热解气相产物的光电离质谱图,还了解了各产物,如丙烯（m/z 42）、戊二烯（m/z 68）等在不同温度下随时间的变化曲线,从而获知热解反应的动态变化过程。结果表明,真空紫外光电离质谱法是研究固体物热裂解的重要手段,可以为研究热解动态变化和产物形成机理提供重要信息。     

热分析在偏钒酸铵热分解机构研究中的应用

本文应用TG-DSC-MS联用技术和XRD研究Ar气条件下偏钒酸铵热分解过程和动力学。热分解过程包括4个反应，气相产物是NH3和H20，最终固相产物是V2O5。生成V2O5反应受形核长大控速，动力学方程为-In（1-α）=kt，表观活化能和表观速率常数分别为460kJ／mol和0．0344s^-1。     

裂解气相色谱-质谱法研究增塑剂邻苯二甲酸二丁酯的热降解

探讨了无氧条件,温度范围在500～750 ℃内邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的热裂解行为,利用GC/MS定性测定其裂解产物,讨论部分产物与裂解温度之间的关系。实验结果表明：低于650 ℃时,邻苯二甲酸二丁酯的裂解产物主要为2-丁烯、1-丁醇、邻苯二甲酸酐和苯甲酸丁酯,并且随温度的升高裂解产物变得复杂;温度升高到700 ℃,邻苯二甲酸酐、苯甲酸丁酯进一步裂解成为分子质量更小的自由基,并发生稠环化反应,形成更稳定的菲、蒽等芳香族多环化合物。根据分析实验提供的裂解产物信息,增塑剂DBP在高温下裂解会产生多环芳烃污染物,而这些特性将为塑料热解再生利用过程中的环境保护提供一定的依据。     

真空紫外光电离质谱研究稻壳和稻秆的热解

利用同步辐射真空紫外光电离质谱（SVUV PIMS）对稻壳和稻秆的热解过程进行了研究。通过改变光子能量,获得了随光子能量变化的质谱图,并鉴定了热解过程的主要产物。本工作测量了不同热解温度下的产物质谱图,并结合热重分析,对两种样品热解产物与温度的关系进行对比研究。稻壳与稻秆的热重曲线非常相近,但二者的产物质谱图却差异明显,主要表现在m/z 114和m/z 96等几种半纤维素产物丰度随温度变化的趋势不同。本工作还测量了若干特征产物随时间变化的谱图,结果表明,半纤维素在低温下就开始出现,且生成速度较快,而大部分的木质素分解速度较慢,温度区间也相对较宽,其分解伴随着整个热解过程。     

在线热解-光电离质谱法研究Li2CO3对松木热解的影响

利用热重分析结合在线热解-光电离质谱法研究了Li₂CO₃对松木催化热解过程的影响。热重分析结果表明,Li₂CO₃的掺入能够使松木热解向低温区移动,且不会显著增加焦炭的产量。在线热解-光电离质谱研究结果表明,松木的3种组分,纤维素、半纤维素和木质素,对催化剂Li₂CO₃的响应不同：纤维素和半纤维素主要热解产物产量有下降趋势,而木质素主要热解产物产量却明显上升;松木主要热解产物的最大生成速率时间和温度都有不同程度的减小。本实验结果表明,热解产物对催化剂的不同响应与它们自身结构有密切关系,在松木热解过程中,Li⁺能降低含氧热解产物的C-O键能从而促进裂解。     

ASA改性树脂的机械物理和应用

ASA是一种由丙烯腈（aCrY10nitile）、苯乙烯（stYrene）、丙烯酸橡胶（acrYlate）组成的于上世纪70年代研制成功的三元聚合物，属于抗冲改性san树脂。     

麻浆卷烟纸热裂解行为研究

采用热失重(TG)和裂解气相色谱-质谱法(PyGC/MS)研究麻浆卷烟纸的热裂解行为,在氦气中,将麻浆卷烟纸分别在400、500、600、700、800和900 ℃下进行热裂解,并分别用两种色谱柱（PE Elites 5MS毛细管色谱柱和PE-Elites Wax毛细管色谱柱）对其裂解产物进行定性和半定量分析。结果发现,用两种色谱柱分析麻浆卷烟纸裂解产物,共检测出包括烯类、酮类、酸类、苯及其衍生物以及一些稠环芳烃等202种成分;随着裂解温度的增加,烯酮类的含量下降,而苯及其衍生物和稠环芳烃的含量逐渐增加。两种色谱柱分析出63种共同组分,5MS色谱柱分析出46种Wax色谱柱未分析出的裂解产物,Wax色谱柱则分析出93种5MS色谱柱未分析出的裂解产物,这主要是由于两种色谱柱的固定相类型和性质不同所导致的。     

Performance of plastic gear made of carbon fiber reinforced poly-ether-ether-ketone: Part 2

Five kinds of PEEK/CF composites, made by blending poly-ether-ether-ketone (PEEK) with three kinds of PAN type carbon fibers (CFs) and two kinds of pitch type CFs respectively, were injection-molded into gears. Their gear performance such as the load capability and the wear of tooth were evaluated. The wear properties of PEEK/CF gears extremely varied depending on the kinds of CFs, when the same type gears were combined and grease was initially applied. Also, the load capabilities were significantly influenced by the affinity between PEEK and CF. A composite gear reinforced with CF of the highest density indicated the highest load capability irrespective of the test conditions, due to the lowest abrasive property of the CF as well as the excellent affinity between PEEK and CF. Its load capability under a high temperature running condition was found to be superior to that of polyamideimide (PAI) composite gear or polyphenylenesulphide (PPS) composite gear.     

STA-FT-IR-GC/MS联用技术在烟草热解过程研究中的应用

将同步热分析、傅立叶红外光谱和气相色谱-质谱组成联用检测系统,对样品在氮气和氮氧混合气氛中的热解产物经傅立叶红外光谱,并对不同温度点的主要热解产物GC-MS进行同步分析。该方法能够对样品进行在线分析和热解产物的分析研究,联用技术减少样品前处理过程中的浓缩和转移,减少了分析结果的人为因素,使分析结果的准确性、精密度大大提高。     

光电离质谱技术在线监测不同部位烟草裂解产物

为了实时、在线研究烟草原料烟丝的热裂解产物,本工作搭建了一套热裂解光电离质谱装置。利用真空紫外光电离飞行时间质谱装置研究烤烟烟丝不同部位(上-B2F、中-C3F和下-X2F)分别在300、400、500、600和700℃热裂解时的产物,在线获得3个部位烟丝一系列热解产物的光电离质谱图,比较不同裂解温度下热解产物的变化规律。实验进一步分析了500℃下热解产物,如乙烯胺(m/z 43)、异戊二烯(m/z 68)和二甲基呋喃(m/z 96)等信号强度随时间的动态变化曲线,掌握裂解反应的动态变化过程。通过主成分分析(PCA)法对裂解产物质谱图进行统计分析,得到不同部位烟丝化学成分的差异。其中,m/z 58、96、110组分为下部烟(X2F)热解的标志性产物,m/z 43、126组分为中部烟(C3F)的代表性产物,上部烟(B2F)的主要代表性产物为m/z 84组分。结果表明,光电离质谱技术是一种研究烟草热解产物动态变化的重要手段,可通过评估裂解产物中主要成分及相对含量快速区分不同部位烟草样品。     

快速成形中PAN基碳纤维/HA力学性能模拟研究

在人工骨支架增材制造过程中,为了制造出具有不同力学性能的人造骨支架适合不同病患,提出利用分子动力学(Molecular dynamics,MD)模拟方法,研究所用基体复合材料(聚丙烯腈(Poly acrylonitrile,PAN)基碳纤维和羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA))表面之间的相互作用及力学性能。分别在原子模拟凝聚相优化分子势能力场(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies,COMPASS)和通用力场(Universal force field,UFF)下,对比计算HA和PAN基碳纤维/HA的力学性能,并比较其弹性模量和泊松比,证明羟基磷灰石是一种各向异性材料,并给出羟基磷灰石中添加PAN基碳纤维可以有效改善其力学性能。针对沿不同剪切方向上的PAN基碳纤维/羟基磷灰石进行动力学计算,表明在不同的力场下,羟基磷灰石均是在沿(110)剪切面上与聚丙烯腈纤维产生的结合能值较大。结合径向分布函数分析,揭示了PAN/HA复合材料主要是通过PAN中的N原子与HA表面发生强作用,从而提高PAN/HA基体力学性能。     

CF/PEEK复合材料自阻电热原位膜混合加热固化方法

碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高,且可循环使用,但PEEK树脂熔融温度高(>340 ℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融烧蚀工艺温度窗口小,零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料自阻电热原位膜混合加热固化方法,结合有限元仿真,引入组合原位膜自适应地辅助加热制件。有限元仿真和实验研究结果证明了该方法的有效性：加热过程中相较纯自阻电热加热方法,制件温度均匀性提高了75%,结晶度提高了16.2%,实现了CF/PEEK树脂基复合材料的高效、均匀加热固化。     

HTPB/镁铝合金含量对含硼富燃推进剂压强指数影响

通过推进剂的燃速、热重(TG-DTG)分析和高压差示扫描(DSC)分析手段研究了端羟基聚丁二烯(HTPB)/镁铝合金(MA)含量变化对含硼推进剂压强指数的影响。采用燃速u与压强P的关系u=apn,求出该推进剂的压强指数n(压强范围0.5 MPa~1.5 MPa)。燃速测试实验结果表明,当HTPB/MA含量为27.3%/3%时,压强指数为0.280,而当HTPB/MA含量为20.3%/10%时,压强指数升高到0.420。通过推进剂的TG-DTG和DSC热分析可知,含硼推进剂中HTPB含量较低、MA含量较高时,推进剂失重较快,且推进剂的热分解受到压强的影响显著增强,特别是氧化剂高氯酸铵(AP)的低温分解受压强影响非常显著,因而燃速较高,压强指数也高。