基于分子动力学模拟技术的生物质油改性沥青微观性能研究

为了进一步验证生物质油改性沥青在沥青路面中应用的可行性,将不同掺量的生物质油掺入沥青中,借助分子动力学技术及宏观试验研究了生物质油对沥青微观技术性能的影响及机理。引入内聚能密度和Hansen溶解度等微观评价指标,以动态模量-内聚能密度关系验证沥青模型的合理性,进而研究包括微观杨氏模量、微观泊松比、微观黏度和溶解度参数在内的微观性能。研究表明,基于甘油三酯(TG)平均分子结构获得的生物质油改性沥青分子模型具有良好的可靠性;在微观尺度下,沥青材料的内聚能密度越大,沥青中各分子之间的黏结也越牢固,宏观上表现出更强的抗剪切变形能力;而掺量逐步增大的生物质油会使沥青模型的杨氏模量和泊松比有所降低,在一定载荷下,生物质油的掺入会使沥青变得更加柔和,其在水平方向的变形也会更小;同样,沥青模型的黏度也会随着生物质油掺量的增加而有所降低。另外,计算了SBS改性剂、生物质油及沥青的Hansen溶解度参数,结果证实了SBS与沥青的储存稳定性差的微观机理在于两者的Hansen溶解度参数相差较大,同时,相比于SBS改性剂,生物质油的Hansen溶解度参数与沥青更为接近。从微观机理上可以推断,生物质油改性沥青的储...     

基于DTW算法的复合改性沥青相容性评价研究

为优化改性沥青的相容性评价方法,首先通过配比设计建立不同的丁苯橡胶/聚丙烯(SBR/PP)复合改性沥青测试样本,根据改性沥青线性粘弹性范围内的松弛及蠕变特性,采用高温频率扫描试验的复数模量构建改性沥青的Cole-Cole曲线,并基于DTW算法优化Cole-Cole曲线评价方法,提出不同复合改性沥青的相对相容性指数(RCI)。结果表明：随着橡塑比的增加,聚合物与沥青的相容性逐渐降低,而相容剂可以促进聚合物在沥青体系中均散,改善其相容特性,其最大提升幅度为19%。同时,通过显微结构可以验证,最小规整距离与测试频率的关系曲线可以判断聚合物相结构在沥青体系中的分布状态,试样A(7∶3)中SBR处于分散状态,试样A(3∶7)中PP可形成一定的连续相结构,也表明RCI指标的合理性,能够作为评价复合改性沥青相容性的指标,该评价方法可为复合材料的相容性研究提供借鉴。     

聚合物共混相容性分子动力学模拟进展

本文简要介绍了分子模拟方法和分子动力学方法.着重从分子动力学模拟角度介绍如何模拟聚合物共混相容性的方法,引入了溶解度参数和Huggins-Flory相互作用参数的概念以及分子动力学模拟的具体方法.文章综述了分子动力学模拟在研究聚合物共混相容性的国内外的现状及应用;并对分子动力学模拟的发展趋势作了展望.     

改性沥青改性剂的应用

影响沥青混凝土路面早期损坏的因素很多,但是随着交通量的增加,汽车荷载的增大,传统意义上的沥青的质量和品质远不能适应这一要求,是值得重视的。为此改性沥青已成为目前必须全新研究的课题,本文从改性剂类型、改性剂选择、改性剂计量的确定三方面对改性沥青改性剂应用进行详细阐述。     

生物质热解与热解油精制

生物质是人类的第四大能源来源,同时也是绿色可再生资源。热解是生物质最重要的热化学转化方式,包括慢速热解和快速热解,后者是目前研究的重点,主要得到生物油产品。本文中介绍了热解原理和原料性质、温度、加热速率、停留时间及矿物质对热解的影响,综述了热解反应器的性能,并重点介绍了循环流化床和自由落下床两种反应器,讨论了热解催化剂和热解油精制方式(包括催化加氢和催化裂解),最后预测了生物质热解研究的发展趋势。     

生物质热解油的性质精制与利用

从元素含量、化学成分、稳定性、粘度、热值等方面详细叙述了热解生物油的性质，介绍了生物油的精制和利用技术，其中对近年来出现的生物油热蒸气直接催化精制、利用表面活性剂改良生物油使其直接用于柴油机等新技术给予了特别关注，对催化剂在生物油精制和利用过程中的影响也作了重点叙述。     

天然生物质材料吸油性能研究

采用小麦秸秆、玉米秸秆、锯末、中药渣作为吸油材料,重点研究了吸附材料粒径、吸附时间以及不同油品对这4种天然生物质材料的吸油性能的影响。同时,研究对比了这4种材料的吸水性能和保油能力。在对原油进行吸附实验时,发现锯末和小麦秸秆在0.25～0.83mm粒径范围内具有较好的吸油性能,吸油量分别为5.79和6.02g/g,其次为玉米秸秆,0.15～0.18mm之间的材料吸油量最大能达到5.02g/g,而中药渣在0.18～0.20mm之间的吸油量仅为2.37g/g。比较4种材料对有机物甲苯及植物油的吸附性能发现,其对原油的吸附效果优于植物油和甲苯。材料均有一定的保油能力,而锯末的保油能力最高,其油水比>11。由于天然生物质材料属固体废物,其吸油后可直接作为燃料使用,可达到以废治废的目的,因此在含油污水处理领域具有较好的开发和应用前景。     

聚乙烯与沥青相互作用的分子动力学机理研究

聚乙烯改性沥青的相互作用研究对开发塑料回收颗粒在路用沥青中的应用具有重要价值。采用分子动力学模拟方法探究聚乙烯与沥青在分子尺度的相互作用,构建沥青组分模型,采用结合能、扩散系数和相对浓度分布探究聚乙烯与沥青的相互作用机制。结果表明,聚乙烯与轻质组分(饱和分和芳香分)的结合能强于重质组分(沥青质和胶质),说明聚乙烯与轻质组分具有更好的相容性。然而,聚乙烯与沥青四组分的结合能都小于460 443.7 J/mol,说明聚乙烯与沥青组分的相容性普遍偏低,这可能是聚乙烯改性沥青存在微观两相分离问题的原因。聚乙烯的加入导致沥青分子的扩散系数降低(最大0.02×10^-8m²·s^-1),这是聚乙烯压缩沥青分子的运动空间所致。此外,浓度分布结果表明,聚乙烯在吸附沥青轻质组分的同时,可破坏沥青原有的胶体体系稳定性。研究结果可为高性能聚乙烯改性沥青材料的开发设计提供理论参考。     

脱油沥青复合改性沥青混合料性能评价研究

利用脱油沥青(DOA)生产道路沥青是行之有效的技术方案。考察了制备方式对DOA/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)复合改性沥青混合料性能的影响,评价了复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及疲劳性能,并分析了其经济性。结果表明,掺入DOA能提高沥青混合料的高温性能,但对混合料的低温抗裂性、疲劳性能和水稳定性有消极影响;DOA改性沥青与SBS复合后,混合料的低温性能、水稳定性及疲劳性能均有所改善,高温性能更为优异。综合考虑混合料的路用性能,确定合理的DOA掺量为20%(质量分数)。DOA/SBS复合改性沥青不但保证了路用性能要求,而且还能有效地降低成本,经济效益显著,可以应用于公路工程。     

铁原子操纵过程的分子动力学模拟研究

采用经典分子动力学模拟方法,研究了金刚石针尖的原子力显微镜(AFM)在提取和放置铁(Fe)晶体体心原子(次表层)的主要过程。分析了所建模型的局限性,提出了使用扫描隧道显微镜(STM)可以实现原子的双向操纵并采用更加精确的从头计算分子动力学方法模拟STM操纵原子的主要机理,同时指出了尚需解决的问题。     

生物质基聚氨酯泡沫的制备及吸油性能

将稻壳、液化剂和催化剂制备生物质液化多元醇,并以此生物质液化多元醇、辛酸亚锡、三乙烯二胺、有机硅匀泡剂、去离子水和多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)等为原料成功制备了生物质基聚氨酯泡沫(BPUF).研究了PAPI用量对BPUF的密度、拉伸强度、吸油性能的影响.结果表明:随着PAPI用量的提高,BPUF的密度减小,拉伸强度提高,BPUF的吸油倍率增加,对于3种不同的油品:苯、甲苯和柴油,柴油最大吸油量最低,苯最大吸油量最高,达到18g/g.     

橡胶粉改性沥青的热稳定性及其复合沥青的研究

通过改变工艺条件、润滑油预处理胶粉以及添加外添加剂等3种方法,探究其对橡胶粉改性沥青相容性及其他性能的影响;在此基础上制备3种橡胶粉复合改性沥青,并对其进行基本性能、红外以及热重测试分析。结果表明：工艺条件的改变以及润滑油预处理胶粉对橡胶粉改性沥青相容性改善效果有限,且会对其他性能造成不利影响;在外添加剂中,疏水性纳米白炭黑、偏苯酸酐对橡胶粉改性沥青的相容性改善效果明显,能够达到改性沥青相容性的技术要求(软化点差小于2.5℃)。从物理性能和微观性能分析3种橡胶粉复合改性沥青可知,与其余两种复合沥青相比,复合沥青P-CRMA/E不仅相容性好,且物理性能较为优越,满足改性沥青的各项技术要求。     

SBS改性沥青在沥青路面上面层的应用

为防止沥青路面早期破坏,通过室内试验,分别对常规沥青、SBS改性沥青的术指标进行测定,对沥青混合料高温抗车辙性能、低温抗裂性能、冻融劈裂强度试验进行了试验分析;试验结果表明,SBS改性沥青混凝土具有优良的路用性能;采用SBS改性沥青进行上面层铺筑,针对改性沥青路面的施工特点,制定科学的施工方案和合理的质量控制可以有效的控制沥青路面早期破坏。     

生物质热解液化装置研制与试验研究

介绍了一种电热式快速流化床生物质热解液化装置的研制，该装置的技术关键是采用两级螺旋进料和大流量喷雾直接冷凝收集生物油。试验结果表明，该装置完全可以用于各种固体生物质的热解液化，而且无论何种生物质都存在最佳热解温度。木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆4种原料在最佳热解条件下的生物油质量产率分别为63%，53%，57%和56%，热值均为17～18MJ/kg。通过试验研究还发现，生物油是一种复杂的含氧有机化合物和水组成的混合物，包含了几乎所有化学类别的有机物；减少原料携带的外在水可有效降低生物油中的水分；储藏时间达半年的生物油仍然可以直接燃烧。     

钛酸酯偶联剂对SBS改性沥青性能的影响

SBS改性沥青具有良好的抗高低温性能,但在高温下储存稳定性差,易产生离析现象.在SBS改性沥青中添加钛酸酯偶联剂可进一步改善其高低温性能,提高其抵抗氧化、高温车辙和低温开裂的能力.通过研究钛酸酯偶联剂对SBS改性沥青性能的影响,获得了二者的最佳配比.偶联剂的加入可导致SBS与沥青之间、偶联剂与SBS之间以及偶联剂与沥青之间发生化学反应,形成网络结构,从而提高SBS与沥青的相容性和SBS改性沥青的稳定性.     

HFC—134a／油的材料相容性研究

本文综合运用目前国际上的制冷剂材料相容性研究方法,试验研究了国产ＨＦＣ１３４ａ及润滑油与ＨＦＣ１３４ａ汽车空调材料的相容性,同时还研究了国产ＨＦＣ１３４ａ及进口润滑油与ＨＦＣ１３４ａ冰箱材料的相容性。结果表明,国产ＨＦＣ１３４ａ／油与目前ＨＦＣ１３４ａ汽车空调材料是相容的,国产ＨＦＣ１３４ａ与现有ＨＦＣ１３４ａ冰箱材料也是相容的。     

丁苯橡胶含量对改性沥青高低温性能影响的研究

以不同含量丁苯橡胶(SBR)改性剂制备改性沥青,采用常规指标评价和动态力学分析(DMA)两种方法,考察SBR含量对改性沥青高低温性能的影响。结果表明:随着SBR改性剂含量的增加,改性沥青的低温延度增大,软化点稍有升高;改性沥青的弹性模量和黏性模量均随着SBR改性剂含量的增加而变大,SBR改性剂含量不宜过高或者过低,含量过低,SBR黏弹性不能充分发挥,含量过高,改性沥青产生相分离,Cole-Cole图可以作为评判改性沥青相容性好坏的重要依据;改性沥青的劲度模量和蠕变率随SBR改性剂含量的增加而变大,低温性能变好。     

基于分子动力学模拟的寒区新型耐久沥青混合料抗滑机理研究

沥青路面在寒区服役过程中,在行车荷载及温度荷载作用下易产生疲劳病害,严重影响路面结构的路用性能,增大行车风险。故研发了基于石墨烯材料的新型耐久沥青混合料,并采用宏观实验与微观模拟验证了石墨烯可有效地提升沥青抗疲劳性能;并模拟沥青路面在低温服役环境下降水或者水汽结冰后的路表状态,采用动态摩擦系数测试仪对正常及结冰状态下的路表抗滑能力进行测试。结果表明：在一定掺量下,石墨烯沥青混合料可以显著地改善正常状态及结冰状态下的沥青混合料的抗疲劳性能与抗滑能力,且随掺量增大,残留抗滑比随之增大。最后,借助扫描电镜和分子动力学模拟方法从微观角度探索了石墨烯对沥青微观性质的影响,提出了微观尺度下的分子柔度指数,阐明了石墨烯提升沥青抗疲劳性能的微观机理,揭示了沥青抗疲劳性能的微观本质;同时,探索了石墨烯改性沥青混合料抗滑能力提升的机理,即石墨烯增大了沥青内部孔隙率,更大的变形能力造成行车过程中的阻滞力增大,从而提高了路面的抗滑性能。     

用DSC法研究混入煤粉的铵油炸药相容性

为了研究混入煤粉的铵油炸药的相容性以及煤粉与铵油炸药之间的相互作用,采用差示扫描量热仪(DSC)研究了铵油炸药、混入煤粉的铵油炸药、硝酸铵和混入煤粉的硝酸铵的热分解特性。用Kissinger方程求解了铵油炸药和混入煤粉的铵油炸药的表观活化能(E_a),考察了煤粉与铵油炸药的化学相容性。研究结果表明:在常压氮气氛围的环境中,铵油炸药和硝酸铵的DSC曲线中的热分解均为吸热峰;当煤粉和硝酸铵混合后,煤粉与硝酸铵会在硝酸铵的热分解温度之前发生化学反应,随着煤粉含量的提高,硝酸铵的热分解逐渐转变为放热峰,说明煤粉能极大地降低硝酸铵的热稳定性;使用DSC法研究混入煤粉的铵油炸药相容性等级为4级,煤粉与铵油炸药的相容性差。