高温下季戊四醇结构和导热率的分子动力学研究

针对季戊四醇材料在储存和使用方面存在的优势,本文以季戊四醇为研究对象,采用Materials Studio软件,通过分子动力学模拟手段,对季戊四醇进行建模和结构优化,研究了不同温度对季戊四醇分子结构和导热率的影响,分析了分子键长键角随温度变化的趋势。研究结果表明,温度对C—C键长影响最大,对C—O—H键角影响最大,固-固相变发生时,C—O键长和O—C—H键角发生急剧变化,说明温度对季戊四醇分子部分键长键角的变化具有一定影响,特别是固-固相变温度附近变化幅度更加明显;当温度在430～480K时,季戊四醇导热率在0.67 W/(m·K)左右,说明导热率在模拟温度范围内,随温度升高而增大,固-固相变对导热率的变化影响不大。该研究对季戊四醇作为储能材料在实际应用中具有参考意义。     

废弃电路板破碎中热解气体的研究

为了有效解决废弃印刷电路板在破碎过程中的二次污染问题,应用热重-红外（TG-FTIR）分析系统测定了电路板热解行为以及相应的气体产物.分析了线路板在冲击破碎过程中有害气体的迁移规律和产生机理.研究表明印刷电路板破碎过程中受冲击作用的局部区域,温度急剧升高,可达到250℃以上,发生了复杂的热解反应.印刷电路板热解过程中,非溴化树脂发生O-CH2,C-C,C-N键断裂,生成苯酚和芳香/脂肪醚;环氧树脂溴化部分热解发生C-Br,C-C,N-CH2,O-CH2键的断裂,产生1,2溴苯酚.     

用于硫化橡胶脱硫过程能量分析之模型构建

双螺杆脱硫作为一种废旧橡胶脱硫的新方法、新技术,正引起越来越多的学者的关注。该脱硫方法属于一种热力双重作用脱硫方法,脱硫效果与温度和剪切力的选择密不可分。温度和剪切力提供了含硫键断裂所需的外部能量,所以含硫键断裂前后的系统能量变化问题是一个重要课题,而模型的建构则是最为关键的第一步。为此,构建了分别含2条链的天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）以及8条链NR、SBR周期模型,其中主链与主链之间分别通过单硫、双硫、三硫键相连接（交联）。采用COMPASS力场,利用分子动力学方法,在一定的模拟条件下,对交联键断裂及未断裂系统进行了分子动力学模拟。根据分子动力学得出的能量数据,计算出交联键断裂前后的能量差。结果表明,2条链的NR模型获得的能量差数据存在较好的定性关系,在增加模拟时间和对模型通过周期性排列改善后,能量差数据更为合理。而对于2条链SBR模型和8条链SBR周期模型,由于非键能作用影响超过了断裂的键能,断裂能量数据不太稳定（出现负值且二硫键相关能量数据波动较大）,说明这两种模型不太适合本课题研究。相对而言,8条链NR周期模型中平均单个键的能量差数据波动幅度不大,断裂能量差偏差较小,结果非常理想;而且,能量差大小与键能理论值顺序完全一致,说明8条链NR周期模型非常适合于研究硫化橡胶含硫键的断裂能量差。     

合金元素Cu对α-Al2O3体结构拉伸强度和断裂性能影响的第一性原理研究

随着粉末冶金技术的发展,金属粉末被广泛用于金属-氧化铝基陶瓷复合材料的制备,具有提高烧结活性、增强增韧的作用。为了从原子尺度研究金属元素对氧化铝陶瓷结构的力学性能影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算手段,建立合金元素Cu替代α-Al2O3中Al3+的掺杂晶胞模型与纯净α-Al2O3晶胞模型,通过第一性原理计算模拟拉伸试验方法（FPCTT）研究了二者的拉伸变形过程与断裂机制,该方法能够模拟晶胞沿单轴方向的理想拉伸变形过程。借助电荷密度分布图及差分图,Mulliken电荷布居分析等方法,从原子构型与电子结构方面研究了合金元素Cu对陶瓷材料α-Al2O3的影响作用与机理。研究发现：纯净α-Al2O3晶胞在应变为0.18时达到理论拉伸强度（55.51GPa）,并且伴随着Al原子向邻近的O原子层弛豫,具有明显的屈服效应。在合金元素掺杂模型中,由于Cu与O较弱的键合作用,变形过程伴随着Cu-O键的衰弱断裂,杂质体系在应变为0.12时发生断裂,拉伸强度为40.33GPa,其断裂方式为脆性断裂。结果表明：纯净的α-Al2O3结构单向拉伸变形过程伴随着较弱Al-O键的断裂且Al原子向O原子层弛豫,而合金元素Cu的进入基体结构后形成了键能更弱的Cu-O键,并在单向拉伸变形过程中率先断裂,导致体结构的断裂。说明合金元素Cu以原子替代方式进入α-Al2O3体结构中弱化了体结构的粘附性能,导致整体结构拉伸强度的降低。     

合金元素Cu对α-Al_2O_3体结构拉伸强度和断裂性能影响的第一性原理研究

随着粉末冶金技术的发展,金属粉末被广泛用于金属-氧化铝基陶瓷复合材料的制备,具有提高烧结活性、增强增韧的作用。为了从原子尺度研究金属元素对氧化铝陶瓷结构的力学性能影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算手段,建立合金元素Cu替代α-Al_2O_3中Al~(3+)的掺杂晶胞模型与纯净α-Al_2O_3晶胞模型,通过第一性原理计算模拟拉伸试验方法(FPCTT)研究二者的拉伸变形过程与断裂机制,该方法能够模拟晶胞沿单轴方向的理想拉伸变形过程。借助电荷密度分布图及差分图、Mulliken电荷布居分析等方法,从原子构型与电子结构方面研究合金元素Cu对陶瓷材料α-Al_2O_3的影响作用与机理。研究发现:纯净α-Al_2O_3晶胞在应变为0.18时达到理论拉伸强度(55.51 GPa),并且伴随着Al原子向邻近的O原子层弛豫,具有明显的屈服效应。在合金元素掺杂模型中,由于Cu与O较弱的键合作用,变形过程伴随着Cu—O键的衰弱断裂,杂质体系在应变为0.12时发生断裂,拉伸强度为40.33 GPa,其断裂方式为脆性断裂。结果表明:纯净的α-Al_2O_3结构单向拉伸变形过程伴随着较弱Al—O键的断裂且Al原子向O原子层弛豫,合金元素Cu进入基体结构后形成了键能更弱的Cu—O键,并在单向拉伸变形过程中率先断裂,导致体结构的断裂。说明合金元素Cu以原子替代方式进入α-Al_2O_3体结构中弱化了体结构的粘附性能,导致整体结构拉伸强度的降低。     

基于预插粘性界面单元的全级配混凝土梁弯拉破坏模拟

为确定预插粘性界面单元法模拟全级配混凝土梁在弯拉荷载作用下断裂破坏过程的有效性和适用性,基于粘结裂缝模型的基本原理,在混凝土梁的中心区域采用Monte—Carlo法生成随机骨料模型,通过自编程序实现了砂浆单元间和界面处粘性界面单元的预插,对全级配细观混凝土梁的弯拉断裂破坏过程进行数值模拟,模拟结果与相关文献结果吻合良好。研究结果表明：预插粘性界面单元法能够有效地模拟细观混凝土材料的弯拉断裂破坏过程和宏观力学特性。     

橡胶混凝土断裂性能试验研究

开展了橡胶混凝土三点弯曲梁断裂试验,获得了不同试件尺寸和橡胶掺量下的裂缝断裂全过程曲线,对橡胶混凝土断裂能G_F及裂缝扩展K-R阻力曲线进行研究。基于数字图像相关方法,获得了橡胶混凝土试件垂直于裂缝扩展方向的全场位移和应变信息,对裂缝扩展的损伤断裂演化过程进行研究。结果表明：随试件尺寸增加和橡胶掺量提高,断裂能均呈现出上升趋势;K-R阻力曲线随试件尺寸变化表现出明显尺寸效应,橡胶掺量在0%~14%设计范围内时,K-R阻力曲线与橡胶掺量无关。     

基于离散虚内键(DVIB)的岩石粘弹性模拟初探

为了将离散虚内键模型(DVIB)推广至粘弹性材料,在DVIB中引入粘性键并与原超弹性键并联来反映材料的粘弹性机理。应用该方法对岩石粘弹性力学行为模拟进行了初探。结果表明该方法能够再现岩石蠕变三阶段特征、弹性后效、强度率相关及蠕变断裂基本过程。进一步研究表明,粘性对动态裂纹扩展和分叉具有很大的影响,延缓了裂纹扩展,削弱了裂纹分叉行为,为岩石粘弹性力学行为的模拟提供了一种新的可行方法。     

PMMA表面与深度吸收热解过程数值模拟

通过建立一维热解模型,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在外界辐射热流密度条件下的热解过程进行数值模型的构建,研究表面吸收和深度吸收这两种文献中用的较多且相对极端的吸收方式对材料热解过程的影响.该数学模型对锥型量热仪氮气气氛下材料热解实验过程进行模拟,包括质量损失速率、材料内部温度分布、表面和背面温度.通过与已经发表的相应实验数据对比,对模型的可靠性进行验证.结果表明,不同的吸收模式对热解细节有较大的影响,如材料内部温度分布、表面温度和热解开始时间等.在预测实验尺寸条件下的热解过程时,两种吸收模式的模拟结果均在可接受范围之内.     

固定床内稻壳热解的能和分析

为研究稻壳热解过程的热化学转化的能和关系,设计并建立了下吸式固定床稻壳热解反应系统,介绍了实验系统的设计方案以及热解反应系统的工作原理。通过实验测得稻壳热解反应中各产物的产量,利用能和的分析方法对稻壳热解产物进行了分析,得到不同热解温度下各热解产物的能和关系。结果表明:各成分热解气在500-700℃能值和值的贡献为CH4COH_2CO_2。在700~800℃过程中各成分能值和值的贡献为COCH_4H_2CO_2;为研发经济高效的热解反应器提供参考。     

城市污泥热解过程中重金属的形态转化模拟研究

利用重金属Cd,Cu,Zn和Pb的碳酸盐、可溶性盐（如硫酸盐、硝酸盐、氯化盐）或硫化物作为污泥中重金属的模拟化合物,在不同条件下对模拟化合物进行热解.通过对热解产物进行X-射线衍射分析,确定产物的组成,从而推断污泥热解时重金属的形态变化过程.结果表明：Cd的碳酸盐热解过程中向更加稳定的CdS发生转变;Cu的碳酸盐和硫化物生成Cu2S;Zn的离子交换态和Pb的碳酸盐与离子交换态热解之后均生成相应的氧化物和硫化物.     

橡胶/塑料混合物热裂解制油的实验研究

针对生活垃圾中的合成聚合物给自然环境造成的严重污染,本文以汽车外胎橡胶和收集的塑料垃圾为研究对象,采用SDTA851型TGA热重分析仪,将橡胶和塑料以不同比例掺混在热重分析仪中进行热解实验,得到热解特性和动力学参数的变化规律,橡胶和塑料混合物的热解转化分布在2个温度段,第1阶段为主要热解过程,热解率占总热解失重率的85%左右,掺混比例对热解温度范围的影响不明显,但对热解速率有明显的影响;同时依据热重分析所确定的500℃最佳热解终温,在固定床上进行热解制油的验证性实验,并对热解产物液态油和固体残余物进行收集称量,计算得到液体和固体两相比例,对所得液态油进行水分和发热量测试分析,分析结果表明,得油率约为38%,油发热量为35MJ/kg,说明混合燃料中橡胶比例越大,得油率越高。该研究为橡胶和塑料垃圾的热解提供理论依据。     

竹浆纤维ATRP表面改性方法的研究

以硫酸盐漂白竹浆纤维为原料,2-溴异丁酰溴酰化竹浆纤维,通过对不同反应温度和不同打浆度竹浆纤维制备的大分子引发剂比较分析,确定了最佳的大分子引发剂制备方案。应用原子转移自由基聚合(ATRP)和电子活化再生原子转移自由基聚合(AGETATRP)两种方法对竹浆纤维进行了表面接枝改性,通过对接枝后产物的比较,发现采用AGETATRP法对竹浆纤维进行改性具有较好的效果。最后通过研究AGETATRP反应的单体的浓度、催化剂的含量、反应的时间以及温度对改性后产物产量的影响,确定了最佳的改性条件。     

非碳化聚合物两种热流吸收模式热解机理

在之前建立的一维热解模型基础上,对抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)这两种非碳化聚合物材料在外界辐射热流条件下的热解过程进行数值模拟,研究表面吸收和深度吸收这两种文献中用的较多且相对极端的吸收方式对材料热解过程的影响.模拟锥型量热仪氮气气氛下这两种材料的热解过程,模拟和实验对比参数包括质量损失速率、材料内部温度分布、表面和背面温度.结果表明,不同热流吸收模式对HIPS和ABS热解过程的影响机制与之前PMMA的结论类似,即该模型可以用于非碳化聚合物材料在外界恒定热流惰性气氛下热解过程的模拟.     

开炼机再生废丁基橡胶及再生胶性能

以废旧丁基内胎橡胶为研究对象,利用开炼机进行再生,通过调整机械力大小及再生助剂的配合改变再生胶的再生程度。结果表明:力化学再生废丁基橡胶,随薄通次数增加,再生胶门尼黏度降低,再生胶硫化胶的机械性能提高;活化剂可加速橡胶再生,削弱机械力对再生过程的影响;软化剂与活化剂具有协同作用,削弱橡胶分子链间的相互作用,此时,在外力作用下,交联键及大分子主链更容易断裂,硫化胶强度下降。     

液体水的分子动力学模拟

采用ＳＰＣ水模型在２５℃下对水进行了正则系统的分子动力学模拟,考察了液态水的平衡、结构和扩散性质。计算了水的原子对径向分布函数、配位数并同Ｘ射线衍射实验值作了对比,模拟结果与实验值吻合良好。氢键分析表明每个水分子键配位数约为３．６６,氢键键角为１６５°,扩散性质的模拟与实验值的吻合也基本良好。模拟表明ＳＰＣ水模型是一个形式简单又能反映体系本质的位能,本文工作为今后更复杂水溶液体系的模拟打下了良好的     

丁苯橡胶热解过程的分子动力学研究

为研究丁苯橡胶热解过程的微观变化及升温速率、苯的质量分数对热解过程的影响,本文基于ReaxFF力场,建立了周期性边界条件,在正则系综下,运用Materials Studio软件对聚合度为21的丁苯橡胶模型的热解过程进行分子动力学模拟。模拟结果表明,丁苯橡胶的热解过程分为初步热解阶段和快速热解阶段两个阶段,快速热解阶段是主要的热解阶段。升温速率越大,热解的起始温度越高,且升高相同温度的热解程度越低,苯质量分数越高,丁苯橡胶的起始热解温度越高。该研究的模拟结果与之前的实验基本符合,证实了分子动力学模拟在丁苯橡胶热解研究上的可行性。     

废电线热解过程产物分析

模拟研究了废电脑电线热解特性和热处理产物.结果表明,废电脑电线热解过程出现3个剧烈失重阶段,第l剧烈失重阶段主要是聚合物分解,第2剧烈失重阶段主要是增塑剂分解,阻燃剂分解持续整个实验过程.废电脑电线热解产物既有6～16个c原子的油状有机物,也有烃类小分子有机化合物、有机氯化物和HCI.热解产物中有多种毒害物质,必须加以控制.     

PEK-C膜热解交联过程反应机理

为了研究PEK-C膜热解交联过程的反应机理,通过制备PEK-C膜进行热解交联实验来确定该过程的分子结构变化,并以此为基础构建模型并对PEK-C热解交联过程进行分子模拟,通过拟合实验与分子模拟结果来探究反应截断半径、反应温度与交联度间的变化规律.结果表明:交联温度介于643～748 K之间且交联度随温度的升高而增加;截断半径为0. 3～0. 6 nm且交联度随截断半径的增加而增加;交联反应截断半径随反应温度的增加而增加且二者呈线性关系,热解交联过程最适反应温度为658～743 K.     

SiC/SiC复合材料的制备及力学性能研究

采用低压化学气相渗透（LPCVI）工艺制备了具有不同热解碳界面层厚度的SiC/SiC复合材料,对热解碳沉积工艺以及复合材料的力学性能进行了研究.结果表明：沉积温度、系统总压、PN2/PC3H6均会使沉积热解碳的形貌发生改变;随热解碳界面厚度增加,复合材料的韧性提高,弯曲强度先增大后减小.