基于灰熵分析法研究沥青-集料的黏附性能

基于表面自由能理论,利用接触角测量仪测定不同沥青、集料与已知试剂的接触角,通过相关公式计算并对比不同沥青-集料系统的黏附功和剥落功,研究不同因素对沥青-集料系统黏附性能的影响;对各影响因素进行灰关联熵分析,以确定各因素对沥青-集料系统黏附性能的影响程度。结果表明:不同沥青-集料系统具有不同的黏附功和剥落功,即具有不同的水稳定性;原材料中,沥青黏度越大,与集料的黏附性越好;而集料则表现为pH值越大,与沥青黏附性越好。外界环境影响因素中,除冰盐浓度越大、冻融循环次数越多、老化越严重,沥青-集料的黏附性越差。灰关联熵分析结果表明,影响沥青与集料黏附性的因素中,按其影响程度强弱从大到小排序为集料种类沥青种类盐浓度冻融循环次数老化水平。因此,在道路工程中不仅要合理进行配合比设计以严格控制空隙率,还应选择黏度较大的沥青和pH值较大的集料,此外应严格控制除冰盐的用量。     

基于表面理论的温拌SBS改性沥青-集料体系的粘附性

采用躺滴法检测了掺加1.5%、3%的Sasobit和0.5%、1%的Evotherm 3G制备得到的温拌SBS改性沥青与蒸馏水、甘油和甲酰胺3种液体的接触角;基于表面自由能理论,对比了温拌SBS改性沥青在无水条件下的表面自由能和粘聚功以及在有水条件下的剥落功;同时,考察了温拌SBS改性沥青和石灰岩质集料的粘附功和配伍率。结果表明:采用躺滴法可以准确检测温拌SBS改性沥青与常用检测液体的接触角;以粘聚功、粘附功、剥落功、配伍率作为评价指标可用于表征温拌SBS改性沥青-集料体系的粘附性;温拌SBS改性沥青的表面自由能及其分量、粘聚功、配伍率随着Sasobit掺量的增大而减小,但随着Evotherm温拌剂掺量的增加而增大;水的参与降低了温拌剂对SBS改性沥青-集料体系粘附性影响的差异;Evotherm温拌剂有助于改善温拌SBS改性沥青的水敏感性,Sasobit温拌剂增加了温拌SBS改性沥青的水敏感性。     

木粉表面自由能和表面极性对木塑复合材料界面的影响

通过毛细管上升法测定了水曲柳木粉(MWF)、落叶松木粉(MWF)的表面接触角,依据Washburn方程和Owens法,求解水曲柳木粉和落叶松木粉的表面自由能及其极性和非极性分量。结果表明,水曲柳木粉的表面自由能为36.06mN/m,体现分子色散力的非极性分量为32.54 mN/m;而落叶松木粉的表面自由能为20.17 mN/m,其非极性分量为10.41 mN/m。因此,与同种塑料复合,水曲柳木粉有比落叶松木粉更好的界面粘接性。扫描电子显微镜进一步证实了水曲柳木粉在基体中的分散性好于落叶松木粉。     

麦秆表面自由能及其分量研究

连续跟踪不同处理麦秆表面接触角随时间的变化值,确定用于计算表面自由能的接触角数据,依据Young方程及Owens-Wendt-Kaelble法,求解不同处理麦秆表面自由能及其极性和非极性分量(色散力分量)。结果表明,未经处理麦秆外表面自由能为37.20 mJ/m2,其非极性分量占84.11%,内表面自由能高达51.54 mJ/m2,其非极性分量占50.50%。经1%的NaOH溶液95℃和85℃热处理,麦秆外表面自由能由37.20 mJ/m2增至51.72 mJ/m2和44.21 mJ/m2,其极性分量增加了377.58%和229.13%。经180℃和160℃热处理,麦秆外表面自由能变化不显著,但其极性分量显著增加,非极性分量显著降低。     

基于表面能理论研究盐冻循环对沥青-矿料界面粘附性的影响

根据表面能理论,采用接触角测量法测定盐冻循环前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、废胎胶粉（CR）和复合胶粉（CCR）3种聚合物改性沥青、石灰岩、玄武岩和花岗岩的表面自由能参数,分别计算出盐冻循环前后沥青-矿料系统的粘附功和剥落功,从而确定盐冻循环对沥青-矿料系统粘附和剥落特性的影响。结果表明:盐冻循环前后,沥青与矿料的粘附过程以及水侵入沥青-矿料界面的剥落过程的比表面自由能变化均为负值,说明沥青与矿料的粘附过程和剥落过程均自发进行;随着盐冻循环次数和盐浓度的增加,沥青-矿料系统粘附功逐渐减小,剥落功逐渐增大,粘附性和抗水损害能力逐渐减弱;当沥青种类相同时,沥青与石灰岩的粘附功最大,剥落功最小,沥青与花岗岩的粘附功最小,剥落功最大;当矿料种类相同时,CCR改性沥青与矿料的粘附功最大,剥落功最小,SBS改性沥青与矿料的粘附功最小,剥落功最大。      

基于表面能理论的老化温拌SBS改性沥青结合料的粘附性

在SBS改性沥青中添加Sasobit与Evotherm温拌剂制备得到温拌沥青,对3种SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)与压力老化(PAV),采用接触角法检测了老化前后温拌SBS改性沥青与蒸馏水、甘油和甲酰胺等3种液体的接触角,探讨了短期老化与长期老化对温拌SBS改性沥青接触角的影响。基于表面自由能理论,得到了温拌SBS改性沥青的表面能及其色散分量和极性分量,研究了老化对温拌SBS改性沥青表面能的影响。结果表明:随着老化程度的加强,温拌SBS改性沥青与水的接触角逐渐增大,疏水性变化明显;原样与Evotherm温拌SBS改性沥青的总表面自由能及其分量均随着老化程度的加强呈降低趋势,其在短期老化阶段的表面自由能下降较为严重;经长期老化,Sasobit温拌SBS改性沥青的极性分量有增大趋势。     

硅烷偶联剂对集料表面改性的制备及性能表征

利用硅烷偶联剂对集料进行表面改性,使其与集料发生水解和固化反应。基于表面能理论、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等微观分析手段对改性前后的集料进行表征,通过直接拉伸、水煮法、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等宏观手段对改性前后的集料性能进行验证。结果表明硅烷偶联剂表面改性后的集料接触角减小,由原来的亲水性变为亲油性;红外光谱(FTIR)发现硅烷偶联剂与集料之间产生了Si—O—C、Si—O—Si共价键和氢键;扫描电镜(SEM)观测到集料表面形成了一层聚硅氧烷偶联层薄膜,表明集料表面已引入了硅烷偶联剂中的亲油基团;浸水前后表面改性的集料比原集料抗拉强度损失率下降了42.2%;集料与沥青之间的粘附性等级可达到5级,沥青混合料残留稳定度提升11.54%,冻融劈裂强度比提升39.26%。说明了硅烷偶联剂成功对集料进行表面改性,并改善了集料的表面性能。     

膨化硝铵固体表面自由能的计算及分析

文章通过用双认系法对膨化铵的固体表面接触角进行测定,在此基础上,应用计算模型计算其固体表面自由能,对其分析可得到表面改性较好的表面活性剂及用量,并在一定程度上揭示了膨化硝铵的表面特征。     

表面自由能的计算方法及其对材料表面性能影响机制的研究现状

表面自由能是材料表面能量状态的一种描述,对材料的诸多性能有很大的影响。用于表面自由能计算的方法主要包括：Fowkes 法、Owens-Wendt-Kaelble 法、van Oss 法以及 Wu 法等,每种方法都有其特点和计算形式。目前,表面自由能的计算方法多数是基于 Young 方程推导而来,其中的基本物理量接触角θ是表征自由能的一个重要指标。对于接触角θ的测量,同样存在多种方式,如量角法、量高法以及测力法等。从表面自由能计算方法出发,系统地总结了表面自由能对材料结合强度、润湿性能及其他性能的影响,综述了国内外学者对材料表面自由能的研究现状。最后对表面自由能未来的研究方向提出了展望。     

甲基修饰二氧化硅膜的表面自由能与表面结构

以正硅酸乙酯(TEOS),甲基三乙氧基硅烷(MTES)为硅源,硝酸为催化剂,制备了甲基修饰的二氧化硅膜,研究了MTES改性二氧化硅膜的表面润湿性与表面结构的关系以及MTES改性二氧化硅膜的吸水率.用已知表面张力的液体测定接触角,按扩展的Fowkes式计算试样的表面张力γs及其三组分值γsd(色散力)、γsp(偶极矩力)和γsb(氢键力),用热重分析(TG)法测定二氧化硅膜的吸水率.结果表明,随着MTES/TEOS摩尔比增大,二氧化硅膜的表面自由能显著减小,表面润湿性降低,主要是表面张力中氢键力组分的贡献.X射线光电子能谱分析表明,这是由于二氧化硅颗粒表面Si-CH3基团增加而Si-O和O-H基团减小所致.随着MTES/TEOS摩尔比增大,二氧化硅膜的吸水率降低,疏水性二氧化硅膜的MTES/TEOS摩尔比应大于0.8.     

Measurement of the specific free surface energy of solids

A set of equations is proposed that makes it possible to obtain calculation equations for experimental determination of the specific free surface energy of solids. __________ Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 10, pp. 68–69, October, 2007.     

二元合金自由能的统计理论

为了处理二元合金中多种相的相平衡和相变总是根据准化学近似法和熵的统计理论,提出了二元合金自由能统计理论的一般处理模式,推导了自由能与成分和有序参数关系的表达式,由此对Ｆｅ－Ｃｏ、Ｐｔ－Ｃｏ和Ｒ－Ｃｏ合金的相平衡和相变问题进行了处理,获得了理想的结果。     

基于PG的复合改性沥青路用性能对比

沥青路面低温性能是寒区沥青路面设计的主要指标之一,现有的单一改性沥青低温性能不能满足寒区沥青路面PG技术规范的要求。本研究根据黑龙江省常用道路沥青低温性能的PG试验评定结果,研究开发了几种复合改性沥青,以满足黑龙江省寒区沥青路面低温性能的要求。研究内容包括：黑龙江省沥青路面PG分区与PG_m-n标准的确定,黑龙江省道路沥青PG性能评定,复合改性沥青的研究开发与性能评定等。研究结果表明,黑龙江省道路沥青基本满足PG_m-n技术标准的高温性能要求,但均不满足PG_m-n技术标准的低温性能要求。复合改性沥青基本满足或接近黑龙江省道路沥青的PG_m-n低温性能标准。研究结果对改善黑龙江省沥青路面的低温性能具有一定的理论与实用价值。     

Rheometry based on free surface velocity

This paper explores the possibility of identifying the rheology of a fluid by monitoring how the free surface velocity field is affected by a perturbation in the flow. The dam-break problem is considered which results from the release of a gate initially separating two fluid pools of different depth. The flow velocity is measured by seeding the free surface with buoyant particles and using Particle Tracking Velocimetry. In parallel, a mathematical model based on the lubrication approximation for fluids with a power-law rheology is developed. The model is validated against a similarity solution which is obtained for the spreading of a gravity current under its own weight and neglecting surface tension. Minimizing the difference between the free surface velocity fields obtained numerically and measured experimentally enables the identification of rheological parameters. The methodology is tested on ideal and noisy synthetic data sets and experimental data obtained with aqueous glycerol.     

Adsorption of anionic polyacrylamide onto coal and kaolinite: Changes of surface free energy components

The wettability of floc has a large effect on the selective flocculation flotation process of fine coal separation. The changes of thermodynamic characterization of coal and kaolinite have been investigated by Washburn dynamic method and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) before and after the adsorption of anionic polyacrylamide. Lipophilic hydrophilic ratio (LHR), surface free energy, and its components were calculated by Washburn equation combined with Van Oss–Chaudhury–Good theory according to the wetting curves of coal and kaolinite samples wetted by n-hexane, α-bromonaphthalene, formamide, and water. After PAM A401 adsorption, the peaks of hydrophilic functional groups of coal (the amide group, free-NH2, secondary amide N–H, C–N) were increased, while the peaks of the hydrophobic functional group, including methyl (-CH3) and methylene (–CH2–), was decreased. The LHR value of coal decreased from 9.23 to 7.28. The polar components of coal were increased, the non-polar components were decreased, and the surface free energy was increased from 39.92 to 40.43 mN m^?1. The coal surface became more hydrophilic. For kaolinite, both hydrophilic and hydrophobic functional groups were increased, while its LHR values increased from 1.44 to 1.65. The polar component was decreased from 58.27 to 55.05 mN m^?2. Results of FTIR were corresponding to the surface property.     

金红石型纳米TiO2对CaSO4晶须/PP-R树脂复合材料性能的影响

以金红石型纳米TiO2为添加剂改善了CaSO4晶须/PP-R树脂复合材料的各项性能,并研究了金红石型纳米TiO2对PP-R树脂的力学性能、耐热性能和紫外老化性能的影响.研究结果表明:由于纳米TiO2和CaSO4晶须的协同作用,添加纳米TiO2后可进一步提高CaSO4晶须/PP-R树脂复合材料的力学性能和耐热性能;金红石纳米TiO2的加入可以大幅度提高PP-R树脂的耐紫外老化性能,添加5%纳米TiO2后的CaSO4晶须/PP-R树脂复合材料经紫外辐射72 d后,其拉伸强度仅下降了0.36MPa,冲击强度仅下降了0.36kJ·m-2,熔融温度仅下降了5.4℃;而未添加纳米TiO2的CaSO4晶须/PP-R树脂复合材料的拉伸强度下降了1.96MPa,冲击强度下降了1.47kJ·m-2,熔融温度下降了18.6℃.     

表面微结构金属干式电极制造及细菌粘附性能研究

为开发出高性能生物医用干式电极,提出了利用激光微铣-重铸加工方法,实现了表面具有微结构阵列特征的新型金属干式电极的制造成形。在分析电极表面微观形貌的基础上,研究了电极表面的润湿性能,并重点研究了扫描间距、扫描速度和扫描次数等加工参数对大肠杆菌粘附性能的影响规律。研究结果表明：在一定工艺参数条件下所加工出具有微结构阵列特征的电极的接触角可达150°以上,表现出超疏水的特性。在不同扫描间隙和扫描次数条件下加工出的电极对大肠杆菌的粘附性能具有较大影响,在选择0.1 mm扫描间隙时,电极表面粘附的大肠杆菌数量最少,适当增加扫描次数,也能够有效地减少电极表面大肠杆菌的粘结,从而发挥较好的抗菌效果。通过改变扫描速度加工出的电极则对大肠杆菌的粘附性能影响不大。     

酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料界面强度的影响

采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂, 可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。通过XPS、AFM、SEM和层间剪切强度等方法, 研究了不同浓度的酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度、炭纤维表面元素和化学键组成的影响, 以及炭纤维增强环氧树脂复合材料断面微观形貌的变化。XPS和AFM分析结果表明酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应, 而且酚醛树脂处理剂浓度越高, 和炭纤维表面发生反应的基团也越多, 表面越光滑平整, SEM和层间剪切强度研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善, 而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。