H-POSS表面润湿性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了水滴在多面体低聚倍半硅氧烷(H-POSS)固体表面的润湿性能,H-POSS分子和水分子分别采用COMPASS力场和SPC力场模型。模拟得到H-POSS基体密度为1.84g/cm~3,且X射线衍射模拟发现基体具有明显衍射峰,表现出晶体特性,说明COMPASS力场适用于H-POSS基体的构建与研究。H-POSS表面水接触角的模拟值为104.9°,具有疏水性能。通过直接水解法由三氯硅烷(HSiCl_3)实验合成出H-POSS样品,傅立叶红外表征(FT-IR)发现,在2260、1142和871cm~(-1)波数位置出现吸收峰,证实了所合成的样品为H-POSS。其表面水接触角的实验值为109.3°,与模拟值的相对误差仅为4%,说明分子动力学方法可应用于计算H-POSS材料表面润湿性。模拟结果还表明体系温度影响H-POSS材料的表面润湿性,增大体系温度,表面疏水性能降低。     

鼓泡塔中气泡尺寸分布和局部气含率研究

在内径为0.38 m的鼓泡塔中采用双电导探针法对不同通气速率下的气泡尺寸分布和局部气含率进行了实验研究,分析了气泡尺寸的概率密度分布。结果表明:气泡尺寸随轴向高度的增加而增大,随径向距离增加而减小;鼓泡塔中气液流动可分为过渡流域和充分发展流域,在过渡流域气含率随轴向高度增加而增大,在充分发展流域气含率趋于均值,径向局部气含率分布呈抛物线型下降。高气速下气泡尺寸概率密度分布比低气速下宽,且随轴向高度的增加分布变宽。     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

P(NIPAM-co-MAPOSS)共聚物的合成与性能

以N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide)和甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷(MAPOSS)为原料,通过自由基聚合制备了P(NIPAM-co-MAPOSS)共聚物。用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振(1H NMR)对共聚物的结构进行了表征。用差示扫描量热仪(DSC)研究了P(NIPAM-co-MAPOSS)共聚物水溶液的温敏性能,少量POSS的加入降低了PNIPAM的最低临界转变温度,考察了不同POSS含量的P(NIPAM-co-MAPOSS)共聚物的表面润湿性能,水接触角随着POSS含量的增加而增大。     

PP/PP-g-PA6/PA6的相容性和低温冲击性能

利用自制的聚丙烯(PP)和3-异丙烯基-α,α-二甲基苄基异氰酸酯(TMI)的接枝物PP-g-TMI为起始剂,在催化剂己内酰胺钠存在下,TMI中异氰酸官能团引发己内酰胺开环阴离子聚合,合成了PP与尼龙6(PA6)接枝聚合物PP-g-PA6。以PP-g-PA6为相容剂研究了PP和PA6共混体系的相容性和低温冲击强度。结果表明,在体系中PA6质量分数为20%的情况下,加入质量分数2%的PP-g-PA6,分散相粒径可以减小到2μm左右。-20℃低温冲击强度试验结果表明,加入质量分数2%的PP-g-PA6可以使共混体系的冲击强度从纯PP的0.85 kJ/m2提高到2.00 kJ/m2。     

不完全缩合七苯基三羟基POSS的合成及表征

以苯为溶剂,40%苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液为催化剂,苯基三氯硅烷水解缩合得到笼状八苯基多面低聚倍半硅氧烷,进一步在四乙基氢氧化铵(35%水溶液)的作用下,以四氢呋喃为溶剂,通过顶点-打开法合成不完全缩合的多面低聚倍半硅氧烷。利用1H、13C、29Si-NMR、FT-IR、元素分析、MALDI-TOF质谱等技术对产物的结构进行了表征,并采用TGA对其热稳定性进行了研究。结果表明,反应主产物为不完全缩合的七苯基三羟基多面低聚倍半硅氧烷,其初始分解温度(失重5%(wt))为516.1℃,热稳定性良好。与以往的合成方法相比,该法显著缩短了反应时间,并提高了产率,从而为POSS在纳米杂化材料领域的应用打下了基础。     

聚合物搅拌脱挥设备及其CFD模拟研究进展

综述了聚合物搅拌脱挥设备的开发进展,分析了设备开发过程存在的关键问题。指出卧式脱挥设备中的流动特性、混合特性、成膜特性以及表面更新特性等是强化传质的关键因素,具有自清洁搅拌特性的高效卧式脱挥设备是装备开发与研究的主要方向。阐述了计算流体力学(CFD)在研究高黏流体卧式搅拌设备内传递过程机理中的应用。基于网格重叠技术的有限元方法和基于动网格的有限体积方法可以解决复杂几何结构的桨叶和翅片、双轴的旋转运动以及啮合机构非常小的间隙等难题。借助于CFD中VOF多相流模型可以精确地追踪气液相界面,模拟反应器中的成膜过程和表面更新特性,进而可以深入分析设备中的传质过程,为高效聚合物脱挥设备的优化与设计提供了新的思路。     

气固搅拌流化床内的压力脉动特性

为考察搅拌桨的转动作用对流化特性的影响，研究了不同转速和气速下搅拌流化床的压力脉动行为.采用188 mm的内径和400 mm的静床高，以Geldart B类和D类颗粒为实验物料，进行了压力脉动信号的统计分析和功率谱分析.实验结果表明，搅拌桨的转动对最小流化速度没有影响，但使B类和D类颗粒呈现了A类颗粒特有的散式流态化现象.随搅拌转速的增大，压力脉动的标准偏差减小，最小鼓泡速度增加. 最小鼓泡速度与最小流化速度之比与搅拌转速成正比.当搅拌转速增加到一定程度后，压力脉动的功率谱主频等于搅拌桨转动频率，流化床从鼓泡流态化状态转化为散式流态化状态.     

搅拌设备化工设计系统的混合知识表达机制

搅拌混合是最常用的化工过程单元操作,但搅拌设备的造型和设计是一件十分复杂和耗时的任务,仍处于手工实现阶段,且通常由混合领域专家根据其经验知识进行设计。开发了搅拌设备化工设计专家系统,混合领域知识可分为形式化知识和技术型和知识两类。采用混合的知识表达机制,即面向对象方法、Ｉｆ－Ｔｈｅｎ产生式规则方法和模糊逻辑和传统数据库存储相结合的方式,分别处理设计经验规则库、设计公式库和设备机械标准库,从而合理和