1 中国民航大学航空工程学院，天津 300300
2 哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制，揭示扫描速度对激光除漆的影响规律，首先采用万能试验机测定了漆层强度极限，结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果，探究了四种扫描速度（1000、900、800、700 mm/s）下除漆表面宏微观形貌及成分变化。结果显示：单脉冲除漆凹坑内存在明显分层与碎裂，除漆最大深度和宽度分别为34.3 μm和125 μm；漆层强度极限为2.68×107 Pa，与热应力仿真结果接近；随着扫描速度逐步降低，漆层去除深度不断增大，氧化膜逐步显现，面漆着色剂（β型铜酞菁）与漆层功能性氧化粒子的沉积量逐渐增加。研究表明：单脉冲激光除漆过程主要包括烧蚀、热应力和等离子体冲击三种除漆机制；随着扫描速度的逐渐降低，烧蚀除漆效果逐渐增强，等离子体冲击除漆效果逐步减弱，热应力除漆效果保持不变。
激光技术 激光清洗 铝合金 丙烯酸聚氨酯漆层 扫描速度 除漆机制 中国激光
2024, 51(16): 1602209
1 西南科技大学 a.环境与资源学院
2 b.工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室, 绵阳 621010
为了评估爆炸堵孔装置的堵塞效果, 将装有导爆索的爆炸堵孔装置放入模拟炮孔中进行爆炸实验, 然后通过万能试验机对其进行单轴压缩脱模实验。结果表明: 爆炸堵孔装置与孔壁贴合后的抗压强度为26.5~35 MPa, 抗剪强度为3.07~3.4 MPa, 远大于常规炮泥的抗剪强度(0.09 MPa)。将爆炸堵孔装置用于隧道爆破直眼掏槽眼中, 并对原有的孔网参数进行优化, 结果显示: 在保证掏槽进尺的情况下, 掏槽眼孔数相对于优化前减少了35%, 而且炮孔的间距也相应增大, 有利于降低相邻掏槽孔贯穿的风险, 从而有效提高施工效率。因此, 将爆炸堵孔装置与炮泥联合使用, 可大幅增强炮孔堵塞效果, 从而防止爆生气体过早逸出, 延长爆生气体在炮孔内的作用时间, 进而充分发挥爆生气体的气楔破岩作用, 并有效增强爆生气体的抛掷作用, 对保证隧道直眼掏槽爆破效果具有重要意义。
地下爆破 堵孔 聚氨酯弹性体 抗剪强度 直眼掏槽 爆生气体 underground blasting stemming polyurethane elastomer shear strength burn cut detonation gas
1 中国地质调查局西安矿产资源调查中心, 陕西 西安 710100
2 西北大学地质学系, 陕西 西安 710127
以金矿石中的金元素为研究对象, 基于灰色关联度和RSM模型提出原子吸收光谱法分析Au测定条件参数的多目标优化模型。 选取泡塑预处理方式、 振荡时间、 王水浓度和硫脲浓度为优化目标, 确定测量结果相对误差的绝对值为质量指标； 建立基于信噪比的正交设计试验, 分析试验结果的质量指标及对应的信噪比并进行量纲化处理, 计算灰色关联系数和关联度； 确定优化目标的极差分别为0.026、 0.116、 0.176、 0.375, 定性判断泡塑处理方式目标最不显著。 根据RSM模型确定王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度为单因素的Box-Behnken方法试验, 采用三因素三水平曲面设计对测定结果相对误差的绝对值进行分析, 制作显著水平表并完成响应曲面试验； 建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析, 其F=217.24, p<0.000 1表明该模型具有高度的显著性, 模型的相关系数为0.996 9, 校正决定系数为0.992 4, 表明该模型可以解释超过99%的响应值变化； 绘制响应曲面图和等高线图对试验数据进行回归拟合, 通过响应曲面的形状和等高线的陡峭程度进行判定分析, 最终寻找最优化目标参数为王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度分别为11.33%、 27.39 min和0.97%时, 样品测量结果的相对误差最小。 模型验证结果表明, 在最优化目标参数条件组合下选择不同质量浓度的金矿石国家标准物质进行样品制备, 测定结果的正确度和精密度均符合DZ/T 0130.3—2006(地质矿产实验室测试质量管理规范), 表明基于灰色关联度-RSM模型对原子吸收光谱法分析金矿石中金元素的多目标优化参数准确可靠, 验证了该方法的科学性和正确性, 能够被应用于实际的生产中去。 该方法对于定性判断各条件参数间的主次关系, 定量计算各条件参数的最佳组合水平具有独特优势, 有望在寻找多目标优化设计参数领域的平台上发挥作用, 更加有效地确定最佳目标组合。
金矿石 聚氨酯泡塑 灰色关联度 RSM模型 原子吸收光谱法 Gold ore Polyurethane foam Gray correlation degree RSM Model AAS 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3117
1 山东高速建设管理集团有限公司, 济南 250002
2 山东高速工程检测有限公司, 济南 250002
3 山东高速济青中线公路有限公司, 潍坊 261599
4 东南大学土木工程学院, 南京 211189
利用足尺试验与有限元模型, 研究了采用聚氨酯(PU)材料制备的桥梁无缝伸缩缝的服役性能。首先, 制备了3种不同配合比的改性PU材料, 测试并对比了它们的初凝时间、拉伸强度、撕裂强度、硬度、路面附着力、吸水率、抗车辙及老化性能, 确定了最适用于桥梁无缝伸缩缝的最优PU配合比方案。然后, 采用所选的PU材料设计制作了4个足尺无缝伸缩缝试验件, 并建立了与之相匹配的有限元模型。最后, 通过对比分析试验实测与有限元计算结果, 表现出所设计的无缝伸缩缝在单轴拉伸/压缩、竖向变形及低周疲劳荷载工况下均能保持优异的服役性能。此外, 研究结果还表明在改性PU无缝伸缩缝与路面之间设置45°倾角可以显著改善受力状态, 避免接缝处早期开裂。
聚氨酯 无缝伸缩缝 足尺试验 疲劳性能 变形 有限元分析 polyurethane seamless expansion joint full-scale test fatigue property deformation finite element analysis
1 天津大学化工学院 化学工程联合国家重点实验室，天津 300350
2 河北省地质实验测试中心，河北省矿产资源与生态环境监测重点实验室，河北 保定 071051
3 西安近代化学研究所 含能材料全国重点实验室，陕西 西安 710065
聚氨酯材料具有优异的力学性能，而发光自愈合聚氨酯在裂缝自诊断和修复等领域具有广阔的应用前景。本文将双（2-羟乙基）二硫化物（HEDS）和1-（4-羟基苯基）-1，2，2-三苯乙烯（TPE-OH）通过化学键键接到聚氨酯体系中，制备了一种具有光致发光性质的自愈合聚氨酯（PUDS），采用傅里叶红外光谱对其化学结构进行了表征，通过X射线衍射仪、万能拉力试验机、荧光分光光度计等方法详细研究了材料的聚集态结构、力学性质、自愈合性能以及光致发光性质。实验结果表明，PUDS具有优异的光致发光性质，其自愈合性能及力学性能与动态二硫键及硬段含量有关。随着动态二硫键含量的增加，材料的自愈合性能逐渐增强，但力学性能逐渐减弱；随着硬段含量的增加，其自愈合性能逐渐减弱，但力学性能逐渐增强。因此，PUDS的力学性能和自愈合性能可通过改变动态二硫键及硬段的含量来调节。在工作中，动态二硫键含量为6.9%（wt）时，样品具有最佳的自愈合性能、力学性能以及光致发光性质。
聚集诱导发光 四苯基乙烯 聚氨酯 自愈合 光致发光 aggregation induced emission tetraphenylethylene polyurethane self-healing photoluminescenc
1 天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津 300387
3 天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387
研究了一种用于智能服装呼吸监测的光纤织物传感器。该传感器由拉伸敏感光纤、热塑性聚氨酯弹性体（TPU）和弹性织物多层复合而成。提出基于加热方式的聚合物光纤多弯曲级联结构的定形方法，制备出具有精确特征尺寸的拉伸敏感光纤，利用TPU材料的热塑性，通过熨烫方式实现拉伸敏感光纤、TPU材料和织物的黏合来形成层压式织物传感器。所制备的织物传感器各层间无气泡和起皱，具有很好的制作重复性，可与服装实现无缝纫连接，提升服装的舒适度和美观度。实验表明，该传感器的应变系数可达71.01，拉伸率可达83%，迟滞误差小于12%，且具有单向拉伸感知能力。对所设计的呼吸监测样衣进行了实测，结果表明：在穿着者不同呼吸频率、不同姿态和运动状态下，该样衣均可获得明显的呼吸波形，呼吸率最大误差小于2 次/min，平均误差在0.8 次/min以内。
光纤织物传感器 呼吸监测 单向拉伸感知 聚氨酯弹性体 弯曲损耗 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316003
1 广东工业大学物理与光电工程学院, 广州 510006
2 松山湖材料实验室, 东莞 523808
4H-SiC单晶是典型的难加工材料, 研磨加工后表面损伤的密度和深度直接影响后续抛光工序的质量和效率。采用普通铸铁盘研磨工艺会导致晶圆表面划痕多、边缘破片以及去除率不稳定等问题。本实验采用聚氨酯垫研磨工艺, 减少研磨划痕, 提高了研磨后的表面质量, 实现了SiC衬底的精准研磨。通过改变金刚石磨料粒度、磨抛盘转速、研磨压强进行SiC衬底的研磨实验, 探究最优工艺参数及各条件对研磨效果的影响规律。实验结果表明: 随着研磨盘速度增大, 研磨的去除率增大, 其对应的粗糙度先降低后升高; 增大金刚石磨料的粒径会增大研磨的去除率, 但研磨后表面粗糙度也会持续增大; 通过增加研磨压强, 材料的去除率和表面粗糙度都将增加, 但去除率增加的速率由快变慢, 而粗糙度增加的速率逐渐加快。综合考虑, 采用聚氨酯垫研磨时, 较优研磨工艺参数为: 金刚石研磨液浓度为3%, 金刚石粒径为1 μm, 研磨液供给速度为5 mL/min, 研磨压强为47 kPa, 研磨转速35 r/min。该工艺下SiC材料的去除率为0.7 μm/h, 研磨后SiC衬底的表面粗糙度为24 nm。
研磨 聚氨酯垫 表面粗糙度 去除率 金刚石磨料 4H-SiC 4H-SiC grinding polyurethane pad surface roughness removal rate diamond abrasive
1 南京林业大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210037
2 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心, 江苏 南京 210037
木质纤维原料富含羟基, 可通过液化处理转化为具有较高反应活性的液态产物, 实现其高值化利用。 纤维原料的液化过程中存在降解和缩聚反应的竞争反应, 直接影响液化产物的特性。 为了研究枫香果实的液化反应过程, 以聚乙二醇和丙三醇(4∶1 V/V)为液化试剂, 对枫香果实进行不同时间(30, 60, 90, 120和150 min)的液化处理。 利用傅里叶红外光谱(FTIR)结合主成分分析(PCA)、 X射线衍射(XRD)分别对液化残渣和液化产物进行表征。 结果表明枫香果实的液化率随反应时间延长逐渐提升, 最高为88.79%。 基于液化率和羟值确定枫香果实的最佳液化时间为120 min, 此时液化率为87.91%, 液化产物的羟值为280 mg KOH·g-1。 FTIR和XRD分析表明液化反应初期以木质素和半纤维素的降解反应为主； 液化后期, 结晶纤维素开始降解, 同时伴随着缩聚反应的发生。 主成分分析发现, 不同液化时间得到的液化残渣的官能团分布相对独立, 可以作为判断枫香果实在液化过程中各组分降解的依据。 液化时间90 min为液化过程的转折点, 此时主导反应逐渐由降解转为缩聚反应。 此外, 为了探究枫香果实液化产物在聚氨酯泡沫应用上的可行性, 添加不同含量(10%, 20%和50%)的枫香果实液化产物成功制备得到了聚氨酯泡沫。 FTIR分析表明, 枫香果实的液化产物可代替多元醇制备聚氨酯泡沫, 且液化产物的添加并未改变聚氨酯泡沫的化学结构。 研究结果为进一步探究木质纤维资源的液化过程和枫香果实的液化利用提供了理论依据。
枫香 液化过程 主成分分析 聚氨酯泡沫 Liquidambar formosana Liquefaction process FTIR FTIR Principal component analysis Polyurethane foam 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1212
1 广安职业技术学院土木工程学院，广安 638000
2 四川农业大学土木工程学院，都江堰 611800
通过对混凝土试件进行试验研究，在应变率为0.000 3 s-1和0.065 s-1的加载条件下进行三点弯曲试验，模拟静态荷载和冲击荷载，评估聚氨酯(PU)涂层在静态荷载和冲击荷载作用下增强混凝土试件力学响应的有效性。结果表明，PU涂层(在混凝土试件的正面或反面)的应用对提高混凝土结构的延性具有积极作用，最大应变和累积应变能随着PU涂层厚度的增加近似线性增加，反面涂覆的方法在静态荷载作用下对混凝土结构的加固效率更高，采用正面涂覆的方法可增强混凝土结构的抗冲击性，通过增加涂层厚度能有效提高加固能力。PU涂层在试件的最终破坏过程中不会脱胶，这意味着材料具有良好的附着力，能有效减弱试件的破碎效应。
聚氨酯 混凝土梁 涂覆厚度 动态加载 三点弯曲 裂纹模式 polyurethane concrete beam coating thickness dynamic loading three point bending fracturing mode
1 博硕科技（江西）有限公司，江西 吉安 343100
2 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230026
3 安徽工业大学建筑工程学院，安徽 马鞍山 243032
采用熔融共混技术, 将聚磷酸铵(APP)和氢氧化铝(ATH)引入到聚氨酯弹性体(TPU)中, 制备了一系列热塑性聚氨酯/聚磷酸铵/氢氧化铝(TPU/APP/ATH)复合材料。 采用傅里叶红外光谱(FTIR)、 X-射线光电子能谱(XPS)、 扫描电镜(SEM)、 激光拉曼光谱研究了TPU和阻燃TPU(FR-TPU)复合材料燃烧后炭渣的微观形貌、 表面结构、 元素组成、 键合状态和石墨化程度, 结合阻燃性能测试, 揭示APP和ATH的协同阻燃机制。 SEM分析表明相较于APP与ATH单独使用, TPU/APP/ATH炭层的空洞结构更少, 炭渣的致密性更高。 XPS分析表明FR-TPU的炭渣中C元素含量相比于纯TPU有所降低, O元素的含量有所上升, 其中TPU/APP10/ATH10的C元素含量从88.2%降至69.24%, O元素的含量从8.07%升至17.78%, P和Al元素含量相较于单独添加分别从11.74%和16.36%下降至3.91%和3.31%。 在此基础上, 通过对C元素的分峰拟合发现TPU炭渣中C—C/C—H, C—O/C—N和C=O/C=N含量分别为61.05%, 35.65%和3.30%; TPU/APP10/ATH10炭渣中三种结构含量分别为45.38%, 45.00%和9.63%, 说明ATH和APP复配使用有利于C元素形成酯、 醚、 羰基、 羧酸(盐)、 酯基等结构。 通过对O元素的分峰拟合发现, TPU炭渣中O2/H2O, —O—, =O三种结构含量分别为28.75%, 44.36%和26.89%; TPU/APP10/ATH10炭渣中O2/H2O, —O—, =O三种结构含量分别为44.33%, 32.78%和22.89%, 说明APP和ATH的加入有利于炭渣中O元素形成O2/H2O结构。 通过对N元素的分峰拟合发现, TPU炭渣中—NH—, =N结构的N元素含量分别为40.93%和59.07%; TPU/APP10/ATH10中—NH—, =N结构的N元素含量分别47.17%和52.83%, 说明ATH与APP复配使用促进了—NH—结构的形成。 拉曼测试表明, 相比于单独使用, APP和ATH复配使用, 炭层的石墨化程度更好, 致密性更高。 以上分析结合阻燃测试可以得出TPU/APP/ATH复合材料阻燃机制: ATH受热分解生成氧化铝, 吸收热量并释放大量水蒸气, 有效促进APP降解, 生成不燃性的氨气和聚磷酸, 氨气和水蒸气稀释可燃性气体的浓度。 随着温度继续升高, 氧化铝可继续与聚磷酸反应生成偏磷酸铝[Al(PO3)3], 同步催化聚氨酯基体成炭, 形成高度石墨化炭层, 石墨化炭层与偏磷酸铝一起覆盖在基体表面, 有效抑制燃烧区域物质以及能量的输运, 从而达到阻燃目的。
光谱分析 聚氨酯弹性体 聚磷酸铵 氢氧化铝 阻燃 协同作用 Spectroscopy analysis Thermoplastic polyurethane Ammonium polyphosphate Aluminum hydroxide Flame retardancy Synergistic effect 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3901
