Development of an advanced nanocalorimetry system for material characterization

Calorimetric techniques, such as Differential Scanning Calorimeter (DSC), are widely used to characterize energetic materials. The conventional DSC is a well-established tool but is limited to a macroscopic sample. A key drawback of conventional macroscale DSC technology is the large thermal inertia of the calorimetric cell and its associated hardware for smaller sample size. The conventional technology can impose severe limitations in cases where only minute sample quantities are available for testing (e.g. forensics, detection of trace explosives, process or product development).A microreactor based calorimeter is being developed to obtain accurate measurements with smaller sample sizes. Because these systems incorporate a very small thermal mass and use reagent quantities in the nanogram/nanoliter range, rapid and uniform heating and cooing can be achieved while maintaining a high level of temperature homogeneity. These miniaturized nanocalorimeters can offer enhanced sensing capabilities in an inexpensive portable format so that measurements can be made directly in the settings where they are needed.This paper discusses the design and fabrication of the nanocalorimeter device, as well as interface with a modular thermal control system. With the proposed advanced device, a calorimetric analysis can be performed in a few minutes utilizing a minute sample. Therefore, such a nanocalorimeter can be effectively employed for rapid screening of energetic materials at relatively low cost.     

汽车用聚合物材料火灾燃烧特性研究

为研究车用聚合物材料的燃烧特性,并对材料的火灾危险性进行全方位的评估,采用锥形量热仪,对汽车上常用的ABS,PP-PVC,PVC革-无纺毡以及无纺布-PVC聚合物材料进行分析表征,测得点燃时间、热释放速率、总热释放量、质量损失速率、烟气生成速率等参数。结果表明:ABS材料的点燃危险性相对最低,PVC革-无纺毡材料相对最高;随热辐射强度的增加,各样品的热释放速率和烟气生成速率明显加快;结合热释放速率峰值、均值和总热释放量可知,无纺布-PVC材料的热危险性相对最低;结合烟气生成速率和总烟释放量可知,ABS材料的发烟危害性相对最高,无纺布-PVC的相对最低;综合比较各样品的FGI和FPI值,安全等级由高到低依次为ABS,PP-PVC,PVC革-无纺毡,无纺布-PVC。     

Experimental study on electrostatic charging of polymer powders in mixing processes

Powder mixing is often carried out in the chemical and pharmaceutical industries. Electrostatic charges generated on polymer powders during mixing may lead to electrostatic problems due to the poor conductivity of those powders. In this study, we investigated the electrostatic charges, surface potential, and apparent volume resistivity of sample powders using a simple mixing device utilizing the Faraday cup method. To neutralize the charged powders, we also applied an AC-type ionizer in the mixing study. A commercial polyethylene powder with a mean particle size of 585 μm was tested in this experiment. The charge-to-mass ratios at the end of 600 s of mixing were ?0.075 nC/g at 295 rpm agitation speed, ?0.21 nC/g at 495 rpm, and ?0.31 nC/g at 660 rpm, high enough to cause electrostatic agglomeration and adhesion. The electric fields based on the surface potential on the powders were several hundreds of V/cm, too small to give rise to brush discharge. The apparent volume resistivity of powders estimated by a simple measurement system is 1.0 × 10¹⁶ Ωm, in reasonable agreement with that acquired by the conventional test cell method (5.9 × 10¹⁵ Ωm). The charging level on the polymer powders was reduced with an AC-ionizer.     

水膜预湿行为对典型保温材料燃烧抑制实验研究

为探索喷淋形成水膜的预湿行为对外立面典型保温材料燃烧抑制机理,采用自建水膜预湿抑制保温材料燃烧实验装置,研究外加辐射作用下,水膜流率对聚苯乙烯(PS)保温材料表面出现干斑、变形和熔融的影响规律.结果表明:实验结束时PS材料表面水膜出现干斑、材料发生变形和熔融面积占比均与无量纲辐射强度呈正相关;PS材料表面水膜出现干斑、...     

成炭型有机大分子/层状无机物复合成炭剂的制备及应用研究

层状无机物在聚合物基体中易团聚,限制了其在聚合物材料中的规模化应用。本工作通过将有机改性蒙脱土(OMMT)与一种具有超支化结构的磷氮大分子化合物HTPPP(以三嗪结构为基础,通过焦磷酸结构连接)在醇水体系中混合溶胀,再经过高温脱水,制备成HTPPP插层、剥离的OMMT成炭型有机大分子/层状无机物复合成炭剂(HTPPP-OMMT)。XRD测试表明层状结构的OMMT能够在HTPPP中被完全剥离。OMMT的复合降低了HTPPP的水溶性,并提高了其热稳定性。将有机/无机复合成炭剂HTPPP-OMMT作为单组分无卤膨胀阻燃剂应用于聚丙烯(PP),阻燃测试表明HTPPP-OMMT复合成炭剂的阻燃效率高于HTPPP。这是由于其在材料燃烧过程中能够催化形成更加致密的膨胀多孔炭层,而炭层在高温下的热氧稳定性更好。此外,有机/无机复合改善了HTPPP-OMMT在PP的相容性,能提高材料的力学和耐析出性能。     

Friction measurements on ramps using the Brungraber Mark II slipmeter

It is a common belief that a person is more likely to slip when walking on an inclined surface than when walking on a level surface. Reports of friction measurements were common on horizontal surfaces but were rare on inclined surfaces. A slip measurement device reports different readings on the same surface with different inclined angles if the effect of gravity comes into play. In this study, friction measurements were conducted on the same surface with 0°, 10° and 20° inclined angles under different footwear materials, floors, and surface conditions, using a Brungraber Mark II slipmeter. Statistically significant results were obtained for the measurement results under the inclined angle, footwear material, floor, and surface conditions. A regression model was established to describe the coefficients of friction on ramp floors under footwear material/floor/surface conditions. This model is significant at p < 0.0001 with an R² of 0.87. The cosine function of ramp angle, as suggested in the regression model, was recommended to be used as a correcting factor for friction measurement results using the Brungraber Mark II on ramps to report the corrected friction coefficient of the surfaces.     

服装面积因子的测评

利用暖体假人测定服装热阻时,考虑到着装后服装外表面积变大导致的边界空气层变化对服装的基本或固有热阻的影响,需引入服装面积因子的概念。本文首先阐述了服装面积因子的定义和应用：接着从直接法和间接法两大方法归纳现有测评服装面积因子的研究：最后对服装面积因子与热阻间的关系做了详细论述。     

矿井定常湍流脉动对通风阻力测试影响的理论分析

受湍流脉动影响,矿井通风阻力测试结果的数值波动是不可避免的。为探究湍流脉动对通风阻力测试的影响程度,以压差计测阻法为例进行理论分析。根据阻力测定原理和能量方程,在定常圆管流动条件下,导出湍流脉动影响下倾斜压差计测量示值波动范围的计算表达式;理论分析测试巷道的断面尺寸和风速大小对数值波动幅度和测试精度的影响。结果表明,压差计示值的波动幅度与当地湍流强度及风速的平方成正比;巷道风速的量级是压能波动的主导因素,测试风速越大,液面数值涨落幅度越大,波动现象越明显;而数值波动幅度大不等同于测试精度低,小断面大风速巷道中易获得满意的测试精度而大断面巷道中无论风速高低均不易获得较高测试精度。为减小湍流脉动造成的通风阻力测试的随机误差,需在短时间内进行多次测试取统计平均结果,这在大断面巷道的阻力测试中尤为重要。     

基于超声透射特性的密闭容器液位测量与装置设计*

针对金属密闭容器内液体液位测量问题,设计1种基于超声透射特性的非接触式液位测量装置。测量装置根据被测容器内液体介质与气体介质透射系数不同的原理,通过超声接收探头回波情况判断容器内液体位置,利用软件与硬件结合,调整超声发射探头与接收探头的放大倍数,实现对不同材料、厚度容器内液位的测量。测量装置可以将所测液位、容器倾斜程度等数据通过上位机、阿里云平台等多方位显示。研究结果表明:该测量装置可测量不同材料、厚度密闭容器内承装液体的液位,所测数据较为稳定,测量误差范围不大于3 mm。     

几种木质地板材料差热特性分析

为正确认识木质地板材料的燃烧特性,应用差热分析方法比较几种木质地板材料的燃烧性能。采用CRY-1型差热分析仪对8种木质地板与普通松木试样依据标准升温曲线进行差热试验,研究试样受热期间的峰特征。试验结果表明:不同品牌的复合地板在燃烧性能上基本相同,而实木地板由于所选基材材种不同,其热特征有很大的区别。总体上,复合地板火灾危险性高于实木地板。所选8种木质地板与普通松木的火灾危险性大小为试样③﹥试样⑦﹥试样⑥﹥试样②﹥普通松木﹥试样⑧﹥试样⑤﹥试样④﹥试样①。     

MCM-41吸附法脱除烟气中二氧化硫的研究

基于活性炭吸附剂存在再生成本高、高温吸附能力差以及在高湿高温下脱附后性能严重下降等问题,研究采用MCM-41材料作为新型烟气脱硫吸附材料,该材料具有表观均匀、比表面积大、耐高温、脱附后能高效利用等优点,该研究设计了一种基于MCM-41材料的烟气脱硫吸附装置。介绍了该烟气脱硫吸附装置的结构、工作原理,并对MCM-41材料和活性炭在烟气中二氧化硫吸附效果进行了对比实验研究。研究结果表明:MCM-41吸附剂脱硫性能优异,相比活性炭吸附剂,脱硫效率提高了4%~8.4%,基于MCM-41材料的烟气脱硫吸附装置结构紧凑、占地面积小、吸附剂更换方便、脱硫效率高,在烟气排放量较小的各类工业企业脱硫系统中具有广泛的应用前景。     

淋雨及不同温度条件对消防员防护服各部位热阻的影响

为了研究淋雨及不同温度条件对消防员防护服各部位热阻的影响,以消防防护服为研究对象,利用环境舱和暖体假人系统,在20 mm/h降雨强度和20~30 ℃的复合环境条件下,研究淋雨、不同温度复合环境对服装各部位热阻的影响。研究结果表明:淋雨过程中,服装热阻的变化趋势为先上升再下降最后趋于稳定;淋雨与不同温度复合环境会使得消防防护服热阻降低,其中影响较大的部位为上臂部、腹部、胸部、背部及臀部等。     

基于人体皮肤热模型的热防护服评价方法研究

在热防护服热防护性能测试装置基础上,用自行研制的新型耐高温模拟皮肤传感器代替铜片热流计测量通过应急热防护服装面料的热流量,将热流量作为热波皮肤模型边界条件,得到人体皮肤表层下80μm处的温度值,从而得到一定条件下人体真实皮肤达到二级烧伤所需时间,用其评价热防护服用织物的热防护性能,并将热波皮肤模型(TWMBT)的测试值与Pennes模型以及铜片热流计的测试结果进行分析比较。采用热波皮肤模型分析织物层下的"皮肤"防热时间更接近实际皮肤达到二级烧伤时间值,可较为精确的量化织物热防护性能,为应急救援热防护服装的热设计提供理论依据。     

二硫化钼基杂化物对聚合物火灾安全性影响

为改善聚合物材料的火灾安全性,利用二硫化钼(MoS2)的独特性能,结合纳米复合、催化成炭等设计思路,采用共沉淀法制备CeMnOx-MoS2和CeFeOx-MoS2双金属氧化物-MoS2纳米杂化物,并将其分别应用到2种典型聚合物(聚氨酯和环氧树脂)中.结果 表明:2种杂化物均匀分散在聚合物基体中,可有效延缓聚合物材料的热...     

服装热阻和湿阻的测量与计算

热阻和湿阻是影响服装热湿舒适性的两个重要参数,其测量方法对于研究和改善服装的热湿舒适性具有重要意义。本文介绍了面料和服装的热阻、湿阻的概念和测量方法,以一件连体型防静电无尘服为例,使用出汗暖体假人"Newton",对其热阻、湿阻进行测量,详细阐述了服装的局部到整体的热阻、湿阻的测量与计算,并分析了服装各个局部热阻、湿阻的特点。     

堆积状态下低品质煤临界自燃着火点测定与研究

为了研究低品质煤炭堆积状态下内部自热理论,采用临界自燃着火点理论和Frank-Kamenetskii 模型研究了煤堆内部热产生与热散失平衡理论以及煤堆表面的换热现象;并应用设计研发的煤堆热扩散率及温度监测实验装置和测定方法来评估低品质煤样（褐煤以及亚烟煤）临界自燃温度。结果表明:煤样堆积状态下临界自燃着火点温度可通过实验室内测定分析不同体积网框在不同环境温度条件下自热曲线得出;同体积条件下,临界自燃着火点随着煤品质的升高而增加;在140 ℃ 环境条件下,1#,2# 和3# 煤样在快速升温的前20 min内,温度变化趋势相似;在60~65 ℃,3种煤样出现温度转折点,升温速率开始减缓;根据煤样临界自燃着火点温度结合F-K热发火边界条件理论得出的堆积体积与着火点耦合关系式可预测大体积煤样自燃倾向性及临界自燃温度。     

半刚性路面基层环境影响评价研究

采用输人输出模型,通过清单分析和归一化处理对我国典型的路面基层材料水泥稳定粒料与石灰稳定粒料以及几种工业固体废弃物路面基层材料的环境影响进行了研究并和水泥混凝土进行了对比.结果表明,工业固体废弃物路面基层对资源能源消耗量少,生产过程中固体废弃物、温室气体、酸雨气体的排放量小.和我国目前广泛使用的水泥稳定粒料相比,其环境影响较小,而且可以被再循环用作水泥生产的混合材,是一类典型的生态建筑材料.     

石油测井用中子源辐射屏蔽研究

放射源测井技术是当今石油勘探和开发中必不可少的手段，开展对测井人员的屏蔽防护研究十分必要。将聚乙（丙）烯与碳化硼和氧化铝等以不同比例混合后制成的板材和织物具有良好的热中子、中能中子和快中子屏蔽效果，加工成屏蔽装置后，可使镅－铍源中子的屏蔽率达到６２．０６％，γ射线屏蔽率达到３２．４３％，结合中子辐射防护服和防护围裙等的使用，可较好地解决测井人员的辐射防护问题。     

地铁多线换乘车站火灾模型实验研究—(1)模型装置设计

为研究地铁网络化运营枢纽车站火灾烟气扩散特征和防排烟技术,根据工程资料和标准规范对典型多线换乘车站进行1∶10火灾实验模型设计,并依据设计方案完成车站模型主体结构和通风排烟系统的搭建,同时在各个防烟分区设计安装温度、流速、烟气浓度和热辐射测量装置,可实现对“T”形、“十”形和“L”形换乘等不同换乘形式车站的火灾场景模拟和危险参数测量。研究结果表明:该模型装置能够开展一系列针对不同换乘形式和通风模式的火灾实验,对于全面揭示大型换乘车站火灾烟气运动规律、验证并优化火灾防排烟设计方法、支撑复杂结构枢纽车站火灾烟气控制技术具有重要意义。     

外墙保温材料在火灾中的燃烧现象小尺寸实验研究

利用外墙保温材料的小尺寸燃烧实验来研究外墙保温材料在火灾过程中的燃烧特性,分析总结外墙保温材料在火灾过程中的燃烧现象.建立外墙保温材料火灾实验模型,对外墙保温材料火灾实验的实验方法以及数据测定方式进行了介绍.采用不同阻燃性质的保温材料,研究阻燃成分阻止竖向燃烧的效果.观察不同的保温材料在燃烧过程中的点燃性能.根据材料的阻燃性能、点火位置、固定方式的不同,总结燃烧痕迹的变化规律.分析非阻燃材料在燃烧的过程中的熔滴生成,发现产生的熔滴对未燃保温材料的点燃现象.观察不同的保温材料在燃烧过程中的烟气生成及烟气层的形成.通过小尺寸火灾试验的方法来研究建筑外墙保温材料火灾的特性,提出使用阻燃型外墙保温材料的必要性.