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    2022年 第50卷 第8期    刊出日期:2022-08-25
    2022, 50(8):  0-0. 
    摘要 ( 66 )   PDF (481KB) ( 106 )  
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    食品科学与技术
    黄惠华, 唐璐, 刘钰姗, 等
    2022, 50(8):  1-11.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210521
    摘要 ( 1511 )   HTML ( 52)  
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    近年来,随着菠萝销量的逐渐增加,菠萝皮渣的资源浪费问题亟待解决。菠萝皮渣中富含不溶性纤维素,这为菠萝皮渣中提取的纤维素的衍生化发展提供了可能性。为了探究菠萝皮渣在纤维素纳米晶制备和应用方面的潜力,文中利用硫酸水解法和2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMPO)氧化法分别制备了菠萝皮渣纤维素纳米晶PPeNc和PTNc,并将其应用于Pickering乳液(制得PPeNc-P和PTNc-P)进行环境稳定性研究。傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射和热重分析发现,PPeNc和PTNc均保留了纤维素的结构特征,但PTNc的结晶度和热稳定性更低;原子力显微观察显示,PTNc的纵横比高达54.11,对比PPeNc而言,PTNc具有纵横比更高、直径更长的特点。研究发现,在pH = 2~12范围内,离子强度小于70 mmol/L或油水比低于5∶5时,PTNc-P稳定性均高于PPeNc-P。贮存实验发现,PPeNc-P的贮存期在70 d以内,而PTNc-P能够稳定贮存5个月以上。文中研究结果表明,通过TEMPO氧化法制备的纤维素纳米晶在稳定Pickering乳液方面具有更大潜力,这为PTNc在Pickering乳液中的贮存和进一步应用提供了理论依据,有利于实现菠萝皮渣的高值化利用。

    高群玉, 刘强, 董诗婷
    2022, 50(8):  12-20.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220001
    摘要 ( 1561 )   HTML ( 10)   PDF (3678KB) ( 263 )  
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    淀粉Ghost是淀粉糊化后残留在糊化淀粉乳液(Gelatinized Starch Dispersions,GSD)中的不溶性空心囊结构,因其形似“ghost”而得名。控制Ghost的含量与性质可以调控GSD的各种理化性质(如消化率、电导率和粘弹性等)。为进一步了解改性淀粉Ghost对淀粉基产品性能的影响,为其应用提供参考,文中利用马铃薯淀粉起糊温度低、高膨胀性的特点,以蜡质和普通马铃薯淀粉为研究对象,通过优化Brabender参数,制备了马铃薯淀粉Ghost,并探讨了不同湿热处理温度对两种马铃薯淀粉Ghost理化性质的影响。结果表明:湿热处理普通和蜡质马铃薯淀粉Ghost的SEM图多呈囊状和厚片状,膨胀度分别为1.23 ~ 2.71和1.58 ~ 2.78,粒径分别为15.2 ~ 51.3 μm和21.5 ~ 81.0 μm,抗性淀粉(RS)含量分别为90.7% ~ 98.4%和90.4% ~ 98.4%。湿热处理升高了马铃薯淀粉的起始糊化温度,减小了马铃薯淀粉的膨胀体积,增强了淀粉分子之间的相互作用,从而导致马铃薯淀粉Ghost的平均粒径和快消化淀粉(RDS)含量降低,直链淀粉含量、相对结晶度、RS含量增加,完整性增强;随着湿热处理温度的升高,马铃薯淀粉Ghost的RS含量和相对结晶度呈上升趋势,平均粒径和RDS含量呈下降趋势;马铃薯淀粉Ghost的完整性随着湿热处理温度的升高而增强,110 ℃湿热处理后制备的蜡质和普通马铃薯淀粉Ghost均能保持完整性良好的空心囊结构。湿热处理通过增强淀粉颗粒内部直链淀粉与支链淀粉、直链淀粉与脂质以及支链淀粉与支链淀粉之间的连接,可以显著地改善普通和蜡质马铃薯淀粉Ghost的完整性和稳定性;通过控制湿热处理条件,可以调控淀粉Ghost的结构,从而精准化生产含Ghost产品。文中研究结果对于湿热处理淀粉的应用具有一定的指导意义。

    许喜林, 赵思博, 郑柳青, 等
    2022, 50(8):  21-29.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.200437
    摘要 ( 1697 )   HTML ( 5)   PDF (3157KB) ( 292 )  
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    对课题组前期分离得到的对模拟胃肠道耐受良好的鼠李糖乳杆菌LR-ZB1107-01(Lactobacillus rhamnosus ZB1107-01)的培养基进行优化,初步研究了其益生特性,以提高单位体积发酵液中的菌体数量,为此菌株的开发和应用提供基础。首先,测定LR-ZB1107-01菌株在MRS培养基中的生长曲线,明确其在液体培养基中的生长规律;其次,以LR-ZB1107-01菌株发酵液中的活菌数为检测指标,对不同种类的氮源、碳源及生长因子进行单因素考察,以确定最适培养基组分,并进行响应面试验来优化培养基配比,以筛选最优发酵培养基;最后,对LR-ZB1107-01的硝基还原酶活性、氨基脱羧酶活性等体外安全性进行评价。结果表明,在2%葡萄糖含量的MRS培养基基础上,改变3种显著影响活菌数的营养成分及含量,即添加0.02% D-异抗坏血酸、0.12%硫酸镁、3%蛋白胨,再结合优化后的培养条件,活菌数可达8.56×108 CFU/mL,较在MRS培养基中提高了约10.7倍。体外安全性评价结果表明,LR-ZB1107-01对硝基还原酶和氨基酸脱羧酶均呈阴性,说明该菌株具有一定的安全性。文中研究成果对LR-ZB1107-01菌株微生态制剂的工业化生产和后续产品开发具有一定的指导作用。

    郑必胜, 杨文涵, 徐秋雄, 等
    2022, 50(8):  30-40.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220113
    摘要 ( 1704 )   HTML ( 4)   PDF (5899KB) ( 257 )  
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    阿魏酸(FA)是一种常见的膳食多酚,广泛存在于植物组织中,具有抗氧化、抗炎、抗血栓、降血糖等多种生物活性。由于膳食多酚的生物活性很大程度上取决于它们在体内的消化吸收,近年来,有关膳食多酚肠道代谢物的研究逐渐引起了人们的兴趣。阿魏酸无法在胃和小肠中被吸收,但在结肠酯酶等的作用下,能够转化为一系列羟基苯丙酸化合物。文中选取了阿魏酸在结肠中的3种主要代谢物——3,4-二羟基苯丙酸(3,4diOHPPA)、3-(3-羟基苯基)丙酸(3OHPPA)和3-苯丙酸3PPA),研究了它们的抗氧化和抗肿瘤活性。结果表明,代谢物3,4diOHPPA的抗氧化活性优于FA和代谢物3OHPPA、3PPA。阿魏酸及其3种代谢物能够显著抑制人肝癌细胞HepG2的增殖,它们的半最大效应浓度(EC50值)分别为1.82 mmol/L(FA)、0.74 mmol/L(3,4diOHPPA)、7.77 mmol/L(3PPA)和4.52 mmol/L(3PPA)。细胞周期实验表明,FA及其3种代谢物能够有序调控HepG2细胞周期进程,将细胞周期阻滞于G2期或S期。FA及其3种代谢物也能够剂量依赖性地诱导HepG2细胞凋亡,其中,FA和3,4diOHPPA能够分别将HepG2细胞总凋亡率提高至15.47%和71.84%(对照组为4.23%)。经过24 h预处理后,FA通过上调Baxp53基因,下调CDK-2、CDK-4基因发挥抗增殖效果;3,4diOHPPA则通过上调Baxcaspase-3基因,下调CDK-2、CDK-4基因抑制HepG2增殖。研究结果表明代谢物3,4diOHPPA的抗氧化和抗HepG2细胞增殖能力优于FA,为FA及其代谢物的抗肿瘤活性研究提供了理论支持,揭示了FA肠道代谢物的健康益处。

    陈瑾, 何大伟, 陈玲
    2022, 50(8):  41-48.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210527
    摘要 ( 1655 )   HTML ( 7)   PDF (892KB) ( 312 )  
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    作为种植面积和产量居世界前列的我国特色经济林果实,板栗是重要的休闲食品和食品辅料之一,深受消费者青睐。但板栗中淀粉含量较高,经加工后快消化淀粉含量显著升高,容易导致人体血糖紊乱,进而增加2型糖尿病和肥胖等慢性代谢性疾病的患病风险;此外,板栗在储藏过程中存在板栗淀粉易回生的问题,影响了板栗食品的加工品质。有鉴于此,为提高板栗制品的营养功能和加工品质,采用湿热处理协同多酚复合改性板栗淀粉,利用现代分析仪器研究咖啡酸/绿原酸结构对板栗淀粉-多酚复合物多尺度结构以及消化、回生性能的影响。结果表明:在湿热处理过程中添加咖啡酸/绿原酸会显著降低板栗淀粉的消化性能,板栗淀粉、湿热处理板栗淀粉、湿热处理板栗淀粉-绿原酸复合物、湿热处理板栗淀粉-咖啡酸复合物的抗酶解成分含量分别为15.53%、17.77%、19.72%、22.73%;相比于绿原酸,分子体积更小的咖啡酸更易与板栗淀粉形成短程有序结构及V型结晶等抗酶解结构域;低温储藏7 d会促使湿热处理板栗淀粉及其多酚复合物发生回生,回生过程中淀粉分子链会聚集重排形成更多、更有序的短程有序结构和结晶结构,但总体回生现象不明显。相对于湿热处理板栗淀粉,多酚化合物的加入会阻碍淀粉分子形成长程有序结晶结构,继而抑制淀粉颗粒的回生性能,提高其储藏稳定性。其中相对于绿原酸,咖啡酸的添加使板栗淀粉同时具有良好的抗消化和抗回生性能,可为创制高品质及营养健康的板栗淀粉类食品提供新途径和技术支撑。

    机械工程
    庞学勤, 邓文君, 李松青
    2022, 50(8):  49-61.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210741
    摘要 ( 202 )   HTML ( 13)   PDF (8231KB) ( 72 )  
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    AISI 316L奥氏体不锈钢作为典型的难加工材料,存在着加工效率低和加工过程热-力载荷大的问题。现有关于改善不锈钢加工性能的若干方法,如采用润滑措施、设计刀具表面结构等,均存在明显缺陷,例如,切削液的大量使用不利于环境和人体健康,刀具表面结构的不合理设计反而会加剧刀具磨损。针对现有方法无法很好改善奥氏体不锈钢加工过程热-力载荷大等问题,文中设计了一种新型变接触长度的限制接触刀具,用于加工AISI 316L奥氏体不锈钢,其与传统限制接触刀具相比可以有效减小切削力和摩擦系数。研究中首先基于非等距剪切区模型和切削力学理论,建立了用于预测变限制接触长度的限制接触刀具在车削时的切削力半解析模型;然后,在硬质合金刀具前刀面上通过线切割和微细电火花加工出常规和新设计的限制接触形状(矩形以及梯形限制接触形状),并进行了大量实验用于验证预测模型。结果表明:利用所建立的半解析模型预测出的切削力与实验数据吻合较好;与传统限制接触刀具相比,变限制接触长度的刀具能明显减小切削力。此外,文中还对比分析了传统和变接触长度的限制接触刀具在干切削条件下对切削性能的影响,发现变限制接触长度的刀具比传统限制接触刀具能更有效地降低切削温度和减少刀具磨损。文中研究结果可为切削难加工材料的刀具的设计提供参考。

    曹蕾蕾, 王留涛, 王严, 等
    2022, 50(8):  62-70.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210689
    摘要 ( 351 )   HTML ( 2)   PDF (1608KB) ( 123 )  
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    挖掘机工作装置为大型焊接件,因在作业过程中承受各种复杂载荷而易在焊缝处发生疲劳破坏,其疲劳强度直接关系着整机的使用寿命和性能。为了更有效地对焊缝处的疲劳寿命进行评估,文中基于等效结构应力法提出一种挖掘机工作装置焊缝疲劳寿命评估方法,即基于焊线上的节点力和节点力矩对网格不敏感的结构应力进行计算,通过把不同接头形式、板厚、加载模式的焊接接头统一起来的主S-N曲线,并结合疲劳累计损伤准则进行疲劳寿命评估。通过建立包括焊缝细节的工作装置动臂、斗杆的有限元模型,利用等效结构应力法对动臂、斗杆上的6条关键焊缝进行疲劳寿命评估,并与疲劳台架试验和其他分析方法进行对比分析。结果表明:采用名义应力法得到的动臂和斗杆的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为9.2%和14.2%,采用热点应力法得到的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为24.4%和23.4%,采用等效结构应力法得到的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为6.6%和9.5%,因此与名义应力法和热点应力法相比,等效结构应力法的评估结果与疲劳试验结果最为接近,名义应力法的评估结果偏于危险,热点应力法的评估结果偏于保守,说明等效结构应力法对于挖掘机工作装置的疲劳寿命评估是十分有效和可靠的。文中方法可为其他焊接结构的疲劳寿命评估提供思路。

    侯力玮, 王恒升, 邹浩然
    2022, 50(8):  71-81.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210698
    摘要 ( 437 )   HTML ( 4)   PDF (2111KB) ( 53 )  
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    针对现有机器人接触性操作任务中作用力建模方法表征能力不足、通用性差的问题,以玻璃基板卸片这一实际生产过程为例,对复杂接触动力学的建模方法进行研究。考虑到玻璃基板铲起过程中的作用力受多个界面接触动力学的影响,表现出多模态、非线性、非平稳性的特性,将物理先验知识以不同形式融合在深度学习模型的设计以及训练过程中,提出一种结合深度学习与机理模型的铲起过程作用力预测方法——针对玻璃基板铲起过程的受力特点,提出结合多尺度卷积核、注意力机制以及长短时记忆网络的深度学习模型结构;提出动力学参数随机化方法与基于材料力学、断裂力学的接触力补偿措施,使仿真训练数据更鲁棒地反映真实接触情况;在均方误差损失函数基础上,针对不合理的物理“穿透”行为引入附加损失函数进行网络训练。实验结果表明,所提方法在作用力单步预测中的均方根误差为0.286,可以准确地预测水平与竖直两个方向的作用力,多步预测结果也可以满足应用需求,预测性能优于现有的主流模型。消融实验表明,文中方法的优良预测性能是局部特征提取模块、注意力机制模块与时序特征提取模块3个组件共同作用的结果,同时,所提出的改进损失函数提高了模型训练的稳定性。文中方法可以应用于类似场景中对机器人与环境的接触力预测。

    何源福, 夏毅敏, 李深远, 等
    2022, 50(8):  82-91.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210534
    摘要 ( 447 )   HTML ( 2)   PDF (2011KB) ( 42 )  
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    目前隧道掘进机(TBM)施工过程的钢拱架安装均采用人工操作的形式完成,作业环境非常恶劣,导致钢拱架支护效率低、劳动强度大、施工风险高。为此,笔者及其所在团队前期设计了一种钢拱架快速封口安装机构,用于代替人工完成钢拱架的封口作业。抓取模块作为该封口安装机构中直接与钢拱架接触的核心部件,需要具有足够的传动性能,以满足夹持作业需求。为此,文中基于螺旋理论,建立了其运动学模型,推导了输入旋量和输出旋量之间的虚拟系数,研究得到了抓取模块的传动性能,并提出了相应的传动指标;在此基础上,建立了抓取模块的尺寸参数优化模型,结合钢拱架封口件的实际抓取需求,得到抓取模块各尺寸参数的优化结果如下:卡爪与连杆的初始夹角α=88°、导杆的初始位置l??FJ=170?mm,导杆运动范围0 ~ 63 mm。利用ADAMS软件对抓取模块从夹持到张开的姿势变化过程进行分析,得到以下结论:卡爪末端间的距离从50.0 mm逐渐增加至234.6 mm,满足抓取空间需求;输出扭矩呈先增大后减小的趋势,卡爪完全张开时扭矩最小值为21.23 N·m,满足输出扭矩需求。钢拱架封口成环的样机实验表明:抓取模块尺寸参数的测量值与计算模型仅相差4.5 mm,说明模型是正确的;钢拱架的整个封口安装时间为8.6 min,与传统人工作业相比,钢拱架封口机构的作业效率提高了20% ~ 70%。

    环境科学与技术
    廖艳芬, 邱梦泽, 陈顺凯, 等
    2022, 50(8):  92-101.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210726
    摘要 ( 428 )   HTML ( 5)   PDF (2877KB) ( 68 )  
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    随着我国经济的发展和城市化进程的加快,污泥产量随着污水处理率的提高而急剧增加,污泥处理处置成为亟待解决的问题。文中以出厂市政污泥为研究对象,对其热干化特性及污染物释放规律进行研究:在100~250 ℃等间隔的7组温度下进行热失重实验,以干燥速率和脱水速率来表征干化特性,实验发现200 ℃为污泥的最佳干化温度。对尾气中的气态污染物进行在线测量,发现除NH3和H2S外,还包含了NO、SO2和HCl等酸性气体,以及CO、CO2、H2、C2H6、C2H4等烃类成分,实验发现温度控制在200 ℃以下有利于抑制气态污染物的释放。实验条件下干化冷凝液为高浓度有机废水,125~250 ℃时pH值集中在8.88~9.17之间,为缓冲体系;COD随温度升高而增大,最高达16 000.0 mg/L。对干化后污泥渣基本燃料特性的检测发现,125~275 ℃下泥渣的碳含量和热值随温度升高而降低,300 ℃时符合低温碳化的部分条件,碳含量和热值增加,这为污泥的能源化提供了思路。结合SEM、BET等手段对泥渣进行表征,发现温度升高可增加泥渣的微孔结构,泥渣整体变得松散疏松,可作为低级吸附剂或建筑原料。文中研究结果为出厂污泥的废物处理及利用提供了一种新的思路。

    杨玉龙, 费伟成, 季京宣, 等
    2022, 50(8):  102-108.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210345
    摘要 ( 472 )   HTML ( 2)   PDF (1046KB) ( 79 )  
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    氨基酸是水体中普遍存在的一类含氮有机物,在I-存在下能产生毒性较强的碘代消毒副产物。为探明紫外光(UV)与氯联合消毒氨基酸生成碘乙酸的规律及机理,文中选用一种典型的氨基酸——色氨酸,建立了碘乙酸的生成动力学模型,探究了不同影响因素(包括UV照射时间、加氯量、pH值与Br-含量、I-含量)对碘乙酸生成的作用规律,并分析了碘乙酸的生成路径。结果表明:色氨酸在UV与氯联合消毒作用下生成碘乙酸的过程符合拟一级反应动力学,生成速率常数k为0.17 h-1;UV照射时间、加氯量、pH值与Br-含量、I-含量对碘乙酸的生成均有较大影响。UV照射时间对碘乙酸的生成起促进作用,UV照射时间越长,碘乙酸生成量越大;pH值在6~8范围内时,碘乙酸的生成量随着pH值的升高而增加;随加氯量的增加碘乙酸生成量呈先增加后减少的趋势,当色氨酸浓度与加氯量的比例约为1∶2时,碘乙酸生成量最高,达15.30 μg/L。文中建立了碘乙酸关于Br-含量和I-含量的生成模型,发现Br-含量对碘乙酸的生成起负相关作用,I-含量则起正相关作用,且后者对碘乙酸影响更大。文中还通过GCMS和LC-MS-MS检测出了异戊酸酐、丁酸酐等4种中间产物,推测碘乙酸的生成路径为色氨酸在UV光解与羟基自由基作用下生成C12H17NO3,然后在HOCl和HOI氧化作用下依次生成异戊酸、丁酸,最终生成碘乙酸。

    许锐杰, 陈克复, 招蔚弘, 等
    2022, 50(8):  109-118.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210494
    摘要 ( 396 )   HTML ( 3)   PDF (2620KB) ( 81 )  
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    水中塑化剂的污染问题已经引起越来越多的关注,关于其测试方法的研究也日益增多,但将不同类别的塑化剂同时进行测试的研究比较少见,且目前大多采用顶空式固相微萃取,难以保证较好的萃取效率和较低的检出限。为此,文中建立了一种浸入式固相微萃取-气相色谱-质谱法(SPME-GC-MS)来测定地下水中11种共两大类别的塑化剂。该方法选用65 μm二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷(DVB/PDMS)萃取纤维,在1 000 r/min的磁力搅拌转速下,于80 ℃萃取50 min,然后将萃取头直接注入GC进样口,于270 ℃下热解析2.5 min,再采用气相色谱-质谱联用仪进行检测,以保留时间和特征离子进行定性,以内标法进行定量。实验结果表明,11种塑化剂在0.1 ~ 2.0 μg/L范围内线性关系良好,相关系数大于0.996,检出限为0.03 ~ 0.06 μg/L,回收率为60.9% ~ 128.0%,相对标准偏差为6.68% ~ 19.00%。文中方法简便可靠,灵敏度高,适用于地下水中邻苯二甲酸酯类和己二酸酯类塑化剂含量的测定。针对塑化剂分析中的空白干扰问题,文中首次从试剂、耗材及仪器维护等各方面进行了详尽的分析,提出了切实可操作的解决方案,有效地降低了分析过程中塑化剂的空白干扰,进一步确保了分析结果的可靠性。

    材料科学与技术
    张桂珍 刘洋 严明保
    2022, 50(8):  119-127.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210805
    摘要 ( 527 )   HTML ( 6)   PDF (2186KB) ( 83 )  
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    随着科学技术的进步,各种智能电子设备和电动车、电网体系迅速成长,人们对高能量密度和可充电电池系统的需求越来越大,锂离子电池也得到了长足的发展。目前市场上常用的锂离子电池由正负极、电解液和隔膜组成。由于电解液易挥发、泄露,因此电池容易发生短路甚至着火、爆炸等安全事故。固态电解质的出现很大程度上消除了这一安全隐患。固态电解质在电池中既能分隔正负极、防止内部短路,又能充当离子导体实现正负极活性物质之间的锂离子传递,已成为新能源领域的研究热点之一。目前固态电解质膜的制备方法主要包括有机溶剂浇铸、涂布和热模压等,这些方法普遍存在有机溶剂污染环境、制造周期长、成本高等问题。有鉴于此,文中提出了一种聚环氧乙烷(PEO)基复合固态电解质膜的拉伸应力诱导免溶剂熔融制备新方法,并采用SEM、XRD表征电解质膜的结晶形态和微观形貌,采用DSC表征膜的热性能,通过线性扫描伏安法、电导率测试来表征膜的电化学性能。结果表明,与简单的机械混合相比,采用文中提出的新方法制备的聚环氧乙烷/聚偏氟乙烯-六氟丙烯/双三氟甲磺酰亚胺锂(PEO/PVDF-HFP/LiTFSI)复合固态聚合物电解质膜的锂盐分散性更好。离子电导率测试结果表明:即便不使用有机溶剂,采用文中方法制备的复合固态聚合物电解质膜仍与采用溶液浇铸法制备的电解质膜的离子电导率相当;所加入的PVDF-HFP含量为30%时,PEO基固态聚合物电解质膜在60 ℃下的离子电导率达2.07×10-4 S/cm,电化学稳定窗口超过5.0 V。

    李春凯, 丁彬, 石玗, 等
    2022, 50(8):  128-135.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210699
    摘要 ( 403 )   HTML ( 2)   PDF (2875KB) ( 43 )  
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    活性钨极氩弧焊(A-TIG焊)作为一种新型的焊接方法,通过在母材表面预先涂覆活性剂来增加焊缝熔深、提升焊接效率,在实际生产中已经得到了广泛的应用。氧化物作为A-TIG焊中最为常见的活性剂配方之一,其影响电弧行为的机制目前仍存在一定争议。为明晰氧化物对TIG焊电弧行为的影响机制,文中搭建了电弧形态与电弧空域光谱同步采集系统,研究了氧化物作用下电弧空域中活性剂粒子及氩、铁等带电粒子的谱线分布规律和电弧形貌特征,并基于Boltzmann作图法计算了不同区域的电弧电子温度。研究发现:电弧空间中的Ar Ⅱ谱线相对强度随距阴极区距离的增大逐渐减小,这是因为越靠近阴极区电弧能量密度越集中,越有利于促进Ar原子的电离;SiO2、B2O3能够促进Ar粒子的电离,TiO2能够抑制Ar粒子的电离;Fe Ⅱ谱线相对强度在轴向方向的分布规律与Ar Ⅱ谱线的相反,从阳极区附近到阴极区附近,谱线相对强度逐渐减小,这是因为越靠近熔池表面(阳极区附近),蒸发进入到电弧空间的铁蒸气浓度越高、电离越明显;3种氧化物活性剂的引入都会使Fe Ⅱ谱线的相对强度降低。涂覆TiO2活性剂的电弧空间中并未检测到明显的Ti Ⅰ特征谱线和电弧收缩现象,且电弧温度场并未发生明显的变化,因而TiO2活性剂对电弧行为的影响非常微弱;涂覆SiO2、B2O3活性剂的电弧空间中都检测到了Si Ⅰ、B Ⅰ特征谱线,且两种活性剂能够引起电弧收缩,但电弧收缩并不会对电弧温度场产生明显的影响。

    谭海兵, 李姝, 王静, 等
    2022, 50(8):  136-143.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210704
    摘要 ( 289 )   HTML ( 3)   PDF (7645KB) ( 54 )  
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    为了研究固溶温度对GH4099合金环锻件显微组织和力学性能的影响,设计了环轧后锻件固溶处理温度为1 080、1 100和1 120 ℃,保温时间均为1 h,时效处理制度为900 ℃条件下保温5 h的热处理试验,并开展相关的组织分析和力学性能测试。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)、JMatpro软件计算和力学实验检测等手段研究了不同固溶温度下GH4099合金环锻件的显微组织和力学性能。结果表明,1 080、1 100和1 120 ℃固溶处理后γ′相的平均尺寸分别为47.3、48.5和49.3 nm,体积分数分别为30.1%、31.0%和29.9%,由此可见,固溶温度对γ′相的尺寸、含量及分布影响不大。随着固溶温度的升高,合金硬度呈下降趋势。晶内颗粒状M23C6随着固溶温度的上升逐渐发生回溶,当温度达到1 120 ℃时,晶内M23C6几乎完全回溶。固溶温度在1 100 ℃以下时,晶粒细小,组织均匀;固溶温度在1 100 ℃以上时,晶粒尺寸出现明显的长大现象,并且经时效处理后,M23C6型碳化物呈链状析出于晶界,使晶界由平直状变为弯曲状,弯曲晶界显著提升了合金的持久寿命。持久试样断口附近晶粒组织被拉长,晶界处存在大量的孔洞,该现象表明沿晶断裂为该合金裂纹萌生和扩展的主要机制。此外,1 120 ℃固溶处理时,合金内部组织不均匀,出现混晶现象;由此可知,GH4099合金环锻件的最佳固溶处理温度为1 100 ℃。

    胡松喜, 冯彦洪, 殷小春, 等
    2022, 50(8):  144-154.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210672
    摘要 ( 394 )   HTML ( 2)   PDF (15592KB) ( 33 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    现有超高分子量聚乙烯(UHMWPE)静态成型方法普遍存在成型周期长、能耗高、极易出现热分解等问题,其制品的初生相特征结构被彻底消除使其难以同时具有良好的力学性能和耐磨性能。为此,文中采用脉振模压(PVM)成型技术,在低温下高效地制备了UHMWPE样品(PVM-UHMWPE),并研究了熔融热压阶段不同脉振频率对PVM-UHMWPE样品微观结构与宏观性能的影响规律。结果表明:脉振模压作用引起UHMWPE颗粒相互摩擦,能促进UHMWPE颗粒界面熔合,实现低温成型,这能保留UHMWPE初生相高规整度、高结晶度的特征结构,从而提高样品的整体结晶度和晶片厚度;随着熔融热压阶段脉振频率的增大,脉振作用增强,UHMWPE颗粒界面固结质量提高,PVM-UHMWPE的屈服强度、拉伸模量、断裂强度和断裂功均得到改善,但当脉振频率超过3.0 Hz后,脉振作用对UHMWPE初生相高规整度、高结晶度特征结构的破坏程度加剧,使PVM-UHMWPE的整体结晶度和熔点均降低,在未能进一步增强断裂韧性的同时,致使样品的拉伸模量下降;相对于成型周期长一倍、成型温度高40 ℃的普通模压样品(CM-210 ℃-60 min),成型温度为170 ℃、熔融热压阶段脉振频率为3.0 Hz的PVM-UHMWPE样品(PVM-170 ℃-3.0 Hz)的屈服强度、拉伸模量分别提升了大约9%和23%,磨损率和磨损指数分别下降了大约24%和22%,即相对于CM-210 ℃-60 min样品,PVM-170 ℃-3.0 Hz样品具有更高的机械强度和更好的耐磨性能。

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