振荡气泡内超细粒子迁移研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wyattwong
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纳米复合材料以其良好的物理性能和功能特性得到了越来越多的应用。在制备纳米复合材料的过程中如何防止纳米粒子发生团聚,将纳米粒子均匀地分散到聚合物中,已成为现今的研究热点之一。基于机械/物理方法的气泡膨胀法纳米粉分散技术以其受分散材料的限制小等优点,得到了广泛的应用。而实验表明该方法中粒子向气泡壁迁移时,其迁移率很低,这严重影响了纳米团聚体的分散效果,同时也使得该方法不能够大规模的推广到生产中。针对这一背景,本文对膨胀振动气泡内超细粒子的迁移进行研究,通过分析不同参数下,粒子迁移率的变化规律,找到能够提高迁移率的参数组合,为解决该方法粒子迁移率较低,不能广泛推广的问题,提供理论基础。采用细胞模型作为物理模型,引入了气泡膨胀振动的数学模型,并通过仿真,研究了气泡初始压强,初始半径及聚合物溶液粘度对气泡膨胀振动的影响。引入粒子运动数学模型,以单个粒子为研究对象,分析了在膨胀振动气泡中,粒子直径及气体动力粘度对粒子运动的影响。建立了判别粒子是否迁移到气泡壁上的数学模型,对膨胀振动气泡内粒子的迁移进行仿真,通过改变各个参数,计算不同参数组合下粒子的迁移率,研究粒子迁移率的变化规律,分析气泡初始半径,气泡初始压强及粒子直径对粒子迁移率的影响。搭建了实验平台,通过实验对仿真结果进行定性论证,进一步分析在不同气泡初始半径,气泡初始压强下,粒子迁移率的变化规律。仿真及实验结果表明,气泡初始半径,气泡初始压强及粒子直径对粒子迁移率有很大的影响。利用气泡膨胀过程中的振动现象,适当地调节各参数组合,气泡内的超细粒子可以快速、高效地迁移到气泡壁上,进而有效地提高了气泡膨胀法纳米粉分散技术的性能。
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