生物质冷压成型模具摩擦热分析

为了揭示生物质成型过程中摩擦热引起的温度变化规律以指导生物质成型机的设计,根据生物质冷压成型特点和传热学原理,引入平均压力和当量速度等,建立生物质成型模具的摩擦热分析模型,对成型过程摩擦热进行数值模拟试验。结果表明,试验结果和模拟结果基本吻合,冷压成型摩擦热引起的温度变化为：成型模具内表面温度在工作运转60 min后达到木质素软化温度,成型制品质量有所提高,240 min后温度趋于稳定,最终温度在115～125℃;通过控制原料、模具材料、模具结构、生产率等因素,可缩短成型达到木质素软化点所需时间,提高成型质量。     

棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板的制备工艺优化

为了有效利用棉秆资源,该文以长棉秆束为基体,以等规聚丙烯薄膜为填充材料,热压制备了棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板。采用单因素和正交试验分析了薄膜质量分数、热压温度、热压时间和密度对复合板力学和吸水性能的影响,得到较优热压工艺参数为:薄膜质量分数15%,热压温度185℃,热压时间15 min,密度0.7 g/cm3。在此条件下,复合板的静曲强度为60.60 MPa,弹性模量为5074.4 MPa,内结合强度为1.48 MPa,吸水厚度膨胀率为2.53%。用扫描电子显微镜观察到复合板中棉秆纤维和塑料薄膜接合界面存在机械互锁结构。该研究可为有效利用农作物秸秆制备定向复合板提供参考。     

基于改性大豆蛋白胶黏剂的竹刨花板性能

为了开发生物质胶黏剂及环境友好型竹刨花板,研究了基于十二烷基硫酸钠改性的大豆蛋白胶黏剂施胶量对竹刨花板物理力学性能的影响,结果表明,大豆蛋白胶黏剂的较佳施胶量为13%。通过响应曲面设计研究了热压温度、热压时间和板坯含水率对竹刨花板的力学性能及耐水性的影响,得到最优工艺参数条件为:热压温度175℃,热压时间8.5min,板坯含水率26.0%,在此条件下,静曲强度达16.8MPa,内结合强度达0.65MPa,吸水厚度膨胀率达6.7%。实验室测得竹刨花板物理力学性能指标均达到国家标准。     

超高压灭活枯草芽孢杆菌(AS 1.140)的参数优化

该文采用响应曲面方法中的Box-Behnken模式，对超高压灭活枯草芽孢杆菌进行了试验优化设计，并进行了实验分析验证。试验结果表明：压力、温度、保压时间是超高压灭活枯草芽孢杆菌的显著影响因子，分析表明其显著度顺序为压力＞温度＞保压时间；在本试验条件范围内建立并验证的超高压杀灭枯草芽孢杆菌的回归模型准确有效；优化得出10组杀灭10⁶ cfu/mL枯草芽孢杆菌工艺参数的取值范围为压力343.79～475.75 MPa，温度27.47～57.44℃，保压时间14.14～19.72 min。     

水稻秸秆热压成型工艺参数试验研究

水稻秸秆冷压成型试验得到的成型燃料能耗较高且质量不佳,为提高水稻秸秆成型燃料质量,本次试验利用水稻秸秆成型设备,在不同成型压力、原料粒径、温度以及含水率等工艺参数条件下对水稻秸秆进行热压成型试验。通过分析成型燃料的物理性能,确定各工艺参数最佳选取范围为：粒径0~2mm、温度70~100℃、成型压力8.89～40MPa、含水率12%～25%。为进一步提高水稻秸秆原料成型燃料的质量,提出通过添加木质素含量较高的木屑原料即形成混合原料,并通过对比试验进行研究。结果表明,混合原料可以有效提高水稻秸秆成型燃料的综合质量。     

水稻植质钵育秧盘制备工艺及参数优化

为实现适合中国国情的钵育栽植技术,该文以水稻秸秆为主要原料,配以热固性胶粘剂、固化剂和增强剂经热压制备水稻植质钵育秧盘,采用正交试验设计分析成型配比(施胶量、固化剂量、增强剂量和混料量)和制备工艺(成型压力、模具温度和保压时间)对植质钵育秧盘性能影响。通过对试验结果分析得出制备植质钵育秧盘工艺优化参数为:施胶量0.9kg、固化剂量0.002kg、增强剂量0.09kg、混料量1.3kg、成型压力30MPa、模具温度120℃、保压时间300s,优化后的工艺参数可满足实验室试验研究要求(钵孔率99.46%,膨胀率1.12%),为进一步研究和植质钵育秧盘产业化生产提供技术借鉴与参考。     

棉秆束/高密度聚乙烯定向复合板制备

为了有效利用废弃棉秆资源,该文采用热塑性高密度聚乙烯塑料作为填充料,将疏解的棉秆束定向铺装热压制成复合板。利用热重分析仪分析了棉秆的热解特性,采用正交试验的方法分析了复合板密度、塑料质量分数、热压温度、热压时间对复合板力学性能的影响;用扫描电镜观察到棉秆纤维与高密度聚乙烯复合界面存在机械啮合结构。通过试验得到制备定向复合板的较优热压工艺参数为：复合板密度0.8 g/cm3,塑料质量分数50%,热压温度168℃,热压时间 17 min。在此工艺条件下,复合板的静曲强度、弯曲弹性模量和内结合强度分别达到31.51、4 561.25和0.52 MPa,超过定向刨花板OSB/1的标准值。     

金属摩阻材料间摩擦系数与滑动速度关系的研究

该文讨论了金属摩阻材料的摩擦机理，通过金属摩阻材料在不同压力、速度下的试验结果，验证了弹性—粘性摩擦面摩擦系数与滑动速度的关系式在高接触压力下也是适用的，同时得出了高接触压力下金属摩阻材料间的摩擦系数随滑动速度增大而减小，随接触压力增大而变小的结论。     

鱼松块压缩成型工艺参数优化

为研究鱼松块压缩成型工艺对鱼松成型块品质的影响,分析了糕粉添加量、成型压力、保压时间和成型速度对鱼松成型块质构和感官评定的影响。选取糕粉添加量、成型压力、保压时间进行正交试验。试验结果表明：鱼松成型块感官评分与硬度和咀嚼性呈极显著正相关,与弹性和黏附性呈极显著的负相关;成型压力对鱼松成型块的感官评定有显著影响;对感官评分的影响顺序为：成型压力>糕粉添加量>保压时间;正交试验的最佳成型工艺为糕粉添加量20%,成型压力3?MPa,保压时间20?s,成型速度为40?mm/min。该工艺将为鱼松块成型设备的研制提供设计依据。     

玉米秸秆皮单板层积材制备工艺优化

为将组分分离后的完整玉米秸秆皮用于人造板生产,该文以去除表皮层后的完整玉米秸秆皮为原料,以异氰酸酯胶为胶黏剂进行了玉米秸秆皮层积材的制备试验,并分析取样高度、施胶量、热压温度、热压时间等工艺条件对玉米秸秆皮层积材物理力学性能的影响。结果表明,利用穗位部及根部位置玉米秸秆皮制备的板材的性能,除内结合强度较小外,其他性能优于穗位部以上位置玉米秸秆皮制备的板材(P0.01);随着施胶量的增大,静曲强度、弹性模量、内结合强度等力学性能显著增大(P0.01),其吸水厚度膨胀率和吸水率都呈减小趋势;在热压温度为150℃、热压时间为6 min时,玉米秸秆皮层积材的力学性能较好,但随着热压时间的增大,其吸水厚度膨胀率和吸水率都增大。在取样高度为玉米秸秆的根部、施胶量为12%、热压温度为150℃、热压时间为6 min最优工艺试验条件下,玉米秸秆皮层积材达到了GB/T20241-2006《单板层积材》、LY/T1611-2003《地板基材用纤维板》的使用要求。该研究为玉米秸秆皮材料化利用及其制板工艺优化提供了理论基础与技术依据。     

改性豆胶胶合板热压工艺优化及固化机理分析

为了减少含甲醛胶黏剂和推广环境友好型胶黏剂在胶合板中的应用,该文对脱脂豆粉进行改性后制成具有耐水性的大豆胶黏剂,用于生产胶合板,分析了热压工艺对胶合板性能的影响;并辅以仪器分析结果阐述改性豆胶的固化机理。结果表明,热压工艺的影响因素大小排序为热压温度>热压压力>热压时间;较佳热压工艺为:140℃、1.0MPa和4.69min,胶合板的耐水胶合强度(0.91MPa)符合国家标准GB/T9846-2004中Ⅱ类胶合板的要求(≥0.80MPa)。傅里叶变换红外光谱分析表明,固化后的改性豆胶亲水性基团减少,酰胺键有所增加;豆胶在固化过程中内部基团发生反应,形成交联。X-射线光电子能谱分析表明,改性豆胶固化过程不仅发生酰胺化反应,还发生胺化作用,使豆胶交联成体型结构。热重-微分热重分析表明,升温至140～150℃时,豆胶的吸附水和官能团间缩合反应产生的水分蒸发完毕,豆胶完全固化;继续升温,豆胶发生热分解。该研究可为豆胶的工业化应用提供参考。     

湿式多片制动器纸基摩擦材料摩擦特性试验研究

湿式多片制动器纸基摩擦材料摩擦特性受其工作条件的影响非常显著。该文通过对制动器盘片温度、速度和衬片压力等因素的正交试验分析,阐明了各项因素及其交互作用因素对其摩擦特性的影响程度,推导出制动器平均摩擦系数与盘温、速度和衬片压力等因素之间的回归方程,从而为新型湿式多片制动器的设计提供理论依据。     

基于离散元的西北旱区农田土壤颗粒接触模型和参数标定

为了解决利用离散元法模拟土壤作业过程在预测农具阻力和土壤动态运动时存在失真等问题,整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性内聚力模型(liner cohesion model,LCM)优势建立西北旱区农田土壤模型,以不同参数(静摩擦系数、动摩擦系数和内聚强度)组合下仿真得到的土壤仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken试验法建立回归模型,并根据该回归模型进行了参数预测并验证,对17组土壤仿真堆积角方差分析表明:静摩擦系数、动摩擦系数、动摩擦系数和抗剪强度的交互项、动摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响极显著;静摩擦系数和动摩擦系数的交互项、静摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响显著。使用预测的参数进行6种不同含水率土壤直接剪切仿真和试验对比可知,当含水率为1%~20%时,仿真与试验间的抗剪强度相对误差为1.18%~9.31%,仿真与试验间的内摩擦角相对误差为0.55%~4.07%。对仿真和试验鸭嘴插入阻力数据进行分析可知,仿真与试验曲线在入土距离处于0~50 mm期间时,但仿真入土阻力曲线波动较大,仿真和试验阻力走势基本一致,玉米直插穴播最深处50 mm处的仿真和试验入土阻力相对误差为0.928%,可利用此时的入土阻力分析直插鸭嘴结构对强度的影响。     

基于离散元的玉米种子颗粒模型种间接触参数标定

由于EDEM(离散元法)中建立的玉米种子颗粒模型与实际玉米种子在外形、表面粗糙度等方面存在差异,若直接将实际测量的物性参数引入EDEM中进行仿真,会出现仿真失真的情况。针对此问题,该文提出一种建立数学回归模型主动寻找目标参数的方法,简化标定过程,将仿真试验和真实试验相结合,对玉米种子颗粒模型的种间静摩擦系数和滚动摩擦系数两个关键参数进行标定,使其在EDEM中建立的玉米种子颗粒重新获得与真实颗粒相近的物理特性。利用两种接触材料(有机玻璃板与铝质圆筒)进行玉米种子堆积角仿真试验,建立两个自变量为种间静摩擦系数、种间滚动摩擦系数的二元回归方程。以实际测量种群堆积角作为已知目标量进行数值求解,求得EDEM中玉米种间静摩擦系数和滚动摩擦系数这两个目标参数:玉米种间静摩擦系数为0.0338,玉米种间滚动摩擦系数为0.0021。将标定的玉米种子物性参数输入EDEM中进行仿真试验,通过提取关键特征尺寸和图像边界将试验结果与实际试验结果进行对比,结果表明:关键特征尺寸数值差异在4.70%以内,标定后的玉米种子堆积角边界与实际情况更接近,提高了仿真结果的可靠性。     

谷子摩擦特性试验及其影响因素分析

为了给谷子机械化播种、收获、加工、储运等作业装备设计及相关技术应用提供摩擦特性参数,该文运用自制的小籽粒休止角测定装置、摩擦系数仪、直剪仪等试验设备,测定了含水率分别为10.7%、13.7%、16.0%、19.8%的谷子的形态尺寸和休止角、滑动摩擦系数、内摩擦系数等摩擦特性参数。分别分析了含水率对谷子各摩擦力学特性参数的影响规律,不同接触材料对谷子滑动摩擦系数的影响,以及剪切速度和垂直应力对谷子内摩擦系数的影响规律。试验结果表明：含水率的变化对谷子形态尺寸的影响不显著（P>0.05）;谷子休止角随含水率增加而线性增大（R2=0.9875）;谷子与钢板、铁板、亚克力板间的动、静滑动摩擦系数均随含水率的增加而线性增大（R2≥0.9795）,与钢板间的滑动摩擦系数最小,亚克力板次之,铁板最高;谷子内摩擦系数受剪切速度的影响并不显著（P>0.05）,随着含水率的增加而线性增大（R2≥0.908）,随着垂直应力的增大而减小。研究结果可为谷子机械化装备的研发与设计提供参考。     

环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性

环文蛤贝壳具有优异的力学性能,对其进行仿生设计并开发新材料已经成为研究热点。该文以辽宁营口的环文蛤贝壳为研究对象,应用JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜对环文蛤贝壳各层微观形貌结构进行了观察,发现角质层表面比较光滑,背面布满大量无规则的球形颗粒,而棱柱层表面存在大量孔洞,颗粒与孔洞提高了二者的有效接触面积,增强了结合强度,环文蛤的分泌黏液通过这些孔洞到达角质层表面,当粒径与孔洞处于嵌合状态时,在黏液的作用下使角质层与棱柱层紧密结合在一起,能够进一步地提高环文蛤贝壳的机械强度;采用微观摩擦磨损试验机UMT对环文蛤贝壳的摩擦性能进行测量,试验表明,试验因素对摩擦因数的影响大小依次为砂纸规格、法向载荷、时间、滑动速度;对磨损量的影响大小依次砂纸规格、时间、滑动速度、法向载荷。采用JSM-6360LV扫描电子显微镜对环文蛤贝壳磨损表面微观形貌进行观察,环文蛤贝壳的主要磨损机理为较低试验载荷条件下的磨料磨损和轻微剥层磨损,以及在较高试验载荷条件下的磨料磨损和严重剥层磨损。     

模拟干湿交替对夯实土壤抗剪强度的影响

为了探究农业生产实践中经过人工夯实的田坎在自然营力作用下的垮塌变形机理,通过采集黄土区梯田土壤,对其进行室内击实、模拟干湿交替处理和剪切试验,探究了干湿交替过程对夯实土壤抗剪强度的影响。结果表明:在试验条件下,随着干湿交替次数的增加,土壤的粘聚力呈现逐渐增加的趋势。土壤的内摩擦角逐渐降低,并在第7次干湿交替时达到最小值。在100 kPa垂直压力作用下,土壤的抗剪强度受影响不明显;在200 kPa垂直压力作用下,土壤抗剪强度先增加然后趋于稳定;而在300,400 kPa垂直压力作用下,土壤的抗剪强度先增加然后逐渐降低,并趋于稳定,并在第2次干湿交替时达到最大值。此外,在相同干湿交替次数的情况下,随着垂直压力的增大,土壤的抗剪强度逐渐增大,说明垂直压力与土壤的抗剪强度呈正相关。经过显著性分析,干湿交替过程对土壤内摩擦角的影响大于相同条件下对粘聚力的影响。干湿交替过程对夯实土壤的抗剪强度有显著影响,随着干湿交替次数的增加,土壤的抗剪强度降低,其中土壤粘聚力增加,而内摩擦角下降。     

Compaction of Corn Distillers Dried Grains

Corn distillers dried grains (DDGS) were compacted into cylindrical pellets (3.5 cm in length, 1.5 cm in diameter) utilizing a closed‐end die under axial stress from a vertical piston applied by an Instron universal testing machine. The effects of independent variables, including the raw material moisture content (25–35% db), processing temperature (100–120°C), pressure (12.5–37.5 MPa), and dwell time (5–15 sec) on pellet density, durability, and stability were determined using response surface methodology. Moisture content, temperature, and pressure significantly affected (P < 0.05) the properties of DDGS pellets, while the influence of dwell time was negligible (P > 0.05). Increasing temperature initially increased and then decreased unit density. High moisture and pressure had favorable effects on unit density and durability rating. The density ratio increased with increasing pressure and moisture content. The results suggested technical feasibility of compacting DDGS. For the range of variables tested, optimum levels were identified as 34.6% moisture content, 107°C press temperature, and 36.8 MPa pressure to obtain maximum durability and density and acceptable dimensional stability.     

高密度CO2处理虾肌球蛋白形成凝胶的临界浓度与凝胶强度

为了探讨高密度CO_2(dense phase carbon dioxide,DPCD)诱导蛋白质形成凝胶的机制,以凡纳滨对虾肌球蛋白为研究对象,研究了DPCD处理压强、温度和时间对虾肌球蛋白形成凝胶的临界浓度和对虾肉糜凝胶强度的影响。研究结果表明:DPCD处理压强和温度对虾肌球蛋白溶液形成凝胶的临界浓度有显著影响,处理时间对肌球蛋白溶液形成凝胶的临界浓度无显著影响,但增加处理时间,可以形成更加紧实的凝胶。在40℃和5~30 MPa时虾肌球蛋白溶液形成凝胶的临界质量浓度为14 mg/mL,在50℃和5、10 MPa时虾肌球蛋白溶液形成凝胶的临界质量浓度为12 mg/mL,在50℃和15~30 MPa时虾肌球蛋白溶液形成凝胶的临界质量浓度为11 mg/mL,在60℃和5~30 MPa时虾肌球蛋白溶液形成凝胶的临界质量浓度为10 mg/mL。DPCD处理压强和温度对虾肉糜的凝胶强度也具有显著影响(P0.05),且随着压强增加和温度升高,虾肉糜凝胶强度呈增加趋势(P0.05);在50℃和25 MPa下处理虾肉糜20 min,形成的凝胶强度较好,达到了(14.28±0.57)N·mm。DPCD处理温度越高,虾肌球蛋白形成凝胶的临界浓度就越低,而虾肉糜形成凝胶的强度越高;DPCD处理压强越高,虽然对虾肌球蛋白形成凝胶的临界浓度影响较小,但能使虾肌球蛋白和虾肉糜形成凝胶的强度增加。从分析中还可以推断,DPCD低压(5~10 MPa)诱导虾肉糜形成凝胶主要是热效应的作用,DPCD较高压强(10 MPa)诱导虾肉糜形成凝胶是热和CO_2分子效应的共同作用。研究结果为进一步阐明DPCD诱导蛋白质形成凝胶的机制提供了基础数据。