论文摘要：气流湍流颗粒分散与表面改性处理

目前，颗粒的分散与表面改性处理在科学研究及生产实践中显得越来越重要。本论文提出了气流湍流颗粒分散与表面改性处理方法，并根据该方法的思想设计研制了颗粒分散与表面改性设备。文中采用实验与理论分析相结合的方法，对气流湍流颗粒分散与表面改性处理方法进行了系统研究，并对改性剂在颗粒表面的吸附机理作了详细的阐述和分析。论文的研究工作与结论，主要有以下四个方面： （1）通过分析颗粒间的团聚力以及颗粒在气流中所受到的分散力，分析结果表明，采用碰撞方式对颗粒进行分散最为有效。根据这一分析结果，设计了一种内旋式分散喷嘴，对颗粒团聚体进行分散处理。采用该喷嘴可以在很短的距离内实现颗粒在空间中的均匀分散，而且在分散过程中所产生的分散力也较其它喷嘴所产生的分散力大，可以很好地对软团聚体颗粒进行分散处理。对于硬团聚体颗粒，由于颗粒间的团聚力较大，可以采用对撞式双喷嘴对硬团聚体颗粒进行分散处理。采用上述两种分散方法分别对软团聚体颗粒和硬团聚体颗粒进行分散处理，实验结果表明，上述分散方法可以对微米级二氧化硅、滑石粉、云母粉等软团聚体颗粒以及纳米三氧化铝硬团聚体颗粒进行有效地分散处理，并获得了很好的分散效果。 （2）采用所设计的气流湍流颗粒表面改性处理设备，对多种颗粒材料进行了表面改性处理，实验结果表明，该方法及设备能够实现颗粒的表面改性处理。对不同粒度的空心微珠进行表面改性处理后发现，随着空心微珠粒度的减小，达到最佳改性效果时的改性剂用量将增加，最佳的改性温度也将升高。对于不同种类的改性剂，达到最佳改性效果时的改性剂用量也不相同。采用气流湍流颗粒表面改性处理方法对其它多种颗粒材料（如二氧化硅、云母粉和铝粉等）也进行了表面改性处理，通过粘度预先评价、红外光谱分析、XPS分析以及填充聚丙烯复合材料的力学性能分析表明，改性处理后的颗粒表面包覆了一层改性剂，改善了颗粒与有机基体的相容性，提高了颗粒与基体之间界面的粘结强度。通过实验，验证了该方法可以很好地实现颗粒的表面改性处理，并获得很好的改性效果。实验结果表明，该方法具有颗粒表面改性均匀、改性完全以及改性层可控等特点。 （3）采用原子力显微镜、XPS和接触角分析方法，对硅烷偶联剂的吸附过程和机理进行了研究。在研究过程中为了研究方便，选用二氧化硅基片和三氧化铝基片表面模拟替代颗粒的表面。实验结果表明，在不同的改性剂和不同的吸附条件下，吸附在基片表面的硅烷偶联剂薄膜形貌和性质并不相同。随着基片温度的升高，基片表面的吸附膜变得光滑；随着硅烷偶联剂溶液浓度的增加，基片表面吸附膜的形貌粗糙度增大；随着载气温度的增加，基片表面吸附膜的粗糙度先减小而后增大。这些参数的影响趋势表明，偶联剂在基片表面的吸附过程是偶联剂分子自身聚合反应与偶联剂分子在基片表面吸附反应二者共同作用的过程，二者的反应速度共同决定了偶联剂在基片表面吸附的形貌。实验中还采用甲苯超声波洗涤的方式，对在二氧化硅基片表面吸附的硅烷偶联剂吸附膜进行洗涤，洗涤前后二氧化硅基片表面的原子力显微镜照片从微观上直观地表明，硅烷偶联剂在基片表面形成了多层吸附层结构。这些有关硅烷偶联剂吸附过程及吸附机理的研究对改性剂的吸附机理研究具有重要的学术价值。 （4）采用化学镀的方法在颗粒表面实现了金属膜包覆处理。将镀银的沉珠作为示踪粒子应用于PIV测试实验中，取得了很好的实际应用效果。