功能性超支化聚合物的合成及其對(duì)碳?xì)淙剂蠠峄瘜W(xué)過程的調(diào)控
本文選題：吸熱型碳?xì)淙剂?/strong> 切入點(diǎn)：超支化聚合物 出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文
【摘要】：高超聲速飛行器所帶來的熱管理問題日益凸顯,發(fā)展能扮演冷卻劑和推進(jìn)劑雙重角色的吸熱型碳?xì)淙剂铣蔀榻鉀Q這個(gè)問題的一個(gè)關(guān)鍵。在應(yīng)用過程中,吸熱型碳?xì)淙剂厦媾R著提高熱沉、減少結(jié)焦和促進(jìn)燃燒等實(shí)際需求。本文為滿足這些實(shí)際需求尋找新途徑,設(shè)計(jì)與合成擁有獨(dú)特超支化結(jié)構(gòu)和一定聚合度的功能性超支化聚合物。研究它們作為碳?xì)淙剂系木嗵砑觿┰谖鼰嵝吞細(xì)淙剂系牧呀�、結(jié)焦以及燃燒等熱化學(xué)過程中所發(fā)揮的作用,期望為這類結(jié)構(gòu)獨(dú)特的聚合物在吸熱型碳?xì)淙剂现械膽?yīng)用中提供理論與實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。本文在以下方面開展主要工作:開發(fā)大分子引發(fā)劑超支化聚縮水甘油(HPG)用以促進(jìn)燃料裂解、提高熱沉。通過陰離子開環(huán)聚合法合成HPG,分別用棕櫚酰氯和"巰基-烯基"點(diǎn)擊反應(yīng)改性得到可溶于碳?xì)淙剂系漠a(chǎn)物PHPG和DSHPG,并表征了這些產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性。選擇石蠟基燃料Paraffin-1為基底燃料、PHPG為添加劑,在間歇式反應(yīng)釜中初步探索了 PHPG對(duì)碳?xì)淙剂蠠崃呀獾淖饔?轉(zhuǎn)化率和氣體收率的升高表明PHPG可有效提高燃料的裂解深度。在3.5 MPa壓力下,分別研究PHPG對(duì)模型燃料正十三烷和煤油基燃料Kerosene-1在600～720℃內(nèi)超臨界裂解的影響,兩類燃料的裂解轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和熱沉的提高進(jìn)一步證實(shí)PHPG對(duì)提高碳?xì)淙剂狭呀馕鼰嵝阅苡忻黠@效果。從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)論證兩方面,研究了 PHPG-碳?xì)淙剂象w系的"聚集-分散"現(xiàn)象和最高臨界共溶溫度,使用短鏈醇可有效減少PHPG在碳?xì)淙剂现械木奂⒃黾雍琍HPG燃料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性,還能進(jìn)一步提升PHPG提高碳?xì)淙剂衔鼰嵝阅艿男Ч�。開發(fā)大分子引發(fā)劑超支化聚酰胺-胺(PAMAM)用以提高燃料吸熱能力。通過Micheal加成法以及逐步升溫縮聚法合成了 PAMAM,再以棕櫚酰氯處理PAMAM得到了可溶于燃料的產(chǎn)物PPAMAM。在3.5 MPa壓力和1 g/s流量下,分別研究了 PPAMAM對(duì)煤油基模型燃料甲基環(huán)己烷和煤油基燃料Kerosene-1在600～720℃內(nèi)超臨界裂解的影響。兩類燃料熱裂解的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和熱沉的提高表明,PPAMAM在實(shí)驗(yàn)溫度的范圍內(nèi)對(duì)碳?xì)淙剂系某R界裂解有明顯的促進(jìn)效果�；诮Y(jié)焦的機(jī)理開發(fā)含硫的大分子結(jié)焦抑制劑。通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合法制備可溶于碳?xì)淙剂系暮虺Щ簿畚颯HPGMA。研究了SHPGMA對(duì)正十三烷裂解和結(jié)焦的影響,在SHPGMA的作用下,正十三烷裂解的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和焦含量均有所下降,燃料裂解過程中形成的棒狀和絲狀焦炭顯著減少,說明SHPGMA有較好的抑制催化結(jié)焦效果。為進(jìn)一步驗(yàn)證SHPGMA的結(jié)焦抑制效果,將PHPG與SHPGMA配伍,添加至高密度碳?xì)淙剂螷erosene-2中。相同裂解時(shí)間內(nèi)的裂解溫度和壓差變化、氣體液體產(chǎn)物和熱沉變化表明,PHPG對(duì)Kerosene-2在出口油溫600～750℃內(nèi)同樣有明顯的引發(fā)作用,但高溫下壓差變化波動(dòng)大,裂解安定性較差。在SHPGMA的配合下,含PHPG燃料的裂解過程的壓差變化明顯變平穩(wěn),裂解安定性得到有效提高。在定容燃燒彈中通過紋影高速攝像機(jī)技術(shù)測定了碳?xì)淙剂项A(yù)混層流燃燒性能的相關(guān)參數(shù),如火焰的馬克斯坦長度、火焰拉伸率和層流燃燒速率。研究了PHPG、PPAMAM和DSHPG三類大分子引發(fā)劑在貧氧條件下對(duì)Kerosene-1和JP-10燃燒速率的影響。結(jié)果表明,超支化聚合物對(duì)碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火初期燃燒速率有影響,影響的效果與燃料的揮發(fā)性和大分子引發(fā)劑的添加量有關(guān):當(dāng)添加量在1.0 wt%時(shí),PHPG、DSHPG和PPAMAM對(duì)煤油基碳?xì)淙剂螷erosene-1和JP-10的點(diǎn)火初期燃燒速率提升都有顯著效果。大分子引發(fā)劑添加量偏多或偏少都可觀察到燃燒速率受到抑制的現(xiàn)象。
[Abstract]:In this paper , the effect of PHPG on pyrolysis , coking and combustion of hydrocarbon fuel has been studied . The results show that PHPG is used as base fuel and PHPG as additive . The effect of hyperbranched polymer on the initial firing rate of hydrocarbon fuel is related to the volatility of fuel and the amount of initiator added . When the addition amount is 1.0 wt % , PHPG , DSHPG and PPAAs have remarkable effect on the initial firing rate of kerosene - based hydrocarbon fuel Keroxide - 1 and JP - 10 .
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V312.1
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