尼龙6的合成工艺研究

第1篇：尼龙6的合成工艺研究

合成氨工艺技术的现状及未来发展研究

摘 要：随着科技的不断发展，社会的不断进步，资源越来越匮乏已成为既定事实。要想秉持可持续发展战略，就要在创造大量效益的情况下尽可能减少能源消耗，提高经济效益的前提是要将环保贯彻落实。目前，在合成氨工艺上就存在消耗过大的情况，而未来合成氨技术所要革新的方向，就是在产量提高的同时，尽可能降低消耗及有害物质排放。文章将结合合成氨工艺技术，对其工艺流程所出现的问题进行简析，并对合成氨技术的未来趋势进行展望，希望合成氨技术能有所改进并得到更好的应用，以促进经济的可持续发展。

关键词：合成氨;工艺技术;现状与趋势

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.060

随着我国工业水平的进步，氨不仅在众多化工产品中产量位于首位，其所合成的产品对人类的贡献也尤为显著。其是在化工领域中较为重要的一种化工产品。在人们的生活中，氨主要用于农业方面，因为以氨为原料可以制成尿素，对于农作物来说是最重要的氮素肥料。其作用不仅体现在农业方面，在工业方面，以其为原料还可以制成炸药、合成树脂等产品。由此可见，氨的用途非常广泛，是人们生活中必不可少的原料，人们对于氨的需求量也在日益增加。但是，由于我国现在各行各业都在提倡节能减排政策，化工领域也要响应国家政策。所以，我国针对现有的合成氨技术进行改善，是必不可少的一个流程。只有这样，才能使合成氨工艺技术符合当前化工领域的发展趋势。这样不仅可以使合成氨的用途越来越广泛，还可以使人们生存的环境变得越来越干净，可以让合成氨在人们的生活中作出更大贡献，使合成氨得到更好的发展。

1 我国合成氨工艺技术现状

最早的合成氨技术起源于20世纪初，那时合成氨技术主要是用于战争当中，因为炸药的原料之一就是合成氨。现代的合成氨技术，则主要运用在农业和现代化学当中。合成氨技术最早出现在我国，是在20世纪30年代。那时，我国在合成氨工艺技术方面还比较落后，如今我国合成氨技术已经在全世界占有较高的地位。在合成氨构成原料方面，我国掌握的种类也比较多，无论是利用无烟煤天然气还是油田等材料，都可以用来生产合成氨。由于我国经济技术的不断发展，对于合成氨的需求量也日益增加。同时，因为我国在合成氨工艺技术方面已经有较高的水平，所以目前合成氨的产量已经能够满足人们的日常生活需求。

在合成装置方面，因为我国引进的设备在世界领域中比较先进，所以在合成氨合成装置设备上，我国已经占有了绝大的优势，其也增强了我国在国际上的综合竞争力[1]。我国在合成装置方面，大大小小的装置共有八百套左右，主要根据原料区分用途。比如，大型的合成装备主要以天然气为主，中型的合成装备主要以煤为主等，如此就可区分合成装置的用途。

2 如今合成氨技术应用的具体情况

2.1 制氨工艺进阶

在当下我国的工业中，工艺技术正处于一个不断革新的状态之中，氨合成技术的工艺装置同样也在紧跟时代步伐不断变化。在国外，有相关专家及研究部门曾提出，关于氨的合成工艺，可以选用天然气作为合成原料进行应用，通过这种方式进行氨的合成，可以大大降低能源消耗。在千百次实践之后，相关科技人员对于氨的合成技术不断进行改革，通过将天然气作为合成原料，可以有效提升氨合成的工作效率及产出量。在传统的氨合成工艺中，通常通过离心式压缩机进行合成，进而实现合成氨的大批量产出。这种方式在众多生产加工中得到广泛应用，并且这种方式进行合成氨的产出效率比较高[2]。

2.2 制氨过程中能源消耗较低

采用传统方式进行合成氨的制作，在工艺方面所消耗的能源量比较大。如何行之有效地避免能源浪费，已经逐渐成为很多企业切实的需求，进而通过科技手段进行研发，找到有效的解决方式，以减少能源消耗。进阶方式一定要能保障实际生产加工效果不受到基本影响，笔者多次尝试各种耗能较低的工艺，想要取代这种传统的制氨工艺[3]。几经尝试之后，在众多能源消耗较低的方式中，发现热转化工艺效果较好。在有效降低能源消耗的同时，通过将蒸汽转化和等温变化共同结合的工艺运用在合成氨工艺中，进而熟练运用已经较为成熟的LAC工艺，以节约能源。

2.3 提高合成氨装置的产量

当下科技不断发展，如今我国在氨合成工作中的能源消耗已经大大降低，而这种方式也证明了工艺可以决定能源消耗的标准是什么样的。在设备不断升级之下，其使用的经济性，下降趋势非常明显。如何提升设备的经济实用性，已然成为技术人员亟需解决的问题。笔者针对这方面的问题展开了研究，目的是为了探究合成氨装置在实现量产的同时，如何还能够保障其设备的经济性[3]。

3 多种状态下氨的应用

3.1 氨氣的应用

氨气的应用，主要包括化工和医疗领域的应用，实际应用于氨水、氮肥、铵盐等化学用品的制作。与此同时，氨气还作为多种生物燃料的能源供给部分。在生产过程中，合成氨具备的优势还比较大。在先进设备和前沿技术支持下，其生产过程中所耗费的能量相对较少，并且产出比例非常高。但是，其弊端在于，运输和储存工作中极易发生氨气泄漏的情况，进而出现人员氨气中毒现象。与此同时，倘若氨气比度较高，对人体皮肤会产生腐蚀作用，大量氨气摄入会造成人员伤亡。所以，在氨气合成工作中，要格外重视运输、储存工作，避免危险情况发生。

3.2 液氨的应用

在日常生活中，因为液氨主要用于冰箱制冷工作，所以人们接触液氨最多的地方就是在液氨制冷方面。与此同时，在合成氨运输过程中，很多企业会以液体形式将氨贮存在耐压钢瓶中进行运输，而运输方式的选择，有陆运、海运及管道运输等方式。其应用过程，多在工业范围内。但是，液氨极不稳定，在极易挥发的同时，还伴有较强的腐蚀性，由液氨带来的化工事故数不胜数。

4 合成氨工艺在未来的发展趋势

在当下社会的不断发展中，氨合成工艺也在不断地革新和升级。如今的合成氨工艺，在未来发展道路上所能发挥的作用是巨大的，同样也是不可替代的。通过缩减合成氨的生产成本，进而实现周期缩减，使得再合成氨生产中的经济效益稳步提升。

4.1 较低的能耗促使经济发展

在合成氨的工艺中，天然气已然成为不二选择，其可以有效降低产出过程中带来的能量消耗。伴随着我国合成氨工艺的不断创新升级，如何有效降低能源消耗，一直以来都是首要解决的问题，也是维持可持续发展战略目标的需要。正是在这样的要求之下，对缩减合成氨工艺的能源消耗，提出了更高的要求。在未来的发展中，采用较低的能耗实现合成氨的制作，必将成为主要生产模式，可以在有效提升经济效益的基础上，使能源利用率也得到保障。

4.2 生产模式还需改善

如今，随着社会需求程度的不断提高，合成氨技术的应用范围也在不断向外扩张。为了应对这种时代变迁带来的需求，在其生产规模发展中，就必须要遵循大型、集成及自动化模式开展，再利用先进科技对合成装置进行科学化控制，进而在生产过程中达到统一高效。在合成氨的过程中，关注重点应放在设备研发上[5]。如今，我国的合成氨技术已经具备了大规模生产的能力，并且单系列合成氨装置的生产能力也已经非常高效。在对需求量不断产生新要求的背景下，合成氨工艺技术的未来发展，必须要秉持大型、集成及自动化的模式进行。

4.3 仍要坚持可持续发展目标

在当下我国经济的不断发展中，每个行业对于生态、绿色、可持续发展的态度都比较坚决。所以，在这样的大背景下，合成氨技术工艺在未来发展过程中所要秉持的，必须是清洁化生产。在合成氨技术工艺中，会夹杂一部分废料及杂物产出，同时还伴随着不同类型的副产品。合成氨技术未来的发展目标，就是要大力缩减这类废料的产出，尽可能在合成氨工艺中实现“零排放、零污染”。如今，国家大力推动可持续发展战略，在这种背景下，合成氨工艺技术也必然要朝着这个方向去发展，在生产过程中达到清洁目标，进而做到可持续发展。

5 结语

综上所述，资源短缺现象逐渐呈现出来，并且这个趋势越来越明显。在合成氨技术工艺中，如何有效对其进行革新，大幅降低能源消耗，是合成氨技术未来发展中的一个主要趋势。合成氨技术比较特别，相关技术人员在研发过程中，切记要在保障自身安全的前提下，对其进行不断探索。在此基础上，对于国外先进的技术经验，要多去汲取、多去借鉴，并且应用在我国的合成氨技术领域中。在当下，合成氨技术的主要方向就是要在保障其较高产量的同时，尽可能降低能源消耗。研发过程中，核心技术要不断创新调整，以便适应当下的经济需求。原材料的選择要尽可能简化，不断精进技术，进而实现节能减排的最终目标，为创建绿色、环保、可持续发展的社会助力赋能。

参考文献

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[2] 戴学军.合成氨工艺技术的现状及发展[J].中国化工贸易，2020，12(5)：87，89.

[3] 康玉林.合成氨工艺技术的现状及发展趋势[J].化工管理，2019(25)：211-212.

作者：化宏超

第2篇：多孔球形羟基磷灰石合成工艺的研究进展

摘 要：羟基磷灰石(HA)是自然骨的主要无机成分，具有机械性能好、对生物体无毒害性，另外，材料可降解、对环境无污染，是性能优异的无机材料。在骨组织修复、载药、环境除污等应用领域都展现出独特的性能和显著的效果。本文介绍了多孔球形羟基磷灰石常见的制备方法，分析了各种合成方法制备的HA的形貌、特性及应用，归纳了常用合成法的优点和不足，展望了新型制备HA合成方法的前景和研究方向。

关键词：多孔羟基磷灰石 水热法 喷雾干燥法 仿生合成法

羟基磷灰石(HA)是人体骨主要无机成分，将其应用在生物体中具有天然的优势，而且安全可降解。因此，被广泛应用于骨组织修复及药物缓释载体等领域。在生物应用中，HA的晶粒、形貌和聚集状态是影响其性能的重要因素。研究发现，棒状的HA具有优良的分子吸附能力，球状的HA则具有较好的力学性能和流变性能[1]。而多孔球形羟基磷灰石微球具有较大的比表面积、较多的药物负载量及快速可控的移动性，而且还具有比其他材料更好的生物活性和力学性能。鉴于此，利用理化甚至是生物制备及合成方法，对HA的结构及性能进行改良和修饰，将为材料的合成及应用开启更多的视角。

1 羟基磷灰石的合成方法

近年来，HA的合成法发展迅速，不同领域需要不同形貌、尺寸及性能的HA。多孔球形HA因为性能优越，可以合成许多具有特殊功能的材料。因此，研究并分析合成多孔球形HA具有重要意义。目前多孔HA微球的制备方法主要有以下几种。

1.1 水热法

水热法是指在密闭容器中施加高温高压的条件，在水溶液中进行的化学反应。这种方法的优点是分散性好，晶体生长过程可控产物粒径均匀，不会产生团聚现象。宋江凤[2]等采用水热法制备出不同形貌的羟基磷灰石，并从晶体生长动力学方面探讨不同合成条件对羟基磷灰石形貌的影响机理。马艺娟[3]等将Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4混合，添加丙酰胺及柠檬酸钠合成了尺寸均一、分散性好的HA微球。与其他合成方法比较，用这种方法制备的羟基磷灰石含量很高，且在溶剂中分布均匀，粒径小、分布范围窄，但加热既需要燃料又需要资金，更需要时间。

1.2 微波辅助法

微波辅助法是借助微波为反应提供能量，加快反应速率的合成方法。该法具有加热速率快、反应速率快、时间短、能耗低等优点，近年来在材料制备领域已受到广泛应用。张飞洋[4]等采用微波辅助法在AZ31镁合金表面制备了植酸镁/羟基磷灰石(PA/HA)复合涂层，同时研究了涂层的降解矿化行为。聂晶[5]等合成了在骨组织修复方面的应用材料多孔海藻酸钠/羟基磷灰石(SA/HAP)复合微球，并探讨了实验条件对产物成分及形貌的影响。

1.3 喷雾干燥法

喷雾干燥法有三个步骤：首先是将反应溶液浓缩，当浓缩的溶液浓度在临界范围时进行第二步的雾化过程，得到液体小颗粒再进行第三步的加热，迅速蒸干水分得到产物。这种方法的优点是产物分散性好、尺寸均匀，控制条件及步骤可得到纳米级HA。黄凯兵等[6]分别用性能活泼的有机不饱和化合物为单体，再以环状不饱和烃接连上合成羟基磷灰石的原料，将上述物质分散成小雾滴再高物去除水分得到了吸油性很好的中空HA微球。但是此法需要购置专业的设备，在实验室不好开展。另外，制备的材料粒径跨度大，不好控制。因此，虽然这种合成法的优势很明显，但还需要探索低成本的合成方法，进一步拓展它的应用领域。

1.4 沉淀法

沉淀法是在溶剂中加入沉淀剂，将反应物从溶剂中沉淀出来，再经洗涤除杂得到目标产物的方法。沉淀法制备羟基磷灰石操作简单、成本低，但所制备的羟基磷灰石易发生团聚，在制备时应注意观察及改善方法。王萍等[7]用均相沉淀改善沉淀团聚，成功制备出孔径及尺寸均匀可控、纯度高、分散性好的多孔HA微球。董盼盼[8]等以多孔支架材料设计制备了纳米HA粉末，再经造孔、烧结、除杂等工艺得到不同含量比的多孔羟基磷灰石。

1.5 仿生合成法

仿生合成法，是指在反应环境中将反应物与一种对其生长及成核有引导作用的模板分子混合，来调控反应过程得到目标产物的合成法。这种合成法制得的材料比一般方法的功能性更好，但调控剂不容易寻找和制备，后期除杂麻烦。陈彰旭[9]在模拟体液(SBF)中调控仿生合成了与自然骨结构相似的羟基磷灰石(HA)，有望在硬组织修补与替换、药物缓释等生物医学工程领域得到广泛应用，也为仿生合成其他生物矿物提供借鉴。嵇明翔[10]等以天然植物山药作为反应物和模板，在常温、常压下仿生制备了羟基磷灰石生物復合物。

2 结语

HA的制备方法各有特点，但在制备时，我们需综合考虑影响羟基磷灰石性质、尺寸的因素及经济问题。成本、制备原料是对合成功能性更强的HA制备条件的要求。而在制备的羟基磷灰石分散性、柔韧性、尺寸及形貌等都将是羟基磷灰石及其复合材料的未来制备研究的方向，也是促进羟基磷灰石合成及制备方法发展的动力。每种合成方法都不是完美的，也不是固定不变的，因此，未来合成羟基磷灰石应考虑综合利用各种制备方法，扬长避短。如合成方法的联用，综合优点制备性能满足应用需求的HA。另外，目前材料的发展趋势向功能性材料靠近，探究具有特殊功能的HA合成方法，将会大大拓展其应用领域。期许新型低成本制备功能性羟基磷灰石方法的发展。

参考文献

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[4] 张飞洋，蔡舒，凌瑞，等.微波辅助法制备镁合金的植酸镁/羟基磷灰石复合涂层及其耐蚀性能[J].复合材料学报，2017，2(3)：1-7.

[5] 聂晶，李湘南，刘小平.超声辅助复乳法制备多孔海藻酸钠/羟基磷灰石复合微球的研究[J].建材世界，2014，35(6)：1-5.

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[7] 王萍，李国昌.羟基磷灰石微球制备及离子吸附/交换性能研究[J].人工晶体学报，2012，41(3)：821-827.

[8] 董盼盼，徐亚辉，郭双桃.多孔羟基磷灰石的制备及其性能研究[J].当代化工，2015，44(11)：2592-2595.

[9] 陈彰旭.咪唑-1-乙酸壳聚糖支架仿生合成羟基磷灰石[J].化工新型材料，2017，45(6)：230-232，235.

[10]嵇明翔，谢安建，沈玉华.山药汁液中羟基磷灰石生物复 合物的仿生合成[J].池州学院学报，2016，30(3)：35-38.

作者：任丽英 李倩倩

第3篇：基于合成地震动的2014年鲁甸M_S6.5地震场地效应分析

摘要：鲁甸MS6.5地震造成了严重的人员伤亡与工程结构破坏，选取记录到该地震强震迤的遒车强震台和龙头山强震台。利用随机有限断层法，合成了这2个台的地震动时程，并利用土层等效线性化法，分析了龙头山强震台的场地效应。结果表明，龙头山强震台场地存在较强的非线性效应，对0.08～5s周期范圍内的地震动存在较强的放大作用。结合龙头山镇的建筑物与场地情况，分析认为地震动的场地效应是造成该区域严重震害的重要原因之尸。

关键词：鲁甸地震;随机有限断层法;等效线性化;场地效应;地震动

0 引言

2014年8月3日16时30分，云南省昭通市鲁甸县发生M，6.5地震，该地震造成鲁甸县及其周边地区严重的人员伤亡和工程结构破坏。位于云南和四川省的80多个强震台获取了主震的强震动记录。震中距约36km的迤车强震台，其强震动记录最大峰值加速度为88.2gal。而震中距约4.4km的龙头山强震台，其强震动记录最大峰值加速度达948.5gal，此记录是我国在极震区内获取的最大地面峰值加速度(崔建文等，2014)。

地震所产生的强地面运动是导致构筑物地震破坏的主要原因。强震动主要受震源、传播路径、场地因素的影响。震源动力学反演结果显示，鲁甸MS6.5地震属于高应力降的浅源地震，断层破裂接近地表，是产生较高地面峰值加速度的因素之一(刘成利等，2014;张振国等，2014;张勇等，2014)。龙头山镇在此次地震中人员伤亡最多，构筑物破坏最严重。钻孔与物探结果显示，其场地存在一洪积扇，土层较为软弱，局部场地效应加重了震害(庞卫东等，2016)。

如何能真实可靠地估算此次地震的场地效应，为重建工作提供可靠的建议，是需要关注的问题。本文采用能反映地震震源特性与地震动传播特点的随机有限断层法，合成此次地震中迤车与龙头山2类典型场地的地震动时程。将合成的龙头山强震台基岩地震动时程作为输入地震动，进行场地土层等效线性化，分析此次地震中龙头山强震台的场地效应。最后结合龙头山镇的场地情况与代表性建筑物的自振特征，进一步探讨此次地震产生重大伤亡的原因。

1 随机有限断层法合成地震动

随机有限断层法是一种广泛应用的地震动合成方法。其基本原理是将大断层划分为数个小断层，将小断层看作点源模型，计算每一个点源在目标场点的地震动，考虑位错上升时间与破裂时间对于加速度时程的延迟，累加所有子断层在场点的地震动，得到整个断层在场点的地震动，其方向与模拟目标发震断层走向一致(Boore，1983;Motazedian，At-kinson，2005)。王国新和史家平(2009)、崔建文等(2008)和王俊等(2012)分别利用随机有限断层法合成了汶川地震、2001年云南永胜M6.0地震、1979年江苏溧阳M6.0地震的地震动时程。结果表明，随机有限断层法较好地反映了震源的主要特征，适用于中等强度及以上地震的地震动合成。

1.1 震源参数计算

利用随机有限断层法合成地震动时，断层面积S与震级M的经验关系为(王国新，史家平，2009)：

lgS=-3.49+0.91M(1)

为了方便子断层的划分，本文取断层沿倾向的宽度W=12km，结合(1)式与震源动力学的反演结果，取断层沿走向的长度L=18km。

子断层尺度与震级的经验关系式为(崔建文等，2008)：

lgΔL=-2+0.4M(2)从(2)式可得，ΔL=3km，沿断层走向与倾向划分的子断层个数分别为：NL=6，NW=4，子断层总数为24。

已知子断层尺度(ΔL)，应力降(Δσ)，则子震所释放的地震矩计算公式为：

ME=Δσ·ΔL3(3)从式(3)可得，ME=7.56×1016N·m。子震个数按照下式计算：式中：M0为大震所释放标量地震矩;ME为每个子断层作为子震破裂时释放的地震矩。

从(4)式计算得子震个数?26，诱鹗看?于子断层数量，说明个别子断层发生过多次破裂。子断层的划分与滑移分布情况如图1所示。

地震动路径持时和几何扩散采用Beresnev和Atkinson(1998)提出的模型：式中：P(R)为路径持时模型;G(R)为几何扩散模型;R为震源距。

鲁甸地区S波品质因子采用苏有锦等(2006)提出的模型。震源及其他相关参数如表1所示。

1.2 台站参数

鲁甸地震发生时，分布于云南与四川省的80余个强震台获取了此次地震的强震动记录。

本文选取龙头山、迤车2个典型场地的强震台为研究对象，基于合成地震动和土层场地等效线性化的方法，比较分析龙头山强震台的局部场地效应，台站基本参数如表2所示。

1.3 迤车强震台地震动合成

场地强震动观测记录包含2个水平分量(东西、南北向)，将其旋转到沿断层走向和垂直断层走向的地震动(合成地震动方向沿断层走向)。

利用表1、2所示的震源、台站参数，合成了迤车强震台的地震动时程(图2a、b)。比较基岩场地地震动(PGA为85.7cm/s2)与沿断层走向地震动(PGA为87.6cm/s2)可知，两者的最大峰值加速度相近。图2c所示，两者的加速度反应谱拟合程度也较高。迤车强震台地震动合成结果说明，表1中所选取的参数是合理的，且迤车强震台局部场地效应不强。因此，利用上述参数合成龙头山强震台基岩场地强震动，其结果也应是合理的。

1.4 龙头山强震台基岩地震动合成

在不考虑局部场地效应的情况下，利用随机有限断层法，合成龙头山强震台基岩场地地震动。比较基岩合成值与沿断层走向地震动反应谱(图3a、b)发现，在周期小于2s的部分，合成地震动加速度反应谱值远小于观测值(图3d)。由于该强震台站场地存在厚度约26m的土层，需考虑该土层对于地震动的影响。

2 等效線性化法分析局部场地效应

当地震动超过一定阈值时(100～200gal)，土层场地会出现明显的非线性效应，其主要表现为土体的剪切波速降低、地震动峰值加速度降低、阻尼比升高、场地卓越频率降低(王伟，2008)。

土层等效线性化法是场地非线性效应分析的常用方法之一。其基本原理为：在总体动力学效应大致相当的意义上，用一个等效的剪切模量和阻尼比代替所有不同应变幅值下的剪切模量和阻尼比，将非线性问题转化为线性问题，利用频域线性波动方法求解。当场地土层等效剪切波速变化率不足20%时，场地地震反应分析可不计入场地非线性效应(王伟等，2011)。龙头山场地存在厚度约26 m的覆盖层，且龙头山强震动峰值加速度远超上述阈值。根据上述条件初步判断，鲁甸MS6.5地震中，龙头山强震台土层场地应该存在场地非线性效应。

对于覆盖层厚度为H的场地，其场地卓越周期计算公式为：式中：V为场地等效剪切波速，用下式表示：

V=d0/t(8)式中：d0为计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值;di为第i土层厚度(m);vsi为第i土层剪切波速(m/s)。

由实际钻孔资料可得，龙头山强震台场地等效剪切波速vs=254m/s，场地卓越周期Tg=0.41s。由我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)场地分类标准确定，该场地属于Ⅱ类场地。

利用等效线性化法分析场地效应时，龙头山强震台的土层参数按照表3取值，土体动剪切模量比与动剪切阻尼比采用Darendeli(2001)模型。

将合成的龙头山强震台基岩地震动作为输入地震动，假定场地土层为水平均匀层状，地震动输入位置为地下30m的基岩处。经土层等效线性化后，得到土层地面强震动的等效线性化值(图3c)。一维土层线性反应分析中，软土层对地震动有着较强的滤波作用，因此经土层等效线性反应后，地震动最大峰值加速度较基岩输入地震动显著降低(王伟等，2011)。等效线性化加速度反应谱如图3d所示，从图中可见，等效线性反应后的地震动反应谱显著升高。土层等效线性化值与基岩输入地震动反应谱的比值如图4所示，在周期为0.08～5s范围内，等效线性化值高于基岩输入地震动反应谱值，地震动被放大。土层等效线性化后得到的土层剪切波速值明显低于初始的钻孔剪切波速(图5)。综上所述，该场地在此次地震中存在较强的场地非线性效应(王伟等，2011)。

3 讨论与结论

利用能反映震源特点的随机有限断层法，合成了鲁甸MS6.5地震的地震动时程。选取迤车强震台、龙头山强震台作为目标台站，其中迤车强震台为基岩台，不考虑局部场地效应，龙头山强震台位于土层场地，考虑局部场地因素对于地震动的影响。将强震动水平观测记录转换为沿断层走向、垂直断层地震动，对比迤车强震台合成地震动与沿断层走向地震动发现，随机有限断层法合成的地震动与沿断层走向地震动拟合程度较高。这表明，所确定的震源参数与地震动传播路径参数是可靠的。

将合成的龙头山强震台基岩地震动作为输入地震动，采用等效线性化法，分析了龙头山强震台的场地非线性效应。结果显示，该场地在此次地震中存在显著的非线性效应。其主要表现为土层等效剪切波速降低，对于周期在0.08～5s范围内的地震动存在较强的放大作用。龙头山强震台的场地卓越周期Tg约为0.41s(图7)，正好处于放大周期范围内，使得实际地面运动被放大。这是导致龙头山地区震害加重的场地因素，同时，也是强震动记录反应谱平台较宽的原因之一(图5)。

龙头山场地对于周期为0.4～0.6s范围内的地震动放大作用最明显。由于我国中小城市主要建筑结构的自振周期处于0.3～1.0s之间(冀昆等，2014)，该场地对于这一周期范围内的地震动又存在最强的放大作用，所以此自振周期的建筑物震害最严重。

本文通过合成鲁甸MS6.5地震的地震动，比较合成地震动与沿断层走向强震动观测记录认为，随机有限断层法合成地震动较好反映了震源的主要特征，可应用于震害估计。同时，通过分析龙头山强震台的场地非线性效应，认为龙头山镇重建过程中，应充分考虑工程场地条件对地震动的放大作用，加强工程结构的抗震设防。

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作者：魏勇 崔建文 王秋良 沈雨忆

第4篇：蒙脱石/尼龙6纳米复合材料制备及性能研究

余丽秀王秋霞田国锋张健斌吴彬

摘要蒙脱石/尼龙6纳米复合材料是性能优异、用途广泛的矿物-聚合物复合材料，本文简要介绍了熔体挤出法蒙脱石/尼龙6纳米复合材料制备、性能、影响因素及应用前景。 关键词蒙脱石尼龙6熔体挤出纳米复合材料制备性能

1 前言

纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料，由于其纳米分散相比 表面积大并同基体有强的结合或偶联作用，因此，在力学、热学、电磁学、光学和气体阻隔性能等方面较常规无机填料/聚合物复合材料有明显的提高，并且具有一些特殊的性能，是近十年来迅速发展的新型功能材料，是当今材料学科的研究热点，其制备技术涉及非金属矿物加工、高分子材料形成的交叉学科领域，其用途广泛[1]。

蒙脱石/尼龙6纳米复合材料用蒙脱石结构是以二个硅氧四面体夹一个铝氧八面体构成单位晶胞，并在二维方向上连接成片、在Z轴方向以一定厚度堆积而成的层状矿物，主要存在于膨润土、累托石等层状或混层状硅酸盐粘土矿物中，能直接或提纯后使用。由于蒙脱石四面体中的硅被铝、八面体中的铝被镁同晶置换，使片层表面具有过剩的负电荷，并通过层间吸附Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子达到晶胞电荷平衡。因而从晶层微观结构看，形成了平衡的双电层结构。由于层面的负电性，层间阳离子很容易被其它无机或有机阳离子置换。可用做阳离子交换的有机物种类很多，但不同结构、性能的有机阳离子应用对复合材料基体有不同的要求，其矿物改性和复合材料制备工艺均有较大差别，使得有机化改性蒙脱石成为品种众多、变化复杂、应用面广的矿物功能性材料。

用于复合材料制备的改性蒙脱石由于其层间距增大，在同聚合物单体、聚合物溶液或聚合物熔体混合时，很容易剥离成纳米尺度的基本单元，并均匀分散于聚合物基体中。蒙脱石/尼龙6纳米复合材料是改性蒙脱石用于聚合物纳米复合材料系列效果显著的品种之一，其制备工艺分为熔体挤出法、熔体聚合法(又分两步法、一步法)，其中熔体挤出法纳米复合材料具有性能适中、价格低廉、使用量大和便于推广等特点，为功能矿物材料首选大量、经济的用于矿物/聚合物纳米复合材料制备提供了可能[2]。

本文主要讨论了熔体挤出(插层)法蒙脱石/尼龙6纳米复合材料制备、性能、影响因素及应用前景，内容如下。

2 改性蒙脱石制备

2.1 蒙脱石性能特征

用于挤出法尼龙6纳米复合材料制备的改性蒙脱石对矿物性能要求较高，一般要求蒙脱石含量大于90%，其层间可交换阳离子总量(CEC)适中，一般选择0.7-1.3mmol/g为好。而自然界原生膨润土矿等矿种一般蒙脱石含量仅30-60%，因此，提高蒙脱石含量是改性应用的 基础，可根据原矿性质采用干法或湿法提纯。

我们以内蒙某膨润土矿为原料，提纯后化学成分及物化如表

1、表2。

表1 提纯样品主要化学成分

项目 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 TiO2 Na2O K2O

3.34 H2O 含量/(wt%) 56.47 16.97 2.32 4.78

表2提纯样品重要物化性能

1 0.31 0.088 0.034 15.15

项目 实测值

吸兰量 mmol/g 1.37

蒙脱石含量

wt% 91.33

105℃挥发 wt% 15.15

CEC值 mmol/g 1.10

d001值 nm 1.52

层间距 d001-0.96 nm 0.56

2.2 改性剂选择

能用于熔体挤出法尼龙6纳米复合材料制备的改性蒙脱石用有机物品种很多，可归结为两类：反应型和非反应型。其中，反应型指交换后的有机阳离子仍保留酰胺键(-CONH2)或类似活性集团结构，在热、光、高压等作用下，能进一步自身或参加基体缩聚，反应过程的热作用使蒙脱石晶层均匀解离成片状纳米单元;无机硅酸盐纳米片层和高分子聚合物链段协同作用使复合材料力学、热学性能明显提高;反应型所用有机物多为长碳链氨基酸或醇酰胺，主要用于熔体聚合型纳米复合材料制备，但由于所用氨基酸等目前价格昂贵，并且应用需对现有聚合工艺和设备加以改造，当前大量推广应用较困难，也抑制了反应型有机改性蒙脱石技术发展。非反应改性蒙脱石选择在溶液中能电离出有机阳离子(如季胺盐)或通过质子化加H+能生成有机阳离子(如伯胺RNH

2、仲胺R2NH、叔胺R3N)等作为有机化蒙脱石改性剂，所用有机物中的R基为饱和烷基或含苯环烷基，本身起离子交换、偶联和撑大层间距的作用，熔体挤出法尼龙6纳米复合材料所用改性蒙脱石多属此种类型。非反应型改性蒙脱石用于尼龙系列纳米复合材料性能略差于反应型，但由于成本、使用方便等优势，是当前尼龙6纳米复合材料的主要改性矿物应用类型。

选用的有机改性剂须同时具备以下条件：①容易进入蒙脱石层间并显著增大层间距;②改性剂不仅使处理后的蒙脱石易在聚合物体系中分散、解离，而且改性剂分子所带基团易同蒙脱石界面基团、聚合物基体结合或偶联，协同提高复合材料的整体性能;③价廉易得，最好能用已有工业品。一般常用12-18个碳的单、双、三烷基(苄基)季胺盐、吡啶类衍生物和其它能形成长碳链有机阳离子的有机化合物做改性剂，但不同R基有机物改性的蒙脱石对纳米复合材料性能有较大影响。 2.3 改性蒙脱石制备

将提纯、改型后的钠基蒙脱石，以5-10%浓度分散于水中，根据所用插层剂性质调节溶液PH值，控制溶液温度60-80℃，直接加破碎小块改性剂固体，保温快速搅拌反应1-2h,反应完后冷却、分离、洗涤、干燥、粉碎、筛分即为成品。有机改性剂用量以≥提纯改型后的蒙脱石阳离子交换总量(CEC)为好;同时由于有机插层剂耐热性稍差，改性后的成品控制干燥温度不高于150℃或采用低温真空干燥。

试验选用A、B两种改性剂，按以上工艺制备改性蒙脱石样品，编号分别为NNY-

1、NNY-2，性能如表3。

表3改性蒙脱石性能 样品名称 NNY-1 NNY-2

细度 -0.076mm/%

100 100

105℃挥发 wt% 1.23 1.30

850℃失重 wt% 38.46 39.63

d001值 nm 2.63 2.83

层间距 d001-0.96 nm 1.67 1.87

73.1 73.8 白度

3 蒙脱石/尼龙6纳米复合材料制备 3.1复合用原料

试验用尼龙6相对粘度3.0，广州新会美达公司生产;改性蒙脱石性能见表3;复合稳定剂为工业品自配;其它助剂硬脂酸、白油为市售工业品。 3.2 主要试验和检测设备主要试验和检测设备见表4。

表4 主要试验和检测设备 设备名称 高速混料机 双螺杆挤出机 注塑机 万能材料试验机 冲击试验机 熔融指数测定仪 热变型维卡温度测定仪 3.3纳米复合材料制备

将尼龙6在鼓风干燥机中于95℃干燥8h，按一定比例将尼龙

6、改性蒙脱石、稳定剂、硬脂酸、白油混合均匀，蒙脱石量以小于15%效果为佳，其它助剂量控制在1-5%。用双螺杆挤出机挤出造粒，机筒各段温度分别为200、

210、220、2

25、230、235℃，机头温度240℃，通过控制主螺杆转速，调节物料在挤出机内的停留时间，依靠尼龙6高分子链同蒙脱石改性插层剂有机基团的相互作用及螺杆的剪切力将尼龙6大分子链插入到蒙脱石片层间并将片层解离，使蒙脱石达到纳米尺度的均匀分散，复合形成蒙脱石/尼龙6纳米复合材料。

经X射线衍射及透射电镜观察，蒙脱石片层厚度小于100nm ，主要分布在为20-50nm。改性蒙脱石以平均粒径50μm的普通粉体与尼龙6离子通过挤出复合作用后，在尼龙6基体中在一维方向上实现了纳米尺度分散，对尼龙6力学、热学性能有较大的改变，避免了一般粉体材料分散在聚合物体系中存在的团聚难题，使蒙脱石/尼龙6纳米复合材料能大量、经济的制备。

3.4 纳米复合材料性能

普通填料系列尼龙6复合材料较纯尼龙6材料力学、热学性能等均有降低，而蒙脱石/尼龙6纳米复合材料强度、热变形温度、阻隔、阻燃等性能均有较大提高[3];这是因为改性蒙脱石在尼龙6基体中以一维纳米层状形式存在分散，流动方向的热膨胀系数仅为垂直方向的一半左右，在挤出、成型过程中的剪切力作用下，片层方向与流动方向趋于相同的取向，同时高分子链由于片层的阻隔也于流动方向一致，而纯尼龙6是各向同性的。因此，蒙脱石/尼龙6纳米复合材料的各向异性增强性能为功能化加工应用提供了可能。

表5 纳米复合材料主要性能 项目

缺口冲击强度/KJ/m2 无缺口冲击强度/KJ/m2 拉伸强度/MPa

采用标准 GB1043/T-1993 GB1043/T-1993 GB1040/T-1992

空白样 2.59 25J不断 75.86

NNY-1 8.00 110.75 84.41

NNY-2 3.96 89.37 83.61

规格或型号 25L

TE-35 L/D=36 LY-80 CMT4204 XJJ-50 XNY-400 XWR-300D

制造厂

江苏白熊集团公司 南京科亚公司 张家港利源机械公司 深圳新三思计量技术有限公司 河北承德材料试验机厂 河北承德材料试验机厂 河北承德材料试验机厂

抗弯强度/MPa 弯曲模量/MPa

热变形温度(0.45MPa) /℃ 熔融指数/g/10min 4 应用与发展前景展望

GB9341-1988 GB9341-1988 GB1634-1979 GB3682-1989

87.47 1954.4 175.3 3.28

108.90 2584.1 189.0 1.10

115.40 2648.3 / 0.96

改性有机蒙脱石是一种具有特殊结构和性能的功能性矿物材料，其层板化学组成和尺寸可以根据加工工艺需要进行调整。用于挤出法制备的蒙脱石/尼龙6纳米复合材料根据使用性能要求不同，可制备拉伸强度高、抗冲击、耐热、阻隔性优良的不同品种纳米复合材料，这种复合材料的无机成分含量很少，重量比传统填充材料轻，具有广泛的应用前景和商品化开发价值。

日本已将纳米复合材料用于汽车发动机配件，具有质轻、强度高、热稳定性好、重量轻的特点，是很有发展前途的纳米复合工程塑料材料;同时纳米复合材料良好的阻隔性，可以开发做阻隔材料，用做需要阻隔的包装材料;此外，纳米复合材料具有自熄性能，可用做阻燃材料，用于加工成各种阻燃器件。 参考文献

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Synthesis and Characterization of Nylon 6/Montmorillonite Nanocomposites

( Yu Lixiu Wang Qiuxia Tian guofeng Zhang jianbinWu Bing)

AbstractNylon 6/Montmorillonite nanocomposites are kinds of mineral-polymer with excellent properties and wide applications. In this paper ,the Synthesis,characterization, analysis of thermodynamics and applications prospects of Nylon 6/Montmorillonitesnanocomposites on melt extrusion are reviewed.

KeywordsMontmorillonite, Nylon 6, melt extrusion, nanocomposites, Synthesis, Characterization.

第5篇：