2022年, 第49卷, 第5期　刊出日期：2022-09-20

  

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科技成果转化应用专刊-刊首语
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  工程转化驱动 创新人才引领

  谭天伟

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 0-0.

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综述与专论
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  交联PE废旧料的回收方法及可逆交联高分子的研究进展

  傅陈超, 张润, 薛平, 陈晓农, 贾明印, 陈轲

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 1-12. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.001

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  随着我国国民经济的快速发展，不可逆交联聚乙烯(XLPE)在日常生活中的应用越来越广泛，但同时也产生了大量的废旧料。通过不可逆化学键形成的XLPE交联结构很难被破坏，导致其加热难熔融、难以循环加工，因此XLPE废旧料回收困难，再生利用率低，并且造成了严重的环境污染。近年来发展起来的可逆交联技术通过在高分子中引入动态化学键形成分子链交联结构，使其在特定物理场下可以解除交联结构，从而具备可回收性和再加工性。本文综述了XLPE的传统回收方法和可逆交联高分子的研究进展，总结了XLPE回收方法的优点和局限性，重点介绍了解离型反应和缔合交换型反应在制备动态交联高分子材料中的应用。
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  生物基衣康酸酯橡胶的设计开发与工业应用

  吉海军, 杨慧, 王欣, 侯红霞, 郑红兵, 王润国, 张立群

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 13-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.002

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  利用可再生资源开发新一代生物基橡胶材料对于实现我国合成橡胶工业可持续发展具有重要意义。多年来，北京化工大学先进弹性体材料研究中心对生物基衣康酸酯橡胶进行了系统的分子设计、应用开发与工程放大研究。实验室阶段的研究主要包括生物基单体的选择、橡胶分子链的构建及聚合体系的优化、官能化技术开发、结构/胎面指标的灵活调控。在此基础上，与山东京博中聚新材料有限公司合作，历经2L小试—200L中试—千吨级的生产过程，解决了衣康酸酯橡胶在工业化进程中出现的实际问题，最终建立了千吨级聚合装置以及适配的絮凝干燥线，实现了衣康酸酯橡胶的稳定生产。与山东玲珑股份有限公司合作，基于该生物基橡胶材料的特点，研发了相适配的混炼配方及生产工艺，制备了首批双B级生物基子午线轮胎。生物基衣康酸酯橡胶的生产技术成果转化可以实现生物质资源的高附加值利用，促进我国橡胶产业的绿色可持续发展。
研究论文
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  Effects of electrochemical oxidation on surface and mechanical properties of dry-jet wet spun carbon fibers

  ZHAO ZeHua, MA Yan, SHEN ZhiGang, CHEN Liang, WANG XiaoXu, LIU Jie

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 22-29. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.003

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  The surface of dry-jet wet spun carbon fibers (CFs) is relatively smooth compared with those of wet spun CFs, which results in weak interfacial interactions between the fiber and the polymer resin. A surface functionaliza- tion treatment is particularly important to unleash the full potential of the superior mechanical properties of dry-jet wet spun CFs. In this study, the effects of electrochemical oxidation treatment time and current density on the sur- face structures and the mechanical properties of dry-jet wet spun CFs were investigated. The interlaminar shear strength of the CFs improves significantly from 69 to 84 MPa after 120 s of treatment. Further structural analysis re- veals that the improvements are due to the addition of oxygen-containing functional groups and the optimization of the morphology on the surface of the CFs.
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  硬段含量对快速固化聚氨酯修补胶性能的影响

  谢一泽, 段昊天, 姜志国, 张均

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 30-37. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.004

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  制备了不同硬段含量(18%~34%)的快速固化聚氨酯修补胶(PRA)，考察了硬段含量对PRA的固化时间、力学性能、耐热性能、耐水性能和耐磨性能的影响。结果表明：当硬段含量由18%增加到34%时，PRA的氢键化程度增大，固化速度加快，拉伸强度、撕裂强度和剪切强度增大，断裂伸长率减小；随着硬段含量的增加，总体上PRA的起始分解温度提高，硬段热失重率增大，软段热失重率减小；硬段含量对PRA吸水率的影响很小，浸水7d后PRA的力学性能与浸水前相比有所下降；随着硬段含量的增加，PRA的磨耗体积先减小后增大，在硬段含量为26%和30%时磨耗体积较小；硬段含量为30%的PRA的综合性能较好，其固化时间为50s，拉伸强度为19.94MPa，断裂伸长率为460%，撕裂强度为70.72kN/m，剪切强度为1.87MPa，阿克隆磨耗体积为47mm³。
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  雨季坑槽修补用聚氨酯的制备及路用性能研究

  吴小龙, 段昊天, 姜志国, 张均

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 38-44. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.005

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  以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI50)和改性蓖麻油多元醇(BHA130)为主要原料，制备了单组份聚氨酯(SPU)；将SPU与玄武岩骨料混合，得到单组份聚氨酯混合料(SPUM)；研究了异氰酸酯(NCO)含量对SPU力学性能和耐水性能的影响，以及NCO含量和浸水时间对SPUM路用性能的影响，并通过对雨季路面坑槽的实际修补，验证了SPUM的修补效果。结果显示：在本文的实验范围内，随着NCO含量的增加，SPU的拉伸强度、拉伸剪切强度、平衡吸水率增大，断裂伸长率减小；NCO含量为12%(质量分数)时，SPU的综合性能相对较优，其拉伸强度为23.0MPa，水下拉伸剪切强度为2.75MPa，平衡吸水率为3.49%；SPUM的劈裂强度随NCO含量增加和浸水时间延长而增大，肯塔堡飞散损失率小于4%；浸水20min时，SPUM的马歇尔稳定度可达8.47kN；使用NCO含量为12%的SPUM对雨季路面坑槽进行修补，修补后8个月坑槽未发生明显磨损。以上结果表明，制备的SPUM的修补强度高、水稳定性好，能够用于雨季路面坑槽的修补。
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  浸渍法制备涂层聚乳酸微针

  梁玲, 陈博智, 郭新东

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 45-51. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.006

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  涂层高分子微针作为一种经皮给药系统，由于具有诸多优点而受到广泛关注。采用热压法制备了带有4个限位大针的聚乳酸微针；借助限位板的辅助作用，分别采用翻转浸渍法和漂浮浸渍法将聚乳酸微针浸渍到磺酰罗丹明B(模型药物)的涂层溶液中，制得涂层聚乳酸微针，涂层溶液与微针底板的距离约为300μm；力学性能测试结果表明，当位移为300μm时，单根针受力可达1N，表明涂层聚乳酸微针具有足够的力学性能刺入皮下；涂层聚乳酸微针的单根针载药量约为15ng，相对标准偏差为11.67%。此外，还制备了超疏水限位板，在其表面浸渍涂层溶液后几乎无溶液残留，解决了涂层溶液浪费的问题。
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  基于压电式压力传感器的压力容器气密性检测方法

  廖湖广, 林伟国

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 52-58. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.007

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  针对低压条件下压力容器气密性检测中存在的微小泄漏检测易受环境噪声干扰、漏点定位困难、对气体介质具有选择性等问题，提出一种基于压电式压力传感器的压力容器气密性移动式检测方法。利用压电式压力传感器检测压力容器漏孔处产生的气体射流，克服了检测仪器对气体介质的选择性；采用气密性移动检测方式，利用检测用传感器可以接近压力容器器壁外表面的特点和仪表的实时计算能力，克服了环境噪声对检测结果的干扰，同时又提高了气密性检测的灵敏度和漏点定位精度，实现了低压条件下微小泄漏的检测。低压容器气密性检测的测试结果验证了所提方法的可行性和有效性，为压力容器的气密性检测提供了一种新的解决思路。
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  基于AR的智能安全巡检系统

  李子阳, 张东胜, 杜邦

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 59-66. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.008

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  针对化工企业日常工作的重要一环—设备运维和企业安全巡检工作中存在的效率低、规范性差等问题和现有方式的监管难、档案管理难等弊端，结合目前发展迅速的增强现实技术(augmented reality，AR)技术，同时运用音视频即时通讯远程协助和图像识别技术，设计了能够较好解决上述问题和弊端的AR智能安全巡检系统。参考危险与可操作性(HAZOP)、保护层分析(LOPA)和故障模式及影响分析(FMEA)报告，开发了一套从制定、发布到执行、审核的完整的巡检任务流程和AR巡检系统，可帮助企业更好地落实安全管理工作。
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  碳纤维激光石墨化炉温度控制系统的优化设计

  孙艳梅, 杨卫民, 张政和, 尚劲, 谭晶

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 67-73. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.009

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  碳纤维激光石墨化加热具有热源集中、升温迅速的特点，石墨化炉的温度控制系统主要采用传统PID控制器，存在惯性大、超调严重等缺点，并且PID控制器的3个参数(比例系数k_p、积分系数k_i和微分系数k_d)固定且主要依据经验获取。对于没有精确数学模型的PID控制系统，可以采用模糊控制对控制策略进行优化，但是模糊算法中模糊规则表的制定依旧主要源于经验所得，无法保证当前规则为最佳规则组合。针对上述问题，提出一种基于遗传算法的优化策略，对模糊规则表寻找全局最优解；借助MATLAB和Simulink环境进行编程仿真，结果表明，基于遗传算法的模糊PID控制效果在整体上优于传统PID控制和模糊PID控制，其响应时间短，控制精度高，无超调量，可用于碳纤维激光石墨化炉的温度控制系统设计。
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  聚合物熔体流变特性及其对纺丝组件内流场的影响

  冀欣, 李鑫, 吴鹏飞, 甘丽华, 张天亮, 马鑫

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 74-83. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.010

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  测定了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、常压阳离子染料可染聚合物(ECDP)熔体的流变特性；通过计算流体力学方法对纺丝组件内的流场进行模拟，并利用粒子图像测速(PIV)实验验证了数值模拟的准确性；通过建立的数值模拟方法研究了聚合物熔体的流变特性对纺丝组件内流场的影响。结果表明：在270~290℃的温度范围内，PET和ECDP的流变指数n均随着温度的升高而增大并接近1，聚合物熔体的黏度随着剪切速率的增大而减小；流体的稠度系数K对纺丝组件内的速度场几乎无影响，但对压力分布影响较大，入口压力随着K的增大而增大；流变指数n对纺丝组件内的压力与速度分布有影响，入口压力和入口流速随着流变指数的增大而增大；流体在砂腔内的流速较小但分布较为均匀，在砂腔上游，流变指数越大，流体流速越大；聚合物熔体在喷丝板外圈的喷丝孔之间形成滞留区，并且流变指数越大，滞留区越小，喷丝孔内外圈的流量分配越均匀。
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  大型储罐的三维点云精简方法研究

  张博, 祝海江

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 84-90. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.011

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  针对大型储罐三维点云数据散乱、冗余点多等影响计算机显示及容积计算的问题，改进了一种储罐三维点云精简算法。该方法先利用均匀网格法，将待处理的三维点云数据分割成若干小栅格；然后根据随机抽样一致(random sample consensus，RANSAC)算法对每个栅格中的点云数据建立球模型，以保留特征点并滤除冗余数据点，达到精简点云的目的。将该方法与传统的均匀网格法和非均匀网格法进行对比，实验结果表明该方法在保证较高精简率的情况下可以更好地保留储罐点云数据特征。
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  大型乙烯工业裂解炉烧焦过程COT分布最小方差协方差约束控制

  万鑫, 赵众

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 91-100. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.012

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  传统烧焦控制方法中炉管出口温度(coil outlet temperature, COT)的均值通过串级燃气流量比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制回路进行控制，易造成烧焦过程COT分布不均衡，COT过高的炉管有烧穿的风险。针对此问题，将烧焦过程COT分布用概率密度函数(probability density function, PDF)进行描述，并使用Hammerstein模型表述PDF基函数权值的动态变化。基于Hammerstein模型，提出一种鲁棒最小方差协方差约束控制方法，用于烧焦过程COT的分布控制，仿真结果及工业应用测试证实了所提方法的可行性和有效性，为实现大型乙烯工业裂解炉烧焦过程中的COT均衡分布控制提供了一条新的有效途径。
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  一种输油泵机组故障诊断与健康评估方法

  李亚平, 李素杰, 马波, 刘鹏勃, 郭俊霞

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 101-107. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.013

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  输油泵机组是长距离油品传输的关键设备，有效预防其出现突发故障、减小故障造成的损失至关重要。然而目前针对输油泵的故障诊断方法在现场应用时普适性不佳，且缺乏针对机组一体的监测诊断研究，不利于计划性维修。此外，受现场可提供数据的限制，现有的输油泵状态评估方法在很多现场无法使用。针对上述问题，提出一种输油泵机组故障诊断与健康评估方法，利用迁移学习提高输油泵故障诊断在工业现场应用时的准确率；通过搭建实验台并对电机运行状态进行监测、分析，构建电机机械类故障诊断模型；构建基于卷积-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)的状态评估模型，并以此为基础利用时序卷积网络(TCN)结合注意力机制进行状态趋势预测。在现场试运行的结果表明，本文提出的故障诊断及状态评估方法可以及时发现设备的早期故障，为设备运维提供有效的数据参考。
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  大跨度空间网格结构健康监测系统设计及应用

  轩慎青, 陈良超, 方舟, 王哲

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(5): 108-116. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.05.014

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  为全面保障大型建筑在施工及运营期间的结构健康和安全，基于信息化和物联网技术设计并实现了针对大跨度空间网格结构的健康监测系统。该系统具备结构健康状态监测多源数据的实时采集与传输、数据存储与处理、结构健康评估、异常状态报警以及三维模型展示等功能，系统通过集成大跨度空间网格结构多维状态数据，实现建筑的关键部件和整体结构的异常与完整性的判别，以及建筑整体健康的有效评估，为建筑的安全施工与运营提供了可靠保障。目前该系统已应用于某大型体育场并稳定运行，提升了体育场馆等大跨度空间网格结构建筑的智能化和安全管理水平。