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    高浓竹浆黑液高温动态黏弹性

    阅读次数:     发布时间:2018-05-29 15:04:29
        国外已经实现固含量90%木浆黑液的高浓燃烧,因此掌握和了解高浓竹浆黑液的黏弹性,对改进国内竹浆黑液蒸发燃烧工艺具有重要意义。
        本研究利用AR2000ex流变仪在70℃和98℃条件下对高浓竹浆黑液(固含量为70.19%和79.87%)的动态黏弹性进行测试,探究储能模量、损耗模量、损耗因子与动态黏度的变化规律,为改进碱回收单元设计、实现竹浆黑液的高浓燃烧提供理论依据。
    1、动态黏弹性测试
        利用AR2000ex流变仪对竹浆黑液的动态黏弹性进行测试,夹具为直径25mm的铝制圆形平板,测量间距为700μm,角频率变化范围是0-100rad/s,振荡应力为3.259Pa,分别在70℃和98℃温度下,对浓度为70.19%和79.87%的竹浆黑液进行测试。
    2、储能模量与损耗模量
        在70℃和98℃下,70.19%和79.87%竹浆黑液的储能模量与损耗模量随角频率的变化关系。
        竹浆黑液的储能模量与损耗模量均随着角频率的增加而增加。说明在应力的持续作用下,黑液中弹性成分存储的能量不断增加,同时,以热的形式损耗的能量也在增加。另外,同一样品的储能模量始终大于损耗模量。表明在测试过程中,竹浆黑液发生的弹性形变大于黏性形变。
    3、损耗因子与动态黏度
        损耗模量与储能模量的相对值反应了2种响应对应力贡献的比例,可用损耗因子来描述。当损耗因子=0时,没有能量损耗,为理想弹性体;在牛顿流体中,全部能量损耗于克服阻力,损耗因子=∞;黏弹性材料的损耗因子是个有限值,损耗因子越大,黏弹性材料所表现的黏性特性相对越明显,反之,弹性特征越明显。2种浓度竹浆黑液的损耗因子随角频率的变化情况。
        黑液多聚物中弹性成分始终要大于黏性成分,且温度越高,损耗因子越小。说明70℃和98℃下,链段运动已经启动,完成了玻璃化转变,此时黑液高聚物处于高弹态甚至黏流态。
        竹浆黑液的动态黏度随角频率的变化情况。随着角频率的增加,不同浓度竹浆黑液的动态黏度迅速下降,呈现出明显的剪切稀化特性,第一牛顿区特征并不明显,0-10rad/s为假塑性区域,黏度变化符合幂律特征,10-100rad/s属于第二牛顿区,黏度下降趋势变缓,逐渐趋于常数。
        黑液的零剪切黏度即剪切速率为零时的黏度值,可以用来表征黑液内部分子网络结构的强度,作为黑液理化性质的一项重要指标,对指导实际生产和改善碱回收单元设计具有重要意义,但零剪切黏度实验上无法直接测得,需要外推或用很低剪切速率的黏度近似。
        高浓竹浆黑液内部结构强度很强,黏度值很高,将会给黑液在管道中的泵送和喷嘴雾化带来很大难题。但也可以看出,提高温度可以有效地降低黑液的零剪切黏度,因此尽可能提高黑液在输送过程中的温度是一种有效解决其黏度过高的措施。
    4、结论
        高浓竹浆黑液呈现出较强的弹性固体性质,提高温度可以使黑液软化,缩短链段松弛时间,降低内耗,减少流动阻力。

    作者:岳小鹏 杜鑫 徐永建