骨料型矿用有机高分子材料的界面改性研究
发布时间:2021-11-29 11:36
为获得低成本且机械性能优良的矿用聚氨酯加固材料,采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)偶联剂对粉煤灰(FA)进行改性,并将改性FA与聚氨酯(PU)复合,制备出PU/FA复合加固材料。不同质量分数GPTMS改性PU/FA复合加固材料的抗压强度测试结果表明,其最佳改性质量分数为2.5%。系统研究了复合材料固化过程中GPTMS改性对PU/FA加固材料的断裂、弯曲和粘结性能的影响,发现经改性后的PU/FA复合材料的断裂韧度提高了10.1%,最大弯曲强度提高了8.8%,粘结强度提高了19.3%。采用扫描电子显微镜对复合材料的微观形貌进行分析,结果表明GPTMS偶联剂可以改善PU/FA复合材料的机械性能。
【文章来源】:矿业安全与环保. 2020,47(05)北大核心
【文章页数】:5 页
【部分图文】:
GPTMS改性FA流程
将上述A、B双组分快速混合并在600 r/min下匀化30 s,PU/FA复合材料制备流程如图2所示。之后分别倒入均匀涂抹硅油的模具中固化1 h,待固化完全后脱模取出,并放置在(23±1)℃的干燥密闭环境中分别固化1、3、7、14、28 d,随后,对其进行抗压强度测试。同样,按照国家标准要求将浇铸的矩形和三点弯曲测试试样及粘结测试试样放置在(23±1)℃的干燥密闭环境中分别固化1、3、7、14、28 d。分别用于断裂韧性测试、三点弯曲测试、动态力学分析和粘结性能测试。1.3 分析与表征
煤岩体加固材料的机械强度主要体现在抗压强度上[15]。由不同质量分数的GPTMS改性FA所制备的PU/FA复合材料的抗压强度如图3所示。由图3可见,随着GPTMS质量分数由0增加至3.5%,PU/FA复合材料的抗压强度呈现出先逐渐增加后降低的趋势;当GPTMS质量分数为2.5%时,PU/FA试样抗压强度达到最大值45.0 MPa,相对于未改性前提高了25.0%。这可以解释为当GPTMS分子接触FA表面时,其一端通过自身水解、脱水缩合等化学反应与FA表面羟基形成化学键;分子另一端同时与PU基体牢牢结合,从而较好地促进两相之间形成比较牢固的界面层,FA由单纯分散在PU内部向二者紧密交联转变,无机填料的特性得以充分发挥,从而增强了PU/FA试样的承压能力[16]。然而,当GPTMS质量分数由2.5%增至3.5%时,样品抗压强度有所降低,这主要是由于GPTMS过量所致。一方面,过量的GPTMS导致其分子与分子间经过不断水解及缩合而在FA表面形成硅醇分子,这些硅醇分子一定程度上降低了PU基质与GPTMS分子间的交联密度;另一方面,采用过量的GPTMS处理无机填料FA,不仅会使得二者界面形成易发生黏着破坏的厚硅烷层,降低界面结合;同时,过量的GPTMS分子易发生自聚反应,降低了改性FA与PU基质的反应性[17]。由此可见,两个方面均对PU/FA材料抗压强度产生负面影响,当添加质量分数为3.5%的GPTMS时,PU/FA复合材料抗压强度有所下降。
【参考文献】:
期刊论文
[1]水发泡对煤矿加固用聚氨酯注浆材料安全性的影响[J]. 王巍. 塑料工业. 2020(01)
[2]聚氨酯/水玻璃双液注浆加固煤体试验研究[J]. 谢春鹏,荣传新,王传兵,段寅,汪涛. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]瓦斯抽采钻孔密封用天固封孔材料及工艺应用研究[J]. 李时宜,张青松,刘标懿,张双,田恒心,杨仁凯. 矿业安全与环保. 2019(03)
[4]2000—2016年我国煤矿重特大事故统计分析[J]. 朱云飞,王德明,李德利,戚绪尧,邵振鲁. 能源与环保. 2018(09)
[5]矿用封孔材料研究进展[J]. 赵君,史竹青,李伟斌,袁秋华. 山西化工. 2018(03)
[6]岩石力学层与构造裂缝发育关系研究[J]. 赵乐强,冯建伟. 山东科技大学学报(自然科学版). 2018(01)
[7]新型聚氨酯聚脲煤矿加固材料的研究[J]. 李宁,赵清香,张军波,付瑶,刘民英. 现代化工. 2016(10)
[8]矿用聚脲喷涂材料的试验研究[J]. 樊淑兰,杨仁凯,刘青,许向彬. 矿业安全与环保. 2016(04)
[9]高分子基煤岩体加固材料的安全性能研究[J]. 王继勇,于维雨,陈杨,马磊,单体霞,郭建明. 煤矿安全. 2016(05)
[10]矿用低烟气毒性高分子加固材料的研究[J]. 杨仁凯,樊淑兰,刘青,许向彬. 广东化工. 2016(08)
硕士论文
[1]热塑性聚氨酯/无机粒子功能复合材料的制备及性能研究[D]. 陈莹.东华大学 2012
本文编号:3526429
【文章来源】:矿业安全与环保. 2020,47(05)北大核心
【文章页数】:5 页
【部分图文】:
GPTMS改性FA流程
将上述A、B双组分快速混合并在600 r/min下匀化30 s,PU/FA复合材料制备流程如图2所示。之后分别倒入均匀涂抹硅油的模具中固化1 h,待固化完全后脱模取出,并放置在(23±1)℃的干燥密闭环境中分别固化1、3、7、14、28 d,随后,对其进行抗压强度测试。同样,按照国家标准要求将浇铸的矩形和三点弯曲测试试样及粘结测试试样放置在(23±1)℃的干燥密闭环境中分别固化1、3、7、14、28 d。分别用于断裂韧性测试、三点弯曲测试、动态力学分析和粘结性能测试。1.3 分析与表征
煤岩体加固材料的机械强度主要体现在抗压强度上[15]。由不同质量分数的GPTMS改性FA所制备的PU/FA复合材料的抗压强度如图3所示。由图3可见,随着GPTMS质量分数由0增加至3.5%,PU/FA复合材料的抗压强度呈现出先逐渐增加后降低的趋势;当GPTMS质量分数为2.5%时,PU/FA试样抗压强度达到最大值45.0 MPa,相对于未改性前提高了25.0%。这可以解释为当GPTMS分子接触FA表面时,其一端通过自身水解、脱水缩合等化学反应与FA表面羟基形成化学键;分子另一端同时与PU基体牢牢结合,从而较好地促进两相之间形成比较牢固的界面层,FA由单纯分散在PU内部向二者紧密交联转变,无机填料的特性得以充分发挥,从而增强了PU/FA试样的承压能力[16]。然而,当GPTMS质量分数由2.5%增至3.5%时,样品抗压强度有所降低,这主要是由于GPTMS过量所致。一方面,过量的GPTMS导致其分子与分子间经过不断水解及缩合而在FA表面形成硅醇分子,这些硅醇分子一定程度上降低了PU基质与GPTMS分子间的交联密度;另一方面,采用过量的GPTMS处理无机填料FA,不仅会使得二者界面形成易发生黏着破坏的厚硅烷层,降低界面结合;同时,过量的GPTMS分子易发生自聚反应,降低了改性FA与PU基质的反应性[17]。由此可见,两个方面均对PU/FA材料抗压强度产生负面影响,当添加质量分数为3.5%的GPTMS时,PU/FA复合材料抗压强度有所下降。
【参考文献】:
期刊论文
[1]水发泡对煤矿加固用聚氨酯注浆材料安全性的影响[J]. 王巍. 塑料工业. 2020(01)
[2]聚氨酯/水玻璃双液注浆加固煤体试验研究[J]. 谢春鹏,荣传新,王传兵,段寅,汪涛. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]瓦斯抽采钻孔密封用天固封孔材料及工艺应用研究[J]. 李时宜,张青松,刘标懿,张双,田恒心,杨仁凯. 矿业安全与环保. 2019(03)
[4]2000—2016年我国煤矿重特大事故统计分析[J]. 朱云飞,王德明,李德利,戚绪尧,邵振鲁. 能源与环保. 2018(09)
[5]矿用封孔材料研究进展[J]. 赵君,史竹青,李伟斌,袁秋华. 山西化工. 2018(03)
[6]岩石力学层与构造裂缝发育关系研究[J]. 赵乐强,冯建伟. 山东科技大学学报(自然科学版). 2018(01)
[7]新型聚氨酯聚脲煤矿加固材料的研究[J]. 李宁,赵清香,张军波,付瑶,刘民英. 现代化工. 2016(10)
[8]矿用聚脲喷涂材料的试验研究[J]. 樊淑兰,杨仁凯,刘青,许向彬. 矿业安全与环保. 2016(04)
[9]高分子基煤岩体加固材料的安全性能研究[J]. 王继勇,于维雨,陈杨,马磊,单体霞,郭建明. 煤矿安全. 2016(05)
[10]矿用低烟气毒性高分子加固材料的研究[J]. 杨仁凯,樊淑兰,刘青,许向彬. 广东化工. 2016(08)
硕士论文
[1]热塑性聚氨酯/无机粒子功能复合材料的制备及性能研究[D]. 陈莹.东华大学 2012
本文编号:3526429
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3526429.html