新型高性能电工材料（共9篇）
新型高性能电工材料 篇1
0 引言
我国煤矿工程地质和水文地质条件复杂, 矿井水害是我国煤矿开采中普遍且经常发生的地质灾害, 也是影响矿山安全生产的重要不安全因素。注浆法是治理矿井水害及破碎围岩加固的重要技术方法。目前工程中最常用的注浆材料是水泥浆液, 很多机构也研制出了可注性较好的化学注浆材料, 但是水泥浆液和化学浆液都有其固定的缺点。针对水泥浆材和化学浆材的优缺点, 本文中把水泥浆液与脲醛树脂化学浆液结合起来, 形成具有新组分、新特点的多组分体系的“复合浆液”, 使其每种组分都不同程度地发挥作用, 并利用试验来初步分析其工程性质, 以期得到一定的工程利用价值。
1 水泥基复合浆液作用机理及配比试验
脲醛树脂与水泥共混后, 一部分脲醛树脂浆液中的羟甲基-CH2OH会和水泥的水化产物Ca (OH) 2发生下述反应[1]:
以及-NHCH2OH与水泥中含有的多价金属化合物及其盐类发生类似上述配位反应。这些多价金属主要是Fe3+、Fe2+、Mg2+、Al3+等。这些反应均使树脂与水泥在硬化过程中能形成无数张纵横交错的网, 结成一个强度很高的整体。
以水泥浆液作为主剂 (用425#普通硅酸盐水泥配制, 水灰比为1∶1) , 以脲醛树脂浆液作为减水剂和饱和剂, 二者以不同比例 (重量比) 混合后再添加不同比例 (重量比) 的碱性促凝剂进行配比试验, 其结果如表1、图1、图2所示。
根据试验结果可知:碱性促凝剂能够有效地缩短混合浆液的凝胶时间, 另一方面, 固结体强度随促凝剂用量加大而降低, 而加大脲醛树脂浆液比例则有利于提高固化强度。分析认为, 树脂浆液的加入可以有效地分散水泥颗粒, 影响水泥聚集, 从而延长了水泥浆液的凝胶时间。但树脂浆液与水泥在硬化反应过程中能形成网状结构, 有利于聚合体整体强度的提高。
2 三种注浆材料的模拟试验
2.1 注浆材料和被注介质
为研究水泥基复合浆液的工程性质, 本文选择粗粒砂、细粒砂和无烟煤粉三组介质建立试验模型, 对脲醛树脂化学浆液、水泥浆液和水泥基复合浆液三种注浆材料的充填扩散情况及其固结特点进行对比, 并分析其与被注介质的相互作用机理。其中水泥浆液为425#硅酸盐水泥浆液 (水灰比1∶1) 。脲醛树脂化学浆液为双液浆, 以脲醛树脂作为主剂;以8%的草酸水溶液作为固化剂。水泥基复合浆液以425#硅酸盐水泥、脲醛树脂浆液和水按质量比2∶1∶1配制成主剂, 以23.1%碱性促凝剂作为固化剂。
被注介质选用砂土和无烟煤粉。其中砂土分为粗粒组和细粒组两种。分别对三组被注介质随机抽取四组样品, 进行物理指标测试, 取其平均值, 三组被注介质的物理参数如表2所示。
2.2 模型箱
模型箱长×宽×高的尺寸为70 cm×70 cm×80 cm, 垂直两个面由7 mm厚的有机透明玻璃组成, 便于外部观察浆液的渗透情况。其注浆模型坐标图如图3所示。
2.3 试验步骤
(1) 在试验模型箱内, 装入筛分好的砂子或无烟煤粉, 加水调匀, 分层夯实, 填满模型箱, 在填砂或无烟煤过程中留设注浆管。
(2) 向模型箱内注水, 直至模型箱放水口处流出水量稳定, 且模型箱上部溢出为止, 使砂子或无烟煤粉充分饱和。
(3) 待模型箱内的砂土或无烟煤粉饱和固结2 d后进行注浆。
(4) 对模型箱进行注浆试验。
(5) 注浆结束后, 脲醛树脂浆液固结、析水3 d, 水泥浆液和水泥基复合浆液固结、析水7 d, 再对模型箱进行揭露, 观察浆液扩散区域、浆液渗透范围、浆液渗流通道和浆液结石体形状。
2.4 试验结果及其讨论
2.4.1 浆液在不同介质中扩散特点
(1) 粗粒组砂土。根据试验结果, 三种浆液在粗粒组砂土中都表现出较好的渗透扩散性, 所形成的固砂体形状近似球体。其中, 脲醛树脂化学浆液的最大扩散距离为26 cm;水泥浆的最大扩散距离为13 cm;水泥基复合浆液的最大扩散距离为15 cm。脲醛树脂化学浆液在注浆开始时, 浆液主要从注浆管的孔口位置, 在三维方向上呈放射状扩散。当注入到一定阶段时, 扩散到外层的浆液粘度增大开始凝胶, 随着注浆的继续, 刚凝胶很薄的壳体就被挤裂, 产生注浆劈裂通道, 随后注入的浆液通过劈裂通道向周围渗透扩散。水泥浆液在注浆孔口位置产生了纯浆液固结体, 浆液围绕中心孔口位置向周围挤密渗透扩散。水泥基复合浆液由于凝胶时间短, 注入砂土时浆液在短时间内即发生凝胶, 浆液主要围绕注浆管孔口位置向周围扩散充填, 以渗透扩散为主。
(2) 细粒组砂土。三种浆液在细粒组砂土的扩散情况主要反映为浆液渗透扩散不均匀, 形成的固砂体形状不规则。其中, 脲醛树脂化学浆液的最大扩散距离为30 cm;水泥浆的最大扩散距离为3 cm;水泥基复合浆液的最大扩散距离为5 cm。脲醛树脂化学浆液在灌注初期显现出良好的渗透扩散性, 但由于凝胶时间较短, 且细粒组砂土孔隙性相对较小, 渗透性相对较弱, 随着浆液的絮凝, 浆液主要通过劈裂作用产生扩散通道, 浆液形成的固砂体形状极不规则。水泥浆液在细粒组砂土中的渗透扩散性极低。由其形成的固砂体情况可以看出, 浆液只在注浆管孔口处向四周产生挤密作用, 形成了一个长条状的凝固体, 向外渗透扩散效果甚微。水泥基复合浆液的渗透扩散性能受到所掺加的水泥浆液影响, 再加上浆液的凝胶时间很短, 因此, 尽管注浆压力很大, 其在细粒组砂土中的渗透扩散性也很差, 浆液在注浆管孔口处凝胶, 向四周扩散距离很小。
(3) 无烟煤粉。浆液在无烟煤粉中的扩散与砂土有较大区别, 主要为浆液固结体呈薄片状扩散, 浆液分布很不均匀。其中, 脲醛树脂化学浆液的最大扩散距离为35 cm;水泥浆的最大扩散距离为15 cm;水泥基复合浆液的最大扩散距离为17.5 cm。脲醛树脂化学浆液在无烟煤粉中的渗透主要依赖于劈裂作用形成扩散通道。浆液在注浆孔口平面上沿水平方向向四周产生劈裂作用, 形成片状劈裂通道, 随后注入的浆液通过劈裂通道向周围渗透扩散。水泥浆液在煤粉中的扩散效果较差, 虽然浆液也产生劈裂作用, 但其劈裂扩散效果较化学浆液差的多, 浆液扩散距离很短。水泥基复合浆液因其掺加水泥颗粒的原因, 再加上浆液的凝胶时间很短, 浆液只向上呈片状劈裂扩散。分析其原因, 主要是因为煤粉颗粒细小, 颗粒级配较好, 孔隙性差, 渗透系数远小于砂土, 浆液在孔隙中基本无法形成有效的渗透。但由于煤粉重度较小, 拘束应力相对较低, 便于浆液劈裂扩散。另一方面, 从浆液对煤粉的固结情况看, 其固结特点与砂土有较大差异。浆液对砂土的固结主要是充填孔隙后对固体颗粒产生了粘着力所致, 而对煤粉的固结则主要是浆液对煤粉颗粒的吸附作用。
2.4.2 浆液与被注介质相互作用机理
本次注浆模拟试验反映出的浆液和被注介质之间的相互作用主要有渗透作用、挤密作用和劈裂作用[2~4]。本次试验发现:浆液在粗粒组砂土的大孔隙介质中注浆主要发生渗透作用。脲醛树脂化学浆液在细粒组灌注初期也显现出良好的渗透扩散性;水泥颗粒型浆液在细粒组砂土和无烟煤粉这些小孔隙介质中的注浆主要发生着挤密作用, 浆液扩散距离很小;在渗透性较低的细粒组和无烟煤粉组中的化学浆液注浆都出现了明显的劈裂作用, 浆脉发育。水泥颗粒型浆材在无烟煤粉中注浆也出现了片状劈裂作用。
3 结论
(1) 以水泥浆液为注浆主剂, 脲醛树脂浆液为辅剂配制的水泥基复合浆液具有物态稳定性较好、聚合速度可调节幅度大的技术性能。
(2) 碱性促凝剂对水泥基复合浆液固化强度影响较大, 随促凝剂用量的提高浆液固化强度明显降低。
(3) 水泥基复合浆液凝胶时间可以根据工程实际条件进行调节, 提高碱性促凝剂的浓度可以有效的提高浆液凝胶时间。
(4) 模拟对比试验结果表明水泥基复合浆液在粗粒组砂土中主要发生渗透作用, 在细粒组砂土和无烟煤粉这些小孔隙介质中主要发生挤密作用。其可注性介于脲醛树脂化学浆液和水泥浆液之间, 在试验中的速凝效果一定程度验证了其用作快速堵水注浆材料的可行性。
摘要：配制出水泥-脲醛树脂双液注浆材料, 通过试验进行了水泥基复合浆液的性能对比研究, 并对其工程性能指标进行了测试。为了解水泥基复合浆液在不同孔隙介质中的可注性, 论文采用粗粒组砂土、细粒组砂土和无烟煤粉进行了脲醛树脂化学浆液、水泥浆液和水泥基复合浆液的模拟注浆对比试验, 并分析三种注浆材料与被注介质相互作用机理。
关键词：注浆材料,水泥基复合浆液,模拟试验,作用机理
参考文献
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新型高性能电工材料 篇2
用新型的半固相方法合成掺钴尖晶石材料LiCoxMn2-xO4及其性能研究
用一种新型的半固相法合成得到LiCoxMn2-xO4材料,通过X射线衍射技术和充放电实验对材料的结构及循环性能进行了研究.与传统的固相合成法相比,这种半固相法显示了产物颗粒尺寸均匀,电化学性能良好的.特点.通过对结构,组成与电化学性能关系的探讨,对不同半固相法合成路线的选择及适当的优化,可得到电化学性能良好的掺钴尖晶石材料,其中LiCo0.016Mn1.984O4在室温下的初始容量为118 mA・h/g,循环25周后,容量仍能保持在113mA・h/g左右.通过这种新型合成方法得到的掺钴尖晶石材料,在高温下也表现出了令人满意的充放电循环性能.
作 者：詹晖 周运鸿 作者单位：武汉大学化学与分子科学学院,武汉,430072刊 名：化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA CHIMICA SINICA年，卷(期)：200260(5)分类号：O6关键词：半固相法 共沉淀 掺钴尖晶石材料
新型高性能电工材料 篇3
相变材料 (Phase change materials) 定义为:在相转变过程中, 与外在环境进行热量交换, 放出或吸收热量, 进而达到能量的储存和释放的目的, 由于其成本低廉、储热热效率高, 因此成为了未来节能材料发展的主要方向[1,2]。多孔基体复合相变储能材料是采用无机多孔材料作为吸附载体, 如活性炭、硅藻土等, 在高真空度下, 将相变材料吸附到多孔材料的孔隙当中。由于多孔材料的比较面积较高, 因此可吸附较多的相变材料, 储热密度较大, 此外, 在相变过程中, 由于毛细管张力的作用, 液态的相变材料不能从孔隙当中溢出, 使相变材料在宏观上失去流动性, 表现为固-固相变。该类PCM不需容器盛装, 增加了传热面积和传热效率, 可根据需要制成各种形状或复合到其他材料中。
2.实验部分
实验原材料:C12H24O2月桂酸;CH3 (CH2) 8CO (OH) 癸酸;提纯硅藻土。
实验手段:TG、DSC、SEM。
通过差示扫描量热法对原材料的相变温度进行测试。测试结果如下:
月桂酸的相变温度为47℃;癸酸的相变温度为31℃。二者的相变温度较低, 接近环境温度, 此外储热能力较大, 相变焓较高, 可用于建筑节能领域。但是, 月桂酸及癸酸的相变温度都高于居住适宜温度 (18-22℃) , 因此, 根据低共熔点原理, 将这二种物质按照一定的比例混合, 使其达到预计的相变温度区间, 按照施罗德 (Schroder) 公式[3,4]计算可得到癸酸与月桂酸混合形成低共熔物时的混合比及相应的相变温度。最后确定的主储能物质 (月桂酸:癸酸) 的质量比为30%:70%。
本文所采用的硅藻土为临江市生产的提纯土, 其详细化学成分见表2-1,
硅藻土提纯方法, 1%稀盐酸酸洗3 次, 后经蒸馏水洗后, PH值成中性。提纯后, 硅藻土的有机物基本溶出, 扩孔明显, 增加了硅藻土的比表面积。
将提纯后的硅藻土放入三口烧瓶中, 采用采用真空吸附的方法制备复合相变材料, 实验装置见图2-1。具体步骤为:将预先放置好硅藻土的三口烧瓶放入恒温水浴中, 水浴温度恒定70℃, 在真空状态下相变材料 (月桂酸:癸酸30%:70%) 通过滴管缓慢滴入, 流速控制在5ml/min, 通过搅拌使其与硅藻土充分复合, 通过试验确定硅藻土与PCM最佳的质量比为1.75:1。
3.结果及讨论
由图3-1 可知, 二元相变储能材料的的相变温度为21.3℃, 熔点温度为11.97℃, 相变焓153.17J/g, 相变温度基本满足建筑使用条件, 此外储热能力较大大, 具有很高的应用价值。此外在测试过程中, DSC平缓, 没有亚稳态存在。图3-2为硅藻土吸附后相变储能体系的DSC曲线, 由图可知, 复合体系的热力学特征与二元PCM相近, 相变温度有增高的趋势 (21.3℃-23.6℃) , 这是由于硅藻土作为无机材料, 导热系数较低, 在相变过程中存在热传导时间差及降低了复合体系的导热系数所造成的。图3-3 为复合相变体系的TG分析曲线, 从图中可知, 复合相变体系在使用温度区间内没有质量损失, 复合体系具有很好的结构稳定性, 不会出现因温度而造成的泄漏现象。只有超过组元沸点 (197℃) 后才开始蒸发, 直到262.6℃二元相变材料完全蒸发, 失重率为56%。
图3-4 为硅藻土的SEM图片, 由图可知, 硅藻土具有较好的孔隙结构, 可以作为一种良好的多孔吸附材料使用。图3-5 为硅藻土吸附相变材料后的SEM图片, 从图中可以看出, 吸附后, 硅藻土的孔结构完全被二元相变材料填充, 已经复合成一个整体, 这是由于硅藻土内部孔结构为纳米孔及微米孔复合的介孔结构, 比表面积较大, 吸附二元相变材料后, 孔隙结构的表面张力较高。
4.结论
(1) 二元相变储能材料 (月桂酸和癸酸30%:70%) , 相变混合体系的相变温度较低21.3℃, 相变焓153.7J/g, 热力学性能稳定, 适合用于建筑围护结构节能材料。
(2) 物理方法吸附将相变储能材料复合到硅藻土多孔基体材料中, 制得定型复合相边体系, 通过DSC, TG, SEM的测试分析, 表明相变蓄能材料在多孔基体材料中的蓄热能力得到提高, 发生相变时热性能稳定, 相变材料与多孔基体材料能很好的结合。
参考文献
[1]张东, 周剑敏, 吴科如, 李宗津.颗粒型相变储能复合材料[J].复合材料学报, 2004 (05) ∶103-109.
[2]王岐东, 张学义, 康惠宝.复合相变储能材料的选择[J].北京轻工业学报, 1997, 15 (1) :61-65.
[3]吉冈甲子狼, 获野一善.物理化学计算[M].河南:河南科学技术出版社, 1981.
新型沥青添加剂TPS的性能 篇4
新型沥青添加剂TPS的性能
为了了解新型添加剂TPS的路用性能,进行了不同TPS掺量的沥青胶结料的针入度试验、软化点试验、稠度试验、延度及测力延度试验、弹性恢复试验及弯曲蠕变试验、直接拉伸试验,对加入TPS添加剂后的沥青混合料,进行了车辙试验、弯曲破坏试验、疲劳试验和冻融劈裂试验,并与SBS改性沥青混合料的部分试验结果进行了对比.结果表明添加TPS后,沥青胶结料的感温性、高温性与低温性及沥青混合料的`高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性和水稳定性都得到了较大程度的提高,添加TPS沥青混凝土具有良好的路用性能.
作 者：张锐 黄晓明 侯曙光 Zhang Rui Huang Xiao-ming Hou Shu-guang 作者单位：东南大学,交通学院,江苏,南京,210096 刊 名：交通运输工程学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF TRAFFIC AND TRANSPORTATION ENGINEERING 年，卷(期)： 6(4) 分类号：U414 关键词：路面工程 添加剂 TPS 路用性能
新型锚网喷支护材料的性能研究 篇5
巷道支护结构基本原理是在岩石力学理论的基础上, 通过支护体和围岩联合作用, 充分发挥围岩的自承载力, 以取得更大的经济效益。以下为现代支护结构原理的几个方面:
1) 当代支护构造的原理是把围岩和支护当作由两种材料构成的复合体, 建立在围岩与支护共同作用的基础上。
2) 当代支护原理的另一个支护的规定是充分发挥支护材料自身的承载力。不管是柔性支护、锚杆支护、封闭支护还是分次支护, 必须充分发挥材料的承载能力。混凝土喷层具有一定的灵活性, 并紧紧围绕着围岩, 因此, 混凝土喷层主要应对压缩、剪切破坏和弯曲破坏, 和传统的相比, 可以更好的运用混凝土的承载能力。实验证明, 相比于同厚度的单层, 应支持双层喷涂层的工艺, 因为其提高承载能力达20%~30%。因而可知, 分次喷层也是提高承载力的一种好方式。
3) 发挥围岩的自承能力, 首先必须具有较好的自承载能力, 即围岩保持在坚固状态, 使其充分发挥围岩塑性, 并且具有较好的承载能力。在开始的时候, 当应变或位移增大, 岩体强度一直在允许范围内, 当越来越接近允许变形值, 围岩压力将趋于最小。当岩石刚刚进入塑性时, 其自承力最大。然后随着应变或位移的增加, 其强度将逐渐减弱。因此, 当围岩进入塑性时, 可以发挥最大作用的是自承载能力。现代支护理论要防止围岩松动, 要求由于岩石有一定的塑性, 最大限度地发挥其自承能力。支护结构中要充分发挥围岩的自承载能力, 减小围岩压力, 以进一步改善支护的受力机能。
4) 基于现场测试和监测手段的现代支护理论, 确定最佳的支护形式和方法, 以指导设计与施工。该方法是基于目前的技术水平和地下工程的特点进行总结得到, 是一个理论与实践相结合的方法, 是现代支护理论的重要组成部分。
2 巷道支护网的加固机理
为了避免因局部破坏而丧失整个围岩支护的稳定性, 巷道支护中应当把顶板、两帮和底板看成一个整体。锚网支护在金属网中起支持破碎岩体非锚固区的作用, 是避免落石, 并能转移负荷之间的非锚固锚杆, 能在面部形成支持中心。锚网喷支护可以均衡巷道压力和变形, 提高其整体稳定性。
支护网可以将松软围岩变成镶嵌结构。在巷道剖面的岩石形成的压力拱可承受更大的压力, 防止继续扩大岩崩和岩石破坏区。而碎断效应和电力传输通过螺栓的负荷转移到围岩深部, 以保持压力拱充分发挥自承载能力。实践证明, 金属网作为支持时不可缺少的技术措施, 对锚杆巷道和巷道围岩稳定性的加固效果是很重要的。
支护网有柔性, 具有泄压的作用, 可适应围岩变形, 使得巷道的围岩压力减小。然而, 金属网又具有一定的刚性, 能给围岩表面施加抵抗力, 从而大大改善围岩受力情况, 避免围岩破坏加剧。
巷道由于受到动压的影响, 围岩塑性区和破坏区不断加大, 经常出现漏顶、掉块现象。锚网喷结构能很好的阻止这种破坏, 加固碎块, 防止进一步垮落。同时, 金属网对围岩表面的反力增加了组合拱内碎裂岩石的密实度, 进一步加强了支护系统的稳定性。通过分析矿用支护网的加固机理及其作用, 可提出其作为支护材料的基本要求, 明确适用范围。
3 复合材料网
本文提出的矿井支护复合网是一种由钢丝、聚丙烯等材料, 通过阻燃剂和抗静电的后处理技术, 挤出冷却形成方格网的整体结构, 其整体性、强度、以及控制围岩变形的能力较好, 且支护费用低。
本文中采用的混凝土强度等级为C20。取衬砌结构拱顶的一片圆弧结构为原型, 几何相似比为Cl=2。模型所用材料与原型相同, 即CE=Cρ=1。根据力学知识可知, 影响应力的参量有应力σ, N/m2;截面积A, m2;法向分布载荷p, N/m2;抗弯截面模量D, m3;弹性模量E, N/m2;几何量L, m。参数方程可写作:
用量纲分析法求导相似准则, 其准则形式可取为:
将其量纲代入:
由两边量纲相等, 得方程组为:
将上式中的a、b转换为关于c、d、e、f的函数关系:
相似准则为4个, 所以c、d、e、f应当设定出4套参数, 本文采用最简单方法, 即设其中一个为1, 其余3个为0, 则:
可得出准则为:
由准则, 即CE=Cσ。由于模型与原型所用材料相同, 则有Cσ=CE=1, 即模型上各点所测的应力值与原型对应点的值相等。同理, 准则可得CP=CE=1, 即模型上的法向面分布载荷与原型上所受的实际载荷相同。模型与原型是一个几何相似准则, 因此, 将自动满足。钢筋网壳复合衬砌支护结构试验采用直径为6 mm的的钢筋, 其余的材料为矿用复合材料网。混凝土设计强度为C20。混凝土的配比为水泥∶砂子∶石子∶水=1∶2∶2∶0.45, 试件的厚度为100 mm, 高400 mm。试件浇筑好后在室内养护28 d。喷混凝土是一种先将水泥、砂、石等材料按一定比例混合成的干混材料, 注塑机械将其通过进料管、喷嘴到支撑表面的混凝土混合物, 并在短时间内粘结于被支护工程围岩表面上, 并快速硬化的技术。喷射混凝土和普通混凝土喷不同的特点是, 无振动和依靠高速射流冲击挤压混凝土。喷射混凝土可有效压实混凝土, 并在结合面上传递一定的剪力和拉力, 具有较高的力学性能。
钢筋网壳复合衬砌支护结构试验采用复合材料, 在受力初期与其他材料网相比并无特别之处, 也是先有拉有压, 在3 MPa左右时, 出现中间对称面部位的斜裂缝, 在6 MPa时出现端部裂缝掉皮现象。但是, 当荷载加到6 MPa以后, 其抗拉性能逐渐显现出来, 各个测点均以受拉为主, 并不断承受其受力的加大。压强达到8.5 MPa时结构破坏。破坏状态为:衬砌沿中部出现多处倾斜裂缝, 端部被压碎破坏。实验发现, 从承载能力上看, 钢筋网和复合材料网的承载能力相差无几, 可在岩巷道或煤巷使用;钢筋网在上部出现的横向裂缝, 主要为保护层被压坏, 混凝土沿着保护层与钢筋的交接处发生了破坏, 原因为此处钢筋与混凝土的咬合不好, 形成易破坏的截面, 两种材料的变形不一致。在实际使用中, 可考虑在混凝土中掺和纤维, 增加混凝土的整体性和与支护网的耦合能力。复合材料网的性能较佳, 主要表现为, 在具有了良好抗弯性能的同时, 抗拉性能也较好, 在受力初期, 因为具有较好的刚度, 因此可较长时间抵抗上部压力。当弯曲挠度达到一定程度时, 材料良好的抗拉性能发挥了作用, 限制了挠度的进一步增加。因此具有比另外两种材料更强的承载力。
在锚网喷施工中, 可以将材料网与锚杆以及喷射混凝土结合起来形成复合材料网。复合材料网可封闭围岩, 起到传力作用, 将荷载分布到锚杆上, 使锚杆发挥梁作用和减跨作用;锚杆可加固围岩, 将松动区的围岩压力传递到围岩深处的坚固部位, 起支撑作用;喷射混凝土将材料网和锚杆连接成整体, 使之形成一个坚固的支护体系。因此, 结构变形破坏较小的巷道, 可采用复合材料网作为支护网;破坏严重的巷道, 可采用传统钢筋网与复合材料网共同支护的组合方式, 在喷射混凝土中靠近围岩的一层铺设复合材料网, 其良好的抗弯和抗拉性能可起到基础支护的作用, 外层铺设传统钢筋网, 其较大的强度可作为支护结构的最后一层保障。这也符合联合支护理论“先柔后刚, 先让后抗, 柔让适度, 稳定支护”的基本思想。
复合材料网较钢筋网而言价格低廉, 质量较轻, 运输方便。工人的施工强度低, 省时省力, 是作为巷道支护的理想材料。
网架承载性能最好, 整体性较强, 因此出现中部裂缝的时间最晚, 且45°方向出现裂缝后才破坏, 破坏性状明显。复合材料网内有较大数量和强度的钢丝, 因此刚度较强, 较长时间的抵抗了弯矩和剪切力, 且交错点非搭界, 而是相对牢固的铰接, 这样形成整体后, 每根钢塑网带的拉断力比搭接大了很多, 使得看似“柔弱”的复合材料网试件大大增强了其承载能力。在试验中两端的支座既起到了固定作用, 又限制了横向位移, 使得其抗弯和抗剪能力得到提升。复合材料网纵横方向拥有较强的承载能力, 双向拉伸构成筋和肋的相互垂直, 这类结构使得施加于网面的压力可以经过节点有效地向四处筋肋传送, 大大提高了整个网面承载力, 因此不会造成筋肋的断裂。而且, 由于该网络是一种双向拉伸, 因此净孔蠕变小, 网格大小均匀, 在喷射混凝土之前, 可以有效地防止落煤, 保证工人的安全和地下矿车运行的平稳安全。
在正常使用情况下, 新型网架的支护效果较理想且较经济, 是软岩巷道的理想支护材料, 破坏状态为:衬砌沿中部出现多处倾斜裂缝, 端部被压碎破坏。端部掉皮直至破坏现象, 主要原因为在端部发生了实验中不可避免的应力集中, 使得整个试件的承载力降低。然而实验中只是取支护结构的一部分, 在实际工程中, 喷射混凝土将网片完全包裹, 形成一个整体, 不存在端部应力集中的情况。从经济角度考虑, 新型材料网的价格较钢筋网而言更低廉。其质量轻, 可弯曲, 运输方便, 可根据实际尺寸随意裁剪, 工人的施工强度低, 省时省力, 是作为巷道支护的理想材料。
4 结论
新型复合材料网衬砌结构为巷道支护成功开辟了一条新的途径。在符合结构要求的条件下, 可以获得较好的支护效果以及经济效果, 为研究替代传统钢筋网开辟了新的思路。
摘要：随着矿井开挖深度的加深, 维护巷道稳定所进行的支护问题变得尤为重要, 也成为了矿井发展的重难点之一。喷射混凝土、锚喷支护和可伸缩的金属支架是目前支护的方法, 但后期的大规模维修和浪费现象严重。在满足实际使用要求的前提下, 新型复合材料网具有质轻、耐腐、价廉的优点。本文在锚喷支护原理的基础上, 选用新型复合材料, 研究了巷道支护理论。
关键词：锚喷支护原理,复合材料,巷道支护
参考文献
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[3]Farmer, L.W.岩石的工程性质[M].汪浩, 译.徐州:中国矿业大学出版社, 1988.
新型高性能电工材料 篇6
目前,桥面防水已经引起道路工作者足够的重视,并开发出了多种桥面专用防水材料。在桥面专用防水涂料中,以沥青类居多,如各种乳化沥青产品。但是,人们并没有注意到一种在建筑上已经普遍使用的防水材料,即高聚物类防水材料。高聚物防水材料性能突出[3]:断裂拉伸强度高、伸长率大、抗撕裂和抵抗基层的变形能力较强;具有很好的耐光老化性和耐候性,使用寿命长。该类材料原料产量大、价格低,以水为溶剂,省能源、无污染。
由于还没有高聚物类桥面防水材料的行业规范,而该类材料在建筑中大量应用,有完整的行业规范,这为其应用于桥面防水提供了借鉴。本文对研制的丙烯酸防水涂料基本性能指标主要参考JC/T 864—2008《聚合物乳液建筑防水涂料》(以下称标准1)和GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》(以下称标准2)。
1 新型高聚物防水材料基本性能研究
1.1 丙烯酸防水涂料干躁时间
1.1.1 试验仪器与方法
按标准2中第16章方法。
1.1.2 试验结果
研究所用高聚物材料的表干、实干时间分别为4 h、7.5 h,符合标准1的规定:表干时间≤4h不粘手,实干时间≤8h无粘着。
防水涂料的干燥时间对施工有一定的影响。干燥时间过长或过短,涂料中的水分就不能充分的挥发出来,容易起泡,而且在沥青混合料摊铺时容易被刺破,失去防水功能。
1.2 丙烯酸防水涂料的固体含量
1.2.1 试验仪器与方法
按标准2中第5章方法。
1.2.2 试验结果及分析
丙烯酸防水涂料的固体含量为71%,符合标准1规定:≥65%。作为水性涂料,固含量也不能太高,太高了就过于黏稠,不利于施工。
1.3 低温柔性
1.3.1 试验仪器与方法
按标准2中第13章方法。
1.3.2 试验结果及分析
在-20℃、-10℃条件下,试件均无裂纹,符合标准1规定:Ⅰ类,-10℃下无裂纹;Ⅱ类,-20℃下无裂纹。
我国许多地区年最低气温可达-21.3℃或更低,但在面层的保护下防水层温度会高一些[3]。当气温降到-20℃时,暴露薄膜和50 mm、100 mm、150 mm厚沥青面层下的薄膜温度分别为-18、-14、-10、-10℃。因此,当材料在-20℃弯曲时如果不破坏,则可判断其低温性能合格。
1.4 拉伸性能
1.4.1 评价目的
检测新型高聚物防水材料的变形能力,模拟防水材料适应桥梁变形能力。其评价指标为断裂拉伸强度、断裂延伸率。
1.4.2 试验仪器与方法
按标准2中第9章方法。
1.4.3 试验结果及分析
丙烯酸防水涂膜的断裂延伸率为900%;符合标准1规定:Ⅰ类、Ⅱ类都要求≥300%。
丙烯酸防水涂膜的断裂拉伸强度为1.7 MPa,符合标准1规定:Ⅰ类≥1.0 MPa,Ⅱ类≥1.5 MPa。桥面防水材料在桥面裂缝和负弯矩的综合作用下,承受的极限最大拉伸强度为0.9MPa,以此为标准,本高聚物材料的拉伸强度合格。
1.5 加热处理后的拉伸性能
1.5.1 评价目的
在沥青混合料铺装时,防水材料可能要经受最高达160℃的热冲击;在夏季高温地区,防水材料白天会受到30~60℃温度影响。这都可能使新型高聚物防水材料性能下降。基于此,通过对比加热前后的断裂拉伸强度和断裂延伸率,可考察高温对新型高聚物涂膜性能的影响及影响程度。
1.5.2 试验仪器与方法
按标准2中第9章方法。
1.5.3 试验结果及分析
(1)试验结果
加热处理后断裂延伸率为280%,符合标准1规定:加热处理后断裂延伸率≥200%。断裂拉伸强度为5.27 MPa,加热处理后拉伸强度保持率为310%,符合标准1规定:热处理后拉伸强度保持率≥80%。
(2)试验结果分析
从化学角度考虑,高聚物材料在加热过程中会发生热降解反应和热氧化反应,这2种老化反应都会降低高聚物材料的物理力学性能。从试验结果看,材料加热前后断裂延伸率分别为900%、280%,衰减幅度超过2/3,这种情况与理论分析一致。
1.6 不透水性能
1.6.1 试验仪器与方法
按标准2中第15章方法。
1.6.2 试验结果和分析
在0.3 MPa水压力下,30 min内新型高聚物涂膜没有出现渗漏现象,符合标准1的规定。
对屋面防水工程而言,防水材料的不透水性是指其本身在原始状态下所承受水压能力的技术指标,以一定压力下不渗水为合格,这个水压一般为0.1~0.3 MPa,持续时间最长为30 min。对桥面防水而言,防水材料本身的不透水性是桥面防水的前提条件,更为重要的是防水材料在经受热沥青混合料的摊铺和碾压作业完成后,在行车及其它荷载作用下的不透水性,这一点是桥面防水材料性能要求比较苛刻的原因之一。对此需用抗热集料刺破性能和不透水试验验证。
1.7 粘结性能
1.7.1 评价目的
考察新型高聚物防水涂料固化后与基层粘结力大小。
在建筑屋面防水和桥梁防水工程中,防水涂膜的粘结性能都是一个重要指标,二者很容易被混同。目前很多防水材料生产厂家将粘结力大小列入桥面防水涂膜性能指标,但是粘结性能的测试方法和标准却仍然采用屋面防水的方法和标准。因此,熟悉了解屋面防水工程中粘结性能的概念和测试方法,既可以考察高聚物防水材料基本性能,也可以对其是否适用于桥面防水进行初步判断。
1.7.2 试验仪器与方法
按标准2中第7章方法。
1.7.3 试验结果及分析
实测结果为0.62 MPa,对于屋面防水工程,要求粘结强度不小于0.2 MPa已留有余地,因为我国沿海最大上扬风力为0.2 N/cm2。作为参照,JC/T 975—2005《道桥用防水涂料》规定聚合物改性沥青防水涂料Ⅰ类≥0.4 MPa,Ⅱ类≥0.6 MPa。与此比较,结果是合格的。
桥面防水工程对防水材料的粘结性能要求与屋面防水工程有很大差别,它不仅包括防水层与桥面混凝土的粘结力、防水层与沥青混合料面层的粘结力,同时还必须考虑在其它荷载如行车荷载的影响下桥梁频繁变形对防水材料粘结力的影响。桥面防水层位于面层之下,故在使用期间不必考虑风力的影响。综合考虑,桥面防水工程对防水材料粘结性能的要求远远高于屋面防水工程,对此,需采用拉拔试验测试其粘结性能。
综合以上各个指标,将其中10个指标的试验结果列于表1。表1中前9个指标均来自标准1,所开发的丙烯酸防水涂料的这9个指标全部合格,第10个粘结强度指标为JC/T975—2005《道桥用防水涂料》潮湿基面粘结强度要求(Ⅰ类)。
2 结语
(1)桥面用丙烯酸防水涂料所测试的基本性能全部合格,这是桥面防水材料基本品质,是其能应用于桥面防水的基本和前提条件。
(2)在10个指标中,拉伸强度、断裂延伸率、加热处理后的拉伸强度保持率和断裂延伸率4项指标非常突出:拉伸强度实测值为1.7 MPa,符合标准中Ⅱ类要求≥1.5 MPa;加热处理后断裂延伸率实测值为280%,是标准要求最低值的1.4倍,而另2项指标实测值分别是标准要求最低值的3倍、3.9倍。这4个指标凸显出该材料用于桥面防水的优越性。只是有待于实际工程的检验。
摘要：针对桥面防水要求,提出开发新型高聚物桥面防水材料。在借鉴相关建筑防水规范的基础上,对所开发新型高聚物桥面防水材料进行基本性能试验研究。结果表明,该新型高聚物桥面防水材料10项基本性能分别符合JC/T 864—2008、JC/T 894—2001要求,其中拉伸强度、断裂延伸率、加热处理后的拉伸强度保持率和断裂延伸率4项指标非常突出。
关键词：桥面防水,防水材料,高聚物材料,基本性能
参考文献
[1]裴建中,胡长顺,张占军.桥面防水材料路用性能[J].交通运输工程学报,2001(4):33-36.
[2]裴建中.桥面柔性防水材料技术性能研究[D].西安:长安大学,2001.
新型高性能电工材料 篇7
轻集料的颗粒密度较水泥石的密度小, 在混凝土的拌和过程中, 轻集料混凝土非常容易产生分层离析问题。除了需要对混凝土配合比进行优化之外, 选用合适的材料十分重要[2]。
1 基本组成材料
轻骨料为5mm-20mm粒级800级圆球状黏土陶粒, 采用常用的P.O42.5R普通硅酸盐水泥。
本文采用普通河砂, 根据GB/T14684—2001《建筑用砂》的技术要求检测各项指标, 其筛分结果显示为2区砂的颗粒级配要求:砂的技术指标均符合要求。
2 粉煤灰
凡能在常温和有水条件下与Ca (OH) 发生化学反应的硅铝质材料均称为火山灰材料。粉煤灰就具有这种参与化学反应的能力, 这种能力又可称为火山灰反应性, 通常简称为活性。当粉煤灰用作胶凝材料时, 这种能力是评价其品质优劣的重要指标。粉煤灰所含的Si O、Al O玻璃体在建筑砂浆中可与水泥水化生成的Ca (OH) 或石灰膏反应。
上述反应产物与水泥水化的产物基本相同, 并产生相应的力学强度。粉煤灰水化产物主要在颗粒的表面生成, 具有结晶度差、颗粒细小、比表面积大、水化物碱度低等特点。决定粉煤灰在建筑砂浆中火山灰反应速率的因素, 通常也就是评价粉煤灰品质优劣的重要标志, 其中主要是玻璃体的含量和玻璃体的比表面积。
轻集料混凝土中加入粉煤灰有如下作用: (1) 由于Ⅰ级灰和磨细灰颗粒较细, 密度较低, 并且大部分为圆球型, 混凝土中加入适量的粉煤灰可改善混凝土的粘聚性, 提高混凝土的可泵性[3]。 (2) 粉煤灰的密度一般为1.9-2.4, 而水泥的密度一般为, 2.9-3.1, 由此可见, 用一定量的粉煤灰取代部分水泥可以有效降低水泥砂浆的密度, 从而减少轻集料的上浮。 (3) 当轻混凝土中加入粉煤灰后, 由于其比表面积较大, 表面能也较大, 更易吸附和粘结在轻集料的表面上, 和水泥一起在其表面上形成一强度较高的壳结构, 相当于提高了轻集料的强度, 因此也就提高了轻混凝土的强度。
提供的粉煤灰, 参数满足Ⅰ级粉煤灰规范要求。
粉煤灰的基本参数:细度/%:≤12%;烧失量/%:≤5;需水量比/%:≤95;含水率/%:≤1.0;Cl/%:<0.02;SO/%:≤3;混合砂浆活性指数:7d≥75, 28d≥85。
3 纤维
未加纤维的混凝土坍落度符合规范要求, 但容易出现分层离析现象, 轻集料上浮较为明显。纤维在混凝土中形成乱向分布的网状结构, 加上其比表面积很大, 使混凝土的内摩阻力增大, 阻止轻集料上浮。
研究发现, 将一组不掺入钢纤维的轻质混凝土 (下文简称素混凝土) 做参照, 钢纤维、聚丙烯纤维、有机仿钢丝纤维以同一体积率=1%加入轻质混凝土基体, 研究对应的轻质混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能[4]。
钢纤维比其它两种纤维对混凝土的工作性有更大的负面影响, 这可能是因为后两种纤维具有较好的柔韧性, 在混凝土流动时能在各向力的作用下弯曲。掺入纤维后, 轻质混凝土的分层离析程度减少, 有利于混凝土的均匀性, 提高混凝土的强度。
试验结果还表示, 纤维的掺入使7d抗压强度提高8%-10%, 28d抗压强度提高5%-12%, 而7d抗折强度提高12%-25%, 28d抗折强度提高12%-32.5%。无论是抗压强度还是抗折强度钢纤维混凝土都比其它两种要高, 有机仿钢丝纤维混凝土次之。这是因为刚纤维的弹性模量较其它两种要大, 且它与混凝土的钢—混界面粘结性要比有机物—混界面强度好的多[5]。
通过抗渗性试验, 加入纤维后的渗水高度下降33%-42%, 最大水压上升52%左右, 抗渗顶级也均上升到P12以上。其中钢纤维混凝土的抗渗性提高最为明显, 有机仿钢丝纤维混凝土次之。抗冻性试验表示, 加入纤维之后, 300次冻融循环质量损失下降52%-65%, 同样是钢纤维混凝土抗冻性提高最为明显, 有机仿钢丝纤维混凝土次之。
但钢是热的良导体, 而且钢纤维对混凝土的抗腐蚀性有不利影响, 我们选择有机仿钢丝纤维加入轻集料混凝土中。
使用说明: (1) 掺量:建议阻裂仿钢纤维体积掺量为0.5%-0.8%, 即每立方米混凝土中掺量为5kg-8kg。 (2) 配比设计:一般应用不必改变混凝土的等级配比参数, 可参考《钢纤维混凝土结构与施工规范》, 特殊应用需经试验进行选择设计。 (3) 投料搅拌过程:先投入碎石, 然后投入阻纤维, 再投入砂子搅拌, 使纤维充分分散, 然后投入水泥和水按常规工艺搅拌均匀。
4 引气减水剂
引气型减水剂是一种表面活性剂, 由于表面的活性作用, 降低了水的表面张力及表面能, 使水溶液形成众多表面时所需要的功减少, 同时由于表面活性剂定向吸附在气泡表面, 形成了单分子吸附膜, 使页面坚固而不易破裂。
本文采用开封当地建材有限公司生产的SF-1E型引气减水剂。外观为黄色或浅褐色粉末, 主要技术性能指标及特点符合标准, 减水率可在15%-30%之间调整, 减水率及坍落度要求越高, 掺量越大, 不泌水、不离析, 可明显改善砼的和易性, 可泵性, 可塑性和耐久性。
掺量:0.8%-1.9%, 在同配合比同坍落度下, 可节约水泥12%-22%。减水率为18%, 对坍落度要求越高, 掺量越大, 不泌水、不离析。同配合比、同坍落度下, 7天强度可提高23%-53%, 28d强度可提高12%以上。凝结时间:可缓凝2-7小时。坍落度增加≥12cm, SY-1E型引气减水剂宜直接加入混凝土中, 适当延长搅拌时间30-50s。
参考文献
[1]陈烈芳, 宋淑敏.加速提高人造轻集料的绿色含量[J].混凝土与水泥制品, 2002.
[2]中国建筑科学研究院混凝土研究所译.国外轻骨料混凝土应用[M].北京, 中国建筑工业出版社, 1982.
[3]王发洲.高性能轻集料混凝土的组成、结构与性能[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2003.
[4]刘巽伯.轻集料强度和强度标号[J].房材与应用, 1999.
新型高性能电工材料 篇8
经调查, 贵州省废渣无序排放、堆存涉及到15个乡镇、61个村民组, 堆放总量达3 000多万t, 占地面积为18 000多亩, 其中24.86%为耕地, 69.86%为荒坡沟谷和洼地, 5.28%为河道。
经过大量资料查询和阅读, 利用炼锌尾渣生产新型墙体材料的研究在国内尚未报道。一方面是大量堆积排放的废渣未得到有效利用, 另一方面生产墙体材料开山取石, 消耗大量的自然砂石, 这种局面不利于资源的合理利用、环境的保护及经济发展的可持续性。因此, 以炼锌尾渣为主要原料, 配以一定的胶凝材料、外加剂等原料生产出合格的新型墙体材料项目研发的成功, 可以为锌渣的资源化利用提供可靠的技术支撑, 并有利于排渣地区大宗消纳锌渣, 在节能、节土、环保等方面具有显著的效果, 对环境保护、资源综合利用、经济可持续发展具有重要的意义。
1 试验原料
1.1 炼锌尾渣
本次试验采用的是贵州省毕节赫章一带土法炼锌时排放的锌尾。
锌渣的含水率为5.21%;锌渣的松散堆积密度为965 kg/m3, 紧密堆积密度为1 118.5 kg/m3, 表观密度为2 075.5 kg/m3, 计算获得松散空隙率为V=53.51%, 紧密堆积孔隙率为V=46.11%;其化学成分结果见表1, 放射性核素限量检测结果见表2, 锌渣的物相分析见图1, 颗粒级配分析见表3。
通过XRD图谱分析, 锌渣中主要含有石英、赤铁矿、莫来石等。
1.2 砂子
砂子颗粒级配见表3。
1.3 水泥
水泥使用的是海螺42.5水泥。
1.4 粉煤灰
粉煤灰为黔西电厂湿排灰, 该样品通过XRD玻璃体含量测试获得其玻璃体含量为68.25%。其化学成分见表1, 物理性能见表4。
2 试验方法
2.1 原料的制备
将从毕节赫章运来的炼锌尾渣, 经过破碎筛分堆放备用;砂子通过筛分出5 mm以上的粗砂和未筛分的普通砂按比例混合使用。
2.2 炼锌尾渣普通非烧结砖的制备
炼锌尾渣普通非烧结砖制备工艺流程为:骨料+辅料一搅拌一成型一自然养护一制品。炼锌尾渣普通砖的原料配比为固体原料 (100%) 中骨料占50%～60%, 水泥占10%～20%, 砂子占20%～25%, 粉煤灰占10%～20%, 具体试验配方见表5。
2.3 炼锌尾渣免烧砌块的制备
根据炼锌尾渣普通非烧结砖的配方结果, 选择编号4和编号6两组配方成型砌块。
2.4 性能测试
炼锌尾渣普通非烧结砖有关性能检测按《混凝土实心砖》 (GB/T 21144-2007) 标准检测, 炼锌尾渣非烧结砌块有关性能检测按《轻集料混凝土小型空心砌块》 (GB/T 15229-2002) 的要求。
3 试验结果与分析
3.1 炼锌尾渣普通非烧结砖性能
炼锌尾渣普通非烧结砖性能见表6。
从表6可以看出, 仅配方4和配方6满足《混凝土实心砖》 (GB/T 21144-2007) 强度要求, 从结果可以看出, 砂子的颗粒级配对砖的强度有很大影响;水泥掺量不变的情况下, 锌渣掺量越大, 其砖的强度越低 (见图2) , 砖的密度也越低 (见图3) ;用粉煤灰取代部分水泥, 会降低砖的强度。
根据配方4和配方6成型砌块测得炼锌尾渣非烧结砌块有关性能见表7。
从表7可以看出, 仅配方4可以满足轻集料混凝土小型空心砌块》 (GB/T 15229-2002) 的要求。
4 结论
以毕节赫章炼锌尾渣生产新型墙体材料, 其掺量可达60%, 且制出的砖和砌块性能良好;
水泥掺量不变的情况下, 炼锌尾渣掺量越大, 砖和砌块28 d抗压强度越低, 密度也越低;
水泥和炼锌尾渣掺量都不变的情况下, 改变砂的颗粒级配影响砖和砌块的抗压强度, 选用粗砂要比普通砂制出的砖和砌块强度高。
摘要：以毕节赫章炼锌尾渣为主要原料制备免烧普通砖和砌块, 并对制品性能的主要影响因素进行了分析。试验结果表明:炼锌尾渣掺量可达60%, 制得免烧普通砖28天抗压强度可达15MPa以上, 砌块28d抗压强度可达5MPa以上。
关键词：炼锌尾渣,非烧结普通砖,非烧结砌块,抗压强度
参考文献
[1]王伟光.锌渣综合利用的研究与应用[J].矿冶, 1996, 5 (1) .
新型高性能电工材料 篇9
1 M357碳-石墨抗磨材料的性能
M357碳-石墨抗磨材料是以石墨、焦炭及炭黑等为主要原材料, 以合成树脂为黏结剂, 经混合、磨粉, 采用单个热模压成型。该材料的金相结构较好, 内部组织致密, 气孔几乎为零。实际上, 它是一种不透性碳-石墨树脂复合材料, 因而, 它兼有两者的特性[1]。
1) 优良的自润滑性。即使在干燥状态下, 也不会发生烧伤现象, 特别是用作平洗槽中的导布辊轴承时, 在与金属轴完全接触的情况下, 不易产生过热和损伤金属轴头的危险。
2) 摩擦系数低。该材料的摩擦系数随润滑状况不同而异, 有液体润滑时的摩擦系数 (0.09) 比干磨时的摩擦系数 (0.172) 低得多, 而且低值一直可以保持到很高的温度。而且使用时不需要加润滑剂, 可实现无油润滑。
3) 化学稳定性高。该材料具有较强的抗磨能力, 除浓硝酸及高浓度的强碱外, 均不为酸、碱、盐及有机溶剂等化学药品所侵蚀。
4) 较高的机械强度。该材料抗折强度可达60~70 MPa, 抗压强度可达120~150 MPa, 因该材料的比重小 (1.8 g/cm3) , 故具有相当大的比强度。
5) 较好的耐热性。该材料自身不熔融, 与金属等对磨时, 即使在高负荷、高速等条件下, 也不会产生热焊接现象。因此可在200℃下正常工作, 不会像塑料那样, 因温度升高而发生塑性流动、软化及变形等不良现象。
6) 较小的热膨胀系数。100℃时为15~18×1061/℃, 200℃时为20~25×1061/℃, 其值随温度的升高而略有增大, 但与塑料相比仅为其1/10。将此材料用作轴承时, 不会因温度升高而产生抱轴卡死等现象, 因而, 轴与轴承的配合间隙不必过大。耐热冲击性强, 能耐急剧的温度变化或温度冲击, 即使在很大温度范围内, 也无破裂现象。
7) 较高的导热率。该材料的导热率要比塑料高20~50倍, 因此, 在运转过程中, 不会像塑料那样, 因摩擦热不易导出引起局部温升而产生飞边和蠕变及加速磨损等不良现象。
8) 良好的耐磨性。该材料具有较低的磨损速率和良好的耐磨性, 这在很大程度上依赖于该材料所固有的自润滑性、摩擦系数、耐腐蚀性及导热性等特性。因该材料具有优良的自润滑性、适中的硬度, 故与不锈钢、黄铜等对磨时, 较易磨合, 且能很快地在对磨面上形成一层薄薄的石墨膜, 而变成石墨与石墨的滑动, 降低了表面摩擦, 防止了大量摩擦热的生成, 使环境温度和摩擦面之间的温度恒定不变, 这样就有利于摩擦与磨损。其结果是, 该材料经数千小时运转后, 不但本身磨损很小, 而且对磨材料 (不锈钢、黄铜等) 也不被磨损。
M357碳-石墨抗磨材料在轻纺机械中用作轴承和密封环时, 经大量现场使用表明, 具有良好的耐磨性, 它能成功地运行5 000 h以上而无过度磨损。当运行至5 328 h时, M357碳-石墨导布辊轴承的磨损量仅为0.40 mm, 如果使用得当, 预计可运行10 000 h以上, 大约相当于5年。实践证明, 轴头的光洁度与使用寿命关系较大。轴头的光洁度越高, 则轴承的磨损量就越小, 使用寿命也就越长。另外, 在使用过程中, 由于受压力、摩擦系数、滑动速度、温度及润滑介质和断续工况等因素的影响, 其使用寿命要比预计短很多, 一般为一年以上。如在导布辊张力过大、液体中含染料颗粒较多、运行同步较差、轴头光洁度不太好等恶劣条件下, 导布辊轴承能保证半年以上的使用寿命就被认为是十分可观的。
2 M357碳-石墨抗磨材料的应用
轻纺机械的滑动零部件, 特别是印染工业的平洗槽导布辊轴承、烘筒进汽头静环及汽蒸箱固定密封环等的使用好坏将直接影响设备效率、维修成本及纺织品质量等, 因而, 近年来对轴承和密封环的选材问题引起了印染行业的高度重视。
1) 在印染平洗槽中用作导布辊轴承。M357碳-石墨抗磨材料具有较高的化学稳定性, 能耐绝大多数酸、碱、盐的腐蚀。又因该材料具有良好的自润滑性和低的摩擦系数, 且硬度适中, 故与不锈钢、钛钢等硬度不太高的材料对磨时不磨损轴头, 且轴承的使用寿命一般可以由原来的1~3个月提高到一年左右, 如使用得当, 则使用寿命更长。笔者调查了西北第一印染厂及天津、上海等地印染厂引进的日本歌山及其他公司的平洗槽、亚漂机浸渍槽、蒸炼机双氧水槽等印染设备, 轴头材质大部分为不锈钢, 在不同的介质、温度、转速下, M357轴承在生产使用中的效果均较好, 在累计使用3 000~5 000 h后, 磨损量一般在0.15~0.30 mm, 仍可继续使用, 基本上达到日本产品的水平, 印染机平洗槽中的介质情况比较复杂, 不但液体的腐蚀性较强, 温度较高, 而且内含染料等固体颗粒, 在使用过程中, 轴承与轴头之间的摩擦损耗, 除了黏附磨损起主导作用外, 还伴随着磨粒磨损、腐蚀磨损、冲刷磨损, 再加之受振动、温度、导布辊张力及同步程度等因素的影响, 其使用寿命因使用条件不同而异, 从半年到一年, 乃至数年不等。
2) 在轻纺设备中用作密封环。M357碳-石墨是一种不透性材料, 且耐高温 (200℃) , 在干、湿条件下均能良好地工作。它可用作烘筒进汽头的静环及水洗箱、汽蒸箱的密封环等。因该材料的硬度较低, 故与黄铜等低硬度材料对磨时, 具有较好的相容性, 使用寿命一般为1年以上, 在无油润滑的条件下, M357碳-石墨抗磨材料之所以能获得令人满意的使用效果, 是因为该材料在干摩擦状态下具有低的摩擦系数、优良的自润滑性和耐磨性[2]。
3 结束语
实践证明, M357碳-石墨抗磨材料具有机械强度高、自润滑性好、摩擦系数低、热膨胀系数小、耐蚀抗磨等特点, 因此, 该材料适应性强, 使用可靠, 是目前使用于轻纺机械中较理想的轴承和密封材料。同时, M357碳-石墨抗磨材料的硬度适中, 与A3钢、不锈钢及黄铜等硬度不高的材料对磨时, 不但本身的磨损速率低, 而且对磨材料也几乎不被磨损。但由于该材料的使用寿命受诸种因素的影响, 尤其与对磨材料的表面光洁度有关, 光洁度越高, 则使用寿命越长。因此, 在许可的情况下, 应尽量提高对磨材料的表面光洁度, 以获得良好的使用效果。
摘要：介绍了M357碳-石墨抗磨材料的主要性能, 分析了其在印染工业和轻纺设备方面的应用, 实践证明, M357碳-石墨抗磨材料具有机械强度高、自润滑性好, 摩擦系数低, 热膨胀系数小, 耐蚀抗磨等特点, 是目前使用于轻纺机械中较理想的轴承和密封材料。
关键词：碳-石墨,耐蚀,抗磨
参考文献
[1]冯瑞.材料科学导轮[M].北京:化学工业出版社, 2002.