不同树种多层透明木材的制备与表征

【目的】多层透明木材是真空下层压的透明木材。在保持良好透过率的情况下,这种方法将会极大降低透明木材的各向异性。【方法】本研究选取了3种密度不同但较为常见的树种——0.21 g/cm^3的巴尔沙木、0.33 g/cm^3的泡桐木和0.49 g/cm^3的白椴木为模板制作透明木材,测试其透过率和拉伸性能。并采用层合多层薄木片的方法,制作了最大厚度达10 mm的透明木材。层合时采用同向层合和交错层合两种不同的层合方式,对比了相同厚度的单层木片与多层木片的透过率,以及横纹和顺纹方向的力学性能。【结果】树种不同,制备透明木材的工艺也不同。巴尔沙木密度最小,内部含有较多的孔隙,较易脱木质素和浸渍树脂。泡桐木中抽提成份较多,达8.9%,因此首先需要去除抽提物,打开闭塞的纹孔,提高渗透性。白椴木密度较大,脱木质素较困难,但拉伸性能最好。除了树种的影响外,厚度对透明木材的透过率影响也很大,木片越厚木质素越难去除,因此透过率也就越低。而采用层合的方法有效降低了去除木质素的难度。对比两种层合方式,同向层合制作的透明木材透过率与单层透明木片相似,而异向层合时透过率低于单层透明木片。但异向层合对消除透明木材横纹与顺纹方向的力学性能差异有明显的效果。【结论】本研究拓宽了制备透明木材树种的选择范围,并使制备高厚度低成本的透明木材成为可能。

高温高压环境固井水泥研究进展

高温高压环境是深井、超深井、地热井、稠油热采井等固井面临的最大挑战之一;水泥石的高温强度衰退现象早在20世纪50年代就得到认识,经过近70年的研究,抗高温油井水泥体系的研究已经取得了很大的进展。该文章对本领域的研究成果进行了梳理与总结,调研了三种抗高温油井水泥体系,即加砂硅酸盐水泥、高铝水泥和磷铝酸盐水泥,分析了各种体系的优点与不足;重点阐述了常用加砂硅酸盐水泥的高温强度衰退机理及其物理力学性能影响因素,从而为油井水泥抗高温性能的进一步研究以及现场的配方优化设计提供参考依据。调研发现在较高温度环境加砂硅酸盐水泥均会出现不同程度的强度衰退现象,而减缓强度衰退的方法主要包括减小硅砂粒径、优化颗粒级配和提高水泥浆中的固相体积分数等。

深层超高温水泥浆体配方及其强度衰退机理

固井水泥石质量是影响油气井生产和使用寿命的重要因素,而深井、超深井的高温高压环境严重影响着水泥环的长期稳定性和安全性,是导致固井水泥环完整性失效的主要原因之一。为此,设计出一套180℃、120 MPa循环温压条件下,稠化时间440 min可调,流变、沉降稳定性及失水性能均满足超深井需求的固井水泥浆体系,并使用单轴压缩、X射线衍射、压汞、扫描电镜等测试手段分析了200℃与260℃养护温度下水泥石物理力学性能的长期变化规律及其控制机制。研究结果表明:(1)在高温200℃养护条件下,富含硅砂的固井水泥中早期会形成较多C-S-H凝胶类无定形水化产物,为水泥石带来优异的物理力学性能,但这种无定形产物在高温高压养护条件下的晶体化转变及其自身内部结构的粗化可导致水泥石宏观强度长期持续衰退;(2)在高温260℃养护条件下,加砂固井水泥水化产物主要为稳定的晶体型,虽然此温度下水泥石初始强度较低,渗透率较高,但2~90 d内强度变化在误差范围之内,长期性能较为稳定。结论认为,超深井工况下,水泥石中大量C-S-H凝胶的形成有助于提升其短期强度,但不利于其长期强度稳定,该认识对于新型抗高温固井水泥体系研发具有重要指导意义。

水灰比对油井水泥石微观性能影响的试验研究

为研究水灰比对油井水泥石微观结构和微观力学性能的影响,采用压汞、热重和X射线衍射表征油井水泥石内部孔隙结构、水化进程和物相含量变化,通过统计纳米压痕技术表征油井水泥石的微观力学性能,其中最小平方差和最大似然估计算法用于油井水泥石固相弹性模量、硬度和体积分数的解卷积计算。针对最小平方差算法在拟合频率分布时受面元尺寸的影响,采用BSI模型对面元尺寸进行合理评估和选取。结果表明:水灰比影响油井水泥石孔隙度、孔径分布及孔隙特征,较高的水灰比促进了水泥水化;水化产物的弹性模量随水灰比增加略有降低,在低水灰比下,水化硅酸钙凝胶更多为高密度型,而在高水灰比下则相反;尽管两种解卷积算法基于不同准则,但均适用于胶凝材料的解卷积计算。

透明环氧树脂/椰纤维复合材料的制备与表征

在环氧树脂(ER)中添加质量分数分别为5%,10%,15%和20%的脱除木质素后的椰纤维(CF),制得复合材料。通过色差分析、吸水厚度膨胀率、吸水率、透过率、雾度以及力学性能测试研究了椰纤维添加量对于树脂及复合材料性能的影响。结果表明,随着CF用量的增加,树脂的白度下降,复合材料的膨胀率和吸水率升高,透过率降低。CF质量分数为5%时,材料的透过率最高,达到71%,雾度为60%,具有高透过率与高雾度并存的特点,此时冲击强度也较纯ER高。但ER/CF复合材料的拉伸强度较纯ER低。这表明脱木质素处理的CF与环氧树脂的界面结合仍较差。

200℃加砂硅酸盐水泥配方优化设计及强度衰退机理

通过研究200℃超高温环境下2种不同目数硅砂以及微硅等外掺料加量和配比对水泥石矿物成分及物理力学性能的影响,发现优化颗粒级配可以显著提高水泥石7 d抗压强度,同时提高SiO2总加量可以明显改善30 d长期强度。经过优化后的2套配方30d抗压强度达到40 MPa以上,水测渗透率低于2×10–6μm2。通过分析该两套配方物理力学性能在30 d内物理力学性能及微观结构成分随养护时间的演化规律,发现水泥石矿物成分及矿物结晶状态在7 d至30 d基本没有变化,但微观结构有粗化现象,从而导致其抗压强度、弹性模量等力学性能随时间降低,水测渗透率随时间近乎线性增长。