SiO_(2)微纳颗粒对凝胶堵剂耐温性能提升的研究

聚丙烯酰胺(PAM)体系水凝胶是采油中常用的堵水调剖试剂,无机微纳颗粒的引入常用于提升PAM体系水凝胶的机械性能,但其引入对凝胶耐温性能的影响则鲜有讨论。为了探索无机微纳颗粒粒径对凝胶堵剂耐温性能的影响,引入5种粒径分别为15 nm、30 nm、100 nm、1μm、10μm的SiO_(2)微纳颗粒并研究其对PAM凝胶高温老化前后的弹性模量、黏性模量和拉伸强度等性质的影响。结果表明,随着SiO_(2)粒径的减小,凝胶耐温性能呈先增加后减小的趋势;SiO_(2)颗粒粒径为30 nm时,凝胶的强度和耐温性能最好;与不含SiO_(2)颗粒的凝胶相比,高温老化前含粒径30 nm SiO_(2)颗粒的凝胶的储能模量高约2.1倍、拉伸强度高约4.6倍、同等应变下压缩所需应力更高;高温老化后含粒径30 nm SiO_(2)颗粒的凝胶储能模量高约1.9倍、拉伸强度高约3.3倍、同等应变下压缩所需应力更高。SEM扫描电镜结果表明,SiO_(2)颗粒粒径减小、比表面积增大,单位体积凝胶中微纳颗粒表面羟基与PAM中酰胺基形成的氢键链接越多,因此强度越高,耐温性随之提升;但粒径过小时颗粒分散性差,易于团聚,会使得上述效应减弱,因此凝胶机械强度和耐温性能下降。

纳米SiO_(2)表面改性稳定非水相泡沫的实验研究

非水相泡沫在石油开采、功能材料、日用化工等领域有着广泛的应用,非水相泡沫的研究进展影响着相关行业的发展。然而,由于其自身的界面张力和介电常数较低,致使发泡难度较大。为解决非水相体系发泡困难的问题,文章通过制备纳米SiO_(2)颗粒,经TEM,FT-IR及XRD对颗粒进行表征,采用3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对纳米SiO_(2)颗粒润湿性进行调控,研究纳米SiO_(2)颗粒对非水相溶剂发泡性能的影响。结果表明:经GPTMS改性后,颗粒的接触角范围扩大至34.7°~116°之间;且能有效降低不同溶剂的表面张力并增加溶剂体系的黏度;当颗粒质量分数为7%,粒径为10 nm时,非水相产生的泡沫体积随纳米SiO_(2)颗粒接触角的增大呈现先增后减的趋势,泡沫稳定性随纳米SiO_(2)颗粒接触角的增大呈现先增强后减弱的趋势。在甲酰胺体系中,当颗粒接触角为92.3°时,泡沫体积最高可达到12 mL,泡沫稳定时长可达63 d;在乙酸苄酯体系中,当颗粒接触角为79.5°时,泡沫体积最高可达到7 mL,泡沫稳定时长可达47 d;在癸烷体系中,当颗粒接触角为60.3°时,泡沫体积最高可达到4 mL,泡沫稳定时长可达8 d。

二氧化硅填料对环氧Vitrimer动态性能的影响

将SiO_(2)颗粒引入动态环氧类玻璃高分子(Vitrimer)网络中,制备了具有可控动态性能的环氧Vitrimer。结果表明:填料含量的增加对环氧Vitrimer的基础性能负面影响小,但环氧Vitrimer的特征弛豫时间(τ)、活化能(Ea)、Arrhenius指前因子(τ0)和拓扑冻结转变温度(Tv)等典型动力学参数都可以很容易地通过填料的含量来调整。SiO_(2)的引入使环氧Vitrimer性能可控,能够按需实现材料的再加工成型。

聚丙烯酸酯原位乳液聚合包覆SiO_2的研究

用经甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷 (MAPS)处理过的纳米SiO2 作种子 ,进行聚丙烯酸酯(ACR)的原位乳液聚合 ,制成了MAPS -SiO2 /ACR复合物 ;探讨了种子乳液聚合的过程 ,分析了包覆机理 ,讨论了SiO2 的用量对聚合反应速率及残渣率的影响。结果表明 :在以纳米SiO2 为种子的ACR乳液聚合中 ,单体的转化率及聚合反应速率随SiO2 用量的增加而下降 ;当SiO2 的用量为 1 0 %时 ,复合物与聚氯乙烯共混后 ,其拉伸强度和冲击强度最高。

多孔聚酰亚胺制备及其含石墨烯润滑油摩擦性能分析

为了实现轴承自润滑,用多孔聚酰亚胺(PPI)作轴承保持架材料,研究其含石墨烯润滑油的含油性能和摩擦学性能。以纳米SiO_(2)颗粒为造孔剂,制备不同孔隙率的PPI试件,通过浸油和离心甩油试验测试PPI的含油性能。通过摩擦磨损试验分析孔隙率、石墨烯质量分数和载荷等因素对PPI摩擦性能的影响。结果表明:含石墨烯润滑油的PPI的含油能力与孔隙率成正比;PPI含石墨烯润滑油的摩擦性能与基础油相比,摩擦因数降低了82%。研究结果为聚酰亚胺应用于轴承保持架提供了重要依据。

微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究

目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果当空泡半径被压缩至1μm左右时,空泡内部压强可达1000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R_(0)处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07μs就可从初始的1000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO_(2)微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO_(2)微磨粒会使冲击波的最大速度由2976 m/s降至2681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO_(2)微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。

不同粒径纳米二氧化硅对三元乙丙橡胶性能影响的分子动力学模拟

运用Materials Studio 9.0软件构建三元乙丙橡胶(EPDM)模型和纳米二氧化硅(SiO_(2))粒径分别为1.2,1.5,1.8和2.0 nm的纳米SiO_(2)/EPDM复合材料模型,分析纳米SiO_(2)对纳米SiO_(2)/EPDM复合材料在高压低温(100 MPa/230 K)条件下的微观结构及力学性能的影响。结果表明:与EPDM相比,填充不同粒径纳米SiO_(2)的复合材料的玻璃化温度(Tg)都有不同程度升高,其中纳米SiO_(2)粒径为1.2 nm的复合材料的Tg比EPDM高5 K;复合材料的微观结构发生改变,均方位移和自由体积分数都有所减小,减幅随纳米SiO_(2)粒径的减小而增大,内聚能密度均有所增大,增幅随纳米SiO_(2)粒径的减小而增大,但纳米SiO_(2)粒径对复合材料的全原子径向分布函数影响不大;复合材料的力学性能提高,提高幅度随纳米SiO_(2)粒径的增大而减小,纳米SiO_(2)粒径为1.2 nm时,复合材料的体积模量增大5.98%,剪切模量增大198.00%,弹性模量增大34.65%。

等径纳米SiO_2粉料的制备及其表征

以正硅酸乙酯为原料,以溶胶-凝胶方法制备了等径纳米S iO2粉料。并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对粉料进行了物相分析和表征。研究结果表明:采用溶胶-凝胶法可制得无定形的等径球状粉体,粒径分布窄,分散性好。

纳米SiO_(2)微球的制备及其结构与性能研究

以十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,氨水为催化剂,正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用工艺简单的氨催化水解法在乙醇/水混合溶剂中制备纳米SiO_(2)微球。利用扫描电镜(SEM)对样品的形貌和粒度进行了表征。结果表明,在其它条件不变的情况下,随着CTAB用量的增加,SiO_(2)微球粒径逐渐增大、粒度分布逐渐变宽;随着醇水比例的降低、TEOS用量及氨水浓度的增加,SiO_(2)微球粒径均先增大后减小;而随着醇水比例的降低,粒度分布先变宽后变窄;TEOS用量的增加,粒度分布先变窄后变宽;氨水浓度的增加,SiO_(2)微球的粒度分布逐渐变宽。制备SiO_(2)微球的最佳醇水比例为0.6∶1,所得微球分散性较好,粒度分布较窄,平均粒径为533 nm。并研究得出CTAB和乙醇在纯水体系中是通过“水包油”体系发生作用。所得微球成膜后的光学性能(透过率为76.06%;雾度为48.35%)满足实际应用,表明其在防眩增透显示屏领域具有潜在的应用价值。

气源及纳米颗粒对氟碳-碳氢表面活性剂泡沫性能影响研究

以双子短链氟碳表面活性剂(Gemini)和两性碳氢表面活性剂(LAMC)为核心组分制备了环保型泡沫分散体。研究了纳米SiO_(2)颗粒和压缩气源种类对泡沫分散体起泡性、稳定性及铺展特性的影响。结果表明,纳米SiO_(2)颗粒与短链氟碳表面活性剂存在分子间相互作用,在试验范围内,与压缩空气相比,未添加纳米SiO_(2)颗粒的压缩氮气泡沫高度提升约5.8%,添加浓度为3%的纳米SiO_(2)颗粒后分散体发泡性能略微下降。随着纳米SiO_(2)颗粒的加入,泡沫的稳定性显著增加,氮气泡沫稳定性比空气泡沫提升约5%。纳米SiO_(2)颗粒形成网状结构聚集体堵塞在Plateau边界中,有效延缓泡沫析液和粗化,从而增强泡沫的稳定性。由于氮气和空气自身密度及对泡沫液膜渗透性的不同,压缩空气泡沫在油面上的平均铺展速率较压缩氮气泡沫提升2.6%。研究结果能够为纳米SiO_(2)颗粒在环保型泡沫灭火剂的研发和灭火应用方面提供理论指导。

SiO_(2)气凝胶改性复合防火聚苯板的制备及性能

构建了聚苯乙烯泡沫颗粒与玻化微珠二级级配模型,得出聚苯乙烯泡沫颗粒与玻化微珠的最佳粒径比约为5∶2,体积比约为100∶7.根据级配模型配制骨料,采用模压成型工艺制备复合防火聚苯板,显微结构显示其骨料堆积紧密、有序.分析了硅酸盐胶凝材料、SiO_(2)气凝胶及憎水剂对复合防火聚苯板性能的影响.结果表明:复合防火聚苯板的阻燃性能及拉拔强度随着硅酸盐胶凝材料掺量的增加而增大;导热系数和拉拔强度随着SiO_(2)气凝胶掺量的增加而降低,软化系数随着SiO_(2)气凝胶掺量的增加而升高;吸水率随着憎水剂掺量的增加而降低.

Effect of Y_2(CO_3)_3 and Surfactants on Electrorheological Performance of SiO_2 Particle Materials

The SiO_2 particle material has weak electrorheological (ER) activity. The ER performance of the SiO_2 particles can be ameliorated after adsorbing Y_2(CO_3)_3. In this paper, the effect of Y_2(CO_3)_3 and different surfactants on the ER performance of the SiO_2 particle materials is investigated. The results show that anionic or cationic surfactants maybe enhance the ER activity of SiO_2 material, and nonionic surfactants cannot when surfactants are added during the process of the SiO_2 particle preparation, only the anionic surfactant, AES, can enhance markedly the ER performance of the material. The surface area, pore volume and pore diameter of the particles were measured. The effect of Y_2(CO_3)_3 and the surfactants on the microstructure of SiO_2 materials and the relationship between ER effect and the microstructure are described.

羟基硅油改性SiO_(2)制备复合粒子及超疏水涂层的制备与性能

利用羟基硅油的独特性质改性纳米SiO_(2)制备了一种具有纳米结构的弹性微米级复合SiO_(2)粒子,并用其与107硅橡胶复合制备出了超疏水涂层。探究了粒子用量对疏水性的影响。使用扫描电镜、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪和热失重分析仪对改性后的粒子和超疏水涂层进行表征。结果表明:羟基硅油改性后的粒子与硅橡胶涂料相容性极好,由于粒子表面的硅氧烷分子链能与硅橡胶分子链缠结,且拥有多级粗糙结构的粒子能与固化后的硅橡胶树脂产生机械咬合,因此超疏水涂层拥有良好的机械性能。在40%含量时综合性能最好,疏水角为154.6°,能在500g负载下(约5.4kPa压强),在1000目砂纸上磨损6m仍具有良好的超疏水性。

二氧化硅填充改性PTFE研究进展

聚四氟乙烯(PTFE)是实际生活中应用较广泛的一种高分子材料,但其性能上的不足一直是国内外学者研究的热点领域。回顾了近年来国内外学者对无机非金属材料二氧化硅(SiO_(2))填充改性PTFE的一些研究成果,分析了几种改性手段及填料SiO_(2)含量与偶联剂的表面处理对SiO_(2)/PTFE复合材料的摩擦学性能、力学性能和介电性能的影响,并从填充物的粒度分布等方面对改性方法、改性效果以及影响因素等进行了归纳总结。

纳米SiO_(2)溶胶对高温加砂油井水泥石强度作用规律及机制

测试高温(150℃,20.7 MPa)下纳米SiO_(2)溶胶对加砂油井水泥石抗压强度的影响,分析纳米SiO_(2)溶胶水化产物类型、形貌、微观结构以及作用机制。结果表明:高温下纳米SiO_(2)对加砂油井水泥石有多种作用机制,质量分数在1%~2%时,纳米SiO_(2)主要吸附在水泥颗粒表面,影响水泥正常水化,降低加砂水泥石强度;质量分数为3%~8%时,纳米SiO_(2)通过晶核作用诱导水化产物多点生长,改善水化产物微观结构,同时游离纳米SiO_(2)颗粒以不同团聚体形式充填在不同尺度水化产物孔隙中,提高水泥石致密度,保证加砂水泥石高温强度发展与维持;质量分数超过10%时,大量纳米SiO_(2)吸附在水泥颗粒表面并与Ca(OH)_(2)反应生成CSH凝胶覆盖层,纳米SiO_(2)团聚作用更显著且生成大颗粒聚集体不再具有填充效应,使水泥石微观结构遭到破坏,加砂水泥石强度大幅度降低;在高温固井水泥浆设计中,须确定合理的纳米SiO_(2)加量,纳米SiO_(2)才能通过晶核作用、填充效应等改善水泥石微观结构,有效阻止加砂油井水泥石高温强度衰退。

不同粒径纳米二氧化硅混凝土宏微观性能研究

为研究不同粒径及掺量纳米二氧化硅对混凝土力学性能的影响,将粒径为15、30、80 nm的纳米SiO_(2)分别取代1%、3%、5%体积率的水泥配制出9组纳米SiO_(2)混凝土进行抗压、劈裂抗拉及抗剪强度试验,基于试验结果利用Matlab数值计算软件提出了不同粒径及掺量下纳米SiO_(2)混凝土力学性能预测模型,同时借助SEM电镜试验,对纳米SiO_(2)增强混凝土力学性能机理进行分析。结果表明:纳米SiO_(2)粒径与掺量对混凝土抗压、劈裂抗拉及抗剪强度的影响是相互的,混凝土力学性能随掺量的增加增幅逐渐降低,粒径越大混凝土力学性能增幅越低,纳米SiO_(2)掺量为5%时,混凝土各项力学性能指标开始下降。适量粒径与其掺量的纳米SiO_(2)掺入可促进水泥水化反应,但由于过高掺量纳米SiO_(2)材料的掺入,一定程度上影响水泥水化过程。数值软件建立预测模型各项指标拟合度较高,可为工程上确定其配合比时提供借鉴。

纳米颗粒增强AM/AMPS复合凝胶反向堵水技术

针对普通聚合物调驱剂强度低、耐温耐盐性差等问题,研制了添加纳米SiO_(2)颗粒的AM/AMPS聚合物复合凝胶堵水剂,并分析其堵水机理。实验研究表明:AM/AMPS+SiO_(2)复合凝胶具有良好的耐温耐盐性、耐冲刷性及封堵性能,其堵水机理为改善润湿性,将岩层由亲油变为亲水。使用该复合凝胶对文留油田的油井实施反向堵水驱油作业,驱油效果明显改善,累计增油量为4244.0 t,取得了良好的经济效益。该研究对解决采收率低的高含水油井具有指导意义和应用推广价值。

陶瓷颗粒增强树脂基摩擦材料的制备及性能研究

为解决传统树脂型摩擦材料高温阶段的热衰退问题,采用SiO_(2)陶瓷颗粒增强树脂基摩擦材料,研究SiO_(2)含量对摩擦材料摩擦磨损性能、物理性能和力学性能的影响。结果表明,适量SiO_(2)陶瓷颗粒添加不仅可提高摩擦因数,降低磨损率,还可改善摩擦因数和磨损率的稳定性。当SiO_(2)含量为4%时,试样的综合性能较佳,分别为:摩擦系数0.32以上,平均磨损率为0.64×10^(-7)cm^(3)·(N·m)^(-1),洛氏硬度值为81 HRM,冲击强度为0.785kJ·m^(-2),研究结果可为新型摩擦材料配方设计提供借鉴作用。

双亲纳米SiO_(2)颗粒的制备及提高渗吸采收率性能

以正辛基三乙氧基硅烷和3-巯基丙基三乙氧基硅烷为改性剂,以双氧水为氧化剂,在水基环境下对亲水纳米SiO_(2)颗粒表面进行改性,得到具有磺酸基和辛基的双亲纳米SiO_(2)颗粒。通过FTIR和TG对其化学结构和热稳定性进行了分析。将双亲纳米SiO_(2)颗粒分散在地层水中制备了纳米流体,对其稳定性、界面性质和渗吸效率进行了评价。利用核磁共振技术探究纳米流体渗吸过程中岩心孔隙内原油运移规律。结果表明,纳米流体储存30d未出现分层现象,表现出良好的稳定性;经纳米流体处理的岩心亲水性增强。此外,双亲纳米SiO_(2)颗粒(含量为0.05%,以地层水质量为基准)将油水界面张力降低至1.7mN/m;纳米流体渗吸采收率高达22.6%,渗吸初始阶段小孔隙中的原油被动用,而在渗吸后期阶段大孔隙中的原油才被动用。

水环境下纳米SiO_(2)增强超高分子量聚乙烯防滑性能的影响研究

超高分子聚乙烯材料因具有优良的耐磨性、耐蚀性和轻质性而逐渐应用在船舶甲板表面.船舶甲板的湿滑、海浪冲击和颠簸环境严重影响甲板仪器设备和人员的平衡性,进而挑战其可靠性和船员人身安全.为了提升超高分子聚乙烯(UHMWPE)材料在湿滑环境下表面防滑性能,采用具有高硬度和优异增摩性能的纳米二氧化硅(SiO_(2))对其进行共混改性,探究不同体积分数的SiO_(2)在摩擦磨损试验过程中对UHMWPE摩擦系数的影响规律.试验结果表明:一方面,纳米SiO_(2)在一定程度上削弱了水膜在纳米SiO_(2)改性UHMWPE复合材料的浸润能力和吸附性,使其从亲水性逐步向疏水性转变,改善湿滑环境下的防滑效果;另一方面,纳米SiO_(2)颗粒坚硬且不易变形的特性让其逐渐在摩擦磨损过程中显露出来,在外界载荷的作用下与陶瓷球之间形成啮合摩擦现象,导致UHMWPE的摩擦系数呈现上升趋势,最终表现出与干摩擦相近的摩擦系数,达到防滑需求.研究结果对设计和制造一种能在湿滑环境下具有优异防滑性能的船舶甲板高分子复合材料提供理论支持.