水性环氧树脂-聚丙烯纤维改性水泥基快速修补砂浆性能研究

为改善机场道面修补砂浆脆性大和粘结性能差等问题,本文利用水性环氧树脂(WER)、聚丙烯(PP)纤维和硫铝酸盐水泥(SAC)制备出一种快速修补砂浆,并对其工作性能、力学性能、阻尼性能和耐硫酸盐腐蚀性能进行研究。结果表明,PP纤维和WER可显著提高快速修补砂浆韧性和粘结性能,使得快速修补砂浆2 h抗压、抗折强度和粘结强度分别达到22.3,5.1和3.7MPa,满足民用机场规范要求,同时可改善快速修补砂浆的阻尼性能和抗硫酸盐侵蚀性能。

细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备与力学性能预测

本文采用熔融挤出法制备了β成核聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料,考察了蒙脱土、β成核剂及增容剂用量对复合材料缺口冲击强度和弯曲强度的影响,并用BP神经网络进行预测。结果表明,增加蒙脱土用量有助于复合材料强度的提高但对韧性不利;随β成核剂用量的增加,复合材料的缺口冲击强度略有增加,而弯曲强度存在最优值,即添加β成核剂0.1%时,弯曲强度达到最大值35.06MPa,较不添加时增加了13.68%;随增容剂用量的增加,复合材料的韧性显著增大而强度有所降低,添加30%增容剂,复合材料的缺口冲击强度较不添加时增加了约3倍,而弯曲强度仅降低了28.39%;BP神经网络预测结果表明,该模型能够比较精确的预测该复合材料的力学性能。该研究对于优化聚丙烯基纳米复合材料制备及改进力学性能预测具有借鉴意义。

熔喷专用茂金属聚丙烯的中试开发

在75 kg/h Spheripol工艺聚丙烯中试装置上,使用茂金属聚丙烯催化剂开发出熔喷专用茂金属聚丙烯MPH1500Y,并进行了熔喷无纺布的加工应用研究,同时对驻极处理的熔喷无纺布性能进行分析。结果表明:MPH1500Y的熔体流动速率约为1500 g/10 min,相对分子质量分布为2.9;MPH1500Y在加工应用过程中可纺性好,喷出、成网、收卷顺利,熔喷无纺布的纤维结构蓬松、形态均匀且细长,添加驻极母粒并经静电驻极处理后有效提高了熔喷无纺布的过滤效率,改善了熔喷无纺布的加速老化性能。

聚丙烯/木粉复合材料的制备及性能

分别采用聚丙烯的固相接枝共聚物和熔融接枝共聚物作为聚丙烯/木粉复合材料的界面改性剂,研究两种多单体接枝共聚物用量对复合材料界面结构、拉伸性能、弯曲性能、抗冲击性能等的影响,并根据拉伸性能数据计算复合材料的界面黏结强度。结果表明:两种多单体接枝共聚物均能有效地提高复合材料的力学性能,并维持良好的热稳定性;随多单体接枝共聚物用量的增加,复合材料的力学性能提高,当多单体接枝共聚物用量为5 phr时,复合材料的界面相容性较稳定,力学性能最佳,界面黏结强度参数从2.56升至3.50以上,表明复合材料具有较强的界面黏结强度。

双向拉伸聚丙烯薄膜shish-kebab结构的辐照劣化模型研究

高能射线辐照会导致电容器储能介质发生交联和降解等化学变化,进而影响到电容器的宏观电气性能和应用性能。该文以双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented polypropylene,BOPP)薄膜典型的串晶结构(shish-kebab)为对象,研究了γ辐照积累剂量D对分子链结构和结晶特性的影响,建立了辐照劣化模型。研究结果表明,当D<10 kGy时,辐照交联和降解反应同时发生且程度相当,结晶度和大分子含量均无明显变化;当D≥10 kGy时,辐照降解反应占主导,shish晶逐渐被破坏,结晶度和大分子含量逐渐下降;当D=1000 kGy时,shish-kebab结构几乎完全破坏,薄膜内主要为片晶和无定形结构。该模型描述了γ辐照下shish-kebab结构的劣化过程,为聚合物晶体结构的辐照老化机理研究提供参考。

离子改性对宽分子量分布聚丙烯黏弹性能影响

宽分子量分布聚丙烯(BMWDPP)PP1经离子改性剂处理后得到PP4。通过凝胶渗透色谱(GPC)与平板旋转流变、拉伸流变和熔体强度测试研究了PP1和PP4的分子结构与流变性能的变化。离子改性过程中的自由基诱发PP降解会降低BMWDPP的分子量大小及多分散性;虽未形成真正的长支链结构,但由于接枝在PP分子链上的金属盐之间靠离子相互作用造成“类长支链”效果,PP4可产生拉伸应变硬化现象;PP4因大分子量组分的降解削弱缠结及小分子量组分的降解增强塑化,导致黏弹性低于PP1。拉伸应变硬化对熔体强度增高的影响强于分子量降低对熔体强度削弱的影响,故PP4的熔体强度在不同的温度下皆高于PP1;在低温下呈现线形大分子量分子链PP特点,而在高温下呈现长支链PP特点。

羟基氧化铁负载聚丙烯酰胺复合絮凝剂的制备及除锑性能研究

以丙烯酰胺(Acrylamide,AM)为基底,在引发聚合过程中接入羟基氧化铁(FeOOH),合成新型复合絮凝剂羟基氧化铁/聚丙烯酰胺(FeOOH@PAM)。采用BET(Brunauer-Emmett-Teller)、SEM(Scanning Electron Microscope)、XRD(X-ray diffraction)方法对絮凝剂的孔结构、表面性质、晶体结构进行表征,采用FT-IR(Fourier Transforms Infrared Spectroscopy)和XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)方法探究FeOOH@PAM去除Sb(Ⅴ)的机制。系统考察不同FeOOH掺杂质量分数、pH值、絮凝剂及污染物投加质量浓度、共存离子种类、反应时间对絮凝剂除Sb(Ⅴ)效果的影响以及絮凝过程中的粒径变化情况。结果显示:与羟基氧化铁相比,复合絮凝剂为多孔无定型结构且具有更大的比表面积。在最优条件下,絮凝剂对低质量浓度Sb(Ⅴ)(20μg/L)水源水的去除率在13 min时达98.03%,去除率受HPO_(4)^(3-)和腐殖酸质量浓度的影响较大。絮体主要在慢速搅拌时形成,锑酸盐离子通过静电吸附迅速迁移至絮凝剂表面,与表面位点络合形成絮凝微团聚结沉降而被去除。

面向高温储能应用可交联聚丙烯电介质材料研究

近几年,电磁弹射技术和电动汽车行业快速发展,对于提高薄膜介电电容器的耐高温和高储能性能的需求也越来越迫切。为此,对接枝交联抗氧化剂的聚丙烯(PPHP)进行了热处理,使其内部发生交联形成交联三维网络,可提高聚丙烯的耐高温性能、耐高压性能、介电性能以及储能性能。研究结果表明:经过热处理的接枝可交联抗氧化剂聚丙烯(CPP)相较于双向拉伸聚丙烯(BOPP)和聚丙烯(PP),在室温下其击穿场强可以达到1105 MV/m,在130℃时可达到647 MV/m,介电常数在3.0左右,介电损耗在0.01以下;在600 MV/m的电场强度下,其能量密度值为9.13 J/cm^(3),能量释放效率达到94.3%。

聚丙烯/玻璃纤维复合泡沫的制备及隔声隔热性能

以二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和苯乙烯(St)为单体,过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,玻璃纤维(GF)为填料,通过熔融共混法和模压发泡法制备了聚丙烯(PP)/GF复合泡沫,利用PP分子上熔融接枝形成的TPGDA-St共聚物长链支化结构作为相容剂,促进GF在PP基体中的分散,通过GF与TPGDA-St共聚物长链支化结构的协同作用,有效改善PP熔体和复合泡沫的性能。研究了支化结构相容剂和填料用量对PP熔体强度、热稳定性、结晶性能以及复合泡沫微观形貌、隔热性能、声学性能、力学性能的影响。结果表明,TPGDA-St共聚物长链支化结构相容剂能够有效促进GF在PP基体中的分散,强化界面相互作用,形成较为完善的填料网络,显著提升了PP的熔体强度、发泡性能和结晶性能。当GF用量为10份时,PP/GF复合泡沫的泡孔均匀、形状规则、压缩性能良好,具备优异的隔声性能和隔热性能,平均声音传输损耗达到59.7 dB,相较于纯PP泡沫提高了84.8%,导热系数低至0.055 W/(m·K),相较于纯PP泡沫降低了65.6%。

炭黑/废纸导电纤维的制备及其在聚丙烯中的应用

利用多巴胺氧化自聚合将炭黑粘附到废纸纤维表面,制备了炭黑/废纸柔性导电纤维,分析了炭黑含量对纤维导电性能的影响,然后,将该导电纤维与聚丙烯熔融共混制备复合材料,分析了导电纤维添加量对复合材料导电和力学性能的影响。结果表明,聚多巴胺将炭黑均匀粘附在废纸纤维表面,纤维的电阻率随着炭黑含量增加而逐渐降低,当炭黑含量为15%时,废纸纤维的电阻率logρ下降至2.16Ω·cm。柔性导电纤维能更好地控制聚丙烯复合材料电导率降低幅度,当纤维添加量为15%(炭黑含量为2.27%)时,复合材料的表面电阻率为3.71×10^(10)Ω,体积电阻率为2.45×10^(11)Ω·cm,能达到抗静电级别。此时,复合材料的弹性模量和拉伸强度分别为565.65和17.01 MPa,模量提高了1.07%,但强度降低了32.82%。

聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维(PPF)的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明:聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.

聚丙烯纤维磷石膏胶结体早期力学强度特性及增韧机理研究

在传统水泥基复合材料的研究领域,纤维增强了材料的强度、韧性、延展性和抗裂性。为了提高磷石膏胶结体的早期强度,掺入聚丙烯纤维作为增强剂,开展了掺纤维磷石膏胶结体制备试验以及单轴抗压强度试验,分析了纤维对磷石膏胶结体破坏规律的影响,并通过SEM探究了纤维对磷石膏胶结体的增韧机理。研究结果表明:随纤维掺量增加磷石膏胶结体单轴抗压强度呈先增加后降低的趋势,且纤维最优掺量为1%;掺入纤维的磷石膏胶结体能延缓峰值抗压强度达到时间且破坏时的峰值应力更大,未掺入纤维的磷石膏胶结体在荷载超过应力峰值后快速失稳,掺入聚丙烯纤维的磷石膏胶结体则呈缓慢降低趋势;随着纤维的掺入,磷石膏胶结体的裂纹数量逐渐减少,且裂而不断,磷石膏胶结体的延性变形明显;微观下聚丙烯纤维表面附着有絮团状水化产物,且在磷石膏胶结体固结过程中相互缠结形成稳定的网状结构。研究成果可为磷石膏基复合材料在固废胶结充填现场的应用提供一定参考。

无规共聚透明聚丙烯的研发

研究了不同成核剂种类和用量对无规共聚聚丙烯(PP)RP210M透明性的影响。通过优化复合助剂配方,成功工业化生产了无规共聚透明PP产品(PP-E800),综合性能好于对标产品。

聚丙烯纤维混凝土力学性能试验

为了探究不同类型、不同掺量的聚丙烯纤维对混凝土力学性能的作用效果,在混凝土材料中加入3种不同类型的聚丙烯纤维(波浪型聚丙烯纤维、压花型聚丙烯纤维、单丝型聚丙烯纤维),并分别使用不同掺量(0、0.08%、0.11%、0.14%、0.17%、0.20%)作为水平变量,对聚丙烯纤维试块进行抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、轴心抗压强度试验.研究发现:波浪型聚丙烯纤维掺量为0.17%时,混凝土抗压强度最佳;单丝型聚丙烯纤维掺量为0.20%时,混凝土的劈裂抗拉强度最佳;单丝型聚丙烯纤维掺量为0.17%时,对于混凝土的抗折强度有较好作用效果.

隧道减震层聚丙烯泡沫混凝土力学性能分析

隧道减震层为提升高烈度地震区隧道抗震性能的重要措施,减震层的材料性能是影响隧道减震效果重要因素。为探究一种适合隧道减震层的聚丙烯泡沫混凝土,并对其制备工艺及力学吸能特性进行分析。基于聚丙烯泡沫体积含量指标,采用代石法配制了多种体积含量的聚丙烯泡沫混凝土,通过试验探明了表观密度、抗压强度、弹性模量、泊松比、静动态吸能特性等随聚丙烯泡沫体积含量的变化规律。研究成果表明:(1)当发泡聚丙烯(EPP)体积含量从0增加至28%时,表观密度为2331~1451 kg/m3,抗压强度为54.5~11.2 MPa,抗拉强度为3.6~1.6 MPa,弹性模量为34.0~16.0 GPa,泊松比为0.19~0.28,建立了物理力学性能与EPP体积含量关系表达式;(2)随着EPP体积含量的增加,混凝土静态吸能呈现先增大再减小后增大的趋势,当EPP体积含量为11%时,静态吸能效果最好;(3)随着EPP体积含量的增加,混凝土动态吸能呈现逐渐增大的趋势,当EPP体积含量为28%时,动态冲击吸能效果最好。研究成果可为聚丙烯泡沫混凝土作为减震吸能材料应用提供理论依据。

β成核聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的结构与力学性能

本文使用双螺杆挤出机制备了β成核聚丙烯(β-PP)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料。采用FTIR、XRD和SEM分析了复合材料的微观结构与形貌特征,考察了OMMT、β成核剂(β-NA)及增容剂用量对复合材料冲击强度和弯曲强度的影响,并对比研究了标准BP神经网络模型和LM-BP神经网络模型对力学性能的预测能力。结果表明,增容剂与OMMT表面形成了强相互作用,提高了复合体系的相容性,黏土片以插层结构分散在β-PP基体内。OMMT、β-NA及增容剂用量对复合材料的力学性能均产生了一定影响,其中添加30%增容剂时复合材料的冲击强度约为不添加时的4倍,而弯曲强度仅降低了28.39%。此外,与标准BP神经网络模型相比,LM-BP神经网络模型具有更快的收敛速度和更高的预测精度。该研究为优化PP基纳米复合材料的制备及力学性能预测提供了参考。

聚丙烯酸钠改性红黏土工程特性试验研究

为研究聚丙烯酸钠改性红黏土的工程特性,利用聚丙烯酸钠对柳州重塑红黏土进行固化处理,开展变水头渗透试验和三轴剪切试验,分析改性红黏土的渗透特性和力学性能,确定聚丙烯酸钠的最适掺量,并通过对最适改性土开展崩解试验和扫描电镜试验,确定改性红黏土的抗崩解性能,揭示聚丙烯酸钠改性红黏土的微观作用机理。结果表明:随聚丙烯酸钠掺量的增加,改性土的渗透系数呈现逐步下降的趋势,并在达到3%后逐渐趋于稳定,此时渗透系数为8.1379×10^(-7)cm/s,相对素红黏土降低了90.78%;而改性红黏土的抗剪强度呈现先增大后减小的趋势,并在2%时达到峰值,相对素红黏土提高了394.21%。综上确定聚丙烯酸钠的最适掺量为3%,此掺量下改性土的抗崩解性能提高了42.86%,土颗粒间的孔隙被聚合物链所填充,碎散的颗粒状红黏土变为连续状,排列结构与致密程度均优于素红黏土。经聚丙烯酸钠改性后,红黏土的防渗性能、力学性能与抗崩解性均存在明显提高,可以为实际工程提供理论指导。

聚丙烯织物表面超亲水涂层构筑及其油水分离性能

[目的]为得到具有优秀耐久性和高油水分离效率的超亲水性聚丙烯(PP)分离材料。[方法]通过将天然来源的羧甲基纤维素(CMC)与聚丙烯织物共价结合,制备出一种具有超亲水-水下超疏油性能涂层的改性PP织物。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对改性后的样品进行分析,利用接触角测量仪和自建油水分离装置测试了改性PP织物的润湿性及油水分离性能。[结果]改性PP织物在空气中的水接触角低至0°,在水下对不同油(包括正己烷、甲苯、煤油、柴油、汽油和石油醚)的接触角都不低于150°,对油水混合物的分离效率都可达到98%以上,分离时的水通量高达69449 L/(m^(2)·h)以上。经过50次循环分离、酸碱盐溶液腐蚀浸泡8 h、砂纸刮擦30次、高含沙量水冲刷2 h等多项测试后,改性PP织物均保持优异的水下疏油性和大于97%的油水分离效率。从微观结构与化学组成的角度揭示了是表面粗糙度与亲水基团的协同作用使PP织物由最初的疏水亲油转变为超亲水-水下超疏油。[结论]通过化学键连接的方式可以在PP织物表面成功构筑牢固结合的超亲水涂层。该改性过程绿色、简便、低成本,能赋予PP织物优异、耐久的油水分离性能。改性后的PP织物有望在复杂水体环境下的油水分离场景中应用。