沥青路面热反射封层材料降温性能与机理研究

热反射型沥青路面封层可有效降低沥青路面温度,从而避免车辙病害。采用中空陶瓷微珠(HCB)和中空玻璃微珠(HGB)两种热反射材料,分别与雾封层和稀浆封层两种预防性养护技术结合,制备沥青路面热反射封层材料。利用扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)对两种热反射材料的微观形貌与化学组成进行表征;通过室内降温试验对不同封层形式与不同热反射材料的降温效果进行研究,利用室外降温试验对热反射稀浆封层的降温效果进行研究,并探讨了HCB与HGB在封层中的热反射机理。研究结果表明:SEM与XRD试验显示HCB与HGB微观结构与化学组成使其有利于降低路面温度;室内降温试验表明,含8%HGB的热反射稀浆封层温度可降低2.6℃,含100%HGB热反射雾封层温度可降低1℃,热反射稀浆封层降温效果优于热反射雾封层,并且在相同掺量下,添加HGB的降温效果优于添加HCB;室外降温试验结果表明,相比未掺加热反射材料的稀浆封层,含8%HGB的热反射稀浆封层的降温效果可达5.2℃;相比未加铺热反射稀浆封,含8%HGB的热反射稀浆封层的降温效果达到3.3℃,热反射稀浆封在具备养护功能的同时也可以达到降温效果。研究结果可为公路关键路段的日常预防性养护提供一种可行的车辙病害解决方案。

超深缝洞型碳酸盐岩储层超低密度钻井液技术

塔里木油田压力系数低于1.0的超深井碳酸盐岩低压储层常发生钻井液失返性井漏,其平均井深超过6000 m,井控风险极大,除了强钻再无更好手段,往往只能提前完井。为提升超深井水平段延伸能力,研究人员研发了高强度空心玻璃微珠,可配制密度为0.93~1.07 g/cm^(3)的超低密度水基钻井液。详述了中古262-H4C井井漏失返后利用低密度水基钻井液重建井筒循环、恢复常规定向钻进的施工过程。现场钻井液密度最低降至0.98 g/cm^(3),井漏失返后多钻373 m,实现了一井钻穿两个缝洞体的地质目的,保障了该井井漏失返后钻至设计井深,开创了空心玻璃微珠超低密度钻井液在国内垂深超6000 m的超深井应用先例,为我国类似老区低压地层应用提供了技术参考。

低吸水率水性隔热保温涂料的制备及性能

[目的]随着水性隔热保温涂料在工业涂装领域的广泛应用,其吸水率较高引发的涂层隔热性能下降问题亟需解决。[方法]以苯丙乳液作为主要成膜物,以偶联剂表面改性的中空玻璃微珠作为隔热填料,以涂层的导热系数和吸水率作为主要性能指标,制备了一种低吸水率的水性隔热保温涂料。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对不同偶联剂处理的中空玻璃微珠进行了表征,通过扫描电子显微镜(SEM)考察了涂层的微观结构和形貌,测试了浸水前后涂层的导热系数、力学性能和粘结强度。[结果]铝酸酯偶联剂的改性效果比硅烷偶联剂好。当铝酸酯偶联剂改性中空玻璃微珠添加量为25%(质量分数)时,涂层的综合性能最优,24 h吸水率为9.32%,浸水168 h后的导热系数为0.1228 W/(m·K),拉伸强度为2.45 MPa,断裂伸长率为28.37%,拉拔法粘结强度为2.32 MPa。[结论]采用合适的偶联剂对中空玻璃微珠进行表面改性可有效改善隔热保温涂料体系中有机-无机界面的相容性,从而降低其吸水率,增强其力学性能。

有机硅/改性空心玻璃微珠复合材料的制备与性能研究

以缩合型有机硅为有机树脂基体,以改性空心玻璃微珠为无机填料,基于物理复合法制备出不同空心玻璃微珠含量的有机硅/改性空心玻璃微珠复合隔热材料。系统性研究其隔热机理、隔热性能、力学性能和热稳定性能,实现对复合隔热材料孔隙率和隔热性能的精准调控。研究结果表明,所制得的复合隔热材料的压缩强度最大值达到13.28 MPa,是纯有机硅材料的1.49倍,热导率最低为0.113 W/(m·K),比纯有机硅材料减小了37.91%。

HGB改性酚醛/高硅氧布复合材料的制备及性能

采用高强中空玻璃微珠(HGB)改性酚醛树脂(PF),制备了PF/高硅氧布/HGB复合材料层压板,研究了HGB含量对复合材料烧蚀性能、密度、隔热性能的影响,同时采用扫描电子显微镜和金相电子显微镜观察了HGB的分布。结果表明,HGB均匀分散在纤维束与纤维束之间的树脂胶液中;适量的HGB可提高复合材料炭化层强度,从而提高复合材料的耐烧蚀能力;当HGB质量分数为5%时,复合材料氧-乙炔线烧蚀率和质量烧蚀率最低,分别为0.091 mm/s和0.066 9 g/s,比未添加HGB的降低了35.9%和20.1%;复合材料的密度随HGB含量的增加而降低;综合比热容、热扩散系数和导热系数的分析,当HGB质量分数为5%时,复合材料的综合隔热性能最好。

浸泡腐蚀对HGB/EP复合材料力学性能的影响

在对复合材料的研究中,其吸水性及耐腐蚀性一直是研究的重点之一。本文通过常温和60℃吸水试验以及60℃酸、碱腐蚀试验,研究了空心玻璃微珠填充环氧树脂制成的复合材料(HGB/EP)的吸湿规律、温度对吸湿的影响以及材料在60℃下的腐蚀情况。通过研究不同配比的空心玻璃微珠(HGB)与环氧树脂制成的复合材料吸水量的大小,发现这种材料吸水量大小与微珠的填充率密切相关,不同填充比复合材料其微结构对吸水量影响甚大,且高温能提高吸湿速率和平衡吸湿量。在腐蚀试验中,发现该材料的耐酸性较差,测试后试件表现出软化现象。而酸的浓度越高,腐蚀越严重,经浸泡腐蚀的材料力学性能进一步下降。

HGB/PLA复合材料的制备及性能研究

采用熔融共混与模压成型工艺制备了HGB填充改性PLA复合材料,考察了HGB的含量对复合材料的微观形貌、力学性能和熔体流动速率的影响。结果表明,经过硅烷偶联剂表面包覆改性的HGB在基体中分散均匀,且与PLA间具有较好的界面结合;随着HGB含量的增加,HGB/PLA复合材料的比抗拉性强度和断裂伸长率先增大而后降低,而比弹性模量持续上升;HGB的引入总体上降低了共混体系的比冲击强度,但却显著提高了其熔体流动速率。

PP/HGB复合材料熔体的挤出胀大行为

应用XNR-400A型熔体流动速率仪，在190～230℃及荷载P为1．0～8．0kg的范围内，考察了中空玻璃微珠（HGB）填充聚丙烯（PP）复合材料的挤出胀大行为．结果表明，在200℃下，挤出胀大比B随着剪切应力的增加而提高，两者之间大致上呈线性函数关系；当P为3．80kg时，B随着温度的升高而下降，两者之间基本上呈线性关系．在190℃时，B随着HGB体积分数（φf）的增加而呈非线性减小；当φf为10％，P为3．80kg时，B随着HGB粒径的增加而有所提高．

PP/HGB复合材料流动性能的研究

应用熔体流动速率测定仪,于190℃-230℃下考察了中空玻璃微珠填充聚丙烯(PP/HGB)复合材料的流动性能。结果表明:熔体的剪切流动基本上服从幂定律;剪切粘度(ηa)对温度的依赖性符合Arrhenius关系;在较低HGB体积分数下,复合体系的流动性优于纯PP树脂;在一定温度下,ηa随着γa的增加而下降;当φf一定时,复合体系的ηa随着HGB直径的减小而上升。

PF/高硅氧布/HGB复合材料力学性能研究

采用高强中空玻璃微珠(HGB)改性钡酚醛树脂(PF)/高硅氧布复合材料,采用预浸料模压工艺制备了PF/高硅氧布/HGB复合材料层压板。研究了HGB含量对PF反应活性以及对PF/高硅氧布复合材料力学性能、线膨胀系数的影响。结果表明,HGB的加入使体系活性降低;随着HGB含量增加,复合材料的力学性能先提高再降低,当HGB质量分数为5%时,PF/高硅氧布/HGB复合材料的综合力学性能最好,拉伸强度为81.6 MPa,压缩强度为110.5 MPa,弯曲强度为141 MPa,剪切强度为16.6 MPa,比PF/高硅氧布体系分别提高了12.86%,16.07%,21.50%和7.80%;加入适量的HGB可提高体系的尺寸稳定性。复合材料断口形貌电镜分析表明,加入HGB会阻挡断裂裂纹继续扩展,使裂纹方向发生偏移,从而使复合材料力学性能提高。

HGB含量对SiO_2/PF复合材料性能的影响

采用模压成型复合材料层压板工艺,制备了HGB质量分数分别为0、3%、5%、10%的SiO2/PF复合材料,研究了HGB含量对其密度、热物理、烧蚀及力学性能的影响规律。结果表明,HGB加入可降低SiO2/PF密度,提高耐热、耐烧蚀及其力学性能。当HGB含量为5wt%时,体系密度为1.634 g/cm3;23℃时cp从1.062提高到1.137 J/(g·K),950℃时,质量保留率为82.08%;线烧蚀率和质量烧蚀率分别为91μm/s和66.9μg/s,降低了35.9%和20.1%;拉伸、弯曲和剪切强度分别提高了12.86%、21.50%和7.80%。

低密度高导热CF/EP复合材料的制备及性能

将碳纳米管(CNT)和空心玻璃微珠(HGS)添加到环氧树脂(EP)中,利用模压工艺制备碳纤维(CF)/EP复合材料。结果表明:同时添加CNT和HGS可以有效降低CF/EP复合材料的密度,改善复合材料的力学性能,提高复合材料的导热性能,且当CNT和HGS质量比为1∶4时,复合材料综合性能最优,与不添加CNT和HGS的CF/EP复合材料相比,该复合材料的密度下降了8.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了22.0%和30.1%,拉伸强度提高了8.9%,导热系数提高了87.1%。

PA11/HGB复合材料的等温结晶动力学研究

利用差示扫描量热仪,Avrami方程和Hoffman-Weeks理论,研究了不同结晶温度下,尼龙11/空心玻璃微珠(PA11/HGB)复合材料的等温结晶和其熔融行为。结果表明,Avrami方程能够较好地描述复合材料PA11/HGB的等温结晶动力学;且材料随温度的升高,结晶速率呈逐渐降低趋势,HGB在复合材料起到成核剂的作用。

PE-HD/CF/HGB三元复合材料的制备及力学性能

以高密度聚乙烯(PE-HD)为基体、碳纤维(CF)为增强材料,采用双辊塑炼工艺制备了PE-HD/CF复合材料,力学性能测试结果表明该复合材料的拉伸和弯曲性能随CF含量的增加而增大,但缺口冲击强度逐渐下降。在该复合材料基础上添加空心玻璃微珠(HGB)制得PE-HD/CF/HGB三元复合材料,力学性能测试结果表明当HGB用量为10份且CF用量为15份时,三元复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度均达到最大,分别为46.98 MPa,45.69 MPa和8.17 kJ/m2,较未加HGB的PE-HD/CF复合材料分别提高了7.19%,4.17%和10.4%。扫描电子显微镜结果表明,HGB主要通过其变形和破坏来吸收冲击能量,从而提高复合材料的韧性。

HGB表面改性及粒径分布对ABS/HGB性能影响

研究空心玻璃微珠(HGB)的表面改性和粒径分布对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)/HGB复合材料力学性能的影响。结果表明:HGB的表面改性可以提高ABS/HGB复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度;硅烷偶联剂KH550的改性效果优于KH560的;粒径分布窄的HGB填充ABS复合材料具有较高的拉伸、弯曲和冲击强度。

尼龙11/HGB复合材料的非等温结晶动力学

采用熔融共混法制备了尼龙(PA)11/空心玻璃微珠(HGB)(PA11/HGB)复合材料,应用差示扫描量热(DSC)仪研究了不同HGB用量下的PA11/HGB复合材料的非等温结晶过程,采用Jeziorny法和Mo法研究了复合材料的非等温结晶动力学,采用X射线衍射(XRD)仪研究了复合材料的晶型变化情况。DSC结果表明,随着降温速率的增加,复合材料的结晶温度总体上降低,结晶温度区间变宽;HGB在PA11基体中起到了异相成核作用。Jeziorny法不适用于PA11/HGB复合材料的非等温结晶动力学研究,而Mo法较为适合,其研究结果表明适量的HGB具有加速PA11基体结晶的作用,但当HGB用量达到8份后,这种作用趋于稳定。XRD结果表明,HGB可诱导PA11基体生成新的β晶。

PP-g-MAH改性PLA/HGB复合材料的制备与性能研究

采用熔融共混工艺制备了马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)共混改性聚乳酸(PLA)/中空玻璃微珠(HGB)复合材料,考察了PP-g-MAH含量对复合体系的微观结构、力学性能和热性能的影响。结果表明:PP-g-MAH改善了HGB与PLA之间的相容性,增强了两者的界面结合。随着PP-g-MAH的质量分数增加,抗拉强度、弹性模量和冲击韧性均先上升后降低,而断裂伸长率的变化趋势正好相反。PP-g-MAH的引入使体系的热分解温度向高温区偏移,改善了PLA/HGB复合材料的热稳定性。

ABS/HGB复合材料断口分形维及其与冲击强度的关系

为了改善填料与基体树脂的相容性,应用硅烷偶联剂对中空玻璃微珠(HGB)进行表面处理,并制备了HGB填充聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)复合材料,HGB的体积分数为0～15%.在室温条件下,测量了ABS/HGB复合材料的冲击强度.基于冲击断口的SEM图像,采用像素点覆盖法和投影覆盖法测算了ABS/HGB复合材料的冲击断口表面分形维(Ds),并考察了分形维与复合材料冲击断裂强度(σI)的关系.结果表明,ABS/HGB复合材料的冲击强度与断口表面分形维密切相关:σI随着Ds的增加而提高,两者之间呈指数函数关系.应用像素点覆盖法测算的Ds值为1.62～1.74,而应用投影覆盖法测算的Ds值则为2.51～2.58.

稀土钛偶联剂改性HGB对PP性能的影响

采用稀土钛偶联剂对空心玻璃微珠进行表面改性,通过熔融共混挤出法制备了聚丙烯(PP)/空心玻璃微珠复合材料,研究了复合材料的力学性能和结晶性能。结果表明,经过稀土钛偶联剂表面改性的空心玻璃微珠与PP的界面结合力显著提高,提升了复合材料的力学性能,并且使PP的结晶度增大。

PVC/HGB拉伸性能的研究

应用Instron材料试验机在室温下测量了空心玻璃微珠(HGB)填充聚氯乙烯(PVC)复合材料(PVC/HGB)拉伸性能。结果表明:试样的弹性模量随着HGB体积分数(φ_f)的增加而线性增大;而屈服拉伸强度(σ_(ye))和拉伸断裂能则随着φ_f的增加而缓慢下降;当φ_f为5％～20％时,PVC/HGB的断裂拉伸强度(σ_(bc))均高于未填充PVC;HGB粒径对试样的σ_(ye)和σ_(bc)的影响不太明显。当φ_r为5％时,PVC/HGB的拉伸强度均高于PVC/CaCO_3复合材料。