偶联剂对摩擦材料性能的影响研究

选用KH-570硅烷偶联剂对摩擦材料填料粉煤灰进行湿法表面化学改性,采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对改性效果进行分析,并将改性填料加入摩擦材料中研究其对材料性能的影响。结果表明:KH-570对粉煤灰表面改性效果显著,将改性粉煤灰加入摩擦材料中,其机械性能提高,磨损率明显下降。     

新型矸石聚合物材料制备及其性能分析

为了提高矸石聚氨酯充填材料的力学和热稳定性能,以蒙脱石为原料,分别以(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(KH550)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和KH550与CTAB联用为改性剂制备具有高活性的黏土,并采用原位插层聚合法制备合成聚氨酯/蒙脱石(PU/MMT)纳米复合材料。探究采用不同改性方法改性后的蒙脱石对矸石聚合物充填材料力学和热稳定性能的影响。采用傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和热重等分析手段研究了蒙脱石的层间距、蒙脱石的微观形貌和PU/MMT纳米复合材料的热稳定性,利用微机控制电液伺服压力机研究所制备样品的力学性能。结果表明:CTAB改性后使蒙脱石层间距增大,KH550改性对蒙脱石表面进行修饰,CTAB和KH550联合改性既可以增加蒙脱石层间距也起到对其表面进行修饰的作用;KH550和CTAB联用改性PU/MMT时,材料的抗压强度较PU提高了7倍,且材料的热稳定性有所提高,中心降解温度从410.73℃提高到411.16℃,残余量从9.146%上升到9.751%;矸石聚合物的抗压强度是700 kPa。     

硅烷偶联剂对矿用聚氨酯/粉煤灰加固材料压缩强度的影响

针对煤矿井下岩体破碎,冒顶片帮等事故的发生,以聚醚多元醇、多亚甲基多苯基异氰酸酯、粉煤灰(FA)、阻燃剂TCPP、硅烷偶联剂(MPS)为基本原料,通过原味聚合法制备出聚氨酯/粉煤灰(PU/FA)加固材料。在此基础上,探究了最优的粉煤灰掺量及3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)添加剂量。在最优条件下,通过扫描电镜和粒度分析仪,分别研究了PU/FA复合材料的微观形貌及粒度分布并进行对比。同时,研究了不同养护时间下PU、PU/FA-0%和PU/FA-2.5%对加固材料压缩强度的影响。结果表明:粉煤灰能有效填入聚氨酯基体中且当掺量为20%强度最优,添加2.5%的MPS不仅能有效促进粉煤灰颗粒的细化及在聚氨酯基体中的分散,还能进一步改善无机粉煤灰与有机聚氨酯两相间的界面性质与交联密度。     

凹凸棒土的表面处理及在硅橡胶中的应用研究

以纳米凹凸棒土(AT)为补强剂,采用机械共混法对甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)进行填充,制备了具有优异力学性能和高耐热性能的纳米AT/MVQ复合材料.具体考察了填料纳米AT和硅烷偶联剂的用量、改性方式等对材料的影响,同时通过热分析(TG、DTA)研究其耐热性能.结果表明,AT对MVQ具有较好的补强性能,且经湿法改性后有利于改善复合材料的性能,提高材料的耐热性能.力学性能测试表明,填料用量为10phr时,采用湿法改性AT填充所得复合材料的拉伸强度增加了19.5%.热分析表明,相比于生胶,填充改性AT的复合材料的初始分解温度提高了41.1℃.流变性能测试结果表明,通过改性可以增强AT与MVQ分子之间的界面结合力,降低了"Payne效应".     

矿用新型无机固化膨胀充填材料特性试验研究

为了防治采空区或巷道等区域漏风引起的煤层自然发火,开发了一种以水泥和粉煤灰为骨料的新型无机固化膨胀充填材料,并研究了该材料的组分配比对其初凝时间、抗压强度及膨胀倍率的影响。该材料集无毒、封堵、膨胀、抗压于一体,是一种可以有效封堵漏风通道的新型矿用防灭火材料。     

低钙粉煤灰改性试验研究

目前由于粉煤灰活性较差,多用作惰性充填材料,为了提升粉煤灰活性,对其进行了添加碱性激发剂氢氧化钠和氧化钙后湿磨改性试验.试验结果表明,经过湿磨和复合改性后,大部分粉煤灰玻璃微珠被破坏,部分硅氧键断裂,聚合度降低,提高了粉煤灰的活性,且改性后的粉煤灰试块3 d和28 d抗压强度均有大幅提高.     

水泥增强粉煤灰浆液性能的实验研究

为了满足井下充填堵漏对灌浆防灭火材料的强度要求,在水泥-粉煤灰灌浆防灭火材料的浆液固化实验基础上,结合X射线衍射分析手段,研究了水泥掺量对粉煤灰浆液的初凝时间及抗压强度的影响,并探讨了水泥增强粉煤灰浆液的强度形成机理。结果表明:当灰水比为14∶10,粉煤灰与水泥的添加比例为3∶1,井下胶凝固化剂的添加量为3%~5%时,粉煤灰水泥固化浆液快速初凝,3 d抗压强度为2.91 MPa,14 d抗压强度为7.50 MPa,28 d抗压强度为7.95MPa,完全可以满足井下充填堵漏的需要。水泥水化与粉煤灰水化过程协同相互作用,形成致密界面结构是水泥增强粉煤灰浆液的主要原因。     

煤矿采空区砂质胶结充填材料特性试验研究

利用风积砂作为煤矿采空区充填的骨料与水泥、粉煤灰等混合制成胶结充填材料,通过宏观、细观和微观手段研究该材料的物理力学性质、物质结构和化学反应。结果表明风积砂是一种级配不良骨料,以风积砂为骨料的胶结充填材料,其单轴抗压强度随着水泥和粉煤灰的掺入量升高而增大,但随着初始含水率的增大而减小;胶结充填材料中添加少量石灰可促进其单轴抗压强度的发挥,而添加石膏会抑制其抗压强度的增长。固化后的胶结充填材料压缩破坏过程较短暂,残余强度较低,且存在水泥掺入量下限。     

磷石膏基新型胶凝充填材料试验研究

以磷肥生产过程中的副产品磷石膏为开发材料,加适量矿渣作为胶凝材料,添加几种改性材料,开发出一种新型矿用胶凝材料,新型胶凝材料要满足以河砂为骨料的充填体7 d抗压强度>2.5 MPa。通过正交试验与极差分析得出最优配比,同时通过扫描电镜和XRD分析其水化强度机理。新型胶凝材料的开发,可以解决瓮福集团磷石膏的应用问题,同时降低了充填采矿成本。     

基于风积砂的膏体充填材料研制

以风积砂作为骨料的充填材料配制是一个新的研究课题。为给陕北某煤矿充填开采提供高质量、低价格的膏体充填材料配比依据,在24组单因素试验基础上,采用正交试验法研究了风积砂膏体充填材料坍落度、7d和28d抗压强度,并采用SEM对最优配比充填材料微观结构进行分析。结果表明:当粉煤灰的掺量小于380kg/m~3时,充填膏体坍落度呈现上升趋势,当掺量超过380kg/m~3时,膏体的坍落度呈下降趋势;随着粉煤灰掺量增加,充填膏体抗压强度随之增大,且7d变化较小,28d变化较明显;随着水泥掺量增加,充填材料坍落度缓慢下降,同龄期抗压强度也持续缓慢增加,但是同掺量7d和28d抗压强度相比,28d强度增加较大。综合分析,得出最优配比:粉煤灰掺量为440kg/m~3,水泥掺量为220kg/m~3,风积沙掺量为45%,质量浓度为76%。     

磷石膏复合水泥基充填料的制备及其强度性能研究

基于“绿色矿山”的理念,选用磷石膏、水泥与尾砂等矿物固废制备充填料,开展流动性、泌水率和强度性能的测试,结合 X射线衍射和扫描电镜技术测试矿物成分与微结构特征,最后对充填料水化机理进行了初步探究.结果发现:水泥基充填料在膏体质量分数为７２％~７５％且减水剂浓度为０．２mol/L时,坍落度和泌水率指标可以满足浆料泵送的要求;磷石膏改性作用使得水泥基充填料的早期强度显著上升;磷石膏掺量为１５％时材料的无侧限抗压强度最高;层状水化硅酸钙与针状钙矾石为磷石膏复合充填料中的主要水化产物;磷石膏的改性使得水化反应早期的水化硅酸钙和钙矾石含量提高,形成致密结构,从而加速了材料早期强度的形成.     

粉煤灰—石膏—钢渣复掺充填料浆制备与性能研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、粉煤灰及石膏作为材料开展粉煤灰—石膏—钢渣基胶结材料研究,并对充填体强度进行了分析。研究表明:充填体强度随着粉煤灰掺量增加表现出先增大后减小的趋势,并且都在粉煤灰掺量为15%时达到最大值,说明单掺粉煤灰存在最佳掺量现象;充填体的强度随着钢渣掺量增加也表现出先增大后减小趋势,并且都在钢渣掺量为30%时达到最大值,说明单掺钢渣也存在最佳掺量值;当石膏掺量从0增加至8%时,单掺粉煤灰或钢渣下的充填体抗压强度随着石膏掺量增加表现出不断增大趋势,并且石膏掺量增加更有利于提高充填体的早期抗压强度;复掺粉煤灰和钢渣情况下,充填体的抗压强度得到了显著提高,并且复掺粉煤灰和钢渣的充填体强度均要高于单掺粉煤灰或钢渣的充填体强度。     

膨胀充填材料工程力学特性的试验研究及应用

充填材料的工程力学性质对煤矿绿色开采有重要影响,是解决煤矿安全高效生产以及煤矿可持续发展的主要途径。本文以水泥、砂或粉煤灰为材料,双氧水为发泡剂制作的膨胀充填材料泡沫混凝土为研究对象,试验研究了密度为1 000kg/m~3、1 200kg/m~3、1 400kg/m~3含砂泡沫混凝土和含粉煤灰泡沫混凝土动静载力学特性。试验结果表明:两种膨胀充填材料在单轴抗压下经历了弹性阶段、应力下降阶段、平台阶段和压密阶段。在冲击荷载作用下的应力-应变曲线表现为线弹性阶段、屈服阶段和孔壁破坏阶段。含粉煤灰泡沫混凝土的抗压强度大于含砂泡沫混凝土的抗压强度,泡沫混凝土的抗压强度随密度的增大而增大。对比不同龄期下的膨胀充填材料可以看出,泡沫混凝土龄期越长,泡沫混凝土的固化程度越高,泡沫混凝土的抗压强度越大。现场应用表明,膨胀充填泡沫混凝土材料具有缓冲吸能作用,可以吸收顶板动静载荷能量,达到抗冲接顶目的,研究成果对膨胀充填材料泡沫混凝土在采矿绿色开采领域的使用提供了一定的参考指标。     

基于黄土膏体充填材料配比优化试验研究

为寻求价格日益增长的粉煤灰膏体充填材料的替代品,以山西省某矿4901充填工作面为工程背景,采用理论分析、实验室试验和现场调研等方法,研究了黄土材料作为粉煤灰替代品的替换效果及最优配比。试验和现场应用结果表明:黄土膏体充填材料价格低廉,作为传统粉煤灰膏体充填材料的替代品替换效果较优;黄土膏体充填材料的最优配比方案为水固比(水与固体充填材料质量比)1∶1.6、固相比(矸石与水泥质量比)5∶5及土灰比(黄土与粉煤灰质量比)4∶2时,膏体充填材料稳定性高,材料的后期抗压强度高达5.5MPa;以水泥质量的6%作为膏体充填材料添加剂时,凝结时间缩短79.17%。该研究成果对西部地区有一定的借鉴和参考价值。     

超细石英粉/天然橡胶复合材料的力学性能研究

以贵州贵定县粉石英为填料矿物,系统研究了三种改性剂对超细石英粉/天然橡胶复合材料力学性能的影响,并把其性能和同样填充量下白炭黑/天然橡胶复合材料的力学性能进行对比,得出WD70改性的粉石英填充天然橡胶后其力学性能(抗拉强度、断裂强度、硬度等)和白炭黑填料相近,甚至指标更好,贵州贵定县粉石英可以代替白炭黑作为天然橡胶的补强材料。     

纤维对矿用无机发泡充填材料应力的影响

利用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉等胶凝剂,发泡剂以及聚丙烯纤维制备出矿用无机发泡重填材料,并对纤维提高无机发泡充填材料各项性能做了实验研究。研究并分析了聚丙烯纤维的长度、掺量以及不同的掺加方式对无机发泡充填材料的力学性能的影响,得出聚丙烯纤维对无机发泡充填材料的抗压强度、抗折强度有一定的提高作用,并且能够有效抑制材料的干燥收缩的结论。因此,聚丙烯纤维的掺入对无机发泡充填材料力学性能的改善有较好的促进作用。     

水泥-粉煤灰胶结矸石充填材料的流变特性与固结机理

将粉煤灰、水泥、煤矸石和水作为充填材料进行制备矿山充填,既能实现固体废弃物的资源化利用,还能有效控制矿山采空区塌陷。本研究针对胶结矸石充填材料进行了流变测试、力学性能测试以及水化特性试验,分别研究了矸石充填材料的流变特性、抗压强度、水化产物以及微观结构。结果表明,当325普通硅酸盐水泥含量为15%、低钙粉煤灰掺量超20%、料浆质量浓度保持在77%以上时,所制备的矸石充填试样28d龄期的最小抗压强度超4.229MPa,这可以为井下充填开采提供良好的顶板支撑。其次,通过流变试验探究了粉煤灰掺量和料浆质量浓度变化对矸石充填料浆流变性能的影响,并得到了充填料浆所对应的流变参数以及流变方程拟合。此外,对矸石胶结充填材料的矿物成分、水化产物以及微观结构进行了研究。因此,该研究可以为大宗固体废弃物在矿山充填领域应用提供一定的理论指导。     

硫铝酸盐基高水材料的凝胶化改性研究

利用硫酸铝对硫铝酸盐基高水材料进行凝胶化改性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞仪等现代测试手段,研究了硫铝酸盐基高水材料凝胶化改性后的微观结构与强度间的关系。结果表明,高水材料经凝胶化改性后,水化形成以钙矾石为主的结构体,其1d抗压强度为3.5MPa,28d抗压强度可达7.8MPa;硫酸铝凝胶化改性可以促进钙矾石的形成,改善结构体的孔结构,增加结构体致密性,提高高水材料的强度。凝胶化改性后的高水材料可用作一种优良的充填材料。     

用粗磷尾矿制备胶结充填材料

为解决湖北三宁矿业挑水河磷矿选厂重介质作业尾矿直接堆存存在的污染环境和土地占用等问题,在对该尾矿进行性能测定的基础上,开展了将其作为胶结材料用于充填采矿的可行性试验。结果表明：磷尾矿颗粒表面粗糙,有害元素含量低,可以作为胶结材料;磷尾矿为骨料制备的充填体不同龄期抗压强度均随灰砂比和料浆浓度增加而增强,但料浆浓度对充填体抗压强度影响相对较大;充填料浆坍落度、坍落扩散度和稠度均随灰砂比和料浆浓度增大而增大。为进一步降低胶结材料成本,还进行了粉煤灰部分替代水泥作为胶结材料的可行性正交试验。结果表明：粉煤灰的添加有利于充填体强度的增高,尤其是后期强度的增长;充填料浆坍落度随灰砂比、料浆浓度和粉煤灰掺量增大均先增后减,且影响程度由强到弱依次为灰砂比>料浆浓度>粉煤灰掺量。由于粉煤灰颗粒粒度细,且部分颗粒呈球形,使其在料浆中可以发挥滚珠轴承效应,减小了磷尾矿颗粒之间的摩擦力,进而提高了料浆的和易性;粉煤灰内部空隙多,随着粉煤灰掺量的增加,需水量也随之增大,导致充填料浆的黏稠性增大,阻碍了料浆中骨料的移动,进而使得坍落度和稠度随粉煤灰掺量增加呈现先增后降的规律。试验确定的胶结材料最佳配比为灰砂比0.250、料浆浓度80%、粉煤灰掺量1.00。利用粉煤灰和粗磷尾矿进行胶结充填具有显著的经济、环境和社会效益。     

煤矿采空区膏体充填材料制备试验研究

以煤矸石和粉煤灰为原料、电石渣为外加剂,通过试验得到了适合内蒙古乌海某煤矿采空区膏体充填材料的优势配比。保持充填浆料的质量浓度为67%,当煤矸石、粉煤灰、水泥和外加剂的质量比为14∶10∶2∶3时所形成的充填体,28 d单轴抗压强度为5.71 MPa,可以满足该矿最低充填强度的需求。试验中采用外加剂中的氢氧化钙作为碱性激发剂,用以激发粉煤灰的活性;选用的粉煤灰含有大量的硫酸钙,会和氢氧化钙与活性氧化铝发生反应生成钙矾石,产生胶凝作用,从而形成良好的充填强度。