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煤矿安全材料聚氨酯加固剂的制备及其性能研究

作　者: 黄屹峰
导　师: 郭惟嘉
学　校: 山东科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 煤矿安全化学灌浆材料聚氨酯加固材料
分类号: TD7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

煤炭资源在我国的能源结构中要占将近70%的份额,因此煤炭的产量直接影响着我国经济发展的步伐。我国煤炭含量丰富,分布广泛,煤矿地域条件非常复杂,给煤炭的开采带来了很大的难度,再加上煤炭开采管理者安全意识薄弱,国家相关法律法规还不健全等各种因素,导致我国煤炭安全形势十分严峻,而随着近年来经济的快速发展,人们安全意识不断增强,社会的重视以及国家相关法律法规的不断完善,对煤炭安全的要求也越来越高,在这种背景下,煤炭安全产品应运而生,并且有着良好的发展势头。化学灌浆材料是目前应用于煤矿安全治理较多的材料之一,主要包含环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸盐、酚醛树脂、尿醛树脂及水玻璃等,其应用在煤矿安全治理的各个方面,如加固材料、堵水材料、充填密闭材料、防灭火材料及喷涂材料等,而聚氨酯是这些材料中应用最为广泛,使用量最大的材料之一。本研究中通过使用聚醚多元醇及催化剂、阻燃剂和泡沫稳定剂制备得到A组合料,通过和多亚甲基多苯基异氰酸酯反应得到聚氨酯加固材料。考察了多种因素对反应及产品性能的影响,首先考察了催化剂的影响,研究发现当催化剂①的量超过0.15%时,其固化速度加快平缓,因此催化剂①的最佳添加量确定为0.15%,此外考察了两种催化剂的协同效应,确定当催化剂②的添加量为0.06%时,具有合适的固化速度及产品力学性能,确定催化剂②的最佳添加量为0.06%；通过研究聚醚多元醇羟值的影响,确定了当聚醚羟值为370mgKOH/g时,材料具有较好的强度和断裂伸长率；研究异氰酸酯指数发现当异氰酸酯指数为1.05时,材料具有较好的综合性能；还研究了复合阻燃剂的影响,发现阻燃剂添加量过大会影响凝胶时间及力学性能,当添加量为15%-20%时为最佳值；通过研究料温发现,温度对凝胶时间和粘度有较大影响。实验还发现搅拌速度对制品的表观密度有很大影响,从而影响材料的力学性能,合适的混合速度为200/300r/min。通过对此材料发生冒顶事故的煤矿现场应用可以发现,此材料能有效的解决此类安全问题。利用现代分析测试手段如红外光谱、热重分析、扫描电镜、PU加固剂进行了表征。红外光谱分析表明,-NCO与-OH基团都很好的参与了反应,生成了氨基甲酸酯基团；对材料的热重分析表明,使用高羟值的聚醚多元醇和高异氰酸酯指数有利于提高玻璃化温度；通过扫描电镜对胶膜断面进行了表征,使用低羟值聚醚多元醇制得的制品断面纹路细而密,使用高羟值的聚醚多元醇制得的制品断面粗而疏。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-35
  1.1 前言  12
  1.2 煤矿的安全现状  12-13
  1.3 安全与事故概述  13-16
  1.4 我国煤矿事故频发的原因  16-18
  1.5 国内外现状比较  18-20
  1.6 化学灌浆材料  20-24
  1.7 化学灌浆的分类  24-28
  1.8 聚氨酯材料在煤矿安全中的应用  28-33
  1.9 本课题的研究意义及背景、主要研究内容和创新点  33-35
2 实验部分  35-48
  2.1 实验原料  35
  2.2 实验设备  35-36
  2.3 工艺流程图  36
  2.4 操作过程  36
  2.5 分析与测试  36-39
  2.6 聚氨酯(PU)加固剂的合成化学  39-40
  2.7 相关术语及计算  40-43
  2.8 原材料的选择及合成工艺研究  43-48
3 PU加固剂的制备  48-60
  3.1 催化剂的影响  48-51
  3.2 水添加量的影响  51-52
  3.3 聚醚多元醇羟值的影响  52-54
  3.4 异氰酸酯指数(Ⅰ值)的影响  54
  3.5 阻燃剂的影响  54-56
  3.6 料温对粘度及凝胶时间的影响  56-57
  3.7 温度随时间的变化关系  57
  3.8 搅拌速率的影响  57-58
  3.9 材料在煤矿上的应用研究  58-60
4 PU加固剂的表征及分析  60-65
  4.1 傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析  60-62
  4.2 热重分析(TG)  62-63
  4.3 扫描电镜(SEM)分析  63-65
5 主要结论与展望  65-67
  5.1 主要结论  65-66
  5.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-71

煤矿安全材料聚氨酯加固剂的制备及其性能研究

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