氧化石墨烯改性水泥的制备及力学性能研究

制备了氧化石墨烯改性水泥,并对其力学性能进行研究。以鳞片石墨、硝酸钠、浓硫酸等为原料,采用Hummers改性法制备氧化石墨烯,经过超声、剥离等方法,得到了最终的氧化石墨烯。然后在净浆搅拌锅内倒入均匀分散的氧化石墨烯胶体,并倒入水泥对其进行均匀搅拌,对获取的水泥浆体进行成型养护,并对氧化石墨烯改性水泥进行了力学性能测试,包括抗压强度与抗折强度实验。将水泥的抗压强度与抗折强度实验结果作为对比组,将氧化石墨烯改性水泥的抗压强度与抗折强度实验结果作为实验组。结果显示制备的氧化石墨烯改性水泥在氧化石墨烯掺量逐渐提升的情况下,实现了抗压强度与抗折强度的提升,在氧化石墨烯掺量为1.0%时达到最大抗压强度,掺量为0.06%时抗折强度达到最高。     

高分散石墨烯改性水泥基材料力学性能的研究

通过改性Hummers法制备出高分散性的石墨烯,并以不同的比例掺入到水泥基复合材料中进行力学试验研究。结果表明,掺入一定量的石墨烯能够有效地提高水泥基复合材料的抗折、抗压强度,当石墨烯掺量为0.03wt%时,28d龄期抗折、抗压达到最大值,分别为9.6MPa和62.8MPa,比普通空白样提高了10.3%和18.9%。分析水泥石的SEM、FT-IR及XRD等微观结果发现,石墨烯在水泥水化过程中,通过调控水化晶体的生长形态和聚集状态,改善了硬化水泥石内部微观孔隙分布,使材料密实度增加,从而提高其强度。     

铝用阳极中异质炭相晶粒度匹配性对微裂纹随机分布的影响

针对现有技术难以提高中粗颗粒预焙阳极材料的内在理化质量指标和内部均匀性的现状,本论文以有无添加改性石墨烯的铝用阳极材料为研究对象,在炭质复合材料中引入晶粒度匹配研究手段,结合微结构表征,系统对比有无石墨烯对铝用阳极材料力学性能、电学性能及内部结构完整性的影响。初步探讨改性石墨烯对异质炭相晶粒度匹配性的影响。由于煅后焦具有多个晶面,由于晶体的各向异性,每个晶面对应的晶粒尺寸并不相等,选择强度最强的002晶面作为测试晶面。研究表明,在改质煤沥青固体粉末中引入1wt%改性石墨烯,经过混捏、模压成型、焙烧等工艺制得了阳极试样,其主要指标优于预焙阳极质量标准YS/T 285-2012的要求,可使得预焙阳极样品的整体晶粒度提升3.7%。其改性机制可推测为是在改性石墨烯的参与下,其异质炭相间的乱层结构类似"相似相容"协调缩聚,微晶通过某种作用力择优趋向,使得聚集体中微晶乱层堆叠高度和有序性增加,降低了应力集中,避免了微裂纹的随机分布。     

氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料力学性能研究

通过正交试验,分析了氧化石墨烯(GO)掺量、沙漠砂替代率、水灰比和胶砂比对GO-沙漠砂水泥基复合材料28 d的抗压强度、抗折强度和稠度值的影响趋势.在正交试验基础上,进一步揭示沙漠砂替代率和GO掺量对复合材料7d、28 d抗压强度和抗折强度的影响规律.试验研究表明:随着GO掺量的增加,水泥基复合材料抗折和抗压强度先提高后降低,且对于抗压强度增强效果略超过抗折强度.当GO掺量为0.03wt％时,GO-沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度达到最大值;随着沙漠砂替代率增加,GO-沙漠砂砂浆试块抗折和抗压强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为50％时,氧化石墨烯沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度均达到最大值;但沙漠砂替代率为100％时,掺量为0.03wt％的GO-全沙漠沙水泥基材料强度提升最高,且28 d抗压、抗折强度可达标准砂试块强度.通过SEM对GO增强沙漠砂水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,并且与沙漠砂活性材料产生正相关作用,从而形成更加致密均匀的结构改善沙漠砂水泥基复合材料的宏观性能.     

脱硫石膏晶须对水泥基材增强行为的研究

以合成脱硫石膏晶须为增强、增韧剂,以水泥砂浆为研究对象,检测了脱硫石膏晶须掺量 (占水泥质量百分比为:0、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%)对水泥砂浆试件不同龄期(3 d、7 d、28 d)抗压、抗折强度的影响;通过脱硫石膏晶须在碱性水泥基质中的分布和微观形貌的分析,进一步探讨了脱硫石膏晶须添加水泥基材的增强、增韧机理.结果表明:添加1wt%脱硫石膏晶须的水泥砂浆试件的抗折、抗压强度比未添加晶须试件的分别提高了28.41%、45.65%;脱硫石膏晶须在水泥砂浆试件中能保持原有形貌而稳定存在;脱硫石膏晶须在水泥基质中微缝处具有的架桥、连接作用阻碍了水泥基质中微裂纹的产生与扩展,从而提高了水泥砂浆试件的抗折、抗压强度.     

KH560改性氧化锆粉体及凝胶注模研究

采用硅烷偶联剂KH560对氧化锆粉体进行湿法改性,研究了硅烷偶联剂KH560添加量对凝胶注模成型氧化锆陶瓷性能(抗折强度、硬度和密度)及浆料性能的影响,并研究了添加量对氧化锆粉体、生坯和陶瓷显微结构的影响。结果表明:采用KH560改性氧化锆粉体可改善粉体团聚,烧结后获得高强度高致密性的氧化锆陶瓷。当KH560添加量为0.8 wt%,可获得悬浮性良好且粘度为425.7 mPa·s(固含量50%)的浆料,密度、气孔率、硬度和抗折强度分别为6.013 g/cm~3、0.019%、90±2.23 HRB和843.92 MPa的氧化锆陶瓷。通过SEM观察,改性后,氧化锆粉体团聚减少,生坯和陶瓷气孔、团聚减少,颗粒较改性前分布较为均匀,内部结构较为致密。     

提高建筑石膏抗折强度和表面硬度的研究

考察了熟石灰、三聚氰胺、聚乙烯醇、反应助剂等外加剂对建筑石膏制品抗折强度和表面硬度的影响.结果表明,熟石灰添加量在0～10%时,随着熟石灰添加量增加,硬化浆体的抗折强度随之稍有降低,但表面硬度随之增大.三聚氰胺添加量为2%时,建筑石膏硬化浆体的抗折强度最高.三聚氰胺添加量为4%时,建筑石膏硬化浆体的表面硬度最高.聚乙烯醇的适宜添加量为0.8%.反应助剂的添加量大于3%时,建筑石膏硬化浆体抗折强度和表面硬度随反应助剂添加量的增加呈现出相反的变化趋势.SEM表明,外加剂使二水石膏晶体的形貌和排列发生了明显的变化,微观结晶体以针状和柱状为主,晶体间相互紧密搭接构成致密的网状结构,且晶体排列整齐,气孔分布均一,试样抗折强度和表面硬度均比较高.     

次磷酸铝碱木质素聚氨酯泡沫残炭的形貌

利用精制后的碱木质素代替部分聚醚多元醇制备碱木质素基聚氨酯泡沫材料。将次磷酸铝(AHP)作为阻燃剂添加到碱木质素基聚氨酯泡沫(PUF)材料中制备碱木质素基阻燃PUF材料。采用扫描电子显微镜(SEM)等对其充分燃烧后残炭的表面形貌进行了分析。结果表明,当碱木质素替代量为聚醚多元醇5 wt%时,AHP的添加量为30 wt%时,PUF材料表面残炭量显著增加,且在材料的表面形成了连续致密的炭层,炭层表面较为光滑,该致密炭层能够阻止材料的进一步降解和燃烧,从而提高材料的阻燃性。     

表面亲水改性氧化石墨烯/钼尾矿复合水泥材料制备

尾矿严重影响周围生态环境,利用尾矿制备水泥材料是一种绿色清洁的方法。然而,利用尾矿制备的水泥基复合材料,普遍力学性能较差。本论文旨在制备表面亲水改性氧化石墨烯,引入水泥基体改善其力学性能,研究其对水泥水化产物微观结构的影响。研究结果表明加入氧化石墨烯能够有效改善水泥材料的力学性能,加入0.05%氧化石墨烯,养护28d,抗折强度增大40%,抗压强度增加36%。这是因为氧化石墨烯对于水泥水化产物的形成具有模板效应和诱导效应,形成这种密实堆积的结构有利于改善水泥强度。     

鳞片石墨对无粘结剂炭材料性能的影响

：采用煤沥青中加入一定量鳞片石墨制备的类中间相原料,再经过成型、烧结等工艺制备无粘结剂炭材料。实验表明：在类中间相原料制备过程中加入一定量鳞片石墨,所制得的无粘结剂炭材料的电阻率相对传统无粘结剂炭材料有所下降,其抗折强度是传统炭材料的3倍左右。当鳞片石墨质量分数为沥青的6％时,所制备的无粘结剂炭材料的体积密度为1．46g／cm^3,电阻率为46．0μ·Ω,抗折强度为29．8MPa。     

可再分散乳化沥青粉末改性水泥砂浆的力学性能和微观形貌

为解决水泥基材料脆性大、韧性差问题,本文提出了掺加可再分散乳化沥青粉末（REAP）以改善水泥基材料韧性的方法。试验制备了REAP 掺量为胶凝材料用量0、10%、20%、30%的可再分散乳化沥青颗粒改性水泥砂浆（REAPMCM）,研究了REAP对REAPMCM抗压、抗折强度、折压比、弹性模量等力学性能影响,分析了其对水泥水化产物微观形貌影响,对比了其与采用乳化沥青制备水泥乳化沥青砂浆微观形貌。结果表明,随着REAP掺量增加,REAPMCM抗压、抗折强度与弹性模量均有所降低,折压比有所提高,REAP掺量30%的REAPMCM折压比为28.5%,其相比未掺加REAP砂浆的折压比提高了46.6%;掺入REAP改善了水泥基材料的韧性,但其改善效果随着水泥水化龄期增长而有所降低;随着REAP掺量增加,一方面浆体总孔隙率含量有所增大,另一方面水泥水化产物间填充覆盖的沥青膜面积增大,且其断面显微形貌与相同沥青固含量掺量的乳化沥青砂浆断面基本类似,证实了REAP亦可较好分散、成膜分布于水泥水化产物间,达到了其与乳化沥青乳浊液对水泥基材料改性相类似的使用效果。     

炭滑板浸渍金属的研究

本文参国产炭滑板材料进行了浸渍金属研究,并与国外的炭滑板进行了比较。炭滑板经浸渍金属后,致密性、抗折强度、抗压强度、肖氏硬度明显提高,而开口气孔和电阻率降低。适当控制炭滑板的开口气孔孔径及气孔分市,有利于炭滑板的金属浸渍,可以改善炭滑板的致密性和其它性能,金属熔脱可影响材料的致密性和表面硬度。     

纳米氮化硼/氧化石墨烯/聚氨酯基复合材料的制备及其导热和力学性能

采用一种高能量密度的介质搅拌磨在添加高分子分散剂情形下将硅烷偶联剂改性后的六方氮化硼纳米颗粒和氧化石墨烯均匀预分散在高黏度聚氨酯预聚体中,而后加入扩链剂交联,制备了纳米氮化硼/氧化石墨烯聚氨酯基复合材料。分别探究了硅烷偶联剂改性氮化硼颗粒和氧化石墨烯的改性效果、分散剂对氧化石墨烯的分散效果以及单一和混合掺入氮化硼纳米颗粒和氧化石墨烯的含量对其聚氨酯基复合材料导热和力学性能的影响。另外,通过等效介质模拟计算和分析了氮化硼纳米颗粒或氧化石墨烯与聚氨酯基体界面的Kapitza热阻率。采用激光导热仪、耐磨试验机、Shore硬度计、扫描电子显微镜、红外光谱仪及红外成像仪对样品的改性分散效果、导热及力学性能进行表征。结果表明,通过改性后的纳米无机颗粒与聚氨酯基体相容耦合性好;当改性纳米氮化硼和氧化石墨烯的掺入量分别为10%和2%(质量分数)并有效分散在聚氨酯基体中时,其聚氨酯基复合材料的热导率为(0.671±0.033) W/(m·k),相对于未掺入纳米颗粒的聚氨酯材料(0.233 W·m~(–1)·K~(–1)),提高了188%。这主要归因于在有效分散的条件下掺入改性纳米氮化硼或氧化石墨烯可使其与聚氨酯基体界面的Kapitza热阻率降低。另外,经力学性能测试表明,改性纳米氮化硼/氧化石墨烯聚氨酯基复合材料的Shore硬度和磨损率分别为91和2.03%,相对于未掺入纳米无机颗粒的聚氨酯材料,分别提高了4.12%和降低了26.63%。     

石墨烯对树脂基摩擦材料性能影响

借助控制变量法探究石墨烯含量对酚醛树脂基摩擦材料性能的影响,采用一次热压成型技术制备石墨烯改性酚醛树脂基摩擦材料试样,利用洛氏硬度计、剪切强度试验机和定速式摩擦试验机分别检测其硬度、内剪切强度和摩擦磨损性能,分析石墨烯含量与摩擦材料相关性能的变化规律。研究表明,石墨烯含量0.3%试样综合性能最优,随着石墨烯含量增加其硬度和摩擦系数稳定性逐步提高,但石墨烯含量0.4%试样硬度会超过酚醛树脂的适宜硬度范围;中高温阶段含石墨烯的摩擦材料摩擦系数低于不含石墨烯试样但磨损率有所增加,石墨烯含量0.2%试样摩擦系数和磨损率最高,其值为0.344和0.309×10~(-7) cm~3/(N·m);酚醛树脂基摩擦材料的内剪切强度会因各组分材料的黏接性能减弱而降低。     

氧化作用对碳石墨材料机械性能的影响及氧化能力研究

用以石油焦为基体、煤焦油沥青为粘结剂的碳石墨材料进行氧化性能的测试和研究,认为氧化作用对碳石墨材料的机械性能有严重地影响。随着氧化热失重的增加,材料的抗折强度、硬度、体积密度均降低,而材料的电阻率则增大,气孔率明显增加且气孔形状趋于条纹状。氧化作用使机械强度降低,可能基本认为是由于材料内部微小裂纹尺寸增加而造成的。     

端氨基超支化聚硅氧烷接枝氧化石墨烯改性环氧胶粘剂的研究

利用硅烷偶联剂KH-550制备了端氨基超支化聚硅氧烷,并将其接枝到氧化石墨烯表面,通过FT-IR、XRD和TEM等手段表征了接枝结构。再将其添加到环氧树脂中,制备出改性环氧胶粘剂。通过TEM、DMA、高温剪切强度以及90°剥离强度测试,研究了接枝氧化石墨烯对环氧胶粘剂的性能影响。研究结果表明:改性氧化石墨烯加入后环氧树脂的玻璃化转变温度有明显提高;当功能化氧化石墨烯的添加量为0.20%时,高温剪切强度和常温剥离强度较改性前分别提高了18%和129%,表明接枝改性氧化石墨烯的引入能够在一定程度上提高环氧树脂的韧性和耐温性。     

体能训练器械用胶粘剂的改性与性能研究

采用乳化分散工艺和超声分散工艺对体能训练器械用石墨烯/环氧树脂胶粘剂进行预分散处理,研究了氧化石墨烯对环氧树脂胶粘剂的改性作用,并分析了其含量对各项性能的影响。结果表明,改性胶粘剂的储能模量会随着氧化石墨烯含量增加而逐渐增大,当氧化石墨烯含量为2.0%时取得储能模量最大值。随着氧化石墨烯含量的增加,氧化石墨烯改性胶粘剂的冲击强度和硬度整体呈现先增后减;氧化石墨烯含量对胶粘剂抗拉强度的影响规律与对胶粘剂硬度的影响规律相同,即氧化石墨烯含量为1.8%时具有较高的抗拉强度和硬度。对于体能训练器械用胶粘剂而言,适宜的氧化石墨烯添加量为1.8%。     

氧化石墨烯改性天然胶乳的优化试验

采用氧化石墨烯对天然胶乳进行改性,通过正交试验方法探讨氧化石墨烯用量、硫化体系及硫化工艺参数对改性胶乳硫化胶膜强度性能的影响。结果表明:在试验范围内,以拉伸强度和撕裂强度为考察指标,氧化石墨烯改性天然胶乳的优化方案氧化石墨烯用量为0. 125份,硫黄用量为1份,氧化锌用量为0. 4份,促进剂PX用量为1份,硫化温度为75℃,硫化时间为1 h;优化方案验证试验的硫化胶膜拉伸强度为28. 83 MPa,撕裂强度为65 kN·m~(-1),与未添加氧化石墨烯的空白样相比分别提高了45. 83%和51. 16%,表明氧化石墨烯对天然橡胶有良好的补强效果。     

石墨烯改性机械陶瓷刀具的性能研究

在三氧化二铝陶瓷刀具中添加了不同含量的石墨烯,采用"球磨+烧结"的方法制备了石墨烯改性陶瓷刀具,并进行了硬度、力学性能和耐磨损性能的实验。研究发现:通过添加石墨烯有利于提高三氧化二铝陶瓷刀具的硬度、力学性能和耐磨损性能,且石墨烯最佳含量为1.5 wt%。     

氧化石墨烯在水泥基材料中的应用研究综述

氧化石墨烯是石墨烯经强力氧化后的氧化产物。它比石墨烯在水泥基材料中的分散性更好且活性更高。氧化石墨烯在掺入水泥基材料后对其性能有重大影响。综述了氧化石墨烯的改性掺入方式,掺入后对水泥基材料工作性能、强度、耐久性、电学性能方面的改变,并总结了当前研究的局限和不足,有助于将来继续开展氧化石墨烯水泥基材料的研究。