脱硫石膏基轻质保温材料的制备和性能研究

以建筑脱硫石膏为原料,分别通过物理发泡和化学发泡两种方式制备发泡石膏制品。通过测定石膏制品的抗压强度、导热系数、干密度等性能指标,评定发泡石膏工艺。结果表明,采用物理发泡法时,影响制品因素主次顺序为泡沫掺量水胶比HPMC掺量;采用化学发泡法制备发泡石膏制品时,发泡剂掺量直接影响发泡脱硫石膏的干密度、强度等性能,水灰比应控制在0.7左右,双氧水发泡剂掺量以6%为宜。     

泡沫混凝土的负泊松比设计与静载力学特性研究

拉胀材料因其特殊性能在材料领域备受重视.将负泊松比效应应用在泡沫混凝土中,可使其具备良好的力学性能与吸能效果.本试验利用化学发泡法制备了三种不同孔隙形态的泡沫混凝土,分别为闭孔泡沫混凝土、连通孔泡沫混凝土、内凹孔泡沫混凝土.利用图像法对泡沫混凝土的干密度和孔隙结构参数进行表征,通过万能试验机测试了泡沫混凝土的静态压缩强度、抗折强度,通过工业相机及数字散斑相关方法(DSCM)研究了泡沫混凝土的区域形变行为以及泊松比值.结果表明:泡沫混凝土的孔隙率、孔径及干密度与发泡剂的添加量有关,添加量越多,干密度越小,孔隙率和孔径增大;泡沫混凝土的抗压、抗折强度也与发泡剂的添加量有关,其强度随着添加量的增多而减小,但孔隙呈内凹状的泡沫混凝土具有较高的抗压强度和抗折强度,内凹孔泡沫混凝土的压缩断裂能为33.9×103 J/m3,相比闭孔泡沫混凝土提高44.9％.DSCM表明内凹孔泡沫混凝土在压缩过程中会出现明显的收缩效应,其收缩率为闭孔泡沫混凝土的37.5％,压缩期间负泊松比值最大可达-3.7.     

泡沫复合相变材料储放热过程的实验数值模拟研究

以框架状泡沫铜为载体,Ba(OH)2·8H2O为相变储热材料,利用多孔泡沫金属骨架材料良好的吸附性能,制备出泡沫金属复合相变储能材料。采用差示扫描量热法测量Ba(OH)2·8H2O的相变温度和相变潜热,搭建了含泡沫铜和未含泡沫铜相变储能装置的实验台,根据焓-多孔介质模型数值模拟固液相变传热过程。结果表明,泡沫铜的填充不仅增加了相变材料的导热系数,而且缩短了相变材料熔化和凝固时间。数值计算与实验结果吻合良好,验证了该数学模型的可靠性,研究结果对相变储能装置在实际应用中具有一定的指导意义。     

镀铜碳纤维增强铝基泡沫材料结构的特性表征

以纯铝为基体材料,TiH2为发泡剂,镀铜碳纤维为添加剂,制备了不同孔隙率的泡沫铝材料。研究了发泡时间、镀铜碳纤维掺杂量对泡沫铝相对密度、孔径和微观结构的影响。结果表明,在碳纤维含量相同情况下,发泡时间越短,泡沫铝试样的相对密度越大,孔径越小。发泡时间相同时,碳纤维含量越多,泡沫铝的相对密度越大。SEM检测表明,碳纤维在Plateau边界内随机分布,而在气泡壁中和气泡壁表面基本呈平行分布,未发生团聚现象。     

改性磷石膏的强度与孔结构的研究

本工作研究了矿物掺合料(矿渣、粉煤灰)和激发剂(熟石灰和水泥)对磷石膏强度的影响,并且探索了水泥对磷石膏耐水系数的影响。此外对磷石膏改性处理后的微观形貌和孔结构进行了分析。研究结果表明:矿渣和粉煤灰均能提高磷石膏的强度,且矿渣对磷石膏强度的增强作用更明显;但两者对磷石膏耐水性的增强作用并不明显,矿渣掺量过多时会由于延迟钙矾石的形成而导致石膏开裂。水泥和熟石灰作为激发剂时可以增强磷石膏的强度,熟石灰的增强作用更明显。水泥对磷石膏的耐水性能有一定的增强作用。磷石膏的水胶比、养护龄期和矿物掺合料可以改变其孔隙率,但不会改变其孔径分布;粉煤灰可以提高石膏的孔隙率,并且改变其孔径分布;水泥会降低石膏的孔隙率并改变其孔结构。     

高密度聚乙烯/低密度聚乙烯共混材料的模压发泡

用模压发泡法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/低密度聚乙烯(LDPE)共混发泡材料,研究了偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂)、HDPE的用量及模压发泡工艺对于HDPE/LDPE共混泡沫的表观密度、力学性能的影响。结果表明,随着HDPE用量增加,共混发泡材料的表观密度、撕裂强度和拉伸强度均逐渐增加。在一定范围内,AC发泡剂用量增加,泡沫材料的表观密度和力学性能先下降后增加。发泡时间为10min时泡沫表观密度较低,再延长发泡时间,泡沫表观密度变化较小。在0MPa~10MPa范围,模压压力增加,泡沫表观密度缓慢下降。在温度为170℃~180℃范围内,温度升高,泡沫密度逐渐下降。电镜扫描图显示,HDPE/LDPE共混发泡材料泡孔均匀,且多为闭孔。     

潜热储能石膏基建筑材料的制备及其储(放)热行为研究

以膨胀石墨为吸附介质,硬脂酸丁酯为吸附对象,可以制得有机/无机复合相变材料,将这种复合材料掺入石膏中制备潜热储能石膏建材.DSC的测试结果显示,复合相变材料的相变焓值与纯硬脂酸丁酯的相变焓值基本相当,体现了良好的热物理性能.考虑到浆体的和易性,复合相变材料在石膏试样中的掺量不宜超过5%.在石膏硬化浆体中,复合相变材料与石膏浆体间的界面具有一定的缺陷,但是对石膏试样的强度影响不大.温度循环试验显示,复合相变材料掺量5%的潜热储能石膏具有良好的储(放)热效果,这种特性将有助于增加环境温度波动的惰性,实现热量在不同时间上的迁移,从而在建筑节能领域中加以应用.     

高密度聚乙烯/低密度聚乙烯共混材料的模压发泡EI北大核心CSCD

用模压发泡法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/低密度聚乙烯(LDPE)共混发泡材料,研究了偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂)、HDPE的用量及模压发泡工艺对于HDPE/LDPE共混泡沫的表观密度、力学性能的影响。结果表明,随着HDPE用量增加,共混发泡材料的表观密度、撕裂强度和拉伸强度均逐渐增加。在一定范围内,AC发泡剂用量增加,泡沫材料的表观密度和力学性能先下降后增加。发泡时间为10min时泡沫表观密度较低,再延长发泡时间,泡沫表观密度变化较小。在0MPa^10MPa范围,模压压力增加,泡沫表观密度缓慢下降。在温度为170℃~180℃范围内,温度升高,泡沫密度逐渐下降。电镜扫描图显示,HDPE/LDPE共混发泡材料泡孔均匀,且多为闭孔。     

水泥泡沫混凝土的改性研究

采用丁苯乳液、苯丙乳液、硅灰、粉煤灰和橡胶粉等外加剂分别对物理发泡水泥混凝土的性能进行单一和复合改进试验。结果表明,复掺硅灰和丁苯乳液可显著提高泡沫混凝土早期强度,并降低吸水率,改善混凝土性能,当硅灰掺量4%,丁苯乳液掺量12%时,混凝土吸水率降低17%,7d抗压强度增加0.5 MPa;丁苯乳液对降低泡沫混凝土吸水率有一定促进作用;苯丙乳液对混凝土强度影响较大;硅灰与粉煤灰降低吸水率效果不佳;橡胶粉不能作为混凝土外加改性材料。     

石膏基相变储能材料的制备及性能研究

以改性膨润土为载体,以月桂酸和癸酸的二元混合酸为相变材料制备稳定的复合相变材料,再与石膏复合制备了石膏基相变储能材料,并研究其蓄放热性能、强度和相变稳定性。结果表明,与改性膨润土复合前后,相变材料的相变温度保持不变,都处于22.0~30.1℃范围内;掺入40%(质量分数)复合相变材料的石膏基相变储能材料试体在蓄热和放热过程中的调温幅度分别可达7.4℃和12.4℃;其抗压强度为3.0MPa,且经过20次冷热循环后相变稳定性良好,基本能满足建筑材料的使用要求。     

双氧水对镁系无机泡沫材料性能和孔结构的影响

以镁系胶凝材料为基体,双氧水为发泡剂,采用化学发泡工艺制备了内部含有大量密闭气孔的镁系无机泡沫材料。研究了双氧水添加量对泡沫材料发泡倍率、体积密度、压缩强度、弯曲强度、孔结构参数以及导热系数的影响。研究结果表明:双氧水添加量增加,导致胶凝体中的气泡核增加以及气泡生长的内动力增大,气孔孔径变大,体积密度和力学强度减小;随着双氧水添加量增加,材料的导热系数不断减小,在双氧水添加量大于16‰时增大。镁系无机泡沫材料的压缩强度和弯曲强度与体积密度的回归方程分别为y=-6.06+24.19x,y=-0.64+3.82x,均为密切线性相关关系。且在双氧水添加量为8‰时泡沫材料取得最大力学强度,此时气孔孔径最小,孔结构参数较优,导热系数为0.071 W/(m·K),体积密度仅为0.54g/cm3。     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。     

泡沫钛蠕变发泡动力学研究

通过对基于气体捕捉法制备的泡沫钛发泡过程进行分析,推导出泡沫钛蠕变发泡动力学方程,影响泡沫钛孔隙率的主要因素是发泡温度和基体的蠕变抗力。通过实验获取了不同温度条件下,孔隙率与发泡时间的关系曲线,并建立了其动力学曲线;利用金相显微镜对泡沫钛基体的微观组织进行了分析。研究表明,虽然发泡速率与发泡温度成正比,与基体材料蠕变抗力成反比,但是随着温度的升高,发泡速率并没有一直增加,原因是基体材料的微观组织结构也在发生变化,导致其蠕变抗力随温度的升高先减小后增大,由此证明了上述动力学曲线的合理性。     

三聚氰胺四羟甲基硫酸磷阻燃剂的合成及其在EPS泡沫中应用

使用三聚氰胺和四羟甲基硫酸磷合成三聚氰胺四羟甲基硫酸磷(MTHPS)阻燃剂,并用红外光谱(FTIR)、核磁共振谱(NMR)等手段对其结构进行了表征。采用包覆法将含有MTHPS阻燃剂的热固性酚醛树脂胶包覆在预发泡的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒的表面,再通过水蒸汽发泡、模压成型工艺制备出无卤阻燃的EPS泡沫材料。研究了MTHPS用量对EPS泡沫材料的阻燃性能和力学性能影响。结果表明,MTHPS用量为50 phr的阻燃EPS泡沫材料其氧指数为34.0%,达到UL 94 V-0级;随着MTHPS用量的增加,阻燃EPS泡沫材料的压缩强度和弯曲强度提高。     

多孔铝骨架/复合相变材料温控性能研究

相变储能材料(PCM)具有储热密度大、储/放热过程几乎恒温性等优点,是解决电子器件狭小空间下高热流密度问题的理想方案,但相变材料本身的导热系数较低、传热效率差等特性却限制了其应用范围。针对上述难题,以石蜡作为相变材料,通过3D打印制备多孔铝骨架,再采用水浴灌注法将石蜡灌注到多孔铝骨架中,制备出多孔铝骨架/复合相变材料(AS-PCM)。通过实验探究了95%、85%、75%3种孔隙率的温控性能。实验结果表明,添加多孔铝骨架可增强PCM的热传递,从而降低热源温度。在较大的功率下,AS-PCM对传热的改善更为明显。熔化完成前,低孔隙率AS-PCM热沉的底部温度和温度梯度更低,使用多孔铝骨架代替泡沫金属,为提高PCMs的导热性能提供了了新的多孔金属基体。     

泡沫铝-石蜡复合相变材料的蓄放热性能研究

采用渗流法制备的泡沫铝制作了泡沫铝-石蜡复合相变材料,对其蓄、放热性能进行了研究。结果表明:(1)复合相变材料与水的体积比为1:4、泡沫铝骨架孔隙率分别为54.81%、60.52%、64.37%、69.74%时,复合相变材料从24℃升高到66℃所需的时间分别为190s、305s、380s、395s;66℃的复合相变材料放入24℃的水中,放热时间分别为270s、355s、540s、600s,水温升高值分别为8.2℃、8.7℃、9.4℃、10.1℃;(2)对比泡沫铝骨架孔隙率60.52%的复合相变材料、泡沫铝和石蜡的蓄、放热过程,其蓄、放热时间分别为305s、60s、870s和355s、30s、1470s;(3)泡沫铝骨架孔隙率为69.74%-54.81%的复合相变材料,其理论等效导热系数在61.16 W·m-1·k-1-91.40W·m-1·k-1之间。     

水灰比对轻质水泥基泡沫材料性能的影响

通过物理引气法制备轻质水泥基泡沫材料,研究了水灰比对材料孔隙率、强度、导热系数及孔结构的影响。结果表明,孔隙率随着水灰比的增大而增大,但孔结构在水灰比大于0.9时劣化明显。材料抗压强度和导热系数受孔隙率和孔结构的综合影响。当水灰比由0.75增大至0.9时,"强度/表观密度"降低9.6%,导热系数减小25.6%。但当水灰比由0.9增大至0.95时,"强度/表观密度"降低幅度达到了18.5%,导热系数非但没有减小而是略有增大。通过SEM和Young-Laplace方程分析了水灰比对孔结构的影响规律,阐明了水灰比对水泥基泡沫材料性能的影响机理。     

碳泡沫导热性能及力学性能研究

用微胶囊化得到的空心酚醛树脂微球制备出酚醛泡沫材料, 在Ar气的保护下进行1000℃碳化和2000℃的石墨化处理, 得到所需的泡沫材料. 研究了孔隙率、热处理温度等因素对碳泡沫导热性能的影响. 结果表明: 提高材料内部空心微球的比例可以降低材料的导热性能, 得到低热导率的泡沫材料; 而对于孔隙率接近的泡沫材料, 降低材料内部的孔径可以起到降低材料热导率的作用; 得到了密度为0.50g/cm³, 热导率为1.007W/m·K, 压缩强度为8.82MPa的碳泡沫材料.     

磷石膏基胶凝材料的制备及无机保水剂对其性能的影响

磷石膏基胶凝材料(PGC)是由原状磷石膏、矿渣、水泥和外掺3%硅灰等配制而成的绿色胶凝材料。通过标准稠度需水量、凝结时间和抗压强度等参数确定其基本配合比,并研究无机保水剂(P-1)对PGC析水率和线膨胀率的影响,借助XRD和SEM测试手段对水化产物进行分析表征。结果表明:磷石膏掺量为50%、矿渣与水泥的比值为4∶1、外掺3%硅灰时,制备出的PGC标准稠度需水量为30.8%,初、终凝时间分别为606min和872min,室温下7d抗压强度可达25.9MPa,28d抗压强度超过40MPa。P-1掺量为2%时,析水率为1.3%,较空白样(未掺P-1)降低了62.9%,28d线膨胀率为0.3137%,较空白样降低了3.3%。PGC水化产物主要为C-S-H凝胶和少量AFt。     

泡沫铜相变材料在运血车中的储能应用研究

为解决运血车制冷机组反复启停和耗能大的问题,提出了采用泡沫铜相变储能管顺排布置于风道的方案.针对储能管进行了相变储能实验,获得了相变材料温度-时间的变化曲线.针对储能管和运血车风道系统建立了相应的数学模型和物理模型,采用数值模拟方法研究了储能管相变过程和风道加装储能管后的流场和温度场分布.最后对实验结果和仿真结果进行了对比.结果表明,加装泡沫铜相变储能装置可以改善运血车制冷机组的性能.研究结果对泡沫铜相变材料的应用和运血车制冷系统改进具有重要的工程意义.