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力学强度可调控的双醛微纤化纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备与性能研究

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高分子通报 2023年第9期36卷 1191-1199页

作者：马森森岳英楠刘捷邱建华万纪强汤克勇张军郑学晶郑州大学材料科学与工程学院郑州450000 河南中烟工业有限责任公司技术中心郑州450000 中国科学院化学研究所北京100190

本文探讨了可方便调控力学强度的双醛微纤化纤维素/聚乙烯醇(DAMFC/PVA)复合水凝胶。将DAMFC与PVA溶液混合,利用DAMFC上的醛基与PVA大分子链上羟基的缩醛反应制得DAMFC/PVA水凝胶,并用不同盐溶液进行浸泡。缩醛反应使增强体DAMFC与基体... 详细信息

本文探讨了可方便调控力学强度的双醛微纤化纤维素/聚乙烯醇(DAMFC/PVA)复合水凝胶。将DAMFC与PVA溶液混合,利用DAMFC上的醛基与PVA大分子链上羟基的缩醛反应制得DAMFC/PVA水凝胶,并用不同盐溶液进行浸泡。缩醛反应使增强体DAMFC与基体聚合物PVA之间以共价键方式相连接。在受到应力作用时,应力能高效地从增强体传递到基体,从而使复合水凝胶的力学强度显著提高。此外,经过盐溶液浸泡,盐析作用使PVA水凝胶的力学强度进一步提高,且阴离子种类对力学强度的影响很大。通过调控DAMFC的含量、高碘酸钠的氧化时间及盐溶液阴离子的选择,可在较大范围内调控PVA复合水凝胶的力学强度,以满足不同应用的需求。

关键词：聚乙烯醇双醛微纤化纤维素水凝胶盐溶液力学强度

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力学强度对自修复水性聚氨酯修复行为的影响

涂料工业 2022年第6期52卷 1-8,15页

作者：章爱琴李静范浩军向均王丽颜俊皮革化学与工程教育部重点实验室(四川大学) 成都610065 高分子材料工程国家重点实验室成都610065

合成一系列基于双硫键动态交换的自修复水性聚氨酯,研究了硬段含量、交联剂用量对自修复水性聚氨酯力学性能的影响以及力学强度对其自修复行为的影响,并探讨了自修复行为对修复温度和时间的响应机制以及该类聚氨酯的自修复机理。结果表... 详细信息

合成一系列基于双硫键动态交换的自修复水性聚氨酯,研究了硬段含量、交联剂用量对自修复水性聚氨酯力学性能的影响以及力学强度对其自修复行为的影响,并探讨了自修复行为对修复温度和时间的响应机制以及该类聚氨酯的自修复机理。结果表明:随着硬段含量和交联剂用量的提高,聚氨酯的力学强度提高;当水性聚氨酯的力学强度从28 MPa提高至40.3 MPa,自修复性能呈现下降趋势,当力学强度达40 MPa时,几乎不能修复(修复率4%);对力学强度力学强度(≥40 MPa)的样品,即使升高温度和延长时间,其自修复率仍十分有限(修复率13%)。自修复机理研究表明:体系内双硫键的动态交换和氢键的热可逆协同作用是其自修复的主要原因。

关键词：自修复水性聚氨酯力学强度自修复率自修复机理

基于界面氢键结构的石墨烯/聚合物复合材料的阻尼性能

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材料研究学报 2023年第6期37卷 401-407页

作者：张藤心王函郝亚斌张建岗孙新阳曾尤中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

提出在石墨烯/聚合物复合材料内构筑界面氢键结构,利用氢键的动态可逆性和断裂/再生过程中的能量耗散可显著提高复合材料的阻尼性能。对石墨烯和聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)进行接枝改性,引入氢键单元从而在石墨烯/SEBS复合材... 详细信息

提出在石墨烯/聚合物复合材料内构筑界面氢键结构,利用氢键的动态可逆性和断裂/再生过程中的能量耗散可显著提高复合材料的阻尼性能。对石墨烯和聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)进行接枝改性,引入氢键单元从而在石墨烯/SEBS复合材料的界面构筑了多重氢键结构。研究了这种复合材料的循环拉伸以及动态力学性能。结果表明,这种复合材料的弹性模量、滞后损耗、阻尼因子比SEBS分别提高165%、237%和42%。强度和阻尼性能的显著提高,主要归因于复合材料组元间界面氢键的相互作用、高效应力传递、以及氢键可逆断裂/再生过程中显著的能量耗散。

关键词：复合材料阻尼性能界面氢键石墨烯力学强度

矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥稳定粉土的强度及固化机理

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2382-2390页

作者：李雪和杨耀辉韦金城李洪利吴文娟刘海峰武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 山东高速集团创新研究院山东济南250098 山东省交通科学研究院高速公路养护技术交通行业重点实验室山东济南250102 山东高速集团有限公司智慧管理中心山东济南250098

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循... 详细信息

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循环强度试验探究固化剂掺量和养护龄期对固化粉土强度的影响规律,确定固化剂的最优掺量;其次,针对最优固化剂掺量的固化粉土,开展不同龄期固化粉土的渗透性试验,同时结合核磁共振测试、矿物成分分析以及电镜扫描,揭示固化粉土的矿物成分及微观结构的演化规律。研究结果表明:矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥固化粉土的最优掺量为干燥粉土质量的10%;固化粉土的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石晶体(AFt);水化产物的粒间胶结和填充作用使土颗粒间形成致密结构,增强了固化粉土的力学强度、水稳性和抗渗性能。

关键词：黄河冲积粉土固化剂力学强度渗透性固化机理

超临界二氧化碳射流冲击短时浸泡煤体破坏特征分析

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煤炭学报 2022年第9期47卷 3310-3319页

作者：刘勇张东鑫张宏图魏建平司磊磊河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

煤体力学和物理性质在超临界二氧化碳氛围下容易劣化,尤其在长时作用下,超临界二氧化碳能够充分发挥其溶解和萃取能力,改变煤体力学强度和孔隙结构。超临界二氧化碳作为极具应用前景的钻井液,在钻井过程中与煤体接触时间极短。在较短接... 详细信息

煤体力学和物理性质在超临界二氧化碳氛围下容易劣化,尤其在长时作用下,超临界二氧化碳能够充分发挥其溶解和萃取能力,改变煤体力学强度和孔隙结构。超临界二氧化碳作为极具应用前景的钻井液,在钻井过程中与煤体接触时间极短。在较短接触时间内,超临界二氧化碳是否能够改变煤体力学强度和孔隙结构对超临界二氧化碳射流冲击破煤效率和钻井效率至关重要。为此,为进一步研究超临界二氧化碳短时浸泡对破煤效率的影响,开展了超临界二氧化碳冲击破碎短时浸泡煤体研究,分析了不同浸泡条件下煤体冲击破碎特征,通过对比分析浸泡前后孔隙结构和力学性质的变化,明确短时浸泡对煤体冲击破碎特征的影响。结果表明:在短时浸泡条件下,超临界二氧化碳射流对浸泡煤体的冲击破坏特征具有重要影响。仅浸泡3 min,超临界二氧化碳便可使煤体发生吸附膨胀,影响煤体的孔隙结构和力学强度,使煤体累计孔体积降低了5.54%,力学强度降低13.10%,使煤体冲击破碎粒径小于1 mm煤屑增加了5.76%。延长浸泡时间,煤体冲击破碎程度持续提高。浸泡60 min后,超临界二氧化碳对煤体虽仍以吸附膨胀为主,但煤体出现矿物溶蚀现象,致使煤体累计孔体积降低了30.19%,单轴抗压强度降低33.41%,导致煤体的破碎程度发生了大幅提高。相同浸泡时间条件下,提高浸泡温度和压力,煤体吸附膨胀作用增强,孔体积增大,抗压强度降低,使破碎程度规律性提高。但当浸泡压力超过16 MPa后,抗压强度降低了38.43%,冲击破坏程度显著提升。综上所述,超临界二氧化碳射流辅助钻井过程中,其吸附膨胀作用是影响煤体物理和力学性质的主要形式,有效降低了煤体孔体积和抗压强度,提高了破碎程度,有利于钻井效率的提高。

关键词：超临界二氧化碳射流短时浸泡破坏特征孔隙结构力学强度

不同应力加载速率下深埋泥岩力学特性与扩容特征试验研究

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煤炭学报 2023年第9期48卷 3360-3371页

作者：李可余伟健廖泽郭涵潇潘豹 KHAMPHOUVANH Viengvilay 杨杰湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室湖南湘潭411201

岩石工程的损伤破坏过程和其扩容现象密不可分,扩容是岩石在偏应力超过屈服极限后表现出的体积增大的现象。为了进一步研究深埋泥岩扩容现象,对矿山现场钻取的埋深近1 300 m的岩石试样做了系列试验,包括XRD衍射试验、SEM电镜扫描试验和... 详细信息

岩石工程的损伤破坏过程和其扩容现象密不可分,扩容是岩石在偏应力超过屈服极限后表现出的体积增大的现象。为了进一步研究深埋泥岩扩容现象,对矿山现场钻取的埋深近1 300 m的岩石试样做了系列试验,包括XRD衍射试验、SEM电镜扫描试验和不同加载速率下(0.1、0.5、2.0和5.0 kN/s)的单轴压缩变形试验等。结果表明:泥岩成分以长石为主,岩石内部各矿物成分分布不均匀,长石呈条带状分布,其间填充其他矿物,填充物以绿泥石为主。在不同的加载速率下,各试样轴向应力-应变曲线属典型的塑-弹-塑性曲线,有明显的压密过程,加载速率越小,压密过程越明显,即曲线越平缓。进入弹性阶段后,加载速率越大,曲线斜率越大,即平均弹性模量越大。采用单因素方差分析方法对各组数据进行了差异显著性检验,结果显示试验加载速率(Vload)和泥岩岩石单轴抗压强度(σ_(c))、平均弹性模量(E)、最大轴向应变(ε_(a,max))、最大径向应变(ε_(d,max))、扩容起始应力(f^(*))、扩容起始应力与单轴抗压强度比值(f^(*)/σ_(c))有关联关系,和试样最大体积应变(ε_(V,max))、扩容起始体积应变与最大体积应变比值(ε_(V,d)/ε_(V,max))无关联关系。加载速率越大,测试得到的泥岩岩石单轴抗压强度、平均弹性模量越大,加载速率由0.1 kN/s增大50倍至5.0 kN/s时,测得单轴抗压强度均值由26.8 MPa增大至36.5 MPa,平均弹性模量均值由3.5 GPa增大至5.9 GPa。加载速率越大,最大轴向应变和最大径向应变均越小,轴向和径向应变率均越大,即加载速率越大,泥岩岩石在未充分变形的情况下发生破坏的可能性越大。加载速率越大,试样扩容起始应力、试样扩容起始应力与单轴抗压强度比值越小,即试样加载荷载速率越大,越容易进入体积扩容阶段。认为泥岩强度参数、变形与扩容参数有显著的应力加载速率依赖性。

关键词：应力加载速率深埋泥岩力学强度扩容特征

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稻秸增强酚醛泡沫保温材料的制备与性能

复合材料学报 2023年第10期40卷 5630-5640页

作者：郝硕谢浩李爽王伟宏东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

将水稻秸秆与酚醛树脂(PF)泡沫复合,改进PF泡沫本身脆性大、力学强度低的问题。探究稻秸长度(8 cm、12 cm和16 cm)、形态(横切秸秆段、斜切秸秆段、搓碾成丝)对复合材料物理性质、力学及燃烧性能的影响。结果表明,稻秸内外表面与PF泡沫... 详细信息

将水稻秸秆与酚醛树脂(PF)泡沫复合,改进PF泡沫本身脆性大、力学强度低的问题。探究稻秸长度(8 cm、12 cm和16 cm)、形态(横切秸秆段、斜切秸秆段、搓碾成丝)对复合材料物理性质、力学及燃烧性能的影响。结果表明,稻秸内外表面与PF泡沫基体产生明显机械啮合;稻秸/PF泡沫复合材料的弯曲强度、压缩强度与垂直于板面的抗拉强度均优于PF泡沫;16 cm斜切处理稻秸/PF泡沫复合材料弯曲强度达到1.18 MPa,较PF泡沫提高195.3%;16 cm搓碾处理稻秸/PF泡沫复合材料在应变为10%时的压缩应力和垂直于板面的抗拉强度分别为251.30 kPa与121.26 kPa,较PF分别提高了112.1%和20.7%。垂直燃烧与极限氧指数(LOI)测试结果表明,PF泡沫对稻秸表现出较好的包覆作用,复合材料整体热稳定性与PF泡沫几乎持平,LOI值几乎无变化,稻秸/PF泡沫复合材料和PF泡沫可燃性测试结果均达到B1级建筑材料要求,具有良好的阻燃性能。8 cm斜切处理稻秸增强PF泡沫复合材料综合力学性能最优。

关键词：酚醛泡沫水稻秸秆导热系数力学强度燃烧性能

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可再生水凝胶电解质用于全凝胶超级电容器

Science China Materials 2022年第1期65卷 115-123页

作者：何弦乌东北尚英辉沈红豆奚松延王霞李汶军王启刚 School of Chemical Science and Engineering Tongji UniversityShanghai 200092China

再生电解质对环境保护和可持续发展具有重要意义.受面粉加水成面团的启发,本工作提出一种简单、快速制备凝胶电解质的策略,该再生水凝胶电解质可以通过向其脱水的共聚物颗粒中加入水或盐溶液,经过混合、加热即可获得.脱水的共聚物颗粒... 详细信息

再生电解质对环境保护和可持续发展具有重要意义.受面粉加水成面团的启发,本工作提出一种简单、快速制备凝胶电解质的策略,该再生水凝胶电解质可以通过向其脱水的共聚物颗粒中加入水或盐溶液,经过混合、加热即可获得.脱水的共聚物颗粒质量小、性质稳定、可长期储存和多次循环使用.经过5次脱水-再生的循环后,凝胶电解质的力学强度仍保持60%以上.该再生凝胶电解质具有高离子电导,可再加工,并可用于3D打印.同时以凝胶共聚物颗粒为粘合剂的活性炭电极、再生凝胶为电解质组装的全凝胶超级电容器具有极佳的界面相容性,在100次弯曲试验后仍能保持98.7%的比电容,并可在-15至60°C的宽温度范围内工作.这项工作为可再生材料的制备及其应用提供了新的途径.

关键词：可再生材料超级电容器再生水离子电导 3D打印弯曲试验凝胶电解质力学强度

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发泡剂对冷再生沥青混合料强度特性的影响

东南大学学报（自然科学版） 2022年第2期52卷 282-287页

作者：李强王锐军李斌许傲商健林赵曜南京林业大学土木工程学院南京210037 江苏北极星交通产业集团有限公司南通226010 中交第一航务工程局有限公司天津300461

为改善泡沫沥青发泡性能及其冷再生混合料强度,掺入不同种类发泡剂进行改性.采用沥青发泡试验、混合料力学试验、电镜扫描试验及红外光谱试验研究了发泡剂种类和质量分数对沥青发泡特性、冷再生沥青混合料强度及微观物化特性的影响.结... 详细信息

为改善泡沫沥青发泡性能及其冷再生混合料强度,掺入不同种类发泡剂进行改性.采用沥青发泡试验、混合料力学试验、电镜扫描试验及红外光谱试验研究了发泡剂种类和质量分数对沥青发泡特性、冷再生沥青混合料强度及微观物化特性的影响.结果表明:发泡剂可有效提升发泡性能和再生混合料力学强度;随发泡剂质量分数的增加,各项性能均先提高后降低,最佳方案为掺入质量分数为0.5%的十六烷基三甲基溴化铵发泡剂,沥青膨胀率增大21.4%,半衰期延长1.1倍,再生混合料无侧限抗压强度、干劈裂强度、湿劈裂强度、低温抗弯拉强度和破坏应变分别提高14.7%、13.9%、29.0%、27.8%和31.4%;掺加发泡剂后,沥青膜对集料颗粒裹覆更充分,新生成的化学物质有助于提高泡沫沥青稳定性及其与旧料的黏附性能.

关键词：冷再生沥青混合料泡沫沥青发泡性能力学强度发泡剂