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矿井用新型水凝胶密闭填充材料的研究

杨永斌  
【摘要】:瓦斯爆炸事故严重威胁着煤矿的安全生产和矿工的生命安全,在井下搭建密闭墙是防治瓦斯爆炸事故的一种行之有效的方法。就现在矿井普遍采用的密闭墙存在着防爆性能不佳或施工复杂的问题,本文提出一种矿井用新型快速防爆密闭墙,相对于现有的密闭形式,具有防爆性能优良和施工时间短的优点。而本文将重点研究的矿井用新型水凝胶填充材料作为其主体部分直接决定着这种新型防爆墙在井下的应用。 本论文以高分子化学和高吸水性材料相关理论为基础,结合矿井用新型水凝胶密闭填充材料的具体应用工艺,对此种材料的成胶工艺、合成反应机理和吸水膨胀机理进行了分析阐述。 然后从实际工艺和应用角度着重对凝胶时间、稳定性和力学性能进行了研究。首先,通过实验分析了配置水凝胶溶液的水的温度、引发剂、促凝剂和交联剂对于决定着施工进度的材料凝胶时间的影响,归纳出其中的变化规律。其次,利用灰色预测方法建立了水凝胶密闭填充材料持久稳定性的预测模型,并在实验中加以应用。论文随后以失水率为指标,研究在不同水温、不同引发剂质量百分含量、不同加热温度及加热时间条件下此种材料的热稳定性。最后,通过实验对比,研究了吸水性单体、交联剂、促凝剂和引发剂的不同含量对材料力学性能的影响,根据应力—应变曲线和四种组分在成胶过程中各自的作用,总结出材料弹性和强度的变化规律,并找出了弹性模量发生阶段性变化的拐点。


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