聚氨酯泡沫材料的改性及其在炮孔封堵中的应用
爆破技术在工业生产、建设中应用非常普遍，目前广泛使用的炮孔封堵技术，存在劳动强度大、效率低等缺点，因此，研发新型的高效率、低劳动强度的封堵材料十分必要。聚氨酯材料是上世纪五十年代左右发展起来的一种高分子化合物，被广泛应用于工业及日常生活中。基于材料成本、合成工艺、成型强度的综合考量，改性聚氨酯可能成为一种新型的堵塞材料。通过引入无机组分硅酸钠溶液和微粒材料纳米TiO2对聚氨酯进行改性，研究了发泡剂、催化剂、硅酸钠溶液用量对发泡时间、发泡倍数、最高反应温度、泡沫形态、力学性能等的影响，分析了最佳配方下聚氨酯封孔的可靠性，使用ANSYS/LS-DYNA软件模拟聚氨酯封孔的效果。 研究了聚醚种类和催化剂、发泡剂的用量对制备聚氨酯的影响，对比分析聚氨酯的各项基础性能变化，确定了发泡剂和催化剂最优用量分别为1.5g、0.4g，最佳的多元醇为N303。 通过在体系中添加硅酸钠溶液(0.5g、1.0g、 1.5g、 2.0g、2.5g)和纳米TiO2对材料性能进行改性，研究表明随着硅酸钠溶液用量的增加，聚氨酯的表干时间、固化时间先降低后增加，表干时间最小为3.5min，固化时间最低为19.20min。在体系中添加纳米TiO2后材料的压缩强度最大为790.85kPa，提高了80.61％。确定了硅酸钠溶液和纳米TiO2最佳的用量均为1.0g。通过分析改性材料的反应放热性能、尺寸稳定性、阻燃性能、力学性能，评估了用于炮孔封堵的可行性。 通过ANSYS/LS-DYNA软件模拟聚氨酯封孔的效果，对比分析有聚氨酯封堵和无封堵时混凝土试块的受力情况和聚氨酯的载荷变化情况。结果表明，用聚氨酯进行填塞之后，爆生气体的平均作用时间提升了65％，爆炸冲击波的气楔作用增大，对爆破效果提升显著。 基于以上研究，本文研发的改性聚氨酯有望成为一种新型的封堵材料，具有一定的推广价值。论文为改性聚氨酯材料在工程爆破上的实际使用提供了技术支撑。
聚氨酯泡沫;填塞材料;ANSYS/LS-DYNA;炮孔封堵;合成工艺
北京化工大学
硕士
机械工程
陈东梁;江卫锋
2021
中文
TQ323.8
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）