短纤维增强天然橡胶复合材料在止浆塞胶筒中的应用研究

论文摘要

在地面预注浆工程中,止浆塞是实现分段注浆的重要机具。止浆塞上的密封胶筒受压膨胀后,封隔钻孔,起到止浆作用。在止浆塞的实际使用过程中,经常由于胶筒的破坏导致止浆失效,严重降低了注浆效率,延缓了工期。因此,胶筒性能的优劣直接影响到注浆的成败。胶筒是由橡胶材料制成的,在橡胶中加入短纤维能够显著地改善橡胶的力学性能。本文通过在天然橡胶中加入尼龙短纤维的方法使胶筒的性能大幅度提高,从而提高注浆效率,缩短注浆工期。本文的主要研究内容如下:研究短纤维增强橡胶复合材料(SFRC)的硬度、撕裂强度、拉伸强度等随短纤维的添加量、长径比、及添加方向等的变化趋势。结合上述研究以及止浆塞的实际使用情况,探索短纤维在止浆塞胶筒中应用较为理想的方案并在工程实践中检验研究成果。在自制的试验台上模拟胶筒使用过程中的受力及破坏情况,将经过短纤维改性后的胶筒与普通的胶筒进行对比,分析胶筒经过改性后,止浆塞使用效率的变化情况。结果表明:在止浆塞的使用过程中,胶筒的破坏主要是由橡胶的撕裂破坏引起的,经过短纤维改性后,特别是短纤维按胶筒轴向的T取向排列时,胶筒能承受更高的应力。实际应用表明短纤维改性后,胶筒的使用次数明显多于未改性的胶筒,达到了很好的使用效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 2 文献综述
• 2.1 注浆技术及地面预注浆技术的发展概况
• 2.2 止浆塞的发展概况
• 2.3 止浆塞胶筒材料——橡胶
• 2.3.1 橡胶材料的配合
• 2.3.2 橡胶材料的加工工艺
• 2.4 短纤维增强橡胶复合材料的研究进展
• 2.4.1 短纤维用量对复合材料性能的影响
• 2.4.2 短纤维长径比对复合材料性能的影响
• 2.4.3 短纤维与橡胶的种类
• 2.4.4 短纤维的预处理
• 2.4.5 短纤维在橡胶中的混合、分散、取向及其表征
• 2.5 短纤维补强技术在橡胶制品中的应用
• 2.5.1 短纤维补强技术在胶管中的应用
• 2.5.2 短纤维补强技术在V 带中的应用
• 2.5.3 短纤维补强技术在轮胎中的应用
• 2.5.4 短纤维补强技术在橡胶密封件中的应用
• 2.5.5 短纤维补强技术在其它橡胶制品中的应用
• 2.6 论文选题的目的、意义和创新
• 2.6.1 论文选题的目的
• 2.6.2 论文选题的意义
• 2.6.3 论文的创新
• 3 试验部分
• 3.1 原材料
• 3.2 试验胶料配方
• 3.3 试验主要仪器设备
• 3.4 短纤维增强天然橡胶复合材料（SFRC）的制备工艺
• 3.5 研究方法
• 3.6 SFRC 片材性能测试
• 3.6.1 撕裂强度的测定
• 3.6.2 硬度测试方法
• 3.6.3 拉伸强度和扯断伸长率的测试方法
• 3.7 胶筒的制备工艺
• 3.8 胶筒压缩试验方法
• 3.9 胶筒破坏性试验方法
• 3.10 止浆塞胶筒现场应用
• 4 结果与讨论
• 4.1 短纤维添加份数对SFRC 性能的影响
• 4.1.1 短纤维添加份数对SFRC 撕裂强度的影响
• 4.1.2 短纤维添加份数对SFRC 硬度的影响
• 4.1.3 短纤维添加份数对SFRC 拉伸强度的影响
• 4.1.4 短纤维添加份数对SFRC 伸长率的影响
• 4.2 短纤维长径比对SFRC 性能的影响
• 4.2.1 短纤维长径比对SFRC 撕裂强度的影响
• 4.2.2 短纤维长径比对SFRC 硬度的影响
• 4.2.3 短纤维长径比对SFRC 拉伸强度的影响
• 4.2.4 短纤维长径比对SFRC 伸长率的影响
• 4.3 生产胶筒的复合材料配方的确定及胶筒的制备
• 4.4 胶筒应力-应变试验分析
• 4.4.1 胶筒变形试验数据分析
• 4.4.2 胶筒压缩应力与应变之间的关系
• 4.5 胶筒应力松弛试验研究
• 4.6 胶筒破坏性试验研究
• 4.6.1 胶筒中短纤维取向对胶筒破坏性能的影响
• 4.6.2 胶筒材料的破坏分析
• 4.7 胶筒现场应用分析
• 4.7.1 青东矿概况
• 4.7.2 注浆工程数据分析
• 4.7.3 胶筒现场应用结论
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢