煤矿井下防水防火功能性材料的开发研究

论文摘要

近年来,煤矿安全生产条件有所改善,但仍存在着安全事故多发的问题,尤其是由火灾、水灾和瓦斯气体等造成的安全事故比例高,制约煤炭行业向安全高效发展。本文研究开发一种适用于煤矿井下的喷涂材料,该材料要具有防水、防火、抗静电、气密性好的特点,喷涂在采空区或巷道煤岩体表面,能够阻燃、防止煤壁渗水和封堵瓦斯气体。本论文参考大量文献对所用材料进行了选择,并考查了所选材料聚合物乳液、无机粉料、阻燃剂和抗静电填料对涂层干燥时间、抗拉强度、断裂伸长率、粘结强度、吸水率、阻燃性、抗静电性等各项性能的影响,确定涂层底层材料和表层材料的配方。实验结果如下：（1）比较了6种聚合物乳液和无机粉料在相同液粉比的情况下配方制得涂层的各项性能指标,研究表明：用苯丙乳液S400F制备的配方综合性能最优；随着液粉比的增大,表干和实干时间变长,抗拉强度降低,断裂伸长率升高,吸水率降低,防水性改善,阻燃性变差。底层材料的最佳液粉比为0.2左右,表层材料的最优液粉比为0.4～0.5；（2）比较了3种无机黏合剂和4种无机填料配方制得涂层的各项性能指标,进行无机黏合剂和无机填料的选择实验,研究表明：无机黏合剂以白水泥配方性能最好,适用于涂层表层材料,普通水泥配方性能较好且成本低,适用于底层材料；添加量为（以下都为占粉料质量百分比）40%～50%水泥配方的综合性能最好；无机填料以石英粉较滑石粉、碳酸钙配方为优,较为适合本材料；粉煤灰也可以作为无机填料,但添加量应小于10%。（3）以苯丙乳液S400F和白水泥、石英粉为基础配方,分别添加4种阻燃剂和1种抗静电填料,考查阻燃剂和抗静电填料对材料的各项性能指标影响,结果表明：聚磷酸铵和氢氧化镁不适用于本材料,氯化石蜡和氢氧化铝较为适用；随着氯化石蜡添加量的增大,阻燃性增强,氯化石蜡的最佳添加量为10%；氢氧化铝加入具有抑烟作用且添加量不能超过10%；氯化石蜡和氢氧化铝复配以后,有焰燃烧时间和发烟时间都有明显降低,最佳加入量11%；添加石墨粉后表面电阻减小,使材料具有抗静电性能,最佳添加量为15%～20%。（4）通过实验优选出集阻燃,抗静电、防水、无毒、快速固结为一体的多功能材料,底层材料（LSH-01）和表层材料（LSH-02）,经权威部门检测,其性能指标都达到或超过了同类产品指标。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 文献综述
• 1.1 煤矿井下防水防火功能性材料现状及发展趋势
• 1.1.1 煤矿井下功能性材料现状及存在问题
• 1.1.2 煤矿井下防水防火功能性材料的发展趋势
• 1.2 聚合物水泥防水材料的研究进展
• 1.3 水性防火材料的研究进展
• 1.4 煤矿井下防水防火功能性材料相关机理
• 1.4.1 聚合物水泥改性机理
• 1.4.2 防水原理
• 1.4.3 阻燃机理
• 1.4.4 抗静电机理
• 1.5 功能性材料的技术特点与性能特征
• 1.6 功能性材料的底层材料配方和表层材料配方
• 1.7 主要研究方案
• 1.8 主要研究内容
• 第二章 实验材料及表征方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 聚合物乳液
• 2.1.2 无机粘结材料
• 2.1.3 无机填料
• 2.1.4 功能性添加剂
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验表征方法
• 2.3.1 标准实验条件
• 2.3.2 制备工艺
• 2.3.3 固体含量的测定
• 2.3.4 干燥时间的测定
• 2.3.5 粘结强度的测定
• 2.3.6 拉伸性能的测定
• 2.3.7 吸水率的测定
• 2.3.8 不透水性的测定
• 2.3.9 低温柔性的测定
• 2.3.10 粘度测定
• 2.3.11 耐火性能的测定
• 2.3.12 柔韧性的测定
• 2.3.13 阻燃性测试
• 2.3.14 抗静电性测试
• 2.4 小结
• 第三章 聚合物乳液对材料性能的影响研究
• 3.1 不同聚合物乳液对性能的影响
• 3.1.1 6种乳液配方性能比较
• 3.1.2 S400F与A8100乳液配方性能比较
• 3.2 液粉比对性能的影响
• 3.2.1 液粉比对耐火性能的影响
• 3.2.2 液粉比对干燥时间的影响
• 3.2.3 液粉比对拉伸性能的影响
• 3.2.4 液粉比对吸水率的影响
• 3.3 小结
• 第四章 无机粉料对材料性能的影响研究
• 4.1 无机粘结材料对产品性能的影响
• 4.1.1 不同水泥对性能的影响
• 4.1.2 水泥添加量对产品性能的影响
• 4.2 无机填料对性能的影响
• 4.3 粉煤灰添加量对性能的影响
• 4.3.1 粉煤灰添加量对加水量、干燥时间的影响
• 4.3.2 粉煤灰添加量对拉伸性能的影响
• 4.3.3 粉煤灰添加量对吸水率的影响
• 4.4 小结
• 第五章 阻燃剂和抗静电填料的选择与影响研究
• 5.1 阻燃剂的选择与影响因素研究
• 5.1.1 不同阻燃剂配方涂层比较
• 5.1.2 氯化石蜡添加量对性能的影响
• 5.1.3 氢氧化铝添加量对性能的影响
• 5.1.4 复合阻燃剂对阻燃性能影响
• 5.2 石墨粉对性能的影响
• 5.2.1 石墨粉添加量对抗静电性能的影响
• 5.2.2 石墨粉添加量对拉伸性能的影响
• 5.2.3 石墨粉添加量对吸水率的影响
• 5.2.4 石墨粉添加量对粘结强度的影响
• 5.3 小结
• 第六章 产品配方及性能
• 6.1 产品配方
• 6.2 产品性能指标及比较
• 6.2.1 煤矿井下防水防火功能性材料各项指标
• 6.2.2 煤矿井下防水防火功能性材料与其他类似产品的比较
• 6.2.3 煤矿井下防水防火功能性材料企业标准的编制
• 6.3 模拟喷涂实验
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况