【摘要】：煤層自燃發(fā)火嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)外煤礦常用阻化劑進(jìn)行煤自燃的防治工作,然而常規(guī)的阻化劑溶液存在壽命短、穩(wěn)定性差、具有強(qiáng)腐蝕性等缺點(diǎn)。本課題在“溫控胞衣阻化劑熱釋放技術(shù)”的基礎(chǔ)上,研制了一種力學(xué)性能和阻燃性能良好的溫控胞衣復(fù)合材料。本課題以石蠟、硬脂酸作為基體材料,探究了不同種類(lèi)不同劑量的顆粒狀添加材料與纖維狀添加材料對(duì)基體力學(xué)性能及阻燃性能的影響,進(jìn)而選取了較優(yōu)異的添加材料,最后為使力學(xué)和阻燃性能顯著,特對(duì)選取的添加材料進(jìn)行復(fù)配實(shí)驗(yàn)。并對(duì)溫控阻化劑胞衣的形狀、大小、壁厚及阻化劑溶液釋放溫度進(jìn)行了科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。取得的主要成果及結(jié)論如下:首先,為了體現(xiàn)“溫控”這一特點(diǎn),根據(jù)煤炭低溫氧化階段的臨界溫度及實(shí)際使用條件,最終確定基體材料為石蠟(80%wt)+硬脂酸(20%wt),通過(guò)理論分析得出溫控阻化劑胞衣的最佳形狀為球體。其次,探究不同種類(lèi)不同劑量的添加材料對(duì)溫控胞衣復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,以抗壓強(qiáng)度為主要指標(biāo)。選用氫氧化鋁、3.5水硼酸鋅、氯化石蠟-70等顆粒添加材料以及短切玻璃纖維、短切聚丙烯纖維添加材料與基體材料單一復(fù)合后進(jìn)行壓縮強(qiáng)度測(cè)試。初步篩選出氯化石蠟-70、氫氧化鋁、3.5水硼酸鋅,短切玻璃纖維四種添加材料進(jìn)一步開(kāi)展阻燃性能的測(cè)試研究。并研究了不同球徑及壁厚的溫控胞衣球體的抗壓強(qiáng)度,分析得出最優(yōu)的球徑和壁厚分別為15mm和1.4mm。再次,研究分析初步篩選出的四種添加材料單獨(dú)作用于基體材料時(shí)溫控胞衣復(fù)合材料的阻燃性能,以熱釋放速率、燃燒表現(xiàn)指數(shù)、殘?zhí)柯实茸鳛榫唧w判斷指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:除氯化石蠟-70外,3.5水硼酸鋅、氫氧化鋁和短切玻璃纖維的加入均能加大石蠟-硬脂酸基體材料的阻燃效果及增強(qiáng)熱穩(wěn)定性。綜合各組試樣的力學(xué)性能和阻燃性能,可得出3.5水硼酸鋅,氫氧化鋁,短切玻璃纖維(1mm-2mm)的綜合性能較為優(yōu)異。最后,對(duì)其力學(xué)性能與阻燃性能進(jìn)行優(yōu)化,故對(duì)3.5水硼酸鋅/氫氧化鋁進(jìn)行復(fù)配,并為增強(qiáng)溫控胞衣復(fù)合材料的韌性,最終確定的配方是:氫氧化鋁(15%wt)+3.5水硼酸鋅(15%wt)+短切玻璃纖維(5%wt)+石蠟(52%wt)+硬脂酸(13%wt)。平均阻化液釋放溫度T_R是68.3℃,能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用條件。本文研究成果不僅為后期溫控阻化劑胞衣制備系統(tǒng)的深入研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)依據(jù),也能對(duì)相變材料的阻燃提供研究基礎(chǔ)。 【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD752.2;TB33

【圖文】：

并釋放內(nèi)部包裹的阻化劑溶液，進(jìn)而起到抑制煤題針對(duì)溫控胞衣復(fù)合材料中“溫控”的特點(diǎn)，所以選取一種能體狀態(tài)熔融至便于阻化劑釋放的狀態(tài)的基體材料非常重要，本相變材料。料的相變區(qū)間應(yīng)與阻化劑溶液釋放溫度一致，即煤層自燃的臨相對(duì)封閉，破碎的煤炭及遺煤氧化生成的熱量不能及時(shí)散出，溫升高，當(dāng)煤溫超過(guò)煤自燃臨界溫度時(shí)，將導(dǎo)致煤自燃[48]。而是從煤升溫開(kāi)始，胞衣球體吸熱直至發(fā)生相變至熔融釋放出阻的熱量降低煤層溫度，達(dá)到抑制煤自燃的目的。根據(jù)圖 2-1 煤9]。李林等提出由潛伏期到自熱期過(guò)渡期間，有個(gè)臨界溫度 TC℃），一旦超過(guò)這個(gè)溫度，煤自燃放熱與散熱就失去了平衡，導(dǎo)將導(dǎo)致燃燒[50,51]。只有在煤層溫度達(dá)到臨界溫度時(shí)，溫控胞衣相變釋放高含水無(wú)機(jī)鹽阻化劑溶液，進(jìn)而抑制燃燒[52]。所以溫度應(yīng)該稍微低于煤自燃的臨界溫度，而作為溫控胞衣復(fù)合材料點(diǎn)應(yīng)該稍微低于煤自燃的臨界溫度。

害、無(wú)污染、綠色環(huán)保，有利于國(guó)家可持續(xù)發(fā)種，按熔點(diǎn)大致分為 52、54、56、58 號(hào)[55的需求，本課題選用 58 號(hào)半精煉石蠟。例的確定，而且石蠟從熔融狀態(tài)到冷卻凝固過(guò)程中容的抗壓強(qiáng)度。汪靈等發(fā)現(xiàn)硬脂酸的加入，，能以硬脂酸的加入能增強(qiáng)石蠟的硬度。其中硬：50℃-62℃[56]，并研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加硬脂酸的蠟?zāi)踢^(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；當(dāng)添加硬脂酸的蠟硬度的同時(shí)，又不明顯降低石蠟的相變溫蠟（80%wt）+硬脂酸（20%wt）。如圖 2-2

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