耐高温性范文

耐高温性范文（精选10篇）

耐高温性 第1篇

通常风冷式模块机组安装在空旷的室外, 这样就拥有足够的新风来进行补充。然而, 在对整体设计进行考虑时, 又需将机组安装在室内, 只有保证足够的送风及排风空间, 设备运行才能稳定, 才能更好地满足工作需求。当安装空间受限不足时, 在运行过程中, 将会导致高温故障报警或设备停机, 无法满足工作需求。

本文将针对风冷式模块机组安装空间不足的现象, 探索其解决方案, 进行实地性的改造, 以保证设备运行稳定。

1 基本概念

风冷式模块机组 (图1) 是以空气为冷 (热) 介质, 作为冷 (热) 源兼用型的一体化中央空调设备, 可分为单冷型和热泵型, 其中热泵型风冷式模块机组集制冷、制热功能于一体, 既可供冷, 又可供热, 能实现夏季降温、冬季采暖, 一机多用。

风冷式模块机组集高效、低噪音、结构合理、操作简便、运行安全、安装维护方便等优点于一体, 能够满足电子、制药、生物、轻纺、化工、冶金、制药、电力、机械等行业的工艺性的空调系统的不同使用要求。另外, 机组布置灵活, 外形美观, 节省建筑空间, 调节方便, 可以单独停、开而不影响其他房间。

2 技术特点

风冷式模块机组作为一种兼用型的一体化中央空调设备, 能够满足各行业的工艺性的空调系统的不同使用要求, 其具有以下技术特点:

(1) 模块化设计:可根据用户需要进行多机自由组合。

(2) 高效节能:机组采用了高效的涡旋式压缩机和换热器, 对系统进行了最优化的匹配, 换热高效。多压缩机多回路设计具有多级能量可调能力, 同时可降低启动电流, 减少电力投资。单冷机组制冷能效比分别高达3.17和3.32, 达到国家节能产品标准。

(3) 安装方便:每个模块自带2根主水管, 两侧均可连接, 可方便地在现场与其他模块拼接, 且拼接时不需考虑主模块与子模块之分。

(4) 控制先进:单模块为大屏幕液晶显示线控器控制, 多模块为集中控制器控制, 多达8个模块可灵活拼接, 集中控制, 操作简单。

(5) 自由配接:机组可以配接不同形式的末端产品, 满足客户不同的需要。

(6) 运行噪音低:机组采用涡旋压缩机和低噪声风机, 运行噪声小。

(7) 运行安全:机组采用了多重保护功能, 确保了机器的使用寿命。

3 安装方式

风冷式模块机组采用模块化设计 (图2) , 可安装在室外, 也可安装在室内。安装在地面或合适屋面的室外时, 具有足够的通风量, 设备运行比较稳定, 能更好地满足工作需求。故一般情况下安装在室外, 使其具有足够的安装空间, 运行环境温度在15~46℃。

但是, 鉴于对厂房整理布局的考虑, 需安装在室内时, 则对室内的安装条件具有一定的要求:

(1) 机组安装在机房内, 地面要求平整, 具有足够的承重量。

(2) 机组间距必须保证具有足够风量通过盘管。

(3) 顶部安装排风风管引出室外, 以防止在机房内形成回流。

(4) 机房可设置进风百叶窗, 用于为机组提供良好的通风。

(5) 方便冷凝水的排放。

(6) 必须避免机组与房屋共振以及产生回音。

在室内的安装过程中, 为了防止冷凝器空气回流, 避免机组运行故障, 对其最小安装距离进行限制, 如图3所示。如果不能满足其间距, 机组通过盘管的空气就会受到限制, 或者导致排风回流, 机组的性能可能受到影响, 或者出现运行停机故障。

4 现场安装应用中存在的问题

在厂房的设计和规划建设中, 各项能源值计算的实际值和理论值存在一定量的偏差, 或者是出于对厂房外观的综合布局考虑, 在最终的建设过程中, 机组的安装空间不能达到设计安装所约束的最小空间尺寸, 导致通过盘管的空气受到限制, 发生排风回流现象, 形成高温故障报警。图4、图5为受空间限制的风冷式模块机组现场安装模式。

此种安装模式的实际安装空间和设计安装空间存在较大的差异, 导致由热泵机组排风口排放的冷却热都散在室内, 使该空间温度急剧上升, 同时形成排风回流, “V”型空气侧换热器吸入高温空气, 运行过程中, 压缩机过载、排气温度过高形成恶性循环, 最终导致设备故障报警和停机而无法工作, 尤其是在高温夏天, 这种情况更为严重。

5 改造方案

为了保证机组正常运行, 达到稳定的冷却效果, 其关键点是保持室内通风, 及时排除热空气, 引入室外新空气, 保证“V”型空气侧换热器吸入的新空气温度在15~46℃。针对这些情况, 我们可以进行如下技术改造:

(1) 在主机冷凝风扇口上加装导流风管, 将热空气引出排向室外。

通过导流风管将主机的排风直接引至室外。在加装导流风管的过程中, 对于风管及弯头的选择十分重要, 它将直接影响排风气流的输送效果。风管可分为圆形风管、矩形风管、扁圆风管等多种, 其中圆形风管要想达到阻力最小的高度, 其尺寸最大, 制作复杂, 所以在改造过程中以矩形风管为主。风机排风管口的面积应与风机出口面积保持相同, 且保证至少1 000 mm直管段, 以防止排风回流。风机出口与风管连接时应采用柔性接头, 以避免传递振动。在不锈钢风管咬口缝、铆钉缝、法兰翻边四角等缝隙处涂上密封胶 (如中性玻璃胶) , 防止空气输送过程中发生泄漏。涂密封胶前应清除表面尘土和油污。

在选择风管弯头时, 不能随便弯, 弯头无导流叶片时, 其弯曲半径R最小不得小于1/2W (W为风管的宽度) , 一般以1W为宜。风管弯头半径按风管宽度计算, 也就是弯头的长边半径为宽度的1.5倍, 短边半径为宽度的1/2。设计风管系统时, 弯头与弯头之间、弯头与出风口之间的距离不能过小。过小则涡流严重, 气流分布不均, 出风口排风达不到设计的送风量。通常出口设在一个弯头之后时, 由弯头至出风口的距离应为:普通弯头不带导流叶片时, L≥8W;普通弯头带导流叶片时, L=4~8W。图6、图7为添加排风管后的前后对比, 图8为排风管的设计。

通过加装导流风管, 将原来排放在室内的热空气引出到室外, 进风百叶窗又为“V”型空气侧换热器提供了新鲜空气, 大大降低了机组的运行负荷, 减少了故障报警和设备停机次数, 保证正常的工作需求。

(2) 在“V”型空气侧换热器处增加自来水雾化喷头, 进行表面雾化冷却喷淋。

在高温的夏季, 外界环境温度可能会高出机组运行所需要的环境温度, 即使通过排风管将热空气排除室外, 但是“V”型空气侧换热器通过百叶窗吸入的空气温度依然很高, 同样会造成负荷报警或者制冷能效降低。为有效地解决这种现象, 通过在每个模块的“V”型空气侧换热器增设2个雾化冷却喷淋装置, 将自来水加压后形成雾化, 喷淋到换热器表面, 进行冷热交换, 对其进行表面降温, 使其吸入的高温空气经过热交换后保证在正常的温度范围。有效防止因吸入空气温度过高而发生故障报警或停机, 保证正常工作需求。图9、图10为添加雾化喷头的前后对比。

6 结语

环保耐高温颜料 第2篇

钴蓝

颜料代号：PB-28

钴蓝化学名称：钴蓝

钴蓝化学性质： 钴/铝 氧化物（Co-Al-O）

钴蓝颜料索引号： 颜料蓝28/P.B.28(77346)

钴蓝CAS号： 1345-16-0

钴蓝外观： 蓝色粉末

钴蓝晶型： 尖晶石型

技术指标：

耐热性(℃)

耐光性（1-8级）

耐候性（1-5级）

吸油量（cc/g）

PH值

平均粒径（µm）

产品特性

钴蓝具有一种独特的红光蓝色：色调鲜明，色泽艳丽，易分散；

钴蓝优良的耐热、耐候、耐酸碱性，耐各种溶剂性；

而且钴蓝遮盖力好，无毒。具有特殊防远红外功能，是军事伪装涂料理想选择颜料。产品用途1200 8 5 28-37 7-9 ≤2.5

钴蓝适用于外墙涂料,氟碳涂料,建筑涂料,工程机械涂料,航空及船舶涂料,汽车涂料,伪装涂料,卷钢涂料,道路标志涂料,岩体壁画涂料,绘画涂料；粉末涂料,油性涂料,水性涂料；耐晒涂

料，耐候涂料，抗紫外线涂料，耐高温涂料等;

另外，钴蓝因具有特殊防远红外功能，是军事伪装涂料理想选择颜料。

钴蓝还可用一般塑料,工程塑料,特种塑料,色母粒等;

钴蓝也可以用于彩色玻璃,日用搪瓷,建材陶瓷(釉上,釉下),彩色油墨,彩色砂石等领域.另外钴蓝颜料经SGS检测，完全符合欧盟ROHS标准、欧盟EN71-3标准，美国ASTM F963标准和日本SONY标准，可应用于对环保性能有要求较高的领域，如食品包装容器，儿童玩具，生活餐具等

钛 镍 黄

钛镍黄(P.Y.53)

钛镍黄化学名称：钛镍钛黄/钛镍黄/钛铬黄(绿光钛黄)

钛镍黄化学性质：镍/锑/钛 氧化物（Ti-Ni-Sb-O）

钛镍黄颜料索引号：颜料黄53/P.Y.53(77788)

钛镍黄CAS号：8007-18-9

钛镍黄外观：黄色粉末

钛镍黄晶型：金红石型

技术指标：

耐热性(℃)

耐光性（1-8级）

耐候性（1-5级）

吸油量（cc/g）

PH值

平均粒径（µm）

产品特性1000 8 5 11-17 7-9 ≤2.5钛镍黄易分散，具有良好的遮盖力，优异的耐光、耐候、耐热稳定性，耐酸碱及化学腐蚀性，无渗色和迁移。钛镍黄与大多数热塑性和热固性树脂相容，是一种国际上公认的无毒环保颜料。传统的颜料，无论是有机的，还是无机的，都不具备以上全面功能。钛镍黄其色谱范围可从绿光淡黄、正黄直至红光黄。钛镍黄适用于现代涂料(外墙涂料，氟碳涂料，航空涂料，船舶涂料，汽车涂料，高档烤漆烘漆色漆等)和工程塑料、建筑材料(建筑陶瓷，彩色玻璃，彩色砂石)等的高性能要求。

产品用途

钛镍黄适用于外墙涂料,氟碳涂料,建筑涂料,工程机械涂料,航空及船舶涂料,汽车涂料,军用伪装涂料,卷钢涂料,道路标志涂料,岩体壁画涂料,绘画涂料;粉末涂料,油性涂料,水性涂料;耐晒涂料，耐候涂料，抗紫外线涂料，耐高温涂料等;钛镍黄还可用一般塑料,工程塑料,特种塑料,色母粒等;钛镍黄也可以用于彩色玻璃,日用搪瓷,建材陶瓷(釉上,釉下),彩色油墨,彩色砂石等领域.另外钛镍黄颜料经SGS检测，完全符合欧盟ROHS标准、欧盟EN71-3标准，美国ASTM F963标准和日本SONY标准，可应用于对环保性能有要求较高的领域，如食品包装，儿童玩具，生活餐具等。

耐高温品种“中麦895”表现突出 第3篇

气候变化已成为制约我国小麦生产和粮食安全的重要因素。今年夏季，小麦主产区普遍遇到38℃以上高温胁迫，耐高温差的品种枯干逼熟，不仅种子瘪，产量低，而且加工和营养品质也明显下降。在这种情况下，中国农业科学院作物科学研究所和棉花研究所合作育成的高产抗病广适性小麦新品种“中麦895”，灌浆快，叶子持绿成熟，籽粒大且饱满，被农民誉为耐高温的新品种。

相关专家认为，“中麦895”实现了高产潜力与抗病抗逆性的良好结合，矮秆抗倒，粒大饱满，耐高温，于2012年通过国家小麦品种审定，在黄淮南片有重大推广价值。适宜在黄淮南片的河南省中北部、江苏和安徽省北部、陕西省关中高水肥条件下种植。播期以10月上中旬为宜，亩播量以8～12千克为宜，应注意蚜虫、纹枯病和赤霉病等病虫害的综合防治。

据介绍，这一品种有四大突出特点：一是高产稳产抗倒伏，在国家黄淮南片冬水组区域试验中平均亩产547千克，比对照“周麦18”增产4.8%。大面积示范中表现更为突出，今年安徽省颍上县红星镇连片种植“中麦895”近千亩，在一水不浇的情况下，预计平均亩产643.7千克；河南省新乡县小冀镇连片种植该品种2500多亩，在仅浇2水的情况下，预计平均亩产600.2千克。二是抗病性好，经中国农业科学院植保所鉴定，“中麦895”抗条锈和白粉病，赤霉病相对较轻。2012年在黄淮麦区赤霉病大发生的条件下，“中麦895”的赤霉病发病相对较轻，平均病穗率仅为6.2%，而“矮抗58”的平均病穗率高达15.6%。三是后期耐高温能力特别强，适应性广，是应对气候变化的理想品种。后期高温已成为我国小麦生产的重要制约因素，现有品种往往后期存在不同程度的早衰，而“中麦895”根系活力强，叶功能期长，耐后期高温，灌浆速度快，成熟落黄好。四是面条和馒头品质较好，达到优质中筋麦的标准。

铁基高温合金的抗氧化性研究 第4篇

1 实验

1.1 实验样品及设备

本次实验所用合金粉末样品以成分接近GH113为基准, 对此种试样进行切块, 并通过XRF成分分析, 结果如下:这是一种铁基高温合金, 主要成分涉及到还原铁粉、硅粉、铬粉、镍粉以及铝粉, 其中Ni含量较低, 使其奥氏体稳定性较差, 较高的Cr含量使其在1000 (9) 下具有较好的抗氧化性。不含Al则使合金在1000 (9) 以上的高温下, 表现出极差的抗氧化性。同时, 在保证合金的力学性能下应适当增加Al和Si的含量, 再进一步对该样品进行物相分析[1], XRD结果显示该铁基高温合金相比较简单, 主要组成相为:Fe0.64Ni0.36, Ni-Cr-Co-Mo和少量奥氏体相Cr-Ni-Fe-C, 合金化实验所用保护气体为纯度在99.99%以上的氩气。

1.2 实验方法及流程

(1) 对铁基高温合金在1200 (9) 以上高温空气下的表面氧化机理研究, 测试出其氧化激活能、氧化速度常数和增重率随时间的变化曲线。

(2) 采用单因素变量法研究元素Al、Cr和Si对其高温表面氧化行为的影响。

(3) 研究氧化膜形貌对铁基高温合金抗氧化性的影响, 整个试验流程如图1-1。

1.3 实验内容

作为铁基合金的抗氧化性实验设计, 其目标是使铁基粉末材料具有更优良的高温组织稳定性及抗氧化性[2]。

按照GB13303-1991-T钢的抗氧化性能测定方法对样品进行抗氧化性试验检测, 整个实验过程一共100h, 其中每25h一个周期将样品取出称重。通过对称重结果的处理, 可以得到每一组试样的高温氧化增重速率K, 并以此来界定试样抗氧化性的好坏。

实验过程中按照样品的XRF成分分析结果对铝、硅、铬和镍的含量进行配比, 利用真空电弧炉熔炼得到的合金试样, 得到其抗氧化性随着各元素的含量变化如以各图所示:

由上图可知当铝的含量在3%左右时, 合金基体的抗氧化性会达到最大化, 因此在本次试验中选取铝的含量在3%左右为最佳, 硅含量取值范围在1.5%左右适宜, 铬的含量达到20%, 选取镍的含量大于8%。

为了更进一步确定各因素对实验指标影响的重要程度, 本文以下部分将采用正交实验来进一步优化最佳工艺参数。在结合单因素实验探究的基础上, 正交实验以氧化增重速率为评价指标, 选用4因素5水平的正交表 (L16 (45) ) 进行实验, 实验充分考虑各因子之间的交互作用, 试验顺序随机安排, 取其试验结果的平均值为最终结果。

2 结果与讨论

2.1 正交试验结果与分析

按照实验方案得各因素对高温抗氧化的影响程度大小顺序是:Al>Si>Cr>Ni, 通过对正交试验的分析, 合金粉末的配比为Al<4%, Cr 20%左右, Si>1.5%, Ni>8%。此时样品已经十分接近于完全抗氧化性。

2.2 实验样品性质对比检测

2.2.1 原炉用工件样品性质的检测

高温氧化增重实验过程中, 比氧化增重速率对应的是每个周期内氧化性试样的称重结果, 将这四个周期内氧化增重速率的数据整合后可得到原炉用工件样品的比氧化增重速率曲线如图2-1所示, 其中的曲线表示比氧化增重, 折线表示比氧化增重速率[4]。

对高温氧化后式样进行物相分析如图2-2所示, 可以看到相中基本不含Cr2O3, Cr都形成了Cr2Ni O4和Co Cr2O4等复合氧化物, 说明在1200 (9) 下, Cr2O3已经起不到抗氧化作用。试验样品中出现Fe2O3, 说明基体的内氧化已进一步发生。

图2-3为实验后试样在扫描电镜下的外貌形态, 通过对最后一个图中的1, 2部分进行EDS能谱分析, 我们可以得到如下表所示的微观区域内的氧化膜成分。氧化膜的主要成分是Si O2, Cr2Ni O4和Ni Fe2O4。氧化膜并不具备完整的Cr2O3, 无法阻止内氧化的进一步进行, 同时, 这也进一步验证了前面对此炉用工件样品的抗氧化性的判断。

2.2.2 合金粉末熔炉样块的检测

高温抗氧化实验得到的14#试样和铁基高温合金的单位面积氧化增重速率曲线如图2-4所示。其中Fe代表的是上节中给出的铁基高温合金原样的单位面积增重曲线, 在这里整个氧化增重曲线呈现出抛物线规律, 说明14#试样表面的氧化膜在整个合金表面上形成后, 由于生成的氧化膜阻碍金属的进一步氧化, 所以随着时间的延长氧化速度逐渐降低。大部分抗氧化合金在氧化开始时遵从抛物线规律。但是当氧化进行到一定阶段后, 由于形成的氧化膜脱落, 特别是在循环氧化过程中, 由于合金基体和氧化膜热膨胀系数的差异而产生应力, 容易使氧化膜破裂、剥落。这时, 抗氧化性能较好的高温合金能在破损处迅速生成新的氧化膜, 从而使氧化再次遵从抛物线规律。这种曲线走势也从另一个侧面说明了14#合金粉末熔块具有优良的抗氧化性[5]。

对14#合金粉末熔炼样块的XRD检测结果如上图2-5所示, 从中可以清楚地得知, 试样表面的氧化膜主要组成相是Al2O3和 (Al0.9Cr0.1) 2O3, 没有任何的铁的氧化物生成。从而可知, 由14#试样所得熔块经过100h高温抗氧化实验之后, 氧化膜十分的完整, 无任何内氧化发生。

同时, 在经过100h的高温抗氧化实验后, 通过对其表面进行SEM扫面电镜观察可知, 合金熔块表面并未出现鳞片状的结构, 相反可以看到氧化膜的分布均匀且致密。进一步利用SEM电镜对氧化膜表面出现的裂痕进行放大, 观察氧化膜的边界, 发现即使是在氧化膜的边界处, 氧化膜依然保持着特有的均匀性, 并未出现碎粒状的氧化膜边界。

同时, 对SEM图像中氧化膜的边界处利用EDS能谱分析和XRD得到的氧化膜的成分十分相似, 其主要成分是Al2O3, 因此利用此种成分配比得到的合金粉末具备了良好的抗氧化性[6]。

3 结语

(1) Al在铁基高温合金基体中的最佳含量是在Al<4%。铁基高温合金基体中过低含量的Al, 在温度超过1000 (9) 的高温下, 抗氧化性较差, 氧化膜的主要成分是Cr2O3, 不能形成完整的氧化膜从而阻止基体内氧化的发生, 氧化皮的脱落情况也较为严重。铁基高温合金基体中Al含量超过5%时, 其强度及硬度会急剧下降, 从而使合金的应用范围大大减小。

(2) Cr在铁基高温合金中的含量只需超过Cr 20%左右就可使基体具有较强的抗氧化性, 过量的Cr则会使基体的强度降低, 脆性变大。

(3) Si在铁基高温合金中的最佳含量Si不低于1.5%, 但Si过大, 增加了基体的脆性。

(4) Ni是通过与其他元素的相互作用才对铁基高温合金的抗氧化性有一定的影响。

(5) 通过单因素实验和正交实验研究, 可以得出的合金粉末的最佳配比。在此条件下, 得到的熔炼样块的抗氧化级别已经处于抗氧化级, 并十分接近完全抗氧化级。

(6) 将最佳配比的合金粉末熔炼样块进行100h高温抗氧化性试验后, 通过相应的检测设备XRD和SEM扫描电镜, 可知其氧化膜的主要成分是Al2O3和 (Al0.9Cr0.1) 2O3, 正式形成了这种致密的氧化膜, 得以使整个氧化过程中没有任何铁的氧化物产生, 且整个过程中, 氧化皮的脱落量明显减少。

摘要：铁基高温合金是一种普遍应用于国防、能源、航空以及核工业等领域的高温结构材料, 提高其抗氧化性对发展和改进铁基高温合金具有重要的意义。本文通过粉末合金化的方法对铁基高温合金的成分配比进行优化试验, 首先对工件样品进行成分分析和抗氧化性检测, 然后通过单因素实验分别考察了Al、Si、Cr和Ni等成分对铁基高温合金基体抗氧化性的影响, 在此基础上运用正交实验探究各因素的综合影响程度并最终获得12009下抗氧化性最佳的合金粉末成分配比的最佳参数, 即Al<4%, Cr在20%左右, 最佳含量Si不低于1.5%, Ni>8%, 这也为今后改进炉用铁基高温合金的抗氧化性能、降低制造成本和提高工件使用寿命提供了技术路线和实验依据。

关键词：高温合金,抗氧化性,单因素实验,正交实验

参考文献

[1]Jianting G.高温合金材料学[J], 2008.

[2]李向阳, 张通和, 马本堃.两种合金化Ti-Al合金的高温氧化行为[J], 北京师范大学学报 (自然科学版) , 1999, (02) .

耐高温隔热保温涂料不断改进创新 第5篇

耐高温隔热保温涂料不断改进创新

耐高温隔热保温涂料特点，水性无机绝热涂料，采用志盛威华特制的高温溶液并选用纳米陶瓷空心微珠、硅铝纤维等为无机原料精加工而成，耐温幅度在-80—1800℃，涂层导热系数只有0.03W/m.K（70℃测），ZS-1耐高温隔热保温涂料能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导热，隔热保温抑制效率可达90%左右，可抑制高温物体的热辐射和热量的传导散失，对物体内部热量可保持70%以上的不散失，对低温物体可有效保冷并能抑制环境辐射热而引起的冷量损失，可防止物体冷凝发生。ZS-1耐高温隔热保温涂料还有隔音降噪、防火阻燃、耐磨耐压、绝缘抗击穿、耐酸碱、重量轻、施工方便、使用寿命长等特点。高性能的应用体现，新技术新材料的应用，耐高温隔热保温涂料今后还将有重大改进，导热系数还会下降到0.025W/m.K以下，使用其他性能也会达到最满意的要求。这一切都是以北京志盛威华公司遵循“创新-质量-信誉-品牌”这一主线，“发展涂料技术、创造高端自主品牌”，不断持续创新发展公司策略。北京志盛威华化工有限公司实行以“科技带动企业发展”的经营战略，公司现有科研技术人员28名，全部具有中级以上职称，硕士以上学历和高级工程师以上职称的专业技术人员占到62%。公司并在2003年投资建立技术科研中心，配有先进实验设备和检测设备。耐高温保温隔热涂料技术位于世界前列，涂料是一种高性能热阻隔复合型陶瓷隔热保温材料，军用高科技绝热涂层转为民用的一种多功能隔热保温涂料，采用国际上最新技术一体化隔热保温涂料成套生产设备，提高了隔热保温涂料的内在品质和各技术指标稳定性，大大提高工业设备节能率、降低能耗效果显着，在某些设备上使用，可以提高工业生产工艺状况，整体提升工业设备的质量，性能指标优异等。

耐高温性 第6篇

聚合物类缓凝剂是由小分子单体合成的,可以通过引入特殊功能官能团对聚合物一些性能进行完善,从而使之富有更好的活性。合成出缓凝性能优良的聚合物类缓凝剂,可以在含有COOH、SO3H聚合物的基础上,引入PO(OH)2,从而改善AMPS/AA低聚物和有机磷酸(盐)抗温能力不强的缺陷,合成出性能良好的聚合物类耐高温缓凝剂。

1 实验部分

1.1 实验设备及实验药品

三口烧瓶250m L、冷凝管、水浴锅、搅拌机、增压稠化仪、红外光谱仪Paragon1000、LC-10A高效液相色谱。

烯丙基氯(分析纯)、亚磷酸(分析纯)、氯化镍(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(工业品纯度≥98%)、丙烯酸(分析纯)、过硫酸铵(分析纯)

1.2 单体AP的制备

在带有回流冷凝器和搅拌器的三颈瓶中,加入按一定比例配制的亚磷酸和烯丙基氯混合液,加入催化剂,控制温度反应一定时间后,得到含有膦酸基的烯类单体AP。

1.3 三元共聚物合成原理

AMPS、丙烯酸(AA)和含膦酸基的烯类单体AP都含有不饱和双键,加入引发剂,在一定温度下,双键打开而进行自由基聚合反应,得到三元共聚物。其聚合反应如下(图a)

1.4 共聚物的合成

分别称取一定配比的AMPS、丙烯酸(AA)和含膦酸基的烯基单体AP,配制成水溶液,放入到250m L三颈瓶中,用5mol/L的氢氧化钠溶液调节体系p H值,加热至反应温度后,在搅拌下,滴加引发剂,恒温反应一定时间,即得到三元共聚物。

2 实验结果与讨论

2.1 共聚物的红外光谱分析

其中3444.24cm-1处为酰胺基团中N-H的伸缩振动吸收峰;2975.82cm-1处、2942.84cm-1处为羧酸C-H伸缩振动吸收峰;2386.80cm-1处为P-OH的伸缩振动吸收峰;1662.34cm-1处为酰胺基团中C=O的伸缩振动吸收峰;1573.63cm-1处为羧酸基团中C=O的不对称伸缩振动吸收峰;1411.64cm-1处为C-S伸缩振动吸收峰;1220.72cm-1处为膦酸基团中P=O的不对称伸缩振动吸收峰;1016.58cm-1处为膦酸基团中P-O的伸缩振动吸收峰;1047.16cm-1处为磺酸基团中S=O的对称伸缩振动吸收峰;773.32cm-1处为长碳链骨架上C-H的弯曲振动吸收峰;628.68cm-1处为磺酸基团中S-O的伸缩振动吸收峰。

由以上谱图解析可知,合成产物中有SO3H、COOH、PO(OH)2、酰胺基等官能团的特征峰,囊括了AMPS、AA和AP单体上的所有特征官能团;另外在1635cm-1~1620cm-1没有出现C=C的伸缩振动吸收峰,表明样品中无单体存在,而且在773.32cm-1处新出现了长碳链骨架上的C-H的弯曲振动吸收峰。由此表明三种单体进行了充分的共聚,检测的样品就是目标共聚物。

2.2 单体比例对聚合物缓凝性能的影响研究

单体比例决定分子结构及功能基团的多少,对聚合物的性能影响较大。研究不同单体配比对聚合物缓凝性能的影响,固定反应条件:反应浓度25%、反应温度80℃、引发剂用量1.0%、溶液p H值6~7、反应时间3h。AMPS/AA二元聚合物本身用作油井水泥浆缓凝剂时,AA的摩尔含量不应低于50%,低于此值时,缓凝剂的缓凝作用甚微。单体配比设计及稠化时间如表1。

稠化时间测定配方:夹江G级水泥+35%砂+1.0%降失水剂+1%HN-2(式中百分比按水泥计算,下同),(水固比W/S=0.44)。测定条件:130℃84MPa。

由表1得出:在相同稠化条件下,样品2#表现出较好的缓凝性能,即AA:AMPS:AP(摩尔比)为3:1:1.5时,该聚合物的缓凝性能最好。

3 HN-2缓凝剂性能评价

3.1 稠化时间

研究在不同温度、压力下,缓凝剂HN-2在水泥浆中加量对稠化时间的影响,结果如表2。

90℃50MPa、105℃65MPa条件下配方:

夹江G级水泥+0.8%SZ1-2+HN-2(W/S=0.44)。

120℃80MPa、130℃90MPa、150℃110MPa条件下配方:

夹江G级水泥+35%砂+1.0%SZ1-2+HN-2(W/S=0.44)。

从表2可以得出,缓凝剂HN-2在90℃~150℃下有较好的缓凝性能,HN-2不仅可以在较广的温度范围内使用而且具有优异的耐温性能。通过调节加量可以较好的延缓水泥的水化,从而延长稠化时间,以满足高温固井对水泥浆的要求,保证固井施工顺利进行。

3.2 抗盐性能研究

在盐膏层井段固井施工作业时,地层中的盐将会扩散到水泥浆中,从而使水泥浆的性能发生变化,表现为产生闪凝和超缓凝等现象,从而影响注水泥固井施工的安全性。因此,缓凝剂的抗盐性能也需要考虑。在100℃60MPa、改变盐掺量的情况下,对缓凝剂HN-2的抗盐性能进行研究。实验结果如表3。

配方:夹江G级水泥+35%砂+1.0%SZ1-2+0.3%HN-2(W/S=0.44)。

从表3得出,淡水水泥浆和盐水水泥浆在稠化时间上变化幅度不大,这说明缓凝剂HN-2具有良好的抗盐性,可用于盐膏层固井和含盐量高的地层。

3.3 流变性

水泥浆的流变性是指它的流动和变形特性。流变性是水泥浆的一个重要施工指标。在固井施工作业时,在可泵送时间(稠化时间)内,水泥浆应具有良好的流变性以满足注水泥作业的顺利进行,以达到实现优化顶替效率的目的。

注:以盐含量为0的水泥浆稠化时间为差值基准,表示为“”

在90℃的条件下,测试缓凝剂HN-2对水泥浆流变性能的影响,实验结果如表4。实验配方:夹江G级水泥+HN-2(W/S=0.44)。

由表4可以看出,随着HN-2加量的增加,n值增大,K值减小,说明缓凝剂HN-2有利于改善水泥浆的流变性。

3.4 抗压强度

固井施工中加入到水泥浆中的外加剂可能会与水泥浆体系及水泥水化物相互作用造成水泥石胶结形态及孔隙率等发生变化,从而导致水泥石的强度发生了变化。一般来说,水泥浆凝固后24h形成的水泥石强度大于等于14MPa才能满足施工的需要。缓凝剂作为一种油井水泥外加剂,加入到水泥浆体系中也是影响水泥石强度的一个重要因素。为了考察缓凝剂HN-2加量对水泥石强度影响的大小,在90℃低温和130℃高温下,对水泥石的抗压强度进行了研究,实验结果如表5。

90℃21MPa条件下配方:

夹江G级水泥+0.8%SZ1-2+HN-2(W/S=0.44)。

130℃21MPa条件下配方:

夹江G级水泥+35%砂+1.0%SZ1-2+HN-2(W/S=0.44)。

由表5可以看出,高加量在90℃低温和130℃高温养护24h,水泥石强度分别为9.5Mpa和14.7MPa,这已经能支持套管所形成的轴向负荷,满足继续钻进的要求。

3.5 与降失水剂配伍性

良好的缓凝剂不仅要与不同种类水泥有很好的配伍性,而且必须与其他水泥外加剂有优良的相容性。选用了四种常用的降失水剂考察了缓凝剂HN-2与其是否有较好的相容性。实验结果如表6所示:

通过表6可以得出:随着缓凝剂HN-2加量的增加,水泥浆的失水量没有明显的变化。由此可知,缓凝剂HN-2与上述四种降失水剂的相容性良好。

4 结论

(1)通过对缓凝剂HN-2的缓凝性能研究得出,HN-2不仅对水泥浆有优异的缓凝性能,而且还具有较好的抗盐性能。温度在150℃,加量为2%时达到337min。

(2)在配浆水含盐量20%时,仍能具有较好的缓凝性能,且加量和稠化时间接近呈直线型关系,稠化曲线线形状正常。

(3)缓凝剂HN-2有利于改善水泥浆的流变性,对水泥石强度影响较小。在90℃和130℃的温度、21MPa的养护条件下,24h强度分别达到9.5MPa、14.7MPa,48h强度分别达到12MPa、16.5MPa,基本能够满足长封固段固井施工的要求。

(4)缓凝剂HN-2对油井水泥的选择性小,与常用的降失水剂也有较好的配伍性,对水泥浆的其他性能无不良影响。

参考文献

[1]佟曼丽.油田化学[M].石油大学出版社,1997:46～54.

[2]陈大钧,陈馥等.油气田应用化学[M].石油化工出版社,2006.7:100～103.

[3]赵福麟.油田化学[M].石油大学出版社,2000:87～90.

[4]邹建龙,屈建省.油井水泥缓凝剂研究进展[J].油田化学.2008,25(4):386～390.

[5]邹建龙,屈建省.油井水泥缓凝剂研究进展[J].油田化学.2008,25(4):389.

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[7]Rodrigues K A,Eoff L S.Functionalized polymers containing amine groupings and their use as retarders in cement slurries[P].US5368642,1994.

[8]Brothers L E,Lindsey D W,Terry D T.Set retarded cement compositions and methods for well cementing[P].US4941536,1990.

[9]Brothers L E.Low temperature set retarded well cement compositions and methods[P].US5472051,1995.

耐高温性 第7篇

NiFe2O4基金属陶瓷因具有良好的热稳定性和化学稳定性而被认为是最具潜力的惰性阳极材料[[1,2,3]]。近年来,NiFe2O4基金属陶瓷一直是铝电解惰性阳极研究的热点,金属陶瓷有一定含量的金属相,在高温下会与电解时在表面新生成的氧气发生氧化,同时暴露在空气中的阳极材料也会氧化,阳极氧化必然影响材料的导电性能,因此有必要研究阳极材料的抗高温氧化性,以适应电解时的恶劣环境。田忠良等[4]研究了NiFe2O4基金属陶瓷的抗高温氧化性,认为提高致度密有利于增强材料的抗氧化性。张凯等[5]研究了气氛控制烧结对17M/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷抗高温氧化性的影响,指出气氛烧结有利于提高金属陶瓷试样的抗氧化性。熊慧文等[6]研究了40(50Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的氧化机理,发现材料氧化之后形成了致密层,阻碍了元素的扩散,对陶瓷基体材料起到氧化保护性作用,与C.Honvault[7]的研究结果一致。

目前掺杂改性广泛应用于NiFe2O4基金属陶瓷材料的制备中,但大多通过单一掺杂剂改性来提高材料的致密度和其他性能。何汉兵等[8,9]研究了BaO和Yb2O3掺杂剂,发现BaO与10NiO-NiFe2O4陶瓷相生成了少量易流动的BaFe2O4和Ba2Fe2O5液相,促进烧结致密化;少量(0.25%和0.5%)Yb2O3掺杂也可以提高15(20Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的导电率和抗腐蚀性。席锦会等[10]研究TiO2掺杂剂对NiFe2O4陶瓷性能的影响,结果表明TiO2能够促进烧结和晶粒长大,可以提高材料的导电率和耐腐蚀性。姜滔等[11]研究了TiO2掺杂的17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的抗高温氧化性,发现TiO2可以降低扩散激活能,促进烧结,提高材料的抗高温氧化性。将不同类型的添加剂复合掺杂往往比单独掺杂的效果更胜一筹[12]。席锦会等[13]采用TiO2和V2O5复合掺杂Ag/NiFe2O4金属陶瓷,发现V2O5可以优化金属相在陶瓷中的分布,TiO2能够形成空位和导电电子,在两者共同作用下,试样的电导率显著提高。

WO3本身具有较强的耐腐蚀性能,且能稳定晶体结构,提高晶相转变温度[14]。祝时坚等[15]发现在La2/3Sr1/3MnO3多晶陶瓷中掺杂WO3,当WO3含量为15%时,陶瓷的晶粒尺寸明显细化。此外,WO3的空间结构随温度变化而变化,在升温过程中会出现3种不同的晶系,分别为单斜晶系(17~330℃)、正交晶系(330~740℃)以及正方晶系(≥740℃)。姚广春等[16]也认为掺杂剂ZrO2的空间结构随温度变化而不同,ZrO2掺杂有利于NiFe2O4基材料的致密化并提高材料的力学性能。

本实验在TiO2能提高17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷抗氧化性能的基础上,引入WO3掺杂剂,采用TiO2和WO3复合掺杂17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷,研究复合掺杂剂对材料的致密度和抗高温氧化性能的影响。

1 实验

1.1 试样的制备

采用分析纯的Fe2O3和NiO为原料,分别按质量分数为61.32%和38.68%的比例进行配料,经球磨干燥过筛后,再置于KSX2-10-14电阻炉中,在1200℃下煅烧5h,得到(NiFe2O4-10NiO)陶瓷粉末。然后在陶瓷粉末中加入质量分数为17%的金属Ni粉,并复合添加质量分数分别为2%和3%的TiO2和WO3,TiO2和WO3比例分别为1∶3和3∶1,依次为不同添加量的试样进行编号,如表1所示。再加入无水乙醇和PVA,经二次球磨干燥过筛,在300 MPa压力下压制成型,得到尺寸为Φ20mm×5mm的生坯,最后将生坯置于高温真空炉中烧结,其真空度为1.01×102Pa,烧结温度为1250℃,保温时间为4h,最终得到TiO2和WO3复合掺杂的17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷试样。

1.2 性能检测

对烧结的试样精磨和抛光,采用JSM-6360LV型扫描电镜观察试样的显微组织、氧化膜形貌,进行EDS分析;使用日本理学D/MAX 2500型X射线衍射仪对抛光后的试样及其氧化膜进行物相表征;利用Archimede排水法原理测定抛光后试样的相对密度和孔隙率。

采用质量增重法测量试样的氧化动力学曲线,首先对烧结制备的试样进行粗磨、精磨、抛光、干燥等预处理,用游标卡尺精确测量试样的尺寸,并计算试样的表面积,将试样放入底部有刚玉碎片的刚玉坩埚中,用电子天平对放有试样的坩埚称重,再将坩埚置于已升温至960℃并保持恒温的KSX2-10-14电阻炉中,在1h、4h、7h、12h、20h和30h取点,称量冷却后的试样在该时间点的质量,最后整理数据绘制氧化动力学曲线。

2 结果与讨论

2.1 相对密度分析

表2为TiO2和WO3复合掺杂17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷试样的相对密度和孔隙率。从表2中可以得知,TiO2和WO3复合掺杂试样比无掺杂试样的致密度显著提高,且所有试样致密度都较高,说明烧结温度(1250℃)和保温时间(4h)合理,有利于促进烧结致密化过程,其中2#和3#试样致密度相对较高,平均值分别达到98.76%、97.87%,比无掺杂试样分别提高了5.26%、4.37%。其他复合掺杂试样的致密度也在一定程度上提高了。这表明适量的WO3和TiO2复合掺杂有利于金属陶瓷试样的致密化进程。

2.2 显微形貌和物相分析

图1为0#、3#和4#试样的XRD图谱。从图1中可知,TiO2和WO3复合掺杂的金属陶瓷试样无新相生成,仅含有金属Ni相、NiO相和NiFe2O4相,TiO2和WO3由于含量太少,没有检测到它们的存在。从图1的右图可以观察到,3#和4#试样的NiFe2O4尖晶石衍射峰有微弱向右偏移的现象,这是由于TiO2和WO3固溶到NiFe2O4晶格中,使晶格发生膨胀,导致晶胞参数变大,从而使NiFe2O4衍射峰向右微弱偏移。

图2为不同含量的WO3和TiO2复合掺杂金属陶瓷试样的SEM图。从图2可以清楚发现3个相区,其中深色区为NiFe2O4相,灰色区为NiO相,白色区为金属相Ni,也并无TiO2和WO3相。这与图1分析相符合,再次验证了TiO2和WO3未与陶瓷材料反应生成新相,是固溶进了NiFe2O4尖晶石晶格中,这跟席锦会[10]选择TiO2单独掺杂时的结果一致。从图2中还可发现,复合掺杂TiO2和WO3的金属陶瓷试样的孔洞明显减少,金属相的分布也得到了改善,其中2#和3#试样的孔洞最少,最致密,金属相分布更加均匀,细小的金属相显著增多,尤其是2#试样,与用Archimede排水法测得的实验数据结果一致。对比0#试样,1#试样小孔洞明显减少,但存在大孔洞,所以致密度仅提高2.63%,金属相也没有明显改善;4#试样金属相有向网状联络状金属相发展的趋势,细条状金属相明显增多,但是孔洞比2#和3#多,相与相之间结合不紧密,出现了长条形的细缝。

本实验所制备试样的烧结过程为固相烧结,根据固相烧结理论[17],试样的烧结驱动力是烧结过程中系统自由能的降低,主要包括表面能和晶格畸变能。空位的产生是降低晶格内应力和表面自由能的有效途径之一。TiO2和WO3复合掺杂17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷会由于Ti4+和W6+取代Fe3+和Ni2+产生空位缺陷,增加烧结驱动力,加快烧结颈的收缩,促进烧结和致密化;并且Ti4+(0.067nm)与Fe3+(0.0645nm)和Ni2+(0.069nm)的离子半径不同,会产生少量的晶格畸变;W6+的离子半径(0.060nm)小于Fe3+和Ni2+的离子半径,可以进入镍铁尖晶石相八面体间隙位置,同样使NiFe2O4产生晶格畸变;再者WO3在烧结过程中存在晶型转变,出现体积变化,也导致晶格畸变(如图1所示),晶格畸变的增加,可以活化晶格,有利于扩散传质,提高扩散系数,加快气体和晶粒的扩散,也促进烧结致密化进程。1#和2#试样虽然同为2%的总掺杂量,但是TiO2和WO3的掺杂比例不同,Ti4+比W6+的离子半径大,同样含量的TiO2引起的空位会比WO3多,产生的晶格畸变大,因此使得1#试样的致密化程度比2#试样差。虽然2#试样中TiO2的含量已达1.5%,少量超过了单独掺杂时的最优掺杂量[11],可能会引起空位过多,导致NiFe2O4相的结构不稳定而出现反致密现象,但是少量复合添加的WO3可以稳定晶体结构,使NiFe2O4晶体结构更加稳定而达到致密的效果。3#试样由于总掺杂量为3%,相对于1#试样其空位浓度和晶格畸变都增加,因此致密度也得到一定程度的提高,使金属相分布更加均匀。当TiO2和WO3总含量为3%,比例为3∶1时,即4#试样,由于TiO2含量已达2.25%,TiO2含量超过理论值过多使NiFe2O4基体中产生过多空位,导致NiFe2O4相的结构不稳定,而少量的WO3复合掺杂已无法维持基体结构的稳定性,NiFe2O4晶体结构的不稳定会导致其离解产生少量的Fe2O3,阻碍晶界的迁移,抑制相与相之间的扩散,对致密化起反作用,从而出现晶界之间结合不紧密,小孔洞增多的现象。

2.3 抗高温氧化性分析

在铝电解实际生产中,阳极所处的温度为960℃,为了接近于实际生产,材料的抗高温氧化实验也在此温度下进行。图3为4#试样氧化12h前后的XRD图谱,显然氧化后主要是NiO相和NiFe2O4相,存在NiFe2O4相是由于氧化时间为12h,氧化不充分,随着时间的推移试样的氧化层表面基本为NiO相,说明高温氧化时主要是金属相Ni发生氧化反应生成NiO。

图4为0#、1#、2#、3#和4#试样的氧化动力学曲线。从图4可以看出,所有试样的氧化动力学曲线基本都符合抛物线规律,且初期氧化速率都较快,后期趋于平缓,最后氧化重量基本稳定。TiO2和WO3复合掺杂试样的氧化速率明显低于未掺杂试样,其中2#和3#试样的抗高温氧化性最好,氧化30h后的氧化增重分别为5.1106 mg/cm2和5.0539mg/cm2,比未掺杂试样的氧化增重(9.9347mg/cm2)显著减少;1#和4#试样的氧化增重量也在一定程度上降低,但效果不突出,由此可知2#和3#试样为最优掺杂成分。

图5为TiO2和WO3复合掺杂金属陶瓷试样在960℃氧化30h后的氧化截面形貌图。图6为1#试样在960℃氧化30h后的氧化层分区图。氧化层可分为3层:致密浅灰色的外层A;由树枝状的浅灰色NiO相和深灰色的NiFe2O4相组成的致密层B;金属相消失的多孔层C。结合图5可以发现,氧化层(A+B)最薄的是2#和3#试样,其氧化层的厚度约为80μm;1#和4#试样的氧化层厚度接近,约为110μm;0#试样的氧化层厚度最厚,约为130μm,且0#试样最外层的致密层有很多细小的孔洞,且多孔层也很厚。这是因为0#试样自身的孔洞较多,扩散速度较快,使金属Ni原子不断从基体层向多孔层扩散,在原位产生大量空位,空位结合形成大量的孔洞。0#试样的致密层上有很多细小的孔洞,这给外界空气中的氧气和金属Ni的扩散提供了通道,加速了金属Ni和氧气的扩散速率,导致内层基体材料与氧气接触,加速试样氧化,抗高温氧化性也就变差。适量的TiO2和WO3复合掺杂试样,在试样表面形成了更加致密且薄的致密层,该致密层既可以抑制金属Ni向外的迁移扩散,也可以阻碍空气中的氧向内迁移扩散,直接对基体材料起到氧化保护性作用,提高了试样的抗高温氧化性。

致密度也是影响材料抗高温氧化性的一个重要因素。2#和3#试样因TiO2和WO3复合掺杂使试样的致密度显著提高,孔隙明显减少,金属相分布更加均匀,表面形貌更加规整,在氧化初期就会减缓试样外界氧气的向内扩散速率,直接降低氧化初期的氧化速率,使氧化增重最少(见图4),氧化速率更均匀。适量的TiO2和WO3复合掺杂后,TiO2和WO3在高温下不会离解或与NiO反应,而是弥散或固溶在NiFe2O4晶格中,在高温氧化过程中由于扩散作用,细小的WO3和TiO2会弥散分布于NiO膜中,抑制NiO晶粒的长大和晶界迁移,生成大小一致的细晶粒NiO,使体积膨胀更加均匀,利于扩散蠕变,导致形成的致密氧化层更加致密。形成致密保护层之后,有效阻止金属Ni和氧气的进一步扩散,降低氧化速率,最终使氧化层最薄。0#试样由于试样表面有大孔洞和很多细小的孔洞,在氧化初期就直接加大了试样的氧化速度,使氧化不均匀,氧化过程的体积膨胀也无法填补自身的孔洞,导致试样始终无法形成致密的致密保护层,使试样的抗高温氧化性较差。虽然1#试样致密度相对0#试样有所提高,但提高幅度不大,且试样表面出现大孔洞,在形成致密的保护层之前依然直接给金属Ni和氧气的扩散提供了通道,直接加速试样氧化初期的氧化速度,也导致氧化致密层的厚度比2#和3#试样的厚。4#试样由于相与相之间结合不紧密,有长条形状的细缝,同样为金属Ni和氧气的扩散提供了通道,加速初期氧化速率,也使氧化致密层的厚度比2#和3#试样的厚。

3 结论

(1)TiO2和WO3固溶到NiFe2O4晶格中,产生晶格畸变和空位,提高扩散系数,增加烧结驱动力,从而提高了致密度。其中TiO2和WO3复合掺杂量为2%(比例为3∶1)和3%(比例为1∶3)时的试样致密度比没有掺杂的试样分别提高了5.26%、4.37%。

(2)适量的TiO2和WO3复合掺杂有利于形成更加致密的具有氧化保护性的致密层,阻碍金属Ni向外迁移和空气中的氧向内迁移,从而极大地提高试样的抗高温氧化性。

耐高温节能涂料潜力无限 第8篇

耐高温节能涂料一般是指在较高的温度与较强的冲击下, 漆膜不脱落剥离, 仍能保持适当物理机械性能, 降低涂膜热交换效率, 提高隔热保温性的高温涂料。北京志盛威华的耐高温节能涂料为灰色和骨白色的浆体, 选用纳米陶瓷空心颗粒、硅铝纤维、耐高温溶液, 各种反射材料为主要原料, 导热系数只是0.03W/mK, 采用志盛威华特制高温溶液, 耐温幅度在-81～1 700℃, 能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导, 隔热保温抑制效率可达90%左右, 节能率可以达到90%, 可抑制高温物体的热辐射和热量传导的散失, 对室内热量可保持70%不散失, 在建筑上涂刷耐高温隔热保温涂料, 防火等级可以达到A级, 可以有效防火阻燃, 无任何挥发气体产生, 防水防潮, 使用寿命长, 是建筑防火隔热保温最好的材料。对低温物体可有效保冷并能抑制环境辐射热而引起的冷量损失, 可防止冷凝发生。

野罂粟种子耐高温研究初报 第9篇

1 材料与方法

1.1 种子

成熟的野罂粟种子。

1.2 处理与方法

试验温度设50℃、60℃、70℃、80℃4个梯度,用烘箱控制;种子设加水10%的野罂粟裸种和自然风干的野罂粟裸种2种,分别点播在内垫双层发芽纸的直径为12 cm的培养皿中,每皿放入100粒种子;加热时间设30 min、60 min、90 min和120 min 4个梯度。4次重复。各处理分别在上述特定的加热时间取样并进行发芽试验,8天时调查发芽率。

2 结果与分析

2.1 不同加热温度对野罂粟种子发芽的影响

由表1、图1可以看出:在用不同温度对野罂粟种子加热后,无论是加10%水的裸种还是自然风干的裸种,其种子的发芽率都随加热温度的增加而降低;加热温度在70℃以上,特别是在80℃时对野罂粟种子的发芽影响更明显;加热温度在50℃和60℃时对野罂粟种子的发芽影响不大,和对照(加热0 min)的发芽率几乎一致,为86%左右。

2.2 不同加热时间对野罂粟种子的影响

由图1可以看出:在4个加热温度梯度下,当加热温度为低温的50℃和60℃时,其加热时间的长短对种子发芽的影响不明显,种子发芽率均在80%以上,能够确保种子安全;当加热温度为70℃和80℃时,其

加热时间的长短对种子发芽的影响很大,随着加热时间的延长,种子的发芽率呈降低趋势。当加热温度为70℃、加热时间为120 min时,裸种的发芽率为72%;而当加热温度为80℃,加热时间仅为30 min时,裸种的发芽率仅有46%。

2.3 加热时水分对野罂粟种子的影响

由图2可以看出:当加热时间为90 min、加热温度为70℃时,加10%水的裸种和风干裸种的发芽率分别为66%和76%,即在相同的加热温度条件下,加10%水的裸种比风干裸种的发芽率低。这可能是由于加水后,其水分的温度随加热温度的增加而提高,进而增加了对种子发芽的影响所致。其他加热时间为30 min、60 min和120 min时种子发芽趋势与此一致。

3 结论

野罂粟种子的发芽率随加热温度、加热时间的增加而降低,加热温度在70℃以上时更明显;在相同的加热温度条件下,加水的裸种比不加水裸种的发芽率降低;当加热温度达到或超过70℃时,无论加热时间从30 min增加到120 min,野罂粟裸种和加10%水的裸种的发芽率陡降。考虑到野罂粟种子的安全性,在野罂粟种子丸化包衣时加热温度应控制在60℃以内,最高不超过70℃;加热时间应控制在60 min以内。在高温条件下,随着烘烤时间的增加,发芽势明显降低,说明种子在高温条件下可以加速老化。

参考文献

[1]李云祥,甄占萱,那淑芝,等.野罂粟种子形态、品质与萌发规律的研究[J].种子,2005,24(6):4～6.

改性有机耐高温树脂胶粘剂 第10篇

1 有机硅耐高温胶粘剂

有机硅高聚物具有优异的耐热性及耐候性[3]。Knight[4]根据等温热失重实验,以聚硅氧烷失重10%来考察有机硅树脂的热稳定性,发现各类侧基聚硅氧烷热稳定性顺序为:聚甲基苯基硅氧烷≥聚二甲基硅氧烷≈聚甲基乙烯基硅氧烷≥聚甲基三氟丙基硅氧烷(在空气中);聚二甲基硅氧烷≈聚甲基乙烯基硅氧烷>聚甲基苯基聚硅氧烷≥聚甲基三氟丙基硅氧烷(在惰性气体中)。因此可以通过改变侧基结构提高其热稳定性。

1.1 有机硅树脂胶粘剂的研究

孙举涛等[5]以甲基和苯基氯硅烷为单体,采用水解缩聚的方法合成有机硅树脂。其在氩气环境下400℃开始发生分解,500℃时的失重率为8.93%。贾梦秋等[6]以甲基和苯基烷氧基硅烷为原料,合成了分子量在6500左右且有很好的耐热性能有机硅树脂,在400℃时的失重为2.17%,在500℃时仅为7.12%。

日本国立材料化工研究所开发出由硅倍半环氧乙烷混合物与1,3-双苯基乙烯基苯共聚所得的称作“T8二炔”(H8Si8O12)的新型聚合物。这种混杂型材料能耐1000℃高温,该树脂可溶于苯和甲苯使之易于应用[7]。以甲基三氯硅烷为原料的梯形聚甲基倍半硅氧烷耐热性优良[8],500℃失重率为3%,而700℃仅为4%。

1.2 有机硅耐高温胶粘剂的改性

由于有机硅树脂胶粘剂具有需要高温下烘干、长时间的固化以及还有耐溶剂性能差的缺点。针对这一问题进行了广泛的研究[9],其中耐高温性能最突出的应属BK-20、BK-20M。这两种胶粘剂主要成分为聚氨酯、含改性碳十硼烷化合物以及固化催化剂[10]。用酚醛环氧树脂改性元素苯基甲基硅树脂,大大提高了胶粘剂的耐温性能。300℃时剪切强度能达到12.3MPa。由于该粘合剂在反应过程及调配过程中均无挥发性溶剂加入,使其工业上的应用范围得到提高[11]。美国专利介绍了一种在低温(100～140℃)固化,耐温至少可达600℃的胶粘剂[12]。其配方组成包括以下三组份:一个数均分子量超过120000的聚卡硼烷-有机硅氧烷化合物且有含量必须达到3%～30%乙烯基团直接于主链相连接;固化剂是两个端基为-SiH基团的化合物;用含有过渡金属的络合物作硅氢化反应催化剂。

2 环氧树脂耐高温胶粘剂

环氧树脂(EP)胶粘剂具有粘接性与耐温性能好、价格低廉以及粘接固化工艺简单等优点。但EP固化后存在交联密度高,存在内应力大、质脆和耐冲击性等缺点,在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用[13]。改性研究主要集中于提高其耐热性、增加树脂的韧性、寻找更好的固化剂以及简化固化的工艺条件等方面。

2.1 提高环氧树脂胶粘剂耐温性的研究

王超等[14]用双马来酰亚胺改性环氧树脂,以4,4-二氨基二苯砜为固化剂,很好的提高了环氧树脂胶粘剂的耐温性能。长谷川一等[15]利用烯丙基环氧树脂同端氢聚二甲基硅氧烷反应合成了含有硅氧烷链结构单元的新型硅改性环氧树脂(ESDGs), ESDGs质量分数为10%时可使固化物韧性增加40%且不降低耐热性。Chiang Chin-luns等[16]用双酚A和四乙氧基硅烷得到有机-无机混合物,通过溶液-凝胶法成功地把硅、磷与环氧交联网络结合在一起,从而提高了环氧树脂体系耐温性和阻燃性。

在环氧胶粘剂中添加其他类型耐热性树脂,如聚酰亚胺或酰亚胺化合物,或将其用作固化剂,同样可以提高环氧树脂的热稳定性和阻燃性。Wu Chuan-shao等[17]采用三苯基膦和甲乙酮作催化剂和溶剂使带羟基的马来酰亚胺与环氧基进行简单的加成反应,得到互穿网络结构。庞金兴等[18]合成出以钡酚醛树脂改性环氧树脂、丁腈-40、聚乙烯醇缩丁醛等为甲组分,复合多元胺类固化剂为乙组分的新型胶粘剂,在常温、接触压力下能够固化,具有较高的粘接强度和耐热性能。Sasidharan Achary等[19]选用羧基封端的聚丙二醇己二酸酯对环氧树脂进行改性,并以2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚作为固化剂,合成出室温固化的环氧胶粘剂,其使用温度可达120℃。

将卡十硼烷引入环氧胶粘剂的主链或侧链,可以使其短时间使用温度达到800℃[20]。用丁基锂、4-溴-1-丁烯和卡十硼烷反应制得1,2-双(3-丁烯)卡硼烷,然后再用三氟过醋酸氧化两个双键,制成1,2-双(环氧丁基)卡硼烷[21];制得的双环氧卡硼烷再与3%的三氟化硼乙胺络合物在室温下进行固化反应,制得的胶粘剂胶接的剪切试件在400℃下的剪切强度可达980psi(约为7MPa)。卡硼烷改性环氧树脂胶粘剂最大缺点是毒性大且制备工艺复杂。

2.2 增强环氧树脂胶粘剂韧性的研究

聚丙烯酸酯对环氧树脂的韧性改性效果较佳[22],而相溶性太差,这就限制了它的应用。互穿聚合物网络(IPN)自问世以来,因其具有可提高材料性能的协同效应而引起人们的广泛关注[23,24,25]。以环氧树脂为主体制备互穿网络聚合物,使环氧树脂增韧有了新的进展[26,27]。

Shailesh K Dhoke[28]采用有机硅树脂与环氧树脂得到耐温互穿聚合物网络树脂,在化学性能以及耐温性能上都比单一的硅树脂明显提高,这是由于有机硅树脂中过量的极性反应基团与环氧树脂之间形成了很强的互穿聚合物网络。Wise C W等[29]用多端基官能团的CTBN来增韧环氧二胺体系,发现CTBN不仅可起到增韧的作用,还能加速体系的固化。Chikhi N等[30]研究发现,用端胺基液体丁腈橡胶ATBN来增韧环氧树脂,可降低环氧树脂的凝胶化温度和固化温度。全一武等[31]在液体聚硫中引入聚脲硬段,得到液体聚硫聚脲,使得液体聚硫的Tg升高。液体聚硫聚脲增韧环氧树脂可有效保持增韧后环氧树脂固化物的拉伸强度和弹性模量,比直接用液体聚硫增韧环氧树脂断裂韧性更好,而粘接剪切强度相当。

3 杂环耐高温树脂胶粘剂

3.1 聚酰亚胺(PI)耐高温胶粘剂

聚酰亚胺热分解温度一般都在500℃左右,由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺,热分解温度可达到600℃。聚酰亚胺胶粘剂一般在-200～260℃都具有良好的力学性能,由于溶剂型聚酰亚胺胶粘剂工艺性能差,所以开发了芳基乙炔封端的聚酰亚胺胶粘剂。如Termid 600在204～232℃具有良好的流动性,玻璃化温度可以达到350℃,热分解温度为520℃。这种胶粘剂粘接钛合金的剪切强度常温可以达到22.1MPa,232℃热老化1000h后剪切强度为13.1MPa,260℃热老化1000h后剪切强度仍可达8.3MPa。

中国科学院化学研究所、NASA、美国空军研究中心以及北京航空研究院等研究机构分别采用降冰片烯酸酐[32,33]、对氨基苯乙烯[34]、2,2’-对环芳烃[35]、苯乙炔基[36,37]等进行封端,都得到了耐高温性能良好的树脂胶粘剂。但是工艺性能差和增韧困难依然是今后需要研究的问题。

3.2 双马来酰亚胺(BMI)耐高温胶粘剂

双马来酰亚胺是一种耐热性能介于环氧树脂和聚酰亚胺之间具有应用性能等优点的树脂。未改性的BMI树脂存在着熔点高、溶解性差、固化物脆性大等缺点[38]。宋崇健等[39]用氰酸酯改性BMI制得的胶粘剂失重起始温度为355.85℃,并可在230℃可以长期使用。张斌等[40]用4,4-二胺基二苯醚基二苯砜与顺丁烯二酸酐在醋酸钠、醋酸酐催化下合成二苯砜双马来酰亚胺,满足了400℃剪切强度大于2.0MPa的设计要求。

通过与耐温性能较好的热塑性树脂共混增韧可在一定程度上克服用橡胶增韧BMI后耐热性降低较多的缺点,其改性途径主要有两种方法:一种是热塑性树脂作为第二相进行增韧。Zhang Baoyan等[41]研究了不同质量百分含量的聚醚酮PEK-C对4,4-双马来酰亚胺基二苯甲烷(MBMI)/O ,O’-二烯丙基双酚A(DABPA)两组分体系进行改性后热性能和冲击性能的变化。结果表明:PEK-C的加入明显提高了树脂的冲击韧性,含量20%时韧性达到最大值。另一种方法是用热塑性树脂连续贯穿于BMI树脂网络,形成半互穿网络聚合物(S-IPN)进行增韧改性。体系中的热塑性树脂与BMI相互贯穿,两相之间分散性良好,相界面大,能够很好地发挥协同效应。因此树脂兼备BMI的工艺性和热塑性树脂的韧性[42]。

3.3 其他含氮杂环耐高温树脂胶粘剂

由3,3’,4,4’-四氨基联苯和4,4’-氧化双(苯乙二醛酯水合物) 反应合成的聚喹啉,由于填加了无定形硼,于371℃固化后的剪切强度优于其它有机胶粘剂。但是用喹啉粘接的部件需要在压力为1.38MPa的条件下,在344℃、426℃、455℃各加热1h固化。这种条件已超过了普通设备的工作温度,而且会造成被粘接材料的表面降解以及胶粘剂的热氧分解,目前仍无法进入生产领域。

聚苯并咪唑(PBI)是由芳香族四胺与芳香族二元羧酸或其衍生物缩聚制得。具有极好的热稳定性,是耐400℃以上高温复合材料理想的基体树脂之一。由于原料成本高昂,限制了其应用。

聚苯基喹啉(PB0)是由双(邻)苯二胺和对苯二甲酸化合物缩聚而成。在500℃加热3h不分解、易成膜,可用作大面积的粘接。金宁人[43]等以4, 6-二硝基间苯二酚和对苯二甲酸单甲酯为原料合成出AB型新单体:2-(对甲氧羰基苯基)-5-氨基-6-羟基苯并唑(MAB),进而均缩聚反应制备聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)。

刘金刚等[44]利用2,6-双(3’,4’-二氨基苯基)-4-氟苯基吡啶( FP-PA)与几种芳香族四酸二酐单体通过热缩聚、热环化反应成功制备了一系列具有半梯形主链结构的芳杂环聚合物-聚吡咯(PPy)。结果表明:所制备的聚吡咯玻璃化温度达367℃,在N2氛围中的起始热分解温度超过500℃,10%失重温度超过560℃。

4 三聚氰胺树脂耐高温胶粘剂

琚晓晖等[45]以有机硅采用化学共聚的方法对三聚氰胺甲醛树脂进行改性,让有机硅的羟基与羟甲基三聚氰胺进行醚交换反应生成嵌段结构,增加三嗪环之间的距离,使体系变得柔顺。相当于体系中加入了柔性链段[46]。

王汉清[47]以环氧树脂E-51、间笨二酚、三聚氰胺为原料,制得了低游离间苯二酚含量 (质量分数<1.0%)的树脂。优化后反应条件为:物料比=1.3,反应温度170～180℃,反应时间7.0h,三聚氰胺用量4.0g,树脂的分解温度可达到420℃。

降低甲醛的释放一直是研究热点之一,Tito V等的研究表明在酸、铵盐和金属离子催化作用下,于50～200℃下加热糖和胶粘剂如(尿素、苯酚、三聚氰胺等)的混合物,反应30min～18h可以得到部分聚合的可溶性树脂[48]。

陈栓虎等通过葡萄糖与苯酚[49]、尿素、缩二脲[50]的反应合成出了多种树脂胶粘剂。Jack Lubczak[51]研究发现当羟甲基基团上至少含有两个环氧乙烷时,甲醛分子就有可能永久的结合在氨基上。这一发现也为降低三聚氰胺树脂中游离甲醛的含量提供了一条新思路。

5 展 望

目前国内在高性能耐温胶粘剂的研究距发达国家还有一段距离,所以现在开发出高性能的树脂胶粘剂是我们的当务之急。今后耐高温胶粘剂的发展主要体现在以下几个方面:开发新型的单体;研制适合耐温胶粘剂的新型固化剂;对已有耐温树脂胶粘剂进行改性,提高其耐温性、物理性能,扩大应用范围。

摘要：综述了近年来国内外有机耐热胶粘剂的发展现状,介绍了各类耐高温胶粘剂的物化性能,以及提高耐高温性能的一些技术途径和改性方法,并对今后有机耐高温胶粘剂的发展趋势进行展望。