材料物理性能范文（精选12篇）
材料物理性能 第1篇
关键词：无机材料物理性能,创新实践,能力培养,本科教学
无机材料在现代工业生产和科学研究的广泛应用要求我们设计出能够满足专业需要的新型材料, 在原有无机材料组成和结构的基础上, 深入了解和研究各项物理性能, 从而在微观结构角度设计材料是开发新材料的重要途径。《无机材料物理性能》是材料专业的一门重要基础课, 它从材料组成结构的角度阐述了无机材料的物理特性和本质, 包括力学、热学、光学、电学、磁学等性能及其发展和应用, 同时介绍了各种重要物理性能的原理及微观机制、性能的测定方法以及控制和改善性能的措施等。这些知识都是各个领域开发和应用无机非金属材料所必需的基本技术, 在实际工作中具有重要的意义。通过本课程的教学, 不仅需要让学生掌握无机非金属材料的力、热、光、电、磁等关键物理性能和本质, 同时更加需要学生获得无机材料物理性能的研究方法, 并能够运用所学的理论知识从微观的角度去改进和设计材料。因此, 在教学过程中要注重处理好传授知识与培养能力的关系, 培养学生既有扎实的基础理论知识, 又具备科学的思维精神和创新实践能力。
一、丰富教学手段
材料学科是一项非常基础的、同时又是一门非常具有挑战性的交叉学科, 它的每项发明创造都会对人类的社会生活和科技发展产生重要的影响。为了体现当代“厚基础、宽专业、多方向、强能力、高素质”的教学指导思想, 《无机材料物理性能》作为材料科学的一门重要的专业基础课程涵盖了材料学各个领域的物理性能, 本课程的教学在教授相关的专业基础理论知识的同时, 还有必要训练学生具备相应的实践与应用能力。鉴于此, 我们需要积极进行教学改革, 丰富课堂教学内容, 充分利用现代化教学手段, 积极培养学生的科学思维精神和创新实践能力, 以能力培养为主线, 以教学内容的实用性为突破口, 从根本上提高《无机材料物理性能》的教学质量。由于《无机材料物理性能》课程内容涵盖面广, 公式和基本概念繁多, 复杂的物理过程难以理解, 因而仅采用传统的“黑板+粉笔”的教学手段会让学生觉得课程枯燥无味, 容易产生畏惧甚至厌学的心理。多媒体教学相对于传统教学手段而言, 具有直观新颖、形象多样、信息量大等特点, 能有效的丰富教学内容, 活跃课堂气氛, 调动学生求知的自觉性和主动性, 开发学生的潜能, 从而有效提高教学效果。现代《无机材料物理性能》的教学也要与时俱进, 将“黑板+粉笔”的教学手段与多媒体的应用相结合。例如在讲解新的基本概念和原理的时候, 在使用幻灯片的同时, 更需要将公式的推导过程和重要结论在黑板上一步步的演示, 以帮助学生深入的理解并加深印象。而在演示诸如晶体结构和物理现象的时候, 多媒体的图、文、声、像并茂将有效地传递知识。在小结和复习的时候, 多媒体具有大容量和高效率的优点, 但必须注意节奏的控制以保证学生能够有足够的时间记录和消化知识要点。多媒体介入课堂打破了传统的灌输式教学模式, 是教学手段现代化的重要标志。但多媒体课件只是教师教学过程中一个强而有力的工具, 不能替代教师在教学过程中的主导作用, 运用多媒体是为了辅助教学, 其出发点和落脚点还是为了提高教学效果。因此在引入先进教学手段的同时也要处理好多媒体教学与传统教学的关系。在设计多媒体教程时, 要把握好多媒体的使用时机, 正确处理多媒体教学和粉笔、黑板、语言表达、学生思考提问之间的关系。另外, 课后教师还可以提供一些与课堂教学内容相关的比较有趣的资料给学生, 寓教娱乐为一体, 既丰富学习内容又能提高大家的学习乐趣。
二、理论知识与科研相结合, 加强实践教学环节
实践教学是高等教育教学体系的重要组成部分, 它与理论知识的教学关系密切、相辅相成, 是培养学生动手实践能力和创造能力的一条重要通道, 也是培养符合时代发展需要的高素质工程技术人才的重要环节。相对于理论教学, 实践教学更具直观性、综合性、创新性的特点。通过系统的实践教学, 不仅可以使学生的动手操作能力和创造能力得到提升, 同时还可以锻炼学生的协作精神、吃苦耐劳精神和敬业精神。教育部部长周济曾指出:知识来源于实践, 能力来自于实践, 素质更需要在实践中养成;各种实践教学环节对于培养学生的实践能力和创新能力尤其重要;实践对于大学生成长至为关键。目前, 大学教育在很大程度上是还以理论教学为主, 对实践教学的重视和投入相对较少, 特别是对材料科学专业的学生来说, 实践动手能力的薄弱已经成为影响其就业的一个重要因素。《无机材料物理性能》的教学在为学生进行知识传授的同时, 更要注重创造性认知能力和实践能力的培养, 这就要求教师在制定教学计划的时候就要加强实践教学环节所占的比重, 做到理论知识传授与实践能力培养相结合, 能力培养要贯穿教学全过程。实践教学的加强可以从以下几个方面着手步步深入:首先是课堂教学中针对重要知识点开展的相关实验, 包括教师占主导地位的随堂演示实验和学生占主导地位的实验课。其中的演示性实验既可以通过实验器材演示, 也可以利用多媒体制作的3D课件来演示, 要做到演示与展示相结合、学生动手与演示示教相结合。实验课最好是安排在相关理论知识学习结束后立即进行, 而不要统一安排在学期末, 这样更加有利于学生深入理解基本概念和原理。其次, 可通过组织本科生的创新实验, 将学生按其研究兴趣分组后带到实验室, 利用课余时间去协助研究生来完成部分相关实验课题, 真正意义的参与到科研中去, 实现以科研促教学。在具体的实验过程中要鼓励学生提出问题, 培养学生的批判性思维与创新实践能力, 以及与他人的合作精神。此外, 还可利用学期末的假期带领学生到相关的科研院所或者公司厂矿参观实习, 实际感受科学知识到生产力的转变、了解材料科学研究任务及其与经济建设的关系, 从而进一步激发学生的学习兴趣和创造欲。
三、考试多样化
课程考核作为教学过程的一个重要的有机组成部分, 对学生的学习水平和教师教学质量的评估都有重要作用。大学生学习的目的不是考试, 但考试确是衡量学习效果的重要手段, 是对学生学习状况和教师教学情况的反馈, 对学习和教学都具有重要意义。《无机材料物理性能》教学的最终目的是培养学生在实际科研生产中运用相关的基本概念和原理去优化和设计材料的能力, 而目前传统的单一课程考核方式不利于人才培养目标的检验, 对实际教学水平和教学成果也不能真实的反馈, 教学质量也因此受到了一定的影响。鉴于该学科教学内容和教学方式的多样性, 其考核成绩评定的方法也应该多元化。探讨多样化的考试机制、培养学生的科学思维能力和动手能力、提高《无机材料物理性能》的教学质量是一个重要的研究的课题。《无机材料物理性能》作为一门应用型的基础课, 在教授基本理论、基本概念的基础上, 更重要的是培养学生获得创新性的科学思维和动手能力、创造精神, 这不仅仅要体现在教学过程中, 同时也要体现在对学生学习成绩的考核过程中。考试的主旨是力求激发学生的学习兴趣, 促进学生获得创造性运用知识的能力。鉴于在教学过程中采用的多样化教学手段, 考核可采用与之对应的“理论考核期末+平时成绩”的成绩评定方式。其中平时成绩评定主要包括上课出席率、课堂提问回答情况、课堂报告情况、实验操作成绩、作业完成情况等几个方面。对于理论考的内容也要采取开放的方式, 变“死记”为“活用”, 同时理论考试的形式也可将笔试与口试相结合, 变“单一”为“多样”, 从根本上考察学生对知识点的掌握情况和应用能力。只有通过不断的进行考试改革探索, 采用灵活多样的考试考核方式, 才能够体现考试和学习互动的作用, 真正达到培养和提高学生综合素质的目的。
材料是人类社会发展的基础和先导、是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。在新形势下, 如何进行《无机材料物理性能》的教学, 既能保证学生掌握扎实的理论基础知识, 又让学生获得科学的思维方法和创新实践能力、进而能够运用所学专业知识进行再创造是一个值得深入探讨的问题。随着材料科技日新月异的发展, 《无机材料物理性能》课程的教学内容、教学手段和教学模式等需做到不断更新和完善、与时俱进, 才能使学生在今后的工作中能够灵活地应用所学的专业知识去创新和实践。
参考文献
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[7]刘强春, 材料科学基础课程教学体会[J].中国科技创新导刊, 2009, (20) :96-98.
材料物理性能考试重点2012 第2篇
第1章 固体中的电子能量结构和状态
1.解释下列名词：费密分布函数费密能能带导带禁带
2.对金属电子状态的认识经历了哪几个阶段？
3.运用晶体能带理论解释导体、半导体、绝缘体的导电性质。
4.布里渊区划分。
第2章 材料的电性能
1.表征材料电性能的主要参量有哪些？说明它们之间的关系。
2.何为金属的剩余电导率？它与金属纯度的关系是什么？
3.电子电导的载流子和金属导体中的载流子各是什么？
4.什么是超导性？评价实用超导体材料的性能指标有哪些？简述超导体的分类。
5.什么是迈斯纳效应？
第3章 材料的介电性能
1.解释下列名词：介电损耗介电击穿压电效应铁电畴铁电性电滞回线
2.介电击穿有哪几种形式？影响击穿强度的因素有哪些？
3.如何防止陶瓷电介质表面放电和边缘击穿现象的发生？
4.电介质极化的类型有哪几种？
第4章材料的光学性能
1.运用能带理论解释金属材料对可见光透过性能。
2.说明磷光体的组成，并举例说明磷光现象的应用。
3.激光有哪些特点？
第5章 材料的热性能
1.什么是德拜温度？如何测试德拜温度？
（提示：
a:根据Cmv= 12·R·(T/ΘD),用量热计法测出Cmv，便可计算出ΘD。3
b:根据ΘD=137·（Tm/M·Va）,用DTA或DSC测出Tm，便可计算出ΘD。
2/32C:根据α=A/(M·Va·ΘD),用热膨胀仪测出热膨胀系数α，便可计算出ΘD。）
2.比较金属、无机非金属及高分子材料的热膨胀系数大小，并解释造成它们之间热膨胀系数大小不同的原因。
3.简述膨胀合金的几种类型？
4.比较金属材料、无机非金属材料及塑料材料的导热系数大小。
第6章 材料的磁性能
1.什么是居里点？铁磁体有何特点？
2.画出铁磁材料的磁滞回线，并解释退磁、剩磁、矫顽力、磁滞损耗、磁滞伸缩现象。
材料物理性能 第3篇
关键词：材料物理性能微课；无机非金属专业；教学内容
引言
21 世纪科学技术高度发达和经济快速发展，材料的发展和应用水平已成为衡量一个国家国力强弱的重要指标。新材料的发展与应用，依赖于材料的物理性能的应用，因此要深入掌握材料的物理性能。材料物理性能课程是无机非金属材料专业平台重要的基础课，它从材料的组成、结构的角度阐述材料的物理性能及本质，包括力学、热学、电学、光学、磁学等性能，这些性能基本上都是各个领域在研制和应用无机非金属材料中对材料提出的基本技术要求，在实际工作中具有重要的意义 [1 ]。通过教学，让学生掌握无机非金属材料的关键物理性能及本质，以及无机材料物理性能的研究方法。对于这门课，学生普遍认为内容抽象、理论性强，难于理解掌握，作为教师授课难度较大。本文结合笔者多年的教学实践及经验，就如何提高无机非金属材料专业材料物理性能教学效果而采用微课教学进行了探索。
对于微课的发展，首先发起于国外，微课程（ Micro-lecture） 的雏形最早见于英国纳皮尔大学T.P.Kee 提出的一分钟演讲（The One Minute Lecture，简称OML ）和美国北爱荷华大学LeRoy A. McGrew 教授所提出的60秒课程（ 60-Second Course） [2 ]。美国理查德·沃曼在1984 年发起创办了TED（指technology、entertainment、design在英语中的缩写，即技术、娱乐、设计），该机构为私有非盈利机构。特别从2006年起，TED演讲视频上传到网络上，短短几年时间就获取了大量的点击率 [3 ]。在国内，2011年佛山市教育局胡铁生率先提出了以微视频为中心的新型教学资源“微课”。他认为，“微课”是指按照新课程标准及教学实践要求，以教学视频为主要载体，反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源的组合 [2，4 ]。因此基于微课的平台，本文探讨了针对材料物理性能微课教学的探讨。
1 材料物理性能微课选题
材料物理性能“微课”主要针相应的教学大纲展开教学，所以在“微课”的选题上严格扣住教学重点，并致力于将重要知识点分解清晰。
1.1 材料物理性能微课编写
材料物理性能“微课”不是简单的一段段的视频，还应包括材料物理性能教案、教学课件等其他资源要素，所以在选好题后，着手电子教案的编写。材料物理性能教案编写一般包括本门课教学背景、教学目标、教学方法和教学总结等方面内容。
1.2 材料物理性能课件制作
材料物理性能“微课”课件通常采用PPT联合视频等多媒体格式，针对选定的知识点设计PPT。而多媒体技术是利用各种多媒体软件对文本、声音、图形、图像、动画等信息进行综合处理。而多媒体的制作通常采用PowerPoint、Moviemaker、屏幕录像专家等软件，即操作方便，电脑操作系统一般自带PowerPoint、Moviemaker软件，另外软件屏幕录像专家也非常容易操作。
1.3 材料物理性能微视频制作
对于材料物理性能课程的视频制作，主要是针对于课程相关的实验和性能及设备的演示。由于在课堂上的板书信息量有限，必须借助这些视频等手段来增加信息量，如在电子理论部分讲解电子的导电、热运动以及费米面的特征等等。理论上讲解非常抽象，采用这些微视频手段就容易讲解清楚。微视频的制作主要采用现场设备的录制、网络资源下载等等手段来实现。
2 创新材料物理性能微课教学方法和手段
材料物理性能课程属于理论性较强的课程，要想让学生主动地认真地听讲，不仅作为老师要努力的做好充分的备课，更要创新微课教学的方法和手段。作为多媒体的手段，不仅仅体现在PPT的制作上，更应该穿插更多的符合教学内容的教学视频及动画等内容，把学生的注意力牢牢的控制在屏幕上，达到事半功倍的效果。
2.1理论与实践相结合
材料物理性能在理论上对于材料的性能的分析较深入，因此相关的实践教学也具有重要的地位。在理论学时极为有限的状态下，仍然开设了一定量的实验课程，主要是针对于设计型、综合型实验课。例如在材料的磁性这段内容里，开设了一个居里点的测定。学生在学生磁性材料这段内容时，总是感觉磁性性质直观性不强，对于居里点的概念也停留在概念上。采用实验设备居里点测定仪，让学生从实验指导书联合教材的磁能内容，能够理解实验设备的基本原理及测试方法，并结合磁性的一个重要参数χ与温度关系曲线能够用数学的理论判断出居里点，这样使学生不仅仅懂得怎样测定居里点，更懂得居里点的真正的物理意义。
2.2 理论与实际相结合
材料物理性能内容范围较宽，相应的知识点较多，与实际上情况联系紧密。如在热膨胀的部分，课堂上会引申出什么是热力管路的膨胀节，它的功能是什么？在提出这个问题后，让学生思考一下，给予讨论的时间，学生们也能够积极的回答，极大地活跃了教学气氛。
2.3启发互动式教学
材料物理性能课程内容较深，所以完全把书本上的内容在课堂上讲完，在学时上也是完成不了的。为了能够使学生能够把相关内容都学习完整，在本课程内容偏重于扩张方面的知识，让学生课下自己来完成。例如我们在讲解磁性方面的知识时，联系到地球的大磁场，让学生分析为什么地球的南北极能够产生极光，并分析极光对于我们人类的作用。
3 充实材料物理性能微课教学内容
材料物理性能课程体系也是随着科技的快速发展而更新其内容，以满足不断发展的社会要求。对于21世纪快速发展的科技时代来说，材料物理性能微课教学内容体系在保持原有的内容体系上，也要紧跟时代的发展。并根据内容的需要适当调整课程的内容及结构，增添学科的前沿知识，激发了学生的学习兴趣，开拓了学生的视野。
因此作为教师本身就要搜索大量的材料物理性能的前沿信息，使学生在学习材料物理性能的理论的同时，也能了解材料物理性能发展的前沿，使学生的学习兴趣大大提高，知识面也大大拓宽，从而为将来从事的研究工作岗位奠定了坚实的基础。
4 更新材料物理性能微课实践方法
材料物理性能微课是通过材料物理性能的相关的知识网络表现的，对某个教学环节的教学内容及实施的其教学活动的总和。但这还不能体现“材料物理性能微课”的独特之处和完整内涵， 因为材料物理性能微课的核心资源或最重要的载体是“材料物理性能微视频”（不是一般的文本、PPT 课件或图片等其它媒体资源）， 而材料物理性能视频是所有资源类型中情境最真实、信息量最丰富的一种资源，因为视频是直观形象的。材料物理性能微课应该是以“材料物理性能微型视频”为主要内容和呈现方式的一种新型微型网络课程——“材料物理性能微型视频网络课程”。
结语
通过材料物理性能微课的探索研究，探索了一套是指可行的方法，较好地满足了材料学科无机非金属材料专业教学的要求，取得了良好的效果。面对21 世纪科学技术的飞速发展，无材料物理性能微课还必须不断推陈出新，积极吸收新的科技成果作为教学内容，以适应社会需求。在教学过程中，还要不断创新教学方法、教学手段、考评方式，努力提高学生素质，重视学生创新能力和科研能力的培养，充分发挥学生的主动性，为社会培养更多材料类优秀人才。
参考文献：
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[4]梁乐明，曹俏俏，张宝辉. 微课程设计模式研究——基于国内外微课程的对比分析[J].开放教育研究，2013，（1）：65～73.
材料物理性能 第4篇
硬硅钙石型硅酸钙保温隔热材料按密度可分为220 kg m3左右的普通型和130 kg/m3以下的超轻型[1,2]。由于在一定温度范围内,材料的孔隙率越高其导热系数越小,保温隔热性能越好,因此,近些年该材料朝超轻方向发展。超轻质硅酸钙保温隔热材料的气孔率通常大于95%,固含量不到5%[3]。如此大的气孔率正是此类材料具有优良保温性能的关键所在。固相含量少,必然导致材料力学性能不易达到使用要求,从而限制其推广应用。因此,此类材料的首要问题是如何有效提高其力学性能。
矿物棉、硅酸铝系纤维、木质纸浆及玻璃纤维等纤维质材料均可作为超轻质硅酸钙材料的增强材料,但矿物棉及硅酸铝系纤维早已被定为有毒纤维,对人体和环境均有害,不宜使用。木质纸浆纤维在高温时易分解,从而影响该材料高温使用。玻璃纤维掺量大,制品力学强度固然高,但制品体积密度增大导致保温隔热性能下降,失去“超轻”意义。
晶须作为一种近年发展起来的新型单晶增强材料,具有惊人的力学强度[4]。硬硅钙石晶须除具有一般晶须具备的优良力学性质、无疲劳效应和可再生等性能外,还具有耐温性好、环境友好性及生物活性等优点,被广泛用于绝热、建材、造纸、人造木材及生物领域[5,6,7]。鉴于此,课题组前期分别制备出硬硅钙石晶须和超轻质硅酸钙材料[8,9],采用外掺增强法,研究不同增强材料对超轻质硅酸钙材料物理性能的影响,对分别采用硬硅钙石晶须与玻璃纤维增强的超轻质硅酸钙材料物理性能进行比较,达到实现有效提高超轻质硅酸钙保温隔热材料力学强度的目的。
1 实验
1.1 实验原料
硬硅钙石晶须:反应物浓度为0.05 mol/L,Ca(OH)2悬浮液、K2SiO3溶液和水混合均匀,入釜,升温(速率为1.5℃/min),搅拌速度为200 r/min,升至225℃并保温15 h后,关闭电源,冷却后得到硬硅钙石晶须料浆,水洗过滤后置于75℃烘箱中、12 h烘干、磨细即得到不同长径比的硬硅钙石晶须产品。
硬硅钙石球形粒子料浆:按CaO和SiO2摩尔比1∶1,水与固相质量比28∶1,将经160 W超声3 h改性的电石渣与硅灰和水混合均匀,入釜,以1.5℃/min的速度升温至215℃,保温8 h进行水热合成反应,关闭电源,冷却后得到硬硅钙石球形粒子料浆。过程中反应釜搅拌速度设定为200 r/min。升温阶段搅拌速度400 r/min,保温阶段搅拌速度150 r/min。
玻璃纤维:市购。
分散介质:聚乙烯醇与乙二醇水溶液按一定比例配制。
1.2 实验方法
1.2.1 增强超轻质硅酸钙材料的制备
外掺增强法制备增强超轻质硅酸钙材料(以下简称增强体)的工艺流程图见图1。
玻璃纤维预处理:将一定量的玻璃纤维置于KYS型高温电炉中,于360℃左右煅烧去掉表面浸润剂,待纤维冷却后,短切成2 mm左右备用。
将一定量的硬硅钙石晶须(长径比为50~100)或玻璃纤维(含4%分散介质)与硬硅钙石球形粒子料浆混合并搅拌均匀,入模、0.5 MPa压滤成型、脱模,75℃烘干12 h后即得增强体。
2.2.2样品性能测试
增强体比强度的计算,比强度F定义为抗折强度与增强体密度的比值;比强度C定义为抗压强度与增强体密度的比值。采用日本JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)对增强体的微观形貌进行分析。
参考GB/T 10699—1998《硅酸钙绝热制品》规定的方法测试增强体的密度和抗折强度。
参照GB11108—89标准,用JR-2型热物性测试仪和NETZSCHSTA449C型差热分析仪分别测试增强体的热扩散率和比热容。按式(1)计算增强体的导热系数λ(除非特殊说明,实验所测导热系数均为常温导热系数)。
式中:λ——导热系数,W/(m·K);
α——热扩散率,cm2/s;
Cp——被测样品比热,J/(g·K);
ρ——被测样品密度,g/cm3。
2 结果与讨论
2.1 玻璃纤维的分散处理对增强体物理性能的影响
玻璃纤维掺量为3%,成型压力为0.5 MPa,在加分散介质和未加分散介质条件下制得增强体的物理性能测试结果见表1。
从表1可知,外加分散介质对增强体的性能有着重要影响。外加分散介质使玻璃纤维在增强体制品中分散均匀,制品具有密度低、导热系数小、线收缩率小等优良性能。
分散介质中聚乙烯醇具有改善分散介质润湿性的作用。同时,由于乙二醇的加入使水的表面张力下降,纤维表面能降低,有利于短玻璃纤维在分散体系中均匀分散。与此同时,聚乙烯醇与乙二醇水溶液具有较高黏度,对玻璃纤维进行搅拌时有利于短玻璃纤维束被撕开,并得到分散均匀的单丝[10]。
以上分析结果表明,加入分散介质使得玻璃纤维与硬硅钙石球形粒子料浆混合较均匀,均匀的增强体干燥时不会产生过大的局部应力,从而保证了增强体在干燥过程不易开裂,在同一工艺条件下,增强体的密度、导热系数、线收缩率等参数相对较低。
2.2 玻璃纤维掺量对增强体物理性能的影响
增强体制品的物理性能见表2。
从表2可知,增强体的抗折、抗压强度随玻璃纤维掺量的增大而增大。增强体制品的强度虽得到提高,但增强体制品体积密度增大会使制品变得致密,从而影响到增强体制品的保温隔热性能。
增强体比强度随玻璃纤维掺量的变化关系见图2。
从图2可以看出,增强体比强度F和比强度C值均随着玻璃纤维掺量的增加而增大,当玻璃纤维掺量增至3%时,增强体的比强度值比强度F和比强度C均达到最大,而后随掺量增加均有所下降。
实验以研制超轻质硅酸钙保温隔热制品为目的,综合考虑增强体制品体积密度与强度的关系,选择增强体比强度值最大时对应的玻璃纤维掺量3%。
2.3 硬硅钙石晶须掺量对增强体制品物理性能的影响(见表3)
从表3可知,随着硬硅钙石晶须掺量的增大,增强体的抗折、抗压强度出现一个平衡且较高的状态。但掺量过高时,因硬硅钙石晶须间的作用力远小于球形粒子与硬硅钙石晶须间的作用力,因此增强体抗折、抗压强度变化不大且有所降低。且因体积密度增大,制品变得致密,使得增强体的保温隔热性能降低。
增强体比强度随硬硅钙石晶须掺量的变化见图3。
从图3可以看出,增强体的比强度F和比强度C均随着硬硅钙石晶须掺量的增加而大,当硬硅钙石晶须掺量增至5%时,增强体的比强度F和比强度C均达到最大,而后再增加掺量均有所下降。
实验以研制超轻质硅酸钙保温隔热制品为目的,综合考虑增强体制品体积密度与强度的关系,选择增强体比强度最大时对应的硬硅钙石晶须掺量5%。
2.4 硬硅钙石晶须与玻璃纤维增强超轻质硅酸钙材料性能比较
上述分析结果表明,在保证增强体制品“超轻”的前提下,以硬硅钙石晶须为增强材料时,适宜的掺量为5%,而以玻璃纤维为增强材料时,适宜的掺量为3%。在此条件下计算出不同增强体的比强度见表4。
从表4可知,在保证材料属“超轻”型基础上,以硬硅钙石晶须为增强材料时增强体制品具有更低的体积密度,更高的比强度和更好的保温隔热性能。
不同增强材料及掺量制得增强体制品的SEM照片见图4。
从图4可以看出,以掺量为5%硬硅钙石晶须作为增强材料时,由于硬硅钙石晶须长度处于微米级,其长度与球形粒子堆积产生的孔隙直径相当,故硬硅钙石晶须能较好、均匀地相互交叉穿插于球形粒子堆积而成的孔隙中[见图4(a)],同时,硬硅钙石晶须在增强体制品的分布较均匀,体现连续纤维的特征,几乎不存在填充死角。以掺量为3%玻璃纤维作为增强材料时,由于玻璃纤维长度处于毫米级,其长度远远大于球形粒子及其堆积产生的孔隙直径,故玻璃纤维在增强体制品中为不连续分布[见图4(b)],若玻璃纤维分散不好易产生死角,从而影响到增强体制品的强度。增大玻璃纤维掺量至7%时,可使玻璃纤维在增强体制品中较大程度分布均匀,但仍为不连续分布[见图4(c)],且玻璃纤维用量增大后制品体积密度变大,导热系数增大,导致增强体制品保温隔热性能下降。
以上分析结果表明,以硬硅钙石晶须为增强材料时,体现连续纤维的特征,适宜掺量的硬硅钙石晶须能均匀分布在增强体制品中作为增强骨架。而以玻璃纤维为增强材料时,体现不连续纤维的特征,分散不均匀,用量增大还会导致增强体制品体积密度变大,使得保温隔热性能降低。因此,在本实验条件下,以适宜掺量5%硬硅钙石晶须为增强材料时增强效果较适宜掺量3%的玻璃纤维更好。
4 结论
(1)玻璃纤维掺量对增强体制品物理性能具有较大的影响。在本实验条件下,适宜的玻璃纤维掺量为3%,分散介质(一定比例聚乙烯醇与乙二醇水溶液)4%,制得体积密度126kg/m3增强体制品抗折、抗压强度分别为0.28 MPa和0.46MPa。
(2)硬硅钙石晶须掺量对增强体制品物理性能具有较大的影响。在本实验条件下,适宜的硬硅钙石晶须掺量为5%,制得密度109 kg/m3增强体的抗折、抗压强度分别为0.37 MPa和0.59 MPa。
(3)以3%玻璃纤维为增强材料时,制得密度为126 kg/m3增强体的比强度F和比强度C分别为2220 cm和3650 cm。以5%硬硅钙石晶须为增强材料时,制得体积密度为109 kg/m3增强体的比强度F和比强度C分别为3400 cm和5410cm。以硬硅钙石晶须为增强材料制得增强体制品具有更低的体积密度,更高的比强度和更好的保温隔热性能。
摘要：采用外掺增强法,利用硬硅钙石晶须和玻璃纤维增强超轻质硅酸钙材料。研究了增强材料掺量对增强体微观结构和物理性能的影响。结果表明,分别以3%玻璃纤维和5%硬硅钙石晶须为增强材料制得增强体制品,体积密度分别为126 kg/m3和109 kg/m3,抗折强度分别为2220 cm和3400 cm,抗压强度分别为3650 cm和5410 cm。以硬硅钙石晶须为增强材料制得增强体制品具有更低的体积密度,更高的比强度和更好的保温隔热性能。
关键词：硬硅钙石晶须,玻璃纤维,超轻质硅酸钙材料,增强材料,比强度
参考文献
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[9]Liu Fei,Zeng Lingke,Cao Jianxin,et al.Hydrothermal synthesisof xonotlite fibers and investigation on their thermal property[J].Advanced Materials Research,2010(105-106):841-843.
材料物理性能 第5篇
（送审稿）
2014年7月 部分：磁通温度特性的测试
《稀土永磁材料性能测试方法 第1部分：磁通温度特性的测试》国家标准编制说明
一、工作简况
1、任务来源与协作单位
全国稀土标准化技术委员会于2012年转发了国家标准化管理委员会”关于下达2012年第一批国家标准修订计划的通知”(国标委综合[2012]50号)，下达了《稀土永磁材料性能测试方法 第1部分：磁通温度特性的测试》国家标准的制定任务，计划号为2012023-T-469，完成年限为2014年。
稀土永磁材料性能测试方法 第1部分：磁通温度特性的测试为首次制定。负责起草单位为钢铁研究总院，一验单位为北京中科三环高技术股份有限公司，二验单位为内蒙古包钢稀土磁性材料有限责任公司和包头稀土研究院。
2、主要工作过程、标准主要起草人及其所做的工作
2012年7月，哈尔滨会议进行任务落实；
2013年11月，负责起草单位完成试验报告，将试验报告及统一样发送至验证单位，验证单位在接到试验报告后提出验证报告，并将验证报告发送至起草单位。
2013年11月，在试验报告及验证报告的基础上，由起草单位提出标准预审稿、标准编制说明等，并将试验报告、验证报告、标准预审稿、标准编制说明等（电子版）发送至稀土标委会秘书处。
2013年11月18日至20日，于江苏省苏州市召开2013全国稀土标准化技术委员会年会暨《稀土术语》等32项稀土标准工作会议，进行标准的预审。
2014年1月至6月，编制标准送审稿，进行验证性试验。2014年7月28日至31日，于呼和浩特召开标准审定会议。
本标准方法主要起草人为钢铁研究总院李卫，方以坤，朱明刚，郭朝晖，陈红升，孙威。工作包括组织制备了统一样品，与协作单位联系沟通，组织讨论实验结果，编写试验报告、标准预审稿、送审稿及编制说明。一验单位是北京中科三环高技术股份有限公司，二验单位为包头稀土研究院和内蒙古包钢稀土磁性材 料有限责任公司。
二、标准编制原则和标准内容的确定
1、编制原则
本标准是按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草的。
本标准是本着满足产品标准需求制订的，我们旨在确保方法的准确性、科学性、实用性和可操作性。
2、标准内容的确定
高性能稀土永磁材料被广泛用于惯性导航系统中的陀螺仪和加速度计，电子真空器件微波管、行波管、调速管和其它高精度仪表等器件中。永磁材料的温度稳定性（剩磁温度系数）是影响高精度仪表精确度、准确度、稳定性的重要指标之一，因此如何准确测量永磁材料的温度系数，为高精度仪表设计制作提供重要数据，显得尤为重要。
根据电磁感应定律，采用亥姆霍兹线圈作为探测元器件，通过高精度低漂移积分器检测待测样品的磁通随温度的变化规律，来表征高性能低温度系数稀土永磁材料的磁性温度稳定性。基于此，进行合理科学的设计、检测方法的优化、样品形状尺寸的限定，进而实现温度系数的高精度检测。
实现高性能低温度系数稀土永磁材料的磁通温度系数的准确、规范检测。本标准中，对测试试样的形状和尺寸以及表面光洁度进行了规定，并提出了典型的开路可逆磁通温度系数测试方法以及典型的检测装置，并对测试设备的关键技术参数给予一定的限定。
测量步骤： 1）试样的磁化
测量前先将试样沿轴向磁化至饱和，最大磁化场为该材料内禀矫顽力Hcj的3~5倍。
2）试样的稳磁处理
将磁化饱和试样从室温加热到温度（T2+20℃）后，保温2小时后自然冷却至室温。
3）测试 打开磁通计预热30分钟后将经过准备好的试样放入装置中固定，将温度计与试样接触。
（1）调节控温仪器，使试样达到测试温度T1，温度波动小于0.1℃，并且保持30分钟及以上。
（2）调节磁通计的零点漂移，记录显示磁通1，测试五次取平均值（T1）。（3）调节控温仪器，使试样达到测试温度T2，温度波动小于0.1℃，并且保持30分钟及以上。
（4）调节磁通计的零点漂移，记录显示磁通2，测试五次取平均值（T2）。4）数据处理
由公式[(T2)(T1)]100%可计算出，T1至T2温度区间内的开路可(T1)[T2T1]逆磁通温度系数。
3、预审后对问题的处理
预审会有代表提出需要对标准中给出的技术参数进行相关条件性试验验证或说明。预审会后，起草单位重点进行了稳磁处理的温度与时间参数的条件性试验，并在一验单位进行相关的验证试验，此外，起草单位对标准中的其他各项参数的选择情况进行逐一说明。（1）稳磁处理的温度和时间
稳磁处理的目的是消除试样在测试温度范围内的不可逆损失，通常是在高于第二目标温度T2 20℃的温度进行一定时间的老化处理，经过条件性试验得到老化处理的时间为2h及以上。具体见“条件性试验报告”和中科三环的“一验报告”。
（2）磁化场的选择
磁化场的选择根据《GB/T 3217-1992 永磁（硬磁）材料磁性试验方法》中“6.1 磁化场”部分来确定，磁化场为该材料内禀矫顽力Hcj的3~5倍。（3）磁通测试
第一、第二目标测试点T1和T2保温时间的选择是基于尽量保证试样温度与检测温度一直，且在很小的范围内波动，如0.1℃，而0.1℃的波动对于大多数温 度控制装置是能满足的。保温时间的长短参考老化处理试验结果。
三、与有关标准的关系
本标准规定了在开路中稀土永磁材料磁通随温度变化特性的测试方法。本标准适合各类稀土永磁材料开路可逆磁通温度特性的测量。
四、标准水平分析
国内现有测试永磁材料剩磁温度系数的技术主要为闭合磁路方法，如机械行业标准JB/T 8986-1999，国标GB/T 24270-2009，国家计量技术规范JJF 1239-2010等。对于此类闭合磁路测试方法，受积分器精度的制约，剩磁的测量误差在百分之一的量级，所以仅适用于剩磁温度系数较大的永磁材料的量测，不适合较低温度系数永磁材料（α(Br)优于-3×10-4/℃）的温度系数的准确测试。开路磁通测试方法，配备高精度积分器则更适合于低温度系数稀土永磁体温度系数的检测。
国内还没有关于开路方法检测稀土永磁材料开路磁通温度系数的国家标准，尚未查到其他国家、国际标准，本标准达到了国际先进水平。
整个起草该期间，主要起草单位的工作得到了全国稀土标准化技术委员会及相关单位的大力支持，在此表示衷心感谢，也向在本标准起草过程中，提出建议和意见及参与审定的各位专家、代表表示衷心感谢！
材料物理性能 第6篇
关键词:建筑节能 门窗玻璃 热物性性能 检测方法 现状与展望
中图分类号:TU11文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0034-02
引言
我国虽然是个能源大国,但是能源使用非常紧张。据统计,建筑能耗在能源消费总量中所占的比例已从70年代末的10%上升到近年的27.8%[1],而建筑供暖、空调的能耗占建筑总能耗的55%左右,同时我国每年新建筑面积也逐渐增长,所以实现建筑节能是缓解能源紧张的一个重要途径。门窗的保温性能改善和提高一直是建筑节能研究领域的热点之一,由此在普通玻璃的基础上也产生了各种特种玻璃,如温屏玻璃、中空玻璃、百叶中空玻璃[2]等,由于目前门窗玻璃市场空前繁荣,各类产品质量良莠不齐,这就需要质量监督部门进行监管尽量杜绝虚假宣传、以次充好现象的发生。
1 实验室检测技术
目前对于玻璃保温性能检测有效的方法是测试其导热系数,我国已于1997制定了JC/T 675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准,本标准采用稳态法测玻璃导热系数,测试时间长且对于测试系统绝热性能要求较高。通常导热系数(传热系数)一直被作为重要的乃至唯一的衡量建筑门窗保温性能的指标,实际上,随着现代建筑科技的飞速发展发展,新型门窗玻璃的研发也从未停止,新型玻璃的研发思路也从以往单一的保温转化为保温与热能利用相结合。美国麻省理工学院的科学家首次研发出了太阳能玻璃,也即将混合涂料涂抹在玻璃表面结合太阳能电池实现太阳能的采集,目前太阳能玻璃的开发应用已经如火如荼的进行中,也必将成为我国玻璃行业新的经济增长点。太阳能玻璃效果的好坏与玻璃的热容性能直接相关,从而比热容也应成为未来玻璃的检测指标之一。
目前我国玻璃热物性检测手段单一,主要在实验室内制作试件,检测导热系数(传热系数)为主,由于采用稳态法,检测效率较低。工程实际中除了实验室检测以外,对门窗玻璃的实际保温性能,现场检测更为准确可靠。另外比热容尚未列为主要检测指标,新型材料如太阳能玻璃的出现,将比热容列为检测项目势在必行。我国玻璃检测技术与玻璃行业的快速发展已不相适应,从而有必要研发新型的玻璃热物性测试仪,实现玻璃导热系数、比热容等的快速、准确检测,以提高我国玻璃质量监督检验行业的检测水平。
目前玻璃热物性实验室测试技术方面,我国与国外差距已经不明显,由于实验室测量主要是制作标准试件进行测量,通常的导热系数测试仪器均可应用于玻璃导热系数检测,如美国的TCI导热系数测试仪、我国湖北某公司的FD系列导热系数测试仪等,我国已颁布JC/T 675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准,测试方法也主要以稳态法为主,如复旦大学的周菁华用稳态法测量了节能玻璃的导热系数,我国各质监系统检测玻璃热物性也以稳态法为主。目前对于特种玻璃热物性测试方面的研究不多,由于中空玻璃内含有空气夹层,而玻璃兩表面温差较大时夹层内会出现自然对流现象,这会对其热物性检测结果带来影响,但是对此尚缺乏足够的理论分析和实验研究,另外,复合材料玻璃由于材料各向异性、结构复杂性等各方面的特点,从而不能采取普通玻璃热物性测试的数据处理方法,这也给玻璃热物性检测工作带来了新的挑战。例如,比热容是新型太阳能玻璃的重要指标,直接决定玻璃的吸热能力,进而影响太阳能玻璃的使用效果,然而我国玻璃质量检测尚未将比热容列为主要指标,从而,将玻璃比热容作为检测指标是有必要的。
2 建筑节能现场检测技术
由于实验室测试的局限性,往往需要在工程现场对门窗玻璃进行热物性测试,目前现场测试方法有热箱法和热流计法等,测试参数为传热系数。其中热箱法测试原理是人工制造一个一维传热环境,被测部位的内侧用热箱测试,热箱和室内模拟采暖条件另一侧为室外(自然条件),通过测量热箱的发热量得到被测部位的传热量,计算得到被测部位的传热系数。由于热流计法不受被测结构型式的影响,而且使用方便、易于携带,也被认为适合于建筑节能传热系数的现场检测。建筑节能传热系数检测装置的核心部件之一是热流计,热流计的检测精度直接影响传热系数的检测精度。从1914年德国的Henky教授发明第一台热流计以来,国外已经将热流计大量应用于建筑采暖、发电、空调等能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国目前尚处于推广阶段,检测技术也不成熟,国产热流计在检测精度、量程和通用性方面与国外产品均有较大差距,研发自主知识产权的高精度、通用性强的热流计是基于国家经济的发展对节能的迫切需要。研究和分析发现,温差变化、太阳辐射、雨水和风速等环境因素,对热流计法测试的准确性有着重要影响,从而,为了全面推广建筑节能现场检测,必须尽快解决热流计法的环境适应性问题,除了严格控制测试条件外,还可以从测试理论上逐步进行完善,提出更加可靠的测试及数据处理方法。虽然目前尚没有一种受到大家广泛认可的比较适合建筑节能现场传热系数检测的方法,近年来,有关学者也取得了一些进展,如Cucumo等人建造了一个可控室内条件的房间将环境因素考虑进去,利用有限差分法计算传热系数;Ceme等人研究了轻质建筑材料在强制通风和辐射热阻综合条件下的动态性能等,国内从1986年以来有关建筑材料和结构传热系数检测方面的专利也有近10项之多。
近年来,常功率平面热源法由于可大大缩短实际检测时间,且能减小室外空气温度变化给传热过程带来的影响,被认为是非稳态法检测物体热物理性能的一种可行方法,目前,在实验室中用非稳态法检测材料热性能技术手段较为成熟,但是用来进行现场节能检测还有很多工作要做。例如,目前已有测试仪器数据采集手段方面多以单片机为主,由于数据处理能力和数据储存量的限制,每次仅可同时测量3路信号,而建筑节能现场测试中为了提高测试精度,往往需要10路以上的信号。与PLC系统相比单片机系统抗干扰能力相对较弱,尤其是工程现场应用环境比较复杂时更为明显。虽然应用PLC进行数据采集抗干扰能力强,但是成本比单片机要高得多,从而寻求更为适合的数据采集方案十分必要。
3 总结
综上所述,目前建筑节能门窗玻璃实验室热物性测试方面,存在主要问题是测试手段单一,仅对传热系数进行检测,比热容测试考虑较少,在多参数测试技术和硬件设计方面仍有较大改进的余地。建筑节能现场测试以热流计法为主,但是测头组件在精度、可拓展性和设计方面均与国外同类产品有差距。国内现有检测系统温度信号的采集用单片机系统实现,在可测通道数、检测精度和抗干扰性方面均不尽如人意。未来只要找对发展方向,质检部门在检测技术水平方面投入更多人力和物力的同时,加强与科研院所的科技合作,必将改变我国建筑节能门窗玻璃检测水平落后于市场发展的现状。
参考文献
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材料物理性能 第7篇
一、材料物理性能课程性质
材料物理性能课程主要涉及材料的电学、热学、磁学、光学以及热电学等性能。该课程主要研究上述各种物理性能的本质及其随着外界条件改变的变化规律和外界条件对性能的影响机制等。在此基础上，掌握各种物理性能的表征手段和方法。
材料物理性能课程内容抽象，不仅涉及到传统的金属材料、非金属材料，还涉及到功能材料的相关知识。如果仅仅是以讲授原理方面知识为重点或主体，一方面课堂教学内容枯燥，另一方面不利于学生对知识的理解，从而不能充分的调动学生学习的积极性与主动性。因此，我们提出了针对性较强的《材料物理性能》课程教学方法，并对其进行实施与研究。
二、材料物理性能课程教学方法
为了提高新形势下材料类大学生的科学实践与创新能力，材料物理性能教学除了应该具有科学研究方法外，还势必要将具有引导性、实时性、前瞻性的问题引入到教学中，我们将该方法称之为“实事教学法”。该方法的使用将有助于提高学生对该课程学习的积极性和主动性。该方法的具体实施方案如下：
（一）阐明课程主线
该方法实施的前提是学生首先掌握该门课程的学习内容主线，即让学生掌握课程涉及到哪些材料及其相关物理性能分析方法。通过网络期刊等资料的查询，了解新材料的研究动向，例如新能源材料、光电材料、电磁材料、纳米材料等新兴领域研究的成果，并且总结课程学习与新材料研究和开发的相关性。利用4学时介绍课程的总体概况及相关物理性能的特点，让学生对课程有初步的了解，在此基础上设置课外学习小组，每个小组设定一个物理性能研究方法，通过查询资料获得该物理性能方法的应用对象或范畴，然后利用2学时按照小组进行汇报。带着问题有学习课程内容，即可以加强学生对课程的认识，又可以提高获取信息、分析问题和总结问题的能力。
（二）依托于现有的科研环境和条件
在学生对课程有了整体的认识的基础上，充分利用本教学单位的科研资源，将课程的学习与现有的科学研究结合起来，这样让学生做到真正的理论与实践的结合。课程教学中将本教学单位的相关科学研究工作引入到课堂中，通过对现有实例进行分析。
例如在热学性能学习中，各种转变包括熔化、凝固及固态相变产生的热效应，使金属及合金的热函、热容发生了明显的改变。正是利用这一特征，可以研究材料相变过程的热力学和动力学问题。利用本单位的STA409PC示差扫描量热仪对玻璃陶瓷CaO-Al2O3-SiO2-CeO2的相变热力学问题进行研究，通过对该玻璃陶瓷体系进行热分析测定，获得热分析曲线，对数据进行分析，计算该玻璃陶瓷体系的相变活化能，从而确定相变发生的可能性。同时利用热分析技术可以测定材料的相变点，这样可以科学合理的制定新材料的合成或者加工工艺，便于增强学生对课程的认知度。
（三）开展第二课堂
将实验教学与理论教学相结合，有条件的课程在实验室完成，实践操作环节有助于对理论知识的理解。例如在对电学性能中电阻测量的学习中，我们完全可以在物理实验室进行，一边讲解理论，一边让学生进行电路的连接。学生通过直观地数据能够更好地理解单电桥和双电桥电路在测量电阻中的特点及区别，这样能将理论教学与实践教学有机的结合在一起，提高学生的学习兴趣、实践动手能力和分析问题的能力。
三、以教学方法为背景进行课程设置
课程设置以实现激发学生学习兴趣和创新意识为目标，以掌握新材料研究和应用发展为导向，结合课程的内容及特点和本教学单位情况对课程进行合理化设置。表1是依据“实事教学法”而设置的《材料物理性能》课程方案。
四、材料物理性能课程教学与新材料产业化进程的关系
随着生活质量的提高，低碳生活、清洁能源已经成为人们追求的目标。这就对新材料的性能等提出了更高的要求。新材料主要以功能材料为主体，其研发和应用过程中离不开物理性能分析方法。因此，材料物理性能课程可以利用新材料进行丰富与扩展，拓宽学生视野，增加学生学习的积极性和主动性。大学生是新时期材料研究和生产的后备力量，将会成为新材料产业的主力军。为此，提高材料类大学生对材料物理性能分析方法本质的认识和理解非常重要。材料物理性能课程的学习，有助于加速新材料产业化的进程。新材料产业化必将促进材料类大学生对该课程的理解，并增加学习主动性。
五、结语
我们从《材料物理性能》课程本质和特点出发，结合新材料发展动向，进行了该课程的教学改革，突破了传统的单一讲授形式。“实事教学法”的实施取得了很好的效果，激发了学生的科学研究兴趣。我们虽然在《材料物理性能》课程的教学中获得了一些经验，但是我们还需要继续努力，为新材料的开发提供理论基础。
摘要：文章结合新材料产业化,介绍佳木斯大学《材料物理性能》课程的教学改革思路和方法。提出了新材料产业化形势下材料物理性能的“实事教学法”,并对其进行了简单介绍,提出了具有佳木斯大学特色的具体实施方案。该课题的研究为最终培养具有良好的科研和实践能力的新材料产业形式下的材料类大学生提供良好的基础。
关键词：材料物理性能,教学改革,新材料产业化形式
参考文献
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材料物理性能 第8篇
冯莉等[3]通过研究发现,木塑比从3∶7增大到6∶4时,WPCs的弯曲强度增大,可靠度也随之增大。Sliwa等[7]通过热重分析研究在空气和氮气环境下,热塑性弹性体、植物纤维和复合物的热稳定性,发现与氮气环境下所进行的测量相比,WPCs在空气条件下具有明显的热稳定性改善。由于降解早期阶段炭渣的形成,尼龙弹性体pebax?中木粉的存在阻止了空气中的热氧化。韩振等[11]研究高填充PVC基WPCs的燃烧性能,发现高填充木粉可明显增加复合体系的成炭率,减少热释放速率。
为了减少WPCs的生产成本,提高WPCs中生物质纤维的含量以及增加WPCs的实木质感,需要对高填充含量对于复合材料各方面性能的影响进行综合的系统分析,以期找到高填充WPCs的最佳工艺配方。为此,本实验选择了4种高木塑比(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的稻壳/HDPE复合材料作为研究对象,通过对复合材料力学性能、吸水性能和热线性膨胀性能分析,为进一步研制高填充含量的WPCs提供数据支持和理论参考。
1 实验部分
1.1 材料及设备
稻壳,连云港;无水乙醇(分析纯),天津大茂化学厂;HDPE(80目),江阴理想橡塑科技公司;硅烷偶联剂(KH550),南京道宁化工厂。
多功能粉碎机(800Y型),金华铂欧五金厂;电子分析天平(ME204E型),梅特勒-托利多仪器上海公司;电磁平板硫化机(XLB-DC),湖州顺力橡胶机械有限公司;微机控制电子万能试验机(SANS),美特斯工业系统(中国)有限公司;简支梁冲击试验机(XJJ-5型),承德市金健检测仪器公司;低温热线性膨胀仪(PCY型),湘潭湘仪仪器有限公司。
1.2 稻壳/HDPE基复合材料的制备
偶联剂KH550 的用量为稻壳粉质量的2%。 偶联剂KH550和乙醇按照体积比1∶5配成溶液后,均匀喷洒至稻壳粉上,放置12h,然后放入紫外烘箱,在105℃烘干4h,将预处理过的稻壳粉按照不同的木塑比和HDPE放入高速混合机内搅拌10min,然后在105℃ 时干燥0.5h。本研究中稻壳粉和HDPE的混合比例分别为:5∶5、6∶4、7∶3和8∶2。
将配置好的混合物先置入模具中,然后再放入平板硫化机中,模压温度为150℃,压力为12.5MPa,保压时间为8min,制备成稻壳粉/HDPE复合材料,成型板材尺寸为:120mm×100mm×5mm。
1.3 稻壳粉和WPCs的性能测试及表征
1.3.1 力学性能的测试
按照GB/T1040.4—2006标准,测试了复合材料的拉伸强度,拉伸速度为2mm/min;按照GB/T9341—2008 标准,测试复合材料的弯曲强度,加载速度为2mm/min;按照GB/T1043.1—2008标准,测试了复合材料的冲击强度。室温条件下测试,实验结果取3次平均值。
1.3.2 吸水性能的测试
按GB/T1934.1—2009标准,测定复合材料的吸水率。吸水率计算方法见式1:
式中:t为浸泡时间,d;mt为浸泡时间t时的试样质量,g;m0为试样初始的质量,g;Mt为浸泡时间t时的试样吸水率,%,实验结果取3次平均值。
1.3.3 热线性膨胀性能测试
按照GB1036—2008标准,将WPCs截成100×10×5mm的测试试样,利用低温线性膨胀仪,采用拉伸加载模式,从-30℃升温至60℃,升温速率为1℃/min,记录热线性膨胀曲线。每个木塑比测试3个试样,取其平均值,按照式2计算线性热膨胀系数(CLTE)。
式中:ΔL/ΔT为温度每升高1K试样长度的变化率,mm/K;L为试样原始长度,mm。
2 结果与讨论
2.1 木塑比对稻壳/HDPE复合材料力学性能的影响
复合材料的力学性能和木粉的含量有着密切的关系。这是因为稻壳粉中的纤维素为具有一定长径比和较高强度的增强材料。因此稻壳粉含量越高,纤维素对HDPE基体的增强作用越明显。分析图1(a)可知,随着木粉含量的增加,WPCs的弯曲强度先升高后降低。当木塑比为7∶3时,WPCs的弯曲强度最大,比木塑比为5∶5时增加了30.00%。但是当木塑比为8∶2时,WPCs的弯曲强度下降非常明显。这是因为当木塑比为8∶2时,稻壳粉含量过高,稻壳粉内大量—OH互相作用引起团聚现象加剧,导致WPCs的应力集中和产生缺陷的概率增大,所以WPCs的弯曲强度下降很多。
图1(b)为不同木塑比的稻壳/HDPE复合材料的弯曲模量。它和弯曲强度的变化趋势相似。即随着木粉含量的增加,WPCs的弯曲模量先升高后降低。 当木塑比为7∶3时,WPCs的弯曲模量最大,比木塑比为5∶5时增加了42.02%。当木塑比为8∶2时,WPCs的弯曲模量下降非常显著,但仍比木塑比为5∶5时略大一些。
图1(c)为不同木塑比的稻壳/HDPE复合材料的拉伸强度。分析图1(c)可知,WPCs的拉伸强度随着木粉含量的增多而降低。但是当木塑比为6∶4和7∶3时,拉伸强度的下降不太明显,和木塑比为5∶5时相比,下降程度分别为4.22% 和5.46%。但是当木塑比为8∶2时,下降非常显著,下降幅度达到了20.22%。这主要是因为木粉的高填充导致基体塑料的流动性变差,致使复合材料的拉伸强度降低。以往的文献[5]表明,当木粉填充含量相对较低时(<50%),适量木粉的填充可以增强复合材料的拉伸强度。
图1(d)为不同木塑比的稻壳/HDPE复合材料的冲击强度。它和弯曲强度的变化趋势相似。即随着木粉含量的增加,WPCs的冲击强度先升高后降低。 当木塑比为7∶3时,WPCs的冲击强度最大,比木塑比为5∶5时增加了31.79%。当木塑比为8∶2时,WPCs的冲击强度有所下降,但仍比木塑比为5∶5时略大一些。主要原因是稻壳粉含量增加过程中,WPCs的刚性得到增强,因此其冲击强度也逐渐增大。
综合以上分析可知,木塑比对力学性能的影响较为复杂。在分析高填充稻壳/HDPE复合材料的静态力学性能时,必须综合考虑以上4方面的因素。对于本研究中4种高填充含量的复合材料,6∶4和7∶3两种木塑比的综合力学性能相对较好。
[(a)弯曲强度;(b)弯曲模量;(c)拉伸强度;(d)冲击强度]
2.2 高填充稻壳/HDPE复合材料的吸水性能
WPCs的吸水性不仅受其自身因素影响,如木塑比和偶联剂,也受其他因素的影响,如工艺条件的选择等,其中木塑比对其影响较为显著。分析图2可知,随着木粉含量增加,稻壳/HDPE复合材料的吸水率逐渐增加。这是因为稻壳粉主要由纤维素、木质素和半纤维素组成,这些物质含有大量亲水性的—OH,所以木粉含量越多,吸水性就越强。仔细分析图2,发现在6h处4种木塑比复合材料的吸水率相对比较接近,尤其是5∶5、6∶4和7∶3 3种木塑比WPCs的吸水率几乎相同。随着时间的延长,发现木塑比为8∶2时复合材料的吸水率明显高于其他3种木塑比的复合材料。这主要是因为当木塑比为8∶2时,由于稻壳粉含量过高,木粉团聚现象严重,且塑料基体和稻壳粉混合不均匀,导致复合材料的孔洞增加,使得其吸水率明显增大。当吸水时间达到96h以后,基于4 种木塑比复合材料的吸水率增加缓慢,表明吸水率已基本达到动态平衡。
图2不同木塑比的稻壳/HDPE复合材料的吸水率
2.3 木塑比对稻壳/HDPE复合材料热线性膨胀性能的影响
热膨胀系数是结构材料进行结构设计的重要参数,在复合材料中,热膨胀系数是复合材料使用过程中需要考察的重要物理性能之一。文献[9]报道,木粉的热线性膨胀系数比较小,高分子塑料的线性热膨胀系数非常大。因此,将木粉添加到塑料基体中,能适当地减少WPCs尺寸的热线性膨胀性。为了分析不同木粉含量对线性热膨胀性能的影响,分别检测了4 种木塑比的稻壳/HDPE复合材料的线性热膨胀系数。由图3可知,随着木塑比的增加,复合材料的线性热膨胀系数逐渐减小。当木塑比为5∶5时,热线性膨胀系数为3.64。当木塑比为8∶2时,WPCs的热线性膨胀系数为2.99。实验结果和文献[9]得到的结论基本相同。因此,在综合考虑WPCs理化性能的基础上,可通过适量增加木粉的含量来增加WPCs尺寸的热稳定性。
图3不同木塑比的稻壳/HDPE复合材料的热线性膨胀系数
3 结论
(1)复合材料的力学性能分析表明:当木粉含量从50%增加到70%时,复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度逐渐增强,但是拉伸强度却逐渐下降。这主要是因为稻壳粉作为一种增强材料,适当地增加稻壳粉的含量可以提高复合材料的刚性。但是当木粉含量过高(即木塑比为8∶2时),稻壳粉内大量—OH互相作用引起团聚现象加剧,导致复合材料的应力集中和产生缺陷的概率增大,因此复合材料的各种力学性能均有所下降。
(2)复合材料的吸水性能分析表明:吸水率随着木塑比的增大而增大。这主要是因为稻壳含有大量亲水性的羟基,所以复合材料中稻壳粉含量越高,材料的吸水性能越强。但是木塑比为5∶5、6∶4和7∶3时复合材料的吸水性差别较小,表明这3种木塑比所对应的HDPE基体将稻壳粉包覆相对较好。
(3)复合材料的尺寸热稳定性分析表明:木塑比对复合材料的热线性膨胀性能影响非常大,木塑比越高,材料的尺寸热稳定性越好。
(4)综合以上分析可知,木塑比为6∶4时综合性能相对比较理想,其次为5∶5和7∶3的复合材料,而当木塑比为8∶2时复合材料的稻壳粉含量过高,导致其防水性能和力学性能较差,已不适用于制备WPCs。
摘要：为了研究高填充稻壳粉对于稻壳/HDPE复合材料理化性能的影响,分别对4种高木塑比(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)复合材料的力学性能、吸水性能和热线性膨胀系数进行了测试。结果表明,当木粉含量从50%增加到70%时,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和尺寸热稳定性增加,但是拉伸强度和防水性能逐渐下降。通过比较,发现木塑比为6∶4时,复合材料的综合性能最佳,其次为5∶5和7∶3。当木粉含量为80%时,尽管该复合材料有更好的尺寸热稳定性,但是由于复合材料的力学性能和防水性能较差,已不适用于制备木塑复合材料。
关键词：稻壳,HDPE,高填充,力学性能,热性能
参考文献
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[10]黄润州,吴清林,张洋.木塑复合材料热膨胀性能与弯曲性能研究[J].西南林业大学学报,2011,31(6):67-69.
材料物理性能 第9篇
本研究基于前期研究成果,即具有制备调温调湿性能的双壳微米相变胶囊技术[8],利用欧盟等国外普遍采用的环境测试舱半物理模拟车辆乘务舱,将石膏基双壳微米相变胶囊复合材料置于环境测试舱中,测试与分析在车辆乘务舱半物理环境模拟下石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的调温性能和调湿性能,为调温调湿材料在车辆乘务舱中的实际应用提供一定依据。
1 实验部分
1.1 材料
建筑石膏(西安市西京新型建材有限公司),其基本性质:细度为0.2mm筛余0.8%、初凝时间为75min、终凝时间为185min、密度为2.88g/cm3;双壳微米相变胶囊(自制),其基本性质[8]:相变石蜡为芯材、聚丙烯酸酯为内壳、聚丙烯酸钠为外壳、壳核比为2.5∶1(wt,质量比)。
1.2 仪器
精密电子天平(精度0.00001g,AUW120D型),日本岛津公司;环境测试舱(HJC-1型),上海步青建筑科技发展有限公司;电热鼓风干燥箱(101-2AB型),北京和同创业科技有限责任公司;温度记录仪(ZDR-22型),浙大仪器有限公司;湿度记录仪(ZDR-22型),浙大仪器有限公司;热分析仪(DSCQ1000V8.0型),美国TA公司;分析仪(SDTQ600V9.0型),美国TA公司;傅里叶变换红外光谱仪(BRUKER UECIOR 22型),德国Bruker公司。
1.3 实验方法
1.3.1 制备方法
石膏基双壳微米相变胶囊复合材料制备。选用建筑石膏作为基体材料,将制备的双壳微米相变胶囊分别按0%(wt,质量分数,下同)、20%、50%掺入石膏基体材料中,以0.7∶1(wt,质量比)的水膏比制备石膏基双壳微纳米相变胶囊复合材料的试样。由于试样尺寸大于分子直径100倍时,等温吸附与试样尺寸无关[9],因此对于水蒸气扩散系数小的材料,为了减小试样达到平衡的时间,将其尺寸尽量做小。同时考虑到天平量程精度的限制,确定试样尺寸为50×50×2mm。
1.3.2 模拟环境条件参数
车辆乘务舱内部情况复杂,故选用半物理模拟环境对其内部状况进行模拟。车辆乘务舱调温调湿模拟环境采取欧盟等国外普遍采用的HJC-1环境测试舱,测试舱系统技术参数[10,11]为测试舱空气容积1m3、控制温度为(5±1)~(50±1)℃、控制相对湿度为(5±5)~(98±5)%、空气交换率1次/h±3%、负荷比为(1.0±0.02)m2/m3、样品面积为1m2、测试样品表面空气流速为0.1~0.3m/s。
1.3.3 性能分析与表征
调温性能测试。根据实际车辆乘务舱的环境温度进行模拟,即通过一个升温、降温循环试验来表征其储(放)热的行为特征。将温度记录仪连接到石膏基双壳微米相变胶囊复合材料试样表面,然后将试样置于环境测试舱中,保持环境测试舱内恒湿的环境,即相对湿度为50%,待试样在规定的范围温度平衡后,再将环境测试舱从10℃逐步加热至30℃,随后将试样逐步冷却至10℃。
调湿性能测试。根据实际车辆乘务舱的环境相对湿度进行模拟,即通过一个吸湿、放湿循环试验来表征其吸(放)湿的行为特征。将石膏基双壳微米相变胶囊复合材料试样放入干燥箱中干燥至恒重;然后将干燥后的试样放置于环境测试舱中,保持环境测试舱内恒温恒湿的环境,即温度为25℃,相对湿度分别为30%、40%、50%、60%和70%。使试样在不同相对湿度下进行吸湿过程,定期称重直至试样质量前后变化满足要求为止[12]。放湿实验步骤同上。
分别采用热分析仪分析物质相变温度和相变焓,傅里叶变换红外光谱仪分析组成结构,分析仪物质热稳定性能。
2 结果与讨论
2.1 调温性能测试结果及分析
图1为石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的吸放热曲线。从图1可以看出,在升温阶段,石膏基双壳微米相变胶囊复合材料比建筑石膏较缓慢达到环境温度,在降温阶段,建筑石膏比复合材料较早降温而达到环境温度,说明复合材料具有吸收和释放热量的性能,导致其温度变化在时间上表现出明显的滞后性。同时,复合材料的吸放热性能随双壳微米相变胶囊掺量的增加而增强。双壳微米相变胶囊掺量20%时,尽管复合材料具有一定的吸放热性能,但是其效果有限;双壳微米相变胶囊掺量50%时,复合材料具有较大的吸放热性能,在环境温度变化时,能够充分吸收或释放热量,从而有效延缓温度的变化。
表1为建筑石膏与石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的相变温度和相变焓情况。从表1可以看出,建筑石膏不具有相变潜热性能,所以其没有出现相变温度和相变焓。掺量20%的复合材料,其相变温度为19.21~27.18℃,掺量50%的复合材料,其相变温度为19.25~27.17℃,说明双壳微米相变胶囊性能稳定,与石膏形成的石膏基双壳微米相变胶囊复合材料,其相变温度波动较小。掺量50%的复合材料,其相变焓为26.45~27.02J/g,说明具有较强的相变潜热性能。
图2为建筑石膏与石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的TG曲线。从图2可以看出,建筑石膏从90℃附近开始失重,到150℃附近接近全部失去,这是由于建筑石膏是无机多孔材料,具有大量的敞开微孔吸附水分。掺量为50%的复合材料首先在130℃附近开始失重,其失重质量与建筑石膏的失重质量基本一致,说明此阶段主要是水分的挥发;其次在378℃附近开始失重,其失重质量较大,且失重速度较快,说明在高温下双壳微米相变胶囊破裂,作为芯材的相变石蜡开始挥发;最后在378℃附近开始失重,其失重质量较小,且失重速度较慢,说明双壳微米相变胶囊中相变石蜡已经挥发结束,这一阶段主要是双壳微米相变胶囊中壁材进行分解。综上所述,双壳微米相变胶囊能有效阻滞相变石蜡的挥发,提高复合材料的热稳定性能,尤其适用于130℃以下的建筑领域。
2.2 调湿性能测试结果及分析
图3是建筑石膏与石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的平衡含湿量曲线。从图3可以看出,建筑石膏[图3(a)]具有一定的吸放湿性能,放湿过程的平衡含湿量基本与吸湿过程的平衡含湿量一致,但是其吸放湿性能有限,这是因为建筑石膏为无机多孔材料,具有巨大的比表面积和孔容积对水蒸气进行物理吸附,水分子从环境中迁移到建筑石膏表面的微孔或孔隙以达到浓度平衡。复合材料[图3(b)与图3(c)]吸放湿性能明显优于建筑石膏,并且随着双壳微米相变胶囊的掺量增加,其吸放湿能力也不断增强,并且在相同相对湿度的条件下复合材料放湿过程的平衡含湿量总是高于吸湿过程的平衡含湿量。这主要是因为吸水性聚丙烯酸钠对水分子具有较强的吸湿性能,一方面吸水性聚丙烯酸钠在双壳微米相变胶囊表面形成大量的微孔或孔隙,水分子在浓度梯度驱动下自由移动,该过程可逆;另一方面吸水性聚丙烯酸形成的表面存在化学力,在化学力的作用下部分水分子形成了高分子链的羟基,该过程不可逆[13]。
[(a)建筑石膏;(b)石膏基双壳微米相变胶囊复合材料(20%);(c)石膏基双壳微米相变胶囊复合材料(50%)]
图4为双壳微米相变胶囊的FT-IR谱图。从图4可以看出,双壳微米相变胶囊的红外光谱在3420cm-1附近为羟基的伸缩振动吸收峰,2900cm-1附近为亚甲基的C—H键的伸缩振动,1638cm-1为C＝O基的特征峰,1460cm-1处为C—H烷烃弯曲振动吸收峰;1143cm-1为C—O伸缩振动或饱和酯C—C(＝O)—O谱带,847cm-1处为O—H键的面外弯曲振动吸收峰,可推算出此化合物为聚丙烯酸钠[14,15],表明吸水性聚丙烯酸钠在双壳微米相变胶囊外壳形成了包裹层。从图4还可以看出,相变石蜡作为双壳微米相变胶囊的芯材,在微胶囊化的过程中并没有发生结构方面的变化,即不参与形成聚丙烯酸酯和聚丙烯酸钠的聚合反应形成壁材,也说明所制得的微米相变胶囊具有包裹效果较好的双壳结构。
3 结论
利用环境测试舱模拟车辆乘务舱内部温度和相对湿度,对石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的调温性能和调湿性能进行测试与分析。得出以下结论:
(1)复合材料对比建筑石膏在相同的温度范围内可以吸收和释放大量的热量,而在时间上则表现为具有明显的滞后性。并且随着双壳微米相变胶囊掺量的增加,复合材料的吸放热性能也随之增强。
(2)复合材料吸放湿性能明显优于建筑石膏,并且随着双壳微米相变胶囊的掺入量增加,复合材料的吸放湿能力也不断增强,并且出现在相同相对湿度的条件下复合材料放湿过程的平衡含湿量总是高于吸湿过程的平衡含湿量。
(3)双壳微米相变胶囊的研制与应用将为改善车辆乘务舱的环境、提高车辆驾驶人员和乘坐人员的舒适度,为车辆内环境的研究提供了一个全新思路。
摘要：车辆乘务舱半物理环境模拟系统,以环境测试舱作为车辆乘务舱的模拟环境,研究石膏基双壳微米相变胶囊复合材料的调温性能和调湿性能。结果表明,石膏基双壳微米相变胶囊复合材料具有显著的吸放湿效果和吸放热效果,其性能随双壳微米相变胶囊掺入量的增加而增强。研究可为调温调湿材料在车辆乘务舱中的实际应用提供一定的理论依据和指导。
材料物理性能 第10篇
我们知道组织工程和创伤愈合都决定于基质的血管再生。一般而言, 组织血管再生的完成需要几周的时间。缓慢的血管再生也使得细胞的植入和生长变得缓慢进而阻碍了伤口的愈合和组织的再生, 这是由于氧气和营养的缺乏以及细胞产生的废弃物没能够充分的排出, 进而影响细胞的生存和新的胶原纤维和细胞基质的形成, 特别是像缺血性心脏病, 糖尿病皮肤溃疡, 胃溃疡和其他慢性愈合的伤口等病理学情况中, 这种阻碍作用表现得更加明显, 因此研发一种能够具有血管再生能力并且能为细胞的进入提供足够的氧气和营养的生物材料就显得非常有必要。胶原是制造缺陷组织人造替代材料和用于修复伤口的敷料的最适合原料之一, 特别是Ⅰ型胶原是组织工程应用中最理想材料之一, 因为Ⅰ胶原不仅含量丰富而且还能够与近50种分子相互作用, 同时在维持组织完整性方面也起着非常重要的作用。胶原海绵最大程度上模仿了原生细胞外基质 (ECM) 的化学成分构成和物理结构, 因此在结构和生物学功能方面与ECM非常相似。胶原的三维编织结构远不仅仅只为细胞提供物理支撑, 更为细胞的粘附、迁移, 调节细胞增殖以及各种生长因子的反应点提供了有特定配体的基底。虽然胶原海绵基质在以上性能上很突出, 但是单一的胶原并不能够满足体内微环境复杂的结构和反应性的需要。由于胶原强度不够, 酶降解快, 凝血性能高, 钙化等因素, 它不能直接用于生物系统中, 需要通过对胶原进行化学交联改性并与生物活性成分协同作用使其达到用于移植和创面修复材料所期望的性能。
有报道称, 1- (3-二甲氨基丙基) -3-乙基碳二亚胺 (EDC) 与N-羟基琥珀酰亚胺 (NHS) 两者对胶原的改性在体外是无细胞毒性的并且在动物试验中表现出很好的生物相容性, 然而其它的改性试剂比如醛类和环氧类化合物在降解过程中会引发有毒反应进而阻碍组织内皮化。在EDC/NHS用于交联早期的研究中指出了两步同时法交联过程和一步法交联过程的差别, 有几种组分复杂的蛋白质在用两步交联法可以消除因为发生交联而引起的并发症。近些年来, 研究者们对EDC/NHS交联作用开展了很多研究。M J B Winssink等研究了胶原膜的交联和肝素的固定分开进行改性的过程。在控制交联度的情况下, 提高肝素的固定量, 促进纤维细胞生长因子的释放以及组织内皮化。Chang Yaod等人则采用在交联多孔胶原基质的同时引入肝素的改性过程, 研究了蛋白酶对基质的水解作用对从肝素化胶原基质中释放血管内皮生长因子的影响。J S Pieper等人采用一步交联过程将粘多糖 (GAGs) 共价结合到了胶原上。
Ⅰ型胶原和肝素培养出的内皮细胞能极大地促进血管的再生, 肝素能够稳固胶原微纤维, 在保持胶原非对称带状图案原纤维共形成过程中促进胶原微纤维的平行累积量。一方面肝素加速体内的快速吸收并形成一系列的酶从而影响胶原在伤口部位的重塑, 这样使得表面局部烧伤的部位能够更快的形成上皮。另一方面, 肝素增强了胶原的恢复能力, 愈合的伤口更平滑。
关于胶原和肝素的共同作用, 有少数采用了一步同时改性法, 改性后的胶原基质物理化学性能和生物性能都有所提高, 特别是对在同样条件下用EDC/NHS进行交联得到的肝素化胶原基质与胶原基质反进行了对比。在本实验中我们进行两组实验, 一组仅用EDC/NHS一步法对胶原进行改性, 另一组在是使用EDC/NHS进行交联的同时加入肝素。目的是要评估在相同的EDC/NHS交联条件下两种方法各自的优势及肝素固定化作用对基质物理化学性能和生物性能的影响。
2 实验
2.1 提取胶原
将猪皮经过胃蛋白酶和酸消化与中性盐处理进行提取, 再加入0.02%的HAc到胶原中即得到均匀稀释的不溶性胶原凝胶酸分散液, 将凝胶在-70℃冷冻过夜之后再在-40℃真空压力为1.33×10-3mbar条件下冻干24 h得到胶原海绵。
2.2 胶原基质的改性
胶原海绵分别在使用肝素和不使用肝素的情况下用EDC/NHS体系进行改性。以下是实验的具体操作过程。
为了减少EDC的水解, 所以交联反应在pH 5.60, 0.05 mol/L的2- (N-吗啡啉) -乙烷磺酸钠盐 (MES) 的缓冲体系下进行。首先将冻干了的胶原海绵放入MES中培养至少30 min, 然后再将胶原海绵放入含有EDC、NHS的EMS缓冲溶液中, 并在20 mm汞柱的压力下排空5 min, 将胶原海绵中的空气排尽。反应在37℃, 并保持轻微搅拌的情况下持续反应4 h。反应完成之后将改性后的胶原海绵依次放入0.1mol/L的Na2HPO4溶液 (2 h) 、4mol/L NaCl溶液 (4次/24 h) 与蒸馏水 (5次/24 h) 中进行清洗。
对于含有肝素的实验组, 将肝素加入到含有EDC, NHS的MES缓冲液中反应10 min, 然后将胶原海绵按之前一样的操作进行改性。
为了交联反应的进行, 每克的胶原海绵使用含有1.720 g EDC和0.560 g NHS的215m LMES缓冲溶液, 对应的比例n (EDC) ∶n (NHS) ∶n (胶原羧基含量) 为6∶6∶1, 在肝素存在的实验组, n (EDC) ∶n (肝素中羧基含量) 为3.477。
由在以上条件下用一步同时法完成交联和肝素固定得到的基质称作EDC/NHS-肝素组;用分光光度法测试30 mg肝素与1g胶原海绵的混合物。在不存在肝素的情况下用EDC/NHS处理过的基质称作EDC/NHS组;既没有用交联剂也没有用肝素处理的基质作为实验对照组。在改性操作完成后将基质在-80℃的条件下冷冻过夜, 然后再冻干24h。
2.3 红外光谱测定
红外光谱数据由傅里叶变换红外光谱仪 (Thermo ELECTRON Corporation) 在波长500～4500nm-1的范围内测得。
2.4 伯氨基基团测定
用2, 4, 6-三硝基苯磺酸测定不同实验组中得到的胶原海绵基质中游离伯氨基基团的数量。
2.5 差示扫描热量仪测定
胶原海绵基质的收缩温度可以表明它的耐湿热稳定性能, 通过差示扫描热量仪 (DSC) 测得。样品 (大约5 mg) 先在室温下在去离子水中浸渍30 min, 之后用滤纸擦干胶原上多余的水分, 擦干后放入铝盘中密闭保存。先将一个空的密闭铝盘放入仪器中, 将温度范围设置成15～95℃, 升温速率5℃/min, 作为参照组。收缩温度 (Ts) 值是开始出现吸热峰的点, 收缩焓 (ΔHs) 是通过湿胶原基质的质量计算出来的。
2.6 形态特征
将不同组的样品 (大约5mm×5 mm×5 mm) 浸入到制冷液氮中, 迅速拿出并用锋利的手术刀 (厚度1 mm) 切成薄片, 将薄片固定在铝样品架上通过溅渡为薄片涂布一层金, 用扫描电子显微镜 (SEM) 进行观察。拍下显微镜中呈现出的图像, 这样海绵上孔隙的直径就可以很直接的测量出来, 并计算七个样品在显微下80× (≦2范围内) 孔隙直径的平均值。
将干海绵 (质量记为W1) 浸没在酒精中并排气确保酒精充满经海绵的孔隙, 这样得到的湿的胶原海绵质量记为W2。用3m L的酒精再次将瓶子充满, 将湿的胶原海绵浸入到瓶子中得到样品的体积 (V) 。根据下面的公式计算出胶原海绵的孔隙率:
孔隙率 (P) =[ (W2-W1) /ρ]/V
上式中, ρ是无水乙醇的密度;W1是干海绵的质量;W2是湿海绵的质量。
2.7 吸水率
精确测量样品的质量, 并记为W0将其放入含有1 ml PBS溶液中 (PH7.2～7.4) 并把温度设置为37℃。轻微振荡24 h后, 测量湿样品的质量, 记为W1。可以根据以下计算式得到样品的吸水性。
吸水性 (C) = (W1-W0) /W0
重复上述实验五次, 在考虑标准偏差的情况下, 计算出五次实验的平均值。
2.8 酶解稳定性能
分别准确称量5 mg的对照胶原, EDC/NHS组胶原和EDC/NHS-肝素组胶原, 放在含有5 CU酶活单位的Ⅰ型胶原酶的1 m L DMEM培育介质中, 在温度为37℃并轻微振荡的条件下分别降解1.5 h, 4 h, 1 d, 2 d, 3d, 6 d和9 d。每天都更换新的胶原酶溶液, 在每次反应完成的间隙, 添加200μL的0.25M EDTA结束反应, 将经过降解剩下的胶原海绵立即用PBS溶液和去离子水充分洗涤, 在-20℃的条件下冻干36 h。用酶解剩下胶原海绵的质量和降解前胶原的质量的百分比来表征降解情况。
2.9 应力-应变特性
用机械测试仪测定改性胶原海绵的应力-应变曲线。干样品以10 mm/min的速率增加拉力, 湿样品以1 mm/min的速率增加拉力, 记录每一个样品的抗张强度、断裂伸长率、弹性模量。湿样品在检测之前先在室温下浸没在PBS缓冲溶液中10 min。分别计算干样品和湿样品5组数据中负荷、断裂应力、破裂应变、杨氏模量的平均值。
3 结果和讨论
3.1 红外分析
对照组和EDC/NHS组还有EDC/NHS-肝素组分别得到的红外光谱图见1。从未经处理的胶原的红外光谱图 (图1中曲线b) 中可以看到, 4种酰胺键的波峰分别在3322, 3080, 1650和1552cm-1出现。一般来讲, 酰胺键A峰与N-H的伸缩频率相关联, 一个自由N-H的伸缩振动峰出现在3400～3440 cm-1的范围内, 当肽链上的NH官能团形成氢键后波峰向低波数移动, 一般在3300cm-1附近。本实验中猪皮胶原海绵的A酰胺键的波峰在3322cm-1出现由此说明NH基团形成了氢键结合。胶原的酰胺键B峰与CH2不对称伸缩有关并出现在3080 cm-1处。酰胺键Ⅰ波峰 (1650 cm-1) 出现的位置是由于C=O的振伸缩振动和N-H的弯曲振动相耦合, 同样与胶原的二次结构有关。酰胺键Ⅱ波峰 (1552cm-1) 的位置是因为N-H的弯曲振动与C-N的伸缩振动相耦合。在1242 cm-1到1457 cm-1吸收带的出现证明了螺旋结构的存在。因此红外光谱显示出了不同组的胶原基质的螺旋情况。
改性之后, 两种氨基酸的频率分别在3322 cm-1和3080 cm-1处出现, 与改性之前相比有了明显的变化。EDC/NHS组中A酰胺键和B酰胺键波峰峰强降低了, 而EDC/NHS-肝素组它们的峰强增加了, 这意味着肝素和胶原分子之间发生了共价结合使得N-H基团的数目比对照组和EDN/NHS组的N-H基团数目都多。酰胺Ⅰ键的波峰明显增加, 表明改性处理使得胶原中有更多无规的或者α-螺旋构象存在。酰胺Ⅱ键的波峰比对照组高, 说明改性使得很多的-NH2基团变为N-H基团 (例如, 胶原内分子之间的交联或者分子内发生自交联) 。在胶原红外光谱中出现的羧酸盐的对称伸缩带 (接近1404 cm-1) 在EDC/NHS组的光谱中降低了, 表明更多的羧基基团参与了交联反应。
我们都知道肝素的特征吸收峰在890、940 cm-1出现 (羧基基团) , 但是在EDC/NHS-肝素组的红外光谱中并没有看到在这个范围有吸收峰出现, 因为大多数的肝素吸收峰与胶原叠加了, 从而该组中所有酰胺键的频率值都比对照组还有EDC/NHS组高。
结果表明EDC/NHS体系在相同或不同的胶原分子或者肝素分子中的两个羧基之间形成了适当的酸酐。因此, EDC/NHS-肝素组的红外光谱图表明胶原上的氨基与肝素上的羧基基团发生反应生成了酰胺键, 而与肝素的羧基反应生成了酯键。
3.2 自由伯氨基的余量
随着交联度的增加每mg胶原海绵中自由氨基的数量减少。EDC/NHS组, EDC/NHS-肝素组和对照组三组中每1 mg胶原海绵中自由氨基的含量分别为230, 203, 381 nmol交联度与自由氨基的数量呈反比。
EDC/NHS-肝素组的交联度比EDC/NHS组高。这是由于两种交联形式的不同, 肝素的固定是基于羧基和氨基之间的反应。
3.3 收缩温度和焓 (ΔHs)
表1表明对照组的TS为27.5℃而EDC/NHS组的TS则上升到了71.2℃可以看到对照组合交联组的差异非常明显, 但是EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组两个组改性胶原的收缩温度的差别较小。在肝素生物活性分子的存在的条件下, 收缩温度略微降低。
焓随着交联度的增加而增加。但是在EDC/NHS-肝素组中, 由于收缩温度的降低使得其焓的值也有些微的下降。
这些结果表明, 由于交联度的不同还有生物活性分子的结合作用使得不同组别所得到材料的湿热稳定性也有较大差异, 总的说来, 改性提高了胶原基质的耐湿热稳定性。
3.4 形貌特征
用SEM对不同组的胶原海绵进行了显微观察看到, 三个组之间没有明显的差别。各个组中的孔径都呈不规则的圆形, 对照组胶原海绵的孔径为120～260μm, EDC/NHS组孔径比前者稍大为155～300μm, 但是经过肝素的固定和改性之后, 胶原海绵的孔径只有略微的增加为130～300μm。EDC/NHS对胶原的交联改性使其多孔结构发生了微小改变, 而孔径增大, 同时还可以发现肝素的固定化使EDC/NHS对胶原交联作用得到的孔径减小。对照组胶原海绵的孔隙率为98%, 改性后降到了82%, 但仍然保持较高的孔隙率。
3.5 吸水率
在检测和分析中, 不同组胶原海绵都被赋予了形貌, 就形貌稳定性而言可用胶原被浸湿前后体积变化来表示。在最初的5min里, EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组的样品吸水速率比对照组快, 也许是由于胶原海绵孔壁的完整性受到了交联作用的影响, 孔洞之间的连接增多。所以, EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组的渗透性有显著提高。
三组胶原海绵的吸水率分别是18.47, 36.85, 32.41 mg/mg。EDC/NHS的交联作用使胶原的吸水率与没有交联相比有了明显提高。由于EDC/NHS组的交联度更高所以EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组的吸水率也有一定的差别。可以发现交联之后胶原基质的表面亲水性增强有利于细胞生物在基质上的生长。
排除液体之后, 对照组胶原样品塌陷, 其干燥后体积差不多只有35%, 但是另外两组的体积与干燥时相比没有明显的差别。
EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素具有很好的吸水性, 良好的形态稳定性和足够的吸水率使它们更加适合细胞的生长和用于愈合伤口的材料。
3.6 抗酶解能力
每一组胶原海绵样品通过耐Ⅰ型胶原酶水解的能力来表示其抗酶能力 (如图3所示) 。没有交联的胶原海绵在胶原酶的作用下1.5～2.0 h就可以完全水解。交联改性后的胶原海绵的抗酶水解能力明显提升, EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组在经过胶原酶处理9天之后还分别有81.4%和84.7%的胶原基质剩余, 然而两组并没有明显的差距。这些数据表明EDC/NHS的交联非常明显且在胶原酶作用下可以保存相当长的时间。综上, 交联作用降低了胶原的水解率, 很大程度上提高了其抗酶解能力。
3.7 应力-应变分析
将各组样品制成样条用来进行拉力应力-应变测试分析, 所有样品都将分别在干燥和润湿条件下分别进行分析 (如表2) 。用双因素方差分析得到胶原交联作用与基质测试的状态对其在断裂生物力学强度影响很大。
在干燥环境下, 用EDC/NHS交联胶原海绵提高了其断裂强度水平, 而EDC/NHS-肝素组有些微的下降。在湿条件下, EDC/NHS的交联作用使得胶原的断裂强度与对照组相比有了非常明显的降低, 但是EDC/NHS-肝素组的值比EDC/NHS组的值要高一些。
两个交联的组在湿润条件下相应的应变都比在干燥的情况下的值下降非常明显。无论在干燥或者湿润的条件下, 由于各组样品的EDC/NHS的交联作用程度不同, 肝素的固定化作用的影响, 所以各组获得的数据差异非常大, 进一步来讲EDC/NHS组和DC/NHS-肝素组也会有一些差别, 然而在湿润条件下, 对照组在断裂处的应变明显比其他两组要高一些。
胶原海绵基质条件和交联改性与否对胶原的弹性模量有很大的影响。在湿润或者干燥条件下, 经过处理过的两组样品的弹性模量都比对照组高很多, 而且EDC/NHS-肝素组的值比EDC/NHS组高很多。通过改性处理, 胶原海绵的生物力学性能有了很明显的提高。
总的说来, 胶原海绵断裂强度和弹性应变模量都因改性处理而增加, 然而在干燥条件下EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组的断裂强度值都比对照组的低, 这或许是因为EDC浓度高。在湿润条件下样品的断裂强度及其相应的伸长率都比对照组有了很大的降低, 这是它们具有不同的吸水率而产生的结果, 过度的交联度使得材料的生物力学性能降低。由于EDC/NHS组和EDC/NHS-肝素组的吸水率有所不同也许会对它们力学性能的测试结果带来一些影响。
4 结论
在现阶段的研究中, 胶原的交联与肝素固定化在相同的条件下同时进行。结果显示EDC/NHS-肝素组中除了吸水率、Ts和焓之外它的交联度、抗酶解稳定性、形态稳定性和生物力学性能均比EDC/NHS组高。当EDC/NHS-肝素组中交联度达到203 nmol/mg时胶原抗酶解能力增加非常迅速, 直到第9天的时候剩余的胶原还有84.7%, 孔径为130～300μm, 吸水率为32.41mg/mg与EDC/NHS组的36.85mg/mg相比有略微的下降, 且孔隙率也从EDC/NHS组98%降到82%。红外光谱图也表明各组胶原活性基团中三种基团的变化。改性处理能够轻易的对胶原海绵的生物力学性能及生物性能进行调整。
装饰装修材料防火性能研究 第11篇
木质层板吊顶的综合燃烧特性
1. 未作任何防火保护处理的木质层板吊顶遇火时，吊顶很快燃烧，并迅速扩展引起轰燃，其热释放速率峰值最高，但燃烧产生的烟气浓度却比较小。
2. 木龙骨表面及层板下表面单面涂刷防火涂料的木质层板吊顶遇火时，在高温的作用下，由于变形引起吊顶与墙面以及板与板之间的缝隙变大，火焰及高温烟气从缝隙中进入吊顶的内层并从背面开始传播，使得防火涂层失去了应有的保护作用。燃烧试验初期，吊顶表面防火涂层中残留的有机溶剂受热很快挥发燃烧，也增加了一定热释放量。试验结束时，龙骨基本保持完好，层板全被烧掉，燃烧过程中，烟气浓度较高。
3. 木龙骨及双面涂刷水基型阻燃处理剂的木质层板吊顶遇火时，热释放速率峰值较小，燃烧速度比较慢，也比较平稳，试验过程中，发烟量较小，试验结束时，龙骨基本保持完好，但层板大部份被烧掉。
4. 采用加压浸渍处理的难燃胶合板木质层板吊顶遇火时，热释放速率峰值最小，燃烧速度也比较慢，试验过程中，发烟量很小。试验结束时，龙骨基本保持完全好，除靠近火源的层板被烧掉外，离火源较远的部位层板仍保持完好。
室内软包的综合燃烧特性分析
经过调查分析，根据国内使用的软包材料的特点，确定了以下四个有代表性的试验方案： ①采用普通聚氨酯泡沫塑料和普通装饰织物作为软包装饰材料；②采用阻燃聚氨酯泡沫塑料和阻燃装饰织物作为软包装饰材料； ③采用阻燃聚氨酯泡沫塑料、隔火衬布和阻燃装饰织物作为软包装饰材料； ④采用阻燃装饰织物作为软包装饰材料。试验结果表明：
1. 采用普通聚氨酯泡沫塑料和普通装饰织物的软包，着火后能在极短的时间内达到最大释放速率，并发生轰燃，燃烧过程中烟浓度很高，整个软包可在两分钟左右全部烧光。
2. 采用阻燃聚氨酯泡沫塑料、隔火衬布和阻燃装饰织物作为软包，若着火后放热速度明显减慢，在较长的时间（约10 min）后才达到最大热释放速率，其最大热释放速率特征峰值也比较小，但其放热的过程较长。燃烧过程中在较长的时间内保持较高的烟浓度，未发生轰燃现象。
3. 采用阻燃吸音材料和阻燃装饰织物作为软包，着火后在较短的时间内达到最大热释放速率，但其最大热释放速率特征峰值较小，未发生轰燃。
以上结果不难看出，采用未经任何防火阻燃处理的聚氨酯泡沫塑料和装饰织物作为软包装饰材料，一旦失火，将会在极短的时间内发生轰燃，并伴有很高的烟浓度，其有毒气体CO的浓度也较高，因此其火灾危险性很大。采用阻燃聚氨酯泡沫塑料、隔火衬布和阻燃装饰织物作为软包装饰材料，由于隔火衬布受火后形成隔热保护层，阻止氧气进入并具有一定的隔热作用，因此燃烧速度明显减缓，防止了轰燃的发生。
窗帘的综合燃烧特性分析
未经防火阻燃处理的窗帘幕布大多属于易燃性材料，在实际火灾中，窗帘幕布往往容易着火而且火焰传播速度很快，使火焰从一个部位传播到其它部位，大大地加速了火势的发展。为了控制火灾的发生并减缓火势的发展速度，国内对窗帘幕布类织物的阻燃进行了很多研究，有些研究成果已在实际工程中应用，但不同窗帘幕布材料在发生火灾时对火灾的控制有多大，阻燃织物及阻燃处理技术对控制火灾的发生和发展是否有效，尚存在很多疑问。为了准确了解并掌握相关的情况，采用墙角火灾试验方法对窗帘幕布的综合燃烧特性进行了研究。经过调查分析，根据国内使用的窗帘幕布材料的特点，确定了以下四个有代表性的试验方案：①普通化纤窗帘的综合燃烧特性②阻燃化纤窗帘的综合燃烧特性③普通百页窗帘的综合燃烧特性④阻燃百页窗帘的综合燃烧特性。
从试验结果分析可以看出，无论是普通化纤窗帘还是普通聚丙烯百页窗帘，遇火时均能很快地燃烧。虽然其本身的热释放量不大，且发烟量也很小，但它们的火焰传播速度很快，在极短的时间内即可把火焰从起火地点传到其它部位，将可能引起其它可燃物燃烧，因而具有较大的火灾危险性。而经过阻燃处理的化纤窗帘和聚丙烯百页窗帘，遇火时均表现出优良的防火阻燃性能，不仅能有效地阻止火焰的传播和火灾的扩展，同时产生的烟气浓度也很小。因此，对窗帘幕布类材料实施防火阻燃處理，其防火效果是十分明显的。
网管的燃烧特性分析
试验结果表明：铝箔复合阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料保温风管与阻燃橡塑泡沫塑料保温风管相比，燃烧的速度相对较慢，热释放速率峰值相对较小，达到最大热释放速率的时间也比较长，毒性烟气的浓度也相对较低。分析其原因之一是阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料所有外露表面均与铝箔紧密复合，使得聚氨酯泡沫塑料与空气中的氧气不易接触，从而延缓了聚氨酯泡沫塑料的燃烧速度，原因之二可能是该风管采用了阻燃性能更好的硬质聚氨酯泡沫材料，或许两种可能性兼而有之。但该风管材料燃烧产生的烟浓度很大，持续的时间也比较长，同时试验过程中还会发生垮塌，具有很高温度的风管垮塌后极有可能引燃其它可燃材料。因此，这两种风管在火灾中的危险性各有其特点，应根据具体的使用场所来确定应当使用哪一种产品。
结束语
通过对室内装修材料综合燃烧特性试验分析表明，不断地加强对主要装修材料的研究分析，科学地、有针对性地优化对建筑室内外安全性装饰装修，才能从根本上消除因盲目蛮干而带来的恶果。
建筑垃圾再生骨料物理性能研究 第12篇
近年来我国城镇建设一直处于高速发展期,每年建成的房屋面积高达16亿m3~20亿m3,超过了所有发达国家年建成建筑面积的总和[1]。按照每新建一万平方米建筑排出垃圾约500 t~600 t[2]计算,近年我国全年仅施工建设产出和排放的建筑垃圾数量就在0.8亿t~1.2亿t之间。
随着我国对于保护耕地和环境保护的各项法律法规的颁布和实施,如何处理和再生利用建筑垃圾,已经成为城市建设管理部门和环境保护部门面临的一个重大课题。
再生混凝土骨料又叫再生骨料是指建筑垃圾通过破碎筛分处理加工而成的各种粒径的级配骨料;再生骨料混凝土又叫再生混凝土,是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后,按一定比例而级配成的“再生混凝土骨料”,部分或全部取代砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成的混凝土[3]。建筑垃圾的资源化处理与利用不仅可以解决建筑垃圾所引发的环境问题还可以节约大量的天然石料,可以缓解经济的高速发展与天然资源日趋紧张之间的矛盾。
2 建筑垃圾的组成与分类
2.1 建筑垃圾的定义
根据《城市建筑垃圾和工程渣土管理规定(修订稿)》,建筑垃圾是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物等进行建设、拆迁、修缮及居民装饰房屋过程中所产生的淤泥、淤渣、泥浆及其他废弃物。
2.2 建筑垃圾的分类和组成
按照来源分类,建筑垃圾可分为土地开挖、道路开挖、旧建筑物拆除、建筑施工和建材生产垃圾五类。建筑垃圾的组织成分很复杂,不同结构类型的建筑物所产生的建筑垃圾的成分不一样,但其基本组成主要是渣土、碎石块、废砂浆、砖瓦碎块、混凝土块、沥青块、废塑料、废金属料、废竹木等,其具体成分如图1所示[4]。
2.3 建筑垃圾的物理性能指标
再生混凝土骨料的基本性能特别是物理性能直接影响再生混凝土的性能。因此,研究好再生混凝土骨料的物理性能对提高再生混凝土的性能非常重要,另外也为再生混凝土骨料的质量评定提供参考依据。建筑垃圾再生混凝土骨料的物理性能指标主要有压碎指标值、表观密度、松散堆积密度、含泥量、吸水率等。
3 实验方案
3.1 实验所用原材料
3.1.1 建筑垃圾
昆明理工大学白龙校区工程力学实验室试压后的废弃混凝土试件,其原始强度为C20~C40。
(1)再生粗骨料:废弃混凝土破碎以后形成的粒径在5 mm~20 mm之间的颗粒,采用连续级配,级配良好。
(2)再生细骨料:废弃混凝土破碎以后形成的粒径在5 mm以下的颗粒,采用连续级配,级配良好。
3.1.2 天然骨料
(1)天然粗骨料:昆明小哨采石场出产的天然碎石。
(2)天然细骨料:产地昆明。
3.2 骨料物理性能测试方法
3.2.1 压碎指标值
测试方法按照国标GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》。
3.2.2 粗、细骨料表观密度,粗、细骨料松散堆积密度,
骨料吸水率,粗骨料含泥量,粗骨料表面相对粗糙度的测试方法详见《建筑材料与检测技术》[5]。
4 实验结果与分析
同天然砂石粗骨料相比,再生粗骨料由于含有30%[6]左右的硬化水泥砂浆,从而导致其吸水性、表观密度等各项物理性能与天然骨料不同。试验中所用再生粗骨料与天然粗骨料的各项物理性能对比如图2所示,其中横坐标1、2、3、4、5、6、7分别代表骨料的表观密度、堆积密度、吸水性、含泥量、针片状含量、压碎指标、相对表面粗糙度。
4.1 再生混凝土骨料的压碎指标
从图3可以看出压碎指标与原生混凝土强度的关系并不是简单的直线关系,略有波动,但总体来说,从强度上说压碎指标值随原生混凝土强度的增大有下降趋势,说明随着原生混凝土强度的增高,再生骨料的质量越好,原生混凝土强度越高,基体混凝土越不容易破碎。这与李坤[7]的观点基本一致。
4.2 再生粗骨料表观密度
表观密度是材料在自然状态下单位体积的质量,该体积包括材料内部封闭孔隙的体积。再生混凝土的表观密度较普通混凝土降低5.2%,其原因是再生骨料比碎石骨料的密度小。
试验证明,再生骨料的表观密度与其粒径以及再生骨料破碎前的原生混凝土强度有着密切的关系,如图4所示,再生混凝土骨料的表观密度随再生骨料粒径的增大而增大,基本呈线性关系。图5表明,再生混凝土骨料的表观密度随原生混凝土强度的增高而逐渐增大。
4.3 再生粗骨料吸水率
与天然粗骨料相比,再生粗骨料的吸水率提高了94.4%。再生骨料的吸水率升高与再生骨料的表面粗糙度、孔隙率以及骨料的内部缺陷有关。
再生粗骨料的吸水率与骨料的粒径也有着密切的关系,再生粗骨料的吸水率随粒径的增大呈现先减小后增大的趋势,如图6所示。原因是当粗骨料的粒径比较小时,粗骨料的比表面积增大,吸水率则提高。而当骨料的粒径过大时,则粗骨料本身带有的缺陷以及表面粘附的砂浆相应增多,引起粗骨料吸水率的增大。
4.4 再生粗骨料含泥量
再生混凝土和普通混凝土的含泥量的对比见图7。从图7可见,再生粗骨料的含泥量远远大于天然粗骨料。试验中发现再生粗骨料的含泥量与原生混凝土的强度有一定关系,原生混凝土强度越高,再生粗骨料的含泥量越低,其趋势如图7所示。
需要注意的是再生骨料混凝土水泥浆颗粒不同于天然粗骨料中含有的泥土,它具有一定的活性,能够部分的参与水化[8]。对于再生粗骨料中水泥浆颗粒的活性以及它对再生混凝土性能的影响有待进一步的研究。
5 结论与建议
a.再生骨料的基本性能对再生混凝土性能影响很大,再生骨料物理性能的提高可以在很大程度上提高再生混凝土性能。但目前对再生骨料的特性研究并不成熟,缺乏这方面研究的质量评定标准和规范,有待进一步健全;
b.再生骨料的质量与本身粒径和原生混凝土的强度有关,再生骨料的质量一般随原生混凝土强度的增大而提高,但由于建筑垃圾组成成分的复杂性,增加了很多不确定因素,这方面研究工作需要加强;
c.再生粗骨料棱角较多、表面粗糙,骨料表面含有大量未曾脱落且孔隙率比较大的水泥砂浆(包裹在天然骨料表面或以碎屑形式存在),此外再生粗骨料本身带有大量的破碎时形成的微裂纹,这都会提高再生粗骨料的吸水率;
d.再生粗骨料的含泥量对再生混凝土性能影响很大,但在实际工程应用中往往忽视含泥量对混凝土性能的影响;
e.建筑垃圾再生混凝土骨料性能的提高可以加速建筑垃圾资源化利用进程,为建筑垃圾及升级产品的产业化打下基础,也为循环经济的发展、节约型社会的建立、可持续发展理念的深入作出贡献。
摘要：再生混凝土骨料的基本性能特别是物理性能直接影响再生混凝土的性能,因此对建筑垃圾再生骨料物理性能的研究非常重要;本文主要从压碎指标值、表观密度、吸水率、含泥量与骨料自身粒径、原生混凝土强度关系的角度进行深入研究;研究表明,再生骨料的质量在很大程度上取决于建筑垃圾中原生混凝土的物理性能。
关键词：建筑垃圾,再生混凝土骨料,再生骨料混凝土,物理性能
参考文献
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[2]李大华,盛洲发.我国建筑垃圾的现状和资源化处置的对策商榷[J].安徽建筑工业学院学报.2006,14(6).
[3]王罗春,赵由才主编.建筑垃圾处理与资源化[M].北京:化学工业出版社,2004.
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[7]李坤,张英华.再生混凝土粗骨料的基本性能实验研究[J].建筑科学,2006.10,22(5).
