关于材料工程毕业论文开题报告

一、选题的目的、意义和研究现状

聚氨酯是一种由多异氰酸酯和多元醇反应生成的具有多个氨基甲酸酯链段的有机高分子材料。因聚氨酯分子结构中含有多个氨基甲酸酯基团，故称之为聚氨酯。体膨型聚合物是聚氨酯注浆材料中的一种，它也是目前国外用的最为广泛的堵水剂之一[1]。体膨性聚合物是一种经过特殊处理的高分子聚合物，具有较好的耐高温、耐高矿化度的性能，可变形性好等特点。随着注浆技术的广泛应用，注浆材料也得到了较大的发展。20世纪60年代聚氨酯注浆材料就已被开发，美国、德国、日本将聚氨酯化学灌浆应用于建筑工程[2]。

但是一般的体膨性聚合物只注重于吸水的功能，而忽略了体膨性聚合物本身的结构强度。当体膨性聚合物吸收过多的水之后，自身的硬泡结构会变软甚至与水混合变成凝胶状态，这会使建筑工程等方面发生意外甚至更严重的事故。所以说，体膨性聚合物不但要有良好的吸水性能(即包水性)，而且还要有足够的结构强度，这在体膨性聚合物研究方面越来越受到关注。

有关体膨性聚合物的报道主要为体膨性聚合物颗粒、体膨型化学凝胶、水化膨胀复合堵漏材料、交联聚合物堵漏材料[3]等方面的介绍。如左凤江等[4]研制了水化膨胀复合堵漏材料，Davidson等人[5]介绍了一种用于处理严重漏失的交联聚合物体系，此体系由适当尺寸的特殊纤维和水溶性交联聚合物组成。它们都是从化学角度出发，针对裂缝性、溶洞性严重漏失等方面研制了一些体膨型堵漏材料和配套堵漏工艺，已达到建筑环境所达到的要求。

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，聚氨酯的基本原料为多异氰酸酯和含羟基的化合物[6]。凡是在高分子主链上含有许多重复-NHCOO-基团的高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯[7]。而聚氨酯注浆材料[8]是由末端含异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体为主体，加上溶剂、催化剂、表面活性剂、缓凝剂、增塑剂以及其它改性剂等组成。其中聚氨酯预聚体是关键原料,它直接影响到浆液灌注后生成的固化物的抗渗性、抗压强度、粘结强度以及包水性等。一般是单液型。其主要成分是过量二异氰酸酯(或多异氰酸酯)与聚醚多元醇反应而制得的端异氰酸酯基(NCO)预聚体[9]。也可以是双液型，即由预聚体与固化剂(及促进剂)组成。在注浆过程中，把聚氨酯注浆材料注入缝隙或疏松多孔性地基中时，这种预聚体的端基与缝隙表面或碎基材中的水分接触，发生扩链交联反应，最终在混凝土缝隙中或基材颗粒的孔隙间形成有一定强度的凝胶状固结体[10]材料工程毕业论文开题报告材料工程毕业论文开题报告。聚氨酯固化物中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基、醚键等极性基团，与混凝土缝隙表面以及土壤、矿物颗粒有很强的粘接力，从而形成整体结构，起到了堵水和提高地基强度等作用[11]。并且，在相对封闭的灌浆体系中，反应放出的二氧化碳气体会产生很大的内压力，推动浆液向疏松地层的孔隙、裂缝深入扩散，使多孔性结构或裂缝完全被浆液所填充，增强了堵水效果[12]。浆液膨胀受到限制越大，所形成的固结体越紧密，抗渗能力及压缩强度越高[13]。聚氨酯类注浆液分为非水溶性聚氨酯浆液(简称PM)和水溶性聚氨酯浆液(简称SPM)[14]。这两种材料虽然都能防水、堵漏、加固地基，但也有差别。非水溶性聚氨酯注浆材料固结体强度大、抗渗性好，适用于加固地基、防水堵漏兼备的工程[15]。水溶性聚氨酯注浆材料包水量大、渗透性好，适用于土质表面层的防护[16]。

聚氨酯注浆材料是二十世纪四十年代国际上发展起来的一种新型高分子防水材料，它的特点是不溶于水，粘结力强，不致被水冲掉，而且遇水产生二氧化碳气体，使浆液在几秒或几分钟内发泡膨胀，因而能很快地渗入、充满缝隙，并凝固结硬，起到堵水防渗作用。另外，还有良好的物理化学性能;耐高低温(从-20℃-100℃);对酸碱有很好的抗腐蚀作用[17]。

聚氨酯注浆材料兼顾堵水和加固的功能，在解决煤矿、石膏矿及其它金属矿山的大断面、工作面、煤仓的渗漏水和涌水问题及井下煤岩体巷道掘进中大断层带或松软煤岩层快速注浆固结控制顶板和断层带、冲沟带、松软煤层防止冒顶、片帮问题发挥着重要的作用，在矿业工程材料中有着不可替代的作用。

第二次世界大战后，1945年-1947年，美国开始关注聚氨酯树脂，特别是与空军有关的工业更有开发兴趣。1947年，DuPont和Monsanto公司建造了2，4-甲苯二异氰酸酯试验车间，在GoodYearAircraft公司和LockheedAircraft公司开始进行硬质聚氨酯泡沫塑料的生产。

1954年，美国Monsanto公司和Bayer公司进行技术合作，成立Mobay化学公司，从此在美国开始了聚氨酯原料的生产，泡沫市场也开始慢慢地发展材料工程毕业论文开题报告文章材料工程毕业论文开题报告出自http://www.gkstk.com/article/wk-78500001322977.html，转载请保留此链接！。1957年，Wyandotte化学公司制备成功环氧丙烷-环氧乙烷嵌段共聚醚的聚氨酯泡沫塑料，并实现工业化。由于石油工业提供了价格低廉的丙烷类的聚醚多元醇原料，促使聚醚型聚氨酯泡沫塑料的成本大幅度降低，该制品的耐老化性能均比聚酯型聚氨酯泡沫体有显著提高，是聚氨酯泡沫塑料工业化的突破[18]。1958年，Mobay公司和UnionCarbide公司采用了高活性的三乙烯二胺和有机锡作为聚氨酯泡沫塑料的新型催化剂，使聚氨酯发泡工艺由二步法改为一步法，更进一步促进了聚氨酯泡沫塑料的发展。同年DuPont公司用一氟三氯甲烷发泡剂制备成功硬质聚氨酯泡沫塑料。可见，美国的聚氨酯工业在世界上占有重要的地位。

1961年，美国用聚合多异氰酸酯即多苯基多亚甲基异氰酸酯制备硬质聚氨酯泡沫塑料，提高了制品的性能。另外，还用PAPI制备成聚氨酯改性的聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料，该泡沫塑料具有优良的耐热性能，于1967年投入市场[19]。1979年，用玻璃纤维增强的聚氨酯RIM生产汽车挡泥板和车体板。1980年，玻璃纤维增强的结构反应注射成型聚氨酯产品问世。20世纪60年代中期，各国相继研究成功聚氨酯铺面材料以及防水材料，从而使聚氨酯树脂在土木建筑工程中获得应用。

我国的聚氨酯泡沫塑料起步于20世纪50年代中后期，我国一些科研单位，如上海市轻工业研究所、天津市纺织研究所先后开展了聚酯型及聚醚型聚氨酯泡沫塑料的研制。1963年，江苏省化工研究所、南京大学化学系以及南京塑料厂协作攻关，在国内首先成功一步法聚醚型聚氨酯软泡生产工艺，并于1966年建成聚醚多元醇、有机硅匀泡剂以及国产设备的聚氨酯软泡生产装置。20世纪60年代中期，上海塑料制品六场、天津纺织科学研究所等单位分别从英国引进连续水平发泡机生产块状软泡[20]。20世纪80年代初，各泡沫厂先后引进多条生产线，生产水平有了大幅度的提高。聚氨酯硬泡1964年才开始研究，20世纪70年代中期才有一定规模的小工业装置生产，先用于船舶、冷库、石油化工管道保温等，以后冰箱冷柜成为硬泡的一个主要应用领域。由于原材料配套工业及应用开发工作基础薄弱，发展缓慢。1978年全国以泡沫塑料为主的聚氨酯制品产量仅5000t左右[21]。在20世纪80年代才开始进入快速发展阶段，特别是近10年来国民经济的快速发展，以及跨国大公司进入中国市场，聚氨酯泡沫塑料以及整个聚氨酯工业进入高速发展期。1984年我国聚氨酯泡沫产量估计约2万吨，1986年约4万吨，1988年约9.1万吨，1994年约20万吨，2000年约44万吨

近年来，聚氨酯注浆材料有了一定的发展。它既可用在铁路隧道及地下工程的防水堵漏，也可用作建筑物的地基加固材料工程毕业论文开题报告论文。对由于施工时某些原因造成的混凝土局部裂缝，变形缝和接缝的程度不同的漏水，均可使用聚氨酯注浆材料进行处理，在几分钟到几十分钟之内能达到止水目的[22]。一般化学注浆材料遇水后有被冲淡或冲走的可能，因此难以满足防水堵漏的要求。聚氨酯注浆材料所以能迅速堵住漏水，是因为浆液遇水后，能与水起化学反应而放出二氧化碳气体，迫使浆液向四周扩散。同时，浆液粘度逐渐增加，在较短时间内，与周围物体粘结，形成一种强度较高的固结体，迅速地把漏水堵住[23]。

传统固体注浆材料颗粒较大，以至于可灌性较低，不能满足各种地层的不同要求，且在处理裂缝性、孔洞性恶性漏失时易与地层流体相混，被稀释并流走，堵漏浆很难形成强度足够的严密封堵。化学注浆材料虽黏度低、可灌性好、凝结时间易控制，但与固体注浆材料相比凝胶后抗压强度明显低很多;注浆材料的腐蚀性、毒性、环保性对实际工程中注浆材料的选择产生了很大的局限性;很多注浆材料因自身成本及施工成本较高而不能得到广泛的应用[24]

综合上述原因现阶段注浆材料的环保性、耐久性、能适应不同环境的性能成为人们主要研究的方向。因此寻求渗透性强、吸水性好、可灌性好、无污染、固结体强度较高、凝胶时间易于控制、价格便宜和施工方便等综合性能指标高的绿色新型注浆材料已成为当今注浆材料的发展方向。

但一般的体膨性聚合物遇水后有被冲淡或冲走的可能，因此难以满足防水堵漏的要求。而本实验所研究的体膨性聚合物可以迅速堵住漏水，因为浆液遇水后能与水起化学反应而放出二氧化碳气体，迫使浆液向四周扩散，在较短时间内与周围物体粘结，且可以形成一种强度较高的固结体，迅速地把漏水堵住。

本实验的最终目的是使体膨性聚合物既具有良好的压缩强度又具有良好的包水性性能，所以通过向反应液里加入助剂的量的多少设置四因素、四水平的正交实验，通过正交实验可以分析出四种因素对体膨性聚合物的压缩强度和包水性性能的影响，从而选取各项性能都比较好的一组数据，最终达到本实验的目的。

二、研究方案及预期结果

1.研究方案

1.1原材料选择

(1)主料：异氰酸酯YT-2130、聚醚多元醇YTMN-450/JH-2020

(2)催化剂：EYT-12，SY-03

(3)吸水剂：丙烯酰胺的钠盐

(4)其他助剂：消泡剂(聚硅氧烷)、化学发泡剂(水)、物理发泡剂(环戊烷)

(5)其他材料：剪刀、纸壳、搅拌棒、烧杯、标签、密封袋、注射器、托盘天平、纸巾、

计时器

1.2仪器选择

WE-300型液压万能试验机;电子天平

1.3准备实验

(1)密封袋贴上试样序号标签，备用

(2)将纸壳做成标准试样尺寸的模具，备用

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