清洁型泡沫凝胶的制备及其成胶特性的研究

【摘要】：我国矿井火灾形势十分严峻,国内外采用的矿井防灭火技术都存在一定的缺陷。本文通过对煤矿火灾特点和现阶段防灭火技术的分析,提出了环保型泡沫凝胶防灭火技术。这种泡沫凝胶集聚了凝胶和泡沫的优点,不仅提高了凝胶的堆积性和充填效率,也降低了凝胶的使用量。制备泡沫凝胶的促凝剂不具有腐蚀性且在材料生成的过程中不会产生氨气,解决了一些防灭火技术威胁井下人员健康的问题。本文应用表面化学、热力学、酸碱电子理论等知识,研究了泡沫凝胶的制备和物理化学特性。根据胶体化学理论择选出无腐蚀的FA促凝剂,使用交叉分析法确定复合发泡剂组合后,利用自制发泡装置制备出膨胀倍数达2.65倍的清洁型泡沫凝胶;使用倾斜试管法测定泡沫凝胶成胶时间,对组分浓度、温度、气体流速等影响因素进行研究,得到满足矿井使用要求的变量范围;使用数显鼓风干燥箱分析不同条件下泡沫凝胶的热稳定性,并通过计算失水率来构建本构方程,与凝胶对比热稳定性并分析泡沫凝胶热稳定性优于凝胶的原因;使用封堵能力测试系统对材料进行对比研究,验证出泡沫凝胶能够承受一定压力的气体;理论分析泡沫凝胶灭火优势并进行实验验证,结果证明泡沫凝胶具有覆盖面积大、火势不易复燃的优点。清洁型泡沫凝胶在制备过程中不会产生氨气,且能利用泡沫的流动性和覆盖性以及凝胶的固水性和稳定性很好地发挥防灭火作用。本文的分析结果和动力学方程的建立为以后的研究提供一定的参考。 【关键词】：清洁型泡沫凝胶(EFG) 成胶时间 热稳定性 封堵性能 灭火性
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ427.26;TD753
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 矿井防灭火技术现状11-14
• 1.2.2 泡沫凝胶防灭火技术现状14-16
• 1.3 存在的问题16
• 1.4 研究内容和目标16-17
• 1.5 技术路线17-18
• 2 泡沫凝胶特点及制备18-34
• 2.1 泡沫性质简介18-21
• 2.1.1 泡沫的定义和形成18-19
• 2.1.2 水基泡沫的流变性19
• 2.1.3 封堵性19
• 2.1.4 膨胀性19-21
• 2.2 凝胶性质简介21-24
• 2.3 泡沫凝胶的特点24-25
• 2.4 泡沫凝胶的制备25-33
• 2.4.1 实验仪器25-26
• 2.4.2 实验试剂26-27
• 2.4.3 促凝剂的选择27-30
• 2.4.4 复合发泡剂的选择30-31
• 2.4.5 泡沫凝胶的成胶机理31
• 2.4.6 实验制备过程31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 泡沫凝胶成胶时间的影响因素研究34-48
• 3.1 成胶时间的研究意义和要求34
• 3.2 成胶时间的测定方法34-37
• 3.3 影响成胶时间的因素37-46
• 3.3.1 不同基料和促凝剂浓度对胶凝时间的影响37-41
• 3.3.2 温度对胶凝时间的影响41-42
• 3.3.3 气体流速对胶凝时间的影响42-43
• 3.3.4 发泡剂的添加量对胶凝时间的影响43-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 泡沫凝胶的热稳定性研究48-56
• 4.1 热稳定性的研究意义48-49
• 4.2 热稳定性的测定方法49-50
• 4.3 影响热稳定性的因素50-55
• 4.3.1 温度对泡沫凝胶热稳定性的影响50-51
• 4.3.2 不同温度下泡沫凝胶完全失水时间51-52
• 4.3.3 凝胶与泡沫凝胶热稳定性对比研究52-54
• 4.3.4 水玻璃浓度对热稳定性的影响54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 泡沫凝胶对煤样的封堵性和灭火性研究56-66
• 5.1 泡沫凝胶封堵性能研究56-59
• 5.1.1 测试系统56-57
• 5.1.2 实验过程57
• 5.1.3 实验结果57-59
• 5.2 泡沫凝胶防灭火性能研究59-63
• 5.2.1 煤层火灾特点59
• 5.2.2 实验过程59-61
• 5.2.3 结果分析61-62
• 5.2.4 泡沫凝胶的灭火机理62-63
• 5.3 本章小结63-66
• 6 结论66-70
• 6.1 主要结论66-67
• 6.2 创新点67
• 6.3 展望67-70
• 参考文献70-76
• 作者简历76-77
• 学位论文数据集77

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