42、沥青乳液混合物乳化剂性能测试与银合欢 - 硅酮生物复合材料拉伸性能研究

最新推荐文章于 2025-10-22 16:00:00 发布

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分类专栏：智能制造与材料创新文章标签：沥青乳液乳化剂干燥速率

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沥青乳液混合物乳化剂性能测试与银合欢 - 硅酮生物复合材料拉伸性能研究

在材料科学领域，不断探索新型材料和优化现有材料性能是重要的研究方向。本文将围绕沥青乳液混合物乳化剂性能测试以及银合欢 - 硅酮生物复合材料拉伸性能展开探讨。

沥青乳液混合物乳化剂性能测试

干燥速率测试
- 对不同类型的乳化改性沥青（EMB）涂层进行干燥速率测试，结果如下表所示：
  | 样品 | 完全干燥所需时间（室温，h） |
  | ---- | ---- |
  | EMB A（阴离子型） | 24 |
  | EMB B（阳离子型） | 8 |
  | EMB C（非离子型） | 20 |
  | 基础样品（无乳液） | 32 |
  | Atlaskote | 0.083 |
- 从表中可以看出，阳离子型的 EMB B 干燥速度最快，远快于其他类型的样品以及基础样品。这表明阳离子型乳化剂在促进沥青乳液干燥方面具有显著优势。
粘附性能测试
- 对各样品进行粘附性能测试，结果如下表：
  | 样品 | 分类 | 去除面积百分比（%） | 结果 |
  | ---- | ---- | ---- | ---- |
  | EMB A | 5B | 0 | |
  | EMB B | 5B | 0 | |
  | EMB C | 5B | 0 | |
  | 对照样品 | 3B | 10 | |
  | Atlaskote | 3B | 15 | |
- 测试结果显示，工业级沥青乳液（Atlas）对基板（石膏板）的粘附性较差，而三种乳化改性沥青变体表现出优异的粘附性能。粘附性不足会影响涂层对基板的保护功能，如无法有效阻挡水和热等外部因素，甚至可能导致涂层从基板上分层。因此，涂层具有均匀而稳定的粘附性对于保护基板至关重要。
乳化剂综合性能分析
- 通过各项分析，含有阳离子乳化剂十二烷基二甲基溴化铵的 EMB B 配方表现最佳。其流变、粘弹性和闪点读数最准确，与标准工业沥青乳液相比，干燥速度更快，且具有优异的粘附性，无剥落现象。
- 然而，阴离子乳化剂在乳液稳定性方面表现更好，因为其 HLB 值小于阳离子乳化剂，使其更稳定。

银合欢 - 硅酮生物复合材料拉伸性能研究

研究背景与目的
- 将两种材料结合以改善材料性能是常见的方法，生物复合材料应运而生。植物基天然纤维在增强聚合物复合材料领域具有很大潜力，银合欢植物具有多种药用价值，将其纤维融入硅橡胶制备生物复合材料具有重要意义。
- 本研究旨在探究不同银合欢纤维含量（0、4、8、12 和 16 wt%）对硅酮生物复合材料拉伸性能的影响，为其潜在应用提供依据。
实验设置
- 原材料与基体 ：银合欢纤维取自本地种植的树木，硅酮基体采用 EcoFlex 00 - 30 铂金固化硅橡胶。
- 样品制备与制造 ：
  1. 修剪银合欢茎至约 10 cm 长，去除树皮。
  2. 在室温下风干，然后在 100 °C 的干燥箱中干燥 24 h。
  3. 使用破碎机将干燥的银合欢粉碎成小颗粒，再用行星式单磨机以 300 rpm 研磨 30 min，重复四次。
  4. 过筛得到粒径为 100 um 的均匀细粉。
  5. 针对五种不同纤维含量（0、4、8、12 和 16 wt%）分别制备五个样品，精确控制混合过程，最后将混合物倒入钢模（ASTM D412）中，在室温下固化约 4 h。
- 单轴拉伸试验 ：按照 ASTM D412 标准进行拉伸试验，使用万能试验机（SHIMADZU AG - IS 50kN）以 500 mm/min 的恒定速度进行测试。
- 超弹性行为量化 ：由于材料具有非线性和大变形特性，假设其符合超弹性理论，采用 Mooney - Rivlin 超弹性本构方程描述其变形行为。
  - 工程应力 - 应变数据通过公式 $\lambda = 1 + \varepsilon$ 转换为工程应力 - 拉伸关系（$\sigma_E - \lambda$），其中 $\lambda$ 为拉伸值，$\varepsilon$ 为应变值。
  - 以实验得到的工程应力 - 拉伸曲线为参考进行曲线拟合，使用 Microsoft Excel 中的 Solver 工具确定 Mooney - Rivlin 材料常数 $C_1$ 和 $C_2$。

以下是实验流程的 mermaid 流程图：

graph LR
    A[原材料准备] --> B[样品制备]
    B --> C[单轴拉伸试验]
    C --> D[数据处理与分析]
    D --> E[确定材料常数]

综上所述，通过对沥青乳液混合物乳化剂性能以及银合欢 - 硅酮生物复合材料拉伸性能的研究，我们对不同材料的性能有了更深入的了解。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的材料和工艺，以达到最佳的使用效果。例如，在需要快速干燥和良好粘附性的沥青涂层应用中，可以优先考虑阳离子型乳化剂；而在对乳液稳定性要求较高的情况下，阴离子型乳化剂可能是更好的选择。对于银合欢 - 硅酮生物复合材料，可根据对材料刚度和伸长率的不同要求，调整银合欢纤维的含量。

沥青乳液混合物乳化剂性能测试与银合欢 - 硅酮生物复合材料拉伸性能研究

结果与讨论
- 应力 - 拉伸曲线分析 ：不同银合欢纤维含量（0、4、8、12 和 16 wt%）的银合欢 - 硅酮生物复合材料的应力 - 拉伸曲线展示了其拉伸行为。从平均数据来看，纯硅橡胶（0 wt%）样品表现出最高的拉伸比和最大的伸长率，且单轴拉伸力使其产生极强的非线性弹性行为。随着银合欢纤维含量的增加，拉伸比逐渐降低。
- 拉伸性能量化 ：对应的拉伸性能量化数据如下表所示：
  | 纤维重量百分比（%） | 材料常数 $C_1$（MPa） | 材料常数 $C_2$（MPa） |
  | ---- | ---- | ---- |
  | 0 | 0.0423 | - 0.1353 |
  | 4 | 0.0442 | - 0.1339 |
  | 8 | 0.0450 | - 0.0965 |
  | 12 | 0.0462 | - 0.0649 |
  | 16 | 0.0471 | - 0.0358 |
- 可以看出，随着纤维含量增加到 16 wt%，$C_1$ 值从 0.0423 MPa 增加到 0.0471 MPa。这表明材料的弹性性能发生了变化，纤维的加入增强了材料的刚度。
- 性能对比与结论 ：计算结果显示，纤维含量为 16 wt% 的硅酮生物复合材料刚度提高了 74%，拉伸比下降了 26%。由此可以得出，银合欢纤维的增强作用对硅橡胶在单轴拉伸下的刚度影响更为显著，而对伸长率的影响相对较小。

以下是不同纤维含量对材料性能影响的 mermaid 流程图：

graph LR
    A[纤维含量增加] --> B[材料常数 $C_1$ 增大]
    A --> C[刚度提高]
    A --> D[拉伸比下降]
    B --> C
    B --> D

潜在应用探讨
- 沥青乳液混合物乳化剂 ：阳离子型乳化剂制成的 EMB B 配方在干燥速度和粘附性方面表现出色，适用于对施工时间要求较高且需要良好涂层效果的场景，如道路快速修复、建筑外墙防水涂层等。阴离子型乳化剂由于其乳液稳定性好，可用于需要长期储存和使用的沥青乳液产品，如地下管道防腐涂层等。
- 银合欢 - 硅酮生物复合材料 ：由于其可调节的刚度和伸长率，在生物医学领域有潜在应用，如作为器官替代材料的研究。在软机器人领域，可根据不同的运动需求调整纤维含量，以实现不同的力学性能。在包装领域，可利用其良好的柔韧性和一定的强度，制作缓冲包装材料。

通过对这两种材料的研究，我们不仅深入了解了它们的性能特点，还为其在不同领域的应用提供了理论依据和实践指导。未来，随着研究的深入，有望进一步优化材料性能，拓展其应用范围。