1、第 26卷 第 2期Vol1 26 No1 2材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science 2. 华 南 理 工 大 学 特 种 功 能 材 料 及 其 制 备 新 技 术 教 育 部 重 点 实 验 室 ,广 东 广 州 510640)【 摘 要 】 为 了 探 讨 聚 乙 烯 醇 ( PVA)在 高 性 能 水 泥 基 材 料 中 的 作 用 机 理 ,试 验 研 究 了 在 不 同 水 胶 比 ( W/ B) 和聚 胶 比 ( P/ B)时 ,聚 乙 烯 醇 对 抗 压 强 度 和 抗 折 强 度 的 影 响 ,并 通 过 红 外 光 谱 和
2、 X 射 线 衍 射 分 析 了 聚 乙 烯 醇 ( PVA)粉 体 在 高 性 能 水 泥 基 材 料 中 的 作 用 机 理 。 试 验 结 果 表 明 :掺 入 适 量 的 聚 乙 烯 醇 ( PVA)可 以 明 显 提 高 高 性 能 水 泥 基材 料 的 强 度 ,存 在 一 个 最 佳 的 聚 乙 烯 醇 ( PVA)掺 量 ;在 本 试 验 条 件 下 ,在 聚 胶 比 ( P/ B) 为 2. 5 %时 ,强 度 最 高 ,其 抗压 强 度 和 抗 折 强 度 分 别 达 到 113. 6MPa 和 23. 0MPa ;红 外 光 谱 和 X射 线 衍 射 分 析 表 明 ,聚
3、 乙 烯 醇 ( PVA) 参 与 了 水泥 的 水 化 ,形 成 的 化 学 键 增 强 。【 关 键 词 】 高 性 能 水 泥 基 复 合 材 料 ; 聚 乙 烯 醇 ; 强 度 ; 红 外 光 谱 ; X射 线 衍 射中 图 分 类 号 : TQ325. 9 ; TQ172 文 献 标 识 码 :AAnalysis of action mechanism of PVA Polymers onHigh Performance Cement2Based CompositesXI Xiao2lin1 , 2 , FANG Man2man1 , 2 , WEN Zi2yun1 , 2 ,YIN
4、 Qi1 ,L IN Dong1 , 2 , WANG Heng2chang1 , 2 ,JIANG He1 , PANG Zhi2yong1( 1. School of Material Science and Engineering , South China University of Technology , Guangzhou 510640 , China ;2. Key Laboratory of Specially Functional Materials and Manufacturing Technology ofMinistry of Education , South C
5、hina University of Technology , Guangzhou 510640 , China)【 Abstract】 In order to discuss the action mechanism of polyvinyl alcohol ( PVA) polymers in high performance cement2based composites ( HPCBC) , the effect of polyvinyl alcohol ( PVA ) on the strength of high performance cement2basedcomposites
6、 ( HPCBC) with different ratio of water to binding material (W/ B) and ratio of polymer to binding material ( P/ B)was studied , and action mechanism of polyvinyl alcohol ( PVA ) polymers in high performance cement2based composites( HPCBC) was also studied by infrared ray spectrum ( IR) and X ray di
7、ffraction (XRD) . Results show that the strength of highperformance cement2based composites ( HPCBC) with addition of polyvinyl alcohol ( PVA) Polymers can be improved greatly ,and there exists an optimal ratio of polymer to binding material ( P/ B) with which the strength is upmost ; in this experi
8、ment ,the optimal ratio of polymer to binding material ( P/ B) is 2. 5 % , and at this point the strength attains extremity withcompressive strength and flexural strength of 113. 6MPa and 23. 0MPa respectively. By using infrared ray spectrum ( IR) andX ray diffraction (XRD) it is found that polyviny
9、l alcohol ( PVA) polymers chemical action works in the course of cementhydration and hardening.【 Key words】 high performance cement2based composites ; polyvinyl alcohol ; strength ; infrared ray spectrum ; X2raydiffraction收 稿 日 期 :2007203215 ;修 订 日 期 :2007205230作 者 简 介 :西 晓 林 (1984 - ) ,男 ,硕 士 研 究 生
10、 ,主 要 从 事 水 泥 混 凝 土 等 建 筑 材 料 方 面 的 研 究 。 E2mail : xiaolin. xi mail. scut. edu. cn。1 引 言高 性 能 水 泥 基 材 料 配 制 的 特 点 是 低 水 灰 比 、 掺 用 高 效减 水 剂 和 超 细 矿 物 掺 合 料 。 因 此 ,作 为 高 性 能 材 料 ,其 本 身的 组 成 和 结 构 都 与 普 通 水 泥 基 材 料 不 同 。 水 泥 是 一 种 脆 性材 料 ,抗 弯 、 抗 拉 强 度 低 ,耐 磨 性 差 ,柔 韧 性 差 是 其 固 有 的 缺陷 。 掺 加 超 细 矿 物 掺 合
11、 料 或 者 加 入 高 聚 物 能 极 大 地 提 高 水泥 基 体 的 性 能 ,国 内 外 专 家 学 者 进 行 了 大 量 的 实 验 ,已 经 找到 了 几 种 良 好 的 改 性 方 法 ,但 因 为 成 本 较 高 ,复 杂 的 工 艺 过程 等 等 条 件 的 约 束 ,至 今 仍 然 应 用 甚 少 。 活 性 粉 末 混 凝 土( RPC 材 料 )目 前 达 到 的 抗 压 强 度 为 170 810MPa ,抗 弯 强度 为 30 140MPa ,断 裂 能 为 1200 40000 (J/ m2 ) ,弹 性模 量 为 50 75 GPa ;适 用 于 一 些 严
12、酷 环 境 ,或 者 需 要 特 长使 用 寿 命 的 结 构 物 建 设 如 核 电 站 冷 却 塔 等 。 1981 年 丹麦 国 家 实 验 室 的 Bache 第 一 次 报 道 了 均 布 超 细 微 粒 密 实 体系 (DSP 材 料 ) ,他 们 采 用 活 性 高 、 平 均 粒 径 小 于 0. 1 m 的 细小 硅 灰 作 填 料 ,加 入 塑 化 剂 ,制 备 出 抗 压 强 度 达 270MPa 的DSP 材 料 ,并 且 已 应 用 于 制 造 管 道 内 衬 车 轮 、 汽 车 车 体 等 。80 年 代 初 ,英 国 牛 津 大 学 Alford 等 人 通 过
13、掺 加 适 量 聚 合物 ,最 先 制 备 出 抗 折 强 度 达 150 200MPa 的 无 宏 观 缺 陷水 泥 材 料 (MDF 水 泥 ) ,而 且 在 实 验 室 里 制 备 出 不 同 颜 色 和规 格 的 板 材 、 弹 簧 和 层 压 板 。 以 MDF 为 例 ,虽 然 观 念 比 较新 ,但 是 高 度 的 水 敏 性 使 得 耐 水 性 差 ,可 行 性 不 强 。 近 些 年来 ,对 MDF 水 泥 的 研 究 又 有 了 新 的 进 展 ,如 用 苯 酚 作 为 前躯 体 ,然 后 与 水 泥 混 合 成 型 、 加 热 缩 和 反 应 ,但 实 际 生 产 无法
14、满 足 如 此 高 的 成 型 条 件 ,所 以 也 无 法 实 用 化 。 聚 合 物 乳胶 改 性 水 泥 基 材 料 技 术 的 应 用 同 样 是 困 难 重 重 ,主 要 问 题在 于 其 运 输 、 储 存 、 包 装 方 面 的 限 制 1 。随 后 出 现 的 粉 末 聚 合 物 成 功 地 解 决 了 以 上 出 现 的 这 些问 题 ,但 因 为 聚 合 物 用 量 大 、 成 本 高 ,同 样 无 法 真 正 迈 出 实用 化 的 步 伐 。 本 文 结 合 RPC/ MDF 的 成 型 工 艺 ,同 时 融 合DSP 材 料 技 术 ,优 化 颗 粒 级 配 ,采 用
15、毫 米 级 + 微 米 级 + 次 纳米 级 三 级 配 的 材 料 ,使 用 0. 6mm 的 磨 细 石 英 砂 以 及 适 量掺 入 “ 硅 微 粉 “ 加 以 改 进 ,通 过 对 各 影 响 因 素 的 分 析 ,获 取 聚合 物 最 佳 掺 量 ,分 析 其 作 用 机 理 ,从 而 获 得 成 本 较 低 、 性 能优 异 的 高 性 能 水 泥 基 复 合 材 料 ( High Performance Cement2based Composite ,简 称 HPCBC) 。2 实 验2. 1 原 料 与 仪 器试 验 采 用 珠 江 水 泥 厂 生 产 的 P 42. 5 水
16、泥 ,化 学 成 分及 物 理 性 能 见 表 1。表 1 水 泥 化 学 组 成 及 物 理 性 质Table 1 Chemical composition and physical properties of the cementMaterialChemical composition / %ignition loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2ODensity/ g cm - 3Specific surfacearea / m2 kg - 1cement 1. 06 21. 2 5. 4 5. 0 64. 8 1. 5 2. 7 - - 3.
17、 14 380聚 乙 烯 醇 ( PVA2polyvinyl alcohol) ,分 子 量 1788 ,上 海化 学 试 剂 厂 ( PVA 能 溶 于 含 羟 基 的 极 性 溶 液 中 ,但 易 转 变 成凝 胶 ,不 溶 于 几 乎 所 有 的 非 极 性 溶 剂 ,水 是 其 最 好 的 溶 剂 。PVA 在 水 中 的 溶 解 是 溶 胀 无 限 溶 胀 溶 解 ,所 以 其 溶 解方 法 是 :先 将 其 与 适 量 的 水 剂 混 合 ,放 置 ,待 其 充 分 溶 胀 后 ,边 搅 拌 边 升 温 到 95 ,保 持 直 到 完 全 溶 解 。 PVA 的 性 质 主要 由
18、它 的 分 子 量 和 醇 解 度 来 决 定 ,分 子 量 越 大 ,水 溶 性 越差 ,水 溶 液 粘 度 大 ,成 膜 性 能 好 2 ) 。硅 灰 (SiO2 95 %)为 南 韩 进 口 产 品 。实 验 所 用 仪 器 设 备 :红 外 光 谱 分 析 仪 IR(采 用 美 国 尼 高力 公 司 生 产 的 Nexus Por Euro 傅 立 叶 红 外 光 谱 仪 ) ;环 境 扫描 电 镜 ESEM (采 用 德 国 里 奥 电 镜 公 司 生 产 的 环 境 扫 描 电镜 ) ;X射 线 粉 末 衍 射 仪 XRD (采 用 荷 兰 PANalytical 生 产 的XPe
19、rt Pro X 射 线 衍 射 仪 ) ;三 点 抗 弯 试 验 机 (采 用 D KZ25000 的 抗 折 试 验 机 ) ;300t 抗 压 实 验 机 (采 用 济 南 试 验 机 厂生 产 的 YE25000A 试 验 机 ) 。2. 2 试 样 的 制 备 与 测 试试 样 规 格 为 40mm 40mm 160mm ,控 制 好 试 样 制 备过 程 中 各 相 关 参 数 。 称 取 400g 水 泥 ,按 照 水 灰 比 21 %确 定加 水 量 ,按 照 不 同 的 聚 胶 比 P/ B 添 加 聚 合 物 ,采 取 尽 可 能 大的 剪 切 力 ,先 充 分 干 混 ,
20、以 使 物 料 均 匀 为 目 的 。 待 搅 拌 结束 ,将 物 料 放 入 模 具 中 ,用 大 型 混 凝 土 压 力 机 进 行 加 压 操作 ,25MPa 保 压 10min。 常 温 养 护 结 束 后 ,脱 模 ,将 试 样 放置 于 80 快 速 养 护 箱 ,养 护 48h ,取 出 测 试 。3 结 果 分 析 与 讨 论3. 1 PVA增 强3. 1. 1 PVA 对 强 度 的 影 响 与 增 强 机 理3. 1. 1. 1 水 胶 比 (W/ B) 与 抗 折 / 抗 压 强 度 的 关 系 图 我们 对 此 种 复 合 材 料 的 最 佳 水 胶 比 范 围 作 了
21、 大 量 的 对 比 性 实验 ,然 后 根 据 最 佳 掺 量 范 围 进 行 其 他 因 素 的 配 比 调 整 。 由图 1 和 图 2 可 以 看 出 ,复 合 材 料 的 抗 压 / 抗 折 强 度 曲 线 虽 然存 在 小 小 的 波 动 ,但 明 显 存 在 着 一 个 最 佳 选 取 范 围 ,小 于 或超 出 这 个 范 围 ,强 度 都 出 现 明 显 的 回 落 。 总 体 而 言 ,水 胶 比在 0. 20 0. 24 之 间 时 ,复 合 材 料 能 够 获 得 最 高 的 抗 压 / 抗弯 强 度 3 。 通 过 数 值 我 们 可 以 得 到 以 下 结 论 :当
22、 W/ B 为 0.23 时 ,试 体 抗 弯 强 度 达 到 29. 7MPa ,抗 压 强 度 达 到 153. 2MPa ,远 远 高 于 其 他 条 件 下 得 到 的 数 值 ,增 强 幅 度 极 大 。 这就 充 分 说 明 ,当 水 胶 比 介 于 0. 20 0. 24 之 间 时 ,PVA 与 水泥 基 材 料 各 自 的 性 能 都 得 到 了 很 好 的 发 挥 。3. 1. 1. 2 聚 胶 比 ( P/ B) 与 抗 压 / 抗 折 强 度 的 关 系 图 我们 对 聚 合 物 最 佳 掺 量 范 围 作 了 大 量 的 对 比 实 验 ,然 后 根 据最 佳 掺 量
23、 范 围 进 行 试 配 。 由 图 3 和 图 4 可 以 看 出 ,复 合 材 料的 抗 压 / 抗 折 强 度 随 着 PVA 掺 量 的 增 加 而 连 续 增 长 ,但 存在 一 个 最 高 点 ,继 续 掺 加 时 ,强 度 反 而 逐 渐 下 降 。 当 PVA含 量 为 2. 5 % 时 ,试 体 抗 折 强 度 达 到 23. 0MPa (与 相 同 条 件下 未 加 PVA 试 样 相 比 ) ,增 强 幅 度 为 161. 4 % ;抗 压 强 度 达到 113. 6MPa ,增 强 幅 度 为 79. 18 %。 水 泥 胶 结 料 的 力 学 性562第 26 卷 第
24、 2 期 西 晓 林 ,等 . 聚 乙 烯 醇 在 高 性 能 水 泥 基 材 料 中 的 作 用 机 理 分 析 图 1 水 胶 比 ( W/ B)对 抗 压 强 度 的 影 响Fig. 1 Effect of W/ B on compressive strengt h图 2 水 胶 比 ( W/ B)对 抗 折 强 度 的 影 响Fig. 2 Effect of W/ B on flexure strengt h图 3 聚 胶 比 对 PVA 增 强 水 泥 的 抗 压 强 度 的 影 响Fig. 3 Compressive strengt h of samples wit h PVA 图
25、 4 聚 胶 比 对 PVA 增 强 水 泥 的 抗 折 强 度 的 影 响Fig. 4 Flexure strengt h of samples wit h PVA能 与 聚 合 物 掺 量 并 不 呈 完 全 的 线 性 关 系 ,而 是 存 在 一 个 掺量 区 间 ,当 聚 合 物 掺 量 在 2 % 3 %的 时 候 ,水 泥 胶 结 料 的 密实 性 较 好 ,表 现 为 力 学 性 能 较 好 ;而 当 聚 合 物 掺 量 4 %时 ,其 抗 折 强 度 与 普 通 水 泥 胶 结 料 的 基 本 相 当 ,抗 压 强 度 也 随之 逐 渐 下 降 425 。3. 1. 2 IR
26、 图 谱 分 析 聚 合 物 加 入 后 ,聚 合 物 中 活 性 官 能团 会 与 集 料 或 水 泥 浆 体 间 发 生 一 定 的 化 学 键 合 ,图 5 所 示红 外 光 谱 图 表 明 在 水 泥 浆 体 中 加 入 聚 合 物 PVA 后 ,1730cm - 1处 的 吸 收 峰 基 本 消 失 ,表 明 此 处 存 在 着 化 学 键 合反 应 。 而 图 5 中 的 2360cm - 1处 的 吸 收 峰 则 为 测 试 时 空 气 中CO2 浓 度 不 同 所 造 成 的 。 结 合 宏 观 性 能 可 以 推 断 :复 合 材料 的 界 面 同 时 存 在 着 物 理 粘
27、 结 和 化 学 键 合 。 在 聚 合 物 增 强水 泥 基 复 合 材 料 形 成 过 程 中 ,水 泥 水 化 过 程 中 由 于 加 入 了聚 合 物 ,聚 合 物 在 自 身 形 成 “ 网 “ 状 结 构 的 同 时 ,某 些 活 性 官能 团 又 与 水 泥 浆 体 或 集 料 表 面 发 生 化 学 键 合 ,形 成 水 化 产物 骨 架 与 聚 合 物 “ 网 ” 状 结 构 “ 互 穿 ” 627 。3. 1. 3 XRD 物 相 分 析 通 过 XRD 衍 射 测 试 (如 图 6) 对各 峰 值 进 行 分 析 后 ,我 们 可 以 得 到 主 要 的 化 学 组 成
28、为 : 2SiO2 ,CaCO3 ,Ca (O H) 2 和 Ca3 SiO5 。 可 以 看 出 , 2SiO2 具 有最 强 的 衍 射 峰 ,所 占 的 衍 射 峰 的 数 目 也 最 多 ,这 极 有 可 能 时因 为 大 量 细 砂 和 石 英 粉 加 入 之 故 。通 过 XRD衍 射 测 试 (如 图 7) ,对 各 峰 值 进 行 分 析 后 ,我图 5 PVA 增 强 试 样 的 IR 分 析Fig. 5 IR analysis of samples wit h PVA们 依 然 可 以 得 到 主 要 的 化 学 组 成 为 : 2SiO2 , CaCO3 , Ca(O H
29、) 2 和 Ca3 SiO5 。 但 是 跟 加 入 聚 合 物 后 的 图 6 相 比 ,一 个显 著 的 区 别 就 是 :未 加 聚 合 物 的 图 7 中 Ca (O H) 2 的 衍 射 峰强 ,而 图 6 中 却 明 显 下 降 。 这 表 明 在 聚 合 物 PVA 加 入 之后 ,它 与 水 泥 的 水 化 产 物 发 生 了 物 理 和 化 学 反 应 ,消 耗 掉 了一 部 分 Ca ( O H) 2 ,所 以 使 得 其 含 量 减 少 或 者 结 晶 性 变弱 829 。3. 1. 4 PVA作 用 机 理 研 究 聚 合 物 分 子 链 可 能 和 水 泥662 材
30、料 科 学 与 工 程 学 报 2008 年 4 月图 6 PVA 增 强 水 泥 的 XRD 分 析Fig. 6 X2Ray analysis of sample wit h PVA图 7 未 有 PVA 增 强 水 泥 的 XRD 分 析Fig. 7 X2Ray analysis of blank sample水 化 产 物 (如 铝 酸 钙 ) 结 合 形 成 界 面 层 ,最 终 形 成 聚 合 物 和水 泥 水 化 物 相 互 交 织 、 相 互 贯 穿 的 复 合 体 结 构 ,从 而 极 大 改善 了 胶 结 料 的 力 学 性 能 10 。 我 们 打 破 了 普 通 水 泥
31、基 材 料 制备 工 艺 的 约 束 ,采 用 0. 10 0. 24 的 较 低 水 灰 比 。 在 这 样的 低 水 灰 比 下 ,水 泥 浆 体 失 去 流 动 性 ,通 过 高 速 的 剪 切 搅 拌使 聚 合 物 均 匀 分 散 于 整 个 体 系 之 中 。 本 文 通 过 大 量 试 验 与微 观 分 析 ,对 此 条 件 下 高 性 能 水 泥 基 复 合 材 料 的 形 成 与 增强 机 理 进 行 了 分 析 描 述 :发 现 聚 合 物 相 主 要 分 布 于 水 泥 颗粒 界 面 间 和 基 体 孔 隙 中 11 。 PVA 水 泥 基 复 合 材 料 的 水 化过 程
32、 主 要 分 为 如 下 几 个 阶 段 : 水 化 交 联 阶 段 。 当 PVA 在水 泥 胶 结 料 搅 拌 过 程 中 加 入 后 ,通 过 高 速 剪 切 搅 拌 作 用 ,PVA 均 匀 地 分 散 于 体 系 之 中 。 加 入 水 剂 后 ,水 泥 颗 粒 开 始水 化 ,不 断 消 耗 水 ,出 现 多 孔 凝 胶 状 态 ,而 PVA 大 分 子 结 合水 的 能 力 较 强 ,导 致 整 个 体 系 中 水 的 分 布 不 平 衡 ,含 水 量 从聚 合 物 胶 团 到 水 泥 颗 粒 出 现 梯 度 分 布 ,水 分 不 断 从 聚 合 物胶 团 向 水 泥 颗 粒 迁
33、 移 。 这 个 过 程 中 水 泥 的 铝 盐 成 分 会 同 聚合 物 中 的 活 性 基 团 起 交 联 反 应 。 聚 乙 烯 醇 与 水 泥 基 体 的 中介 结 构 可 能 有 多 种 结 合 方 式 12 : PVA 分 子 中 残 留 的 羧 酸 根与 Ca2 + 在 碱 性 条 件 下 产 生 离 子 键 ;其 分 子 中 的 2CH22、 CH32原 子 团 与 中 介 结 构 中 的 无 机 物 发 生 化 学 吸 附 ;聚 乙 烯 醇 分子 上 的 羟 基 可 与 硅 氧 四 面 体 的 氧 进 行 氢 键 缔 合 ;聚 乙 烯 醇与 水 泥 中 硅 酸 盐 的 分 子
34、 量 都 很 大 ,原 子 、 分 子 的 数 目 很 多 ,它 们 之 间 的 某 些 范 德 华 力 可 能 比 价 键 力 还 强 ;在 聚 合 物 胶团 与 水 泥 颗 粒 之 间 形 成 界 面 层 ;纤 维 状 聚 合 物 与 胶 凝 孔 洞相 互 咬 合 13 。 填 充 密 实 阶 段 。 随 着 水 份 减 少 ,水 泥 颗 粒的 凝 胶 网 络 结 构 逐 渐 形 成 ,外 部 热 量 (热 养 护 ) 和 局 部 水 化热 使 聚 合 物 胶 团 在 失 水 的 情 况 下 ,随 水 泥 基 体 在 凝 胶 过 程中 的 变 形 而 变 形 。 水 泥 水 化 凝 胶 (
35、包 括 未 水 化 水 泥 颗 粒 ) 的表 面 形 成 聚 合 物 密 封 层 ,密 封 层 也 把 骨 料 颗 粒 的 表 面 和 水泥 水 化 凝 胶 与 水 化 颗 粒 混 合 物 的 表 面 粘 结 起 来 。 聚 乙 烯 醇以 羟 基 与 水 泥 颗 粒 附 着 得 较 好 ,在 水 化 过 程 和 水 泥 基 体 局部 应 力 作 用 下 ,聚 合 物 胶 团 沿 着 水 泥 颗 粒 孔 隙 和 界 面 发 生变 形 ,使 结 构 更 加 密 实 。 这 个 过 程 降 低 了 体 系 的 局 部 应 力 ,促 进 胶 凝 体 系 的 均 匀 密 实 。 固 结 硬 化 阶 段
36、。 不 断 失 水 的PVA 高 聚 物 胶 团 最 终 完 全 联 结 ,与 多 孔 的 C2S2H 凝 胶 凝 固在 一 起 ,形 成 PVA 高 聚 物 与 C2S2H 凝 胶 的 互 穿 网 络 ,使 体系 达 到 坚 硬 致 密 并 有 一 定 韧 性 5 。4 结 论本 文 认 为 PVA 对 水 泥 的 增 强 规 律 可 以 归 纳 为 以 下 两个 方 面 : (1)物 理 作 用 :聚 合 物 通 过 自 身 的 表 面 活 性 ,倾 向 于附 着 在 水 泥 等 固 体 颗 粒 表 面 ,填 充 在 不 同 颗 粒 之 间 ,从 而 发挥 对 水 泥 微 粒 和 浆 体
37、的 塑 化 、 保 水 等 作 用 14 。 (2) 化 学 作用 : PVA 通 过 自 身 所 带 有 的 2O H 等 反 应 性 官 能 团 ,与 浆 体中 的 阳 离 子 或 配 位 性 化 学 键 发 生 作 用 。 由 于 整 个 水 泥 增 强体 系 的 复 杂 性 ,以 上 物 理 过 程 和 化 学 过 程 阶 段 交 叉 进 行 ,使得 PVA 胶 团 不 断 交 联 失 水 和 水 泥 颗 粒 不 断 水 化 硬 化 ,体 系不 断 增 强 增 韧 ,最 终 达 到 高 性 能 的 目 标 。 各 种 聚 合 物 的 最佳 添 加 量 彼 此 不 同 ,超 过 临 界
38、值 ,会 发 生 改 性 失 败 ,强 度 大幅 下 降 。 聚 合 物 本 身 的 强 度 、 膜 层 厚 度 、 界 面 粘 结 强 度 、 基材 种 类 对 临 界 值 的 影 响 很 大 。 界 面 粘 结 强 度 是 聚 合 物 发 挥性 能 的 关 键 ,能 影 响 临 界 值 的 位 置 。 水 泥 复 合 材 料 中 掺 加PVA ,其 强 度 随 着 PVA 含 量 的 增 大 而 增 大 (强 度 增 加 161.4 %) 。 根 据 机 理 可 知 ,PVA 复 合 水 泥 的 水 化 和 硬 化 过 程 已不 同 于 普 通 混 凝 土 及 一 般 的 高 性 能 混
39、凝 土 , PVA 能 明 显 增韧 普 硅 水 泥 。参 考 文 献 1 王 志 宏 , 韩 玉 翠 , 王 子 明 , 等 . 溶 液 聚 合 水 泥 基 复 合 材 的 研究 J . 混 凝 土 与 水 泥 制 品 , 2000 , 4 : 8220. 2 孙 增 智 ,申 爱 琴 , 等 . 聚 丙 烯 酰 胺 改 性 混 凝 土 的 微 观 分 析J . Highway , 2005 , 19 : 1432150. 3 李 虎 军 , 王 琪 . 水 溶 性 聚 合 物 改 性 水 泥 的 研 究 水 溶 性 聚 合物 改 性 水 泥 流 动 性 J . 功 能 高 分 子 学 报
40、, 1998 , 11 (1) : 16222.(下 转 第 297 页 )762第 26 卷 第 2 期 西 晓 林 ,等 . 聚 乙 烯 醇 在 高 性 能 水 泥 基 材 料 中 的 作 用 机 理 分 析 由 于 压 电 复 合 材 料 的 压 电 性 能 主 要 取 决 于 压 电 陶 瓷 的 含 量和 性 能 ,且 高 陶 瓷 含 量 的 复 合 材 料 导 致 部 分 区 域 陶 瓷 含 量较 多 甚 至 连 成 一 体 ,改 善 了 材 料 的 极 化 性 能 ,相 应 地 提 高 了复 合 材 料 的 压 电 性 ,所 以 随 着 陶 瓷 含 量 的 增 加 ,压 电 复 合
41、 材料 的 压 电 性 能 也 随 之 提 高 。 当 陶 瓷 含 量 提 高 到 一 定 程 度后 ,有 机 相 PVDF 的 含 量 过 低 会 导 致 陶 瓷 相 间 结 合 较 松 散 、两 相 界 面 结 合 较 差 、 气 孔 率 增 加 ,从 而 影 响 材 料 的 极 化 性能 ,降 低 复 合 材 料 的 压 电 性 19 。4 结 论用 固 相 烧 结 法 合 成 了 以 钙 钛 矿 结 构 为 主 晶 相 的 纯 度 较高 的 PZN2PZT 陶 瓷 粉 体 。 采 用 溶 液 混 合 的 复 合 材 料 由 于混 合 均 匀 ,材 料 致 密 度 高 ,压 电 性 优
42、于 直 接 混 合 的 复 合 材料 。 压 电 复 合 材 料 PZN2PZT/ PVDF 的 压 电 性 随 压 电 陶 瓷含 量 的 提 高 而 增 加 ,当 质 量 分 数 达 到 90 %时 ,压 电 常 数 最高 ,d33值 达 35. 9 pC N - 1 。参 考 文 献 1 王 树 彬 , 韩 杰 才 , 杜 善 义 . 压 电 陶 瓷 / 聚 合 物 复 合 材 料 的 制备 工 艺 及 其 性 能 研 究 进 展 J . 功 能 材 料 , 1999 , 30 (2) :113 121. 2 Dias C J . Inorganic ceramic/ polymer fe
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