水泥基梯度功能保温材料梯度结构设计及共挤制备

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1、硕士学位论文水泥基梯度功能保温材料梯度结构设计及共挤制备作者姓名苏扬学科专业材料学指导教师韦江雄教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2015年6月Gradientstructuredesignandco-extrusionpeparationofcement-basedinsulationmaterialswithgradedstructureADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SuYangSupervisor：Prof.WeiJiangxiongSouthChinaUniversityofTech

2、nologyGuangzhou,China分类号：TU52学校代号：10561学号：201220115998华南理工大学硕士学位论文水泥基梯度功能保温材料梯度结构设计与共挤制备作者姓名：苏扬指导教师姓名、职称：韦江雄教授申请学位级别：硕士学科专业名称：材料学研究方向：高性能水泥基复合材料论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：余其俊委员：韦江雄樊粤明殷素红吴笑梅吕辉摘要墙体材料改革与建筑节能己成为我国的基本国策，研制满足国家建筑节能规范的新型保温材料，己成为材料科研工作者的使命。

3、传统保温材料在应用中力学性能和耐久性能的不足，已成为保温材料大规模应用的主要瓶颈。本研究将梯度功能材料的设计原理应用到保温材料的设计中，制备出具有由保温层、中间过渡层和外部保护层多层浆体构成的由内到外逐渐致密的梯度结构，通过对各层浆体的挤压流变性能和单层挤出制品的性能研究，确定保温材料各梯度层的材料组成；将整体成型制备方法-共挤出技术应用到保温材料的制备中，通过对梯度层共挤出的流变性能研究和计算机模拟分析，揭示各梯度层浆体流变性能匹配的本构关系，建立共挤出工艺参数和共挤模型；同时，探讨了共挤出工艺对制品的物理性能、力学性能、保温性能和微观结构的影响。本文的研究工作及所取得

4、的成果主要如下：（1）研究了水泥基浆体可挤出性。浆体的可挤出性表现为新拌浆体状态稠度适中、挤出过程压力稳定以及挤出制品表观完整三个方面；水灰比是新拌水泥基浆体可挤出性最主要的影响因素，当水灰比为0.21时，新拌水泥基浆体的可挤出性较佳；掺入粉煤灰、甲基纤维素、纤维是改善水泥基浆体可挤出性的重要手段，掺入40%的I级粉煤灰能够显著降低浆体的挤出压力，改善挤出制品，提升浆体的可挤出性；甲基纤维素作为增稠剂，掺入水泥基浆体中能增加浆体的稠度，使浆体更为稳定，掺量为拌合水质量的3.3%时较合适；掺入PVA纤维有利于提升浆体的保水性、粘聚性和塑性，其掺量为浆体总体积的2‰较为适宜。

5、（2）研究了水泥基材料挤出过程的流变性能和共挤出流变性能的匹配原则。利用约束条件下Benbow非线性方程对浆体的挤出流变性能进行了定量分析，表征挤出流变性能的参数包括初始体积屈服应力σ0、挤出速率对体积屈服应力影响因子α、屈服应力线性指数m、初始壁面剪切应力τ0、挤出速率对壁面剪切应力影响因子β及剪切应力线性指数n；通过调节水灰比，以及粉煤灰、甲基纤维素、空心玻璃微珠掺量，设计出了具有不同表观密度和挤出流变性能的各功能层浆体，掌握了多层共挤出成型工艺的挤出流变性能匹配原则：在平推流动阶段，要求浆体各自的体积屈服应力大于壁面剪切应力，而在变形流动阶段，要求各层浆体的挤出流变

6、性能相互匹配以发生均匀变形，匹配的重I点在于体积屈服应力方面；在双层共挤出试验中，外层与内层的体积屈服应力之比在1.6~2.8之间为宜；而在三层共挤出试验中，外层、中间层、内层体积屈服应力的最优匹配关系为1：a：(0.7a+1.37)，a∈(1.6，2.3)。（3）研究了单层挤出制品的物理性能、力学性能、保温性能和微观结构。保护层的表观密度1.73~1.87g/cm3、抗压强度46.8~54.8Mpa、抗折强度11.9~13.1Mpa、拉伸强度3.6~4.8Mpa、导热系数为0.60~0.67W/mK；过渡层的表观密度1.51~1.57g/cm3、抗压强度32.4~38.

7、1Mpa、抗折强度6.75~7.98Mpa、拉伸强度1.96~2.64MPa，导热系数为0.3722~0.4659W/mK；保温层的表观密度1.03~1.28g/cm3、抗压强度9.5~11.9MPa，抗折强度3.01~3.17MPa，拉伸强度0.61~0.86MPa，导热系数为0.1659~0.1875W/mK；由外部保护层、中间过渡层和内部保温层的组成的三层共挤梯度功能保温材料，其表观密度1.42~1.47g/cm3，抗压强度31.3~33.7MPa，抗折强度7.1~9.0MPa，拉伸强度1.7~2.4MPa，导热系数为0