CN108659439A - 一种可视化相似模拟材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可视化相似模拟材料及其制备方法，属于材料科学技术领域。该相似模拟材料由以下重量百分比的原料组分制成：PMMA颗粒40％～60％和胶结剂40％～60％,PMMA颗粒和胶结剂重量百分比的总和为100％；胶结剂由以下重量百分比的原料组分制成：海因环氧树脂45％～60％、异佛尔酮二胺15％～25％、苯酚1.5％～2％、水杨酸1％～3％、聚酰胺树脂3.6％～5％、苄基缩水甘油醚4％～6％、流平剂2％、消泡剂2％和抗氧化剂2％。本发明还公开了一种可视化相似模拟材料的制备方法，本发明优选出的材料和各材料间的配比能够较好的保持模型试验相似材料的物理和力学性质，且透明度达到90％以上，实现真正的可视化岩水耦合灾变物理模拟。

Description

一种可视化相似模拟材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料科学技术领域，具体涉及一种可视化相似模拟材料及其制备方法。
背景技术
相似模拟研究是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力学参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及实验周期短等优点。而且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究巷(隧)道围岩应力和采矿工作面附近支撑压力在空间与时间上的分布规律和变化情况以及某些参数对岩体压力的影响，这在现场条件下是难以实现的。
现有的岩水耦合灾变物理模型试验所使用的相似材料以石英或河沙为骨料，以石蜡、液压油、凡士林、硅油等为胶结剂或添加黏土等调剂物，只是通过胶结剂的疏水性进行岩水耦合灾变模拟，并且现有的岩水耦合灾变物理模拟的现象观察只是通过观察面的现象显现推导出内部的变化规律，使得规律总结具有片面性，不能全面的分析岩水耦合灾变的起因、发展和结果，对解决工程实际问题造成误导。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种可视化相似模拟材料及其制备方法，本发明的相似模拟材料在水体中能较好地保持相似模拟材料的物理和力学性质，制备出的相似模拟材料透明度达90％，可通过观察面进行岩水耦合灾变模型内部灾变发生过程的观察。
本发明提供了一种可视化相似模拟材料，由以下重量百分比的原料组分制成：PMMA颗粒40％～60％和胶结剂40％～60％，PMMA颗粒和胶结剂重量百分比的总和为100％；
胶结剂由以下重量百分比的原料组分制成：海因环氧树脂45％～60％、异佛尔酮二胺15％～25％、苯酚1.5％～2％、水杨酸1％～3％、聚酰胺树脂3.6％～5％、苄基缩水甘油醚4％～6％、流平剂2％、消泡剂2％和抗氧化剂2％。
一种可视化相似模拟材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按重量百分比分别称取原料；
S2、将海因环氧树脂放入温度为45℃～60℃的烘干箱中烘烤2～4小时；
S3、将烘干后的海因环氧树脂倒入搅拌容器内，向搅拌容器内分别加入苯酚、水杨酸、聚酰胺树脂和苄基缩水甘油醚，同方向搅拌至均匀混合，形成A胶；
S4、将PMMA颗粒加入A胶内，然后将搅拌容器放置在真空箱中，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气形成混合物A；
S5、将异佛尔酮二胺、流平剂、消泡剂和抗氧化剂混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气，形成B胶；
S6、将B胶和混合物A混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余气体即得到所述的可视化相似模拟材料。
较佳地，将S6中得到的相似模拟材料倒入成型模具中，成将相似模拟材料放入温度28℃，相对湿度为95％RH的恒湿恒温箱内养护5天形成标准试件。
较佳地，步骤S3中同向搅拌的时间为0.5小时。
较佳地，PMMA颗粒的粒径为50μm。
较佳地，A胶的存放温度为50℃。
较佳地，成型模具内表面涂抹有脱模剂。
较佳地，成型模具的材质为模具钢。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与现有的相似材料相比，本发明中用于岩水耦合灾变物理模拟实验的可视化相似模拟材料，经过多次的工程试验应用，优选出的材料和各材料间的配比能够较好的保持模型试验相似材料的物理和力学性质，如抗压强度较普通相似材料稳定提高40％，且透明度达到90％以上，可通过观察面进行试验材料内部的灾变过程观察，实现真正的可视化岩水耦合灾变物理模拟，对解决工程实际问题具有重大意义。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种可视化相似模拟材料，由以下重量百分比的原料组分制成：PMMA颗粒45％和胶结剂55％；
其中胶粘剂以下重量百分比的原料组分制成：海因环氧树脂48％、异佛尔酮二胺17％、苯酚1.5％、水杨酸1.5％、聚酰胺树脂4％、苄基缩水甘油醚4.5％、流平剂2％、消泡剂2％和抗氧化剂2％。
上述可视化相似模拟材料的制备方法，包括以下步骤：S1、按重量百分比分别称取上述原料；
S2、将海因环氧树脂放入温度为45℃的烘干箱中烘烤2小时；
S3、将烘干后的海因环氧树脂倒入搅拌容器内，向搅拌容器内分别加入苯酚、水杨酸、聚酰胺树脂和苄基缩水甘油醚，同方向搅拌0.5小时至均匀混合，形成A胶；
S4、将PMMA颗粒加入A胶内，然后将搅拌容器放置在真空箱中，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气形成混合物A；
S5、将异佛尔酮二胺、流平剂、消泡剂和抗氧化剂混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气，形成B胶；
S6、将B胶和混合物A混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余气体即得到所述的可视化相似模拟材料。步骤S4-6中抽真空的目的在于确保胶体中无气泡。
将步骤S6中得到的相似模拟材料倒入成型模具中，成型模具放入温度为60％的烘干箱烘烤6小时，待混合物B凝固后取下模具，将相似模拟材料放入温度28℃，相对湿度为95％RH的恒湿恒温箱内养护5天形成标准试件。
实施例2：
根据深部岩体动力响应的突变型、应力场的复杂性以及大变形和强流变性的特性，由以下重量百分比的原料组分制成：PMMA颗粒40％和胶结剂60％；
胶结剂由以下重量百分比的原料组分制成：海因环氧树脂55％、异佛尔酮二胺20％、苯酚2％、水杨酸2％、聚酰胺树脂4.5％％、苄基缩水甘油醚5％、流平剂2％、消泡剂2％和抗氧化剂2％。
上述可视化相似模拟材料的制备方法，包括以下步骤：S1、按重量百分比分别称取上述原料；
S2、将海因环氧树脂放入温度为50℃的烘干箱中烘烤4小时；
S3、将烘干后的海因环氧树脂倒入搅拌容器内，向搅拌容器内分别加入苯酚、水杨酸、聚酰胺树脂和苄基缩水甘油醚，同方向搅拌0.5小时至均匀混合，形成A胶；
S4、将PMMA颗粒加入A胶内，然后将搅拌容器放置在真空箱中，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气形成混合物A；
S5、将异佛尔酮二胺、流平剂、消泡剂和抗氧化剂混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气，形成B胶；
S6、将B胶和混合物A混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余气体即得到所述的可视化相似模拟材料。
实施例3：
根据采动诱发断层活化相似材料模拟实验设计，由以下重量百分比的原料组分制成：PMMA颗粒55％和胶结剂45％；
胶结剂由以下重量百分比的原料组分制成：海因环氧树脂60％、异佛尔酮二胺15％、苯酚2％、水杨酸3％、聚酰胺树脂5％、苄基缩水甘油醚5％、流平剂2％、消泡剂2％和抗氧化剂2％。
上述可视化相似模拟材料的制备方法，包括以下步骤：S1、按重量百分比分别称取原料；
S2、将海因环氧树脂放入温度为60℃的烘干箱中烘烤3小时；
S3、将烘干后的海因环氧树脂倒入搅拌容器内，向搅拌容器内分别加入苯酚、水杨酸、聚酰胺树脂和苄基缩水甘油醚，同方向搅拌0.5小时至均匀混合，形成A胶；
S4、将PMMA颗粒加入A胶内，然后将搅拌容器放置在真空箱中，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气形成混合物A；
S5、将异佛尔酮二胺、流平剂、消泡剂和抗氧化剂混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气，形成B胶；
S6、将B胶和混合物A混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余气体即得到所述的可视化相似模拟材料。
本发明制备得到的可视化相似模拟材料，可用于类岩石试件单轴压缩实验的试样制备，也可以用于深部高承压水下开采底板突水相似材料模拟实验中，具体的操作是将S6中得到的相似模拟材料倒入深部高承压水下开采底板突水相似材料模拟实验模拟系统中。根据实验各岩层的设计，调节骨料和胶结剂的比例进行混合制备透明相似材料。各岩层间通过铺设云母片进行分离，避免各岩层混合。每次岩层铺设完成后用烤灯进行烘烤，待混合物凝固后再铺设下一层，直至所有岩层铺设完毕。模拟煤层开采，观察底板破坏过程以及裂隙扩张路径，分析底板水的前兆信息；观察断层位移和裂隙扩展情况，分析受采动影响断层活化的前兆信息。
本发明实施例1-3制备的可视化相似模拟材料分别通过透明度检测仪进行检测，结果显示实施例1-3制备的可视化相似模拟材料的透明度均高于90％。另外，对本发明所制备的可视化相似模拟材料的物理和力学性能也进行了检测，结果如下：
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种可视化相似模拟材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组分制成：PMMA颗粒40％～60％和胶结剂40％～60％，PMMA颗粒和胶结剂重量百分比的总和为100％；
所述胶结剂由以下重量百分比的原料组分制成：海因环氧树脂45％～60％、异佛尔酮二胺15％～25％、苯酚1.5％～2％、水杨酸1％～3％、聚酰胺树脂3.6％～5％、苄基缩水甘油醚4％～6％、流平剂2％、消泡剂2％和抗氧化剂2％。
2.如权利要求1所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按重量百分比分别称取原料；
S2、将海因环氧树脂放入温度为45℃～60℃的烘干箱中烘烤2～4小时；
S3、将烘烤后的海因环氧树脂倒入搅拌容器内，向搅拌容器内分别加入苯酚、水杨酸、聚酰胺树脂和苄基缩水甘油醚，同方向搅拌至均匀混合，形成A胶；
S4、将PMMA颗粒加入A胶内，然后将搅拌容器放置在真空箱中，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气形成混合物A；
S5、将异佛尔酮二胺、流平剂、消泡剂和抗氧化剂混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余空气，形成B胶；
S6、将B胶和混合物A混合，同方向搅拌的同时在真空箱内抽出多余气体即得到所述的可视化相似模拟材料。
3.如权利要求2所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，所述将S6中得到的相似模拟材料倒入成型模具中，成型模具放入温度为45℃～60℃的烘干箱烘烤4～6小时，待混合物B凝固后取下模具，将相似模拟材料放入温度28℃，相对湿度为95％RH的恒湿恒温箱内养护5天形成标准试件。
4.如权利要求2所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中同向搅拌的时间为0.5小时。
5.如权利要求2所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，所述PMMA颗粒的粒径为50μm。
6.如权利要求2所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，所述A胶的存放温度为50℃。
7.如权利要求3所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，所述成型模具内表面涂抹有脱模剂。
8.如权利要求3所述的可视化相似模拟材料的制备方法，其特征在于，所述成型模具的材质为模具钢。
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