CN114891176A - 一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料及其制备方法，包括A组分和B组分，将A组分和B组分搅拌混合后采用一步法全水发泡得到所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料。本发明采用一步法全水发泡相变聚氨酯复合材料，发泡过程无污染、成本低、发泡工艺简单，且添加两种定形材料可有效解决单一相变材料调温区域较窄的问题，能在中、低温两个温域实现相转变，更具有实际应用价值；除此之外，和同类型发明相比，符合建筑保温材料相关标准且具有更高的焓值。

Description

一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温材料技术领域，具体涉及一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料及其制备方法。
背景技术
当前，能源需求和碳排放正以多年来最快的速度在增长，能源问题正困扰着经济建设和发展，建设节约型社会成为全社会关注的焦点。中国建筑业始终保持高速发展的速度，建筑节能是我国低碳经济亟待突破的重点领域。
墙体的保温隔热是建筑节能的一个重要部分，一般外墙体在建筑的外围护结构中占的比例最大，墙体传热造成热损失占整个建筑热损失的比例也很大，南方冬冷夏热地区在夏季太阳强烈辐射下，外墙表面温度能达到60℃以上。建筑保温材料是通过对建筑外围护结构采取措施，减少建筑物室内热量向室外散发，从而保持建筑室内温度。聚氨酯硬泡材料具有保温隔热性能好、成本低廉和装配方便的优势，成为最理想的新一代建筑保温材料。聚氨酯泡沫和相变材料的结合已经成为越来越多的人关注的焦点，研究表明，在聚氨酯基体中加入适量的相变材料可以提高热能储存能力。
目前，大量的复合调温控温材料研究仅限于单一相变材料，存在调温范围相对较窄的问题。虽然现有技术也可以制备具有不同温度区域的相变材料，但是，这些相变材料的制备方法普遍存在工序复杂、产率低等缺陷。例如，专利CN201910328350.3中公开了含有三种不同温度阶梯的相变材料微胶囊并兼具阻燃功能的聚氨酯复合保温材料的制备方法，不同温度阶梯的相变材料微胶囊能使聚氨酯保温材料在使用过程中由于相变作用具有高温吸热、低温放热，从而实现自控温阻燃聚氨酯保温材料在建筑上应用后，使建筑具有安全、绿色、节能与环保的优点。但由于相变微胶囊制备过程复杂，产率较低，不适于大批量生产，且相变材料原料昂贵，经济可行性不高。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料及其制备方法，以解决现有技术中相变材料调温范围较窄、具有不同温度区域的相变材料制备过程复杂、产率低、难以规模化生产的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，包括A组分和B组分，将A组分和B组分搅拌混合后采用一步法全水发泡得到所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料；
其中，A组分按照质量份数计算配料如下：聚醚多元醇100份、发泡剂0.4份～0.8份、泡沫稳定剂6.2份～7.0份、泡沫催化剂0.4份～1.2份、定形相变材料A 30份～47.5份、定形相变材料B 30份～47.5份；
定形相变材料A以膨胀石墨为多孔载体材料、以十八烷为相变材料，其相变温度为24℃～28℃；定形相变材料B以膨胀石墨为多孔载体材料、以70#微晶蜡为相变材料，其相变温度为50℃～65℃；
B组分按照质量分数计算配料如下：多异氰酸酯110～130份。
本发明还提供一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料的制备方法，制备如本发明所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，包括如下步骤：
步骤S1：将聚丙二醇烘干处理后，依次向其中加入泡沫催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂，搅拌后得到混合均匀的白料；
步骤S2：将定形相变材料A与定形相变材料B加入白料中，继续搅拌均匀，使两种定形相变材料在白料中分散均匀，得到A组分；
步骤S3：将多异氰酸酯加入到A组分中，快速搅拌，待温度达到35℃～40℃后停止搅拌，放入30℃烘箱中发泡并熟化24h，得到所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用一步法全水发泡相变聚氨酯复合材料，发泡过程无污染、成本低、发泡工艺简单，且添加两种定形材料可有效解决单一相变材料调温区域较窄的问题，能在中、低温两个温域实现相转变，更具有实际应用价值；除此之外，和同类型发明相比，符合建筑保温材料相关标准且具有更高的焓值。
2、本发明相变聚氨酯硬泡中定形相变材料均匀分布在聚氨酯泡层闭孔中，可根据环境温度发生相转变，进行吸收或释放热能，不仅保证了聚氨酯保温性能的有效发挥，还进一步优化了保温性能的长效性，起到调温控温作用，减少室内冷暖气使用时间，这种轻量化和功能化一体的复合材料，能进一步实现建材节能降耗。
3、本发明复合聚氨酯发泡制备工艺简便、绿色环保、通用性和可设计性强，所述原料易于获得，且价格相对低廉，具有良好的工程应用和市场前景，适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为实施例1定形相变材料A通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图2为实施例2定形相变材料A通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图3为实施例3定形相变材料A通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图4为实施例4定形相变材料B通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图5为实施例5定形相变材料B通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图6为实施例6定形相变材料B通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图7为本发明所述方法制备流程图。
图8为实施例7经扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图9为实施例7经差式扫描分析仪所得熔融曲线和结晶曲线图。
图10为实施例8经扫描电子显微镜所得微观形貌图。
图11为实施例8经差式扫描分析仪所得熔融曲线和结晶曲线图。
图12为实施例7和实施例8和对照组的调温性能升温过程曲线图。
图13为实施例7和实施例8和对照组的调温性能降温过程曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一、一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料
本发明所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料包括A组分和B组分，将A组分和B组分搅拌混合后采用一步法全水发泡得到所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料。
其中，A组分按照质量份数计算配料如下：聚醚多元醇100份、发泡剂0.4份～0.8份、泡沫稳定剂6.2份～7.0份、泡沫催化剂0.4份～1.2份、定形相变材料A 30份～47.5份、定形相变材料B 30份～47.5份。
定形相变材料A以膨胀石墨为多孔载体材料、以十八烷为相变材料，其相变温度为24℃～28℃；定形相变材料B以膨胀石墨为多孔载体材料、以70#微晶蜡为相变材料，其相变温度为50℃～65℃。
B组分按照质量分数计算配料如下：多异氰酸酯110～130份。
在具体实施时，所述聚醚多元醇为聚丙二醇，羟值为330～350，且分子量为400～500；发泡剂为去离子水；泡沫催化剂为三乙烯二胺浓度为33％wt溶液；多异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，其中-NCO的质量百分数为30.5-32％wt。
定形相变材料A和定形相变材料B复配混合使用，其中，定形相变材料A与定形相变材料B的质量分数比例为(10％～90％)：(90％～10％)。
在定形相变材料A中，相变材料和载体材料的质量分数比例为：(75％～95％)：(25％～5％)。
在定形相变材料B中，相变材料和载体材料的质量分数比例为：(75％～95％)：(25％～5％)。
二、实施例及其性能
市面上常用的聚氨酯发泡方式有预聚体法、半预聚体法和一步法。预聚体法和半预聚体法因其制备流程的特殊性，多元醇会与异氰酸酯直接产生反应，故无法引入相变材料使聚氨酯硬泡功能化，达到双温域控温效果。然而，本发明采用一步法全水发泡聚氨酯，制备过程绿色环保，无有害气体产生，且可根据产品温域要求添加对应相变温度的相变材料，可规模化生产，操作性强。
表1
Figure BDA0003681651480000041
表2
Figure BDA0003681651480000042
表3(单位：g)
Figure BDA0003681651480000043
1、实施例1～3
定形相变材料A：将可膨胀石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24小时，取2g干燥后的可膨胀石墨粉经微波加热至170℃得膨胀石墨。取11.3～38g液态十八烷与膨胀石墨交替铺撒于烧杯内，将制备好的样品放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度40℃，加热15h，真空度-0.1MPa，制备得到。
图1～图3为通过上述方法获得的实施例1、实施例2和实施例3定形相变材料A通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。图1可看到膨胀石墨在吸附十八烷后仍然保持蠕虫状结构，且能看到一些开放的孔隙和孔隙边界，说明这些孔隙未被十八烷完全填充。图3所示膨胀石墨表面出现大量块状石蜡晶体，此时的膨胀石墨处于过负载的状态，说明膨胀石墨对十八烷的最佳负载率理应小于95％。图2可以观察到定形相变材料中没有明显的开放孔隙，表明膨胀石墨的网状结构几乎被十八烷晶体所填充；并且定形相变材料表面未出现团聚的十八烷晶体，因此当十八烷含量为90％是十八烷/膨胀石墨定形相变材料是最佳含量。
2、实施例4～6
定形相变材料B：将可膨胀石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24小时，取2.0g干燥后的可膨胀石墨粉经微波加热至170℃得膨胀石墨。取6g～38g颗粒状70#微晶蜡与膨胀石墨交替铺撒于烧杯内，将制备好的样品放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度90℃，加热15h，真空度-0.1MPa。
图4～图6为通过上述方法获得的实施例4、实施例5和实施例6定形相变材料B通过扫描电子显微镜所得微观形貌图。图4可看到膨胀石墨在吸附70#石蜡后仍然保持蠕虫状结构，且能看到一些开放的孔隙和膨胀石墨孔隙的边界，说明70#石蜡不足以填充膨胀石墨的所有孔隙。图6所示膨胀石墨表面出现大量块状石蜡晶体，此时的膨胀石墨处于过负载的状态，说明膨胀石墨对70#石蜡的最佳负载率理应在90％-95％之间。图5可以观察到定形相变材料中没有明显的开放孔隙，表明膨胀石墨的网状结构几乎被70#石蜡晶体所填充；并且定形相变材料表面未出现团聚的70#石蜡晶体。
3、实施例7～8和对照例
实施例7
(1)将可膨胀石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24小时，取2g干燥后的可膨胀石墨粉在800W功率下加热40s制得膨胀石墨。取18g液态十八烷与膨胀石墨交替铺撒于烧杯内，将制备好的样品放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度40℃，加热15h，真空度-0.1MPa。
(2)将可膨胀石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24小时，取2.0g干燥后的可膨胀石墨粉在800W功率下加热40s制得膨胀石墨。取23g颗粒状70#微晶蜡与膨胀石墨交替铺撒于烧杯内，将制备好的样品放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度90℃，加热15h，真空度-0.1MPa。
(3)将20g聚丙二醇放入80℃烘箱干燥处理2小时，然后取泡沫催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂加入到聚丙二醇中，搅拌器以转速1200r/min搅拌2min，得到混合均匀的白料。
(4)取9g相变温度24℃～28℃和9g相变温度50℃～65℃的定形相变材料加入到白料中，搅拌器先以1000r/min搅拌8min，再以1200r/min搅拌2min，使其两种定形相变材料在白料中分散均匀，得到A料。
(5)将24g多异氰酸酯作为黑料加入到A料里，搅拌器以1500r/min快速搅拌，待塑料杯微微发热后停止搅拌，放入30℃烘箱中自由发泡并熟化24h。其性能列于表4。
图8为通过上述方法获得的实施例7经扫描电子显微镜所得微观形貌图，加入定形相变材料的聚氨酯硬泡泡孔仍然呈蜂窝状的多孔结构，定形相变材料在聚氨酯泡沫闭孔中较为均匀的分布。
图9为通过上述方法获得的实施例7经差式扫描分析仪所得熔融曲线和结晶曲线，熔融焓为55.89J/g，结晶焓为53.22J/g。
实施例8
(1)将可膨胀石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24小时，取2g干燥后的可膨胀石墨粉在800W功率下加热40s制得膨胀石墨。取18g液态十八烷与膨胀石墨交替铺撒于烧杯内，将制备好的样品放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度40℃，加热15h，真空度-0.1MPa。
(2)将可膨胀石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24小时，取2.0g干燥后的可膨胀石墨粉在800W功率下加热40s制得膨胀石墨。取23g颗粒状70#微晶蜡与膨胀石墨交替铺撒于烧杯内，将制备好的样品放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度90℃，加热15h，真空度-0.1MPa。
(3)将20g聚丙二醇放入80℃烘箱干燥处理2小时，然后取泡沫催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂加入到聚丙二醇中，搅拌器以转速1200r/min搅拌2min，得到混合均匀的白料。
(4)取9.5g相变温度24℃～28℃和9.5g相变温度50℃～65℃的定形相变材料加入到白料中，搅拌器先以1000r/min搅拌8min，再以1200r/min搅拌2min，使其两种定形相变材料在白料中分散均匀，得到A料。
(5)将24g多异氰酸酯作为黑料加入到A料里，搅拌器以1500r/min快速搅拌，待塑料杯微微发热后停止搅拌，放入30℃烘箱中自由发泡并熟化24h。其性能列于表4。
表4双温域相变聚氨酯硬泡具体性能参数
实施例 相变焓值/J·g<sup>-1</sup> 压缩强度/M·Pa 导热系数/W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>
7 55.89 0.295 0.056
8 58.29 0.241 0.062
对照组 0 0.632 0.035
图10为通过上述方法获得的实施例8经扫描电子显微镜所得微观形貌图，加入定形相变材料的聚氨酯硬泡泡孔仍然呈蜂窝状的多孔结构，定形相变材料在聚氨酯泡沫闭孔中较为均匀的分布，且密集程度高于实施例7。未出现定形相变材料团聚现象，聚氨酯硬泡也未出现泡孔坍塌的现象，说明制备的双温域相变聚氨酯硬泡发泡成功且可作为建筑保温材料使用。
图11为通过上述方法获得的实施例8经差式扫描分析仪所得熔融曲线和结晶曲线，熔融焓为58.29J/g，结晶焓为55.69J/g。位于60℃和30℃附近出现吸热峰和放热峰，说明制备的双温域相变聚氨酯硬泡在两个温度区间都有固液相变行为，可有效降低墙体传热造成热损失，具有较好的储热性能，适用于建筑保温材料领域。与同类型研究的结果相比，制备的中低温聚氨酯硬泡具有较高的焓值。
图12为实施例7和实施例8和对照组的调温性能升温过程曲线，通过0℃-90℃匀速升温实验模拟双温域相变聚氨酯硬泡温度随时间的变化，评估了纯聚氨酯硬泡、双温域聚氨酯硬泡保温性能。从实施例8曲线可看出，双温域聚氨酯硬泡26℃和60℃附近都出现了温度明显低于纯聚氨酯硬泡的平台期。表明双温域聚氨酯硬泡中的定形相变材料发挥相变作用，升温速率低于纯RPUF。纯RPUF和双温域相变聚氨酯分别需要2635s和3185s才能从0℃上升到26℃的平衡温度，其平衡过程保持570s。纯RPUF和双温域相变聚氨酯分别需要5600s和5885s才能从0℃上升到58.8℃，中低温相变聚氨酯在53.1-66.6℃的温度范围内升温速率明显减缓。双温域相变聚氨酯整体温度比纯RPUF低6.1℃左右，升温过程经过8460s后两者温度方才达到一致。
图13为实施例7和实施例8和对照组的调温性能降温过程曲线，通过90℃-0℃匀速降温实验模拟双温域相变聚氨酯硬泡温度随时间的变化，评估了纯聚氨酯硬泡、双温域聚氨酯硬泡保温性能。从90℃降温到26℃过程纯聚氨酯硬泡和双温域相变聚氨酯硬泡分别需要从13279s和14076s，降温速率明显更低。双温域相变聚氨酯在24.6-27.5℃的温度范围内趋于恒定出现平台，降温过程保持797s。降温到58.8℃分别需要为6255s和6570s。制备的双温域聚氨酯硬泡保温性能依然优于普通聚氨酯泡沫，能有效减缓降温速率。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，其特征在于，包括A组分和B组分，将A组分和B组分搅拌混合后采用一步法全水发泡得到所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料；
其中，A组分按照质量份数计算配料如下：聚醚多元醇100份、发泡剂0.4份~0.8份、泡沫稳定剂6.2份~7.0份、泡沫催化剂0.4份~1.2份、定形相变材料A 30份~47.5份、定形相变材料B 30份~47.5份；
定形相变材料A以膨胀石墨为多孔载体材料、以十八烷为相变材料，其相变温度为24℃~28℃；定形相变材料B以膨胀石墨为多孔载体材料、以70#微晶蜡为相变材料，其相变温度为50℃~65℃；
B组分按照质量分数计算配料如下：多异氰酸酯110～130份。
2.根据权利要求1所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚丙二醇，羟值为330～350，且分子量为400～500；发泡剂为去离子水；泡沫催化剂为三乙烯二胺浓度为33%wt溶液；多异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，其中-NCO的质量百分数为30.5-32%wt。
3.根据权利要求1所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，其特征在于，定形相变材料A和定形相变材料B复配混合使用，其中，定形相变材料A与定形相变材料B的质量分数比例为（10%~90%）：（90%~10%）。
4.根据权利要求1所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，其特征在于，在定形相变材料A中，相变材料和载体材料的质量分数比例为：（75%~95%）：（25%~5%）。
5.根据权利要求1所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，其特征在于，在定形相变材料B中，相变材料和载体材料的质量分数比例为：（75%~95%）：（25%~5%）。
6.一种双温域相变聚氨酯硬泡复合材料的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料，包括如下步骤：
步骤S1：将聚丙二醇烘干处理后，依次向其中加入泡沫催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂，搅拌后得到混合均匀的白料；
步骤S2：将定形相变材料A与定形相变材料B加入白料中，继续搅拌均匀，使两种定形相变材料在白料中分散均匀，得到A组分；
步骤S3：将多异氰酸酯加入到A组分中，快速搅拌，待温度达到35℃~40℃后停止搅拌，放入30℃烘箱中发泡并熟化24h，得到所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料。
7.根据权利要求6所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将聚丙二醇放入80℃烘箱干燥处理2h；以转速1200r/min搅拌2min；在步骤S2中，先以1000r/min搅拌8min，再以1200r/min搅拌2min；在步骤S3中，以1500r/min快速搅拌。
8.根据权利要求6所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料的制备方法，其特征在于，所述定形相变材料按照权利要求4或权利要求5所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料进行备料，其制备方法为：
（1）膨胀石墨制备：将石墨粉置于90℃真空干燥箱内干燥24h，对干燥后的石墨粉加热至170℃~190℃，得到膨胀石墨；
（2）真空吸附处理：将相变材料与膨胀石墨交替铺撒于容器内，将容器放入真空干燥箱中加热吸附，设置温度为40℃～90℃，加热15h，真空度为-0.1MPa。
9.根据权利要求8所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料的制备方法，其特征在于，当相变材料为十八烷时，将十八烷加热熔化至液态，用液态的十八烷进行步骤（2），且真空吸附处理的温度为40℃。
10.根据权利要求8所述双温域相变聚氨酯硬泡复合材料的制备方法，其特征在于，当相变材料为70#微晶蜡时，真空吸附处理的温度设置为90℃。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117050510A (zh) * 2023-09-27 2023-11-14 中国矿业大学 一种低放热聚氨酯泡沫材料及其制备方法与应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080207784A1 (en) * 2007-02-26 2008-08-28 Bayer Materialscience Llc Polyvinylchloride/polyurethane hybrid foams with improved burn properties and reduced after-glow
CN102643532A (zh) * 2012-04-25 2012-08-22 辽宁工程技术大学 一种含有相变添加剂的聚氨酯加固灌浆材料及其制备方法
CN103046654A (zh) * 2012-12-18 2013-04-17 烟台市顺达聚氨酯有限责任公司 硬泡聚氨酯相变保温复合板
CN104031378A (zh) * 2013-03-04 2014-09-10 南京理工大学 热反射-储能型聚氨酯泡沫及其制备方法
CN104845356A (zh) * 2015-05-22 2015-08-19 上海化工研究院 一种无卤阻燃聚氨酯硬泡材料及其制备方法
CN106349455A (zh) * 2016-08-30 2017-01-25 武汉理工大学 一种耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫复合材料及其制备方法
CN110054751A (zh) * 2019-04-23 2019-07-26 徐州工程学院 一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080207784A1 (en) * 2007-02-26 2008-08-28 Bayer Materialscience Llc Polyvinylchloride/polyurethane hybrid foams with improved burn properties and reduced after-glow
CN102643532A (zh) * 2012-04-25 2012-08-22 辽宁工程技术大学 一种含有相变添加剂的聚氨酯加固灌浆材料及其制备方法
CN103046654A (zh) * 2012-12-18 2013-04-17 烟台市顺达聚氨酯有限责任公司 硬泡聚氨酯相变保温复合板
CN104031378A (zh) * 2013-03-04 2014-09-10 南京理工大学 热反射-储能型聚氨酯泡沫及其制备方法
CN104845356A (zh) * 2015-05-22 2015-08-19 上海化工研究院 一种无卤阻燃聚氨酯硬泡材料及其制备方法
CN106349455A (zh) * 2016-08-30 2017-01-25 武汉理工大学 一种耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫复合材料及其制备方法
CN110054751A (zh) * 2019-04-23 2019-07-26 徐州工程学院 一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王化恶;唐一博;郭鹏伟;胡世花;周晋强;郭倩;: "石墨烯聚氨酯构筑煤矿临时密闭墙试验研究", 中国安全科学学报 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117050510A (zh) * 2023-09-27 2023-11-14 中国矿业大学 一种低放热聚氨酯泡沫材料及其制备方法与应用

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