高透明度类岩石树脂试件制作方法及模拟试验方法技术

本申请公开了一种高透明度类岩石树脂试件制作方法及试验方法，针对现有类岩石树脂试件透明性差和试验过程中表面液化起雾的技术问题，提出了系统全面的解决方案：

【技术实现步骤摘要】
高透明度类岩石树脂试件制作方法及模拟试验方法


[0001]本申请涉及岩石力学试验
，具体涉及一种高透明度类岩石树脂试件制作方法及试验方法。

技术介绍

[0002]采用类岩石树脂材料制作试件来开展模拟研究，已经越来越多的应用到岩石力学的室内试验领域，为研究岩石在不同加载条件下的内部变形破坏规律和断裂机理提供了一种新的手段方法。树脂试件可以实现完全透明，与水泥砂浆、陶瓷、石膏等不透明类岩石材料相比，肉眼可直接观察到其试件内部的破裂演化规律，并能预埋裂隙、断层以开展工程岩体失稳机理的室内模拟试验研究，因此具有重要的学术价值和工程意义。
[0003]透明度对于保持树脂试件的学术价值和优势非常重要，但本申请专利技术人在长期的工程实践中发现，制备得到满足要求的高透明树脂试件还面临着许多诸多技术难题和挑战：首先，树脂试件是由树脂和固化剂，按照一定比例拌合后固化而成；虽然树脂是透明的，但绝大多数固化剂都不透明，通常为淡黄色或黑色，因此拌合后的试件透明度变得很差，直接影响了内部破裂的观测（参见图1）；其次，树脂试件的制作工艺复杂且耗时，制作过程中各个环节都有可能混入空气而产生内部缺陷，从而导致制作的试件力学性能不完整；再次，树脂试件对脱模的要求很高，如何保证脱模后试件的表面光滑完整，如何确保脱模剂与树脂不发生影响，也对试件透明性起到重要的作用；最后，由于树脂试件的力学特性受温度影响较大，只有在低温下才呈现类岩石特性，而在常温下则表现为塑性，因此在试验前都须将树脂试件冷冻放置一定时间后再取出开展试验。对于岩石力学模拟试验过程，由于试件自身温度和周围环境温度不一致，将会在试件表面出现液化起雾，伴随着整个试验过程，因此水雾聚集而影响透明度的技术难题需要解决。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本申请专利技术人在多年研究的基础上，针对现有类岩石树脂试件透明性差和试验过程中表面液化起雾的技术问题，提出了系统全面的解决方案：
①
在试件原料中加入透明成核剂和内雾剂；
②
使试件整个浇注成型过程都处在真空环境；
③
在抽真空前将混合料放入温水中预加热以降低粘稠度，利于气泡析出；
④
在成型模具内表面喷入干性脱模剂，以保证脱模试件的表面光滑度；
⑤
试验前在试件表面喷涂外雾剂，和浇注料内所添加的内雾剂共同起到防止试件表面水雾聚集的作用。
[0006]根据本公开的一个方面，提供一种高透明度类岩石树脂试件制作方法，主要包括如下步骤：（1）浇注料制备：将环氧树脂和固化剂按一定比例混匀成混合料，并按所得混合料质量的0.2%～0.9%加入透明成核剂山梨糖醇类物质以提高树脂混合料透明度，再按混合料
质量的0.05～0.15％的加入内雾剂甘油单油酸酯以起长效的防雾作用，最后混匀成浇注料。
[0007]环氧树脂是典型的结晶性聚合物，结晶度较高，体现出一定的韧性和刚性。研究表明环氧树脂内部含有晶区和非晶区，二者密度不同，密度会影响光的折射率，光线通过时由于折射率的不同，界面形成反射或折射，导致通过聚合物的光线减少，因此环氧树脂及固化剂直接混合固化后其透明度非常差，因而通过降低结晶度提高试件透明度是研究要点之一；通过加入透明成核剂，减小结晶度，能够有效增强树脂材料自身的透明度。
[0008]树脂材料非晶区的状态决定晶体是否影响聚合物的性能，树脂的硬度会随着结晶度的升高而增大，在结晶度持续增大时，分子间相互作用力增强，树脂自身拉升作用加大，在一定程度上降低了断裂伸长率。此外结晶度增加，提升分子间交联作用，降低和松弛应力；因此在一定程度上加入透明成核剂一定程度上可以改善树脂材料力学性能。
[0009]（2）预热除气：将上步所得浇注料先于40～50℃恒温水浴中预热10～20 min以降低粘稠度、以利于气泡排出，再进行15～25 min的抽真空处理，以充分消除浇注料中的气泡。
[0010]（3）浇注成型：在真空环境下将除气后的浇注料浇注于对应的硅胶模具中，并在恒真空环境下养护，使其固化成型；在所述硅胶模具内表面喷敷一层干性脱模剂，以保证浇注试件的表面光滑度及表面产生气泡。
[0011]树脂浇筑的模具选用长方体硅胶模具，方便脱模，而且不影响试件的成分，模具保持内表面干燥清洁，在试验前内表面均匀喷涂薄薄的一层干性脱模剂（SEA410），其化学成分为硅油和硅油溶剂，有效防止试件外表面气泡的产生，保证试件表面的光滑和平整，且更易脱模；如果采用涂抹的脱模剂，如硅胶脱模剂，则会因涂抹不均和手工留下的大量指纹等，使得脱模后试件表面沟凹不平、产生漫反射等而变的不透明（参见图2）。
[0012]（4）脱模及养护：脱模上步固化成型的试件，置于65～75℃干燥环境中养护45～50h，即成。
[0013]在本公开的一些实施例中，所述树脂为YD
‑
127型树脂，所述固化剂为TB
‑
2105型固化剂，两者按100：38的质量比混匀成混合料。
[0014]在本公开的一些实施例中，所述透明成核剂选择应用广泛的山梨糖醇类透明成核剂NP
‑
818，此类透明剂具有自行物理聚合的聚集性质，可溶解在液体树脂混合料中，形成均相溶液。当树脂混合料固化时，透明剂通过本身自聚集作用形成纤维状的网络，该网络分散均匀，且具有极大的表面积。随着进一步固化，树脂材料首先在取向作用下结成层状晶体，然后其他部分沿纤维轴向排列结晶。由此提高树脂材料成核密度，使其形成均一细化的球晶，减少对光的反射和折射，降低结晶度，从而提升透明度。NP
‑
818型透明剂还可提高试件力学性能，改善表面光泽度，缩短成型周期。
[0015]为了研究透明剂含量对树脂材料透明改性的影响，设置水平试验，控制其他条件一定，设置不同透明剂含量：0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％，0.7％，0.8％，0.9％，1％，1.1％，1.2％，制作试件对比其透明性，获得透明改性效果最好的透明剂比例。试验结果表明，在树脂固化剂配比确定，当山梨糖醇类透明成核剂NP
‑
818含量在0.2％～0.9％时，相较低于0.2％，高于0.9％的部分透明度高，且在0.3％时透明度效果最好；含量超过0.9％时，透明剂再增加却出现相反的结果。
[0016]在本公开的一些实施例中，所述抽真空处理和浇注成型均在抽真空装置中实施，所述抽真空装置包括内设有量杯的除气真空箱、内设有硅胶模具的浇注真空箱；在所述量杯的底部与所述硅胶模具的浇注口之间设有对应的浇注管；所述除气真空箱、浇注真空箱分别通过对应的管道连接对应的真空源，且两者存在位置高差，以使所述量杯中的浇注料经所述浇注管自流入所述硅胶模具中。
[0017]在本公开的一些实施例中，在所述浇注管近两端的真空箱的外侧对应位置处分别设有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高透明度类岩石树脂试件制作方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）浇注料制备：将环氧树脂和固化剂按一定比例混匀成混合料，并按所得混合料质量的0.2%～0.9%加入透明成核剂山梨糖醇类物质以提高透明度，再按混合料质量的0.05～0.15％的加入内雾剂甘油单油酸酯以起长效的防雾作用，最后混匀成浇注料；（2）预热除气：将上步所得浇注料先于40～50℃恒温水浴中预热10～20 min以降低粘稠度、利于气泡排出，再进行15～25 min的抽真空处理，以充分消除浇注料中的气泡；（3）浇注成型：在真空环境下将除气后的浇注料浇注于对应的硅胶模具中，并在恒真空环境下养护，使其固化成型；在所述硅胶模具内表面喷敷有一层干性脱模剂，以保证浇注试件的表面光滑度及表面产生气泡；（4）脱模及养护：脱模上步固化成型的试件，置于65～75℃干燥环境中养护45～50h，即成。2.根据权利要求1所述的高透明度类岩石树脂试件制作方法，其特征在于，所述环氧树脂为YD
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127型树脂，所述固化剂为TB
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2105型固化剂，两者按100：38的质量比混匀成混合料。3.根据权利要求1所述的高透明度类岩石树脂试件制作方法，其特征在于，所述抽真空处理和浇注成型均在抽真空装置中实施，所述抽真空装置包括内设有量杯的除气真空箱、内设有硅胶模具的浇注真空箱；在所述量杯的底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：付金伟，程慧香，雒翔宇，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：