温盐耦合条件下温敏性凝胶泡沫流变性能与防燃煤自燃调控机制研究

《Fire》：Study on the Rheological Properties of MC-Based Thermosensitive Gel Foam for Coal Spontaneous Combustion Prevention

　　

摘要

为提升温敏性凝胶泡沫在防燃煤自燃方面的性能，系统研究了温度、膨胀比和无机盐对其流变性能、持水性和成膜性的影响。结果表明，该凝胶泡沫表现出典型的触变假塑性流变行为，其行为受温度诱导的网状结构形成和剪切诱导的结构破坏共同调控。在60 °C下，疏水缔合作用促进了三维凝胶网络的形成，显著提高了表观粘度和粘弹性，与40–55 °C相比，线性粘弹区约拓宽了11个百分点。在高剪切条件下，凝胶网络和气泡结构的破坏引起了明显的剪切变稀效应，Herschel–Bulkley模型能很好地描述该行为。膨胀比表现出阈值效应：当膨胀比超过4时，粘度和流动阻力的进一步提升逐渐趋于饱和，这是因为气泡致密化与液膜变薄之间达到了动态平衡。无机盐通过改变凝胶网络和水分分布来调控泡沫性能。Ca²⁺通过架桥增强/屏蔽破坏机制及其强水合作用，提高了网络致密性和持水性；而Na⁺则主要通过静电屏蔽发挥作用。含盐泡沫表现出持水性提高但成膜性降低的特征，表明泡沫稳定性由界面粘弹性、网络交联、水状态分布和气体扩散共同控制。上述发现阐明了温盐耦合条件下温敏性凝胶泡沫的流变调控机制，为设计防燃煤火灾的高性能材料提供了理论依据。