CN103739268B - 纤维复合材料增强陶瓷板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维复合材料增强陶瓷板及其制造方法。纤维复合材料增强陶瓷板包括陶瓷板和胶粘剂-纤维片材增强材料层，纤维片材层夹在胶粘剂中，胶粘剂-纤维片材增强材料层粘贴在陶瓷板的底面上；所述的胶粘剂是有机树脂与无机胶粘剂的混合物。本发明使用的有机-无机胶粘剂具有良好粘结强度和的耐高温能力，由其粘结的纤维增强材料和陶瓷板粘贴在一起共同作用，提高了制品的抗折强度和冲击韧性。陶瓷板在遇到爆炸或遭受冲击荷载时，不会迅速碎裂甚至剥落，因此对建筑结构的内部材料起到了保护作用。与现有技术相比，该陶瓷板抗弯强度高、冲击韧性好、且其制备方法工序简单、取材容易、设备投入少、成本低。
Description
[技术领域]
本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种纤维复合材料增强陶瓷板及其制造方法。
[背景技术]
在建筑工程领域，希望建筑材料轻质高强，具有良好的延性，弹性，能更好地控制自身的损伤，有较长使用寿命，同时还要操作简单，节省成本。陶瓷板是一种耐磨、耐腐蚀、耐污染、防火防水的轻质装饰建材，在建筑幕墙装饰、室内地面及墙壁装饰中广泛应用。但是陶瓷板是一种脆性材料，强度低，在火灾、爆炸以及冲击荷载作用下易产生裂纹并迅速扩展、断裂、剥落，失去保护作用。纤维增强聚合物（FRP）复合材料也具有轻质高强的性能，它是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合,经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料，目前对于FRP的研究、开发和应用已成为十分活跃的领域，其优异的力学性能及适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、轻质发展的需求,正被越来越广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程、地下工程中,受到结构工程界广泛关注。传统的FPR材料中所使用的聚合物通常为具有良好流动性的等优点的环氧树脂，但是由于其质脆，耐热性能差，固化反应时产生内应力，这些缺点限制了FRP材料的应用范围。而无机胶凝材料具有耐高温的特点，但是仅仅采用无机胶凝材料与纤维制备复合材料时，因无机胶胶结剂流动性差，渗透性能差，不能充分发挥纤维的增强作用。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种抗弯强度高、冲击韧性好、且其制造方法简单的纤维复合材料增强陶瓷板及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种纤维复合材料增强陶瓷板，包括陶瓷板和胶粘剂-纤维片材增强材料层，纤维片材层夹在胶粘剂中，胶粘剂-纤维片材增强材料层粘贴在陶瓷板的底面上；所述的胶粘剂是有机树脂与无机胶粘剂的混合物。
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，所述的纤维片材为单向纤维层或者纤维织物层；所述的有机树脂是不饱和聚脂、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮胶中的一种；所述的无机胶粘剂是磷酸盐胶凝材料与水的混合物。
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或多种的组合。
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，无机胶粘剂是磷酸盐胶粘剂，磷酸盐胶粘剂按重量份，由以下组分组成：
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，磷酸盐胶粘剂按重量份，由以下组分组成：
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，所述的缓凝剂重量为镁砂重量的8%-15%；水的重量为磷酸盐胶凝材料重量百分比的18-25%。
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，所述的磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠及磷酸二氢铵中的至少一种，所述的无机矿物填料是粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣粉、钢渣粉、高岭土、偏高岭土、沸石中的至少一种，所述的缓凝剂是硼砂和硼酸中的至少一种；镁砂为重烧镁砂、电熔镁砂和海水镁砂中的至少一种，重烧镁砂、电熔镁砂或海水镁砂中的镁砂含量不小于80％。
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，纤维片材层为多层。
以上所述的纤维复合材料增强陶瓷板，按重量百分比，在胶粘剂中有机树脂占10-30%，无机胶粘剂占70-90%。
一种上述纤维复合材料增强陶瓷板的制造方法，包括以下步骤：
（1）对陶瓷板的底面进行清洁处理；
（2）将无机胶凝材料与水混合、搅拌均匀形成无机胶粘剂；将无机胶粘剂与有机树脂混合制成胶粘剂；
（3）在处理好的陶瓷板底面均匀涂抹一层胶粘剂；
（4）将纤维片材平整地粘贴在的胶粘剂上；
（5）将纤维片材铺平、压实、排气后再在纤维片材外表面涂刷一层胶粘剂；
（6）如果采用多层纤维片材，则重复步骤（4）和（5）。
本发明纤维复合材料增强陶瓷板所使用的有机-无机胶粘剂具有良好粘结强度和的耐高温能力，由其粘结的纤维增强材料和陶瓷板粘贴在一起共同作用，提高了制品的抗折强度和冲击韧性。陶瓷板在遇到爆炸或遭受冲击荷载时，不会迅速碎裂甚至剥落，因此对建筑结构的内部材料起到了保护作用。与现有技术相比，该陶瓷板抗弯强度高、冲击韧性好、且其制备方法工序简单、取材容易、设备投入少、成本低。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例纤维复合材料增强陶瓷板使用1层纤维片材时的剖面示意图；
图2是本发明实施例纤维复合材料增强陶瓷板使用2层纤维片材时的剖面示意图；
图中：3-陶瓷板，2-胶粘剂，1-纤维片材。
[具体实施方式]
本发明的纤维复合材料增强陶瓷板包括陶瓷板和胶粘剂-纤维片材增强材料层，纤维片材层夹在胶粘剂中，可以是一层或多层，胶粘剂-纤维片材增强材料层粘贴在陶瓷板的底面上；胶粘剂是有机树脂与无机胶粘剂的混合物，其中，无机胶粘剂由粉状无机胶凝材料与水混合而成；有机树脂是不饱和聚脂、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮胶中的一种。
纤维片材可以是单向纤维层或者纤维织物层。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或多种的组合。
无机胶粘剂为磷酸盐胶粘剂，其中，磷酸盐胶粘剂按重量份，由以下组分组成：
其中，磷酸二氢盐是磷酸二氢钾、磷酸二氢钠及磷酸二氢铵中的至少一种，无机矿物填料是粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣粉、钢渣粉、高岭土、偏高岭土、沸石中的至少一种，缓凝剂是硼砂和硼酸中的至少一种；镁砂为重烧镁砂、电熔镁砂和海水镁砂中的至少一种，重烧镁砂、电熔镁砂或海水镁砂中的镁砂含量不小于80％。
磷酸盐胶粘剂中，缓凝剂重量为镁砂重量的8%-15%；水的重量为磷酸盐胶凝材料重量百分比的18-25%。
纤维复合材料增强陶瓷板的制造方法，包括以下步骤：
（1）对陶瓷板的底面进行清洁处理；
（2）将无机胶凝材料与水混合、搅拌均匀形成无机胶粘剂；将无机胶粘剂与有机树脂混合制成胶粘剂；
（3）在处理好的陶瓷板底面均匀涂抹一层胶粘剂；
（4）将纤维片材平整地粘贴在的胶粘剂上；
（5）将纤维片材铺平、压实、排气后再在纤维片材外表面涂刷一层胶粘剂；
（6）如果采用多层纤维片材，则重复步骤（4）和（5）。
实施例1
本发明以实施例1的纤维复合材料增强陶瓷板，通过以下步骤实现：
陶瓷板采用由福建省晋江市磁灶和兴建材厂生产（和兴压顶条。级别：优等品，执行标准：GB/T4100-2006），其规格为250mm×70mm×7mm。
树脂采用的海特公司Lica100AB纤维浸渍胶粘结剂（环氧树脂）。
碳纤维采用南京海拓复合材料有限责任公司的碳纤维HITEX-C200，其性能见表1。
表1：碳纤维性能表
首先将陶瓷板的下表面进行打磨、洗刷处理。
制备胶粘剂。有机胶粘剂的制备时将环氧树脂A、B的两组份按照1:2重量份数配制、拌匀备用。无机胶粘剂由粉状磷酸盐胶凝材料与水混和、搅拌均匀而成。
本实施例中的粉状磷酸盐胶凝材料的重量份为，磷酸二氢钾100、镁砂65、粉煤灰55、硼砂4。水的重量份数为55。磷酸盐胶粘剂的制备方法是将粉状的原材料按比例称量、混合，在搅拌机中搅拌均匀，得到所需无机胶粘剂。
将环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合，混合的重量比例是环氧树脂质量份数为10份，磷酸盐胶粘剂为90份，制成有机-无机胶粘剂。
粘贴纤维材料，用干净的铲子将有机-无机胶粘剂均匀的涂刷在陶瓷板底表面，厚度约为1～1.5mm。并将单向碳纤维片材平整地粘贴在该胶粘剂上；压实、排气。再在单向连续碳纤维上均匀铺摊一层胶粘剂，厚度约为1～1.5mm，压实、排气，待其硬化后得到本发明的纤维复合材料增强陶瓷板。
本实施例纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，在瑞格尔电子万能材料实验机上测试其三点抗弯强度。与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了4.5倍。
实施例2
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂70、粉煤灰50、硼砂6。水的重量份数为40。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占20份，磷酸盐胶粘剂占80份。环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合的重量比例是环氧树脂质量份数为20份，磷酸盐胶粘剂为80份。单向连续碳纤维片材为1层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了4.8倍。
实施例3
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂75、粉煤灰40、硼砂13。水的重量份数为45。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占30份，磷酸盐胶粘剂占70份。环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合的重量比例是环氧树脂质量份数为30份，磷酸盐胶粘剂为70份。单向连续碳纤维片材为1层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了5.1倍。
实施例4
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂80、粉煤灰50、硼砂15。水的重量份数为55。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占15份，磷酸盐胶粘剂占85份。环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合的重量比例是环氧树脂质量份数为25份，磷酸盐胶粘剂为75份单向连续碳纤维片材为1层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了4.1倍。
实施例5
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂80、硼砂12。水的重量份数为35。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占18份，磷酸盐胶粘剂占82份。环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合的重量比例是环氧树脂质量份数为15份，磷酸盐胶粘剂为85份单向连续碳纤维片材为1层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了4.7倍。
实施例6
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂75、粉煤灰10、硼砂8。水的重量份数为40。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占22份，磷酸盐胶粘剂占78份。环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合的重量比例是环氧树脂质量份数为20份，磷酸盐胶粘剂为80份单向连续碳纤维片材为1层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了4.9倍。
实施例7
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂68、粉煤灰20、硼砂5。水的重量份数为45。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占25份，磷酸盐胶粘剂占75份。环氧树脂胶和磷酸盐胶粘剂混合的重量比例是环氧树脂质量份数为20份，磷酸盐胶粘剂为80份。单向连续碳纤维片材为1层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用1层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了5.2倍。
实施例8
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂70、粉煤灰30、硼砂8。水的重量份数为50。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占28份，磷酸盐胶粘剂占72份。单向连续碳纤维片材为2层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用2层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了5.8倍。
实施例9
按照实施例1所述的材料与方法，制备纤维复合材料增强陶瓷板。所述的粉状磷酸盐胶凝材料的材料重量组成份数是磷酸二氢钾100、镁砂60、粉煤灰20、硼砂6。水的重量份数为40。有机-无机胶粘剂中环氧树脂占30份，磷酸盐胶粘剂占70份。单向连续碳纤维片材为2层。
该纤维复合材料增强陶瓷板在室温条件下固化7天后，与空白陶瓷板进行三点抗弯实验对比，结果表明使用2层单向连续碳纤维时制备的纤维复合材料增强陶瓷板，其抗弯强度增加了6.5倍。
表2：实施例1-9磷酸盐胶粘剂的配比表
| （重量份） | 磷酸二氢钾 | 镁砂 | 粉煤灰 | 硼砂 | 水 |
| 实施例1 | 100 | 65 | 55 | 4 | 55 |
| 实施例2 | 100 | 70 | 50 | 6 | 40 |
| 实施例3 | 100 | 75 | 40 | 13 | 45 |
| 实施例4 | 100 | 80 | 50 | 15 | 55 |
| 实施例5 | 100 | 80 | 0 | 12 | 35 |
| 实施例6 | 100 | 75 | 10 | 8 | 40 |
| 实施例7 | 100 | 68 | 20 | 5 | 45 |
| 实施例8 | 100 | 70 | 30 | 8 | 50 |
| 实施例9 | 100 | 60 | 20 | 6 | 40 |
Claims (7)
1.一种纤维复合材料增强陶瓷板，包括陶瓷板，其特征在于，包括胶粘剂-纤维片材增强材料层，纤维片材层夹在胶粘剂中，胶粘剂-纤维片材增强材料层粘贴在陶瓷板的底面上；所述的胶粘剂是有机树脂与无机胶粘剂的混合物；所述的纤维片材为单向纤维层或者纤维织物层；所述的有机树脂是不饱和聚脂、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮胶中的一种；所述的无机胶粘剂是磷酸盐胶凝材料与水的混合物；所述无机胶粘剂是磷酸盐胶粘剂，磷酸盐胶粘剂按重量份，由以下组分组成：
所述胶粘剂中按重量百分比，有机树脂占10-30％，无机胶粘剂占70-90％。
2.根据权利要求1所述的纤维复合材料增强陶瓷板，其特征在于，所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的纤维复合材料增强陶瓷板，其特征在于，磷酸盐胶粘剂按重量份，由以下组分组成：
4.根据权利要求1所述的纤维复合材料增强陶瓷板，其特征在于，所述的缓凝剂重量为镁砂重量的8％-15％；水的重量为磷酸盐胶凝材料重量百分比的18-25％。
5.根据权利要求1所述的纤维复合材料增强陶瓷板，其特征在于，所述的磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠及磷酸二氢铵中的至少一种，所述的无机矿物填料是粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣粉、钢渣粉、高岭土、偏高岭土、沸石中的至少一种，所述的缓凝剂是硼砂和硼酸中的至少一种；镁砂为重烧镁砂、电熔镁砂和海水镁砂中的至少一种，重烧镁砂、电熔镁砂或海水镁砂中的氧化镁含量不小于80％。
6.根据权利要求1所述的纤维复合材料增强陶瓷板，其特征在于，纤维片材层为多层。
7.一种权利要求1所述的纤维复合材料增强陶瓷板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对陶瓷板的底面进行清洁处理；
(2)将磷酸盐胶凝材料与水混合、搅拌均匀形成无机胶粘剂；将无机胶粘剂与有机树脂混合制成胶粘剂；
(3)在处理好的陶瓷板底面均匀涂抹一层胶粘剂；
(4)将纤维片材平整地粘贴在胶粘剂上；
(5)将纤维片材铺平、压实、排气后再在纤维片材外表面涂刷一层胶粘剂；
(6)如果采用多层纤维片材，则重复步骤(4)和(5)。
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