CN107759211A - 基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，包括基体发泡轻质耐火保温材料层和装饰面层；所述装饰面层喷涂在所述基体发泡轻质耐火保温材料层表面后，通过一次烧结成型粘结在一起；所述的基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯、无机耐高温纤维、非金属尾矿、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、氧化锆、高温助溶剂、憎水剂、无机耐高温胶黏剂和阻燃剂；所述的装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯、长石、石英、氧化铝、硅灰石、碳酸钙和色料。本发明制备的成品使物料分散均匀，且所制备的板材具有质轻高强、耐火、阻燃、防水抗渗、不易老化、力学性能优良和绿色节能环保的优点，具有广阔的市场推广价值。

Description

基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及建筑保温装饰材料领域，特别涉及基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板及其制备方法。

【背景技术】

目前市场上现有的建筑内外墙体表面装饰层材料主要为聚乙烯、树脂发泡、发泡陶瓷、发泡玻璃类保温板以及其上装饰的有色金属装饰材料的薄板、扣板、套板或粘贴瓷砖、花岗岩、大理石的装饰面。其中聚乙烯、树脂发泡类因材料本身限制易老化使用寿命短、耐候性差和阻燃性差，一但发生火灾即刻产生大量有毒烟气，对环境污染破坏极大；且其在施工安装过程中采用大量水泥砂浆湿法粘贴，因水泥砂浆与粘贴面融合性差，自身易老化、粘接面易开裂，容易形成大面积脱落，造成较大安全隐患；发泡陶瓷、发泡玻璃在生产过程中，大量燃烧煤矿资源，对环境污染破坏严重，且发泡陶瓷、发泡玻璃自保温隔热效果低、耐火极限差、强度低和韧性差，在施工安装工序复杂，易开裂、易脱落，造成安全隐患；有色金属装饰材料的薄板、扣板、套板其造价成本高，其使用的有机粘结剂耐候性差、使用寿命短等弊端；瓷砖、花岗岩和大理石属于不可再生的矿产资源，大量开采过程中严重破坏生态环境，且成品率利用率极低，且花岗岩、大理石产品自身重量重，没有自保温功能，在施工安装过程中采用大量水泥砂浆湿法粘贴，工序复杂、造价昂贵，且其中的钢材骨架容易受腐蚀耐候性差、使用寿命短、易断裂脱落，对生命财产造成隐患。因此，研究一种质轻高强、耐火、耐阻燃、防水抗渗、耐高温、不易老化、力学性能优良和绿色节能环保的建筑内外墙体表面装饰材料迫在眉睫。

非金属尾矿是矿业固体废物的主要类型，其综合回收利用率仅为6.95％，它对土地的侵占、堆积过程带来的环境问题日益加剧，使得很多矿山不堪重负，尾矿质轻、含有丰富的氧化物的特点，成为对其进行有效地开发是节约利用矿产资源的重要途径。罗学维等(电解锰渣制备轻质发泡陶瓷保温板工艺及性能研究，中国锰业，2016，34(6)：125-129)以电解锰渣为原料、长石为助熔剂、金刚砂为脱氧剂，采用改进的乙醇旋转蒸发粉料分散技术，经高温发泡工艺制备了轻质发泡陶瓷保温板。缺点：所制备的材料只具有保温性能，未能提高保温板的阻燃性能。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面二维结构，具有极高的强度和稳定性。闫姝(博士论文，氧化石墨烯增强铝硅酸盐聚合物的聚合与陶瓷化机制，2016)以偏高岭土、碱激发溶液、氧化石墨烯等为原材料，采用原位合成方法制备了部分还原石墨烯/铝硅酸盐聚合物基复合材料，通过石墨烯激发陶瓷在高温条件下的磁化过程。缺点：必须在碱性溶液、高温条件下才能发生反应，反应条件苛刻，容易造成环境污染，且在高温反应过程中石墨烯和其他物料容易发生团聚现象，无法充分发挥物料的功能。

等离子处理技术是今年来发展的一项表面处理技术，能够在不影响材料基体性质的前提条件下改善材料表面性质。靳婷婷等(低温等离子处理对玄武岩纤维表面及复合材料性能的影响，玻璃钢/复合材料，6：29-35)公开了等离子玄武岩纤维进行表面处理，提高玄武岩纤维的表面接触角，改善玄武岩纤维的润湿性。缺点：只涉及表面接触角的改善，改性功能单一，不涉及改善物料的分散均匀性。因此，研究一种能够均匀分散物料、质轻、阻燃性高的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，对于拓展建筑内外墙体表面装饰层材料的使用范围具有深远的研究意义。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板及制备方法。本发明制备而成的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板物料分散均匀，且所制备的板材具有质轻高强、耐火耐阻燃、耐高温、不易老化、力学性能优良、耐腐蚀和绿色节能环保的优点，且颜色种类多样，可满足建筑保温节能装饰的个性化设计需求，具有广阔的市场推广价值。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，包括基体发泡轻质耐火保温材料层和装饰面层；

所述装饰面层喷涂在所述基体发泡轻质耐火保温材料层表面后，通过一次烧结成型粘结在一起；

所述的基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯3～10％、无机耐高温纤维5～30％、非金属尾矿5～25％、膨胀蛭石5～20％、膨胀珍珠岩6～25％、氧化锆1～10％、高温助溶剂0.05～10％、憎水剂0.05～10％、无机耐高温胶黏剂1～16％和阻燃剂1～10％；

所述的装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯2～15％、长石25～80％、石英5～15％、氧化铝0.05～10％、硅灰石5～15％、碳酸钙0.05～14％和色料1～10％。

在本发明中，作为进一步说明，所述的非金属尾矿为花岗岩、石灰岩和大理岩中的任意一种或多种。

在本发明中，作为进一步说明，所述的高温助熔剂为煅烧滑石、生滑石和萤石中的任意一种或多种。

在本发明中，作为进一步说明，所述的无机耐高温纤维为石英纤维、玄武纤维、岩棉纤维、含锆型陶瓷纤维和高铝型陶瓷纤维中的任意一种或多种。

在本发明中，作为进一步说明，所述的长石为钾长石、钠长石、拉长石、更长石、钙长石、中长石、锂长石和培长石中的任意一种或几种。

在本发明中，作为进一步说明，所述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-34～-17℃下冷冻120～180min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为5～8MHz、压强为25～40Pa和氮气气体流速为25～35mL/s的条件下处理25～40s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化10～300min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为1～6cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨3～20h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化10～150min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经900～1200℃，30～300min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。

优选地，所述基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的规格尺寸为：长2440mm、宽1220mm、厚10～100mm。

部分原料的功能介绍如下：

无机耐高温纤维，具有质轻的特点，还可提高材料的阻燃性。

非金属尾矿，具有质轻和富含氧化物的特点，在本发明中用作制备基体发泡轻质耐火保温材料层的主要材料。

膨胀蛭石、膨胀珍珠岩，具有质轻、防火耐火的优点，在本发明中用作保温材料。

氧化锆，在本发明中用于提高材料的耐高温性和耐阻燃性。

长石、石英、硅灰石和碳酸钙，在本发明中用作轻质材料的原料。

氧化铝，在本发明中用作提高材料的耐高温性。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明所采用的基体发泡轻质耐火保温材料层的制备方法能够科学设计、使不同的结构物质分散均匀，进而提高成品的力学性能、阻燃性和保温性能。首先，本发明先通过对物料进行超细化，提高物料表面的比表面积，为物料后续的分散均匀打下基础。其次，本发明采用将石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆进行冷冻处理，使物料脆化，然后采用等离子处理的技术手段，通过等离子气体的轰击，使已脆化物料的大分子结构破裂成小分子结构，还可以使石墨烯能够均匀嵌置于其它物料中，避免了石墨烯分散不均匀现象的发生，且物料在等离子气体的不断轰击下形成凹凸不平的表面和凹洞，为后续的高温烧制步骤的进行埋下伏笔。再次，本发明通过将经过等离子处理的物料放进旋转窑中进行高温烧制，使物料在高温条件下粘合固定下来。最后通过在常温条件下和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合后，模压成型，形成基体发泡轻质耐火保温材料层。本发明所采用的各个技术手段能够做到相互配合、相互促进，共同提高材料的分散性，所产生的效果远远高于单个技术手段所产生的效果的简单加和。

2.本发明通过一次烧结成形，制得具有轻质高强、隔热保温、防火耐火、力学性能优良、抗老化、抗腐蚀、阻燃、防水抗渗、隔音、安装轻便、低碳节能和绿色环保的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，采用自动化高效节能窑炉，实现生产过程零排放、无污染，产品原材料颜色品种多样化，能满足安全绿色节能建筑装饰的个性化设计需求。

3.本发明采用非金属尾矿为原料，利用非金属尾矿质轻、富含金属氧化物和抗腐蚀的特点，容易和耐腐蚀构件进行点挂施工安装，与建筑墙体同寿命紧密结合，降低原料成本，施工工序简单便捷，大大减少建筑施工造价成本的提前条件下，可达到建筑耐火保温隔热装饰一体化的安装效果，缩短了工期，提高了建设效率，在建筑及建筑装饰市场具有极大的发展前景。

【具体实施方式】

实施例1：

1.前期准备：

基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯3％、石英纤维5％、玄武纤维25％、花岗岩5％、膨胀蛭石10.9％、膨胀珍珠岩25％、氧化锆1％、煅烧滑石0.05％、憎水剂0.05％、无机耐高温胶黏剂16％和阻燃剂9％。

装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯2％、钾长石5％、钠长石10％、拉长石65％、石英7.9％、氧化铝0.05％、硅灰石6％、碳酸钙0.05％和色料4％。

将上述所准备的物质用于下述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法中。

2.基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-17℃下冷冻120min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为5MHz、压强为25Pa和氮气气体流速为25mL/s的条件下处理25s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化10min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为1cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨3h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化10min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经900℃，30min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。

基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的规格尺寸为：长2440mm、宽1220mm、厚10mm。

实施例2：

1.前期准备：

基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯5％、玄武纤维4％、岩棉纤维13％、含锆型陶瓷纤维10％、石灰岩8％、大理岩6％、膨胀蛭石5％、膨胀珍珠岩20％、氧化锆4％、生滑石3％、萤石2％、憎水剂8％、无机耐高温胶黏剂7％和阻燃剂5％。

装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯10％、拉长石20％、更长石16％、钙长石13％、石英9％、氧化铝6％、硅灰石11％、碳酸钙14％和色料1％。

将上述所准备的物质用于下述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法中。

2.基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-22℃下冷冻150min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为7MHz、压强为28Pa和氮气气体流速为26mL/s的条件下处理33s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化100min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为3cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨6h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化40min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经1000℃，100min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。

基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的规格尺寸为：长2440mm、宽1220mm、厚30mm。

实施例3：

1.前期准备：

基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯7％、含锆型陶瓷纤维9％、高铝型陶瓷纤维8％、花岗岩5％、石灰岩7％、膨胀蛭石8％、膨胀珍珠岩23％、氧化锆7％、煅烧滑石4％、生滑石3％、憎水剂9％、无机耐高温胶黏剂9％和阻燃剂1％。

装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯9％、钙长石9％、中长石15％、锂长石10％、培长石27％、石英8％、氧化铝3％、硅灰石5％、碳酸钙4％和色料10％。

将上述所准备的物质用于下述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法中。

2.基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-25℃下冷冻130min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为6MHz、压强为30Pa和氮气气体流速为29mL/s的条件下处理35s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化120min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为3cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨10h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化80min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经1000℃，200min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。

基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的规格尺寸为：长2440mm、宽1220mm、厚50mm。

实施例4：

1.前期准备：

基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯10％、玄武纤维7％、岩棉纤维9％、石灰岩17％、膨胀蛭石9％、膨胀珍珠岩17％、氧化锆6％、生滑石3％、萤石6％、憎水剂6％、无机耐高温胶黏剂3％和阻燃剂1％。

装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯12％、更长石13％、钙长石8％、中长石27％、石英5％、氧化铝7％、硅灰石12％、碳酸钙10％和色料6％。

将上述所准备的物质用于下述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法中。

2.基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-30℃下冷冻160min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为6.5MHz、压强为37Pa和氮气气体流速为29mL/s的条件下处理34s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化180min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为5cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨13h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化80min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经1100℃，120min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。

基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的规格尺寸为：长2440mm、宽1220mm、厚70mm。

实施例5：

1.前期准备：

基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯3％、石英纤维5％、花岗岩25％、膨胀蛭石20％、膨胀珍珠岩6％、氧化锆10％、煅烧滑石10％、憎水剂6％、无机耐高温胶黏剂3％和阻燃剂7％。

装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯15％、锂长石25％、石英15％、氧化铝10％、硅灰石15％、碳酸钙14％和色料6％。

将上述所准备的物质用于下述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法中。

2.基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-34℃下冷冻180min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为8MHz、压强为40Pa和氮气气体流速为35mL/s的条件下处理40s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化300min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为6cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨20h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化150min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经1200℃，300min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。

基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的规格尺寸为：长2440mm、宽1220mm、厚100mm。

试验1：

密度标准差系数检测：按实施例1-5的制备方法制备10000g基体发泡轻质耐火保温材料层样品，以配方中不含有石墨烯的轻质装饰板的基体发泡轻质耐火保温材料层为对照例1，以石墨烯和非金属尾矿没经过等离子处理的基体发泡轻质耐火保温材料层为对照例2，以石墨烯和非金属尾矿没经过冷冻处理的基体发泡轻质耐火保温材料层为对照例3，检测材料在20个不同部位的密度，计算各个样品密度的标准差系数，计算结果见表1。

表1：

由表1可知：标准差系数的数值越低，说明样品中原料分散越不均匀，密度越不均衡。实施例1-5样品的标准差系数均远远低于对照例1、对照例2和对照例3的数值，说明本发明所采用的方法能使原料分散均匀。

试验2：

力学性能测试：按实施例1-5的制备方法制备10000g基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板样品，以配方中不含有石墨烯的轻质装饰板的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例1，以石墨烯和非金属尾矿没经过等离子处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例2，以石墨烯和非金属尾矿没经过冷冻处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例3，制成30mm×20mm×20mm的式样，用万能力学试验机检测式样的抗压强度和抗折强度，具体步骤参照GB/T17657-1999，全部结果见表2。

表2：

	抗压强度	抗折强度
			对照例1	2.55MPa	1.25MPa
对照例2	3.01MPa	1.29MPa
			对照例3	3.45MPa	1.67MPa
实施例1	8.12MPa	2.78MPa
			实施例2	7.99MPa	2.91MPa
实施例3	8.15MPa	2.83MPa
			实施例4	8.16MPa	2.86MPa
实施例5	8.09MPa	2.90MPa

由表2可知：抗压强度的数值越高，说明样品的抗压能力越强，力学性能越好。实施例1-5样品的抗压强度远远高于对照例1、对照例2和对照例3的数值，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著提高材料的抗压强度；

抗折强度的数值越高，说明样品的抗折能力越强，力学性能越好。实施例1-5样品的抗折强度远远高于对照例1、对照例2和对照例3的数值，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著提高材料的抗折强度。

试验3：

燃烧等级测试：按实施例1-5的制备方法制备10000g基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板样品，以配方中不含有石墨烯的轻质装饰板的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例1，以石墨烯和非金属尾矿没经过等离子处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例2，以石墨烯和非金属尾矿没经过冷冻处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例3，具体操作参考GB8624-2006、GB50016-2006和GB50005-2003，进行燃烧等级测试和耐火极限测试，全部结果见表3。

表3：

由表3可知：燃烧等级中，A级为不燃物等级，其中A1级为绝对不燃且无任何烟气毒气产生的材料，A2级为不燃但有一定烟气毒气的材料，A1级别的阻燃性能高于A2级燃烧等级。对比例1-5的燃烧等级均为A1级，且均高于对照例1、对照例2和对照例3的A2级，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著提高材料的阻燃性。

耐火极限的数值越高，说明样品的阻燃、防火和耐火性能越强。对比例1-5的耐火极限的数值均高于对比例1、对照例2和对照例3的数值，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著提高材料的阻燃、防火和耐火性能。

试验4：

吸水性测试：按实施例1-5的制备方法制备10000g基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板样品，以配方中不含有石墨烯的轻质装饰板的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例1，以石墨烯和非金属尾矿没经过等离子处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例2，以石墨烯和非金属尾矿没经过冷冻处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例3，按照GB/T 1934.1-2009进行测试，测试结果见表4。

表4：

由表4可知：吸水后的材料会导致材料变形、力学性能和防腐抗菌性能的下降，最终材料的使用寿命缩短，因此吸水率越低，材料的防水性越高。实施例1-5的吸水率远远低于对照例1、对照例2和对照例3的吸水率，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著提高材料的防水抗渗性、防潮性。

试验5：

热传导试验：按实施例1-5的制备方法制备10000g基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板样品，以配方中不含有石墨烯的轻质装饰板的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例1，以石墨烯和非金属尾矿没经过等离子处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例2，以石墨烯和非金属尾矿没经过冷冻处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例3，使用热特性分析仪检测样品的热传导系数，测试结果见表5。

表5：

由表5可知：导热系数越低，说明材料的保温、隔热能力越好。实施例1-5的导热系数远远低于对照例1、对照例2和对照例3的导热系数，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著提高材料的保温、隔热性能。

试验6：

放射性核素限量测试：按实施例1-5的制备方法制备10000g基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板样品，以配方中不含有石墨烯的轻质装饰板的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例1，以石墨烯和非金属尾矿没经过等离子处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例2，以石墨烯和非金属尾矿没经过冷冻处理的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板为对照例3，用γ谱仪系统测量检测样品的内照射指数和外照射指数，检测结果见表6。

表6：

表6可知：内照射指数和外照射指数越低，说明样品的辐射量小，对人体产生的辐射作用也越小。实施例1-5的内照射指数和外照射指数均低于对照例1、对照例2和对照例3的数值，说明本发明所制备的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板能够显著降低材料的辐射量。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，其特征在于：包括基体发泡轻质耐火保温材料层和装饰面层；

所述装饰面层喷涂在所述基体发泡轻质耐火保温材料层表面后，通过一次烧结成型粘结在一起；

所述的基体发泡轻质耐火保温材料层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯3～10％、无机耐高温纤维5～30％、非金属尾矿5～25％、膨胀蛭石5～20％、膨胀珍珠岩6～25％、氧化锆1～10％、高温助溶剂0.05～10％、憎水剂0.05～10％、无机耐高温胶黏剂1～16％和阻燃剂1～10％；

所述的装饰面层按重量百分比计包括以下原料：石墨烯2～15％、长石25～80％、石英5～15％、氧化铝0.05～10％、硅灰石5～15％、碳酸钙0.05～14％和色料1～10％。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，其特征在于：所述的非金属尾矿为花岗岩、石灰岩和大理岩中的任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，其特征在于：所述的高温助熔剂为煅烧滑石、生滑石和萤石中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，其特征在于：所述的无机耐高温纤维为石英纤维、玄武纤维、岩棉纤维、含锆型陶瓷纤维和高铝型陶瓷纤维中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板，其特征在于：所述的长石为钾长石、钠长石、拉长石、更长石、钙长石、中长石、锂长石和培长石中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)研磨：将所有配方原料分别单独用球磨机或立磨机研磨10h，细度达到250目全通过，备用；

(2)基体发泡轻质耐火保温材料层的制备：按基体发泡轻质耐火保温材料层的配方准确称取石墨烯、非金属尾矿、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、高温助熔剂和氧化锆，混合均匀后，放入冷冻室中，在-34～-17℃下冷冻120～180min，然后放入等离子体处理仪中，在等离子放电频率为5～8MHz、压强为25～40Pa和氮气气体流速为25～35mL/s的条件下处理25～40s，放入球磨机或立磨机中，加入无机耐高温纤维，混合均化10～300min，经过干燥后，放入旋转窑中，在1000℃下高温烧制，冷却后得到直径为1～6cm的石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒，最后将石墨烯发泡轻质耐火保温颗粒和憎水剂、无机耐高温胶粘剂混合均匀后，最后通过压力为30MPa的压模机模压成型，得到基体发泡轻质耐火保温材料层；

(3)装饰面浆料的制备：按装饰面层的配方准确称取原料，用球磨机或立磨机混料研磨3～20h，细度达到325目全通过，进入高速旋转混合机混合均化10～150min，进入存浆池存放，得到装饰面浆料；

(4)喷涂：在基体发泡轻质耐火保温材料层上均匀喷涂装饰面浆料，使基体发泡轻质耐火保温材料层上形成厚度为2mm的装饰面层，将所有物料放入烘干机中干燥成型，得到粗制品；

(5)烘干烧成：将粗制品放入辊道窑或者隧道窑内，经900～1200℃，30～300min高温烧成后，通过窑炉冷却从中取出，经打磨、抛光、切割成形，得到基于石墨烯发泡轻质耐火保温装饰板成品。