CN109467382A - 一种基于γ-C2S的导电材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于γ‑C2S的导电材料及其制备方法，所述导电材料原料及其体积百分比如下：γ‑C2S 60‑65％，水30％，导电相5‑10％。本发明提供了一种以γ‑C2S为基体的导电材料，该导电材料以碳化反应为基体胶结硬化机理，以碳酸钙与硅凝胶为基体主要组成，导电相在基体内分布均匀，具有力学强度发展快、基体密实程度高、导电性高、耐久使役性能优异等优点。

Description

一种基于γ-C2S的导电材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能建筑材料技术领域，涉及一种基于γ-C2S的导电材料及其制备方法。
背景技术
导电水泥基材料是一种通过在水泥水化硬化体中引入导电介质来提高其导电性能的功能建筑材料。导电水泥基材料能够替代金属起到屏蔽无线电场、电磁波的作用，能够利用导电产生热效应进行建筑供暖、道路融冰化雪，还能够用于对混凝土结构进行无损检查评估。
传统导电水泥基材料均以水泥水化硬化为基体的强度发展机理，存在强度发展慢、基体体积稳定性差、抗渗性时间依赖性高等问题。同时，水化基体大量非晶态胶凝产物的存在对导电相的包裹现象突出，显著降低了导电性网络的连续性和导电性能，从而抑制了导电水泥基材料的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种基于γ-C2S的导电材料及其制备方法，该材料具有导电与力学性能优异、耐久性高、制备工艺简单、可控程度高以及成本低等特点。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及其体积百分比如下：γ-C2S 60-65％，水30％，导电相5-10％。
按上述方案，所述γ-C2S粒径为0.5-80μm，表观密度大于2900kg/m3，比表面积大于250m2/kg，纯度高于99％。
按上述方案，所述导电相为表观密度大于1800kg/m3的碳纳米管或炭黑，或碳纳米管与炭黑按体积比1：1混合得到的复合物。
按上述方案，所述碳纳米管外径大于50nm，内径为5-15nm，长度10-20μm，表观密度大于1800kg/m3，纯度高于95％。
按上述方案，所述炭黑粒径≤80μm，表观密度大于1800kg/m3，纯度高于95％。
本发明还包括上述基于γ-C2S的导电材料的制备方法，具体步骤为：将γ-C2S与导电相按比例混合均匀，加水拌匀后得到湿料，将所得湿料置于模具中压制成型得到坯体，最后将坯体立即放入碳化箱中进行碳化处理得到基于γ-C2S的导电材料。
按上述方案，所述压制成型的条件为：成型压力为100-200MPa，压制时间为2分钟。
优选的是，所述坯体为直径20mm、厚度2mm的圆片。
按上述方案，所述碳化处理条件为：在CO2气氛下进行，碳化压强为3MPa，碳化时间为2-4h。
本发明选用γ-C2S作为原料，γ-C2S经碳化硬化形成导电材料的基体，基体自身因内部存在游离离子具有较弱的导电性，导电相均匀分散在基体中，形成了较好的电路导通结构。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供了一种以γ-C2S为基体的导电材料，该导电材料以碳化反应为基体胶结硬化机理，以碳酸钙与硅凝胶为基体主要组成，导电相在基体内分布均匀，具有力学强度发展快、基体密实程度高、导电性高、耐久使役性能优异等优点；2、本发明以干料混合与压制成型为制备工艺，且成型工艺可控程度高、制备温度低、过程快捷，极大降低了能耗、缩短了生产周期，降低了生产成本。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用γ-C2S为粒径分布在0.5-80μm，比表面积为1.95m2/g，表观密度为3050g/m3，纯度高于99％的γ-C2S粉。所用炭黑粒径≤80μm，比表面积为1.85m2/g，表观密度为1900kg/m3，纯度高于95％。所用碳纳米管外径大于50nm，平均内径为12nm，平均长度16μm，表观密度为1880kg/m3，纯度高于95％。
实施例1
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 65份，水30份，炭黑5份。
具体制备方法为：先将γ-C2S与炭黑在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力100MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳(纯度为99.8％)的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间2h，得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度68.74MPa，电阻率0.65Ω·m，电导率1.53S·m-1。
实施例2
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 60份，水30份，炭黑10份。
具体制备方法为：先将γ-C2S与炭黑在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力100MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间2h，得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度50.32MPa，电阻率0.12Ω·m，电导率8.3S·m-1。
实施例3
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 60份，水30份，炭黑10份。
具体制备方法为：先将γ-C2S与炭黑在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力200MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间2h，得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度45.38MPa，电阻率0.09Ω·m，电导率11.11S·m-1。
实施例4
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 60份，水30份，炭黑10份。
具体制备方法为：先将γ-C2S与炭黑在球磨机上球磨1小时充分混合，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力100MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间4h，得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度53.32MPa，电阻率0.11Ω·m，电导率9.09S·m-1。
实施例5
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 65份，水30份，碳纳米管5份。
具体制备方法为：先将碳纳米管分散于丙酮中(100mL丙酮分散0.1～1g碳纳米管)，超声分散30min，随后加入γ-C2S磁力搅拌10分钟，烘干制得掺有碳纳米管的γ-C2S混合料，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力100MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间2h得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度64.54MPa，电阻率0.70Ω·m，电导率1.42S·m-1。
实施例6
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 60份，水30份，碳纳米管10份。
具体制备方法为：先将碳纳米管分散于丙酮中，超声分散30min，随后加入γ-C2S磁力搅拌10分钟，烘干制得掺有碳纳米管的γ-C2S混合料，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力100MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间2h，得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度45.84MPa，电阻率0.094Ω·m，电导率10.7S·m-1。
实施例7
一种基于γ-C2S的导电材料，其原料及体积份为：γ-C2S 60份，水30份，碳纳米管5份，炭黑5份。
具体制备方法为：先将γ-C2S与炭黑在球磨机上球磨1小时充分混合，制得γ-C2S-炭黑混料，然后将碳纳米管分散于丙酮中，超声30min，加入制备好的γ-C2S-炭黑混料，磁力搅拌10分钟，烘干制得掺有碳纳米管、炭黑的γ-C2S混合料，然后取出混合料加入水与之混合均匀得到湿料，再将湿料置于不锈钢碳化模具中压制成型得到直径为20mm、厚度为2mm的圆片状坯体，成型压力100MPa，压制时间2min，将制得的坯体立即放入充满二氧化碳的碳化箱中进行碳化，碳化压力为3MPa，碳化时间2h，得到基于γ-C2S的导电材料，将材料两面均匀涂上银浆，烘干后备作电阻测试。
经测试，本实施例制备的基于γ-C2S的导电材料性能为：2小时抗压强度60.85MPa，电阻率0.059Ω·m，电导率16.9S·m-1。

Claims (9)

1.一种基于γ-C2S的导电材料，其特征在于，其原料及其体积百分比如下：γ-C2S 60-65％，水30％，导电相5-10％。
2.根据权利要求1所述的基于γ-C2S的导电材料，其特征在于，所述γ-C2S粒径为0.5-80μm，表观密度大于2900kg/m3，比表面积大于250m2/kg，纯度高于99％。
3.根据权利要求1所述的基于γ-C2S的导电材料，其特征在于，所述导电相为表观密度大于1800kg/m3的碳纳米管或炭黑，或碳纳米管与炭黑按体积比1：1混合得到的复合物。
4.根据权利要求3所述的基于γ-C2S的导电材料，其特征在于，所述碳纳米管外径大于50nm，内径为5-15nm，长度10-20μm，表观密度大于1800kg/m3，纯度高于95％。
5.根据权利要求3所述的基于γ-C2S的导电材料，其特征在于，所述炭黑粒径≤80μm，表观密度大于1800kg/m3，纯度高于95％。
6.一种权利要求1-5任一所述的基于γ-C2S的导电材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将γ-C2S与导电相按比例混合均匀，加水拌匀后得到湿料，将所得湿料置于模具中压制成型得到坯体，最后将坯体立即放入碳化箱中进行碳化处理得到基于γ-C2S的导电材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型的条件为：成型压力为100-200MPa，压制时间为2分钟。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述坯体为直径20mm、厚度2mm的圆片。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碳化处理条件为：在CO2气氛下进行，碳化压强为3MPa，碳化时间为2-4h。
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