CN110128085A - 一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种碳纤维‑羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法，按照质量份计，包括以下原料100～130份的水、10～15份的基于权利要求1所述的一种碳纤维‑羰基铁纳米复合吸收剂的制备方法制备所得的碳纤维‑羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂；本发明的混凝土不仅能改善其微观结构获得优良的力学性能，还可以获得优越的吸波性能，具有潜在的应用价值。

Description

一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法。
背景技术
目前一些电气设备在运行时会受到周围电磁环境的干扰，为了确保电气设备的正常运转，亟需采用有效的电磁屏蔽措施。
而现有的碳纤维和羰基铁是两类最为常用的电磁波吸收剂。碳纤维因具有优异的介电性能、低密度特性和良好的力学性能而倍受研究者的青睐。但是，由于单纯的碳纤维不具备磁性能而导致匹配性能较差，吸波频带较窄，限制了其吸波性能的提高。羰基铁粉是研究较为深入，应用较为广泛的磁损耗吸收剂，具有磁损耗角大，吸波强度大等优点。但是，由于羰基铁粉的电阻率低，微波频段趋肤深度很小，造成吸波性能的下降。性能互补的不同种类吸收剂之间的复合是当前改善吸波性能的有效手段之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法，解决了现有技术中存在的不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，按照质量份计，包括以下原料100～130份的水、10～15份的基于权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂的制备方法制备所得的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂。
优选地，碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂是通过以下步骤制备所得：
步骤1，对碳纤维进行预处理：
将碳纤维进行灼烧，灼烧之后放入浓度为10％的NaOH溶液中进行浸泡、清洗和烘干，得到预处理后的碳纤维；
步骤2，将步骤1中得到的预处理后的碳纤维放置在反应器中，将五羰基铁放入蒸发器中，在保护气体条件下，将碳纤维和五羰基铁加热，直至五羰基铁蒸发为蒸汽；之后通过保护气体将五羰基铁蒸汽吹入到反应器中，在保护气体条件下冷却、收集得到碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂，其中，碳纤维和五羰基铁的比例为(10～15)g：(15～20)ml。
优选地，碳纤维为T300-1K。
优选地，细集料的堆密度为1350～1600Kg/m3，孔隙率35～45％，细度模数1.7～2.2，含泥量＜2％。
优选地，碎石的堆密度为1500～1700Kg/m3，压碎值指标8～16％，吸水率0.6～1.0％，按5～25mm连续级配。
一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量份计，称取100～130份的水、10～15份的基于权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂的制备方法制备所得的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂；
步骤2，将称取的减水剂加入水中，室温搅拌至完全溶解后待用，得到减水剂水溶液；
步骤3，将步骤1中称取的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、硅酸盐水泥、细集料和碎石进行混合均匀，得到粉料；
步骤4，将步骤3中得到的的粉料和步骤2得到的减水剂水溶液在搅拌状态下混合均匀，得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料；
步骤5，将步骤4中得到的碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料导出入模具中进行浇筑，振捣成型后进行标养得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土及其制备方法，是将核壳结构的设计理念应用到吸收剂的制备中，通过在碳纤维表面原位生长羰基铁壳层，在微纳米尺度上进行化学裁剪和设计，制备出具有核壳结构的碳纤维-羰基铁新型磁性复合吸收剂，而后将各组分的分步骤混合、搅拌、浇筑和养护得到新型吸波混凝土，用以实现各组分之间的优势互补，不仅能改善其微观结构获得优良的力学性能，还可以获得优越的吸波性能，具有潜在的应用价值。
本发明提供的混凝土在2-18GHz内具有良好的吸波性能，小于-10dB的吸波带宽最优为10.1GHz，适用于大型建筑物对雷达波的隐身，同时可以降低日趋复杂的电磁环境造成的电磁污染。本发明具有成型工艺简单，力学性能和吸波性能良好的特点，具有潜在的市场应用价值。
具体实施方式
下面对本发明进一步详细说明。
本发明提供的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，是将核壳结构的设计理念应用到吸收剂的制备中，通过在碳纤维表面原位生长羰基铁壳层，在微纳米尺度上进行化学裁剪和设计，制备出具有核壳结构的碳纤维-羰基铁新型磁性复合吸收剂，而后将各组分的分步骤混合、搅拌、浇筑和养护得到新型吸波混凝土，用以实现各组分之间的优势互补，不仅能改善其微观结构获得优良的力学性能，还可以获得优越的吸波性能，具有潜在的应用价值。
本发明提供的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，按照质量份计，包括以下原料100～130份的水、10～15份的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂。
其中，碳纤维为T300-1K，南通森友炭纤维有限公司；
液态五羰基铁的纯度99.99％，陕西兴平羰基铁粉厂；
细集料的堆密度为1350～1600Kg/m3，孔隙率35～45％，细度模数1.7～2.2，含泥量＜2％；
碎石的堆密度为1500～1700Kg/m3，压碎值指标8～16％，吸水率0.6～1.0％，按5～25mm连续级配。
其中，碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂的制备方法如下：
步骤1，碳纤维预处理：
首先，将碳纤维放置在真空管式炉内，并在N2氛围保护下进行灼烧，灼烧温度为200～400℃，灼烧时间为10～20min；去除碳纤维表面胶质，有利于后续羰基铁的包覆；然后，将高温灼烧后的碳纤维置于浓度为10％的NaOH溶液中浸泡5min，用以除去碳纤维表面的油渍，之后取出用去离子水进行清洗，最后置于恒温干燥箱内烘干待用烘干温度为60℃；
步骤2，将步骤1中预处理后的碳纤维分散缠绕在支架上放入反应器中，将15ml五羰基铁[Fe(CO)5]加入蒸发器中，接通N2，将管路中的空气全部吹出，关闭气源，同时关闭反应器和蒸发器之间的阀门；
步骤3，将碳纤维加热到200℃，将Fe(CO)5加热到60～80℃时，打开反应器和蒸发器之间的阀门，同时N2以30mL/min的流量将Fe(CO)5蒸汽吹入到反应器中；Fe(CO)5蒸汽吹入时间为30min，最后样品在N2保护下冷却、收集，得到碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂。
本发明提供的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量份计，称取100～130份的水、10～15份的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂；
步骤2，将称取的减水剂加入水中，室温搅拌至完全溶解后待用，得到减水剂水溶液；
步骤3，将步骤1中称取的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、硅酸盐水泥、细集料和碎石装入高速混合机中，在100r/min转速下分散30min，得到粉料；
步骤4，将步骤3中得到的的粉料，装入搅拌机中，在搅拌状态下，缓慢加入步骤2得到的减水剂水溶液，搅拌50min，得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料；
步骤5，将步骤4中得到的碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料导出入模具中进行浇筑，振捣成型后标养28d即可。
实施例1
本发明提供的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量份计，称取水130g，碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂15g，硅酸盐水泥400g，细集料500g，碎石800g，减水剂2.0g，备用；
步骤2，选取步骤1中的水和减水剂，将减水剂加入水中，室温搅拌至完全溶解后待用，得到减水剂水溶液；
步骤3，将上述步骤1中碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、硅酸盐水泥、细集料和碎石装入高速混合机中，在100r/min转速下分散30min，得到粉料；
步骤4，将步骤3中经高速混合处理后的粉料，装入搅拌机中，在搅拌状态下，缓慢加入步骤2得到的减水剂水溶液，搅拌50min，得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料；
步骤5，将步骤4中得到的搅拌料导出入模具中进行浇筑，振捣成型后标养28d，将得到的，得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土与未改性的混凝土进行测试，结果如表1。
表1
最小反射率 反射率＜-10dB的频宽
未改性的混凝土试样 10.2dB 2.1GHz
碳纤维-羰基铁复合改性混凝土 20.7dB 10.1GHz

Claims (6)

1.一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，其特征在于，按照质量份计，包括以下原料100～130份的水、10～15份的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，其特征在于，碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂是通过以下步骤制备所得：
步骤1，对碳纤维进行预处理：
将碳纤维进行灼烧，灼烧之后放入浓度为10％的NaOH溶液中进行浸泡、清洗和烘干，得到预处理后的碳纤维；
步骤2，将步骤1中得到的预处理后的碳纤维放置在反应器中，将五羰基铁放入蒸发器中，在保护气体条件下，将碳纤维和五羰基铁加热，直至五羰基铁蒸发为蒸汽；之后通过保护气体将五羰基铁蒸汽吹入到反应器中，在保护气体条件下冷却、收集得到碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂，其中，碳纤维和五羰基铁的比例为(10～15)g：(15～20)ml。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，其特征在于，碳纤维为T300-1K。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，其特征在于，细集料的堆密度为1350～1600Kg/m3，孔隙率35～45％，细度模数1.7～2.2，含泥量＜2％。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土，其特征在于，碎石的堆密度为1500～1700Kg/m3，压碎值指标8～16％，吸水率0.6～1.0％，按5～25mm连续级配。
6.一种碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照质量份计，称取100～130份的水、10～15份的基于权利要求1所述的一种碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂的制备方法制备所得的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、300～400份的硅酸盐水泥、500～600份的细集料、800份的碎石和1.0～2.0份的减水剂；
步骤2，将称取的减水剂加入水中，室温搅拌至完全溶解后待用，得到减水剂水溶液；
步骤3，将步骤1中称取的碳纤维-羰基铁纳米复合吸收剂、硅酸盐水泥、细集料和碎石进行混合均匀，得到粉料；
步骤4，将步骤3中得到的的粉料和步骤2得到的减水剂水溶液在搅拌状态下混合均匀，得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料；
步骤5，将步骤4中得到的碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土搅拌料导出入模具中进行浇筑，振捣成型后进行标养得到碳纤维-羰基铁复合改性吸波混凝土。
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