CN110885214A - 水泥基电磁屏蔽材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，技术方案包括以下步骤，所述份数为重量份数：1)将铁尾矿粉按水料质量比0.5‑0.6加水湿磨，得到湿磨铁尾矿浆料备用；2)将短切碳纤维浸入丙酮中超声除胶，回收丙酮后得到脱胶碳纤维备用；3)将水100‑200份、除胶碳纤维3‑8份与分散剂1‑4份，搅拌均匀后滴入消泡剂0.1‑0.2份，得到碳纤维的液体分散体系；4)将硅酸盐水泥200‑300份、湿磨铁尾矿浆料200‑300份、减水剂3‑8份与所述液体分散体系混合搅拌均匀，即得水泥基电磁屏蔽材料。本发明工艺简单、固废利用率高、成本低的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，由此制备的泥基电磁屏蔽材料具有良好的导电性、电磁屏蔽效果及力学性能。

Description

水泥基电磁屏蔽材料的制备方法
技术领域
本发明涉及功能性建筑材料领域，具体地说是一种水泥基电磁屏蔽材料的制备方法。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展与电子元件与设备的急剧增加，电磁辐射现象日益增强。一方面，电磁辐射会对人体造成损害，引起各种疾病；另一方面，电磁辐射会干扰精密仪器，造成电磁信息泄密，导致信息传递误差等。因此，新型电磁屏蔽材料与技术有着极大的研究前景。
铁尾矿是选矿后的废弃物，目前我国铁尾矿利用率不到10％，堆存的铁尾矿高达五十亿吨，占用了大量土地，对环境造成严重污染与危害，对铁尾矿的资源化利用具有重要的意义。
碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、重量轻、导电等一系列的优异性能，CN104478348B的发明专利介绍了一种掺加废聚丙烯、铁粉、碳纤维，具有电磁屏蔽功能的混凝土，该方法将废聚丙烯与铁粉通过化学方式结合，提高了铁粉在混凝土中的分散性，但其铁粉-废聚丙烯颗粒等功能组分粒径较粗，有着与水泥基材料结合不紧密，铁粉难以与碳纤维搭接形成导电网络的问题，且该制备方法过于复杂，难以在实际生产中运用。
中国专利CN105418036A公开了一种掺加碳纤维、炭黑等功能组分的电磁屏蔽混凝土，该方法掺加了大量的碳纤维，使纤维难以分散，且炭黑的掺入会使混凝土力学性能下降。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、固废利用率高、成本低的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，由此制备的泥基电磁屏蔽材料具有良好电磁屏蔽效果、导电性及力学性能。
技术方案包括以下步骤，所述份数为重量份数：
1)将铁尾矿按水料质量比0.5-0.6加水湿磨，得到湿磨铁尾矿浆料备用；
2)将碳纤维浸入丙酮中超声除胶，回收丙酮后得到除胶碳纤维备用；
3)将水100-200份、除胶碳纤维3-8份与分散剂1-4份，搅拌均匀后滴入消泡剂0.1-0.2份，得到碳纤维的液体分散体系；
4)将硅酸盐水泥200-300份、湿磨铁尾矿浆料200-300份、减水剂3-8份与所述液体分散体系混合搅拌均匀，即得水泥基电磁屏蔽材料。
所述步骤1)中湿磨铁尾矿浆料的制备方法为：取铁尾矿粉，按水胶质量比0.5-0.6加水，再加入铁尾矿粉质量0.1-0.2％的减水剂湿法超细化研磨1-2小时至3μm以下得到湿磨铁尾矿浆料。
所述步骤2)中除胶碳纤维的制备方法为：将碳纤维浸没于丙酮中进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干、回收丙酮得到脱胶碳纤维；其中碳纤维与丙酮质量比为1：30-60，超声功率为3KW-4KW，超声时间1.5-3小时。
所述步骤2)中，所述碳纤维为5-8mm回收短切碳纤维。
所述步骤3)中的消泡剂为磷酸三丁酯。
所述步骤3)中分散剂为羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。
所述步骤4)中的减水剂为聚羧酸系高效减水剂或萘系高效减水剂。
有益效果：
1、采用铁尾矿取代常规铁粉、石墨粉等，利用堆存固废，对环境友好。
2、采用湿磨超细化的工艺，发挥铁尾矿在水泥中的微集料填充效应，提升强度；另一方面湿磨能促进铁尾矿中导电物质及磁性物质的分离，与碳纤维更好的搭接，在低掺量碳纤维的情况下就能形成良好的导电网络。
3、通过丙酮超声法对碳纤维进行除胶处理，提高了其在水泥基材料中的分散性，从而提高复合材料机械和电学性能；所述碳纤维可以使用普通碳纤维或者是经复合材料回收的碳纤维，其同样可以显著提高水泥基材料的力学、导电与电磁屏蔽性能，且采购成本更低，优选5-8mm短切碳纤维，这种长度的短切碳纤维具有分散均匀的特点，相较于长碳纤维更能避免团聚，相较于过短碳纤维能更易相互搭接，形成导电网络，屏蔽性能更好。
4、湿磨铁尾矿中含有的微米级二氧化硅也能进一步提高碳纤维的分散性，保证碳纤维在屏蔽材料中均匀分散，与水泥基结合紧密，从而保证本发明具有良好的导电性、力学性能和电磁屏蔽效果。
5、本发明制备方法与传统水泥基电磁屏蔽材料制备方法相比，简单易行，易于实际工程施工。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。实施例中采用的铁尾矿为低硅型铁尾矿，SiO2含量为25wt％，Fe2O3含量为24wt％， CaO含量为12wt％。水泥为52.5的普通硅酸盐水泥，所述份数为重量份数。
实施例1
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.5的水，添加量为铁尾矿粉质量0.1％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨1小时，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为2.2μm。
2)取长度为5mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：30，超声功率为3KW，超声时间1.5小时，得脱胶碳纤维。
3)将4.5份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入1份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.1份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取200份湿磨铁尾矿浆料、225份水泥、1400份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入3份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.24(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为7.9Mpa，抗压强度为53.2Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为45dB。
实施例2
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.55的水，添加量为物料质量 0.1％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨1小时，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为2.0μm。
2)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：50，超声功率为4KW，超声时间2小时，得脱胶碳纤维。
3)将4.5份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入2份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.1份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取250份湿磨铁尾矿浆料、250份水泥、1350份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入3份萘系高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.28(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为10.1Mpa，抗压强度为56.7Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为48dB。
实施例3
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.55的水，添加量为物料质量 0.1％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨2小时，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为2.9μm。
2)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：60，超声功率为4KW，超声时间1小时40分钟，得脱胶碳纤维。
3)将6份脱胶碳纤维浸入150份水中，加入4份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取300份湿磨铁尾矿浆料、200份水泥、1250份河沙，与上述混碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入8份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.24(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为8.3Mpa，抗压强度为54.0Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为44dB。
实施例4
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.55的水，添加量为物料质量 0.15％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨1小时，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为2.1μm。
2)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：50，超声功率为4KW，超声时间1小时40分钟，脱胶碳纤维。
3)将8份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入3份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取275份湿磨铁尾矿浆料、250份水泥、1350份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入5份萘系高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.26(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为9.6Mpa，抗压强度为55.8Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为48dB。
实施例5
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.55的水，添加量为物料质量0.15％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨1小时20分钟，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为1.8μm。
2)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：50，超声功率为3KW，超声时间2小时，脱胶碳纤维。
3)将8份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入4份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取200份湿磨铁尾矿浆料、300份水泥、1300份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入3份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.36(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为10.2Mpa，抗压强度为56.4Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为51dB。
实施例6
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.6的水，添加量为物料质量 0.1％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨1小时，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为1.6μm。
2)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：60，超声功率为4KW，超声时间1小时30分钟，脱胶碳纤维。
3)将8份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入4份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取225份湿磨铁尾矿浆料、225份水泥、1350份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入4份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.32(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为11Mpa，抗压强度为57Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，标准养护1d后拆模，标准养护28天，测得电阻，根据公式采用弓形法测得其在1-8GHz范围内的电磁屏蔽效能为49dB。
比较例1
与实施例5不同的是，未加入铁尾矿，具体步骤如下：
1)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：50，超声功率为3KW，超声时间2小时，脱胶碳纤维。
3)将8份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入4份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
4)取500份水泥、1300份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入3份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到添加碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.18(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为9.4Mpa，抗压强度为54.0Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为29dB。
比较例2
与实施例5不同的是，采用的是未湿磨的铁尾矿粉，具体步骤如下：
1)取长度为6mm短切碳纤维，将碳纤维浸没于丙酮，进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干，回收丙酮，其中碳纤维与丙酮质量比为 1：50，超声功率为3KW，超声时间2小时，脱胶碳纤维。
2)将8份脱胶碳纤维浸入120份水中，加入4份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
3)取200份铁尾矿粉、300份水泥、1300份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入3份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到由铁尾矿粉和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.19(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为7.3Mpa，抗压强度为42.3Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为37dB。
比较例3
与实施例5不同的是，采用的是未除胶的碳纤维，具体步骤如下：
1)取铁尾矿粉，水料质量比取0.55的水，添加量为物料质量 0.15％的减水剂投入到罐中，湿法超细化研磨1小时20分钟，得到浆料备用，测得湿磨后铁尾矿中值粒径为1.8μm。
2)将8份6mm短切碳纤维浸入120份水中，加入4份羟乙基纤维素，搅拌，滴入0.2份消泡剂，得到碳纤维的液体分散体系。
3)取200份铁尾矿粉、300份水泥、1300份河沙，与上述碳纤维的液体分散体系倒入搅拌锅中，滴入3份聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，即得到由湿磨铁尾矿和碳纤维制备的水泥基电磁屏蔽材料。
将上述水泥基材料浇筑于160*400*40mm的涂油模具中，振捣刮平，每块试样插入两片铜电极，标准养护1d后拆模，标准养护28天，使用手持电桥仪测量其电阻，根据公式σ＝L/RS(其中σ为电导率， R为测得电阻，L为两片铜电极的间距，S为铜片与水泥接触面积) 计算出电导率为0.16(S/m)，使用万能试验机对其进行强度测试，测得其抗折强度为6.5Mpa，抗压强度为44.1Mpa。
将上述水泥基材料浇筑于300*300*40mm的涂油模具中，振捣刮平，标准养护1d后拆模，标准养护28天，采用弓形法测得其在1-8GHz 范围内的电磁屏蔽效能为33dB。
Figure RE-GDA0002365707540000121

Claims (8)

1.一种水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，所述份数为重量份数：
1)将铁尾矿粉按水料质量比0.5-0.6加水湿磨，得到湿磨铁尾矿浆料备用；
2)将短切碳纤维浸入丙酮中超声除胶，回收丙酮后得到除胶碳纤维备用；
3)将水100-200份、除胶碳纤维3-8份与分散剂1-4份，搅拌均匀后滴入消泡剂0.1-0.2份，得到碳纤维的液体分散体系；
4)将硅酸盐水泥200-300份、湿磨铁尾矿浆料200-300份、减水剂3-8份与所述液体分散体系混合搅拌均匀，即得水泥基电磁屏蔽材料。
2.如权利要求1所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中湿磨铁尾矿浆料的制备方法为：取铁尾矿粉，按水胶质量比0.5-0.6加水，再加入铁尾矿粉质量0.1-0.2％的减水剂湿法超细化研磨1-2小时至3μm以下得到湿磨铁尾矿浆料。
3.如权利要求1所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中除胶碳纤维的制备方法为：将短切碳纤维浸没于丙酮中进行超声，完成后分离出碳纤维，烘干、回收丙酮得到脱胶碳纤维；其中碳纤维与丙酮质量比为1：30-60，超声功率为3KW-4KW，超声时间1.5-3小时。
4.如权利要求3所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述短切碳纤维的长度为5-8mm。
5.如权利要求3所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述短切碳纤维为经复合材料回收的回收短切碳纤维。
6.如权利要求1-5任一项所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的消泡剂为磷酸三丁酯。
7.如权利要求1-5任一项所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)分散剂为羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。
8.如权利要求1所述的水泥基电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的减水剂为聚羧酸系高效减水剂或萘系高效减水剂。
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