CN111747694A - 一种改性纤维水泥板及其制备方法以及在外墙中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性纤维水泥板及其制备方法以及在外墙中的应用，以重量份计，所述改性水泥版包括如下组分：水泥30‑42重量份；石英砂35‑55重量份；微硅粉2‑8重量份；纸浆7‑9重量份，有机硅0.1‑1重量份。本发明提供的改性纤维水泥板密度较高且吸水率较低，强度较高，在‑30℃的低温环境中冻融循环100次，不开裂不分层，使用寿命长，可以充分满足高寒地区的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于改性材料技术领域，涉及一种改性纤维水泥板及其制备方法以及在外墙中的应用，特别是一种高耐候性的改性纤维水泥板及其制备方法以及在外墙中的应用。
背景技术
水泥纤维板，又称纤维水泥板。是以硅质、钙质材料为主原料，以矿物纤维水泥和其它纤维为增强材料，经制浆、成型、养护等工序而制成的板材，纤维水泥板应用在国内各类发电厂、化工企业等电费密集场所的电缆工程的防火阻燃，也是大型商场、酒店、宾馆、文件会馆、封闭式服装市场、轻工市场、影剧院等公共场所所室内装饰防火阻燃工程的最佳防火阻燃材料；目前，在建筑工业中也有一定的应用，可以在住宅和/或商业建筑中的内墙和外墙使用纤维水泥板。
纤维水泥板应具有防火、防水、高强、耐候和环保等众多优越性能，在外墙上应用越来越广泛，但我国地区气候差异巨大，特别在东北地区冬天气温非常低，使用对板材抗冻性有非常高的要求，一般常规高密度板还满足不了东北等高寒地区外墙长期使用的要求。
CN 107379215 A公开了一种铝箔水泥复合保温材料及其制造方法，包括聚丙烯短纤维的制备、石膏外壳的制备、泡沫水泥的制备、复合材料的制备。该专利申请提供的保温材料虽然具有较好的强度和韧性，但其并没有过多地关注纤维水泥板，并且成本较高，不适宜应用。CN107056175A公开了一种保温纤维水泥板及其制备工艺，该纤维水泥板包括如下重量份的组分：火山灰硅酸盐水泥130-160份、硅藻土30-50份、轻质钙粉10-30份、铝粉8-20份、木浆纤维5-15份、聚丙烯纤维3-12份、聚乙烯醇纤维2-10份、膨胀珍珠岩5-16份、甲基戊醇8-16份、氯化钾1-5份、水200-250份；该纤维水泥板的制备工艺包括混合物料、捏合、压制成型、加工板坯、高压养护的工艺流程；该专利提供的纤维水泥板具有一定的保温性以及耐候性，但是其仍然无法满足在东北等高寒地区的应用要求。CN110218047A公开了一种复合纤维水泥板的制备方法，包括水泥板和涂料层；本发明中通过将火山灰硅酸盐水泥200-260份、硅藻土45-70份、铝粉30-50份、木浆纤维20-25份、聚丙烯纤维3-12份、聚乙烯醇纤维5-15份、膨胀珍珠岩20-26份、甲基戊醇4-10份、氯化钾6-7份、水300-350份作为水泥板的基材，使水泥板具备良好的保温阻燃性能，该专利申请同样无法满足在东北等高寒地区的应用要求。
因此，需要开发一种高耐候性水泥板以满足高寒地区的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性纤维水泥板及其制备方法以及在外墙中的应用，本发明提供的改性纤维水泥板密度较高且吸水率较低，强度较高，在-30℃的低温环境中冻融循环100次，不开裂不分层，使用寿命长，可以充分满足高寒地区的使用需求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种改性纤维水泥板，以重量份计，所述改性水泥版包括如下组分：
本发明提供的改性纤维水泥板中通过选用有机硅、纸浆和微硅粉配合使用，微硅粉的粒径在纳米级别，其可以很好的分散在有机硅防水剂中，二者协同增效，使得本发明最后的改性纤维水泥板具有较低的吸水率的同时其强度很高，并且其耐候性较好，特别适用于高寒地区，不开裂不分层，使用寿命较长。
在本发明中，所述水泥30-42重量份，例如32重量份、34重量份、36重量份、38重量份、40重量份等。
在本发明中，所述石英砂35-55重量份，例如38重量份、40重量份、42重量份、45重量份、48重量份、50重量份、52重量份等。
在本发明中，所述微硅粉2-8重量份，例如3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份等。
在本发明中，所述纸浆7-9重量份，例如7.2重量份、7.5重量份、7.8重量份、8重量份、8.5重量份、8.8重量份等。
在本发明中，所述有机硅0.1-1重量份，例如0.2重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.8重量份、0.9重量份等。
优选地，所述有机硅材料包括有机硅防水剂。
优选地，所述纸浆的制备方法包括：将废水泥纸袋或原木纸浆碎浆、过滤、磨浆，得到所述纸浆。
优选地，所述纸浆的固含量为3-5wt％，例如3.5wt％、4wt％、4.5wt％、等。
优选地，所述微硅粉的粒径为20-120nm，例如30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm等。
优选地，所述石英砂的粒径为20-80μm，例如30μm、40μm、50μm、60μm、70μm等。
本发明的石英砂粒径较小，可以进一步保证改性纤维水泥板的吸水率较低，强度较高。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的改性纤维水泥板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的水泥、石英砂、微硅粉、纸浆、有机硅与水进行混合、然后成型，得到待处理产物；
(2)然后将待处理产物堆垛、加压并保压，得到初步产物；
(3)将初步产物养护、蒸养、干燥，得到所述改性纤维水泥板。
优选地，所述石英砂的粒径为20-80μm，例如30μm、40μm、50μm、60μm、70μm等。
优选地，所述水的添加量与所述水泥、石英砂、微硅粉、纸浆和有机硅总体积的体积比为(1-2):(2-1)，所述1-2可以是1.2、1.4、1.5、1.6、1.8等。
优选地，所述成型的方法包括抄取法或流浆法。
优选地，所述加压为匀速加压，速率为100-150吨/h，例如110吨/h、120吨/h、130吨/h、140吨/h等，时间为30-70min，例如40min、50min、60min等。
优选地，所述蒸养的时间为11-16h，例如13h、14h、15h等。
优选地，所述干燥的温度为60-120℃，例如70℃、80℃、90℃、100℃、110℃等，时间为0.3-1h，例如0.4h、0.5h、0.6h、0.7h、0.8h等。
优选地，所述改性纤维水泥板的含水率低于10wt％，例如9wt％、8wt％、7wt％、6wt％等。
第三方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的改性纤维水泥板在外墙中的应用。
优选地，所述改性纤维水泥板特别适用于高寒地区。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的改性纤维水泥板中通过选用有机硅、纸浆和微硅粉配合使用，微硅粉的粒径在纳米级别，其可以很好的分散在有机硅防水剂中，二者协同增效，使得本发明最后的改性纤维水泥板具有较低的吸水率的同时其强度很高，并且其耐候性较好，特别适用于高寒地区，不开裂不分层，使用寿命较长；
(2)本发明提供的改性纤维水泥板密度在1.5g/cm3以上，吸水率在16％以下，饱和抗折强度在21MPa以上，在-30℃的低温环境中冻融循环100次以上，不开裂不分层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
一种纸浆，制备方法如下：
将废水泥纸袋在碎浆机中碎浆，过滤除渣，然后用盘磨机磨浆制得纸浆原料，固含量为4wt％。
制备例2
一种纸浆，制备方法如下：
将原木纸浆在碎浆机中碎浆，过滤除渣，然后用盘磨机磨浆制得纸浆原料，固含量为3wt％。
制备例3
一种纸浆，制备方法如下：
将废水泥纸袋在碎浆机中碎浆，过滤除渣，然后用盘磨机磨浆制得纸浆原料，固含量为5wt％。
实施例1
一种改性纤维水泥板，以重量份计，由如下组分组成：
其中，有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷。
制备方法如下：
(1)石英砂在混合前利用球磨机磨碎至平均粒径为40μm；
(2)将配方量的水泥、石英砂、微硅粉、纸浆和有机硅与等体积的水进行混合配制成混合料，混合料通过流浆法制备得到板坯；
(3)然后将板坯堆垛，放入14000吨平板油压机进行加压，得到初步产物；
(4)将初步产物在预养窑内养护20h，然后蒸养12h，取出后使用烘干机在110℃进行烘干0.35h，直至含水量低于10％，得到改性纤维水泥板。
实施例2-4
与实施例1的区别在于，在本实施例中，将有机硅的含量为0.1重量份(实施例2)、1重量份(实施例3)、2重量份(实施例4)。
实施例5-6
与实施例1的区别在于，在本实施例中，将有机硅替换为乙烯基三甲氧基硅烷(制备例5)、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷(制备例6)。
实施例7-10
与实施例1的区别在于，在本实施例中，步骤(1)石英砂在混合前利用球磨机磨碎至平均粒径为20μm(实施例7)、80μm(实施例8)、10μm(实施例9)、100μm(实施例10)。
实施例11-13
与实施例1的区别在于，在本实施例中，微硅粉的平均粒径为20nm(实施例11)、120nm(实施例12)、200nm(实施例13)。
实施例14
一种改性纤维水泥板，以重量份计，由如下组分组成：
有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷；
制备方法如下：
(1)石英砂在混合前利用球磨机磨碎至平均粒径为45μm；
(2)将配方量的水泥、石英砂、微硅粉、纸浆和有机硅与等体积的水进行混合配制成混合料，混合料通过抄取法制备得到板坯；
(3)然后将板坯堆垛，放入14000吨平板油压机进行加压，得到初步产物；
(4)将初步产物在预养窑内养护16h，然后蒸养13h，取出后使用烘干机在90℃进行烘干0.7h，直至含水量低于10％，得到改性纤维水泥板。
实施例15
一种改性纤维水泥板，以重量份计，由如下组分组成：
有机硅为乙烯基三乙氧基硅烷；
制备方法如下：
(1)石英砂在混合前利用球磨机磨碎至平均粒径为45μm；
(2)将配方量的水泥、石英砂、微硅粉、纸浆和有机硅与等体积的水进行混合配制成混合料，混合料通过流浆法制备得到板坯；
(3)然后将板坯堆垛，放入14000吨平板油压机进行加压，得到初步产物；
(4)将初步产物在预养窑内养护16h，然后蒸养14h，取出后使用烘干机在90℃进行烘干0.7h，直至含水量低于10％，得到改性纤维水泥板。
对比例1
与实施例1的区别在于，不添加有机硅。
对比例2-3
与实施例1的区别在于，在本对比例中，水泥的添加量为20重量份(对比例2)、50重量份(对比例3)。
对比例4-5
与实施例1的区别在于，在本对比例中，改性纸浆的添加量为3重量份(对比例4)、23重量份(对比例5)。
性能测试
对实施例1-15和对比例1-5提供的改性纤维水泥板进行性能测试，方法如下：
(1)密度：按照JC/T412.2-2006提供的测试方法进行；
(2)吸水率：按照JC/T412.2-2006提供的测试方法进行；
(3)饱水抗折强度：按照JC/T412.2-2006提供的测试方法进行；
(4)抗冻性：按照JC/T412.2-2006提供的测试方法进行，记录其可以承受的冻融循环次数；
测试结果见表1：
表1
由实施例和性能测试可知，本发明提供的改性纤维水泥板具有较适中的密度，同时吸水率较低且强度较高，并且其耐候性好，其中，密度在1.5-1.7g/cm3以上，吸水率在16％以下，饱和抗折强度在21MPa以上，在-30℃的低温环境中冻融循环100次以上，不开裂不分层。
由实施例1和实施例7-13的对比可知，本发明提供的石英砂粒径在20-80μm，微硅粉的粒径为20-100nm时具有更好的使用效果。
由实施例1和对比例1的对比可知，当本发明提供的纤维水泥板中包括有机硅时，具有更低的吸水率和更高的强度，且耐候性更好。由实施例1和对比例3-5的对比可知，各组分只有在本发明的限定范围内，才能达到本发明的技术效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的改性纤维水泥板及其制备方法以及在外墙中的应用，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种改性纤维水泥板，其特征在于，以重量份计，所述改性水泥版包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的改性纤维水泥板，其特征在于，所述有机硅材料包括有机硅防水剂。
3.根据权利要求1或2所述的改性纤维水泥板，其特征在于，所述纸浆的制备方法包括：将废水泥纸袋或原木纸浆碎浆、过滤、磨浆，得到所述纸浆。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的改性纤维水泥板，其特征在于，所述纸浆的固含量为3-5wt％。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的改性纤维水泥板，其特征在于，所述微硅粉的粒径为20-120nm；
优选地，所述石英砂的粒径为20-80μm。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的改性纤维水泥板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的水泥、石英砂、微硅粉、纸浆、有机硅与水进行混合、然后成型，得到待处理产物；
(2)然后将待处理产物堆垛、加压并保压，得到初步产物；
(3)将初步产物养护、蒸养、干燥，得到所述改性纤维水泥板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述石英砂的粒径为20-80μm。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述水的添加量与所述水泥、石英砂、微硅粉、纸浆和有机硅总体积的体积比为(1-2):(2-1)。
9.根据权利要求6-8中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述养护的时间为16-24h；
优选地，所述蒸养的时间为11-16h；
优选地，所述干燥的温度为60-120℃，时间为0.3-1h；
优选地，所述改性纤维水泥板的含水率低于10wt％。
10.根据权利要求1-5中的任一项所述的改性纤维水泥板在外墙中的应用。
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