CN112062515B - 一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料及其制备方法 - Google Patents

一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,包括以下重量份数的原料:硅铝质矿物原料45‑60份,氢氧化钠固体10‑15份,硅酸钠溶液45‑60份,石英粉15‑25份,云母粉2‑4份,有机纤维2‑3份,碳化硅粉末8‑12份,铝粉3‑4份,十二烷基硫酸钠3‑5份,助磨剂0.4‑0.6份,以及去离子水10‑15份。本发明还公开了一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的制备方法。本发明通过调控原材料配比、碳化硅的含量和其颗粒大小,制备出了以封闭孔为主,气孔分布均匀,孔径大小可控的地聚合物发泡材料;碳化硅、石英粉、云母粉、有机纤维和复配原料的使用使发泡材料具有低密度,高机械强度、韧度和强耐高温、耐腐蚀的性能。

Description

一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于新型多孔无机非金属材料制造技术领域,尤其是涉及一种利用碳化硅制备的高强闭孔地聚合物发泡材料及其制备方法。
背景技术
地聚合物(Geopolymer)是一种由碱激发剂激发硅铝化合物原料形成的无机胶凝材料。最早于上世纪九十年代末由J.Davidovits提出概念,相应研究在之后得到快速的发展。地聚合物新型建筑材料领域有着广阔的应用前景,不仅仅因其具有强度高、耐腐蚀、耐高温的性能,而且其制作过程绿色低碳,符合国家倡导的可持续发展理念。
多孔地聚合物可作为轻质材料运用于过滤吸附、减震吸波、保温隔热、地基处理等领域,相比发泡水泥基材料强度更高、耐久性更好。其中,闭孔发泡地聚合物孔隙之间互不连通,具有更好的绝热性和冲缓能力,更小的吸水性。但是在生产制作过程中,材料的发泡效果难以调控,复杂的制备技术也不利于其大范围生产应用。多孔材料还存在固有的强度降低的特性,高机械强度的多孔材料的研发对无机材料技术领域有着重要的意义。
在现有的研究中,申请号为CN201610725555.1的中国专利为《一种碳化硅陶瓷材料燃气灶面板的制备方法》,此方法需要进行1500℃以上的高温处理,材料制备时间长,并且没有对基质进行改性。
申请号为CN201710641887.6的中国专利为《一种高强度多孔吸水性地质聚合物的制备方法》,此方法制备发泡剂工艺复杂,并且需要高温烧结,工程应用性低。
申请号为CN201910189555.8的中国专利为《一种利用植物油高效制备多孔地聚合物方法》,此方法利用了有机物植物油和双氧水,其发泡效果较难控制,强度削减大。
因此,选取适宜的发泡方式制备多孔且高强的地聚合物发泡材料,拥有广阔的应用前景。
发明内容
为了克服现有技术有机物、双氧水等发泡剂造成的发泡不均匀、孔结构难以控制和泡沫材料强度低的不足,本发明提供一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料及其制备方法,可有效调控发泡强度、泡沫数量和孔径大小,得到丰富的闭孔结构,并且其制备方法简单快速、绿色环保。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,包括以下重量份数的原料:硅铝质矿物原料45-60份,氢氧化钠固体10-15份,硅酸钠溶液45-60份,石英粉15-25份,云母粉2-4份,有机纤维2-3份,碳化硅粉末8-12份,铝粉3-4份,十二烷基硫酸钠3-5份,助磨剂0.4-0.6份,以及去离子水10-15份。
作为优选,所述硅铝质矿物原料为复配材料,其包括偏高岭土15-20份,普通硅酸盐水泥8-10份,粉煤灰12-16份,硅灰10-14份。
作为优选,所述硅酸钠溶液为硅酸钠和去离子水的混合溶液,含水量55%-70%,其中SiO2与Na2O的摩尔质量比为3-4。
作为优选,所述碳化硅粉末为纳米级或微米级粉末,粒径小于100微米。
作为优选,所述有机纤维为聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维和聚氯乙烯纤维的一种或两种以上,纤维直径为1-100微米,长度为1-10毫米。
作为优选,所述铝粉平均粒径为1-30微米,铝含量大于98%。
作为优选,所述十二烷基硫酸钠为固体粉末,纯度大于95%。
本发明还公开了一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将氢氧化钠固体10-15份、硅酸钠溶液45-60份混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存12-24小时,得到碱激发剂;
2)将硅铝质矿物原料45-60份、石英粉15-25份、云母粉2-4份和助磨剂0.4-0.6份按比例混合搅拌研磨40-60分钟,得到固体原料;
3)将有机纤维2-3份、十二烷基硫酸钠2-3份和去离子水10-15份混合后通过60-75赫兹超声分散60-90分钟,得到纤维溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到的纤维溶液混合,以600-1200转/分钟转速混合搅拌20-40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将碳化硅粉末8-12份和铝粉3-4份边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以800-1200转/分钟转速混合搅拌2-3分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在25-40摄氏度的烘箱或真空干燥箱内保水养护24-48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护3-14天,得到最终产品。
本发明中的硅铝质矿物原料复配有利于促进聚合反应,部分作为填料,增加了胶凝结构的致密度,提高材料的力学强度;硅灰还能提高浆体的流动性,促进固体原料的分散和反应,还有高效的保温作用;碳化硅粉末是本发明主要的发泡剂,此方法创新地利用了碳化硅粉末和其固有杂质硅单质、碳单质在强碱环境下反应产生气体的性质,实现了对地聚合物气孔结构的调控,同时碳化硅有利于材料机械强度的提高;铝粉作为辅助发泡剂进一步促进大量气孔结构的生成;石英粉和云母粉可以反射热能,提高保温隔热作用,同时作为填料增强整体强度;有机纤维不仅能够增强材料的韧性和柔度,还能作为稳泡结构,促进均匀丰富气泡孔的产生;十二烷基硫酸钠作为表面活性剂既分散了粉末固体原料,又作为稳泡剂稳定气泡孔结构。
本发明的有益效果是:1)本发明通过调控原材料配比、碳化硅的含量和其颗粒大小,制备出了以封闭孔为主,气孔分布均匀,孔径大小可控的地聚合物发泡材料;2)本发明中碳化硅、石英粉、云母粉、有机纤维和复配原料的使用使发泡材料具有低密度,高机械强度、韧度和强耐高温、耐腐蚀的性能,推进高强发泡材料领域研究;3)本发明使产品制造操作简单,养护周期短,制备过程绿色安全,符合可持续发展道理原则;4)本发明可利用的粉煤灰,硅灰等废弃物作为原材料,节能环保;5)本发明可运用于过滤吸附、减震吸波、保温隔热、地基处理等领域,且产品的轻质高强、高耐久能力使其适用于航空航天、海洋等军工领域。
附图说明
图1为本发明制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的实物照片。
图2为本发明制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的显微镜照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,包括偏高岭土15份,普通硅酸盐水泥10份,粉煤灰15份,硅灰10份,氢氧化钠固体10份,硅酸钠溶液50份,石英粉20份,云母粉4份,聚丙烯腈纤维2份,碳化硅粉末8份,铝粉3份,十二烷基硫酸钠3份,助磨剂0.5份,去离子水10份。
硅酸钠溶液的含水量为60%;石英粉平均粒径为60微米;云母粉平均粒径为400微米;碳化硅粉末的粒径为50-100纳米;聚丙烯腈纤维的直径为10-20微米,长度为4-6毫米;铝粉平均粒径为10微米。
一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将10份氢氧化钠固体、50份硅酸钠溶液混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存36小时,得到碱激发剂;
2)将15份偏高岭土、10份普通硅酸盐水泥、15份粉煤灰、10份硅灰、20份石英粉、4份云母粉和0.5份助磨剂按比例混合搅拌研磨60分钟,得到固体原料;
3)将2份聚丙烯腈纤维、3份十二烷基硫酸钠和10份去离子水混合后通过60赫兹超声分散60分钟,得到纤维溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到的纤维溶液混合,以1200转/分钟转速混合搅拌40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将8份碳化硅粉末和3份铝粉边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以1200转/分钟转速混合搅拌2分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在30摄氏度的真空干燥箱内保水养护48小时;经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护7天,即得。
实施例二
一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,包括偏高岭土18份,普通硅酸盐水泥10份,粉煤灰15份,硅灰12份,氢氧化钠固体12,硅酸钠溶液45份,石英粉18份,云母粉1份,聚乙烯醇纤维1份,聚酰胺纤维1份,碳化硅粉末10份,铝粉3份,十二烷基硫酸钠2.5份,助磨剂0.5份,去离子水10份。
硅酸钠溶液的含水量为65%;石英粉平均粒径为55微米;云母粉平均粒径为350微米;碳化硅粉末的粒径为350-400纳米;聚乙烯醇纤维的直径为30-40微米,长度为6-8毫米;聚酰胺纤维的直径为20-30微米,长度为4-6毫米;铝粉平均粒径为10微米。
一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将12份氢氧化钠固体、45份硅酸钠溶液混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存36小时,得到碱激发剂;
2)将18份偏高岭土、10份普通硅酸盐水泥、15份粉煤灰、12份硅灰、18份石英粉、1份云母粉和0.5份助磨剂按比例混合搅拌研磨60分钟,得到固体原料;
3)将1份聚乙烯醇纤维、1份聚酰胺纤维、3份十二烷基硫酸钠和10份去离子水混合后通过60赫兹超声分散60分钟,得到纤维溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到的纤维溶液混合,以1200转/分钟转速混合搅拌40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将10份碳化硅粉末和3份铝粉边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以1200转/分钟转速混合搅拌2分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在30摄氏度的真空干燥箱内保水养护48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护7天,即得。
实施例三
一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,包括偏高岭土20份,普通硅酸盐水泥10份,粉煤灰12份,硅灰15份,氢氧化钠固体12份,硅酸钠溶液48份,石英粉18份,云母粉2份,聚乙烯醇纤维2份,碳化硅粉末10份,铝粉4份,十二烷基硫酸钠2份,助磨剂0.5份,去离子水12份。
硅酸钠溶液的含水量为55%;石英粉平均粒径为65微米;云母粉平均粒径为370微米;碳化硅粉末的粒径为150-200纳米;聚乙烯醇纤维的直径为10-20微米,长度为5-7毫米;铝粉平均粒径为15微米。
一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将12份氢氧化钠固体、48份硅酸钠溶液混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存36小时,得到碱激发剂;
2)将20份偏高岭土、10份普通硅酸盐水泥、12份粉煤灰、15份硅灰、18份石英粉、2份云母粉和0.5份助磨剂按比例混合搅拌研磨60分钟,得到固体原料;
3)将2份聚乙烯醇纤维、3份十二烷基硫酸钠和10份去离子水混合后通过60赫兹超声分散70分钟,得到纤维溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到纤维溶液混合,以1000转/分钟转速混合搅拌40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将12份碳化硅粉末和4份铝粉边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以1200转/分钟转速混合搅拌2分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在45摄氏度的真空干燥箱内保水养护48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护7天,即得。
对比实施例四
一种地聚合物发泡材料,包括偏高岭土18份,普通硅酸盐水泥10份,粉煤灰10份,硅灰15份,氢氧化钠固体10份,硅酸钠溶液45份,石英粉18份,云母粉1份,碳化硅粉末12份,铝粉4份,十二烷基硫酸钠4份,助磨剂0.5份,去离子水10份。
硅酸钠溶液的含水量为55%;石英粉平均粒径为65微米;云母粉平均粒径为370微米;碳化硅粉末的粒径为100-150纳米;铝粉平均粒径为15微米。
上述地聚合物发泡材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将10份氢氧化钠固体、45份硅酸钠溶液混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存36小时,得到碱激发剂;
2)将18份偏高岭土、10份普通硅酸盐水泥、10份粉煤灰、15份硅灰、18份石英粉、1份云母粉和0.5份助磨剂按比例混合搅拌研磨60分钟,得到固体原料;
3)将4份十二烷基硫酸钠和10份去离子水混合后通过60赫兹超声分散60分钟,得到溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到的溶液混合,以1200转/分钟转速混合搅拌40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将12份碳化硅粉末和4份铝粉边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以1200转/分钟转速混合搅拌2分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在45摄氏度的真空干燥箱内保水养护48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护7天,即得。
对比实施例五
一种地聚合物材料,包括偏高岭土20份,普通硅酸盐水泥10份,粉煤灰10份,硅灰18份,氢氧化钠固体12份,硅酸钠溶液45份,石英粉18份,云母粉1份,助磨剂0.5份,去离子水10份。
硅酸钠溶液的含水量为55%;石英粉平均粒径为70微米;云母粉平均粒径为350微米。
上述地聚合物材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将12份氢氧化钠固体、45份硅酸钠溶液混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存36小时,得到碱激发剂;
2)将20份偏高岭土、10份普通硅酸盐水泥、10份粉煤灰、15份硅灰、18份石英粉、1份云母粉和0.5份助磨剂按比例混合搅拌研磨60分钟,得到固体原料;
3)将步骤1)中得到的碱激发剂和步骤2)中得到的固体原料混合,以1200转/分钟转速混合搅拌40分钟,得到地聚合物浆料;
4)将步骤3)中得到的地聚合物浆料放入模具养护,首先在45摄氏度的真空干燥箱内保水养护48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护7天,即得。
对比实施例六
一种地聚合物发泡材料,包括偏高岭土18份,普通硅酸盐水泥10份,粉煤灰12份,硅灰15份,氢氧化钠固体12份,硅酸钠溶液45份,聚丙烯腈纤维2份,碳化硅粉末10份,铝粉4份,十二烷基硫酸钠3份,助磨剂0.5份,去离子水10份。
硅酸钠溶液的含水量为55%;石英粉平均粒径为65微米;云母粉平均粒径为370微米;碳化硅粉末的粒径为200-250纳米;聚乙烯醇纤维的直径为20-25微米,长度为4-6毫米;铝粉平均粒径为10微米。
上述地聚合物发泡的制备方法,包括以下步骤:
1)将12份氢氧化钠固体、45份硅酸钠溶液混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存36小时,得到碱激发剂;
2)将18份偏高岭土、10份普通硅酸盐水泥、12份粉煤灰、15份硅灰和0.5份助磨剂按比例混合搅拌研磨50分钟,得到固体原料;
3)将2份聚丙烯腈纤维、3份十二烷基硫酸钠和10份去离子水混合后通过60赫兹超声分散60分钟,得到纤维溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到的纤维溶液混合,以1000转/分钟转速混合搅拌40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将10份碳化硅粉末和4份铝粉边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以1200转/分钟转速混合搅拌2分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在45摄氏度的真空干燥箱内保水养护48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护7天,即得。
为了验证本发明的发泡地聚合物材料的发泡效果和力学性能,进行了发泡浆体粘度测量、密度试验、气泡孔孔隙率测量、抗压强度试验以及抗折强度试验,具体方法和结果如下:
(1)粘度测量:取实施例和对比实施例步骤五制得的发泡地聚合物浆料为测试样品,通过NDJ-8S数显粘度测试仪测定刚拌制完浆体的粘度。
(2)密度试验:取实施例和对比实施例制得的长方体发泡地聚合物材料作为测试样品,多次测量其长、宽、高和质量,计算得到其密度,并取平均值。
(3)气泡孔孔隙率、最可几孔径测量:取实施例和对比实施例制得的发泡地聚合物材料作为测试样品,利用电子计算机断层扫描得到孔径大于4微米的气泡孔孔隙结构,利用图像处理软件计算得到气泡孔孔隙率。
(4)强度试验:取实施例和对比实施例制得的发泡地聚合物材料作为测试样品,按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测试其抗压强度和抗折强度。
表1:发泡地聚合物材料测试结果
Figure BDA0002610685340000091
实施例一、二、三的测试结果表明,对于利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其浆体粘度高,养护后样品具有密度小于0.7g/cm3的低密度,大于55%的高气泡孔孔隙率和范围在21-27μm的最可几孔隙率,说明材料轻质多孔。并且,大颗粒直径的碳化硅能使材料中的孔隙有更大的孔径。此地聚合物发泡材料的抗压强度大于35MPa,抗折强度大于20MPa,相比水泥基和普通地聚合物发泡材料,其具有超高的力学强度,具有广泛的应用价值。
对比实施例四的测试结果表明,对于不添加有机纤维的地聚合物发泡材料,其浆体粘度显著下降,但是样品密度和气泡孔孔隙率与实施例相近,孔径增大。有机纤维的缺少使浆体中小气泡合并成大气泡的概率增大,增加的材料的气泡孔直径。其抗压强度略微减小,而抗折强度大幅降低,这是由于缺少有机纤维对材料韧性和柔度的改善。
对比实施例五的测试结果表明,对于不发泡且不添加有机纤维的地聚合物材料,其浆体的粘度和气泡孔孔隙率减小,密度、抗压强度和抗折强度增加。未发泡的地聚合物具有6%左右的气泡孔孔隙率,气泡含量非常小。由于非发泡材料的基质间交联得到的致密结构,其抗压强度比泡沫材料高很多。而抗折强度在结构致密和纤维缺少的双重作用下有小幅增加。
对比实施例六的测试结果表明,对于不添加石英粉和云母粉的地聚合物发泡材料,其粘度、密度、气泡孔孔隙率和最可几孔径与实施例相近,但抗压和抗折强度有所降低。由于两种填料的缺少,使其内部结构相对疏松,故有较小的力学强度。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于包括以下重量份数的原料:硅铝质矿物原料45-60份,氢氧化钠固体10-15份,硅酸钠溶液45-60份,石英粉15-25份,云母粉2-4份,有机纤维2-3份,碳化硅粉末8-12份,铝粉3-4份,十二烷基硫酸钠3-5份,助磨剂0.4-0.6份,以及去离子水10-15份。
2.根据权利要求1所述的利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于:所述硅铝质矿物原料为复配材料,其包括偏高岭土15-20份,普通硅酸盐水泥8-10份,粉煤灰12-16份,硅灰10-14份。
3.根据权利要求1所述的利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于:所述硅酸钠溶液为硅酸钠和去离子水的混合溶液,含水量55%-70%,其中SiO2与Na2O的摩尔质量比为3-4。
4.根据权利要求1所述的利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于:所述碳化硅粉末为纳米级或微米级粉末,粒径小于100微米。
5.根据权利要求1所述的利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于:所述有机纤维为聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维和聚氯乙烯纤维的一种或两种以上,纤维直径为1-100微米,长度为1-10毫米。
6.根据权利要求1所述的利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于:所述铝粉平均粒径为1-30微米,铝含量大于98%。
7.根据权利要求1所述的利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料,其特征在于:所述十二烷基硫酸钠为固体粉末,纯度大于95%。
8.一种利用碳化硅制备的高强地聚合物闭孔发泡材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)将氢氧化钠固体10-15份、硅酸钠溶液45-60份混合后搅拌至均匀澄清,倒入塑料容器中密封保存12-24小时,得到碱激发剂;
2)将硅铝质矿物原料45-60份、石英粉15-25份、云母粉2-4份和助磨剂0.4-0.6份按比例混合搅拌研磨40-60分钟,得到固体原料;
3)将有机纤维2-3份、十二烷基硫酸钠2-3份和去离子水10-15份混合后通过60-75赫兹超声分散60-90分钟,得到纤维溶液;
4)将步骤1)中得到的碱激发剂,步骤2)中得到的固体原料和步骤3)中得到的纤维溶液混合,以600-1200转/分钟转速混合搅拌20-40分钟,得到地聚合物浆料;
5)将碳化硅粉末8-12份和铝粉3-4份边搅拌边缓慢加入步骤4)中得到地聚合物浆料中,继续以800-1200转/分钟转速混合搅拌2-3分钟,得到发泡地聚合物浆料;
6)将步骤5)中得到的发泡地聚合物浆料放入模具养护,首先在25-40摄氏度的烘箱或真空干燥箱内保水养护24-48小时。经过脱模处理后,再在室温环境下自然养护3-14天,得到最终产品。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112679129A (zh) * 2020-12-29 2021-04-20 郑州大学 一种高强度耐腐蚀碳纳米管改性混凝土及其制备方法
CN113321897B (zh) * 2021-06-18 2022-07-12 上海欧亚合成材料股份有限公司 一种高弯曲强度的酚醛模塑料及其制备方法
CN113831152B (zh) * 2021-10-26 2022-08-02 纳思同(无锡)科技发展有限公司 一种全固废高强透水地聚合物混凝土及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102603355A (zh) * 2012-03-18 2012-07-25 巢启 一种碱基地质聚合物多孔材料
CN104098281A (zh) * 2013-04-03 2014-10-15 神华集团有限责任公司 一种地质聚合物组合物、地质聚合物材料及其制备方法
CN104478337A (zh) * 2014-12-17 2015-04-01 南京理工大学常熟研究院有限公司 一种泡沫铝材料
CN108623274A (zh) * 2018-05-09 2018-10-09 马鞍山市金韩防水保温工程有限责任公司 一种耐水保温防火的石膏基外墙保温材料的制备方法
WO2020037349A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 The University Of Melbourne Process for preparation of geopolymer foam compositions
CN110862271A (zh) * 2018-08-28 2020-03-06 湖南中大再生资源与环保工程有限公司 一种地聚物开孔发泡材料及其制备方法和应用
CN111018435A (zh) * 2019-11-28 2020-04-17 浙江大学 一种高强高韧地聚合物材料及其制备方法
CN111138151A (zh) * 2018-11-02 2020-05-12 程艳青 一种建筑用墙体泡沫砖

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101891498A (zh) * 2010-06-23 2010-11-24 南京大学 一种粉煤灰基地聚合物加气混凝土的制备方法
CN102584323A (zh) * 2012-02-06 2012-07-18 广西大学 一种地质聚合物轻质多孔材料及其制备方法
CN108975942A (zh) * 2018-09-21 2018-12-11 中冶成都勘察研究总院有限公司 一种用于路桥填筑的泡沫轻质混凝土及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102603355A (zh) * 2012-03-18 2012-07-25 巢启 一种碱基地质聚合物多孔材料
CN104098281A (zh) * 2013-04-03 2014-10-15 神华集团有限责任公司 一种地质聚合物组合物、地质聚合物材料及其制备方法
CN104478337A (zh) * 2014-12-17 2015-04-01 南京理工大学常熟研究院有限公司 一种泡沫铝材料
CN108623274A (zh) * 2018-05-09 2018-10-09 马鞍山市金韩防水保温工程有限责任公司 一种耐水保温防火的石膏基外墙保温材料的制备方法
WO2020037349A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 The University Of Melbourne Process for preparation of geopolymer foam compositions
CN110862271A (zh) * 2018-08-28 2020-03-06 湖南中大再生资源与环保工程有限公司 一种地聚物开孔发泡材料及其制备方法和应用
CN111138151A (zh) * 2018-11-02 2020-05-12 程艳青 一种建筑用墙体泡沫砖
CN111018435A (zh) * 2019-11-28 2020-04-17 浙江大学 一种高强高韧地聚合物材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
地聚物多孔材料的制备工艺及性能研究;林坤圣;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20140330;全文 *

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