CN112430376A - 一种玄武岩纤维复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玄武岩纤维复合材料及其制备方法和应用,涉及建筑材料领域。该玄武岩纤维复合材料的制备方法包括:将增强体于混合胶液中浸渍;将浸渍后的增强体进行拉挤成型为材料板;在材料板的表面涂覆耐高温涂层制得涂层板;其中,增强体是通过将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡在第一分散剂中浸渍后烘干制得。本申请提供的制备方法简单,可自动化生产。制备获得的玄武岩纤维复合材料是现有技术中的薄抹灰系统和普通一体化板的良好替代品。抗压、抗拉强度高,阻燃等级为A级。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,具体而言,涉及一种玄武岩纤维复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
我国早在20世纪80年代就开始推广建筑墙体节能保温技术,根据我国建筑产业自身的发展现状,广泛采用外墙外保温系统。近年来,国内相继发生了多起因建筑外墙保温材料防火等级低、易燃烧等而引发的火灾事故,造成了重大的人员伤亡和财产损失;为了规范保温材料的使用,杜绝火灾发生,2014年颁布的《建筑设计防火规范》中明确规定了保温板防火性能的要求,我国建筑节能材料已经形成了从B级有机保温材料向A级(包括A1级和A2级)不燃保温材料过渡的趋势,各建筑企业及科研机构也将A级防火保温材料列为研发重点。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供玄武岩纤维复合材料的制备方法、玄武岩纤维复合材料和玄武岩纤维复合材料在建筑材料中的应用。
本发明是这样实现的:
第一方面,本发明实施例提供一种玄武岩纤维复合材料的制备方法,其包括:
将在混合胶液中浸渍后的增强体进行拉挤成型为材料板;在所述材料板的表面涂覆耐高温涂层制得涂层板;
其中,所述增强体是通过将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡在第一分散剂中浸渍后烘干制得。
在可选的实施方式中,所述玄武岩纤维无捻连续粗纱、所述玄武岩纤维布和所述玄武岩纤维毡的质量比为1-10:1-10:1-10。
在可选的实施方式中,所述玄武岩纤维复合材料的制备方法还包括:将所述涂层板进行切割成板框架,向所述板框架的内部填充隔热材料;
优选地,所述隔热材料包括岩棉、发泡水泥、模塑聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、硬泡聚氨酯板,酚醛和泡沫玻璃中的一种或多种。
在可选的实施方式中,所述混合胶液的组分按重量份数计包括树脂20-40份、第一固化剂0.5-6份、第一无机填料1-20份和第一溶剂0-30份;
所述涂层的组分按重量份数计包括:耐高温树脂45-70份、第二固化剂0.5-6份、第二无机填料1-20份和第二溶剂10-30份;
优选地,所述涂层的组分按重量份数计还包括:耐高温颜料1-10份;
优选地,所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚脂和聚氨酯中的一种或几种;
优选地,所述耐高温树脂包括聚硅氮烷树脂、酚三嗪树脂、双马来酰亚胺改性酚醛树脂、苯并恶嗪树脂、硼改性酚醛树脂和有机硅树脂中的一种或几种;
优选地,所述耐高温颜料包括为粒径小于1μm的钛白粉、铜铬黑、钴蓝、钛铬棕、铁红和镉绿中的一种或几种。
在可选的实施方式中,所述第一固化剂和所述第二固化剂分别是:乙烯基树脂、不饱和树脂和聚硅氮烷树脂选用分别选自过氧化苯甲酰、过氧化酮类、过氧化酰类、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化碳酸酯中的一种或多种;酚三嗪树脂、双马来酰亚胺改性酚醛树脂、苯并恶嗪树脂、硼改性酚醛树脂选用分别选自苯磺酸、苯酚磺酸、对甲苯磺酸、石油磺酸钠和磷酸中的一种或多种;有机硅树脂、环氧树脂和聚氨酯选用分别选自咪唑类、多元胺类、酸酐类、阴离子聚合型叔胺、阳离子聚合型B3F络合物中的一种或多种;
优选地,所述第一无机填料和所述第二无机填料分别选自粒径小于1μm的云母粉、滑石粉、高岭土、硅微粉、石英粉、陶瓷粉和玻璃粉中的一种或几种;
优选地,所述第一溶剂和所述第二溶剂分别选自苯、甲苯、二甲苯、丙酮和异丙醇中的一种或几种;
优选地,所述第一无机填料和所述第二无机填料在使用前先置于第二分散剂中浸渍并烘干;
优选地,所述第一分散剂和所述第二分散剂均为硅烷偶联剂;
在可选的实施方式中,在所述材料板的表面涂覆所述耐高温涂层后还包括进行固化:在温度为150℃-250℃固化箱内以牵引速度为1m/min-3m/min条件下进行固化。
在可选的实施方式中,所述拉挤成型包括在模具温度为150℃-250℃,牵引速度为1m/min-3m/min条件下进行成型。
在可选的实施方式中,所述涂层的厚度为0.4-3mm。
第二方面,本发明实施例提供一种玄武岩纤维复合材料,其是采用如前述实施方式任一项所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法制备而成。
第三方面,本发明实施例提供一种如前述实施方式所述的玄武岩纤维复合材料在建筑材料中的应用。
本发明具有以下有益效果:
本申请利用玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡这三种材料混合制备增强体,其强度高,并且本申请中在使用增强体之前还将增强体置于第一分散剂中进行浸渍处理,浸渍后的增强体可以更好的与混合胶液中的树脂结合,结合力度更佳,强度和硬度也更佳。随后经拉挤成型为材料板,并在材料板的表面涂覆耐高温涂层,可以提高本申请的玄武岩纤维复合材料的耐高温性能。本申请提供的制备方法简单,可自动化生产。制备获得的玄武岩纤维复合材料是现有技术中的薄抹灰系统和普通一体化板的良好替代品。相对于保温装饰一体化施工简单,施工工序减少75%,把薄抹灰系统的5-8道工序减少至两道工序,安装简捷、快速,省去了大量施工成本,而且使工期缩短一半,功效提高一倍;相对于普通保温装饰一体化板包括表层、粘接层、保温层和安装层,大多数只能达到B1级阻燃,本申请提供的玄武岩纤维复合材料可自动化生产,抗压、抗拉强度更高,阻燃等级为A级。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种玄武岩纤维复合材料,其制备方法具体包括如下步骤:
S1、增强体预处理。
本申请中的增强体是将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡按照任意比例进行混合经牵引至第一分散剂中浸渍后烘干制得。
玄武岩连续纤维是一种能源节约型、环境友好型的纯天然无机纤维,其具有力学性能佳、耐高温性能好,可在-269~650℃范围内连续工作,耐酸耐碱,抗紫外线性能强,吸湿性低,有更好的耐坏境性能,此外,其还有良好的绝缘性能,高温过滤性能佳,抗辐射、良好的透波性能等特点。
玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡均是由玄武岩纤维制成的不同形态的产品。因其工艺的不同导致玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡的强度、硬度以及其他产品性能存在区别。其中,玄武岩纤维无捻连续粗纱的强度在三者中最低,玄武岩纤维布具有优异的强度和韧性,玄武岩纤维毡具有高弹性、耐高压和高密封,适合用于各种、防渗漏复合管道、板材的表面层。
进一步地,本申请在将上述玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡置于混合胶液中浸渍之前,先于第一分散剂中进行浸渍。具体地,本申请中的第一分散剂为硅烷偶联剂,通过浸渍的操作,可以使玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡表面形成硅烷键,便于与后续的树脂进行结合,结合效果更佳。
本申请中,增强体中三种组分的质量比可以根据实际需要的硬度和强度并结合经济成本来进行选择,经发明人研究发现,当玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡按照质量比为1-10:1-10:1-10的比例进行混合时,可以获得硬度、强度佳,综合成本优异的产品。
S2、将增强体于混合胶液中浸渍。
本实施例中,混合胶液的组分按重量份数计包括树脂20-40份、第一固化剂0.5-6份、第一无机填料1-20份和第一溶剂10-30份。本申请中,通过混合胶液能够使玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡紧密的贴合在一起,形成复合型的增强体。
优选地,树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚脂和聚氨酯中的一种或几种;第一固化剂选自过氧化苯甲酰、过氧化酮类、过氧化酰类、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化碳酸酯中的一种或多种;第一无机填料选自粒径小于1μm的云母粉、滑石粉、高岭土、硅微粉、石英粉、陶瓷粉和玻璃粉中的一种或几种;第一溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、丙酮和异丙醇中的一种或几种;第一无机填料在使用前先置于第二分散剂中浸渍并烘干;优选地,第二分散剂为硅烷偶联剂。
S3、将浸渍后的增强体进行拉挤成型为材料板。
将浸渍后的增强体在模具温度为150℃-250℃,牵引速度为1m/min-3m/min条件下进行成型。本申请中通过拉挤成型使得浸渍后的增强体通过成型模具加热使其中的树脂固化,来形成复合材料型材。本申请中整个拉挤成型过程原料利用率高,直接使用增强体与混合胶液进行生产,除型材两端有小部分需要切除外,生产过程不产生其他废料。其同时具有成型和固化,可实现连续生产,生产效率高。
S4、在材料板的表面涂覆耐高温涂层制得涂层板。
本申请中通过在材料板的表面涂覆厚度为0.4-3mm的耐高温涂层,能够使得最终获得的涂层板具有耐高温性能,随后在温度为150℃-250℃固化箱,牵引速度为1m/min-3m/min条件下,固化。
涂层的组分按重量份数计包括:耐高温树脂45-70份、第二固化剂0.5-6份、第二无机填料1-20份、第二溶剂10-30份和耐高温颜料1-10份。
优选地,耐高温树脂包括聚硅氮烷树脂,酚三嗪树脂,双马来酰亚胺改性酚醛树脂,苯并恶嗪树脂,硼改性酚醛树脂,有机硅树脂中的一种或几种;耐高温颜料包括为粒径小于1μm的钛白粉、铜铬黑、钴蓝、钛铬棕、铁红、镉绿中的一种或几种。第二固化剂选自过氧化苯甲酰、过氧化酮类、过氧化酰类、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化碳酸酯中的一种或多种;第二无机填料选自粒径小于1μm的云母粉、滑石粉、高岭土、硅微粉、石英粉、陶瓷粉和玻璃粉中的一种或几种;第二溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、丙酮和异丙醇中的一种或几种;第二无机填料在使用前先置于第二分散剂中浸渍并烘干;优选地,第二分散剂为硅烷偶联剂。
本申请中,通过将增强体、第一无机填料和第二无机填料在使用之前都经过分散剂浸渍,能够使增强体、第一无机填料和第二无机填料的表面附着硅烷,有利于与树脂进行结合,结合力度更佳。
S5、将涂层板进行切割成板框架,向板框架的内部填充隔热材料。
本申请中,隔热材料包括岩棉、发泡水泥、模塑聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、硬泡聚氨酯板、酚醛和泡沫玻璃中的一种或多种。本申请中通过填充隔热材料,能够使得本申请制备的玄武岩纤维复合材料具有保温隔热的效果。
通过上述方法制备获得的玄武岩纤维复合材料兼具阻燃/隔热/保温/结构一体化效果和优异的力学性能。其可广泛应用于建筑材料中。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
S1、将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布、玄武岩纤维毡、第一无机填料(玻璃粉)和第二无机填料(滑石粉)在含硅烷偶联剂分散剂中浸渍并且烘干。
S2、将混合胶液置于浸胶槽内,再将S1中得到的玄武岩纤维无捻连续粗纱10份、玄武岩纤维布2份和玄武岩纤维毡3份在模具的浸胶槽均匀排布浸渍。
混合胶液的组分按重量份数计包括:酚醛树脂40份、苯酚磺酸5份、玻璃粉10份和甲苯10份,混合并搅拌均匀。
S3、将浸渍后的增强体在模具温度为180℃,牵引速度为2m/min条件下进行成型。
S4、在材料板的表面涂覆耐厚度为1mm的高温涂层制得涂层板,随后在温度为200℃固化箱,牵引速度为2m/min条件下,固化。
涂层的组分按重量份数计包括:双马来酰亚胺改性酚醛树脂50份、对甲苯磺酸6份、滑石粉20份、二甲苯20份和钛白粉6份。
S5、将涂层板进行切割成板框架,向板框架的内部填充岩棉。
实施例2
S1、将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布、玄武岩纤维毡、第一无机填料(云母粉)和第二无机填料(高岭土)在含硅烷偶联剂分散剂中浸渍并且烘干。
S2、将混合胶液置于浸胶槽内,再将S1中得到的玄武岩纤维无捻连续粗纱3份、玄武岩纤维布5份和玄武岩纤维毡2份在模具的浸胶槽均匀排布浸渍。
混合胶液的组分按重量份数计包括:环氧树脂38份、多元胺类4份、云母粉10份,混合并搅拌均匀。
S3、将浸渍后的增强体在模具温度为150℃,牵引速度为1m/min条件下进行成型。
S4、在材料板的表面涂覆耐厚度为2mm的高温涂层制得涂层板,随后在温度为150℃固化箱,牵引速度为1m/min条件下,固化。
涂层的组分按重量份数计包括:酚三嗪树脂60份、对甲苯磺酸6份、高岭土10份、异丙醇20份和铜铬黑5份。
S5、将涂层板进行切割成板框架,向板框架的内部填充泡沫玻璃。
实施例3
S1、将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布、玄武岩纤维毡、第一无机填料(硅微粉和石英粉)和第二无机填料(陶瓷粉和玻璃粉)在含硅烷偶联剂分散剂中浸渍并且烘干。
S2、将混合胶液置于浸胶槽内,再将S1中得到的玄武岩纤维无捻连续粗纱1份、玄武岩纤维布4份和玄武岩纤维毡10份在模具的浸胶槽均匀排布浸渍。
混合胶液的组分按重量份数计包括:乙烯基树脂20份、聚氨酯10份、过氧化苯甲酸叔丁酯2份、多元胺类2份、硅微粉6份、石英粉6份、丙酮15份和异丙醇15份,混合并搅拌均匀。
S3、将浸渍后的增强体在模具温度为150℃,牵引速度为3m/min条件下进行成型。
S4、在材料板的表面涂覆耐厚度为3mm的高温涂层制得涂层板,随后在温度为250℃固化箱,牵引速度为3m/min条件下,固化。
涂层的组分按重量份数计包括:苯并恶嗪树脂30份、硼改性酚醛树脂40份、苯磺酸2份、石油磺酸2份、陶瓷粉5份、玻璃粉5份、苯8份、甲苯8份、镉绿10份。
S5、将涂层板进行切割成板框架,向板框架的内部泡沫玻璃和硬泡聚氨酯板。
对比例1-4
对比例1-4与实施例1基本相同,区别在于,增强体不同。
对比例1中仅采用玄武岩纤维无捻连续粗纱作为增强体。
对比例2中仅采用玄武岩纤维表面毡作为增强体。
对比例3中仅采用玄武岩纤维布作为增强体。
对比例4中省略实施例1中的将增强体在分散剂中浸渍后烘干的预处理步骤。
对比例5
将实施例1中的步骤S5:“将涂层板进行切割成板框架,向板框架的内部填充岩棉”省略。
对比例6
将实施例1中的混合胶液的组分进行替换,替换为酚醛树脂30份、苯磺酸4份、滑石粉10份和二甲苯10份,混合并搅拌均匀。
对比例7
将实施例1中的涂层的组分进行替换,替换为苯并恶嗪树脂40份、对苯磺酸1份、陶瓷粉5份、甲苯20份、钛白粉10份。
将上述实施例1-3以及对比例1-7获得的复合材料进行产品性能的检测,检测结果如下:
从上表可看出,玄武岩纤维布含量越高复合材料的综合力学性能越好。
综上所述,本申请利用玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡这三种材料混合制备增强体,其强度高,并且本申请中在使用增强体之前还将增强体置于第一分散剂中进行浸渍处理,浸渍后的增强体可以更好的与混合胶液中的树脂结合,结合力度更佳,强度和硬度也更佳。随后经拉挤成型为材料板,并在材料板的表面涂覆耐高温涂层,可以提高本申请的玄武岩纤维复合材料的耐高温性能。本申请提供的制备方法简单,可自动化生产。制备获得的玄武岩纤维复合材料是现有技术中的薄抹灰系统和普通一体化板的良好替代品。相对于保温装饰一体化施工简单,施工工序减少75%,把薄抹灰系统的5-8道工序减少至两道工序,安装简捷、快速,省去了大量施工成本,而且使工期缩短一半,功效提高一倍;相对于普通保温装饰一体化板包括表层、粘接层、保温层和安装层,大多数只能达到B1级阻燃,本申请提供的玄武岩纤维复合材料可自动化生产,抗压、抗拉强度更高,阻燃等级为A级。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,其包括:
将在混合胶液中浸渍后的增强体进行拉挤成型为材料板;在所述材料板的表面涂覆耐高温涂层制得涂层板;
其中,所述增强体是通过将玄武岩纤维无捻连续粗纱、玄武岩纤维布和玄武岩纤维毡在第一分散剂中浸渍后烘干制得。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,所述玄武岩纤维无捻连续粗纱、所述玄武岩纤维布和所述玄武岩纤维毡的质量比为1-10:1-10:1-10。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,所述玄武岩纤维复合材料的制备方法还包括:将所述涂层板进行切割成板框架,向所述板框架的内部填充隔热材料;
优选地,所述隔热材料包括岩棉、发泡水泥、模塑聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、硬泡聚氨酯板,酚醛和泡沫玻璃中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,所述混合胶液的组分按重量份数计包括树脂20-40份、第一固化剂0.5-6份、第一无机填料1-20份和第一溶剂10-30份;
所述涂层的组分按重量份数计包括:耐高温树脂45-70份、第二固化剂0.5-6份、第二无机填料1-20份和第二溶剂10-30份;
优选地,所述涂层的组分按重量份数计还包括:耐高温颜料1-10份;
优选地,所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚脂和聚氨酯中的一种或几种;
优选地,所述耐高温树脂包括聚硅氮烷树脂、酚三嗪树脂、双马来酰亚胺改性酚醛树脂、苯并恶嗪树脂、硼改性酚醛树脂和有机硅树脂中的一种或几种;
优选地,所述耐高温颜料包括为粒径小于1μm的钛白粉、铜铬黑、钴蓝、钛铬棕、铁红和镉绿中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,所述第一固化剂和所述第二固化剂分别是:乙烯基树脂、不饱和树脂和聚硅氮烷树脂选用分别选自过氧化苯甲酰、过氧化酮类、过氧化酰类、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化碳酸酯中的一种或多种;酚三嗪树脂、双马来酰亚胺改性酚醛树脂、苯并恶嗪树脂、硼改性酚醛树脂选用分别选自苯磺酸、苯酚磺酸、对甲苯磺酸、石油磺酸钠和磷酸中的一种或多种;有机硅树脂、环氧树脂和聚氨酯选用分别选自咪唑类、多元胺类、酸酐类、阴离子聚合型叔胺、阳离子聚合型B3F络合物中的一种或多种;
优选地,所述第一无机填料和所述第二无机填料分别选自粒径小于1μm的云母粉、滑石粉、高岭土、硅微粉、石英粉、陶瓷粉和玻璃粉中的一种或几种;
优选地,所述第一溶剂和所述第二溶剂分别选自苯、甲苯、二甲苯、丙酮和异丙醇中的一种或几种;
优选地,所述第一无机填料和所述第二无机填料在使用前先置于第二分散剂中浸渍并烘干;
优选地,所述第一分散剂和所述第二分散剂均为硅烷偶联剂;
6.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,在所述材料板的表面涂覆所述耐高温涂层后还包括进行固化:在温度为150℃-250℃固化箱内以牵引速度为1m/min-3m/min条件下进行固化。
7.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,所述拉挤成型包括在模具温度为150℃-250℃,牵引速度为1m/min-3m/min条件下进行成型。
8.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法,其特征在于,所述涂层的厚度为0.4-3mm。
9.一种玄武岩纤维复合材料,其特征在于,其是采用如权利要求1-8任一项所述的玄武岩纤维复合材料的制备方法制备而成。
10.一种如权利要求9所述的玄武岩纤维复合材料在建筑材料中的应用。
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