CN113045263B - 一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料及其制备方法，主要由以下成分制成：水泥900‑1100份，去离子水500‑600份，空心玻璃微珠2‑10份，磁性铁粉0‑5份，过氧化氢50‑100份，速凝剂5‑20份，稳泡剂0‑10份，减水剂0‑10份，碳纤维0‑8份，聚丙烯纤维0‑20份。本申请吸波材料具有容重低，密度和孔径可调节，吸波效能高，有效吸收带宽大，造价低廉，防火不燃等优点。

Description

一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料领域，特别涉及一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种能够有效地吸收或衰减电磁波，并将电磁波的能量通过材料内部的一些相互作用机制转化成其他形式能量的一种功能材料。常用的吸波材料有介电损耗型、磁损耗型、电阻损耗型，现有的非建筑吸波材料通常难以满足在建筑全寿命周期的要求，仅在特定的频带具有良好的吸波性能且成本相对较高，因此开发建筑吸波材料具有重要研究与现实意义。其中现有建筑吸波材料主要是在密实无机胶凝材料中混掺入一些吸波填料，以实现增强吸波效率的目标。然而，现有建筑吸波材料具有密度大，成本高，有效带宽窄，功能单一等缺点。
发明内容
针对传统建筑吸波材料的密度大，吸收带宽窄，造价高等问题，一方面，本申请提供一种吸波材料，该吸波材料具有容重低，密度和孔径可调节，吸波效能高，有效吸收带宽大，造价低廉，防火不燃等优点。
技术方案是：一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料，主要由以下成分制成：
水泥900-1100份；
去离子水500-600份；
空心玻璃微珠2-10份；
磁性铁粉0-5份；
过氧化氢50-100份；
速凝剂5-20份；
稳泡剂0-10份；
减水剂0-10份；
碳纤维0-8份；以及
聚丙烯纤维0-20份；
所述份为重量份。
可选地，所述水泥为硅酸盐水泥。
可选地，所述速凝剂为硫酸铝类液体速凝剂，稳泡剂为硬脂酸类稳泡剂，减水剂为萘系减水剂。
可选地，所述水泥900-1100份，去离子水500-600份，空心玻璃微珠2-10份，磁性铁粉0-5份，过氧化氢50-100份，速凝剂5-20份，稳泡剂0-10份，减水剂0-10份，碳纤维0-8份，聚丙烯纤维0-20份。
可选地，所述水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠5份，磁性铁粉3份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂4份，萘系减水剂1份，碳纤维1份；或
水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠5份，磁性铁粉3份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂4份，萘系减水剂1份，碳纤维1.5份；或
水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠6份，磁性铁粉4份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂8份，萘系减水剂4份，碳纤维1份，聚丙烯纤维8份；或
水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠6份，磁性铁粉4份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂8份，萘系减水剂4份，碳纤维3份，聚丙烯纤维5份。
可选地，所述碳纤维长度为6-10mm；聚丙烯纤维长度为5-20mm；空心玻璃微珠80-90μm；磁性铁粉490-500μm。
另一方面，本申请还提供一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料的制备方法。
技术方案是：一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥中，再加入稳泡剂和减水剂，拌和均匀获得混合物；
(2)将(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入去离子水和速凝剂，再加入过氧化氢，得到泡沫水泥基浆体；
(3)将(2)制备的泡沫水泥基浆体倒入模具中养护，得混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料。
可选地，所述(1)中，还将聚丙烯纤维分散在水泥中。
再一方面，本申请还提供一种建筑材料。
技术方案是：一种建筑材料，该建筑材料采用上述的混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料。
可选地，所述混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料在2-18GHz范围内的电磁波反射率低于-10dB的有效带宽，最宽可达12.48GHz，最大吸收峰可达到-26.90dB。
发明历程、原理及有益效果：
本申请发明人发现：提高吸波材料的吸收性能的关键在于阻抗匹配和电磁衰减能力，其中阻抗匹配良好是确保电磁波成功进入材料内部，而不是在材料表面反射的首要因素；与此同时，高电磁衰减能力保证了传入的电磁波能够被有效衰减。但是，损耗和阻抗匹配彼此矛盾，过高的损耗会导致阻抗不匹配，并导致吸收性能下降，因此，需要平衡阻抗匹配和衰减能力。随着建筑吸波材料的不断发展，对建筑吸波材料复合化、智能化、宽频化提出了新的要求，新型建筑吸波材料不仅要求材料本身具有质量轻，吸收能力强，吸收范围广的特性，而且还要具有热稳定性和抗氧化能力强的特点。针对此，我们制备出了一种新型普通硅酸盐水泥基泡沫吸波材料，具有宽频带、高效吸收、成本低廉、防火不燃、耐久性好等优点。
本申请吸波材料具有容重低，密度和孔径可调节，吸波效能高，有效吸收带宽大，造价低廉，防火不燃等优点。
本申请通过控制普通硅酸盐水泥基泡沫材料密度、孔隙直径、纤维加量和配比获得吸波效能高、吸波频带宽、成本低廉的建筑吸波材料，形成材料制备工艺及配方。
本申请制备的吸波材料的密度在300kg/cm3以下，表明了其质量较轻，同时，本申请的原材料为水泥，纤维和过氧化氢，因此其制造成本低；更重要的是，本申请吸波材料在2-18GHz范围内的电磁波反射率低于-10dB的有效带宽最宽可达12.48GHz，最大吸收峰可达到-26.90dB，满足民用建筑物电磁防护的技术要求。
附图说明
图1为本申请实施例1-4吸波材料吸波性能图；
图2-5为本申请实施例1-4制成的不同孔径的吸波材料放大图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请作进一步说明。
一种普通硅酸盐水泥基泡沫吸波材料制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维、聚丙烯纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥材料中，再加入一定量的稳泡剂和减水剂，拌和均匀获得混合物。
(2)将步骤(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入一定量的去离子水和速凝剂，先低速搅拌至均匀的浆体；称取一定量的过氧化氢，加入并高速搅拌10秒，得到泡沫水泥基浆体。
(3)将步骤(2)制备的泡沫水泥基浆体导入模具中，静置发泡30分钟，随后自然养护24小时后硬化拆模，标准养护28天。
实施例1
本实施例中按各原料重量份数计如下：水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠5份，磁性铁粉3份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂4份，萘系减水剂1份，碳纤维1份。
具体步骤如下：
(1)将碳纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥(硅酸盐水泥基体)中，再加入硬脂酸类稳泡剂和萘系减水剂，拌和均匀获得混合物。
(2)将步骤(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入去离子水和硫酸铝类液体速凝剂，先低速搅拌1min至均匀的浆体；再加入过氧化氢，并高速搅拌10s，得到泡沫水泥基浆体。
(3)将步骤(2)制备的泡沫水泥基浆体倒入大小为180mm×180mm的模具中，自然养护24h后硬化拆模，标准养护28d。
(4)到达龄期后，将试样切成180mm×180mm×20mm的标准测试试样，并用防爆干燥箱60℃烘干至恒重。
应用弓形法测试了本实施例制备的掺入碳纤维的泡沫水泥基吸波材料在2-18GHz范围内的吸波性能，吸波性能图见图1，从图1中可以看出，最佳反射率值为-18.60dB，反射率小于-10dB的有效频带宽度为11.28GHz。
实施例2：
本实施例中按各原料重量份数计如下：水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠5份，磁性铁粉3份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂4份，萘系减水剂1份，碳纤维1.5份。
具体步骤如下：
(1)将碳纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥(硅酸盐水泥基体)中，再加入硬脂酸类稳泡剂和萘系减水剂，拌和均匀获得混合物。
(2)将步骤(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入去离子水和硫酸铝类液体速凝剂，先低速搅拌1min至均匀的浆体；再加入过氧化氢，并高速搅拌10s，得到泡沫水泥基浆体。
(3)将步骤(2)制备的泡沫水泥基浆体倒入大小为180mm×180mm的模具中，自然养护24h后硬化拆模，标准养护28d。
(4)到达龄期后，将试样切成180mm×180mm×20mm的标准测试试样，并用防爆干燥箱60℃烘干至恒重。
应用弓形法测试了本实施例制备的掺入碳纤维的泡沫水泥基吸波材料在2-18GHz范围内的吸波性能，吸波性能图见图1，从图1中可以看出，最佳反射率值为-26.90dB，反射率小于-10dB的有效频带宽度为10.40GHz。
实施例3：
本实施例中按各原料重量份数计如下：水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠6份，磁性铁粉4份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂8份，萘系减水剂4份，碳纤维1份，聚丙烯纤维8份。
具体步骤如下：
(1)将碳纤维、聚丙烯纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥(硅酸盐水泥基体)中，再加入硬脂酸类稳泡剂和萘系减水剂，拌和均匀获得混合物。
(2)将步骤(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入去离子水和硫酸铝类液体速凝剂，先低速搅拌1min至均匀的浆体；再加入过氧化氢，并高速搅拌10s，得到泡沫水泥基浆体。
(3)将步骤(2)制备的泡沫水泥基浆体倒入大小为180mm×180mm的模具中，自然养护24h后硬化拆模，标准养护28d。
(4)到达龄期后，将试样切成180mm×180mm×20mm的标准测试试样，并用防爆干燥箱60℃烘干至恒重。
应用弓形法测试了本实施例制备的掺入碳纤维的泡沫水泥基吸波材料在2-18GHz范围内的吸波性能，吸波性能图见图1，从图1中可以看出，最佳反射率值为-26.40dB，反射率小于-10dB的有效频带宽度为10.30GHz。
实施例4：
本实施例中按各原料重量份数计如下：水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠6份，磁性铁粉4份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂8份，萘系减水剂4份，碳纤维3份，聚丙烯纤维5份。
具体步骤如下：
(1)将碳纤维、聚丙烯纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥(硅酸盐水泥基体)中，再加入硬脂酸类稳泡剂和萘系减水剂，拌和均匀获得混合物。
(2)将步骤(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入去离子水和硫酸铝类液体速凝剂，先低速搅拌1min至均匀的浆体；再加入过氧化氢，并高速搅拌10s，得到泡沫水泥基浆体。
(3)将步骤(2)制备的泡沫水泥基浆体倒入大小为180mm×180mm的模具中，自然养护24h后硬化拆模，标准养护28d。
(4)到达龄期后，将试样切成180mm×180mm×20mm的标准测试试样，并用防爆干燥箱60℃烘干至恒重。
应用弓形法测试了本实施例制备的掺入碳纤维的泡沫水泥基吸波材料在2-18GHz范围内的吸波性能，吸波性能图见图1，从图1中可以看出，最佳反射率值为-13.10dB，反射率小于-10dB的有效频带宽度为12.48GHz。
实施例1-4中，碳纤维长度为6-10mm；聚丙烯纤维长度为5-20mm；空心玻璃微珠80-90μm；磁性铁粉490-500μm。
实施例1-4中，制备出的吸波材料的密度和孔径均可以调节，不同孔径的图如图2-5，其中，图2孔径为2.5mm，图3孔径为3mm，图4孔径为4mm，图5孔径为5mm。
将实施例1-4的吸波材料进行机械性能检测：厚度为20mm，密度为250-400kg/cm3，孔径为0.5-6.0mm。
本申请中，如无特别说明，均为现有技术。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料，主要由以下成分制成：
水泥1000份，去离子水550份，空心玻璃微珠6份，磁性铁粉4份，过氧化氢80份，硫酸铝类液体速凝剂12份，硬脂酸类稳泡剂8份，萘系减水剂4份，碳纤维3份，聚丙烯纤维5份。
2.根据权利要求1所述的混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料，其特征在于：所述速凝剂为硫酸铝类液体速凝剂，稳泡剂为硬脂酸类稳泡剂，减水剂为萘系减水剂。
4.根据权利要求1-3任一所述的混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料，其特征在于：所述碳纤维长度为6-10mm；聚丙烯纤维长度为5-20mm；磁性铁粉490-500μm。
5.一种权利要求1-4任一混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维、空心玻璃微珠、磁性铁粉分散在水泥中，再加入稳泡剂和减水剂，拌和均匀获得混合物；
(2)将(1)制备的混合物置于搅拌器中，加入去离子水和速凝剂，再加入过氧化氢，得到泡沫水泥基浆体；
(3)将(2)制备的泡沫水泥基浆体倒入模具中养护，得混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料。
6.根据权利要求5所述的混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料的制备方法，其特征在于：所述(1)中，还将聚丙烯纤维分散在水泥中。
7.一种建筑材料，该建筑材料采用权利要求1-4任一所述的混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料。
8.根据权利要求7所述的建筑材料，其特征在于：所述混杂纤维水泥基泡沫复合吸波材料在2-18GHz范围内的电磁波反射率低于-10dB的有效带宽，最宽可达12.48GHz，最大吸收峰可达到-26.90dB。
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