CN114538882A - 一种不燃性硅酸盐复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，包括步骤：（1）将内含气体的塑料空心微球、Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3混合制备浸渍溶液；（2）将长度不一的碳纤维段或玻璃纤维段在平面上随机且均匀地分布，并使用粘合剂进行粘合，得到针毡；将针毡浸渍于步骤（1）得到的浸渍溶液中；（3）将步骤（2）中浸渍得到的针毡烘干，使之部分固化，得到预浸料；（4）对一组步骤（3）得到的预浸料进行压制，得到不燃性硅酸盐复合材料的成品。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于造船、汽车工业、铁路工业和建筑领域的硅酸盐复合材料，特别涉及一种基于硅酸钠钾树脂的不燃性硅酸盐复合材料。
背景技术
硅酸盐材料就是一种以多种硅酸盐类材料为组分的材料，有着极为广泛的用途，如可应用于造船、铁路内饰、汽车工业、建筑等领域。
为使得该硅酸盐材料能达到更好的性能指标，本领域的技术人员致力于开发一种新型的硅酸盐复合材料及其制备方法。
发明内容
为实现上述目的，本发明首先提供了一种不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，包括步骤：
（1）将内含气体的塑料空心微球、Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3混合制备浸渍溶液；
（2）将长度不一的碳纤维段或玻璃纤维段在平面上随机且均匀地分布，并使用粘合剂进行粘合，得到针毡；将针毡浸渍于步骤（1）得到的浸渍溶液中；
（3）将步骤（2）中浸渍得到的针毡烘干，使之部分固化，得到预浸料；
（4）对一组步骤（3）得到的预浸料进行压制，得到不燃性硅酸盐复合材料的成品。
进一步地，步骤（1）中，内含气体的塑料空心微球的粒径在10-20μm之间，微球壁厚在1.2-2.0μm之间。
进一步地，步骤（1）中，硅酸钾钠树脂和微球的质量比在10:1-13:1之间。
进一步地，步骤（1）中，硅酸钾钠树脂和Al(OH)3的质量比在10:1。
进一步地，步骤（1）中，Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3的混合比为2:1；浸渍溶液的粘度为450-550mPa/25℃，固体含量为42.5-45.5%，PH值为9-10。
进一步地，步骤（2）中，碳纤维段或者玻璃纤维段长度小于50mm，粘合剂为含乳化剂的乳化液或含粉末的油剂的乳化液，针毡的克重范围在225-600g/m2，玻璃纤维为等级为E 和 C 的玻璃纤维或作为氨基硅烷基油剂的玄武岩玻璃纤维。
进一步地，步骤（2）中，非织造材料在浸渍溶液的浸渍速度最高为2m/min。
进一步地，步骤（3）中，部分固化的预浸料的含水量在于6-8%之间。
进一步地，步骤（3）中，塑料空心微球在烘干过程中受热膨胀，膨胀后塑料空心微球粒径在20-40μm之间，微球壁厚在0.1-1.2μm之间。
进一步地，步骤（3）中，烘干过程包括使得针毡依次在温度为100-110℃和115-120℃条件下进行烘干。
进一步地，步骤（4）中，压制的温度为145-160℃，压力为5-9MPa，压制时间为6-60min。
进一步地，步骤（4）中，不燃性硅酸盐复合材料的成品厚度范围为8mm至50mm，其密度范围为 180kg/m2至 600kg/m3。
本发明还公开了一种用于制造不燃性硅酸盐复合材料的浸渍溶液，所述的浸渍溶液是将内含气体的塑料空心微球、Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3混合制备而得。
进一步地，内含气体的塑料空心微球的粒径在10-20μm之间，微球壁厚在1.2-2.0μm之间。
进一步地，硅酸钾钠树脂和微球的质量比在10:1-13:1之间。
本发明还公开了一种用于制造不燃性硅酸盐复合材料的预浸料，所述的预浸料为将针毡在浸渍溶液中浸渍后烘干使之部分固化而得，其中，针毡为将长度不一的碳纤维段或玻璃纤维段随机且均匀地分布于非织造材料上，并使用粘合剂进行粘合而得。
进一步地，碳纤维段或者玻璃纤维段长度小于50mm，粘合剂为含乳化剂的乳化液或含粉末的油剂的乳化液，针毡的克重范围在225-600g/m2，玻璃纤维为等级为 E 和 C 的玻璃纤维或作为氨基硅烷基油剂的玄武岩玻璃纤维。
进一步地，预浸料的含水量在于6-8%之间。
进一步地，预浸料中的塑料空心微球粒径在20-40μm之间，微球壁厚在0.1-1.2μm之间。
本发明还公开一种不燃性硅酸盐复合材料，所述的不燃性硅酸盐复合材料是对一组预浸料进行压制得到的。
进一步地，所述的不燃性硅酸盐复合材料厚度范围为8mm至50mm，其密度范围为180kg/m2至 600kg/m3。
本发明公开了一种轻质、不燃、高隔音、低导热、环保的硅酸盐复合材料及其制备方法。该复合材料由于其独特的特性组合，可广泛应用于造船、铁路内饰、汽车工业、建筑等领域。应用这种材料可以大大简化其使用的结构。该材料使用寿命长，无需更换即可使用长达 25 年。此外，本发明中描述的硅酸盐复合材料环保，不会向环境中排放有害物质，且依据国际标准 IMO Resolution A653、IMO Resolution A799 和 ISO 1182，该材料属于不燃性材料。以上所述的硅酸盐复合板的所有特性使其成为一种独特的材料，可在广泛的工业中使用，如主要涉及人员的运输和建筑的行业。相比于同类品或者替代品，由于其不燃性、有毒气体零排放、烟雾密度低等特性，可人们在发生火灾时有更多的疏散时间
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例中的硅酸盐复合材料中微球在加热前后膨胀的示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在一个根据本发明的具体实施方式中，不燃性硅酸盐复合材料是通过如下方法制备的：
首先制备浸渍溶液。将内含气体的塑料空心微球、氢氧化铝Al(OH)3、硅酸钠Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和硅酸钾K2SiO3混合以制备浸渍溶液。其中，塑料空心微球内封装有空气，且可在受热时候膨胀。在一个优选实施例中，塑料空心微球的粒径在10-20μm之间，微球壁厚在1.2-2.0μm之间。根据硅酸盐复合材料的要求确定浸渍溶液中硅酸钾钠树脂和微球的质量比，一般在10:1-13:1之间。另外，在以硅酸钠钾树脂为基础的溶液中加入氢氧化铝Al(OH)3，可提高硅酸盐复合材料的防火性能。在本实施例中，硅酸钠钾树脂与氢氧化铝的比例为10:1。本实施例中，Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3的混合比为2:1；得到的浸渍溶液的粘度为450-550mPa/25℃，固体含量为42.5-45.5%，PH值为9-10。
然后制备预浸料。将长度不一的碳纤维段或玻璃纤维段在平面随机且均匀地分布，并使用粘合剂进行粘合，得到针毡；将针毡浸渍于浸渍溶液中得到预浸料。其中碳纤维段或者玻璃纤维段长度小于50mm，粘合剂为含乳化剂的乳化液或含粉末的油剂的乳化液，针毡的克重范围在225-600g/m2，这取决于孔洞之间空气的空隙数量，以及在浸渍溶液中不同的断裂载荷的要求（高达 500 N)。玻璃纤维为等级为 E 和 C 的玻璃纤维或作为氨基硅烷基油剂的玄武岩玻璃纤维。非织造材料在浸渍溶液的浸渍速度最高为2m/min。随后将预浸料在干燥箱中烘干，使其部分固化，烘干后的预浸料含水量在于6-8%之间。烘干时，依次将预浸料在温度为100-110℃和115-120℃条件下进行烘干。如图1所示，其在烘干过程中，塑料空心微球在烘干过程中受热膨胀，膨胀后塑料空心微球粒径在20-40μm之间，微球壁厚在0.1-1.2μm之间。塑料空心微球的膨胀能显著降低硅酸盐复合材料的密度，减少生产硅酸盐复合板所需的原材料消耗。
最后将一组预浸料进行压制，得到不燃性硅酸盐复合材料的成品。其中，不同组合的预浸料的压制是根据硅酸盐复合材料在厚度、密度和力学特性方面的要求来决定的。一般而言，压制的温度区间在于 145-160℃，压力位于5-9Mpa之间，压制时间位于 6-60 分钟之间。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (21)
1.一种不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）将内含气体的塑料空心微球、Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3混合制备浸渍溶液；
（2）将长度不一的碳纤维段或玻璃纤维段在平面上随机且均匀地分布，并使用粘合剂进行粘合而得针毡；将针毡浸渍于步骤（1）得到的浸渍溶液中；
（3）将步骤（2）中浸渍得到的针毡烘干，使之部分固化，得到预浸料；
（4）对一组步骤（3）得到的预浸料进行压制，得到不燃性硅酸盐复合材料的成品。
2.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，内含气体的塑料空心微球的粒径在10-20μm之间，微球壁厚在1.2-2.0μm之间。
3.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，硅酸钾钠树脂和微球的质量比在10:1-13:1之间。
4.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，硅酸钾钠树脂和Al(OH)3的质量比在10:1。
5.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3的混合比为2:1；浸渍溶液的粘度为450-550mPa/25℃，固体含量为42.5-45.5%，PH值为9-10。
6.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（2）中，碳纤维段或者玻璃纤维段长度小于50mm，粘合剂为含乳化剂的乳化液或含粉末的油剂的乳化液，针毡的克重范围在225-600g/m2，玻璃纤维为等级为 E 和 C 的玻璃纤维或作为氨基硅烷基油剂的玄武岩玻璃纤维。
7.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（2）中，非织造材料在浸渍溶液的浸渍速度最高为2m/min。
8.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（3）中，部分固化的预浸料的含水量在于6-8%之间。
9.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（3）中，塑料空心微球在烘干过程中受热膨胀，膨胀后塑料空心微球粒径在20-40μm之间，微球壁厚在0.1-1.2μm之间。
10.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（3）中，烘干过程包括使得针毡依次在温度为100-110℃和115-120℃条件下进行烘干。
11.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（4）中，压制的温度为145-160℃，压力为5-9MPa，压制时间为6-60min。
12.如权利要求1所述的不燃性硅酸盐复合材料的制备方法，其中，步骤（4）中，不燃性硅酸盐复合材料的成品厚度范围为8mm至50mm，其密度范围为 180kg/m2至600kg/m3。
13.一种用于制造不燃性硅酸盐复合材料的浸渍溶液，其特征在于，所述的浸渍溶液是将内含气体的塑料空心微球、Al(OH)3、Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x•(SiO2)y和K2SiO3混合制备而得。
14.如权利要求13所述的用于制造不燃性硅酸盐复合材料的浸渍溶液，其中，内含气体的塑料空心微球的粒径在10-20μm之间，微球壁厚在1.2-2.0μm之间。
15.如权利要求13所述的用于制造不燃性硅酸盐复合材料的浸渍溶液，其中，硅酸钾钠树脂和微球的质量比在10:1-13:1之间。
16.一种用于制造不燃性硅酸盐复合材料的预浸料，其特征在于，所述的预浸料为将针毡在如权利要求13-15中任意一项中的浸渍溶液中浸渍后烘干使之部分固化而得，其中，针毡为将长度不一的碳纤维段或玻璃纤维段随机且均匀地分布于非织造材料上，并使用粘合剂进行粘合而得。
17.如权利要求16所述的用于制造不燃性硅酸盐复合材料的预浸料，其中，碳纤维段或者玻璃纤维段长度小于50mm，粘合剂为含乳化剂的乳化液或含粉末的油剂的乳化液，针毡的克重范围在225-600g/m2，玻璃纤维为等级为 E 和 C 的玻璃纤维或作为氨基硅烷基油剂的玄武岩玻璃纤维。
18.如权利要求16所述的用于制造不燃性硅酸盐复合材料的预浸料，其中，预浸料的含水量在于6-8%之间。
19.如权利要求16所述的用于制造不燃性硅酸盐复合材料的预浸料，其中，预浸料中的塑料空心微球粒径在20-40μm之间，微球壁厚在0.1-1.2μm之间。
20.一种不燃性硅酸盐复合材料，其特征在于，所述的不燃性硅酸盐复合材料是对一组如权利要求16中的预浸料进行压制得到的。
21.如权利要求20所述的不燃性硅酸盐复合材料，其中，所述的不燃性硅酸盐复合材料厚度范围为8mm至50mm，其密度范围为 180kg/m2至 600kg/m3。
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