CN114736025A - 一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，属于材料化工技术领域。本发明将回收的碳纤维经切割得到短切碳纤维；将水泥和钢纤维耐火浇注料混合得到混合料，然后加入混合料总质量0.05～0.25％的短切碳纤维进一步混合，再加入混合料总质量1/9的水进行搅拌，得到耐火浇注料泥浆；将耐火浇注料泥浆倒入模具中进行养护处理，再经干燥得到耐火浇注料。本发明利用回收碳纤维以不同比例与耐火浇注料混合，碳纤维凭借其表面含氧官能团多、比表面积大等特质提高了其在耐火材料中的分散性和与基体的结合性，在不影响耐火浇注料流动性的同时，显著增强了耐火浇注料的强度，实现了回收碳纤维的再利用。
Description
技术领域
本发明涉及材料化工技术领域，特别是涉及一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法。
背景技术
碳纤维是含碳量在95％以上的高强度、高模量的新型纤维材料，具有很多的优良性能：强度高，其抗拉强度是钢材的10倍以上；质量轻，其质量比铝还要轻；加工性能好，其外柔内刚，像布一样柔软易加工；耐腐蚀，其模拟自然加速老化试验使用年限达30年；密度小、导电性能好，热膨胀系数小等优点。
碳纤维复合材料在实际生活中应用广泛：(1)航空航天领域：航空发动机、卫星、航空飞行器、导弹导流罩、运载火箭导流罩、精密支撑结构件、光学镜体等。高性能碳纤维因具有质量轻、高比强度、高比刚度等特性，在机身轻量化研究中占有绝对的优势地位；(2)汽车领域：碳纤维增强复合材料是很理想的汽车覆盖件用非金属材料，它的高强度可以保证汽车防撞性的同时，减轻车身重量，具有耐腐蚀、耐高温、耐摩擦的特性，其集成度性可使零部件制造过程中减少零部件数量。高效抗震吸收冲击性能提高汽车安全性；(3)体育休闲领域：碳纤维高尔夫球杆、鱼竿、竞赛自行车、网球拍等；(4)风能发电与叶片材料。
碳纤维在混凝土中的应用前景主要包括以下几个方面：由于碳纤维具有极大的抗拉强度，可掺入到混凝土中改善混凝土的性能，在混凝土结构中可以代替钢筋进行工作，可以在承载力很高的构件中采用碳纤维混凝土结构，提高构件的承载力和受力性能。(1)用于高速公路、闸门等耐磨场所：由于碳纤维混凝土耐磨性很好，高速公路路面受到汽车轮胎的磨损，如果采用碳纤维混凝土将会大大提高路面的使用寿命；(2)用于超高层或大跨度梁中，碳纤维筋混凝土抗弯承载力很大，可以用于大承载力或大跨度梁中，同时还可以减轻桥梁的自重；(3)用于智能结构中：碳纤维混凝土具有导电性，利用碳纤维混凝土的电热效应、电力效应可对结构进行温度自调节，控制建筑物内部温度，用于路面除冰等；且具有电磁屏蔽功能，可防止电磁泄露造成的危害；(4)用于混凝土结构的加固：将碳纤维布粘贴于混凝土受拉区表面代替钢筋，可以提高构件的承载力，起到对混凝土构件的加固作用，目前已得到广泛的应用。
但不可忽视的是，随着碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在汽车制造、航空航天、风电等多个工业领域内的规模化应用，产能扩大、产品使用期限、零部件更新换代等导致大量CFRP报废或废弃物料产生。其中，不同形态、类别、产生阶段、来源的CFRP废料传统处理方法是填埋或燃烧，造成了极大的生态隐患和环保危机。为推动绿色生产、提高环境友好性，并实现复合材料的循环利用，研究一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对现有回收碳纤维再利用的问题，提供一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法。从碳纤维复合材料废料中通过一定技术手段回收得到了碳纤维，其形态上都是去浆、杂乱分布的蓬松碳纤维。本发明采用微波焙烧法回收碳纤维，再采用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，回收碳纤维凭借其表面含氧官能团更多、比表面积大等特质提高了其在耐火材料中的分散性，显著增强了耐火材料的强度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明目的之一是提供一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，包括如下步骤：
(1)将抽油杆进行微波加热，得到碳纤维(去浆、杂乱分布)，再经切割得到短切碳纤维；
(2)将水泥和钢纤维耐火浇注料混合得到混合料，然后加入混合料总质量0.05～0.25％的短切碳纤维进一步在搅拌机中混合，再加入混合料总质量1/9的水进行搅拌，得到耐火浇注料泥浆；
(3)将耐火浇注料泥浆倒入模具中进行养护处理，再经干燥得到耐火浇注料。
进一步地，步骤(1)所述短切碳纤维的切割长度为5～10mm，直径范围为5～7μm。
进一步地，步骤(2)所述水泥的添加量为水泥和钢纤维耐火浇注料总质量的15％。
进一步地，步骤(2)所述短切碳纤维占混合料总质量的0.20～0.25％。
进一步地，步骤(2)所述搅拌的时间为5～10min。
进一步地，在养护处理前，将步骤(2)得到的耐火浇注料泥浆利用跳桌法测定其流动值，流动值为180～230mm时判断为满足施工要求。
进一步地，步骤(3)所述养护处理的具体步骤为：将模具置于相对湿度不小于90％、室温温度的养护箱中，养护24h后脱模，再在相同条件下养护24h。
进一步地，步骤(3)所述干燥为置于105～115℃的干燥箱中干燥16～20h。
本发明目的之二是提供一种所述的利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法制备得到的耐火浇注料。
本发明的有益效果：
本发明回收得到的碳纤维，其形态上都是去浆、杂乱分布的蓬松碳纤维，可直接加入耐火浇注料，大大节约成本，更好地实现碳纤维回收再利用。本发明回收的碳纤维与高成本的碳纤维不同，回收的碳纤维由于其粗糙的表面获得了更好的机械性能，能够更好地与周围的浇注料基体进行粘结。另外，回收的碳纤维亲水性更高，使得其在浇注料中的分散性更好，使得浇注料具有优异的常温耐压及抗折强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为碳纤维添加量为混合料总质量0.25％时的扫描电镜图；
图2为不同碳纤维添加量下的常温抗折与常温耐压强度测试图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
(1)将抽油杆在微波加热条件下，回收得到去浆、杂乱分布的蓬松碳纤维，再切割成5mm的长度，直径为5～7μm，得到短切碳纤维。
(2)将291.4g水泥和1651.4g钢纤维耐火浇注料进行混合，然后将步骤(1)中所得到的短切碳纤维称取0.9714g与其共同放入搅拌机中进行充分混合，最后称取215.87g的水倒入搅拌机中并继续搅拌10min，得到耐火浇注料泥浆。
(3)将步骤(2)中所得到的耐火浇注料泥浆利用跳桌法测定其流动值为229mm，满足施工要求。
(4)将步骤(3)中所得的满足流动性要求的耐火浇注料泥浆倒入标准模具中，带模置于相对湿度不小于90％、室温温度的养护箱中，养护24h后脱模，再在相同条件下养护24h。
(5)将步骤(4)中养护后的耐火浇注料放入105℃的干燥箱中干燥16h得到成品耐火浇注料。
实施例2
(1)将抽油杆在微波加热条件下，回收得到去浆、杂乱分布的蓬松碳纤维，再切割成7mm的长度，直径为5～7μm，得到短切碳纤维。
(2)将342.54g水泥和1941.04g钢纤维耐火浇注料进行混合，然后将步骤(1)中所得到的短切碳纤维称取3.425g与其共同放入搅拌机中进行充分混合，最后称取253.73g的水倒入搅拌机中并继续搅拌10min，得到耐火浇注料泥浆；
(3)将步骤(2)中所得到的耐火浇注料泥浆利用跳桌法测定其流动值为223mm，满足施工要求。
(4)将步骤(3)中所得的满足流动性要求的耐火浇注料泥浆倒入标准模具中，带模置于相对湿度不小于90％、室温温度的养护箱中，养护24h后脱模，再在相同条件下养护24h。
(5)将步骤(4)中养护后的耐火浇注料放入110℃的干燥箱中干燥17h得到成品耐火浇注料。
实施例3
(1)将抽油杆在微波加热条件下，回收得到去浆、杂乱分布的蓬松碳纤维，再切割成8mm的长度，直径为5～7μm，得到短切碳纤维。
(2)将292.4g水泥和1656.9g钢纤维耐火浇注料进行混合，然后将步骤(1)中所得到的短切碳纤维称取3.898g与其共同放入搅拌机中进行充分混合，最后称取216.6g的水倒入搅拌机中并继续搅拌10min，得到耐火浇注料泥浆。
(3)将步骤(2)中所得到的耐火浇注料泥浆利用跳桌法测定其流动值为221mm，满足施工要求。
(4)将步骤(3)中所得的耐火浇注料泥浆倒入标准模具中，带模置于相对湿度不小于90％、室温温度的养护箱中，养护24h后脱模，再在相同条件下养护24h。
(5)将步骤(4)中养护后的耐火浇注料放入105℃的干燥箱中干燥16h得到成品耐火浇注料。
实施例4
(1)将抽油杆在微波加热条件下，回收得到去浆、杂乱分布的蓬松碳纤维，再切割成10mm的长度，直径为5～7μm，得到短切碳纤维。
(2)将296.2g水泥和1678.5g钢纤维耐火浇注料进行混合，然后将步骤(1)中所得到的短切碳纤维称取4.94g与其共同放入搅拌机中进行充分混合，最后称取219.4g的水倒入搅拌机中并继续搅拌10min，得到耐火浇注料泥浆。
(3)将步骤(2)中所得到的耐火浇注料泥浆利用跳桌法测定其流动值为217mm，满足施工要求。
(4)将步骤(3)中所得的耐火浇注料泥浆倒入标准模具中，带模置于相对湿度不小于90％、室温温度的养护箱中，养护24h后脱模，再在相同条件下养护24h。
(5)将步骤(4)中养护后的耐火浇注料放入110℃的干燥箱中干燥18h得到成品耐火浇注料，其扫描电镜图见图1，由图1可以看出，碳纤维在耐火浇注料中无明显团聚现象，分散较为均匀，结合度较高。
对比例1
同实施例1，区别在于，不添加碳纤维。
将各实施例和对比例的耐火浇注料进行常温抗折强度测试(GB/T3001-2017耐火材料常温抗折强度试验方法)和常温耐压强度测试(GB/T5072-2008耐火材料常温耐压强度试验方法)，结果见图2。由图2可以看出，当不添加碳纤维时，耐火浇注料的常温抗折强度为8.0Mpa，常温耐压强度为69.05Mpa；当加入质量分数0.05％的短切碳纤维时，耐火浇注料的常温抗折强度为8.1Mpa，常温耐压强度为71.05Mpa；当加入质量分数0.1％的短切碳纤维时，耐火浇注料的常温抗折强度为8.13Mpa，常温耐压强度为73.62Mpa；当加入质量分数0.15％的短切碳纤维时，耐火浇注料的常温抗折强度为8.9Mpa，常温耐压强度为74.91Mpa；当加入质量分数0.2％的短切碳纤维时，耐火浇注料的常温抗折强度为10.9Mpa，常温耐压强度为75.8Mpa；当加入质量分数0.25％的短切碳纤维时，耐火浇注料的常温抗折强度为11.3Mpa，常温耐压强度为79.4Mpa。可以看出，随着碳纤维添加量的增多，耐火材料的常温抗折强度及常温耐压强度也在随之增强。在综合情况考虑下，当加入质量分数0.25％的短切碳纤维时，为最佳条件，即耐火浇注料的常温抗折强度为11.3Mpa，常温耐压强度为79.4Mpa。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将回收的碳纤维经切割得到短切碳纤维；
(2)将水泥和钢纤维耐火浇注料混合得到混合料，然后加入混合料总质量0.05～0.25％的短切碳纤维进一步混合，再加入混合料总质量1/9的水进行搅拌，得到耐火浇注料泥浆；
(3)将耐火浇注料泥浆倒入模具中进行养护处理，再经干燥得到耐火浇注料。
2.根据权利要求1所述的一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，步骤(1)所述短切碳纤维的切割长度为5～10mm，直径范围为5～7μm。
3.根据权利要求1所述的一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，步骤(2)所述水泥的添加量为水泥和钢纤维耐火浇注料总质量的15％。
4.根据权利要求1所述的一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，步骤(2)所述短切碳纤维占混合料总质量的0.20～0.25％。
5.根据权利要求1所述的一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌的时间为5～10min。
6.根据权利要求1所述的一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，步骤(3)所述养护处理的具体步骤为：将模具置于相对湿度不小于90％、室温温度的养护箱中，养护24h后脱模，再在相同条件下养护24h。
7.根据权利要求1所述的一种利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥为置于105～115℃的干燥箱中干燥16～20h。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的利用回收碳纤维提高耐火浇注料强度的方法制备得到的耐火浇注料。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115340370A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-15 | 江苏锦耐新材料科技有限公司 | 基于用后耐火材料的高铝质自流浇注料及其制备方法 |
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| CN106673683A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-17 | 武汉科技大学 | 铁水脱硫喷枪用纤维复合增韧耐火浇注料及其制备方法 |
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-
2022
- 2022-03-18 CN CN202210272967.XA patent/CN114736025A/zh active Pending
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