CN115746430B - 一种复合板芯板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合板芯板，按质量份计，其包括6～10份纳米纤维素、35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、1～3份碳纳米管、6～10份云母粉、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石。本发明提供的复合板芯板的静曲强度、弹性模量、抗拉强度和抗压强度性能均表现优异。
Description
技术领域
本发明涉及复合板领域，具体而言，涉及一种复合板芯板及其制备方法。
背景技术
复合板一般分为：金属复合板，木材复合板，彩钢复合板，岩棉复合板等等。复合板具有不同功能的不同材料分层构成的板。例如屋面用的混凝土、泡沫隔热层及表面防水层的三合一板。夹芯板也是复合板的一种。
随着我国城镇化进程的加快，各地兴起了各种建筑工程，建筑业又成为热门行业。夹芯板主要应用于板材中的墙板、屋面板、天花板等建筑维护结构领域，目前普遍使用的芯材一般为岩棉板、XPS板、矿渣棉板以及玻璃纤维板等，其中岩棉板主要是以玄武岩为材料，经过高温融熔加工成的人工无机纤维，质量轻，但并不具备安全性、强度低且不环保；XPS板是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚含物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板，这种结构的XPS板具有极低的吸水性，但强度不够高、防火性能差；矿渣棉板采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维，防火性能差、强度低且安全性能低；玻璃纤维板，一般用于软包基层，外面再包布艺、皮革等，做成美观的墙面、吊顶装饰，应用比较广泛，但仍然存在一些不足，不具备安全性、强度低且不环保等缺点，这些芯材普遍存在强度低和不够环保的缺点，难以满足人们的使用需求。
CN107244942A公开了一种高强度的环保复合板芯材及其制备方法，由以下原料按照重量份组成：水性环氧树脂10-16份、多孔石墨烯6-12份、纳米碳酸钙粉末2-5份、水性聚氨酯5-10份、分散剂0.4-1.2份、偶联剂1.5-4份、减水剂0.1-0.6份、发泡剂0.5-1.5份和建筑废弃物30-45份；其利用了建筑废弃物达到了资源再利用的要求，但是其原料过多且制备方法较复杂，增加了一定的成本。
CN109594429A公开了一种复合板芯板，以复合板芯板总质量为100％计，所述复合板芯板由40-60wt％的纤维素类物质和40-60wt％填料组成；其中，所述纤维素类物质为纳米纤维素；所述纤维素类物质为质量比为1:(1-5)的A组分与B组分的组合，其中A组分为直径范围在4-50nm且D90≤30nm，长径比为200-400的纳米纤维素，B组分为直径范围在10-280nm且D10≥100nm，长径比为50-200的纳米纤维素；所述填料选自石墨烯材料、高岭土、木粉、秸秆粉、锯末、木糖渣、糠醛渣、蔗糖渣、碳酸钙、滑石粉、硅藻土、膨润土或蒙脱土中的任意一种或至少两种的组合。其只包括纤维素类物质和填料，配制极为简单，操作方便，但是该芯板的抗拉强度和抗压强度不够，从而影响其使用范围。
综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在复合板芯板的制备过程复杂，复合板芯板的抗拉强度和抗压强度低的问题，因此，需要开发或者改进一种复合板芯板及其制备方法。
发明内容
基于此，为了解决复合板芯板的制备过程复杂，复合板芯板的抗拉强度和抗压强度低的问题，本发明提供了一种复合板芯板及其制备方法，具体技术方案如下：
一种复合板芯板，按质量份计，其包括6～10份纳米纤维素、35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、1～3份碳纳米管、6～10份云母粉、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石。
进一步地，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。
进一步地，所述单壁碳纳米管的直径为0.6～2nm；
所述多壁碳纳米管的直径为8～15nm。
进一步地，所述纳米纤维素的直径为5～9nm。
进一步地，所述云母粉的粒度为2～5μm。
进一步地，所述伊利石的粒径为0.2～0.8μm。
进一步地，所述海泡石的粒度为1～3mm。
本技术方案还提供了一种复合板芯板的制备方法，其包括以下步骤：
按质量份计，将35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石混合，进行第一阶段搅拌，然后加入6～10份纳米纤维素、1～3份碳纳米管和6～10份云母粉，继续进行第二阶段搅拌，得到芯板混合料；
将所述芯板混合料进行模压成型，干燥，得到所述复合板芯板。
进一步地，所述第一阶段搅拌的转速为1130～1230r/min，所述第一阶段搅拌的时间为35～42min；
所述第二阶段搅拌的转速为1650～1750r/min，所述第二阶段搅拌的时间为23～28min。
进一步地，所述模压成型的压力为5～9MPa；
所述干燥的温度为50～60℃，所述干燥的时间为48～53h。
上述技术方案提供的复合板芯板，由于同时采用了特定比例的乙烯基树脂、特定比例的聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂与特定尺寸大小及比例的伊利石、海泡石和碳纳米管，其静曲强度、弹性模量、抗拉强度和抗压强度性能均表现优异。其中，海泡石由于其特殊的单元层孔洞，它的三维立体键结构和Si-O-Si键使其具有连续的硅氧四面体层，这能够影响聚二甲基硅氧烷中的硅氧原子，进一步影响本发明的复合板芯板的空间排布，从而改善所得复合板芯板的抗拉强度和抗压强度。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种复合板芯板，按质量份计，其包括6～10份纳米纤维素、35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、1～3份碳纳米管、6～10份云母粉、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石。优选地，按质量份计，所述复合板芯板包括7～10份纳米纤维素、36～41份乙烯基树脂、26～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、2～3份碳纳米管、7～10份云母粉、7～10份伊利石、4～5份乙二醇二甲醚和4～6份海泡石。进一步优选地，按质量份计，所述复合板芯板包括7～9份纳米纤维素、36～40份乙烯基树脂、26～29份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、2份碳纳米管、7～9份云母粉、7～9份伊利石、4份乙二醇二甲醚和4～5份海泡石。
在其中一个实施例中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。优选地，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。优选地，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的质量比为1：1。
在其中一个实施例中，所述单壁碳纳米管的直径为0.6～2nm；
所述多壁碳纳米管的直径为8～15nm。
优选地，所述单壁碳纳米管的直径为0.8～1.8nm；
所述多壁碳纳米管的直径为9～13nm。
进一步优选地，所述单壁碳纳米管的直径为1～1.5nm；
所述多壁碳纳米管的直径为10～12nm。
在其中一个实施例中，所述纳米纤维素的直径为5～9nm。优选地，所述纳米纤维素的直径为6～9nm。进一步优选地，所述纳米纤维素的直径为6～8nm。
在其中一个实施例中，所述云母粉的粒度为2～5μm。优选地，所述云母粉的粒度为3～5μm。进一步优选地，所述云母粉的粒度为3～4μm。
在其中一个实施例中，所述伊利石的粒径为0.2～0.8μm。优选地，所述伊利石的粒径为0.3～0.7μm。进一步优选地，所述伊利石的粒径为0.4～0.6μm。
在其中一个实施例中，所述海泡石的粒度为1～3mm。优选地，所述海泡石的粒度为1～2mm。进一步优选地，所述海泡石的粒度为2mm。
在其中一个实施例中，提供了一种复合板芯板的制备方法，其包括以下步骤：
按质量份计，将35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石混合，进行第一阶段搅拌，然后加入6～10份纳米纤维素、1～3份碳纳米管和6～10份云母粉，继续进行第二阶段搅拌，得到芯板混合料；
将所述芯板混合料进行模压成型，干燥，得到所述复合板芯板。
在其中一个实施例中，所述第一阶段搅拌的转速为1130～1230r/min，所述第一阶段搅拌的时间为35～42min；
所述第二阶段搅拌的转速为1650～1750r/min，所述第二阶段搅拌的时间为23～28min。
优选地，所述第一阶段搅拌的转速为1150～1210r/min，所述第一阶段搅拌的时间为36～41min；
所述第二阶段搅拌的转速为1670～1730r/min，所述第二阶段搅拌的时间为24～27min。
进一步优选地，所述第一阶段搅拌的转速为1160～1200r/min，所述第一阶段搅拌的时间为37～40min；
所述第二阶段搅拌的转速为1680～1720r/min，所述第二阶段搅拌的时间为25～26min。
在其中一个实施例中，所述模压成型的压力为5～9MPa；
所述干燥的温度为50～60℃，所述干燥的时间为48～53h。
优选地，所述模压成型的压力为6～9MPa；
所述干燥的温度为52～58℃，所述干燥的时间为49～53h。
进一步优选地，所述模压成型的压力为6～8MPa；
所述干燥的温度为53～57℃，所述干燥的时间为49～52h。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例2：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例3：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、25份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例4：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、2份直径为1.3nm的单壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例5：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、2份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例6：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.8μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例7：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.2μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例8：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为3mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
实施例9：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为1mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
对比例1：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份普通环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
对比例2：
按质量份计，将27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
对比例3：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
对比例4：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石和4份乙二醇二甲醚，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素、1份直径为1.3nm的单壁碳纳米管、1份直径为10nm的多壁碳纳米管和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
对比例5：
按质量份计，将38份乙烯基树脂、27份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、8份粒径为0.5μm的伊利石、4份乙二醇二甲醚和5份粒度为2mm的海泡石混合，在1180r/min下搅拌38min，然后加入8份直径为7nm的纳米纤维素和8份粒度为3μm的云母粉，在1700r/min下搅拌25min，得到芯板混合料；将芯板混合料在7MPa下进行模压成型，在55℃下干燥50h，得到复合板芯板。
测试方法
静曲强度、弹性模量的测试：根据标准GB/T 17657进行相关测试。
抗拉强度、抗压强度的测试：根据标准ASTMD3500进行相关测试。
将实施例1～9和对比例1～5进行相关的静曲强度、弹性模量和抗拉强度、抗压强度的测试，测试结果如表1所示。
表1：
从表1中可以看出，由于本发明采用了特定比例的乙烯基树脂、特定比例的聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂与特定尺寸大小及比例的伊利石、海泡石和碳纳米管，本发明提供的复合板芯板的静曲强度、弹性模量和抗拉强度、抗压强度性能均表现优异。具体地，实施例1～9的静曲强度均高达73MPa以上，弹性模量均高达7500MPa以上，抗拉强度均高达60MPa以上，抗压强度均高达35MPa以上；而对比例1～5由于不同时含有特定比例的乙烯基树脂、特定比例的聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂与特定尺寸大小及比例的伊利石、海泡石和碳纳米管，其静曲强度低至33MPa以下，弹性模量低至3600MPa以下，抗拉强度低至19MPa以下，抗压强度低至13MPa以下。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种复合板芯板，其特征在于，按质量份计，其包括6～10份纳米纤维素、35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、1～3份碳纳米管、6～10份云母粉、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石；
所述伊利石的粒径为0.2～0.8μm。
2.根据权利要求1所述的复合板芯板，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的复合板芯板，其特征在于，所述单壁碳纳米管的直径为0.6～2nm；
所述多壁碳纳米管的直径为8～15nm。
4.根据权利要求1所述的复合板芯板，其特征在于，所述纳米纤维素的直径为5～9nm。
5.根据权利要求1所述的复合板芯板，其特征在于，所述云母粉的粒度为2～5μm。
6.根据权利要求1所述的复合板芯板，其特征在于，所述海泡石的粒度为1～3mm。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的复合板芯板的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
按质量份计，将35～41份乙烯基树脂、25～30份聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂、6～10份伊利石、3～5份乙二醇二甲醚和3～6份海泡石混合，进行第一阶段搅拌，然后加入6～10份纳米纤维素、1～3份碳纳米管和6～10份云母粉，继续进行第二阶段搅拌，得到芯板混合料；
将所述芯板混合料进行模压成型，干燥，得到所述复合板芯板。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一阶段搅拌的转速为1130～1230r/min，所述第一阶段搅拌的时间为35～42min；
所述第二阶段搅拌的转速为1650～1750r/min，所述第二阶段搅拌的时间为23～28min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述模压成型的压力为5～9MPa；
所述干燥的温度为50～60℃，所述干燥的时间为48～53h。
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