CN108395194A - 一种玻璃纤维增强石膏基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种玻璃纤维增强石膏基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维增强石膏基复合材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维10‑20份、半水石膏粉50‑60份、硅酸盐水泥15‑25份、粉煤灰5‑10份、轻质碳酸钙6‑14份、碳纳米管4‑10份、分散剂1‑5份、减水剂0.4‑2.2份、偶联剂0.5‑3.5份和水120‑160份。本发明的玻璃纤维增强石膏基复合材料具有优异的抗压强度、抗弯强度，且具有较好的防水能力，同时制备方法简单易行，成本低，适于大规模工业生产，在建筑房屋的内墙与屋顶等方面具有广泛的用途，在房屋的外墙装饰领域具有良好的应用前景。

Description

一种玻璃纤维增强石膏基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种玻璃纤维增强石膏基复合材料及其制备方法。
背景技术
石膏用于建筑有许多优良特性，它的硬化体绝热性能和吸音性能良好，防火性能好，硬化时体积略有膨胀，可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，装饰性好，可加工性好等等。由于石膏是一种脆性基体，虽然具有优异的抗压性能，但其抗折抗弯强度低，因而需要通过某种方式改善石膏的抗弯抗折性能。
专利CN104944882A公开了一种高强耐水石膏板复合板材及其制备工艺，利用乙醇、酚醛树脂、硅烷偶联剂与碳酸丙烯酯配制成改性液，对脱硫石膏进行改性，并在5MPa-20MPa，90℃-200℃下热压成型，制得所述石膏板。虽然，这种改性石膏板具有较为优异的防水性能，但其仍然以石膏作为主要的受力材料，因而其板材的抗弯抗折性能有限；而且，这种石膏板的制备工艺复杂，需在一定温度和压力下成型，而且所用材料多，制备的成本也比一般的石膏板高。
专利CN86105530A发明了一种轻质高强耐水装饰石膏板的制备方法，利用聚乙烯醇、脲醛树脂和石蜡乳液在石膏板表面形成一层防水膜，从而赋予石膏板材一定的防水力。但是，这种耐水石膏板的制备工艺流程复杂，且石蜡属于烷烃混合物，其熔点低，而聚乙烯醇和脲醛树脂都属于有毒有害物质，脲醛树脂在使用过程中会向环境中释放甲醛，因而通过该专利所述方法制得的轻质高强耐水装饰石膏板不宜用于建筑装饰。
市场上现有的具有保温、保湿、增强增韧、防火防水等复合性能的石膏板多为多层复合石膏板，成本高、制备工艺复杂，而且这种石膏板在使用过程中易因层与层之间的力学、热学等性质的差异导致石膏板的损坏。此外，现有的石膏板内部大多孔隙率高，石膏板的很难达到理想的抗压强度。
基于此，有必要提供一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
鉴于上述对现有技术的分析，本发明提供一种玻璃纤维增强石膏基复合材料及其制备方法，具有优异的抗压强度、抗弯强度，且具有较好的防水能力，同时制备方法简单易行，成本低，适于大规模工业生产。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维10-20份、半水石膏粉50-60份、硅酸盐水泥15-25份、粉煤灰5-10份、轻质碳酸钙6-14份、碳纳米管4-10份、分散剂1-5份、减水剂0.4-2.2份、偶联剂0.5-3.5份和水120-160份。
优选的，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维15份、半水石膏55份、硅酸盐水泥20份、粉煤灰7.5份、轻质碳酸钙10份、碳纳米管7份、分散剂3份、减水剂1.3份、偶联剂2份和水140份。
优选的，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
优选的，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
优选的，所述分散剂为硬脂酸铜。
优选的，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
优选的，所述偶联剂为铝锆偶联剂、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
本发明还提供了上述玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌30-50min，然后加入分散剂和减水剂搅拌10-20min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4-6h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
优选的，步骤（3）中的搅拌速度为300-400rpm。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
（1）本发明的玻璃纤维增强石膏基复合材料具有优异的抗压强度、抗弯强度，且具有较好的防水能力，同时制备方法简单易行，成本低，适于大规模工业生产，在建筑房屋的内墙与屋顶等方面具有广泛的用途，在房屋的外墙装饰领域具有良好的应用前景。
（2）本发明通过在石膏基复合材料中加入玻璃纤维，利用玻璃纤维具有的较大的拉伸强度和断裂韧性，可抑制石膏基体的微裂纹扩展，使其强度提高，同时通过对玻璃纤维表面进行处理，增强了与基体的界面粘结度，并且使得其力学性能和耐水性能得到进一步提高。
（3）本发明添加的硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙填充于复合材料中，进一步提高复合材料的防水性能。
（4）本发明使用的分散剂可使复合材料均匀分布，从而提高了复合材料的力学性能，降低其开裂和断裂的概率。
（5）本发明添加的碳纳米管分散到石膏基复合材料中，可有效提高复合材料的力学性能。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维10份、半水石膏粉50份、硅酸盐水泥15份、粉煤灰5份、轻质碳酸钙6份、碳纳米管4份、分散剂1份、减水剂0.4份、偶联剂0.5份和水120份。
其中，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
其中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
本发明还提供了上述玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌30min，然后加入分散剂和减水剂搅拌10min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
其中，步骤（3）中的搅拌速度为300rpm。
实施例2
一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维20份、半水石膏粉60份、硅酸盐水泥25份、粉煤灰10份、轻质碳酸钙14份、碳纳米管10份、分散剂5份、减水剂2.2份、偶联剂3.5份和水160份。
其中，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
本发明还提供了上述玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌50min，然后加入分散剂和减水剂搅拌20min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置6h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
其中，步骤（3）中的搅拌速度为400rpm。
实施例3
一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维15份、半水石膏55份、硅酸盐水泥20份、粉煤灰7.5份、轻质碳酸钙10份、碳纳米管7份、分散剂3份、减水剂1.3份、偶联剂2份和水140份。
其中，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
其中，所述偶联剂为铝锆偶联剂。
本发明还提供了上述玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌40min，然后加入分散剂和减水剂搅拌15min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置5h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
其中，步骤（3）中的搅拌速度为350rpm。
实施例4
一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维10份、半水石膏粉60份、硅酸盐水泥18份、粉煤灰8份、轻质碳酸钙12份、碳纳米管6份、分散剂5份、减水剂0.4份、偶联剂2.5份和水130份。
其中，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
其中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
本发明还提供了上述玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌45min，然后加入分散剂和减水剂搅拌10min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置5.5h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
其中，步骤（3）中的搅拌速度为400rpm。
实施例5
一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维20份、半水石膏粉50份、硅酸盐水泥15份、粉煤灰5份、轻质碳酸钙14份、碳纳米管7份、分散剂3份、减水剂1.8份、偶联剂1份和水150份。
其中，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
其中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
其中，所述分散剂为硬脂酸铜。
其中，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
其中，所述偶联剂为铝锆偶联剂。
本发明还提供了上述玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌35min，然后加入分散剂和减水剂搅拌20min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4.5h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
其中，步骤（3）中的搅拌速度为300rpm。
对比例1
参照专利CN104944882A制得的石膏板复合板材。
对比例2
参考专利CN86105530A制得的轻质高强耐水装饰石膏板。
实验例1
将实施例1-5制得的玻璃纤维增强石膏基复合材料与对比例1、对比例2制得的石膏板的力学性能进行测试，结果见表1。
表1
样品 抗压强度（MPa） 抗折强度（Mpa） 弯曲韧性指数I20
实施例1 65.8 12.2 21.9
实施例2 67.5 12.4 21.2
实施例3 69.8 12.5 20.4
实施例4 66.7 12.3 20.7
实施例5 66.3 12.6 21.4
对比例1 55.2 17.8 22.5
对比例2 53.6 18.1 22.8
表1说明：与对比例1、对比例2相比，本发明制备的玻璃纤维增强石膏基复合材料具有优异的力学性能。
实验例2
将实施例1-5制得的玻璃纤维增强石膏基复合材料与对比例1、对比例2制得的石膏板料的吸水性能进行测试，结果见表2
表2
样品 2h绝干吸水率（%）
实施例1 2.32
实施例2 2.15
实施例3 1.96
实施例4 2.01
实施例5 2.06
对比例1 3.21
对比例2 2.96
表2说明：与对比例1、对比2相比，本发明制备的玻璃纤维增强石膏基复合材料具有更加优异的耐水性能。
综上所述，本发明的玻璃纤维增强石膏基复合材料具有优异的抗压强度、抗弯强度，且具有较好的防水能力，同时制备方法简单易行，成本低，适于大规模工业生产，在建筑房屋的内墙与屋顶等方面具有广泛的用途，在房屋的外墙装饰领域具有良好的应用前景。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维10-20份、半水石膏粉50-60份、硅酸盐水泥15-25份、粉煤灰5-10份、轻质碳酸钙6-14份、碳纳米管4-10份、分散剂1-5份、减水剂0.4-2.2份、偶联剂0.5-3.5份和水120-160份。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：玻璃纤维15份、半水石膏55份、硅酸盐水泥20份、粉煤灰7.5份、轻质碳酸钙10份、碳纳米管7份、分散剂3份、减水剂1.3份、偶联剂2份和水140份。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸铜。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，所述减水剂为高效聚羧酸系减水剂，其固含量为20%，减水率4%。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料，其特征在于，所述偶联剂为铝锆偶联剂、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取玻璃纤维、半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管、分散剂、减水剂、偶联剂和水，备用；
（2）将偶联剂与水混合均匀，然后再加入玻璃纤维混合均匀，得到表面带有疏水基团的改性玻璃纤维溶液；
（3）将步骤（2）所得改性玻璃纤维溶液中加入半水石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰、轻质碳酸钙、碳纳米管混合搅拌30-50min，然后加入分散剂和减水剂搅拌10-20min，得到混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中成型，静置4-6h后脱模，放入温度为25℃、湿度90%以上的养护室进行标准养护28d，即得玻璃纤维增强石膏基复合材料。
9.根据权利要求8所述的玻璃纤维增强石膏基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的搅拌速度为300-400rpm。
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