CN113072348A - 一种颗粒相增强保温板及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种颗粒相增强保温板及其制作工艺。颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括无机原料91‑100份、聚苯乙烯颗粒5‑8份和水20‑40份，其中无机原料包括硅质物60‑75份、钙质物16‑28份和脱硫石膏0.9‑8.4份，脱硫石膏在无机原料中的重量比例为2％‑8％，无机原料在除水以外的原料组合物中的重量占比为91％‑94％。本发明的颗粒相增强保温板制作工艺操作简单，显著提高发泡保温板主体的力学性能。

Description

一种颗粒相增强保温板及其制作工艺
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种颗粒相增强保温板及其制作工艺。
背景技术
目前现有技术中有两种聚苯乙烯改性的保温板，一种是采用发泡酚醛树脂作为连续相混合物和作为分散相的发泡聚苯乙烯颗粒混合，采用加温、加压、发泡、固化后再切割而成，这类板材根据DG/TJ08-2212-2016《热固改性聚苯板保温***应用技术规程》中的要求，密度要求为35～55kg/m3，导热系数要求小于0.039W/(m·K)，但是其燃烧性只能达到B级(难燃)，并且抗压强度难以达到0.3MPa以上，抗拉强度难以到达0.2MPa以上；另一种保温板采用无机胶凝材料、发泡聚苯乙烯颗粒以及多种添加剂通过混合搅拌、灌模加压成型、自然养护或蒸汽养护等工艺，经切割制成的保温板。根据《无机改性不燃保温板外墙保温***应用技术标准》其密度要求小于170kg/m3，导热系数小于0.055W/(m·K)，燃烧性能达到A2级，其抗压强度较高，但是由于较多的无机材料导致其抗拉强度难以达到0.24MPa以上，目前此类板在保证同样的重量的情况下，其抗压强度和抗拉强度均比较难得到提高。
现有技术中对此进行了很多尝试，大多数努力的方向是制作多层保温板，在发泡保温板主体的两侧采用韧性和强度都很高的加强层，提高保温板的力学性能。但是这样提高了制作保温板的成本，增加了制作步骤，增加了工艺复杂度，并且对于发泡保温板本身的力学性能并没有本质提高。
中国专利文件CN109956758A中公开的保温板的抗压强度最高可达0.31MPa，抗拉强度最高可达0.25MPa，中国专利文件CN109879654A公开的保温板的抗压强度可达0.35MPa，抗拉强度可达0.24MPa，在此基础上继续提高强度非常困难。
因此需要一种保温板，能够在现有技术的基础上大幅提高保温板内部的强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中制作发泡保温板步骤复杂，不能提高发泡保温板主体本身力学性能的缺陷，提供一种颗粒相增强保温板及其制作工艺，所制成的保温板满足保温板的各项指标，特别是让现有的保温板的抗压强度和抗拉强度均有5％以上的大幅提升，优选实施例可提升30％，并且弯曲变形5.5mm以上，兼具有良好保温性能(导热系数在25℃下0.055W/(m·K)以下)，产品的体积吸水率在5.5％以下，防火等级为不燃(不低于A2级)其中颗粒相增强保温板的抗拉强度和抗压强度比没有颗粒相增强的保温板提升5％以上，在优选的实施方式中，本发明的技术方案能够让现有的保温板的力学性能提升30％以上。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种颗粒相增强保温板，其特征在于，所述颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括无机原料91-100份、聚苯乙烯颗粒5-8份和水20-40份，其中所述无机原料包括硅质物60-75份、钙质物16-28份和脱硫石膏0.9-8.4份，所述脱硫石膏在所述无机原料中的重量占比为2％-8％，所述无机原料在除水以外的原料组合物中的重量占比为91％-94％。
在上述复合材料发泡保温板中，优选上述硅质物可以为活性硅质物，钙质物可以为活性钙质物。活性硅质物的作用是提供骨架，使保温板达到一定的力学性能，活性硅质物可以为微硅粉。活性钙质物的作用是与活性硅质物反应生成硅酸钙，生成硅酸钙的化学反应与聚苯乙烯颗粒的二次发泡同时发生，从而使得脱硫石膏微粒成为两个反应的节点。活性钙质物可以为氧化钙。聚苯乙烯颗粒在保温板中占有绝大部分体积，其作用是提供保温性能，使保温板具有较低的导热系数。水的作用是将各原料组合物拌合，使原料组合物呈凝胶状，便于输入模具。在上述复合材料发泡保温板中，特别加入脱硫石膏，脱硫石膏能够在保温板中形成颗粒相，使得保温板的韧性和强度均得到较大提高。经试验后发现，脱硫石膏加入到传统的建筑材料中并不会提高强度，加入到本发明的原料组合物中，能够明显提高强度。这说明脱硫石膏与本发明原料组合物中的特定组分发生了反应，从而使强度得到提高。经试验后还发现，将聚氨酯胶、超细石英砂粉、纯丙乳液或胶粉分别添加到本发明的原料组合物中，并没有达到明显的提高强度的效果，这说明并不是加入普通的增强物质就能够提高本发明保温板的强度，而是脱硫石膏这种特定物质与本发明的原料组合物中的特定物质发生了反应，使得保温板的强度提高。
在本发明中，“活性”一词的含义是能够发生化学反应生成硅酸钙。
活性硅质物在本发明中可以是主要含二氧化硅的物质，例如微硅粉，硅藻土以及膨润土等。活性钙质物在本发明中可以是主要含钙离子的矿物，例如氧化钙，氢氧化钙等。
优选地，所述脱硫石膏的份数为1.8-5.6份。
优选，所述脱硫石膏在所述无机原料中的重量比例为3％-6％。该方案制得的保温板的抗压强度可达0.35MPa以上，抗拉强度可达0.23MPa以上。
在本发明中，所述脱硫石膏可以选用普通的脱硫石膏，脱硫石膏来源广泛，原料易得，并且粒度分布较为集中，增强效果更明显。
优选地，所述脱硫石膏的份数为3.6-4.6份。在该方案中所述脱硫石膏在所述无机原料中的重量比例为4％-5％。该方案制得的保温板的抗压强度可达0.4MPa以上，抗拉强度可达0.24MPa以上。
所述活性硅质物的用量可以为74.4份、73.6份、72.9份、72.1份、71.4份、70.7份、69.9份、69.2份、68.5份、63.7份、62.4份、61.8份、60.5份或者67.7份；优选地，所述活性硅质物的用量为73.5～60.1份，更优选地例如69.9份、72.8份以及73.6份。
所述活性钙质物的用量可以为27.3份、26.8份、25.9份、18.6份、18.2份、18.0份、17.9份、17.7份、17.5份、17.3份、17.1份或者16.9份；优选地，所述活性钙质物的用量为17～27份，更优选地例如18.2份、25.9份。
所述聚苯乙烯颗粒的用量可以为5.25份、6.25份或者7.25份；优选地，所述聚苯乙烯颗粒的用量为6～8份，更优选地例如7.25份。
所述水的用量可以为20份、29份、以及40份；优选地，所述水的用量为25～30份，更优选地例如29份。
优选地，所述颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括活性硅质物60-74份、活性钙质物16-28份、脱硫石膏2.7-5.6份、聚苯乙烯颗粒5-8份和水20-40份。
优选地，所述颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括活性硅质物60-73份、活性钙质物17-28份、脱硫石膏3.6-4.6份、聚苯乙烯颗粒5-8份和水20-40份。
优选地，所述活性钙质物为氧化钙。氧化钙粘结的硬度较高。由于脱硫石膏中存在钙离子，因此能够与氧化钙的粘结形成化学键，连接更牢固。
优选地，所述活性硅质物为微硅粉。微硅粉作为骨料能够承受较大的力，保证保温板的优良的力学性能，并且氧化钙与微硅粉的配合能够更加优化粘结强度，使聚苯乙烯颗粒与无机原料更充分地结合。脱硫石膏也能够在热压过程中与微硅粉形成化学键，连接更牢固。
优选地，所述原料组合物中还包括0.2-0.4份纤维素醚。例如纤维素醚0.3份。
优选地，所述原料组合物中还包括1-1.5份减水剂。例如减水剂1.45份。纤维素醚能够增强保温板材料的韧性，优化力学性能。减水剂能够改善原料组合物形成的拌合物的流动性，更加有利于输入模具。
进一步优选地，所述原料组合物中，有机物料与无机物料的重量比值优选为1:10-1:11。所述有机物料可为聚苯乙烯颗粒、纤维素醚和减水剂中的一种或多种。保持稳定的有机无机比，有利于保持恒定的A2级别燃烧等级。
一种上述复合材料发泡保温板的制作工艺，包括以下步骤：先将所述原料组合物中的所述脱硫石膏与所述活性硅质物、活性钙质物和水充分混合，再与剩下的物料混合得拌合物，将所述拌合物热压即可。热压的作用是让活性硅质物和活性钙质物更紧密地结合，达到一定强度，同时在热压中聚苯乙烯颗粒经过再次发泡，使得聚苯乙烯颗粒、活性硅质物和活性钙质物的结合更加致密。热压的操作既可以同时加热加压，也可以先加压，然后利用模具保持压力，再加热。脱硫石膏的作用主要是增强与活性硅质物、活性钙质物的连接强度，形成无机原料，包覆在聚苯乙烯颗粒的表面。机理
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的复合材料发泡保温板及其制作工艺能够保证保温板产品的抗拉强度在0.22MPa以上，抗压强度0.33MPa以上，弯曲变形5.5mm以上，兼具有良好保温性能(导热系数在25℃下0.055W/(m·K)以下)，产品的体积吸水率在5.5％以下，防火等级为不燃(不低于A2级)，其中颗粒相增强保温板的抗拉强度和抗压强度比没有颗粒相增强的保温板提升5％以上，部分能达到提升30％以上，并且本发明工艺简单，显著提高发泡保温板主体的力学性能。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明各个实施例和对比例可以使用的材料具体说明如下：
微硅粉：1250目(又称硅灰)，购自上海维特锐实业发展有限公司
减水剂：HF缓凝高效减水剂，购自上海东大化工有限公司
纤维素醚：购自欧锦化工
氧化钙：又称生石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂
氢氧化钙：又称熟石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂
聚苯乙烯颗粒：购自无锡兴达泡塑新材料股份有限公司
脱硫石膏：购自灵寿县远博矿产品加工厂
实施例1-32的保温板的原料组合物及试样检测数据见下表1-5，对比例1-15的保温板的原料组合物及试样检测数据见下表6-8。检测标准如下：根据GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试抗压强度，根据GB/T29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温***材料》测试垂直于板面的抗拉强度，根据GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》测试燃烧性能级别，根据GB/T 10801.1《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》测试弯曲变形，根据GB/T 1034-2008《塑料吸水性的测定》测试体积吸水率。
表1实施例1-7
Figure BDA0002355047810000061
Figure BDA0002355047810000071
表2实施例8-14
Figure BDA0002355047810000072
Figure BDA0002355047810000081
表3实施例15-20
Figure BDA0002355047810000082
表4实施例21-26
Figure BDA0002355047810000091
表5实施例27-32
Figure BDA0002355047810000092
Figure BDA0002355047810000101
表6对比例1-8
Figure BDA0002355047810000102
Figure BDA0002355047810000111
表7对比例9-11
Figure BDA0002355047810000112
Figure BDA0002355047810000121
表8对比例12-15
Figure BDA0002355047810000122
注：表1-8中的用量数据全都除以10即得份数值，其中每一份代表10g，表1-8仅仅为具体的实施例，本领域技术人员可以根据实际情况适当选择每一份数代表的重量值。表1-8中的A指的是脱硫石膏在无机原料中的重量占比，B指的是无机原料在除水以外的原料组合物中的重量占比。
实施例1-32和对比例1-15的保温板的制备方法如下。
首先，通过加热，使聚苯乙烯颗粒膨胀体积增加，得预发泡的聚苯乙烯颗粒。通过设定蒸汽压力，使其密度发生相应的变化，从而达到所需密度要求，使聚苯乙烯颗粒的密度达到6-12g/L之间。蒸汽压力设定为0.2MPa，温度设定100℃，时间设定为30秒，保压10秒，减压3秒。
然后，在10-30℃下将水、微硅粉、氧化钙、脱硫石膏、纤维素醚以及减水剂混合搅拌均匀(搅拌时间根据温度变化进行相应调整，搅拌机转速设定为300转/分钟)，使其全部搅拌均匀成为预拌胶凝材料。
接着，在搅拌缸中加入预发泡的聚苯乙烯颗粒，开动搅拌机后放入预拌凝胶材料进行混合搅拌，充分使其均匀混合。经过多次反复试验，搅拌转速需设定在100转/分钟，搅拌5分钟，转速过快或搅拌时间过长会使聚苯乙烯颗粒收缩、变形。另可根据客户需求的容重调整所加入的聚苯乙烯材料容重。
再将搅拌后的混合物(含有一次发泡的聚苯乙烯颗粒)输入模具内(模具垂直高度可在施压状态下调节，直到达到设定的高度，模具内垫1mm厚玻璃纸，便于后期脱模)，由于材料加热加压后会产生一定比例收缩，经过多次试验后发现，按产品厚度5cm为例，料位计的高度需调整到6-9cm，收缩比例为10-45％。原料组合物内部压力维持在0.3MPa以上。且为保证混合物输入模具过程中避免不均匀现象产生，传动速度应设定在1分钟1m的比例为最佳。
当模具进入压平台前，将油温机温度设定为100-150℃之间进行压平台预热。当温度达到设定值后将模具推入，加压35分钟以上成型后让其自然冷却出模。在加温加压过程中，聚苯乙烯颗粒在模具中进行二次发泡，使得密实度进一步提高，抗拉强度也得到提高。
最后，对出模后的产品进行养护室养护，养护室需干燥、通风，养护时间一般在5-10天左右，根据温度、湿度而定。
从上面的表1至表5可以看出，用脱硫石膏替代活性硅质物和活性钙质物，能够使最终保温板产品的力学性能得到优化。不仅脱硫石膏的含量会影响最终产品性能，而且无机原料的总量也会影响最终产品性能。具体来说，当脱硫石膏在无机原料中的占比为2％-8％时，且无机原料在除水以外的原料组合物中的重量占比为91％-94％时，在不影响燃烧等级(A2)与导热系数(0.055以下)的前提下，较原有配方制成的保温板产品力学强度指标提高10％以上，具体来说，可以使抗压强度达到0.33MPa以上，抗拉强度达到0.22MPa以上。进一步地，当脱硫石膏在无机原料中的占比为3％-6％时，制得的保温板的抗压强度可达0.35MPa以上，抗拉强度可达0.23MPa以上。更进一步地，当脱硫石膏在无机原料中的占比为4％-5％时，制得的保温板的抗压强度可达0.4MPa以上，抗拉强度可达0.24MPa以上。在实施例18、21、24、27、30和33中，制得的保温板的抗压强度可达0.42MPa以上，抗拉强度可达0.27MPa以上。
从表6中也可以看出，当脱硫石膏含量超过8％，并且无机原料的总量过高时，导热系数和体积吸水率呈现劣化现象，例如导热系数高于0.055W/(m·k)，体积吸水率大于5.5％。而表7中可以看出，脱硫石膏作为添加剂，在传统建筑材料制作中的作用是添加在水泥中，以延缓水泥的凝固时间。通过在水泥试样中的添加对比试验，发现水泥试样的强度未见明显提升。因此脱硫石膏在传统建筑材料中的作用与在本发明中是不同的。
在表8中，将四种其他物质添加到对比例6的配方中，原对比例6未添加脱硫石膏。将聚氨酯胶、超细石英砂粉、纯丙乳液或胶粉添加到对比例6的配方中后发现，强度几乎没有得到提升。而添加脱硫石膏则取得了显著的强度增加的效果。这说明并不是添加颗粒物质就能够提高保温板的强度。脱硫石膏能够和保温板的活性硅质物和活性钙质物发生理化反应，使生成硅酸钙的化学反应与聚苯乙烯颗粒的二次发泡同时发生，从而使得脱硫石膏微粒成为两个反应的节点，从而体现出特殊的增加强度的效果。
因此在无机原料中加入重量比例为无机原料的2％-9％的脱硫石膏能够同时提高抗压强度和抗拉强度。工艺简单，使得保温板主体在整体上的强度均得到提高。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种颗粒相增强保温板，其特征在于，所述颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括无机原料91-100份、聚苯乙烯颗粒5-8份和水20-40份，其中所述无机原料包括硅质物60-75份、钙质物16-28份和脱硫石膏0.9-8.4份，所述脱硫石膏在所述无机原料中的重量占比为2％-8％，所述无机原料在除水以外的原料组合物中的重量占比为91％-94％。
2.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述脱硫石膏的份数为1.8-5.6份；
和/或，所述脱硫石膏在所述无机原料中的重量比例为3％-6％。
3.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述脱硫石膏的份数为3.6-4.6份；
和/或，所述脱硫石膏在所述无机原料中的重量比例为4％-5％。
4.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述钙质物为活性钙质物，所述活性钙质物为氧化钙和/或氢氧化钙；
和/或，所述硅质物为活性硅质物，所述活性硅质物为微硅粉，硅藻土以及膨润土中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述硅质物的用量为73.5～60.1份；
和/或，所述钙质物的用量为17～27份；
和/或，所述聚苯乙烯颗粒的用量为6～8份；
和/或，所述水的用量为25～30份。
6.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括活性硅质物60-74份、活性钙质物16-28份、脱硫石膏2.7-5.6份、聚苯乙烯颗粒5-8份和水20-40份；
或者，所述颗粒相增强保温板的原料组合物按照重量份数包括活性硅质物60-73份、活性钙质物17-28份、脱硫石膏3.6-4.6份、聚苯乙烯颗粒5-8份和水20-40份。
7.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述硅质物为微硅粉；
和/或，所述钙质物为氧化钙。
8.如权利要求1所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述原料组合物中还包括纤维素醚和/或减水剂；
和/或，所述纤维素醚的用量为0.2-0.4份；
和/或，所述减水剂的用量为1-1.5份。
9.如权利要求8所述的颗粒相增强保温板，其特征在于，所述聚苯乙烯颗粒、所述纤维素醚和所述减水剂作为M物料，所述M物料与所述无机原料的重量的比值为1:10-1:11。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述颗粒相增强保温板的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：先将所述原料组合物中的所述脱硫石膏与所述硅质物、钙质物和水充分混合，再与剩下的物料混合得拌合物，将所述拌合物热压即可。
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