CN118005332A - 一种新型纤维盖板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，且公开了一种新型纤维盖板及制备方法，材料用料包含如下组分：水泥1000~1500份、硅粉200~300份、机制砂600~1000份、改性聚丙烯纤维20~40份、减水剂15~30份、水300~500份、玄武岩纤维网、玄武岩纤维筋。改性聚丙烯纤维为对羟基苯甲醛、2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵、壳聚糖、4‑乙烯基苯甲酸制备的产物对聚丙烯熔融改性，得到改性聚丙烯纤维，提供更强的机械性能，增强纤维盖板的承受能力，同时其上的一些活性基团具有一定抗菌抗腐蚀性能，对于各类复杂环境都有一定的适应能力。本发明的承载能力、抗冲击能力强，能够适应更高强度的工作环境，更强的抗菌能力，延长在复杂工作环境下的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种新型纤维盖板及制备方法。
背景技术
水泥纤维盖板是一类常用的建筑材料，拥有沟渠的封盖，以及设备的防护等。水泥纤维盖板是通过水泥加骨料制备而成的，是一种水泥预制件，这类预制件还可以做成柱、管等形状，满足不同功能的需求。市面上有很多纤维盖板，产品不同，应用环境不同，但一些产品的承受能力有限，导致使用过程中发生意外，因此，设计一种承载力、抗冲击强的，能够抗腐蚀的纤维盖板，应用前景非常广泛。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型纤维盖板及制备方法。
（二）技术方案
一种新型纤维盖板材料用料包含如下组分：
水泥1000~1500份、硅粉200~300份、机制砂600~1000份、改性聚丙烯纤维20~40份、减水剂15~30份、水300~500份、玄武岩纤维网、玄武岩纤维筋；所述纤维盖板材料水灰比为0.2~0.3；所述纤维盖板材料组分为重量组分。
优选的，所述纤维盖板单个盖板材料用量包含如下组分：
水泥9.02 kg、硅粉2.05 kg、机制砂6.56 kg、改性聚丙烯纤维0.246 kg、减水剂0.205 kg、水2.701 kg、玄武岩纤维网1片、玄武岩纤维钢筋(2.25 m)3根。
优选的，所述改性聚丙烯纤维的制备方法如下：
（1）将对羟基苯甲醛加入乙醇中，搅拌溶解，待用；将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在60~80℃下不断搅拌，反应2~8 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1；
（2）将壳聚糖加入质量分数8~16%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应5~20 h，用乙醇经索式提取器回流萃取10~30 h，得到中间体2；
（3）将4-乙烯基苯甲酸加入乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应8~20 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3；
（4）将聚丙烯、中间体3、过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度160~180℃，二区温度190~200℃，螺杆转速60~80 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
优选的，所述步骤（1）中对羟基苯甲醛、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为1:0.3~0.6。
优选的，所述步骤（2）中中间体1、壳聚糖的质量比为1:0.4~0.8。
优选的，所述步骤（3）中中间体2、4-乙烯基苯甲酸的质量比为1:0.3~0.8。
优选的，所述步骤（4）中聚丙烯、中间体3、过氧化二异丙苯的质量比为1:0.3~0.6:0.01~0.03。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、HSB脂肪族减水剂中的一种。
优选的，所述纤维盖板的制备方法为：按重量份称取，将水泥、硅粉、机制砂混合，搅拌均匀后加水，不断翻拌，加入改性聚丙烯纤维、减水剂，翻拌均匀后制成水泥砂浆；将玄武岩纤维筋在同一平面扎在一起，铺上玄武岩纤维网，放入模具之中，将水泥砂浆灌注在模具内，震荡均匀，静置凝固，得到纤维盖板。
（三）有益的技术效果
一种新型纤维盖板材料用料包含如下组分：水泥1000~1500份、硅粉200~300份、机制砂600~1000份、改性聚丙烯纤维20~40份、减水剂15~30份、水300~500份、玄武岩纤维网、玄武岩纤维筋。
改性聚丙烯纤维为对羟基苯甲醛与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行开环反应，再与壳聚糖发生消去反应，与4-乙烯基苯甲酸进行酯化，得到的产物对聚丙烯熔融改性，得到改性聚丙烯纤维。改性聚丙烯纤维能提供更强的机械性能，增强纤维盖板的承受能力，同时其上的一些活性基团具有一定抗菌抗腐蚀性能，对于各类复杂环境都有一定的适应能力。
本发明的承载能力、抗冲击能力强，能够适应更高强度的工作环境，更强的抗菌能力，延长在复杂工作环境下的使用寿命。制备工艺简单，市场的应用价值高。
附图说明
图1是纤维盖板图。
图2是纤维盖板平面尺寸简图。外观呈长方体状，灰褐色，正中间两侧有长30 cm，宽1 cm左右的凹槽。
图3是盖板设计载荷试验图。
图4是微机控制牙剪试验机破坏载荷试验图。
图5是变形2mm荷载试验负荷-位移图。
图6是变形20mm荷载试验负荷-位移图。
图7是极限荷载试验负荷-位移图。
图8是钢球冲击试验图。
图9是钢球冲击试验8次后（未断裂），继续堆载140Kg砝码试验过程图。
图10是球冲击试验8次后（未断裂），继续堆载140Kg砝码及140Kg成人试验过程图。
具体实施方式
实施例1
改性聚丙烯纤维的制备方法：
（1）将10 kg对羟基苯甲醛加入50 L乙醇中，搅拌溶解，待用；将3 kg 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入10 L异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在60℃下不断搅拌，反应2 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1。
（2）将5 kg壳聚糖加入50 L质量分数8%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应5 h，用乙醇经索式提取器回流萃取10 h，得到中间体2。
（3）将5 kg 4-乙烯基苯甲酸加入20 L乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应8 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3。
（4）将50 kg聚丙烯、中间体3、0.5 kg过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度160℃，二区温度190℃，螺杆转速60 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
实施例2
改性聚丙烯纤维的制备方法：
（1）将50 kg对羟基苯甲醛加入200 L乙醇中，搅拌溶解，待用；将30 kg 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入100 L异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在80℃下不断搅拌，反应8 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1。
（2）将30 kg壳聚糖加入180 L质量分数16%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应20 h，用乙醇经索式提取器回流萃取30 h，得到中间体2。
（3）将20 kg 4-乙烯基苯甲酸加入100 L乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应20 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3。
（4）将120 kg聚丙烯、中间体3、1.5 kg过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度180℃，二区温度200℃，螺杆转速60~80 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
实施例3
改性聚丙烯纤维的制备方法：
（1）将10 kg对羟基苯甲醛加入80 L乙醇中，搅拌溶解，待用；将10 kg 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入30 L异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在65℃下不断搅拌，反应4 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1。
（2）将10 kg壳聚糖加入60 L质量分数10%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应10 h，用乙醇经索式提取器回流萃取15 h，得到中间体2。
（3）将8 kg 4-乙烯基苯甲酸加入40 L乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应10 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3。
（4）将60 kg聚丙烯、中间体3、0.8 kg过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度165℃，二区温度190℃，螺杆转速66 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
实施例4
改性聚丙烯纤维的制备方法：
（1）将30 kg对羟基苯甲醛加入100 L乙醇中，搅拌溶解，待用；将20 kg 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入40 L异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在70℃下不断搅拌，反应5 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1。
（2）将20 kg壳聚糖加入100 L质量分数12%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应12 h，用乙醇经索式提取器回流萃取20 h，得到中间体2。
（3）将5-20 kg 4-乙烯基苯甲酸加入20-100 L乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应8~20 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3。
（4）将80 kg聚丙烯、中间体3、1 kg过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度170℃，二区温度195℃，螺杆转速75 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
实施例5
改性聚丙烯纤维的制备方法：
（1）将40 kg对羟基苯甲醛加入150 L乙醇中，搅拌溶解，待用；将25 kg 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入80 L异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在75℃下不断搅拌，反应6 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1。
（2）将25 kg壳聚糖加入150 L质量分数15%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应16 h，用乙醇经索式提取器回流萃取25 h，得到中间体2。
（3）将18 kg 4-乙烯基苯甲酸加入90 L乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应18 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3。
（4）将100 kg聚丙烯、中间体3、1.2 kg过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度180℃，二区温度190℃，螺杆转速70 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
实施例6
纤维盖板的制备方法：
将9.02 kg水泥、2.05 kg硅粉、6.56 kg机制砂混合，搅拌均匀后加2.701 kg水，不断翻拌，加入0.246 kg改性聚丙烯纤维、0.205 kg减水剂，翻拌均匀后制成水泥砂浆；将3根2.25 m玄武岩纤维筋在同一平面扎在一起，铺上1片玄武岩纤维网，放入模具之中，将水泥砂浆灌注在模具内，震荡均匀，静置凝固，得到纤维盖板，如图1所示。
对比例1
将9.02 kg水泥、2.05 kg硅粉、6.56 kg机制砂混合，搅拌均匀后加2.701 kg水，不断翻拌，加入0.246 kg聚丙烯纤维、0.205 kg减水剂，翻拌均匀后制成水泥砂浆；将3根2.25m玄武岩纤维筋在同一平面扎在一起，铺上1片玄武岩纤维网，放入模具之中，将水泥砂浆灌注在模具内，震荡均匀，静置凝固，得到纤维盖板。
性能试验：
1.纤维盖板重量、尺寸测量（如图2所示）
表1纤维盖板外观、尺寸测量统计表
2.承载力试验
（1）设计荷载试验
承载力试验试验检测方法为将水泥纤维盖板置于水平面上，两侧简支支撑，净跨度65 cm，水泥纤维盖板架空5 cm以上高度，并在水泥纤维盖板中心位置分级加载重物，观测其两侧中心的竖向变形情况。采用砝码模拟均布荷载的方式，加载设计荷载3.5 KN/m2*0.78*0.49=1338 N，按重量为140 Kg控制，竖向变形不大于2 mm控制。其检测结果如下：
表2纤维盖板设计承载力试验检测结果（蒸养4d）
试验结论：合格。试验过程如图3所示。
（2）破坏荷载试验
破坏时的荷载应不小于设计荷载的2倍（即按重量为280 Kg），且竖向变形不小于20 mm。
采用微机控制压剪试验机进行破坏荷载试验，检测方法为将水泥纤维盖板置于水平，两侧简支支撑，净跨度65 cm，水泥纤维盖板架空5 cm以上高度，并在水泥纤维盖板中心位置用微机控制压剪试验机匀速加载试验，加载速率为10 mm/min。经检测：在微机控制压剪试验机匀速加载过程中，水泥纤维盖板变形2 mm时荷载为1.06 kN，水泥纤维盖板变形20mm时荷载为2.91 kN，极限变形45 mm时极限荷载为5.36 kN。（以上数据均不包含垫块及支撑锚具质量，试验过程中垫块及支撑锚具质量共计48 Kg）。（备注：试验样品蒸养4d。）
试验结论：合格。试验过程如图4所示，试验结果如图5、6、7所示。
（3）钢球冲击试验
钢球冲击试验检测方法为将水泥纤维盖板置于水平，两侧简支支撑，净跨度65cm，按5 Kg钢球自1.5 m高度处自由落体冲击水泥盖板8次不断裂控制。经检测：钢球8次冲击后未断裂, 但冲击点处有轻微凹痕，无横向贯通裂缝。钢球冲击试验8次后仍然可以承受140 Kg的堆载不断裂，且增加2个各约70 Kg的成人重量仍未断裂。
表3钢球冲击试验检测结果（蒸养4 d）
试验结论：合格。试验过程如图8、9、10所示。
3.抗菌、极限断裂试验
采用实施例1-5制备的改性聚丙烯纤维制备而成的纤维盖板和对比例1之间进行性能测试。
抗菌试验：将实施例1-5和对比例1的纤维盖板放在阴暗潮湿的地方，两周后观察是否有霉菌生成。
极限断裂试验：对实施例1-5和对比例1的纤维盖板施加纵向力，测量产生第一条裂纹时的压力。
表4试验结果
试验结论：实施例1-5的抗菌性能更为优异，且改性聚丙烯纤维能提供更强的承载力。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种新型纤维盖板，其特征在于：所述纤维盖板材料用料包含如下组分：
水泥1000~1500份、硅粉200~300份、机制砂600~1000份、改性聚丙烯纤维20~40份、减水剂15~30份、水300~500份、玄武岩纤维网、玄武岩纤维筋；所述纤维盖板材料水灰比为0.2~0.3；所述纤维盖板材料组分为重量组分。
2.根据权利要求1所述的一种新型纤维盖板，其特征在于：所述纤维盖板单个盖板材料用量包含如下组分：
水泥9.02 kg、硅粉2.05 kg、机制砂6.56 kg、改性聚丙烯纤维0.246 kg、减水剂0.205kg、水2.701 kg、玄武岩纤维网1片、玄武岩纤维钢筋(2.25 m)3根。
3.根据权利要求1所述的一种新型纤维盖板的制备方法，其特征在于：所述改性聚丙烯纤维的制备方法如下：
（1）将对羟基苯甲醛加入乙醇中，搅拌溶解，待用；将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵加入异丙醇溶液中，搅拌溶解，加入到对羟基苯甲醛溶液中，在60~80℃下不断搅拌，反应2~8 h，溶液减压蒸去溶剂，水洗至中性，得到中间体1；
（2）将壳聚糖加入质量分数8~16%冰醋酸溶液中，搅拌溶解，加入中间体1，水浴加热至回流，搅拌反应5~20 h，用乙醇经索式提取器回流萃取10~30 h，得到中间体2；
（3）将4-乙烯基苯甲酸加入乙醇溶液中，不断搅拌至溶解，加入中间体2、催化剂强酸性离子交换树脂，加热至回流，不断搅拌反应8~20 h，减压蒸去溶剂，得到中间体3；
（4）将聚丙烯、中间体3、过氧化二异丙苯通过粉碎机进行粉碎，混合均匀后通过单螺杆挤出机，一区温度160~180℃，二区温度190~200℃，螺杆转速60~80 r/min，挤出体经水冷、牵引、切粒、干燥后得到改性聚丙烯纤维。
4.根据权利要求3所述的一种新型纤维盖板的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中对羟基苯甲醛、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为1:0.3~0.6。
5.根据权利要求3所述的一种新型纤维盖板的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中中间体1、壳聚糖的质量比为1:0.4~0.8。
6.根据权利要求3所述的一种新型纤维盖板的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中中间体2、4-乙烯基苯甲酸的质量比为1:0.3~0.8。
7.根据权利要求3所述的一种新型纤维盖板的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中聚丙烯、中间体3、过氧化二异丙苯的质量比为1:0.3~0.6:0.01~0.03。
8.根据权利要求1所述的一种新型纤维盖板，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、HSB脂肪族减水剂中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种新型纤维盖板的制备方法，其特征在于：所述纤维盖板的制备方法为：按重量份称取，将水泥、硅粉、机制砂混合，搅拌均匀后加水，不断翻拌，加入改性聚丙烯纤维、减水剂，翻拌均匀后制成水泥砂浆；将玄武岩纤维筋在同一平面扎在一起，铺上玄武岩纤维网，放入模具之中，将水泥砂浆灌注在模具内，震荡均匀，静置凝固，得到纤维盖板。
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- 2024-04-10 CN CN202410423933.5A patent/CN118005332A/zh active Pending
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