一种连续纤维增强赤泥复合材料板材 |
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| 申请号 | CN201510440458.3 | 申请日 | 2015-07-24 | 公开(公告)号 | CN105015103A | 公开(公告)日 | 2015-11-04 |
| 申请人 | 北京化工大学; | 发明人 | 贾明印; 薛平; 陈轲; | ||||
| 摘要 | 一种连续 纤维 增强赤泥 复合材料 板材，包括上下面板、夹芯层。上下面板是由连续纤维增强热塑性 聚合物 复合材料片材制成，夹芯层是由赤泥高填充凝胶材料制成，上下面板通 过热 熔融分别与夹芯层的上下表面复合。本 发明 提供了一种 氧 化 铝 工业产出的废料赤泥的利用技术，制成一种新型有机-无机夹心复合板材，具有防火、防 水 、 隔热 、抗压 力 强、抗折性好等优点；可广泛应用于建筑、装饰等行业，可大量消化赤泥，真正的实现变废为宝。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种连续纤维增强赤泥复合材料板材，由上层（1）、下层（2）和夹芯层（3）组成，其特征在于，夹芯层（3）位于上层（1）与下层（2）之间，上层（1）、下层（2）均由2-6层呈0°/90°交错排布的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材制成，上层（1）与下层（2）的厚度为 |
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| 说明书全文 | 一种连续纤维增强赤泥复合材料板材技术领域背景技术[0002] 目前，氧化铝工业产出的赤泥堆积成山、数量巨大对环境造成了很大的危害。预计2015年年底，赤泥累计堆存量将达到3.5亿吨。我国近年来开展了跨学科、多领域的综合利用技术研究工作，如赤泥提取有价金属，建筑用砖，矿山胶结充填胶凝材料等。但这些研究尚处于实验阶段，还未实现产业化。专利CN2007101002325.9描述了采用烧结处理制备赤泥石英砂建筑材料，烧结温度1250℃-1350℃，消耗能源过大；专利2006100110688.7，200710137584.7，200810058211等专利的技术特征都是属于碱-矿渣-赤泥体系，都需添加大量碱活化剂进行烧结再粉磨处理。综上所述，有关赤泥利用的专利，能耗高，很难实现产业化。 [0003] 近年来，连续纤维增强热塑性复合材料板材以其优异的机械性能、可回收性、生产工艺连续性等特点日益成为人们的研究热点。复合板材夹芯层的形式也层出不穷，有蜂窝板，发泡板等形式。但这些复合板材的夹芯层大多是有机材料，而夹芯层为无机材料并与有机片材复合制成的复合材料板材很少。本专利提供了一种有机与无机材料复合制成的板材，对以后有机无机材料板材的发展有一定借鉴意义。 发明内容[0004] 本发明的目的在于直接利用氧化铝工业产出的废料赤泥，通过热熔法制备新型的高强有机与生态无机相结合的板材；提供一种低成本，大掺量利用赤泥固化凝胶反应制备成新型有机与生态无机相结合的材料制备方法。这种板材可以广泛应用于建筑，装饰等行业中，市场空间巨大；并提供了一种有效的方法解决了赤泥回收利用的难题，创造出较大的社会经济价值。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种连续纤维增强赤泥复合材料板材，由上层、下层和夹芯层组成，其特征在于，夹芯层位于上层与下层之间，上层、下层均由2-6层呈0°/90°交错排布的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材制成，上层与下层的厚度为0.7-2mm，夹芯层为赤泥高填充凝胶材料板材，厚度为10-20mm，上层和下层通过热熔融分别与赤泥高填充凝胶材料板材的上、下表面复合。 [0006] 其中，连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材的连续纤维为玻璃纤维，热塑性聚合物选用聚乙烯、聚丙烯、尼龙中的一种。 [0007] 其中，连续纤维增强赤泥复合材料板材夹芯层的组成及其重量比：赤泥30-50%，氯化镁卤水20-40%，氧化镁10-20%，木粉10-30%，抗水剂0.4-0.6%，抗卤剂0.4-0.6%，增强剂0.4-0.6%，改性剂1-3%和界面结合剂2-10%。 [0008] 其中，界面结合剂为糊状淀粉或聚乙烯醇中的一种或一种以上的混合物。 [0009] 本发明还涉及上述连续纤维增强赤泥复合材料板材的制备方法，包括以下步骤：（1）按权利要求3的重量比称取原料，经搅拌机混合搅拌后制成浆状胚料，将胚料倒入事先准备好的塑料模具，进行布料； （2）布料完成后，在基板上覆加3-10层玻璃纤维网布，然后振动、辊压成型； （3）辊压成型后的赤泥板材，在自然环境中凝固后即可脱模； （4）脱模后的赤泥板材在温度为18-25℃，相对湿度为60-70%的恒温恒湿条件下经过 7-10天的养护，充分化合反应后，再切割加工成赤泥高填充凝胶材料板材； （5）将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料的片材分别铺到夹芯层上下表面，送入钢带压机； （6）钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性复合材料片材和夹芯层同步通过钢带压机的热压区和冷压区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材熔融黏合到夹芯层的上下表面； （7）得到连续纤维增强赤泥复合材料板材。 [0010] 其中，步骤（6）中，热压温度为210-260℃，热压压力为2-4MPa，热压时间为1-3min，冷压温度为60-80℃，冷压压力为2-4MPa，冷压时间为1-3min。 [0011] 与现有技术相比，本发明有益效果表现为：1、本发明通过连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材与赤泥高填充凝胶材料板材熔融复合的方式，开发了一种高强有机-生态无机夹心复合板材，制成的新型板材具有高强、轻质、防水、抗压力强、抗弯曲、耐腐蚀等优点；此外，通过与连续纤维增强复合材料片材的热熔融复合，改变了传统无机凝胶材料不耐水，易反卤等缺点，同时大幅提高了板材的机械性能。 [0012] 2、连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材与赤泥高填充凝胶材料板材直接通过热熔融黏合，不是通过胶粘结，界面结合力和可靠性远优于胶粘结，此外，通过添加聚乙烯醇或糊状淀粉界面改性，可大幅提高面层材料和芯层材料的界面结合力。 [0013] 3、所制备的连续纤维增强赤泥复合材料板材中，芯层材料掺加入了大量的赤泥，对于解决赤泥回收利用问题提供了良好的解决办法，同时创造出社会经济价值，真正实现变废为宝。 [0015] 图1是连续纤维增强赤泥复合材料板材结构示意图；图2是连续纤维增强赤泥复合材料板材截面结构示意图。 [0016] 其中，1-上层面板，2-夹芯层，3-下层面板。 具体实施方式[0017] 为了更好地解释本发明，以下结合具体实例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实例。 [0018] 实施例1：根据本发明的连续纤维增强赤泥复合材料板材，连续纤维增强赤泥复合材料板材夹芯层各组分的重量比为赤泥30%，氯化镁卤水20%，氧化镁20%，木粉22.8%，抗水剂0.4%，抗卤剂0.4%，增强剂0.4%，改性剂2%和聚乙烯醇4%。将上述重量比称取的原料经搅拌机120转/分钟搅拌后制成浆状胚料，将胚料倒入事先准备好的塑料模具，进行布料；布料完成后，在基板上覆加3层玻璃纤维网布，经振动辊压形成板状胚体；接着在自然环境下凝固，然后在温度为18℃，相对湿度为60%条件下养护7天，充分固化后再剪切加工成10mm厚的夹芯层赤泥高填充凝胶材料板材；将2层呈0°/90°交错排布的连续纤维增强聚乙烯复合材料片材分别铺到夹芯层上下表面，送入钢带压机，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强聚乙烯复合材料片材和夹芯层同步通过钢带压机的热压区和冷压区，通过热压和冷压将连续纤维增强聚乙烯复合材料片材熔融黏合到夹芯层的上下表面。其中，热压温度为220℃，热压压力为2MPa，热压时间为1min，冷压温度为为60℃，冷压压力为2MPa，冷压时间为1min。 [0019] 本实例制备出的连续纤维增强赤泥复合材料板材的抗压强度为80MPa，抗折强度2 为40MPa，抗冲击强度为30kJ/m。 [0020] 实施例2：根据本发明的连续纤维增强赤泥复合材料板材，连续纤维增强赤泥复合材料板材夹芯层各组分的重量比为赤泥40%，氯化镁卤水30%，氧化镁10%，木粉11.5%，抗水剂0.5%，抗卤剂0.5%，增强剂0.5%，改性剂2%和聚乙烯醇5%。将上述重量比称取的原料经搅拌机120转/分钟搅拌后制成浆状胚料，将胚料倒入事先准备好的塑料模具，进行布料；布料完成后，在基板上覆加5层玻璃纤维网布，经振动辊压形成板状胚体；接着在自然环境条件下凝固，然后在温度为20℃，相对湿度为60%的恒温恒湿条件下养护8天，充分固化后再剪切加工成15mm厚的夹芯层赤泥高填充凝胶材料板材；将4层呈0°/90°交错排布的连续纤维增强聚丙烯复合材料片材分别铺到夹芯层的上下表面，送入钢带压机，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强聚丙烯复合材料片材和夹芯层同步通过钢带压机的热压区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强聚丙烯复合材料片材熔融黏合到夹芯层的上下表面。其中，热压温度为230℃，热压压力为2MPa，热压时为2min，冷压温度为60℃，冷压压力为2MPa，冷压时间为2min。 [0021] 本实例制备出的连续纤维增强赤泥复合材料板材的抗压强度为100MPa，抗折强度2 为60MPa，抗冲击强度为40kJ/m。 [0022] 实施例3：根据本发明的连续纤维增强赤泥复合材料板材，连续纤维增强赤泥复合材料板材夹芯层各组分的重量比为赤泥50%，氯化镁卤水20%，氧化镁10%，木粉10.2%，抗水剂0.6%，抗卤剂0.6%，增强剂0.6%，改性剂2%和聚乙烯醇6%。将上述重量比称取的原料经搅拌机120转/分钟搅拌后制成浆状胚料，将胚料倒入事先准备好的塑料模具，进行布料；布料完成后，在基板上覆加10层玻璃纤维网布，经振动辊压形成板状胚体；然后在温度为25℃，相对湿度为70%的恒温恒湿条件下养护10天，充分固化后再剪切加工成20mm厚的夹芯层赤泥高填充凝胶材料板材，将6层呈0°/90°交错排布的连续纤维增强尼龙复合材料片材分别铺到夹芯层上下表面，送入钢带压机，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强尼龙复合材料片材和夹芯层同步通过钢带压机的热压区和冷压区，通过热压和冷压将连续纤维增强尼龙复合材料片材熔融黏合到夹芯层的上下表面。其中，热压温度为260℃，热压压力为4MPa，热压时间为3min，冷压温度为80℃，冷压压力为4MPa，冷压时间为3min。 [0023] 本实例制备出的连续纤维增强赤泥复合材料板材的抗压强度为150MPa，抗折强度2 为100MPa，抗冲击强度为80kJ/m。 [0024] 以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。 |
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