[發(fā)明專利]一種以不合格碳纖維為增強(qiáng)纖維的石膏復(fù)合材料制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510320972.3
• 申請(qǐng)日: 2015-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104926255A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟凡鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱唐風(fēng)科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): C04B28/14
• 分類號(hào): C04B28/14;C04B14/38
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石膏復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)，屬于建筑材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石膏作為三大凝膠材料之一，在工業(yè)、建筑、和醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域等都得到了廣泛應(yīng)用。雖然在其力學(xué)性能方面，有較高的抗壓強(qiáng)度，但是其抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較差。這些方面的缺陷限制了石膏材料的應(yīng)用領(lǐng)域，為了改進(jìn)石膏在這方面的缺陷，通常采用摻加纖維來(lái)增強(qiáng)石膏的力學(xué)性能。被人們采用較多的是玻璃纖維、各種植物纖維（如秸稈等），為了拓展石膏的應(yīng)用領(lǐng)域，也有將聚乙烯纖維摻加入石膏進(jìn)行增強(qiáng)的研究；

碳纖維具有極好的力學(xué)性能、抗疲勞性、耐腐蝕性等，并且其導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，纖維的密度低，具備優(yōu)良的化學(xué)和物理性質(zhì)，使其很多復(fù)合材料中充當(dāng)增強(qiáng)體，改變材料的各項(xiàng)性能。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空航天、交通運(yùn)輸、電子工業(yè)、土木建筑等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用；

然而，直接使用碳纖維作為石膏復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維由于價(jià)格原因致使復(fù)合材料成本過(guò)高，限制了其使用范圍；

在碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地要出現(xiàn)性能指標(biāo)達(dá)不到要求的不合格產(chǎn)品，這些殘次品不能進(jìn)入正常的市場(chǎng)，一般都是作為廢物堆積在倉(cāng)庫(kù)或者以極低的價(jià)格用于其他領(lǐng)域。碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品的處理問(wèn)題是每一個(gè)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)急需解決的問(wèn)題之一；

本發(fā)明給出的就是一種把碳纖維生產(chǎn)企業(yè)廢棄的不合格碳纖維經(jīng)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗笥糜谏a(chǎn)石膏復(fù)合材料的技術(shù)。其特點(diǎn)是以低廉的成本生產(chǎn)用于建筑材料的高性能石膏復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種將碳纖維生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的不合格碳纖維經(jīng)表面處理后用于石膏復(fù)合材料的技術(shù)；

未經(jīng)表面處理的不合格碳纖維一般與石膏的相容性不好，直接使用導(dǎo)致碳纖維不能與石膏很好結(jié)合，不能充分發(fā)揮碳纖維的性能。所以本發(fā)明首先要對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理；

在碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中，表面涂覆了一層上漿劑，在表面處理前應(yīng)該將上漿劑除去。本發(fā)明采用堿洗的方法除去碳纖維表面的上漿劑；

除去上漿劑的碳纖維置于一定濃度的硝酸中，但一定溫度下氧化一段時(shí)間，過(guò)濾除去未反應(yīng)的硝酸，洗滌，加入10%氨水溶液氨化一定時(shí)間，再次過(guò)濾，洗滌，干燥，就得到表面處理的碳纖維；

表面處理的化學(xué)原理及與石膏材料的結(jié)合原理如下：

???????碳纖維表面在硝酸作用下，部分碳原子被氧化生成羧基，羧基氨化生成銨鹽。當(dāng)經(jīng)表面處理的碳纖維與石膏材料接觸時(shí)，就會(huì)在羧基與石膏材料之間形成離子鍵結(jié)合的鈣羧酸鹽，使碳纖維表面與石膏材料之間的作用力由分子間作用力變?yōu)榛瘜W(xué)鍵，大大提高了碳纖維石膏復(fù)合材料的力學(xué)性能；

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)利用碳纖維生產(chǎn)中的不合格產(chǎn)品，得到一種力學(xué)性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的石膏復(fù)合材料，同時(shí)解決了碳纖維生產(chǎn)中不合格產(chǎn)品的綜合利用問(wèn)題。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一

首先將碳纖維生產(chǎn)中碳化過(guò)程產(chǎn)生的不合格碳絲切割成長(zhǎng)度2-5mm的短絲，按廢絲：稀堿液?=?1:4的比例加入5%的堿液，80℃下攪拌1小時(shí)，離心脫除稀堿液，加水洗滌2次；

洗滌后的廢碳絲加入反應(yīng)釜中，按1:5的比例加入20%硝酸，100℃下處理4小時(shí)，其間產(chǎn)生的少量NO用稀NaOH溶液吸收。離心脫除處理液，用水洗滌至中性。處理液補(bǔ)加硝酸后可以重復(fù)使用；

洗滌后的廢碳絲加入5%氨水溶液中攪拌1小時(shí)，離心除去氨水溶液，用水洗滌至中性即得表面處理后的廢碳絲；

取經(jīng)表面處理后的廢碳絲10份，與90份石膏粉混合，然后加入60份水?dāng)嚢杈鶆?，注?0mm×40mm×160mm的模具中，超聲振動(dòng)2分鐘，放置12小時(shí)后脫模，室溫條件下養(yǎng)護(hù)7天測(cè)定其力學(xué)性能。按上述條件制得的試樣抗折強(qiáng)度4.7MPa，抗壓強(qiáng)度7.8MPa；

具體實(shí)施方式二

按實(shí)施方式一所述方法，只是將堿洗液的濃度改為3%，其余操作條件與實(shí)施方式一相同，得到的產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試其力學(xué)性能如下，抗折強(qiáng)度3.8MPa，抗壓強(qiáng)度6.6MPa；

具體實(shí)施方式三

按實(shí)施方式一所述方法，只是將堿洗液的濃度改為8%，其余操作條件與實(shí)施方式一相同，得到的產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試其力學(xué)性能如下，抗折強(qiáng)度4.8MPa，抗壓強(qiáng)度7.6MPa；

具體實(shí)施方式四

按實(shí)施方式一所述方法，只是將堿洗液的濃度改為10%，其余操作條件與實(shí)施方式一相同，得到的產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試其力學(xué)性能如下，抗折強(qiáng)度4.7MPa，抗壓強(qiáng)度7.9MPa；

具體實(shí)施方式五