[發(fā)明專(zhuān)利]超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)地聚合物基復(fù)合材料及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810374958.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108529936A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余江滔;謝星星
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B28/00
• 分類(lèi)號(hào): C04B28/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)地聚合物基復(fù)合材料及制備方法，由300?600重量份的低鈣粉煤灰、100?300重量份的高鈣粉煤灰、0～50重量份的偏高嶺土、100～300重量份的石英砂、100?300重量份的水、20?50重量份的氫氧化鈉、5～50重量份的超高分子量聚乙烯纖維和100?200重量份的硅酸鈉組成。本發(fā)明還提供了上述超高韌性地聚合物基復(fù)合材料的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用大量的工業(yè)廢渣粉煤灰代替水泥，將工業(yè)廢棄物變廢為寶，有效的保護(hù)了環(huán)境，降低了能源的消耗，減少了二氧化碳的排放。利用超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)了地聚合物基復(fù)合材料的韌性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地聚合物基復(fù)合材料延展性差的缺點(diǎn)，從而便于地聚合物基復(fù)合材料在我國(guó)工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種建筑用復(fù)合材料，具體來(lái)說(shuō)是一種超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)的超高韌性地聚合物基復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)

地聚合物是一種以無(wú)機(jī)[SiO₄]、[AlO₄]四面體為主要組成，具有空間三維網(wǎng)絡(luò)狀鍵接結(jié)構(gòu)的新型無(wú)機(jī)硅鋁質(zhì)膠凝材料。與傳統(tǒng)水泥基材料相比，其原材料來(lái)源廣泛，且制備方便、能耗小、CO₂排放量低，同時(shí)具有快硬早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗?jié)B、抗凍、高韌、耐腐蝕、耐火以及固封重金屬等優(yōu)異性能，使其在工程上特別是搶修搶建工程得到了很好的應(yīng)用。但是，由于地聚合物材料自身抗拉強(qiáng)度低、脆性大等固有弱點(diǎn)，在建設(shè)和使用過(guò)程中易出現(xiàn)不同程度和不同形式的裂縫，制約著這種材料的推廣使用。

因此為了增強(qiáng)地聚合物材料的強(qiáng)度和韌性，Davidovits在1989年到1994年間分別用玻璃纖維、碳纖維和碳化硅纖維增韌地聚合物材料，使其抗彎強(qiáng)度分別達(dá)到了140MPa、175MPa、220MPa，尤其是用碳纖維增強(qiáng)的地聚合物復(fù)合材料，它在1000℃下不氧化不變形，力學(xué)性能基本穩(wěn)定。D.M.Ryo于1976年采用熱壓工藝制得了孔隙率為2％，抗壓強(qiáng)度為650MPa的類(lèi)巖石膠凝體。意大利的科學(xué)家則把纖化聚丙烯網(wǎng)添加到地聚物材料中并成功制備輕質(zhì)頂板；日本的鏡美添加了PVA，制造了人造大理石。

但是由于地聚合物膠凝體系凝結(jié)、硬化機(jī)理與常見(jiàn)的硅酸鹽水泥有著很大差別，在早期反應(yīng)過(guò)程中許多因素都影響著該復(fù)合材料的強(qiáng)度，如：固體混合物中的硅鋁比、堿激發(fā)劑含量和養(yǎng)護(hù)條件等。因此探尋該材料的最優(yōu)配合比與最佳反應(yīng)條件，對(duì)該復(fù)合材料的推廣應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種抗拉強(qiáng)度高、自重小、具有超高韌性的超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)地聚合物基復(fù)合材料及制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)地聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，包括以下重量份的組分：

進(jìn)一步的，所述的超高分子量聚乙烯纖維長(zhǎng)度為6-24mm，直徑為15-40μm，抗拉強(qiáng)度為1800-3900MPa，彈性模量為40-150GPa，極限延伸率為2％-5％。

進(jìn)一步的，所述的低鈣粉煤灰粉為一級(jí)低鈣粉煤灰粉，中位徑(D50)為2～10μm。

進(jìn)一步的，所述的高鈣粉煤灰為一級(jí)高鈣粉煤灰，中位徑(D50)為5～30μm。

進(jìn)一步的，所述的石英砂為10～100目的石英砂，最大粒徑不超過(guò)0.6mm。

進(jìn)一步的，所述的偏高嶺土的中位徑(D50)為1～100μm。

進(jìn)一步的，所述的氫氧化鈉為純度為98％顆粒狀氫氧化鈉。

進(jìn)一步的，所述的硅酸鈉為3.3模的液體硅酸鈉。

上述超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)地聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)按照重量份數(shù)稱(chēng)取各反應(yīng)物質(zhì)組分；