本发明专利技术公开了一种无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，包括地聚物原料、空心玻璃微珠、水玻璃、强化纤维和水；其中，地聚物原料100份；水玻璃80～140份；水5～30份；空心玻璃微珠占复合泡沫材料体积的10％～45％；强化纤维占复合泡沫材料体积的0.25％～2％。本发明专利技术还提供了所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料的制备方法。本发明专利技术所述的复合泡沫材料可克服现有空心填料分散效果不良、界面粘接差、生产成本高、环保性差、耐火耐久性差和地聚物材料方面高脆性、低断裂韧性等不足，提供的复合材料具有轻质高强、微球分散均匀、界面粘接良好、断裂韧性高、廉价环保易于制备、耐火耐久等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种无机胶凝基质复合泡沫材料及其制备方法
本专利技术涉及一种复合泡沫材料，具体涉及一种无机胶凝基质复合泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
复合泡沫因其高强、轻质、低吸水率的特点而在航天结构、深水结构及压力容器结构等方面有很大的应用潜力。当前对于复合泡沫的研究主要集中在有机聚合物基质如环氧树脂、聚氨酯、聚乙烯等方面。同时作为复合泡沫中空填料，空心玻璃微珠是被应用最多的材料之一。例如公开号为CN105694431A的中国专利文献公开了一种聚氨酯泡沫吸声复合材料，由以下重量份的原料制成：聚氨酯80～100份、增强纤维15～35份、空心玻璃微珠30～55份、增强填料35～45份、偶联剂2～5份、发泡剂8～12份、固化剂7～9份以及增塑剂1～3份，增强纤维在混合熔融前先用分散剂分散开来，再对空心玻璃微珠以及增强填料进行表面处理。再如公开号为CN103709607A公开了一种所述复合泡沫浮体材料由甲、乙两组份构成，甲组份包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂和空心玻璃微珠，乙组份包括固化剂和催化剂；甲组份的制备方法为：将计量的环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂、空心玻璃微珠混合均匀制备甲组份；乙组份的制备方法为：称取固化剂、催化剂、混合均匀制备乙组份；复合泡沫浮力材料的制备：按比例称取甲、乙两组份配制混合，浇注于聚乙烯模具中，室温或加温固化，脱模制得固体浮力材料。空心玻璃微珠属无机填料，与有机高聚物基质之间存在分散困难、界面结合较差等问题。同时，有机聚合物生产成本较高，生产工艺复杂，并不可避免地会排放挥发性有机物(VOC)等有害气体而污染环境，危害人体健康。此外，有机聚合物耐火性较差，在外部环境和内部缺陷下易发生降解而破坏等也是制约其作为主要结构泡沫材料的重要因素。与传统复合泡沫材料所用的有机聚合物粘接基质相比，地聚物具有低成本、高强度、生态友好无污染、易于生产、化学及防火性能优越等特点。但同时，地聚物材料的高脆性、低断裂韧性严重制约了其在关键结构构件方面的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的则是克服现有复合泡沫材料的填料分散效果不良、界面粘接差、生产成本高、环保性差、耐火耐久性差和地聚物材料方面高脆性、低断裂韧性等不足，提出一种无机胶凝基质复合泡沫材料；旨在提高制得复合泡沫材料的性能。一种无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，包括地聚物原料、空心玻璃微珠、水玻璃、强化纤维和水；其中，地聚物原料100份；水玻璃80～140份；水5～30份；空心玻璃微珠占复合泡沫材料体积的10％～45％；强化纤维占复合泡沫材料体积的0.25％～2％。本专利技术中，通过所述的无机组分以及所述重量份的配比协同，物料的分散效果好，制得的材料具有轻质高强、微球分散均匀、界面粘接良好、断裂韧性高、廉价环保易于制备、耐火耐久的等优点。作为优选，所述的地聚物原料为偏高岭土、粉煤灰、矿粉中的至少一种。作为优选，所述的空心玻璃微珠的密度范围为0.125～0.60g/cm3。本专利技术人发现，采用不同密度范围的空心玻璃微珠复配使用，可进一步提升制得的材料的性能；例如提升材料的比抗压强度。作为优选，所述的空心玻璃微珠的包含大密度的空心玻璃微珠A和小密度的空心玻璃微珠B；其中，空心玻璃微珠A的密度范围为0.46～0.60g/cm3；空心玻璃微珠B的密度范围为0.125～0.38g/cm3。本专利技术人发现，采用所述的两种密度范围的空心玻璃微珠复配使用，可改善制得的复合材料的比抗压强度等性能。大密度空心玻璃微珠A与小密度空心玻璃微珠B的复配体积对最终的复合材料的性能具有一定影响。作为优选，所述空心玻璃微珠A与空心玻璃微珠B体积比为2/8～5/5(0.25～1)。进一步优选，所述空心玻璃微珠A与空心玻璃微珠B体积比为2/8～4/6。在该优选的体积比下，复合使用的协同效果明显，复合材料的比抗压强度等提升明显。更进一步优选，所述空心玻璃微珠中，包含体积比为2/8～4/6的密度为0.6g/cm3的空心玻璃微珠和密度为0.38g/cm3的空心玻璃微珠。最优选，所述空心玻璃微珠中，包含体积比为2/8的密度为0.6g/cm3的空心玻璃微珠和密度为0.38g/cm3的空心玻璃微珠。研究发现，密度为0.6g/cm3和0.38g/cm3的两种空心玻璃微珠以体积比2∶8复配的复合泡沫的性能更优。作为优选，所述的水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃。作为优选，所述的钠水玻璃的模数为1～3.5。作为优选，所述的钾水玻璃的模数为1～3.5。进一步优选，所述的钠水玻璃的模数为1.1～1.6；更进一步优选为1.25～1.45。进一步优选，所述的钾水玻璃的模数为1.1～1.6；更进一步优选为1.25～1.45。最优选，所述的钠水玻璃的模数为1.25。最优选，所述的钾水玻璃的模数为1.25。作为优选，水玻璃固含量为30～60wt％；进一步优选为40～50wt％。作为优选，所述的强化纤维为碳纤维、碳化硅纤维、硅酸镁纤维、PVA纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维、丙烯酸纤维中的至少一种。进一步优选，所述的强化纤维为PVA纤维。研究发现，在本专利技术所述的组分下，采用PVA纤维制得的复合材料的性能更优。作为优选，所述的强化纤维长度为5～20mm。作为优选，所述的所述的强化纤维为PVA纤维；所述的PVA纤维长度为5～20mm；进一步优选为6～10mm；最优选为7～9mm。所述的无机胶凝基质复合泡沫材料中，所述的强化纤维的重量份数为1～10份，优选为4～6份。更进一步优选，所述的无机胶凝基质复合泡沫材料中，所述的PVA纤维的重量份数为1～10份，优选为4～6份。也即是，所述的PVA纤维占复合材料的体积的1.5～2％。通过大量研究发现，本专利技术所述的无机胶凝基质复合泡沫材料优选包括地聚物原料、空心玻璃微珠、水玻璃、PVA纤维和水；其中，空心玻璃微珠由体积比为2/8～4/6的密度为0.46～0.60g/cm3的空心玻璃微珠和密度为0.125～0.38g/cm3的空心玻璃微珠组成。最优选，所述的无机胶凝基质复合泡沫材料优选以下重量份的组分：空心玻璃微珠由体积比为2/8的密度为0.60g/cm3的空心玻璃微珠和密度为0.38g/cm3的空心玻璃微珠组成。本专利技术还公开了一种所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料的制备方法，将所述重量份的各组分混合、固化而成。本专利技术制备方法中，将所述的各重量份的组分搅拌均匀、浇筑至模具中，振捣固化、脱模即到所述的复合泡沫泡沫材料。所述的固化优选在室温条件性进行。本专利技术人还发现，制备方法中，不同物料之间的混合顺序及方法对制得的材料的性能也具有一定的影响。作为优选，将所述的地聚物原料和空心玻璃微珠混合得甲组分；将所述的玻璃和水混合得乙组分；再将所述的甲组分和乙组分混合得混合物；向所述的混合物中投加所述的PVA纤维，混匀后浇筑成模、振捣固化、脱模即得所述的复合泡沫泡沫材料。采用本专利技术优选的混合步骤，可进一步改善各组分的拌合效果，避免物料结团；进而改善复合材料性能。与现有技术相比，本分专利技术的有益效果是：复合泡沫中空心玻璃微珠分散效果良好、界面粘接牢固、断裂韧性高、价格低廉且易于制备、轻质高强同时耐火耐久、制备过程环保无污染。其中，复合泡沫抗压强度高达55.85MPa，切本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，包括地聚物原料、空心玻璃微珠、水玻璃、强化纤维和水；其中，地聚物原料 100份；水玻璃 80～140份；水 5～30份；空心玻璃微珠占复合泡沫材料体积的10％～45％；强化纤维占复合泡沫材料体积的0.25％～2％。
【技术特征摘要】
1.一种无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，包括地聚物原料、空心玻璃微珠、水玻璃、强化纤维和水；其中，地聚物原料100份；水玻璃80～140份；水5～30份；空心玻璃微珠占复合泡沫材料体积的10％～45％；强化纤维占复合泡沫材料体积的0.25％～2％。2.如权利要求1所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，所述的地聚物原料为偏高岭土、粉煤灰、矿粉中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，所述的空心玻璃微珠的密度范围为0.125～0.60g/cm3。4.如权利要求3所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，所述的空心玻璃微珠包含大密度的空心玻璃微珠A和小密度的空心玻璃微珠B；其中，空心玻璃微珠A的密度范围为0.46～0.60g/cm3；空心玻璃微珠B的密度范围为0.125～0.38g/cm3。5.如权利要求4所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠A与空心玻璃微珠B体积比为2/8～5/5。6.如权利要求1所述的无机胶凝基质复合泡沫泡沫材料，其特征在于，所述的水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃；水玻璃固含量为30～60...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳震宇，李植良，黄鑫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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