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CN111606643B - 一种高强度纸面石膏板及其制备方法 - Google Patents

一种高强度纸面石膏板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种纸面石膏板，在所述纸面石膏板中，以建筑石膏为100重量份计，α高强石膏为10‑30重量份，白水泥为10‑30重量份，水为65‑85重量份，玻璃纤维为5‑15重量份，玻璃纤维网格布为5‑10重量份，预处理的碳纤维为0.5％‑2.5％重量份，缓凝剂为0.2‑1重量份，发泡剂为0.1‑0.5重量份，淀粉为0.2‑2重量份。本申请还提供所述纸面石膏板的制备方法。本申请通过用改性的碳纤维、玻璃纤维、玻璃纤维网格布制备出高强度石膏板，纵向断裂载荷在740‑770N的范围内，横向断裂载荷在310‑320N的范围内。

Description

一种高强度纸面石膏板及其制备方法
技术领域
本申请涉及但不限于建筑材料领域，特别涉及但不限于一种高强度纸面石膏板及其制备方法。
背景技术
在国家大力推广装配式建筑的背景下，纸面石膏板-轻钢龙骨复合墙体以其保温隔声、施工方便、造价低、节约能耗，符合建筑节能特别是墙体节能的理念等特点被受关注。但是这种复合墙体的强度较传统墙体差，因此为了更好地推广纸面石膏板在装修墙体中的应用，需要开发一种高强度纸面石膏板，并且随着社会的进步和建设标准的提高，高强度纸面石膏板复合墙体的市场将越来越大。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请通过用改性的碳纤维、玻璃纤维、玻璃纤维网格布制备出高强度石膏板，本申请制备出的石膏板的强度：纵向断裂载荷在740-770N的范围内，横向断裂载荷在310-320N的范围内。强度满足欧洲标准关于高强度纸面石膏板的要求，并高于市售的纸面石膏板。
具体地，本申请提供了一种高强度纸面石膏板，一种纸面石膏板，在所述石膏板中，以建筑石膏为100重量份计，α高强石膏为10-30重量份，白水泥为10-30重量份，水为65-85重量份，玻璃纤维为5-15重量份，玻璃纤维网格布为5-10重量份，预处理的碳纤维为0.5％-2.5％重量份，缓凝剂为0.2-1 重量份，发泡剂为0.1-0.5重量份，淀粉为0.2-2重量份。
在本申请中，所述α高强石膏的粒度80目-200目，初凝时间为5min-8min，终凝时间为10-15min，强度为7MPa-8MPa。
在本申请中，所述预处理的碳纤维通过以下方法获得：
通过接触导电辊而接通电位仪正极的碳纤维为阳极，石墨为阴极，配制 0.5mol/L硫酸溶液为电解质，以1A/g的表观电流密度处理所述碳纤维，以 1.5m/min的速度通过电解槽，电解5min，电解后的碳纤维直接接入装有去离子水的清洗槽中清洗，然后在100℃下烘干8-24小时至恒重；
将改性后的碳纤维裁切成短纤维丝；
将所述短纤维丝碳纤维研磨成碳纤维粉；
将所述短纤维丝和所述碳纤维粉混合，获得所述预处理的碳纤维。
在本申请中，所述短纤维丝的长度为10mm-20mm，所述碳纤维粉的粒度为30目-200目。
在本申请中，所述短纤维丝与所述碳纤维粉的重量比在2∶1-4∶1的范围内。
在本申请中，所述玻璃纤维选自中碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维和抗碱玻璃纤维中的任一种或更多种，所述玻璃纤维的纤维长度为9mm-15mm，纤维单丝直径为10μm-15μm。
在本申请中，所述玻璃纤维网格布是耐碱玻璃纤维网格布，所述玻璃纤维网格布的网孔尺寸为：5x5mm、3x3mm、3x4mm、2.75x2.75mm或2x2mm；重量为45g/m2-160g/m2。
在本申请中，所述发泡剂选自无机发泡剂十二烷基硫酸铵、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的任一种或更多种。
在本申请中，所述缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂、蛋白质类缓凝剂。
在本申请中，优选地，所述蛋白质类缓凝剂为骨胶蛋白质缓凝剂、降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂。
本申请还提供所述纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括：
步骤一、将建筑石膏、α高强石膏、白水泥、碳纤维、玻璃纤维混合均匀；
步骤二、将水、淀粉以及发泡剂、缓凝剂混合，搅拌制成均匀的混合液；
步骤三、在混合液中加入步骤一获得的混合物，制成石膏料浆；
步骤四、将搅拌均匀的石膏料浆在离心力作用下甩至护面纸上，然后经成型刀挤压，在护面纸折成直角后，在成型板的挤压下与另一护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后所述湿板被引出，完成成型；
步骤五、成型后的湿板凝固，切断后，进入干燥机，经过180℃-155℃、 100℃-130℃、45℃-60℃三个干燥阶段。
步骤六、干燥后的板材合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板。
本发明利用了玻璃纤维、玻璃纤维网格布与表面粗糙化的碳纤维制备高强度纸面石膏板。碳纤维具有极好的力学性能、抗疲劳性、耐腐蚀性等，但是碳纤维表面光滑，不易与石膏料浆结合，因此本发明对碳纤维进行表面改性处理，提高了纤维/石膏的界面结合，改善纸面石膏板的力学性能。玻璃纤维与玻璃纤维网格布相互配合，可以避免纸面石膏板干燥过程中因干燥收缩引起的内部结构开裂，强度下降。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在下述实施例中，所使用的建筑石膏，高强石膏为普通市售；玻璃纤维购买自河北京杭矿产品有限公司；玻璃纤维网格布购买自山东鑫马网纱股份有限公司；发泡剂碳酸氢钠购买自济南亿昊化工有限公司；改性淀粉购买自济南元通化工有限公司；缓凝剂为降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂，购买自上海钦和化工有限公司。
实施例1
预处理碳纤维，步骤如下：
步骤1：碳纤维电化学氧化：通过接触导电辊而接通电位仪正极的碳纤维为阳极，石墨为阴极，配制0.5mol/L硫酸溶液为电解质，以1A/g的表观电流密度处理碳纤维，以1.5m/min的速度通过电解槽，电解5min。电解后的碳纤维直接接入装有去离子水的清洗槽中清洗，然后在100℃下烘干10小时至恒重。
步骤2：碳纤维裁切成短纤维丝，10-20mm。
步骤3：碳纤维丝研磨，30-200目.
实施例2
利用实施例1制备的短碳纤维及碳纤维粉末制备纸面石膏板，具体步骤如下：
步骤一、称量纸面石膏板各组分，其中：建筑石膏100重量份、a高强石膏10重量份、白水泥30重量份，水68重量份、玻璃纤维6重量份、玻璃纤维网格布7重量份、碳纤维0.6％重量份(其中短纤维丝与碳纤维粉的比例2∶1)、缓凝剂0.3重量份、发泡剂0.2重量份、改性淀粉0.3重量份。
步骤二、将建筑石膏、a高强石膏、白水泥、碳纤维、短切玻璃纤维混合均匀。
步骤三、将水、改性淀粉以及发泡剂、缓凝剂混合，搅拌制成均匀的混合液；
步骤四、在混合液中加入步骤二的混合粉体，制成石膏料浆。
步骤五、将搅拌均匀的料浆在离心力作用下甩入成型台上的所述下护面纸上，玻璃纤维网格布与料浆在凝固皮带牵引力的带动下经成型刀挤压，使下护面纸沿其辊出痕迹处折成直角后，下护面纸与料浆一起在成型板的挤压下与所述上护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后湿板在凝固皮带的牵引下被引出，完成12.5mm厚度纸面石膏板成型。
步骤六、成型后的湿板在传送皮带上凝固，切断后，进入干燥机，经过 180℃、110℃、45℃三个干燥阶段。
步骤七：干燥后的板材合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板。
实施例3
利用实施例1制备的短碳纤维及碳纤维粉末制备纸面石膏板，具体步骤如下：
步骤一、称量纸面石膏板各组分，其中：建筑石膏100重量份、a高强石膏20重量份、白水泥10重量份，水75重量份、玻璃纤维10重量份、玻璃纤维网格布10重量份、碳纤维1.6％重量份(其中短纤维丝与碳纤维粉的比例 3∶1)、缓凝剂0.6重量份、发泡剂0.3重量份、淀粉1重量份。
步骤二、将建筑石膏、a高强石膏、白水泥、碳纤维、短切玻璃纤维混合均匀。
步骤三、将水、改性淀粉以及发泡剂、缓凝剂混合，搅拌制成均匀的混合液；
步骤四、在混合液中加入步骤二的混合粉体，制成石膏料浆。
步骤五、将搅拌均匀的料浆在离心力作用下甩入成型台上的所述下护面纸上，玻璃纤维网格布与料浆在凝固皮带牵引力的带动下经成型刀挤压，使下护面纸沿其辊出痕迹处折成直角后，下护面纸与料浆一起在成型板的挤压下与所述上护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后湿板在凝固皮带的牵引下被引出，完成12.5mm厚度纸面石膏板成型。
步骤六、成型后的湿板在传送皮带上凝固，切断后，进入干燥机，经过 180℃、110℃、45℃三个干燥阶段。
步骤七：干燥后的板材合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板。
实施例4
利用实施例1制备的短碳纤维及碳纤维粉末制备纸面石膏板，具体步骤如下：
步骤一、称量纸面石膏板各组分，其中：建筑石膏100重量份、a高强石膏30重量份、白水泥15重量份，水80重量份、玻璃纤维15重量份、玻璃纤维网格布8重量份、碳纤维2.4％重量份(其中短纤维丝与碳纤维粉的比例 4∶1)、缓凝剂0.8重量份、发泡剂0.4重量份、淀粉1.4重量份。
步骤二、将建筑石膏、a高强石膏、白水泥、碳纤维、短切玻璃纤维混合均匀。
步骤三、将水、改性淀粉以及发泡剂、缓凝剂混合，搅拌制成均匀的混合液；
步骤四、在混合液中加入步骤二的混合粉体，制成石膏料浆。
步骤五、将搅拌均匀的料浆在离心力作用下甩入成型台上的所述下护面纸上，玻璃纤维网格布与料浆在凝固皮带牵引力的带动下经成型刀挤压，使下护面纸沿其辊出痕迹处折成直角后，下护面纸与料浆一起在成型板的挤压下与所述上护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后湿板在凝固皮带的牵引下被引出，完成12.5mm厚度纸面石膏板成型。
步骤六、成型后的湿板在传送皮带上凝固，切断后，进入干燥机，经过 180℃、110℃、45℃三个干燥阶段。
步骤七：干燥后的板材合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板。
对比例1
市售12.5mm普通纸面石膏板。
对比例2
市售12.5mm高强纸面石膏板。
测试例1
国家标准GB/T9775-2008《纸面石膏板》中，将纸面石膏板按其功能分为普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板、耐火纸面石膏板以及耐水耐火纸面石膏板4大类，但对高强度纸面石膏板没有提出具体要求。而在欧洲标准EN 520 《纸面石膏板——定义、要求和试验方法》中，将纸面石膏板按其功能分成A、 H、E、F、P、D、R、I共8种类别，其中R型纸面石膏板即为本文所述的高强纸面石膏板。EN 520标准对普通纸面石膏板和高强纸面石膏板的强度(以断裂荷载表示)要求如表1所示。
依据欧洲标准EN 520对实施例2-4及对比例1、2的纸面石膏板进行测试，检测纸面石膏板的物理力学性能，结果见表2。
表1普通、高强纸面石膏板的断裂荷载标准
Figure RE-GDA0002141339490000071
表2本申请实施例2-4和对比例1-2制备出的纸面石膏板的性能测试结果
纵向断裂载荷(N) 横向断裂载荷(N)
实施例2 741 320
实施例3 764 358
实施例4 745 342
对比例1 578.7 235.2
对比例2 738 308
本申请中的性能指标检测依据欧洲标准。通过本申请的配方和制备工艺生产的磷石膏粉和纸面石膏板，均满足或高于欧洲标准关于高强度纸面石膏板的要求，并且实施例2、3、4的横纵向荷载高于市售普通12.5mm、高强 12.5mm厚纸面石膏板的强度。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种纸面石膏板，在所述纸面石膏板中，以建筑石膏为100重量份计，α高强石膏为10-30重量份，白水泥为10-30重量份，水为65-85重量份，玻璃纤维为5-15重量份，玻璃纤维网格布为5-10重量份，预处理的碳纤维为0.5%-2.5%重量份，缓凝剂为0.2-1重量份，发泡剂为0.1-0.5重量份，改性淀粉为0.2-2重量份;
所述预处理的碳纤维通过以下方法获得：
通过接触导电辊而接通电位仪正极的碳纤维为阳极，石墨为阴极，配制 0.5mol /L 硫酸溶液为电解质，以 1A/g 的表观电流密度处理所述碳纤维，以1.5m/min的速度通过电解槽，电解5min，电解后的碳纤维直接接入装有去离子水的清洗槽中清洗，然后在 100℃下烘干8-24小时至恒重；
将改性后的碳纤维裁切成短纤维丝；
将所述短纤维丝碳纤维研磨成碳纤维粉；
将所述短纤维丝和所述碳纤维粉混合，获得所述预处理的碳纤维；
其中，所述短纤维丝与所述碳纤维粉的重量比在2:1-4:1的范围内。
2.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述α高强石膏的粒度80目-200目，初凝时间为5 min-8 min，终凝时间为10-15min，强度为7 MPa -8 MPa。
3.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述短纤维丝的长度为10 mm-20 mm，所述碳纤维粉的粒度为30目-200目。
4.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述玻璃纤维选自中碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维和抗碱玻璃纤维中的任一种或更多种，所述玻璃纤维的纤维长度为9 mm-15 mm，纤维单丝直径为10 μm-15 μm。
5.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述玻璃纤维网格布是耐碱玻璃纤维网格布，所述玻璃纤维网格布的网孔尺寸为：5x5mm、3x3mm、3x4mm、2.75x2.75mm或2x2mm；重量为45g/m2 -160g/m2。
6.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述发泡剂选自无机发泡剂碳酸氢钠、碳酸氢铵中的任一种或更多种。
7.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂、蛋白质类缓凝剂。
8.权利要求1至7中任一项所述的纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括：
步骤一、将建筑石膏、α高强石膏、白水泥、预处理的碳纤维、玻璃纤维混合均匀；
步骤二、将水、改性淀粉以及发泡剂、缓凝剂混合，搅拌制成均匀的混合液；
步骤三、在混合液中加入步骤一获得的混合物，制成石膏料浆；
步骤四、将搅拌均匀的料浆在离心力作用下甩入成型台上的下护面纸上，玻璃纤维网格布与料浆在凝固皮带牵引力的带动下经成型刀挤压，使下护面纸沿其辊出痕迹处折成直角后，下护面纸与料浆一起在成型板的挤压下与上护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后湿板在凝固皮带的牵引下被引出，完成12.5mm厚度纸面石膏板成型；
步骤五、成型后的湿板凝固，切断后，进入干燥机，经过180℃-155℃、100℃-130℃、45℃-60℃三个干燥阶段；
步骤六、干燥后的板材合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板。
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