[发明专利]一种纤维-碳化增强多孔地质聚合物材料骨架强度的方法

说明书

本发明公开一种纤维‑碳化增强多孔地质聚合物骨架强度的方法，属于环保多孔无机非金属材料的技术领域。所述方法为先将多孔地质聚合物材料的固废原材料破碎、干燥、研磨、筛分和混合得到固废前驱体；将固废前驱体与碱激发剂、发泡剂、束状单丝纤维混合得到混合浆体；将混合浆体注模养护成型并在养护箱中静置固化，得到纤维增强多孔地质聚合物材料；将纤维增强多孔地质聚合物材料脱模、常温养护，得到纤维增强多孔地质聚合物材料的试块；将试块进行碳化增强处理，得到纤维‑碳化增强多孔地质聚合物材料。本发明制备得到的多孔地质聚合物材料的性能：孔隙率＞70％，孔径＜0.17mm，密度＜0.58kg/m³，抗压强度＞3.20MPa。

技术领域

本发明属于环保多孔无机非金属材料的技术领域，涉及一种纤维-碳化增强多孔地质聚合物材料骨架强度的方法。

背景技术

近年来，由于我国能源结构的问题以及快速发展的趋势，煤炭、矿物等资源消耗量巨大，相应的固废产生量越来越多，在2020年全国一般工业固废产生量已高达36.7亿吨。这些固废的闲置不仅会占据大量土地资源，而且具有较强的污染性和腐蚀性，不可避免的会对自然环境和人体健康造成极大的污染和威胁。故而如何大规模利用固废是现有技术亟待解决的技术难题。

目前，大规模利用固废的方式有很多，包括利用固废制备建筑材料、道路材料、矿山填充材料、或其他将会对自然环境和人体健康造成极大的污染和威胁的元素进行回收并转化等方式。

其中：地质聚合物的固废利用方式受到了广泛的关注，其作为一种新型的绿色无机非金属材料，具有较高的抗压强度、较好的耐久性、耐火性等优异性能。且与其他固废资源化技术相比，地质聚合物的固废利用方式对于固废利用量大且适应性强，有利于处理利用各种大宗固废。各种大宗固废包括高炉矿渣、钢渣等工业固废，这些工业固废都需具有非晶态硅铝酸盐的特点，故而可将这些工业固废作为制备地质聚合物的原材料。

而地质聚合物的衍生物与地质聚合物同样可广泛应用于建筑材料和环境功能材料领域，其中的多孔地质聚合物材料就是如此。特别是多孔材料的使用能够带来了诸如环保、结构重量减轻、方便运输和组装等有益效果。

多孔地质聚合物材料通常采用化学发泡法制备，然而目前利用化学发泡法制备的高孔隙率(孔隙率70％以上)的多孔地质聚合物材料普遍存在机械强度较低、脆性大、易出现突发性破坏等缺点，从而限制了其实际应用。故而如何低成本制备高孔隙率(孔隙率70％以上)、高抗压强度(抗压强度3.20MPa以上)的多孔地质聚合物材料使其能够克服前述缺点成为研究重点。

纤维是一种能够改善材料的强度和抗冲击性、防止发生脆性破坏的材料，在材料基体中掺入纤维是一种广泛应用的提高材料力学性能的方法。目前，虽然存在多孔材料中掺入纤维增强多孔材料的韧性，但是由于多孔材料的特性和较弱的界面效应，纤维与目标基体之间的过渡区可能存在缺陷，限制了纤维的应用范围。

例如：中国专利CN109534844A中在无机泡沫保温材料内添加了增强材料，所述增强材料为聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、木纤维中的任意一种，最终制备的无机泡沫保温墙体材料的抗压强度≥0.3MPa，抗压强度提升并不显著，其中不仅原料成分复杂，而且纤维与无机泡沫保温材料的基体之间的过渡区存在缺陷。

CN104119096A中增加强度的组分为早强组分和增韧纤维、钢渣等有助于提高无机组合物形成的无机泡沫材料抗压强度的物料；其中：早强组分选自强度等级42.5级或52.5级的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥、矿渣中的一种或多种；增韧纤维可以为聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、涤纶纤维等其中的一种或一种以上，优选使用聚丙烯纤维和聚氯乙烯纤维。所述纤维的长度为 0.05-20mm，优选0.1-10mm。不仅原料选择中对高炉矿渣、钢渣等工业固废利用率低，而且成分复杂，抗压强度低。

且除过纤维增强外，还有其他增强方式，例如：中国专利CN104774032A 公开了一种轻质无机泡沫材料，增韧剂为苯丙乳液，但是其主要原料为工业废弃物粉煤灰和废玻璃，闭孔率高(＞70％)，孔径小(＜1mm)。