專利名稱：雜化涂層玻璃纖維增強水泥的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種增強水泥的制備方法，尤其涉及一種以水泥砂漿為基材、以有機-無機雜化涂層被覆的涂層玻璃纖維為增強材料的玻璃纖維增強水泥的制備方法。
背景技術(shù)：
玻璃纖維增強水泥(GRC)材料是一種重要的輕型建筑材料，它以玻璃纖維為增強材料、水泥砂漿為基材的一種復合材料，它集輕質(zhì)、高強和高韌性于一身，可制成表面豐富、多種形狀的薄壁制品和構(gòu)件。GRC已在英、美、日等數(shù)十個國家大量應用，其技術(shù)裝備水平及市場規(guī)模不斷提高和擴大，在建筑上占有獨特地位。
但是，在普通波特蘭水泥中，采用普通硅酸鹽玻璃纖維作為增強材料，受堿侵蝕作用后其強度會大大降低.這首先是因為普通硅酸鹽玻璃纖維中的二氧化硅骨架在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定，具有較大的溶解度；另一方面，水泥基體為一種活性體。在水化過程中析出大量Ca(OH)2和其他氫氧化物，使?jié)B入復合體的水分迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閜H值高達12～14的堿性溶液，對玻璃纖維產(chǎn)生腐蝕。為解決這一問題，目前國內(nèi)外主要采用高含氧化鋯(ZrO2＞14％)的硅酸鹽玻璃纖維作增強水泥介質(zhì)。但生產(chǎn)含鋯玻璃纖維成本較高，會增加GRC產(chǎn)品的成本，限止了它的應用范圍。
在GRC中，受強堿介質(zhì)侵蝕的玻璃纖維的機械強度與玻纖表面結(jié)構(gòu)直接相關。玻纖與水泥界面處兩種侵蝕機理占主導地位玻璃的羥基化和溶解；生長于界面處的Ca(OH)2晶體對玻纖表面的開槽蝕刻。如果在玻纖表面涂上合適的薄膜就可有效地改變玻纖與水泥浸出液的固液界面處相對表面張力關系，控制Ca(OH)2的核化和晶體生長過程，減緩侵蝕。涂層也可在Ca(OH)2晶體形成前，容許先生成一層純化層而防止Ca(OH)2對表面的刻蝕。涂層還可阻止各氧化物從玻璃中析出。因此以優(yōu)質(zhì)價廉的涂層來改善普通玻纖的耐堿性將是一種行之有效的方法。涂層可以防止玻璃纖維表面與水泥基體直接接觸，避免玻纖表面受水泥介質(zhì)侵蝕。改善玻璃纖維的耐堿、耐水性和機械強度，同時改變了水泥與增強材料的界面結(jié)合力，改善GRC制品的施工工藝性能。因此，采用以改性的普通玻璃纖維作為水泥增強材料，可以顯著降低生產(chǎn)GRC產(chǎn)品的成本，便于在建筑上大量推廣應用GRC材料，保溫節(jié)能。
涂層材料根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為有機涂層和無機涂層，無機涂層具有很高的硬度和耐磨性，但缺點是對底材表面處理要求高，成膜性差，柔韌性和耐沖擊性低，耐強堿的腐蝕性差等。相反，有機涂層在附著力、柔韌性、耐沖擊性、施工性、成膜性等方面都有著相當優(yōu)越的性能，但在耐高溫、耐溶劑、耐氧化性介質(zhì)等方面存在著難以克服的弱點。因而，采用有機無機復合涂層是一個很好的技術(shù)措施。
有機無機雜化材料是有機相和無機相在納米水平上以化學鍵相結(jié)合的新型復合材料，它克服了傳統(tǒng)復合材料有機相與無機相混雜不均勻且易發(fā)生相分離的缺點，因而在結(jié)構(gòu)和性能上均有較大的優(yōu)越性。制備有機無機雜化材料的方法主要是溶膠凝膠法，通過溶膠凝膠技術(shù)可以有目的、有意識自行設計、制備和裁剪納米復合材料。通過調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)和聚合物用量及其分子量，可以精確控制材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而形成各種類型的性能獨特的新型雜化材料；而且溶膠凝膠法非常適用于玻璃纖維的在線涂層，能進行規(guī)?；a(chǎn)。
本專利人在成功開發(fā)了具有優(yōu)良耐堿性的有機無機雜化耐堿涂層的基礎上，將雜化涂層應用于GRC材料中，通過對玻璃纖維的涂層，一方面提高了玻纖的耐堿性，另一方面還可以改善玻纖與水泥的界面性能，從而大大提高了GRC材料的機械性能和耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的通過在玻璃纖維表面涂覆一層耐堿性和柔韌性俱佳的涂層，提高普通玻璃纖維抗堿性，用以代替高價的含鋯耐堿玻璃纖維，從而大大降低GRC材料的成本；而且涂層還可以改善玻纖與水泥的界面性能，提高GRC材料的機械性能。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提供的雜化涂層玻璃纖維增強水泥的制備方法依下列步驟進行(1)纖維的涂覆首先以溶膠-凝膠法配制有機-無機雜化耐堿涂層浸涂液，陳化30分鐘～24小時后，以浸涂法對玻璃纖維進行涂層，在50-100℃下干燥半小時，涂層再升溫至200～300℃下熱處理0.2～2小時后，得到雜化涂層玻璃纖維。
(2)增強水泥的制作以325、425、525號水泥為基材，水灰比為0.20～0.50，以1～5wt％的比例在水泥中加入雜化涂層纖維，使玻璃纖維在水泥基質(zhì)中的均勻分布，以機械法混合或噴射法制備雜化涂層玻璃纖維增強水泥。
步驟(1)所述的有機-無機雜化耐堿涂層浸涂液時這樣制備的所述的耐堿涂層包括以下組分A正硅酸乙酯0～80重量份；B.鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯5～100重量份；
C其他金屬醇鹽或無機鹽0～80重量份；D有機聚合物10～70重量份；E化學添加劑0～20重量份；F化學干燥控制劑1～20重量份；G催化劑0.1～10重量份；其中其他金屬醇鹽或無機鹽為選自鋯鹽、鑭鹽、釔鹽、鈣鹽、鋇鹽、鋅鹽、鋁鹽、鈰鹽中的一種或多種；有機聚合物為分子量300-30000的、選自硅氧烷系聚合物、聚尿烷系聚合物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙稀、聚氨酯中的一種或多種；化學添加劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷；化學干燥控制劑為乙酰丙酮、N，N-二甲基甲酰胺和二甲基甲酰胺中的一種或幾種；催化劑為濃度100％的醋酸、鹽酸、硝酸中的一種；(化學添加劑、化學干燥控制劑、催化劑均為市售品)。
按上述配比將組分A、B、C、D、E、F進行充分混合，在含有水和乙醇的體系中進行水解、縮聚反應，反應溫度為20-80℃，聚合30分鐘-5小時，得到透明溶膠的浸涂液。
本發(fā)明的效果依本發(fā)明的制備方法所提供的涂層耐堿玻璃纖維，在80℃飽和Ca(OH)2溶液和80℃水泥浸出液中，纖維表面涂層至少可以保持7天；涂層還可改善玻璃纖維與水泥的界面性能。從而使得所制得的的GRC制品具有優(yōu)異的機械性能和耐久性。在50℃熱水中進行加速老化試驗，30天后GRC制品的抗彎強度不低于12MPa，抗壓強度不低于60MPa，60天后GRC制品的各項機械性能不低于耐堿纖維增強水泥制品的性能指標。通過老化試驗，GRC制品的耐久性長于20年，達到國際水平。
另外，由于耐堿涂層的使用，本發(fā)明中的玻璃纖維可使用普通玻纖，涂覆后所制得的玻璃纖維比市售氧化鋯耐堿纖維成本低30％，大大降低了GRC制品的成本，拓展了GRC制品的應用范圍。本發(fā)明所提供GRC制品工藝簡單，實用性強，在輕質(zhì)、高強度、不燃燒、加工和施工等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，有很好的應用前景。
具體實施例方式下面通過實施例對本專利作進一步的說明，但并不限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例1先以溶膠-凝膠法配制浸涂液，用浸涂法對玻璃纖維進行涂層，以硅酸鹽水泥525為基材，水灰比為0.40，涂層纖維加入量是2wt％，纖維分兩次加入，先在膜具中置入一層水泥，而后加入一層涂層纖維，保證纖維的平行、均勻分布，然后同樣依次在加入水泥和纖維，振動、抹平后，在潮濕環(huán)境中固化，最后脫膜得到制品。
本實例適于制備形狀規(guī)則的GRC制品，所得制品質(zhì)量小，強度大，且耐久性好，性能能持久保持。
實施例2先以溶膠-凝膠法配制浸涂液，用浸涂法對玻璃纖維進行涂層，然后將纖維進行切割制得短切纖維，以硅酸鹽水泥525為基材，水灰比為0.40，涂層纖維加入量是2wt％，將水泥、水、短切纖維混合，攪拌均勻后置入膜具，振動、抹平后，在潮濕環(huán)境中固化，最后脫膜得到制品。
本實例除可以制備形狀規(guī)則的制品外，還可以制備形狀復雜的GRC材料，比如雕塑、工藝品等等。
實施例3先以溶膠-凝膠法配制浸涂液，用浸涂法對玻璃纖維網(wǎng)格布進行涂層，以硅酸鹽水泥525為基材，水灰比為0.40，涂層纖維加入量是2wt％，先在膜具中置入一層水泥，然后將涂層耐堿玻纖網(wǎng)格布放入平鋪，然后再加入一層水泥，振動、抹平后，在潮濕環(huán)境中固化，最后脫膜得到制品。
實施例4先以溶膠-凝膠法配制浸涂液，用浸涂法對玻璃纖維進行涂層，以硅酸鹽水泥325為基材，水灰比為0.35，涂層纖維加入量是4wt％，纖維分兩次加入，先在膜具中置入一層水泥，而后加入一層涂層纖維，保證纖維的平行、均勻分布，然后同樣依次在加入水泥和纖維，振動、抹平后，在潮濕環(huán)境中固化，最后脫膜得到制品。
實施例5先以溶膠-凝膠法配制浸涂液，用浸涂法對玻璃纖維網(wǎng)格布進行涂層，以硅酸鹽水泥425為基材，水灰比為0.35，涂層纖維加入量是4wt％，先在膜具中置入一層水泥，然后將涂層耐堿玻纖網(wǎng)格布放入平鋪，然后再加入一層水泥，振動、抹平后，在潮濕環(huán)境中固化，最后脫膜得到制品。
實施例6先以溶膠-凝膠法配制浸涂液，用浸涂法對玻璃纖維進行涂層，然后將纖維進行切割制得短切纖維，以硅酸鹽水泥325為基材，水灰比為0.35，涂層纖維加入量是3wt％，將水泥、水、短切纖維混合，攪拌均勻后置入膜具，振動、抹平后，在潮濕環(huán)境中固化，最后脫膜得到制品。
權(quán)利要求
1.一種雜化涂層玻璃纖維增強水泥的制備方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟(1)纖維的涂覆首先以溶膠-凝膠法配制有機-無機雜化耐堿涂層浸涂液，陳化30分鐘～24小時后，以浸涂法對玻璃纖維進行涂層，在50-100℃下干燥半小時，涂層再升溫至200～300℃下熱處理0.2～2小時后，得到雜化涂層包覆的玻璃纖維。(2)增強水泥的制作以325、425、525號水泥為基材，水灰比為0.20～0.50，以1～5wt％的比例在水泥中加入步驟(1)所得的雜化涂層纖維，使玻璃纖維在水泥基質(zhì)中的均勻分布，以機械法混合或噴射法制備雜化涂層玻璃纖維增強水泥材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增強水泥的制備方法，尤其涉及一種以水泥砂漿為基材、以有機－無機雜化涂層被覆的玻璃纖維為增強材料的玻璃纖維增強水泥(GRC)的制備方法。依本發(fā)明的制備方法所提供的涂層耐堿玻璃纖維，在80℃飽和 Ca(OH)
文檔編號C04B14/44GK1978363SQ20061006726
公開日2007年6月13日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者陳奇, 田孝勝 申請人:華東理工大學