專利名稱：一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水泥基功能復合材料的制備方法。
技術背景導電纖維水泥基功能復合材料中纖維導電組分的種類、性質、形狀、尺寸、 摻量、與水泥基體的相容性以及兩者的復合方法等因素，都會影響纖維水泥基 功能復合材料的導電特性，且微米級導電纖維常因單絲細小，比表面積大而發(fā) 生纏繞與團聚，所以導電纖維的分散問題一直是困擾纖維水泥基功能復合材料 性能研究的一個難題。目前，利用物理球磨、剪切機械攪拌、超聲振蕩、酸或 堿氧化修飾、表面活性劑等處理方法，使纖維在水泥漿料中獲得良好的分散甚 至一定的排布，但這些方法存在纖維分散效果不佳、會使纖維碎斷、導電性能降低，最高電導率僅達1.15xl(^S/cm，以及功能性差的缺點。 發(fā)明內容本發(fā)明目的是為了解決現有技術制備的導電纖維水泥基功能復合材料纖 維分散效果不佳、會使纖維碎斷、電導率低以及功能性差的問題，而提供一種 導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法。一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法按以下步驟實現一、將導電纖維分散劑溶于揮發(fā)性有機溶劑中，得質量濃度為0.1 10%的溶液，然后向溶液中加導電纖維，磁力攪拌后超聲處理10 180min，得導電纖維分散相液；二、將去離子水、超塑化劑、早強劑、聚合物乳液、礦物摻合料和水泥混合機械攪勻后，裝入絕緣試模中，經流平、振實，制備成水泥漿料基體；三、在水泥漿料基體初凝后終凝前，向其中加入導電纖維分散相液，并對導電纖維分散相液施加直流或交流電場1 3h，待導電纖維分散相液干燥后得水泥基體與導電纖維的復合材料坯體；四、重復步驟二和三3 15次，得到水泥基體與導電纖維間隔排布的坯體，并在上表面澆注水泥漿料基體；五、待澆注的水泥漿料基體凝固24 h后，拆模，將試件移至標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護預定齡期， 得導電纖維增強水泥功能復合材料；其中步驟一中導電纖維與導電纖維分散劑的質量比為i : o.i io;步驟二中去離子水與水泥的質量比為o.30 o.8o : i， 超塑化劑與水泥的質量比為0.005 0.015 : i，早強劑與水泥的質量比為o 0.005: i，聚合物乳液與水泥的質量比為o.05 o.20 : i，礦物摻合料與水泥的質量比為0.05 0.15 : 1;步驟三中導電纖維與水泥的質量比為1 : 20 200。本發(fā)明中表面活性劑超聲分散使導電纖維得到分散與排布，施加的電場使 具有較高長徑比的纖維電偶極化，成為電偶極子，在導電纖維分散相液中受電 場力作用產生規(guī)則運動并漸趨向于沿電場線方向排布，纖維分散效果好且不會碎斷；導電纖維相互橋聯(lián)搭,接，沿電場線形成導電網路，使復合材料傳導性能 增強，導電性能好，沿施加電場線方向的電導率可達5.1 xl(T2 S/cm，提高了 4.5倍；由于網狀交織結構的纖維使水泥基體在彈性變形過程中界面上擁有較 大的相對變形阻力，聚合物乳膠的加入使水泥基體自身對振動有滯后阻尼效 應，沿電場線方向的導電纖維增強水泥功能復合材料共振阻尼值為0.0696，比 現有纖維增強水泥基復合材料的共振阻尼值0.055，提高了 26.5%，所得材料 的電學性能、減振動力性能均有較大的改善，材料功能性良好。


圖1為具體實施方式
十中所得電場輔助碳纖維分散排布的水泥基導電復 合材料斷面上兩水泥基體層間碳纖維層的掃描電鏡照片圖。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制 備方法按以下步驟實現 一、將導電纖維分散劑溶于揮發(fā)性有機溶劑中，得質 量濃度為0.1 10%的溶液，然后向溶液中加導電纖維，磁力攪拌后超聲處理 10 180min，得導電纖維分散相液；二、將去離子水、超塑化劑、早強劑、聚合物乳液、礦物摻合料和水泥混合機械攪勻后，裝入絕緣試模中，經流平、振實，制備成水泥漿料基體；三、在水泥漿料基體初凝后終凝前，向其中加入導 電纖維分散相液，并對導電纖維分散相液施加直流或交流電場l 3h，待導電 纖維分散相液干燥后得水泥基體與導電纖維的復合材料坯體；四、重復步驟二 和三3 15次，得到水泥基體與導電纖維間隔排布的坯體，并在上表面澆注水 泥漿料基體；五、待澆注的水泥漿料基體凝固24 h后，拆模，將試件移至標 準養(yǎng)護室中養(yǎng)護預定齡期，得導電纖維增強水泥功能復合材料；其中步驟一中導電纖維與導電纖維分散劑的質量比為i : o.i io;步驟二中去離子水與水泥的質量比為0.30 0.80 : 1，超塑化劑與水泥的質量比為0.005 0.015 : i，早 強劑與水泥的質量比為0 0.005 : i，聚合物乳液與水泥的質量比為0.05 0.20 : i,礦物摻合料與水泥的質量比為o.05 o.i5: i;步驟三中導電纖維與水泥的質量比為1 : 20 200。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中導電纖 維為碳纖維、導電鍍銀纖維、導電鍍鋁纖維、導電納米纖維、納米碳管中的一 種或幾種的混合。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中導電纖 維分散劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、壬基酚聚氧乙烯醚、 阿拉伯膠、十二烷基苯磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、十六垸基三甲基溴化銨中的一種 或幾種的混合。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中揮發(fā)性 有機溶劑為無水乙醇、異丙醇、丙酮、氯仿、乙酸乙酯或十氫萘。其它步驟及 參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中超塑化 劑為萘系磺酸鹽甲醛縮合物系高效減水劑、磺化三聚氰胺甲醛樹脂系高效減水 劑、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效減水劑中的一種或幾種的混合。其它步驟及 參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中的早強 劑為三乙醇胺型早強劑、三異丙醇胺型早強劑、氯鹽早強劑或硫酸鈉復合早強 劑。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中聚合物 乳液為羧基丁苯乳液、聚醋酸乙烯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液中的一種 或幾種的混合。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中礦物摻 合料為硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英粉中一種或幾種的混合。其它步驟及參數 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三中施加電場為5 60V的直流電場或電壓為10 380V，頻率為50Hz 100kHz的交流電 場。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方 法按以下步驟實現a、 配制碳纖維分散相液稱取0.5g甲基纖維素(MC)，加入30mL丙酮(ACE)有機溶劑中，攪 拌溶解；稱取直徑7pm、長度3mm、質量純度98%的聚丙烯腈基碳纖維(CF) 0.4g，緩慢加入MC/ACE溶液中，進行磁力攪拌、超聲處理10min，形成CF 分散相液，分三批加到相應水泥基體上，且在每次加之前，相應的CF分散液 再超聲處理5 min。b、 水泥基體的制備稱取1.0g萘系磺酸鹽甲醛縮合物系高效減水劑、0.1g三乙醇胺，量取5mL 羧基丁苯膠乳，加入40mL的去離子水中攪拌完全溶解，分成四等份；稱取 8g硅灰、80g水泥干拌均勻，分成四等份；將溶液中的一份與干拌料的一份 在研缽中混合、機械攪勻后，將漿料裝入內插間距為10mm銅網對電極、尺寸 為40x20x20mm的絕緣試模中流平、振實，制備水泥漿料基體。c、 電場誘導CF分散與排布在水泥漿料基體初凝后，終凝前的基體上加CF分散相液，施加50V的直 流電場，持續(xù)5min后換成-50V的電場，依此進行30min的電場作用，CF在 懸浮液中運動并沿施加電場方向排布；溶劑揮發(fā)干燥后在兩電極間留下定向排 布的CF層。重復步驟b和c三次，并在最上層再澆注水泥漿料基體，等水泥基體凝固 24h后拆模移至標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，即得導電纖維增強水泥功能復合材料。本實施方式所得導電纖維增強水泥功能復合材料，與采用相應簡單共混法 制備的導電纖維增強水泥基復合材料試件相比，沿施加電場線方向的電導率可 達5.1xl(^S/cm，提高了4.5倍；由圖1可看出，碳纖維沒有出現常見的團聚 扭結，定向分布性較好，相互搭接機會很多，從而碳纖維增強水泥基導電復合 材料在宏觀上表現出較好的傳導能力。
具體實施方式
十一本實施方式導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法按以下步驟實現a、 配制納米碳管分散相液稱取4.0g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，加入80mL無水乙醇(ETH) 有機溶劑中，攪拌溶解；稱取平均管徑為20 40nm，長度5 15pm、質量純 度為90%的納米碳管(MWNT) 2.0g，緩慢加入CTAB/ETH溶液中，進行的 磁力攪拌、超聲處理30min，形成MWNT分散相液，分三批加到相應水泥基 體上，且在每次加之前，相應的MWNT分散液再超聲處理10min。b、 水泥基體的制備稱取3.0g萘系磺酸鹽甲醛縮合物系高效減水劑、0.4g三乙醇胺，量取15mL 苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，加入100mL的去離子水中攪拌完全溶解，分成四 等份；稱取20g硅灰、200g水泥干拌均勻，分成四等份；將溶液中的一份與 干拌料的一份在研缽中混合、機械攪勻后，將槳料倒入尺寸為220x20x20mm 的絕緣試模中流平、振實，制備水泥漿料基體。c、 電場誘導MWNT分散與排布在水泥漿料初凝后，終凝前的基體上加入MWNT分散相液，在兩端內側 插放上一對銅板電極，施加50Hz、 380V的交流電場，持續(xù)60min， MWNT 在懸浮液中運動并沿施加電場方向排布；溶劑揮發(fā)干燥后在兩電極間留下定向 排布的MWNT層。重復步驟b和c三次，并在最上層再澆注水泥漿料基體，等最上層水泥基 體凝固2'4h后拆模移至標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，即得導電纖維增強水泥功能復合材 料。本實施方式所得導電纖維增強水泥功能復合材料的共振阻尼值為0.0696， 與采用相應簡單共混法制備的納米碳管增強水泥基復合材料的共振阻尼值 0.055，相比提高了26.5%。
權利要求
1. 一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法，其特征在于導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法按以下步驟實現一、將導電纖維分散劑溶于揮發(fā)性有機溶劑中，得質量濃度為0.1～10％的溶液，然后向溶液中加導電纖維，磁力攪拌后超聲處理10～180min，得導電纖維分散相液；二、將去離子水、超塑化劑、早強劑、聚合物乳液、礦物摻合料和水泥混合機械攪勻后，裝入絕緣試模中，經流平、振實，制備成水泥漿料基體；三、在水泥漿料基體初凝后終凝前，向其中加入導電纖維分散相液，并對導電纖維分散相液施加直流或交流電場1～3h，待導電纖維分散相液干燥后得水泥基體與導電纖維的復合材料坯體；四、重復步驟二和三3～15次，得到水泥基體與導電纖維間隔排布的坯體，并在上表面澆注水泥漿料基體；五、待澆注的水泥漿料基體凝固24h后，拆模，將試件移至標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護預定齡期，得導電纖維增強水泥功能復合材料；其中步驟一中導電纖維與導電纖維分散劑的質量比為1∶0.1～10；步驟二中去離子水與水泥的質量比為0.30～0.80∶1，超塑化劑與水泥的質量比為0.005～0.015∶1，早強劑與水泥的質量比為0～0.005∶1，聚合物乳液與水泥的質量比為0.05～0.20∶1，礦物摻合料與水泥的質量比為0.05～0.15∶1；步驟三中導電纖維與水泥的質量比為1∶20～200。
2、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中導電纖維為碳纖維、導電鍍銀纖維、導電鍍鋁纖維、 導電納米纖維、納米碳管中的一種或幾種的混合。
3、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中導電纖維分散劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素、羧 乙基纖維素、壬基酚聚氧乙烯醚、阿拉伯膠、十二烷基苯磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、 十六烷基三甲基溴化銨中的一種或幾種的混合。
4、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中揮發(fā)性有機溶劑為無水乙醇、異丙醇、丙酮、氯仿、 乙酸乙酯或十氫萘。
5、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法，其特征在于步驟二中超塑化劑為萘系磺酸鹽甲醛縮合物系高效減水劑、磺化三聚氰胺甲醛樹脂系高效減水劑、羧酸聚醚酯嵌段共聚物系高效減水劑中 的一種或幾種的混合。
6、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方 法，其特征在于步驟二中的早強劑為三乙醇胺型早強劑、三異丙醇胺型早強劑、 氯鹽早強劑或硫酸鈉復合早強劑。
7、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方 法，其特征在于步驟二中聚合物乳液為羧基丁苯乳液、聚醋酸乙烯乳液、苯乙 烯-丙烯酸酯共聚乳液中的 一種或幾種的混合。
8、 根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方 法，其特征在于步驟二中礦物摻合料為硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英粉中一種 或幾種的混合。
9、根據權利要求1所述的一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備 方法，其特征在于步驟三中施加電場為5 60V的直流電場或電壓為10 380V，頻率為50Hz 100kHz的交流電場。
全文摘要
一種導電纖維增強水泥基功能復合材料的制備方法，它涉及一種水泥基功能復合材料的制備方法。它解決了現有技術制備的導電纖維水泥基功能復合材料纖維分散效果不佳、會使纖維碎斷、電導率低以及功能性差的問題。制備方法一、制備導電纖維分散相液；二、制備水泥漿料基體；三、向水泥漿料基體中加導電纖維分散相液，并對導電纖維分散相液施加直流或交流電場，干燥后得水泥基體與導電纖維的復合材料坯體；四、重復步驟二和三，得到水泥基體與導電纖維間隔排布的坯體，并在上表面澆注水泥漿料基體；五、待澆注的水泥漿料基體凝固后拆模，經養(yǎng)護得導電纖維增強水泥功能復合材料。本發(fā)明中纖維分散效果好且不會碎斷，電導率高，材料功能性良好。
文檔編號C04B14/48GK101269940SQ20081006450
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權日2008年5月14日
發(fā)明者段忠東, 羅健林 申請人:哈爾濱工業(yè)大學