[发明专利]一种以不合格碳纤维为增强纤维的石膏复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石膏复合材料的生产技术，属于建筑材料领域。

背景技术

石膏作为三大凝胶材料之一，在工业、建筑、和医学材料领域等都得到了广泛应用。虽然在其力学性能方面，有较高的抗压强度，但是其抗折强度和抗拉强度较差。这些方面的缺陷限制了石膏材料的应用领域，为了改进石膏在这方面的缺陷，通常采用掺加纤维来增强石膏的力学性能。被人们采用较多的是玻璃纤维、各种植物纤维（如秸秆等），为了拓展石膏的应用领域，也有将聚乙烯纤维掺加入石膏进行增强的研究；

碳纤维具有极好的力学性能、抗疲劳性、耐腐蚀性等，并且其导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，纤维的密度低，具备优良的化学和物理性质，使其很多复合材料中充当增强体，改变材料的各项性能。碳纤维增强复合材料在航空航天、交通运输、电子工业、土木建筑等领域都得到了广泛的应用；

然而，直接使用碳纤维作为石膏复合材料的增强纤维由于价格原因致使复合材料成本过高，限制了其使用范围；

在碳纤维生产过程中，不可避免地要出现性能指标达不到要求的不合格产品，这些残次品不能进入正常的市场，一般都是作为废物堆积在仓库或者以极低的价格用于其他领域。碳纤维生产过程中产生的不合格产品的处理问题是每一个碳纤维生产企业急需解决的问题之一；

本发明给出的就是一种把碳纤维生产企业废弃的不合格碳纤维经适当的表面处理后用于生产石膏复合材料的技术。其特点是以低廉的成本生产用于建筑材料的高性能石膏复合材料。

发明内容

本发明是一种将碳纤维生产过程产生的不合格碳纤维经表面处理后用于石膏复合材料的技术；

未经表面处理的不合格碳纤维一般与石膏的相容性不好，直接使用导致碳纤维不能与石膏很好结合，不能充分发挥碳纤维的性能。所以本发明首先要对碳纤维进行表面处理；

在碳纤维生产过程中，表面涂覆了一层上浆剂，在表面处理前应该将上浆剂除去。本发明采用碱洗的方法除去碳纤维表面的上浆剂；

除去上浆剂的碳纤维置于一定浓度的硝酸中，但一定温度下氧化一段时间，过滤除去未反应的硝酸，洗涤，加入10%氨水溶液氨化一定时间，再次过滤，洗涤，干燥，就得到表面处理的碳纤维；

表面处理的化学原理及与石膏材料的结合原理如下：

       碳纤维表面在硝酸作用下，部分碳原子被氧化生成羧基，羧基氨化生成铵盐。当经表面处理的碳纤维与石膏材料接触时，就会在羧基与石膏材料之间形成离子键结合的钙羧酸盐，使碳纤维表面与石膏材料之间的作用力由分子间作用力变为化学键，大大提高了碳纤维石膏复合材料的力学性能；

本发明的优点是通过利用碳纤维生产中的不合格产品，得到一种力学性能优良、价格低廉的石膏复合材料，同时解决了碳纤维生产中不合格产品的综合利用问题。

具体实施方式

具体实施方式一

首先将碳纤维生产中碳化过程产生的不合格碳丝切割成长度2-5mm的短丝，按废丝：稀碱液 = 1:4的比例加入5%的碱液，80℃下搅拌1小时，离心脱除稀碱液，加水洗涤2次；

洗涤后的废碳丝加入反应釜中，按1:5的比例加入20%硝酸，100℃下处理4小时，其间产生的少量NO用稀NaOH溶液吸收。离心脱除处理液，用水洗涤至中性。处理液补加硝酸后可以重复使用；

洗涤后的废碳丝加入5%氨水溶液中搅拌1小时，离心除去氨水溶液，用水洗涤至中性即得表面处理后的废碳丝；

取经表面处理后的废碳丝10份，与90份石膏粉混合，然后加入60份水搅拌均匀，注入40mm×40mm×160mm的模具中，超声振动2分钟，放置12小时后脱模，室温条件下养护7天测定其力学性能。按上述条件制得的试样抗折强度4.7MPa，抗压强度7.8MPa；

具体实施方式二

按实施方式一所述方法，只是将碱洗液的浓度改为3%，其余操作条件与实施方式一相同，得到的产品经测试其力学性能如下，抗折强度3.8MPa，抗压强度6.6MPa；

具体实施方式三

按实施方式一所述方法，只是将碱洗液的浓度改为8%，其余操作条件与实施方式一相同，得到的产品经测试其力学性能如下，抗折强度4.8MPa，抗压强度7.6MPa；

具体实施方式四

按实施方式一所述方法，只是将碱洗液的浓度改为10%，其余操作条件与实施方式一相同，得到的产品经测试其力学性能如下，抗折强度4.7MPa，抗压强度7.9MPa；

具体实施方式五