一种硅基-高分子复合建筑模板及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑模板技术领域，具体是一种硅基-高分子复合建筑模板及其制备方法。

背景技术

随着国家对矿产需求的不断增加，因选矿产生的尾矿量也在逐年升高。传统的堆积、填埋等处理方式不仅占用大量土地，且严重威胁当地生态环境。如何将尾矿砂高效利用服务于国家经济建设，已成为诸多学者们研究的焦点。

建筑模板是工程领域常用的周转材料之一，耗用量较大。传统的木模板不仅周转率低，且每年需砍伐大片林木，不符合国家可持续发展需求。探索将尾矿砂资源化利用，制备出周转率高、性能稳定且可回收的新型建筑模板，意义极其重大。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种硅基-高分子复合建筑模板及其制备方法，该建筑模板具有质量轻盈、抗变形能力强、周转率高、可回收返新等优点，且制备成本低廉。

本发明提供的一种硅基-高分子复合建筑模板，其原料包括：硅基原材料、碳纤维、树脂高分子、增韧剂、玻璃纤维、偶联剂、润滑剂、增韧抗冲击剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、紫外吸收剂、成核剂、着色剂和色母粒。

优选地，按质量分数计，其原料包括：硅基原材料20～26％、碳纤维5～7％、38～45％树脂高分子、增韧剂5～10％、玻璃纤维4～9％、偶联剂0.2～0.7％、润滑剂0.2～0.5％、增韧抗冲击剂0.2～0.3％、阻燃剂0.2～0.7％、抗氧剂0.2～0.5％、光稳定剂0.2～0.3％、紫外吸收剂0.2～0.3％、成核剂0.5～1.2％、着色剂0.3～0.5％、色母粒2.0～5.0％。

优选地，所述硅基原材料为超细尾矿粉，所述超细尾矿粉由铜尾矿和铁尾矿复合形成，细度为1000～1400目，含水率小于0.5％。所述超细尾矿粉的主要化学组分如下表所示：

优选地，所述碳纤维为粉末状，细度为500～700目。

优选地，所述树脂高分子由38～45wt％的BF970MO型、21～28wt％的CH1402型和3～8wt％的GH-660H型组成。

优选地，所述抗氧剂为1010型、168型和1024型中的至少一种。

优选地，所述偶联剂为KH550型、KH560型、KH570型中至少一种。

优选地，所述润滑剂为CAS1592-23-0型和557-05-1型中的至少一种。

优选地，所述阻燃剂为CAS1309-42-8型和CAS21645-51-2型中的至少一种。

本发明还提供一种所述的硅基-高分子复合建筑模板的制备方法，包括下述步骤：

S1、将铜尾矿与铁尾矿干燥后复合，制备成细度为1000～1400目的超细尾矿粉；

S2、将无碱玻璃纤维干燥，切割成长度为3.0～4.5mm的丝状体；

S3、按配比，将BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子干燥，筛分形成细度小于40目的粉末；

S4、将增韧剂、润滑剂、增韧抗冲击剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、紫外吸收剂、成核剂、着色剂分别边加热边粉碎，各自形成细度＜50目的粉末；

S5、按配比，将超细尾矿粉、玻璃纤维丝状体、偶联剂粉末混合，在转速为300～500r/min下搅拌3～5min，形成第一混合体；

S6、按配比，将树脂高分子粉末、增韧剂粉末、润滑剂粉末、抗氧剂粉末、成核剂粉末、着色剂粉末、色母粒和碳纤维投入到第一混合体当中，在转速为300～500r/min下搅拌3-5min，形成第二混合体；

S7、将第二混合体加温塑化成团状材料；

S8、将团状材料制成长度为1～4mm的颗粒，即为硅基-高分子复合材料；

S9、将硅基-高分子复合材料与色母粒按配比混合，烘干后搅拌5～10min，静置12～24h，投入到建筑模板生产线中，形成硅基-高分子复合建筑模板。

本发明还提供一种所述的硅基-高分子复合建筑模板在智能装配造桥机与装配式建筑结构快速连接中的应用，将所述的硅基-高分子复合建筑模板采用普通灌浆法或压力灌浆法灌入全灌浆钢筋套筒或半灌浆钢筋套筒中，进而实现智能装配造桥机与装配式建筑结构快速连接。预制构件在施工现场连接时，其钢筋接头在组件内部，在连接过程中可将所述硅基-高分子复合建筑模板通过管道注入组件内部的连通腔及套筒内腔内。

根据截面形式，所述硅基-高分子复合建筑模板可以制备成容重为0.55～0.59t/m

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明对尾矿砂采用精细化处理工艺，经有害物质剔除和超细化加工，形成一种新型超细尾矿粉材料。将超细尾矿粉与碳纤维、树脂类高分子等材料结合，制备出一种强度高、刚度大、热稳定性好的新型复合材料。利用该材料制备的复合建筑模板，具有质量轻盈、抗变形能力强、耐候老化效果优、重复使用率高以及成本低廉等特点，适合批量生产。

2、区别于以往采用尾矿砂制备胶凝材料、砌体等硅酸盐产品的利用方式，本发明巧妙地将尾矿砂作为改性材料使用。通过有害物质剔除和粉碎处理，使其作为硅基类材料投入使用，降低了对其活性指数以及颗粒级配等指标的要求。将超细尾矿粉、碳纤维与树脂高分子结合后形成的硅基-高分子复合材料具有更高的强度、刚度和热稳定性。利用该复合材料制备的建筑模板具有周转率高、耐热抗变形能力强以及可重复回收利用等优点。相较于传统利用尾矿砂制备骨料和活性掺合料的方式，本发明显著提高了尾矿砂的利用率和利用水平。同时，该模板的使用也体现了“以复代木”和“以复代塑”的理念，减少了木质材料和塑料制品的使用，意义重大。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

一种硅基-高分子复合建筑模板，按质量分数计，其原料包括：硅基原材料20～23％、碳纤维5～7％、38～45％树脂高分子、增韧剂5～10％、玻璃纤维4～9％、偶联剂0.2～0.5％、润滑剂0.2～0.5％、增韧抗冲击剂0.2～0.3％、阻燃剂0.2～0.7％、抗氧剂0.2～0.5％、光稳定剂0.2～0.3％、紫外吸收剂0.2～0.3％、成核剂0.5～1.2％、着色剂0.3～0.5％、色母粒2.0～5.0％。

其中，所述硅基原材料为超细尾矿粉，所述超细尾矿粉由铜尾矿和铁尾矿按质量比1：1复合形成，所述超细尾矿粉的细度为1000～1200目，含水率≤0.3％。

所述碳纤维为粉末状，经加热、烘干后细度为500～700目。

所述树脂高分子由40～45wt％的BF970MO型、24～28wt％的CH1402型和6～8wt％的GH-660H型组成。所述BF970MO型树脂密度为0.900g/cm

所述增韧剂为565型。

所述玻璃纤维为短切无碱型，长度3.0～4.5mm，单丝直径6μm。

所述偶联剂为KH550型、KH560型、KH570型中至少一种。

所述润滑剂为CAS1592-23-0型和557-05-1型中的至少一种。

所述增韧抗冲击剂为GS-增韧剂型。

所述阻燃剂为CAS1309-42-8型和CAS21645-51-2型中的至少一种。

所述抗氧剂为1010型、168型和1024型复配所得。

所述光稳定剂为Tinuvin329型。

所述紫外吸收剂为UV329型。

所述成核剂为NaV101型。

所述着色剂为2.5E11型。

所述色母粒为着色用彩色PE色母。

所述的硅基-高分子复合建筑模板的制备方法，包括下述步骤：

S1、将铜尾矿与铁尾矿在150℃下干燥后按质量比1:1复合，经有害物质剔除和超细化加工，制备成细度为1000～1400目的超细尾矿粉；

S2、将无碱玻璃纤维在105℃环境下干燥6h，切割成长度为3.0～4.5mm的丝状体；

S3、将BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子在80℃下干燥4h，经振动筛筛分形成细度小于40目的粉末；

S4、将增韧剂、润滑剂、增韧抗冲击剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、紫外吸收剂、成核剂和着色剂在60℃下分别边加热边粉碎，经振动筛各自形成细度＜50目的粉末；

S5、将20～26wt％的超细尾矿粉、4～9wt％的丝状体、0.2～0.7wt％的偶联剂粉末放入高混机中混合，在转速为300～500r/min下搅拌3～5min，形成第一混合体；该高混机的热混温度设置为105℃，冷混不加温；

S6、将38～45wt％的树脂高分子粉末、5～10wt％的565增韧剂粉末、0.2～0.5wt％的润滑剂粉末、0.2～0.5wt％的225抗氧剂粉末、0.5～1.2wt％的成核剂粉末、0.3～0.5wt％的着色剂粉末、2～5wt％的色母粒和5～7wt％的碳纤维投入到第一混合体当中，在转速为300～500r/min下搅拌3-5min，形成第二混合体；

S7、将所述第二混合体投入密炼机，加温塑化10min，当混合体变成团状材料时密炼机停止搅拌；

S8、将所述团状材料倒入锥双喂料系统，采用单螺杆造粒系统挤出长度为1～4mm的颗粒，即为硅基-高分子复合材料；其中的参数设置为：喂料速度180r/min，挤出温度185～210℃，螺杆转速450r/min，切粒速度20r/min；

S9、将所述硅基-高分子复合材料与色母按比例混合，在80℃下烘干后倒入搅拌机搅拌5～10min，静置12～24h，即可投入到建筑模板生产线中，经融化、真空吸附、冷却、裁切、堆垛等环节形成硅基-高分子复合建筑模板，其为容重0.56t/m

实施例2

重复实施例1的做法，区别在于：超细尾矿粉的细度为1200～1400目，用量为23～26％；BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子的用量分别为38～40wt％，21～24wt％和3～6wt％，其他条件不变，制成的硅基-高分子复合建筑模板为容重0.58t/m

实施例3

重复实施例1的做法，区别在于：超细尾矿粉的含水率≤0.4％；BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子的用量分别为43～45wt％，26～28wt％和6～8wt％，其他条件不变，制成的硅基-高分子复合建筑模板为容重0.57t/m

实施例4

重复实施例1的做法，区别在于：超细尾矿粉的细度为1200～1400目，含水率≤0.4％，用量为23～26％；BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子的用量分别为39～41wt％，22～23wt％和4～5wt％，其他条件不变，制成的硅基-高分子复合建筑模板为容重0.59t/m

实施例5

重复实施例1的做法，区别在于：超细尾矿粉的细度为1200～1400目，含水率≤0.4％，用量为20～24％；BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子的用量分别为39～41wt％，22～23wt％和4～5wt％，其他条件不变，制成的硅基-高分子复合建筑模板为容重1.09t/m

实施例6

重复实施例1的做法，区别在于：超细尾矿粉的细度为1200～1400目，含水率≤0.4％，用量为24～26％；BF970MO型、CH1402型和GH-660H型树脂高分子的用量分别为39～41wt％，22～23wt％和4～5wt％，其他条件不变，制成的硅基-高分子复合建筑模板为容重1.11t/m

根据相关标准，分别测定实施例1-6制得的硅基-高分子复合建筑模板的熔点、抗拉强度、拉伸断裂伸长率、弯曲强度、弯曲弹性模量和缺口冲击强度，测定结果如下表所示：

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围。