一种沥青改性粉煤灰纤维板材的制备技术

摘要

一种沥青改性粉煤灰纤维板材的制备技术，其特征在于，先将沥青制备成一定浓度的溶液，沥青溶液的制备方法：将溶剂加热到一定的温度，再将沥青加入到加热的溶剂中，搅拌使沥青完全溶解。将粉煤灰纤维加热到80－120℃，将沥青溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在一定的温度、一定的压强下进行热压成型，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。用本技术制备的沥青改性粉煤灰纤维板材，有较好的冲击强度、压缩强度、拉伸强度，可用作装饰材料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青改性粉煤灰纤维板材的制备技术，具体地说，是用沥青作粘接剂来制备粉煤灰纤维板材，以及这种技术的工艺方法。

背景技术

目前，粉煤灰在建材领域已得到广泛应用，尤以干排粉煤灰的利用较显著，而湿排粉煤灰由于其含渣量高，粒度较粗等，致使其应用受到很大限制，仅局限于回填、筑路、制砖等工程。针对建材行业当前使用粉煤灰需分级的现状，我们进行了多方面的研究，在粉煤灰原料选择上，无需分级灰，不管电厂干排灰、湿排灰，炉底灰和煤渣等均可使用。根据各煤种的化学性能，经过选型配比，运用工程化、配套化，机械化的流水线生产工艺，将粉煤灰转化成防火保温纤维棉，再经深加工制做高档、新型、防火、节能系列建材产品：粉煤灰纤维棉保温制品、粉煤灰纤维棉半硬板钢丝网三维复合板、粉煤灰纤维棉防火吊顶吸声板、粉煤灰纤维棉高强度多用途防火墙板。

不同燃煤的灰分化学成分有一定差异，颗粒细，具有火山灰活性，其化学物理性能波动较小，而排放量比较集中，是适于开发利用的一种工业废料。将含量70％左右的粉煤灰和其它辅料在高温熔炉内熔为液态，用离心力和高压载能气体将熔体制成很细的灰白色纤维，直径约3～6μm，就是粉煤灰纤维棉。这种棉含渣量较高(约12％)，可用于生产一般工业用保温管和保温半硬板。将这种棉经过疏理，除去约80％的渣球，再经过造粒，能制成当量直径约6～12mm的颗粒制品，称为粉煤灰粒状棉)，主要可作为填充料、喷涂原料或精制原料，它含渣量约≤2.4％。计量和运输方便，将粒状棉经过专用设备进行数十道工序加工，就成为多功能的高档装饰建材——粉煤灰纤维棉装饰吸声板。这些制品纤维之间存在着大量的空气间隙，因而具有优良的绝热性能，尤其是吸声板具有装饰、吸声、保温、隔热、防火、阻燃、质轻等多种功效，可广泛用于宾馆、饭店、办公楼、写字间、影剧院、大型商场、家庭居室等各类工、民、建筑装饰吊顶、特别是对消除高层建筑的火灾隐患，具有显著的技术优势，加之原料易得，价格低廉。在国内外已成为吊顶材料的首选产品。

随着高等级公路交通量大、渠化交通明显、车速高、轴载日趋重型化，因此对道路的要求也愈来愈高，不但要求路面有足够的强度、稳定性、抗滑性、平整性，而且还要求有良好的耐久性，保证公路使用期内各项指标在先期不致于明显降低，确保车辆安全、舒适、快捷通行。对沥青路面而言，为达到上述要求，除了合理的路面结构设计，严格的施工质量之外，高性能的沥青是必不可少的重要条件。但是我国生产的重交通沥青的品质和数量远远不能满足高等级道路建设的需要。因此对沥青进行改性，研究高性能的改性沥青己势在必行。

目前国内外对改性沥青的研究，大多数是聚合物沥青改性剂，如目前国内采用最多的SBS及PE等。由于存在与沥青难以相溶的问题，这一改性方法决定了在生产和工艺设备方面上，要求有较大的投资，如特殊的剪切设备和较高的能源消耗等，以促使改性剂与沥青能够充分溶合。在运输和存储上，则需要加热保温和不间断搅拌，防止改性剂与沥青的分层与离析，用户使用十分不便，从而在一定程度上限制了改性沥青的应用。

目前国内已实现粉煤灰纤化技术，生产中将粉煤灰或高炉燃烧后的固态残留物添加必要的助剂和水，经搅拌和造粒后在高温下熔化，再经过加压，由多级辊轮离心甩出成丝，通过冷却和表面处理，制得无机粉煤灰纤维。这种纤维已被应用于工业保温材料，和制造无机纤维纸浆部分替代木纤维纸浆应用在造纸工业。进一步合理利用这种从废弃物制备的无机纤维，变废为宝具有重要的战略意义和经济价值。

中国专利CN1393609公开了一种防火板材及其制造方法，其是一种以至少包含由取料步骤、喂料步骤、裁切步骤、定型步骤及烘干步骤而制成一种以聚酯丝为基材，且于基材外部及内部纤维间隙完全填充矿质填充材料，而构成的高结构强度，并具有隔音、隔热等功效的防火板材。

中国专利CN1459431公开了导电纤维增强硅酸钙板，该发明的产品形状是板材，它包括下述重量份的原料：石英粉30-50份、导电碳黑1-10份、消石灰25-45份、增强纤维8-13份。它具有良好的导电性能、防静电、可吸收电磁波及强度高等优点。

中国专利CN1457965公开了一种仿生强化板材的方法，它是以农作物秸秆为主要原料生产加工非木质纤维板的技术。其技术要点是采用半干法，根据成品的用途选取不同类别、不同规格及结构的坯料，经雾化法施胶后采用同工位或流水异位铺装，然后压制成型。在铺装过程中，采用不同规格的坯料边雾化喷胶边铺装，并逐层预压。各层的分布为：中间为加筋层，加筋层的两边依次为粗料层，细料层，所述的胶为双醛淀粉、蛋白络合物，或者选择水溶性高分子树脂加工成的聚合粘结剂。

中国专利CN1450017公开了一种环保型无机内外干墙板制造工艺和配方，该发明是一种由氯化镁、氧化镁、长纤维纸浆，防反卤剂，防粘剂、增强增韧剂配方组成。经过物料混合、存化、多次辊压、固化、脱模、养护、修边、水洗、干燥、表面渗防水层、包装、入库等工艺制成一种完全环保的内外墙装饰板材，他的特点是重量轻，可钉、可刨、可粘贴，不含玻璃纤维、石棉、矿棉等有害成份，但能保证板材有足够的强度，运输方便，手感和感观非常好，还可以进行机械化生产及表面压花纹流水线生产。克服了通常氯化镁、氧化镁为基料的内外墙板。玻纤外露，质感像瓦片，表面汽泡多不能大规模机械化生产及板表面压花流水线生产的缺点。

中国专利CN1408671公开了一种耐高温高强高密度硅酸钙板的制法，以结晶硅微粉、非晶硅微粉、钙质原料、矿物添料、纤维材料为原料，以CaO∶SiO₂摩尔比为0.95～1.05配料，然后加入1～8％纤维材料，0～12％的矿物添料，混合后用压型法或浇注法制成板材或块材，将板材或块材送到蒸养釜在190℃～200℃的饱和水蒸汽条件下蒸养6～20小时，在100℃～180℃热风中烘干至含水5％以下，即为成品。

中国专利CN1141992公开了一种轻质隔声炉渣混凝土建筑板材，该发明属于一种以炉渣为主要原料的轻质隔声建筑板材，它主要由炉渣混凝土基材和增强材构成，其特征在于所述炉渣混凝土基材的主要组分的份数按其重量份数分别为炉渣100，胶凝材料10-35，防水剂0.1-1，调节剂0.1-1，水15-35，所述增强材为玻璃纤维、钢筋或无纺布。

中国专利CN1162520公开了一种陶粒轻质墙板及其制造工艺，该发明涉及一种建筑材料，特别是墙体材料。它是以水泥为胶凝剂，以陶粒为骨料，以膨胀珍珠岩为填充料，加入特制的建筑胶水，并在面层用抗碱玻璃纤维网增强，经特殊工序制成。

中国专利CN85107095公开了一种竹纤维增强复合材料，该发明提出用竹塑复合材料替代木材和钢材，制做各种类型的板材和型材，并且提出用竹塑复合材料代替玻璃纤维，制造增强的人造大理石、石膏制品、混凝土、沥青防水材料和人造板。

中国专利CN1048003公开了一种多元性复合板材的制造方法，尤指一种兼具有高强度、耐震性、隔热性及隔音性等特性之复板材的制造方法；其主要过程是将人造纤维预制成纤维布，再将该纤维布用预先调制均匀的混合浸料浸渍，再经中和、烘干、滚压、贴合及再次滚压，而制成一种复合板材。

本发明的创新点在于：利用工业废弃物粉煤灰制成的纤维，有利于环境保护；沥青分为石油沥青和煤沥青，石油沥青因硫含量小、性能好，得到广泛应用，而煤沥青含量高、性能差，应用范围较少，属于工业废弃物，本技术能使煤沥青得到应用，有利于环境保护；沥青粘接性好，能将粉煤灰纤维表面粘接，同时沥青也填充了粉煤灰纤维的间隙，有利于粉煤灰纤维板材密度和强度的提高。后用于制造板材，有利于成型，同时也使制成的板材强度大大提高；沥青改性后的粉煤灰纤维板材表面具有疏水性，板材耐水性好。

发明内容

一种沥青改性粉煤灰纤维板材的制备技术，其特征在于，先将沥青制备成一定浓度的溶液，沥青溶液的制备方法：将溶剂加热到一定的温度，再将沥青加入到加热的溶剂中，搅拌使沥青完全溶解。将粉煤灰纤维加热到80--120℃，将沥青溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在一定的温度、一定的压强下进行热压成型，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。

所述的沥青，可以是煤沥青，也可以是石油沥青。

所述的溶剂可以是N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的一种或两种以上。

所述的溶剂加热的温度为60--120℃，最优选温度为80--100℃。

所述的沥青在溶剂中的质量含量为20-50％。

所述的沥青溶液喷洒用量为干态粉煤灰纤维质量的0.5-5％。

所述的粉煤灰纤维热压成形温度为130--180℃。

所述的粉煤灰纤维热压成形压力为0.5-10MPa。

将所制备的沥青改性粉煤灰纤维板材，参照ISO 1183-2-2004方法测定密度；参照GB/T 1964-1996方法制样并进行压缩强度测试；参照GB/T1843-1996方法制样并进行冲击强度测试；参照GB/T 1446-2005方法制样并进行拉伸强度测试。

本发明以沥青改性粉煤灰纤维制备板材，所得样品的密度750～850kg/m3；压缩强度8.0～9.0MPa；冲击强度1.0～1.2(kJ/m2)；拉伸强度0.50～0.65MPa。

用本技术制备的沥青改性粉煤灰纤维板材，有较好的冲击强度、压缩强度、拉伸强度等力学性能，可用作装饰材料、保温材料。

具体实施方式

                        实施例1

在10L带搅拌的反应釜中加入5kg N，N-二甲基甲酰胺，开启搅拌，并开始加热，当温度升至120℃时，将2kg煤沥青加入到反应釜中，搅拌使煤沥青完全溶解，得到沥青溶液6.25kg。将1250kg粉煤灰纤维加热到120℃，然后均匀地喷洒上述制备的6.25kg沥青溶液，再放入0.5m×0.5m模框中，在180℃、10MPa的压力下热压成型，得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.03m的粉煤灰纤维板材192块，总重量1218kg，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表1。

      表1沥青改性粉煤灰纤维板材力学性能

  沥青改性粉煤灰  纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.1  846  8.59  1.16  0.61

                        实施例2

在50L带搅拌的反应釜中加入20kgN，N-二甲基乙酰胺，开启搅拌，并开始加热，当温度升至60℃时，将5kg石油沥青加入到反应釜中，搅拌使石油沥青完全溶解，得到沥青溶液24.2kg。将1000kg粉煤灰纤维加热到90℃，然后均匀地喷洒上述制备的24.2kg沥青溶液，再放入0.5m×0.5m模框中，在160℃、6MPa的压力下热压成型，得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.03m的粉煤灰纤维板材156块，总重量958kg，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表2。

           表2沥青改性粉煤灰纤维板材力学性能

沥青改性粉煤灰纤维板材密度(kg/m³)压缩强度(MPa)冲击强度(kJ/m²)拉伸强度(MPa)No.28198.381.110.58

                       实施例3

在50L带搅拌的反应釜中加入30kgN，N-二甲基甲酰胺，开启搅拌，并开始加热，当温度升至100℃时，将15kg煤沥青加入到反应釜中，搅拌使煤沥青完全溶解，得到沥青溶液43.8kg。将880kg粉煤灰纤维加热到105℃，然后均匀地喷洒上述制备的43.8kg沥青溶液，再放入0.5m×0.5m模框中，在170℃、3MPa的压力下热压成型，得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.03m的粉煤灰纤维板材148块，总重量864kg，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表3。

         表3沥青改性粉煤灰纤维板材力学性能

沥青改性粉煤灰纤维板材密度(kg/m³)压缩强度(MPa)冲击强度(kJ/m²)拉伸强度(MPa)

    No.3 779 8.13 1.06 0.52

                       实施例4

在50L带搅拌的反应釜中加入25kgN，N-二甲基乙酰胺，开启搅拌，并开始加热，当温度升至90℃时，将20kg石油沥青加入到反应釜中，搅拌使石油沥青完全溶解，得到沥青溶液43.6kg。将1200kg粉煤灰纤维加热到95℃，然后均匀地喷洒上述制备的43.6kg沥青溶液，再放入0.5m×0.5m模框中，在140℃、2MPa的压力下热压成型，得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.03m的粉煤灰纤维板材204块，总重量1176kg，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表4。

          表4沥青改性粉煤灰纤维板材力学性能

沥青改性粉煤灰纤维板材密度(kg/m³)压缩强度(MPa)冲击强度(kJ/m²)拉伸强度(MPa)No.47698.011.040.51

                       实施例5

在50L带搅拌的反应釜中加入28kgN，N-二甲基甲酰胺，开启搅拌，并开始加热，当温度升至110℃时，将12kg煤沥青加入到反应釜中，搅拌使煤沥青完全溶解，得到沥青溶液38.4kg。将1050kg粉煤灰纤维加热到1lO℃，然后均匀地喷洒上述制备的38.4kg沥青溶液，再放入0.5m×0.5m模框中，在130℃、9MPa的压力下热压成型，得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.03m的粉煤灰纤维板材164块，总重量1028kg，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表5。

           表5沥青改性粉煤灰纤维板材力学性能

  沥青改性粉煤灰  纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.5  836  8.47  1.13  0.59

                       实施例6

在50L带搅拌的反应釜中加入12kgN，N-二甲基乙酰胺，开启搅拌，并开始加热，当温度升至85℃时，将10kg石油沥青加入到反应釜中，搅拌使石油沥青完全溶解，得到沥青溶液21.4kg。将1080kg粉煤灰纤维加热到80℃，然后均匀地喷洒上述制备的21.4kg沥青溶液，再放入0.5m×0.5m模框中，在150℃、7MPa的压力下热压成型，得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.03m的粉煤灰纤维板材172块，总重量1062kg，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表6。

         表6沥青改性粉煤灰纤维板材力学性能

  沥青改性粉煤灰  纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.6  824  8.46  1.13  0.58