一种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法
【专利摘要】一种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，首先将短切碳纤维预分散成单丝状，然后与其他原料一起干混均匀并直接干压成型，再进行养护，其中短切碳纤维可以为PAN基、沥青基或黏胶基，短切碳纤维长度为5?10mm，本发明使用短切碳纤维与硫铝酸盐水泥同掺的方法，但在混合之前先用胶砂搅拌机将短切碳纤维预分散成单丝状，然后与其他原料一同在碾轮式混砂机中混合，最后将混合好的原料直接压制成型后在水中养护至完全硬化；该方法碳纤维分布均匀，不需要加入分散剂、消泡剂和减水剂，降低水泥基体气孔率，而且可避免加入纤维素分散剂引起的碳纤维水泥基复合材料电导率降低，避免水泥与水拌合后压制成型时，硫铝酸盐水泥快速硬化降低水泥基体结合强度的问题。
【专利说明】
一种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法
技术领域
[0001]本发明属于碳纤维水泥基复合材料制备技术领域，特别涉及一种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维水泥基复合材料主要是将短切碳纤维均匀分散在水泥基体中，不仅能提高水泥基材料的抗裂性能、抗剪强度、弹性模量以及控制表面裂纹扩展的能力，而且电性能也能得到明显改善。研究发现，碳纤维水泥基复合材料具有压敏性、Seebeck效应和电热效应，是一种机敏材料。利用压敏性，可以对自身的应力状况和损伤程度进行诊断，可用于交通监测;利用Seebeck效应和电热效应，可以对结构的温度进行自诊断和自适应控制。
[0003]实现碳纤维水泥基复合材料应用的关键在于通过制备工艺使其具有较高的电导率和Seebeck系数，以及较低的热导率。现有制备碳纤维水泥基复合材料的方法多采用浇筑成型工艺，所谓浇筑成型就是将碳纤维与水泥配以一定的外加剂和水，搅拌均匀后，倒入模具振动密实。这种方法所得的水泥基复合材料气孔率较高，且纤维素分散剂会降低碳纤维水泥基复合材料的电导率。
[0004]文献1“专利号ZL201310078609.6”的中国专利公开了一种制备具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的方法。该方法主要是将分散剂、减水剂和消泡剂的混合料与水倒入水泥砂浆中搅拌均匀，然后加入短切碳纤维和石子后再进行搅拌，最后浇筑成型并养护。该方法采用碳纤维后掺工艺，在砂浆中与水泥混合，不仅难以混合均匀，而且容易向水泥砂浆中引入气泡，影响碳纤维混凝土最终的导电性能。
[0005]文献2(唐祖全，李卓球，徐东亮，武汉理工大学学报，2001，23(3):5-7)公开了一种碳纤维混凝土的制备方法。该方法先将甲基纤维素溶于水，然后加入短切碳纤维进行搅拌分散，再加入水泥搅拌均匀后浇筑成型并养护。但是甲基纤维素会使碳纤维混凝土的电导率降低，且浇筑成型工艺所得碳纤维混凝土微观结构孔隙率较高。
[0006]文献3 (徐荣华，张德成，黄世锋等，济南大学学报，2009,23(2):111-114)公开了一种制备碳纤维水泥基复合材料的方法。该方法将碳纤维和硫铝酸盐水泥干拌后再加水搅拌均匀，最后经压制成型制备碳纤维水泥基复合材料。然而硫铝酸盐水泥与水拌合后会快速水化，降低水化产物之间的结合强度，并且其压制过程参数控制缺乏定量化。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，克服了现有碳纤维水泥基复合材料浇筑工艺所产生的气孔率高，纤维素分散剂引起的电导率降低，以及采用硫铝酸盐水泥压制成型时，硬化速度过快影响最终材料强度等问题，可使其结构更加密实。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0009]—种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，首先将短切碳纤维预分散成单丝状，然后与其他原料一起干混均匀并直接干压成型，再进行养护。
[0010]所述短切碳纤维为PAN基、沥青基或黏胶基。
[0011]所述短切碳纤维长度为5-10mm。
[0012]所述其他原料为:
[0013]硫铝酸盐水泥;或
[0014]硅酸盐水泥;或
[0015]硫铝酸盐水泥和骨料的混合物;或
[0016]硅酸盐水泥和骨料的混合物。
[0017]所述短切碳纤维在碳纤维水泥基复合材料中的添加量为复合材料所用硫铝酸盐水泥质量的0.5-1.2%或硅酸盐水泥质量的0.5-1.2%。
[0018]所述短切碳纤维用胶砂搅拌机分散成单丝状，与其他原料在碾轮式混砂机中混合，在水中养护至完全硬化。在浸入水中养护之前，可先用水将试样完全浸透并暴露于潮湿环境中进行预养护，有效避免预养护不充分产生微裂纹的问题。
[0019]所述预分散短切碳纤维的过程中，胶砂搅拌机先低速搅拌5min，再高速搅拌5min。
[0020]所述短切碳纤维与其他原料在碾轮式混砂机中混合20-25min实现干混。
[0021 ]所述干压成型，是将碾轮式混砂机混合后的原料在钢制模具中施加20_60MPa的成型压强，成型压制时间为30-60s。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明使用短切碳纤维与硫铝酸盐水泥同掺的方法，但是在混合之前首先用胶砂搅拌机将短切碳纤维预分散成单丝状，然后与其他原料一同在碾轮式混砂机中混合，最后将混合好的原料直接压制成型后在水中养护至完全硬化。该方法碳纤维分布均匀，不需要加入分散剂、消泡剂和减水剂，降低水泥基体气孔率，而且可避免加入纤维素分散剂引起的碳纤维水泥基复合材料电导率降低，避免水泥与水拌合后压制成型时，硫铝酸盐水泥快速硬化降低水泥基体结合强度的问题。
【附图说明】
[0023]图1是本发明干混干压成型所得碳纤维水泥基复合材料与浇注成型所得碳纤维水泥基复合材料及干压成型所得纯水泥的抗压强度对比图。
[0024]图2是本发明干混干压成型所得碳纤维水泥基复合材料与浇注成型所得碳纤维水泥基复合材料的气孔率对比图。
[0025]图3是本发明干混干压成型所得碳纤维水泥基复合材料与浇注成型所得碳纤维水泥基复合材料的电导率对比图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0027]实施例1
[0028]准备钢制模具，按照质量比为1:100的比例，称取PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥。
[0029]利用胶砂搅拌机对短切碳纤维进行预分散，先低速搅拌5min，再高速搅拌5min，使其成单丝状。按照比例依次将预分散的短切碳纤维、硫铝酸盐水泥置于碾轮式混砂机中混合20min。最后以50MPa的压强干压成型，形成碳纤维水泥基复合材料试样，在水中养护至完全硬化。
[0030]实施例2
[0031]准备钢制模具，按照质量比为1:100的比例，称取PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥。
[0032]利用胶砂搅拌机对短切碳纤维进行预分散，先低速搅拌5min，再高速搅拌5min，使其成单丝状。按照比例依次将预分散的短切碳纤维、硫铝酸盐水泥置于碾轮式混砂机中混合25min。最后以50MPa的压强干压成型，形成碳纤维水泥基复合材料试样，在水中养护至完全硬化。
[0033]实施例3
[0034]准备钢制模具，按照质量比为1:100的比例，称取PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥。
[0035]利用胶砂搅拌机对短切碳纤维进行预分散，先低速搅拌5min，再高速搅拌5min，使其成单丝状。按照比例依次将预分散的短切碳纤维、硫铝酸盐水泥置于碾轮式混砂机中混合20min。最后以60MPa的压强干压成型，形成碳纤维水泥基复合材料试样，在水中养护至完全硬化。
[0036]实施例4
[0037]准备钢制模具，按照质量比为1:100的比例，称取PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥。
[0038]利用胶砂搅拌机对短切碳纤维进行预分散，先低速搅拌5min，再高速搅拌5min，使其成单丝状。按照比例依次将预分散的短切碳纤维、硫铝酸盐水泥置于碾轮式混砂机中混合25min。最后以60MPa的压强干压成型，形成碳纤维水泥基复合材料试样，在水中养护至完全硬化。
[0039]参阅图1所示，本发明获得的碳纤维水泥基复合材料的抗压强度比浇注成型获得的碳纤维水泥基复合材料及纯水泥的抗压强度高。
[0040]参阅图2所示，本发明获得的碳纤维水泥基复合材料的气孔率比浇注成型获得的碳纤维水泥基复合材料的气孔率小，且随着成型压力的增大而减小。
[0041]参阅图3所示，本发明获得的碳纤维水泥基复合材料的电导率比浇注成型获得的碳纤维水泥基复合材料的电导率高4-6个数量级。
[0042]以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，首先将短切碳纤维预分散成单丝状，然后与其他原料一起干混均匀并直接干压成型，再进行养护。2.根据权利要求1所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述短切碳纤维为PAN基、沥青基或黏胶基。3.根据权利要求1或2所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述短切碳纤维长度为5-10mm。4.根据权利要求1或2所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述其他原料为: 硫铝酸盐水泥;或 硅酸盐水泥;或 硫铝酸盐水泥和骨料的混合物;或 硅酸盐水泥和骨料的混合物。5.根据权利要求4所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述短切碳纤维在碳纤维水泥基复合材料中的添加量为复合材料所用硫铝酸盐水泥质量的0.5-1.2%或硅酸盐水泥质量的0.5-1.2%。6.根据权利要求1或2所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述短切碳纤维用胶砂搅拌机分散成单丝状，与其他原料在碾轮式混砂机中混合，在水中养护至完全硬化。7.根据权利要求6所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述预分散短切碳纤维的过程中，胶砂搅拌机先低速搅拌5min，再高速搅拌5min。8.根据权利要求6所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述短切碳纤维与其他原料在碾轮式混砂机中混合20-25min实现干混。9.根据权利要求6所述干混干压制备碳纤维水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述干压成型，是将碾轮式混砂机混合后的原料在钢制模具中施加20-60MPa的成型压强，成型压制时间为30-60s。
【文档编号】C04B28/04GK105884305SQ201610240948
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】魏剑, 张倩, 赵莉莉, 聂证博
【申请人】西安建筑科技大学