申请日2018.04.24
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号C04B28/00; C04B16/06; C04B18/08; C04B18/04
摘要
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥‑粉煤灰基地聚合物及其制备方法，包括以下重量份的原料：低钙粉煤灰488～542份，高钙粉煤灰：122～136份，石英砂：100～300份，污泥：0～68份，水：100～300份，氢氧化钠：20～50份，硅酸钠：100～200份，超高分子量聚乙烯纤维：5～50份。制备方法包括以下步骤：将低钙粉煤灰、高钙粉煤灰、石英砂、污泥加入到搅拌锅中，搅拌均匀得到悬浊液Ⅰ;将水、氢氧化钠、硅酸钠混合搅拌均匀制成碱激发剂;将碱激发剂加入到混合悬浊液Ⅰ中，搅拌得到混合悬浊液Ⅱ;称取超高分子量聚乙烯纤维加入到混合悬浊液Ⅱ，搅拌得到超高分子量聚乙烯纤维增强污泥‑粉煤灰基地聚合物复合材料。与现有技术相比，本发明产品具有成本低、材料性能好等优点。
权利要求书
1.一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，包括以下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯纤维长度为6-24mm，直径为15-40μm，抗拉强度为1800-3900MPa，弹性模量为40-150GPa，极限延伸率为2%-5%。
3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的低钙粉煤灰粉为一级低钙粉煤灰粉，中位径(D50)为2～10μm。
4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的高钙粉煤灰为一级高钙粉煤灰，中位径(D50)为5～30μm。
5.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的石英砂为10～100目的石英砂，最大粒径不超过0.6mm。
6.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的污泥经过900℃高温热活化处理。
7.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的氢氧化钠是纯度为99%的颗粒状氢氧化钠。
8.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述的硅酸钠为3.3模的液体硅酸钠。
9.一种如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按重量份数称取488～542份低钙粉煤灰、122～136份高钙粉煤灰、203份石英砂和0～68份污泥加入到公转自转搅拌锅中，在公转速度为57～67r/min，自转速度为135～145r/min的条件下干搅2～4min，得到混合悬浊液Ⅰ;
步骤2，按重量份数称取100～300份所述水、20～50份所述氢氧化钠和100～200份所述硅酸钠加入到烧杯中，搅拌均匀，得到碱激发剂;
步骤3，将碱激发剂加入到混合悬浊液Ⅰ中，在公转速度为115～135r/min，自转速度为275～295r/min的条件下搅拌3～5min，得到混合悬浊液Ⅱ;
步骤4，按重量份数称取5-50份超高分子量聚乙烯纤维加入到混合悬浊液Ⅱ，在公转速度为115～135r/min，自转速度为275～295r/min的条件下搅拌5～8min至超高分子量聚乙烯纤维分散均匀，得到超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物的制备方法，其特征在于，所得地聚合物基复合材料的拉伸变形能力为1%～10%，抗拉强度为1MPa～20MPa，抗压强度为10MPa～200MPa。
说明书
超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于材料学领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物及制备方法。
背景技术
地聚合物材料是最近30多年国际上水泥制造技术发展的一个方向，被公认为是本世纪最有前景的发展方向之一。地聚合物材料的水化反应完全不同于硅酸盐水泥的水化反应，它是一种无机聚合反应。地聚合物材料兼具有机高聚物、陶瓷及水泥的特点，在某些性能方面甚至可与金属材料相媲美，通过适当措施后可使地聚合物材料具有高强、高韧、低孔隙率等优异性能，而且地聚合物的制备不需要硅酸盐水泥那样高的温度，能耗远低于硅酸盐水泥，生产过程中也不会排放那么多的有害气体和粉尘，排放的二氧化碳量仅为生产硅酸盐水泥的五分之一，几乎无环境污染。地聚合物材料确实是一种高性能、低成本、高可靠性的环境友好材料，有望替代硅酸盐水泥，是一种可持续发展的胶凝材料。
但是，由于地聚合物材料自身抗拉强度低、脆性大等固有弱点，在建设和使用过程中易出现不同程度及形式的裂缝，制约着这种材料的推广使用。
另外，污泥是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质，其成分非常复杂，含有无机矿物，同时含有很多病菌微生物、寄生虫(卵)、重金属及多种有毒有害有机污染物等，而且目前的所采用的处理方法均无法消除其对环境造成的二次污染。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有超高韧性的超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物，其特征在于，包括以下重量份的原料：
进一步的，所述的超高分子量聚乙烯纤维长度为6-24mm，直径为15-40μm，抗拉强度为1800-3900MPa，弹性模量为40-150GPa，极限延伸率为2%-5%。
进一步的，所述的低钙粉煤灰粉为一级低钙粉煤灰粉，中位径(D50)为2～10μm。
进一步的，所述的高钙粉煤灰为一级高钙粉煤灰，中位径(D50)为5～30μm。
进一步的，所述的石英砂为10～100目的石英砂，最大粒径不超过0.6mm。
进一步的，污泥经过900℃高温热活化处理。
进一步的，所述的氢氧化钠是纯度为99%的颗粒状氢氧化钠。
进一步的，所述的硅酸钠为3.3模的液体硅酸钠。
上述超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按重量份数称取488～542份低钙粉煤灰、122～136份高钙粉煤灰、203份石英砂和0～68份污泥加入到公转自转搅拌锅中，在公转速度为57～67r/min，自转速度为135～145r/min的条件下干搅2～4min，得到混合悬浊液Ⅰ;
步骤2，按重量份数称取100～300份所述水、20～50份所述氢氧化钠和100～200份所述硅酸钠加入到烧杯中，搅拌均匀，得到碱激发剂;
步骤3，将碱激发剂加入到混合悬浊液Ⅰ中，在公转速度为115～135r/min，自转速度为275～295r/min的条件下搅拌3～5min，得到混合悬浊液Ⅱ;
步骤4，按重量份数称取5-50份超高分子量聚乙烯纤维加入到混合悬浊液Ⅱ，在公转速度为115～135r/min，自转速度为275～295r/min的条件下搅拌5～8min至超高分子量聚乙烯纤维分散均匀，得到超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物复合材料。
所得地聚合物基复合材料的拉伸变形能力为1%～10%，抗拉强度为1MPa～20MPa，抗压强度为10MPa～200MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.材料性能好：
本发明的材料性能为：抗拉强度：1～20MPa，极限拉伸变形能力：1%～10%;抗压强度：10MPa～200MPa。7d材料性能为：抗拉强度：1～15MPa，极限应变：2%～10%，抗压强度：10MPa～150MPa。;28d材料性能为：抗拉强度：2～20MPa，极限应变为2%～10%，抗压强度：10MPa～200MPa。
2.成本低：
根据本发明所涉及的一种超高分子量聚乙烯纤维增强污泥-粉煤灰基地聚合物复合材料及其制备方法，结合了地聚合物及超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料的优点，在原料中添加了大量廉价的粉煤灰和污泥，一方面能够利用碱激发反应生成性能稳定的聚合物，优化基体材料与超高分子量聚乙烯纤维的粘结性能，保证了材料的高延性，另一方面粉煤灰和污泥来源更加广泛，降低了原材料的价格，有效的消耗了工业废渣，并且降低了能源的消耗，将工业废渣资源化利用。