本發(fā)明涉及建筑裝飾材料，具體為一種grg石膏復(fù)合增強(qiáng)材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、grg（玻璃纖維增強(qiáng)石膏）材料憑借輕質(zhì)高強(qiáng)、造型靈活等優(yōu)勢(shì)，在高端建筑裝飾領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在復(fù)雜曲面構(gòu)件制造中優(yōu)勢(shì)顯著。然而，現(xiàn)有g(shù)rg材料存在多項(xiàng)性能缺陷：

2、力學(xué)性能方面，傳統(tǒng)玻璃纖維增強(qiáng)石膏抗折強(qiáng)度僅8-10mpa，纖維分布不均及界面結(jié)合強(qiáng)度低，易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，導(dǎo)致構(gòu)件失效風(fēng)險(xiǎn)增加。

3、防火性能上，多數(shù)產(chǎn)品僅達(dá)b1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，阻燃機(jī)制依賴石膏脫水吸熱，但高溫下易形成熔融滴落物，無法滿足高層建筑對(duì)a級(jí)不燃材料的耐火要求。

4、熱工性能缺陷表現(xiàn)為導(dǎo)熱系數(shù)偏高（≥0.25w/m·k），保溫隔熱能力較傳統(tǒng)材料低20%-30%，源于孔隙結(jié)構(gòu)不合理及界面熱阻低，導(dǎo)致熱量易傳導(dǎo)。

5、耐久性指標(biāo)中，材料吸水率高達(dá)15%-20%，凍融循環(huán)（≤300次）下孔隙結(jié)構(gòu)易破壞，質(zhì)量損失超5%、抗壓強(qiáng)度衰減達(dá)30%以上，與孔隙連通性高、抗?jié)B性能不足直接相關(guān)。

6、現(xiàn)有改性技術(shù)雖嘗試添加單一纖維或普通填料，但存在三大局限：?jiǎn)我辉鰪?qiáng)機(jī)制難以實(shí)現(xiàn)多維度性能協(xié)同提升；納米填料因表面能高易團(tuán)聚，分散性不足；纖維-基體界面缺乏化學(xué)鍵合，相容性問題未解決，無法充分發(fā)揮增強(qiáng)相效能。

7、基于上述技術(shù)缺陷，現(xiàn)有g(shù)rg材料已難以滿足現(xiàn)代建筑對(duì)高性能化、功能集成化的需求。因此，亟需開發(fā)新型grg材料體系，通過多尺度增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)、孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化及界面調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料關(guān)鍵性能的突破性提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種grg石膏復(fù)合增強(qiáng)材料及其制備方法，以針對(duì)現(xiàn)有g(shù)rg材料力學(xué)性能不足、防火等級(jí)低、熱工性能差及耐久性缺陷等問題，本技術(shù)通過采用復(fù)合增強(qiáng)纖維、功能納米填料及梯度制備工藝，構(gòu)建多維度協(xié)同增強(qiáng)體系，解決納米填料分散及界面相容性難題，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高耐火、低導(dǎo)熱及長(zhǎng)耐久性的性能突破。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種grg石膏復(fù)合增強(qiáng)材料，按重量份計(jì)包括：α-半水石膏45-65份、復(fù)合增強(qiáng)纖維12-20份、石墨烯納米纖維0.5-2份、納米硅灰2-5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳膠粉5-10份、羥丙基甲基纖維素1-2.5份、聚羧酸系減水劑0.1-0.8份、硬脂酸鈣1-4份、蛭石粉3-8份、去離子水28-40份；

4、復(fù)合增強(qiáng)纖維為玄武巖纖維與芳綸纖維的混合纖維，質(zhì)量比為3:1，均經(jīng)kh-560硅烷偶聯(lián)劑表面改性處理，纖維長(zhǎng)度5-8mm，直徑10-15μm；

5、石墨烯納米纖維為層數(shù)3-5層的氧化石墨烯經(jīng)化學(xué)還原制得，橫向尺寸5-10μm，表面經(jīng)多巴胺包覆處理；

6、蛭石粉為膨脹蛭石經(jīng)氣流粉碎至粒徑20-50μm，表面經(jīng)ndz-201鈦酸酯偶聯(lián)劑處理.

7、進(jìn)一步的，α-半水石膏純度≥97%，氧化鈣含量≥93%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量24%-30%，比表面積450-500m2/kg。

8、進(jìn)一步的，納米硅灰平均粒徑10-20nm，sio2含量≥95%，火山灰活性指數(shù)≥90%，表面經(jīng)硬脂酸改性處理。

9、進(jìn)一步的，還包括占總量1-3%的氫氧化鎂阻燃劑，粒徑3-8μm，表面經(jīng)硬脂酸包覆處理。

10、一種grg石膏復(fù)合增強(qiáng)材料的制備方法，包括以下步驟：

11、s1：纖維預(yù)處理，將玄武巖纖維與芳綸纖維按質(zhì)量比3:1混合，加入濃度2-3%的kh-560硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液（纖維總質(zhì)量的1.5-2.5%），在70-80℃下超聲處理15-20min（功率300-400w，頻率40khz），干燥至含水率≤0.2%，得到復(fù)合增強(qiáng)纖維；

12、s2：石墨烯分散，將石墨烯納米纖維分散于去離子水中，加入0.1-0.3%的聚乙烯吡咯烷酮（pvp）作為分散劑，采用超聲均質(zhì)機(jī)（功率500-600w，頻率20khz）處理20-30min，制得zeta電位絕對(duì)值≥40mv的石墨烯懸浮液；

13、s3：功能粉體共混，將α-半水石膏、納米硅灰、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳膠粉、羥丙基甲基纖維素、聚羧酸系減水劑、硬脂酸鈣、蛭石粉、氫氧化鎂投入雙行星攪拌機(jī)，以400-500r/min轉(zhuǎn)速混合20-30min，過120目篩；

14、s4：漿料制備，向混合粉體中加入石墨烯懸浮液和剩余去離子水，采用高速分散機(jī)以500-600r/min轉(zhuǎn)速攪拌8-10min，使?jié){料流動(dòng)度達(dá)到200-220mm；

15、s5：纖維分散與成型，加入預(yù)處理后的復(fù)合增強(qiáng)纖維，以800-1000r/min轉(zhuǎn)速分散10-15min，確保纖維分散均勻度≥99%；將漿料注入預(yù)熱至50-60℃的模具，在頻率60-80hz、振幅0.5-0.8mm的振動(dòng)平臺(tái)上振動(dòng)30-45s；

16、s6：梯度養(yǎng)護(hù)，依次進(jìn)行低溫初凝（18-22℃、濕度90-95%靜置3-4h）、中溫強(qiáng)化（70±5℃恒溫養(yǎng)護(hù)6-8h）、高溫晶化（90±5℃微波輔助加熱養(yǎng)護(hù)2-3h，微波功率300-500w）、自然養(yǎng)護(hù)（常溫常濕環(huán)境96h）。

17、進(jìn)一步的，s1中干燥條件為溫度85-95℃，時(shí)間40-50min，使纖維表面形成均勻偶聯(lián)劑包覆層。

18、進(jìn)一步的，s6中高溫晶化階段采用微波輔助加熱與傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)結(jié)合，控制石膏晶體沿晶面定向生長(zhǎng)，晶體長(zhǎng)徑比≤3:1。

19、本技術(shù)方案的有益效果是：

20、（1）高強(qiáng)度與保溫性能協(xié)同提升，突破傳統(tǒng)材料承載與節(jié)能瓶頸，通過三維復(fù)合增強(qiáng)體系與多尺度隔熱網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能與熱工性能的雙重突破，材料選用玄武巖纖維（高強(qiáng)度）與芳綸纖維（高韌性）按3:1復(fù)配，形成“剛?cè)岵?jì)”的力學(xué)骨架，抗折強(qiáng)度可達(dá)17-20mpa（傳統(tǒng)grg僅8-10mpa），較單一纖維增強(qiáng)提升100%-150%，滿足大跨度、薄壁構(gòu)件的高承載需求；同時(shí)引入石墨烯納米纖維（層數(shù)3-5層）與氣流粉碎蛭石粉（粒徑20-50μm），前者通過多巴胺包覆形成“分子膠水”，與石膏基體產(chǎn)生化學(xué)共價(jià)鍵（界面結(jié)合能提升115%），后者多孔結(jié)構(gòu)構(gòu)建“微孔隔熱層”，兩者協(xié)同將導(dǎo)熱系數(shù)降至0.13-0.16w/m?k（傳統(tǒng)材料0.28w/m?k），達(dá)到a級(jí)保溫標(biāo)準(zhǔn)，可替代傳統(tǒng)保溫層，兼具裝飾與節(jié)能功能，此外，納米硅灰（粒徑10-20nm）與微波輔助晶化工藝促使石膏晶體定向生長(zhǎng)（長(zhǎng)徑比≤3:1），密實(shí)度提升至98%以上，抗壓強(qiáng)度最高達(dá)62.4mpa，從微觀結(jié)構(gòu)層面強(qiáng)化材料整體性。

21、（2）利用氫氧化鎂阻燃劑與蛭石粉的梯度阻燃機(jī)制，結(jié)合石墨烯納米纖維的炭化阻隔效應(yīng)，本技術(shù)突破傳統(tǒng)grg材料防火瓶頸，氫氧化鎂（粒徑3-8μm）在340℃以上分解吸熱（吸熱值≥1300kj/kg），降低材料表面溫度20-30℃，釋放的水蒸氣稀釋可燃?xì)怏w濃度；蛭石粉經(jīng)氣流粉碎后形成多孔結(jié)構(gòu)（平均孔徑5-10μm），高溫下膨脹堵塞孔隙，將氧氣滲透率從20%降至8%以下，抑制燃燒反應(yīng)；石墨烯納米纖維在燃燒時(shí)形成炭化阻隔層，阻止熱量和煙氣擴(kuò)散，三重作用下，材料氧指數(shù)提升至32.5%-34.2%（傳統(tǒng)26%），耐火極限≥3小時(shí)（傳統(tǒng)1.5小時(shí)），達(dá)到gb8624-2012a1級(jí)不燃標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了傳統(tǒng)grg材料（b1級(jí)）在超高層建筑核心區(qū)應(yīng)用的空白，此外，阻燃體系采用無機(jī)氫氧化物與天然礦物復(fù)配，避免鹵素阻燃劑的有毒氣體釋放，符合綠色建材發(fā)展趨勢(shì)。

22、（3）通過界面改性技術(shù)與梯度制備工藝，材料在抗水、抗凍融及生產(chǎn)效率方面實(shí)現(xiàn)突破，硬脂酸鈣與鈦酸酯偶聯(lián)劑分別對(duì)石膏基體和蛭石粉進(jìn)行疏水改性，形成單分子疏水膜（接觸角≥90°），吸水率從18.5%降至7.2%-8.0%，顯著降低水分侵入導(dǎo)致的霉菌侵蝕與軟化風(fēng)險(xiǎn)；復(fù)合增強(qiáng)纖維表面硅烷偶聯(lián)劑處理（kh-560）與密實(shí)晶體結(jié)構(gòu)（孔隙率≤12%）協(xié)同作用，抗凍融循環(huán)次數(shù)提升至450-550次（傳統(tǒng)≤300次），適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)（如東北、西北）的氣候條件，制備工藝上，超聲均質(zhì)分散技術(shù)（zeta電位≥40mv）解決納米填料團(tuán)聚難題，材料均質(zhì)性提升60%；梯度養(yǎng)護(hù)工藝（低溫初凝→中溫強(qiáng)化→高溫晶化）將總養(yǎng)護(hù)周期縮短至96小時(shí)（傳統(tǒng)7天），配合微波輔助晶化（能量利用率提升30%），生產(chǎn)效率提高40%，同時(shí)通過振動(dòng)成型參數(shù)優(yōu)化（頻率60-80hz），確保漿料密實(shí)度≥98%，從源頭減少內(nèi)部缺陷，上述技術(shù)使材料在潮濕、高低溫循環(huán)等嚴(yán)苛環(huán)境下的使用壽命延長(zhǎng)2倍以上，兼具工程適用性與工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。