本發明涉及保溫材料領域，具體涉及一種用于建筑保溫的復合材料防火保溫板及其制備方法。

背景技術：

建筑保溫材料在建筑保溫上就起著創造適宜的室內熱環境和節約能源有重要作用，這類材料通過對建筑外圍護結構采取措施，減少建筑物室內熱量向室外散發，從而保持建筑室內溫度。我國建筑應用的保溫材料中主要有無機保溫材料和有機保溫材料兩大類。無機類保溫材料導熱系數較大，保溫效果較差，按現有國家主管行業相關規定的節能率，保溫材料的厚度必須加大，又因其容重也較大，不但增加建筑荷載，同時也給施工帶來諸多不便；相比而言，有機類保溫材料導熱系數較小，保溫效果較好，同時具有輕質、高強和施工方便等特點，但有機類保溫材料存在兩個無法克服的致命缺點，一是易燃，二是不耐高溫，高溫下易碳化失去保溫性能。2011年3月公安部已明文規定禁止B級保溫板材在建筑外墻中的應用，要求我國的建筑外墻保溫采用A級不燃材料，有機類保溫材料達不到A級標準，限制了其在建筑保溫領域的應用。無機類保溫材料盡管能夠達到A級的消防要求，但現有無機保溫材料的保溫性能均較差，很難滿足建筑節能要求，而且吸水率高、容重過大也在很大程度上制約了無機保溫材料在建筑保溫中的應用。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種復合材料防火保溫板及其制備方法，該板材可滿足A級不燃消防要求，且導熱系數小，保溫性能好，可滿足建筑節能要求。

為了實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種復合材料防火保溫板，由下述重量份數原料制成：膨化珍珠巖70-80份，熱塑性酚醛樹脂25-30份，固化劑15-19份，電紡碳納米管復合微納米纖維8-14份，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維8-14份，氫氧化鋁6-12份，麥飯石粉4-7份；所述電紡碳納米管復合微納米纖維為由靜電紡絲法制得的有機高分子材料/碳納米管復合微納米纖維；所述炭化電紡碳納米管復合微納米纖維為電紡碳納米管復合微納米纖維經預氧化、炭化、活化制得的炭化纖維。

本發明的復合材料防火保溫板以膨脹珍珠巖為主體保溫材料，以具有一定防火和粘結功能的熱塑性酚醛樹脂為成型材料，并加入固化劑，通過熱塑性酚醛樹脂受熱后將膨化珍珠巖、電紡碳納米管復合微納米纖維、炭化電紡碳納米管復合微納米纖維、氫氧化鋁和麥飯石粉包裹、粘結、固化為一個整體，制成復合材料，使得該板材兼顧無機保溫材料的優異的阻燃性和有機保溫材料良好的保溫性能，從而使該板材在滿足A級不燃消防要求的同時，具有較好的保溫性能好，可滿足建筑節能要求。原料中，氫氧化鋁是一種性能優良的無機類阻燃劑，其在高溫環境中受熱分解，放出結晶水，由于吸熱脫水過程延緩聚合物燃燒速度，同時放出水蒸氣，不僅沖淡燃燒氣體，而且參與冷凝相的反應，不僅能阻燃，而且防止發煙、不會產生有毒、可燃或有腐蝕性氣體，不產生滴落物，阻止火燃蔓延，使可燃高聚物下降，脫水的水蒸氣稀釋可燃氣體和氧氣濃度，阻止燃燒起到覆蓋作用，其與炭化電紡碳納米管復合微納米纖維和麥飯石粉能夠起到協調作用，起到更好的阻燃效果；同時，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維是電紡碳納米管復合微米纖維經預氧化、炭化、活化制得的炭化纖維這種纖維本身具有多孔結構，且含有具有較強吸附力的碳納米管，該碳化纖維與麥飯石粉、電紡碳納米管復合微納米纖 維中的碳納米管協調作用，可有效降低發煙量，同時吸附氫氧化鋁分解產生的水蒸氣，使其更均勻的分布于材料中，起到更好的阻燃、防止發煙的效果；含有碳納米管的電紡碳納米管復合微納米纖維和炭化電紡碳納米管復合微納米纖維，可以增強材料的力學性能，起到增韌補強的作用，提高該板材的耐濕、耐熱性能。單臂和多壁碳納米管化學性質穩定，不溶于水和有機溶劑，具有優異的力學性能和導電性能及其獨特的一維納米結構所特有的納米效應，但由于其表面原子具有較高的表面能和表面結合能，分散性差且易于形成大的團聚體，將碳納米管與基材直接復合作為基體的增強材料時，碳納米管極易發生團聚，從而導致碳納米管在基體中分散程度低，進而影響復合材料的應用性能，不易得到性能穩定，力學性能好的復合塑料材料。本發明的板材在制備的過程中，以含有碳納米管的電紡有機高分子材料/碳納米管復合微納米纖維作為原料，碳納米管先通過靜電紡絲法與有機高分子材料復合形成聚偏氟乙烯/碳納米管復合微米纖維，此時，碳納米管分布于該微米纖維中，被聚偏氟乙烯包裹固定，碳納米管受復合纖維的限制不易形成團聚體，再與基材混合時，材料中的碳納米管更容易分散均勻，進而得到碳納米管分布更均勻的復合材料，以獲得均一性更好的板材。確保該板材具有較好的強度、韌性、耐濕、耐熱性能。同時，原料電紡碳納米管復合微納米纖維中的有機高分子材料成分，在高溫作用下會融化成具有粘性的熔融液，滲透入板材中，可以起到起到粘結無機粉料作用。

優選的，所述電紡碳納米管復合微納米纖維為聚偏氟乙烯/碳納米管復合微米纖維，由靜電紡絲法制得的聚偏氟乙烯/碳納米管復合微米纖維膜經超微粉碎至1000目制得。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的耐化學性、加工性及抗疲勞和蠕變性， 且聚偏氟乙烯具有良好的化學穩定性、電絕緣性能，將碳納米管與聚偏氟乙烯復合所得的電紡纖維具有較好的力學性能，將其作為原料加工復合材料防火保溫板，可以起到更好的增韌補強效果，有效提高板材的耐濕、耐熱性能。

優選的，所述電紡碳納米管復合微納米纖維平均直徑為1微米，制備該纖維的紡絲前驅體溶液的配置方法為：將2克碳納米管水分散劑與20克丙酮混合，在60℃恒溫水浴條件下磁力攪拌20分鐘，向上述液體中加入1.5克多壁碳納米管，繼續磁力攪拌2小時，所得混合液體超聲10分鐘后置于冷水中冷卻、消泡，再次繼續超聲10分鐘即得分散好的碳納米管分散液，將1.5克聚偏氟乙烯顆粒溶于3克丙酮和3克二甲基亞砜混合制成的溶劑中，配成聚偏氟乙烯溶液，取2.5克碳納米管分散液加入7.5克聚偏氟乙烯溶液中在60℃恒溫水浴條件下磁力攪拌4小時后，超聲震蕩1小時即得紡絲前驅體溶液；所述紡絲前驅體溶液加入靜電紡絲裝置的儲液機構中進行靜電紡絲，紡絲電壓15千伏，紡絲距離15厘米，將靜電紡絲裝置收集集上獲得的聚偏氟乙烯/碳納米管復合微米纖維氈置于超微粉碎機中粉碎至1000目即得電紡碳納米管復合微納米纖維。

優選的，所述的多壁碳納米管的直徑為50～60nm、長度為15～20μm的多壁碳納米管。

優選的，所述炭化電紡碳納米管復合微納米纖維由電紡碳納米管復合微米纖維制得，將電紡碳納米管復合微米纖維置于管式爐中，以2℃/min的升溫速率升至300℃，空氣氣氛下穩定2h；再在惰性氣氛下升溫至活化溫度1000℃，通入二氧化碳，流量為150ml/min，活化30min，反應結束后，降溫至常溫，所得固體即為炭化電紡碳納米管復合微納米纖維。

優選的，所述固化劑為六次甲基四胺。

優選的，所述麥飯石粉為2000目麥飯石粉。

優選的，由下述重量份數原料制成：膨化珍珠巖75份，熱塑性酚醛樹脂 27份，固化劑17份，電紡碳納米管復合微納米纖維12份，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維10份，氫氧化鋁8份，麥飯石粉5份。

本發明還公開了所述的復合材料防火保溫板制備方法，按上述的原料配比備料，將原料干混均勻，放入金屬模具中，將模具全部閉合后，放入80℃烘房加溫，保溫45分鐘后，從烘房取出后，經自然冷卻到40℃以下脫模，即得成品。

本發明的有益效果為：本發明克服了現有技術的不足，提供了一種復合材料防火保溫板及其制備方法，該板材可滿足A級不燃消防要求，且導熱系數小，保溫性能好，可滿足建筑節能要求。具體而言：

本發明的復合材料防火保溫板以膨脹珍珠巖為主體保溫材料，以具有一定防火和粘結功能的熱塑性酚醛樹脂為成型材料，并加入固化劑，通過熱塑性酚醛樹脂受熱后將膨化珍珠巖、電紡碳納米管復合微納米纖維、炭化電紡碳納米管復合微納米纖維、氫氧化鋁和麥飯石粉包裹、粘結、固化為一個整體，制成復合材料，使得該板材兼顧無機保溫材料的優異的阻燃性和有機保溫材料良好的保溫性能，從而使該板材在滿足A級不燃消防要求的同時，具有較好的保溫性能好，可滿足建筑節能要求。原料中，氫氧化鋁是一種性能優良的無機類阻燃劑，其在高溫環境中受熱分解，放出結晶水，由于吸熱脫水過程延緩聚合物燃燒速度，同時放出水蒸氣，不僅沖淡燃燒氣體，而且參與冷凝相的反應，不僅能阻燃，而且防止發煙、不會產生有毒、可燃或有腐蝕性氣體，不產生滴落物，阻止火燃蔓延，使可燃高聚物下降，脫水的水蒸氣稀釋可燃氣體和氧氣濃度，阻止燃燒起到覆蓋作用，其與炭化電紡碳納米管復合微納米纖維和麥飯石粉能夠起到協調作用，起到更好的阻燃效果；同時，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維是電紡碳納米管復合微米纖維經預氧 化、炭化、活化制得的炭化纖維這種纖維本身具有多孔結構，且含有具有較強吸附力的碳納米管，該碳化纖維與麥飯石粉、電紡碳納米管復合微納米纖維中的碳納米管協調作用，可有效降低發煙量，同時吸附氫氧化鋁分解產生的水蒸氣，使其更均勻的分布于材料中，起到更好的阻燃、防止發煙的效果；含有碳納米管的電紡碳納米管復合微納米纖維和炭化電紡碳納米管復合微納米纖維，可以增強材料的力學性能，起到增韌補強的作用，提高該板材的耐濕、耐熱性能。單臂和多壁碳納米管化學性質穩定，不溶于水和有機溶劑，具有優異的力學性能和導電性能及其獨特的一維納米結構所特有的納米效應，但由于其表面原子具有較高的表面能和表面結合能，分散性差且易于形成大的團聚體，將碳納米管與基材直接復合作為基體的增強材料時，碳納米管極易發生團聚，從而導致碳納米管在基體中分散程度低，進而影響復合材料的應用性能，不易得到性能穩定，力學性能好的復合塑料材料。本發明的板材在制備的過程中，以含有碳納米管的電紡有機高分子材料/碳納米管復合微納米纖維作為原料，碳納米管先通過靜電紡絲法與有機高分子材料復合形成聚偏氟乙烯/碳納米管復合微米纖維，此時，碳納米管分布于該微米纖維中，被聚偏氟乙烯包裹固定，碳納米管受復合纖維的限制不易形成團聚體，再與基材混合時，材料中的碳納米管更容易分散均勻，進而得到碳納米管分布更均勻的復合材料，以獲得均一性更好的板材。確保該板材具有較好的強度、韌性、耐濕、耐熱性能。同時，原料電紡碳納米管復合微納米纖維中的有機高分子材料成分，在高溫作用下會融化成具有粘性的熔融液，滲透入板材中，可以起到起到粘結無機粉料作用。

具體實施方式

根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容 易理解，實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用于說明本發明而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。

下述實施例中所用的原料電紡碳納米管復合微納米纖維由靜電紡絲法制得，其紡絲前驅體溶液的配置方法為：將2克碳納米管水分散劑(TNWDIS)與20克丙酮混合，在60℃恒溫水浴條件下磁力攪拌20分鐘，向上述液體中加入1.5克多壁碳納米管(直徑為50～60nm、長度為15～20μm)，繼續磁力攪拌2小時，所得混合液體超聲10分鐘后置于冷水中冷卻、消泡，再次繼續超聲10分鐘即得分散好的碳納米管分散液，將1.5克聚偏氟乙烯顆粒(SOLEF6010，美國蘇威)溶于3克丙酮和3克二甲基亞砜混合制成的溶劑中，配成聚偏氟乙烯溶液，取2.5克碳納米管分散液加入7.5克聚偏氟乙烯溶液中在60℃恒溫水浴條件下磁力攪拌4小時后，超聲震蕩1小時即得紡絲前驅體溶液；所述紡絲前驅體溶液加入靜電紡絲裝置的儲液機構中進行靜電紡絲，紡絲電壓15千伏，紡絲距離15厘米，將靜電紡絲裝置收集集上獲得的聚偏氟乙烯/碳納米管復合微米纖維氈置于超微粉碎機中粉碎至500目即得電紡碳納米管復合微納米纖維。

下述實施例中所用的原料炭化電紡碳納米管復合微納米纖維由上述的電紡碳納米管復合微米纖維經預氧化、炭化、活化制得，將電紡碳納米管復合微米纖維置于管式爐中，以2℃/min的升溫速率升至300℃，空氣氣氛下穩定2h；再在惰性氣氛下升溫至活化溫度1000℃，通入二氧化碳，流量為150ml/min，活化30min，反應結束后，降溫至常溫，所得固體即為炭化電紡碳納米管復合微納米纖維。

實施例1

一種復合材料防火保溫板，由下述重量份數原料制成：膨化珍珠巖75份，熱塑性酚醛樹脂27份，六次甲基四胺17份，電紡碳納米管復合微納米纖維 12份，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維10份，氫氧化鋁8份，麥飯石粉5份。

該復合材料防火保溫板制備方法：按上述的原料配比備料，將原料干混均勻，放入金屬模具中，將模具全部閉合后，放入80℃烘房加溫，保溫45分鐘后，從烘房取出后，經自然冷卻到40℃以下脫模，即得成品。

實施例2

一種復合材料防火保溫板，由下述重量份數原料制成：膨化珍珠巖70份，熱塑性酚醛樹脂25份，六次甲基四胺15份，電紡碳納米管復合微納米纖維8份，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維8份，氫氧化鋁6份，麥飯石粉4份。

該復合材料防火保溫板制備方法與實施例1相同。

實施例3

一種復合材料防火保溫板，由下述重量份數原料制成：膨化珍珠巖80份，熱塑性酚醛樹脂30份，固化劑19份，電紡碳納米管復合微納米纖維14份，炭化電紡碳納米管復合微納米纖維14份，氫氧化鋁12份，麥飯石粉7份。

該復合材料防火保溫板制備方法與實施例1相同。

實施例4性能標準檢測

對實施例1、2、3所制得的復合材料防火保溫板進行性能檢測，檢測項目、執行標準以及檢測結果如下表所示：

從上述結果可以看出本發明實施例的復合材料防火保溫板可滿足A級不燃消防要求，且導熱系數小，保溫性能好，可滿足建筑節能要求。

以上所列舉的實施方式僅供理解本發明之用，并非是對本發明所描述的技術方案的限定，有關領域的普通技術人員，在權利要求所述技術方案的基礎上，還可以作出多種變化或變形，所有等同的變化或變形都應涵蓋在本發明的權利要求保護范圍之內。本發明未詳述之處，均為本技術領域技術人員的公知技術。