本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术：
现有的纤维增强碱激发胶凝材料，是在矿渣和偏高岭土中加入聚乙烯醇纤维、水玻璃和水，其中，聚乙烯醇质量占矿渣和偏高岭土质量的0.08％～0.25％，水玻璃的质量为矿渣和偏高岭土质量的20％～25％。其制法是在室温下将聚乙烯醇纤维分散于矿渣和偏高岭土中，然后置于水泥净浆搅拌机中进行搅拌，将调整好模数的水玻璃溶液加入形成混合均匀的浆体，成型，放入标准养护箱养护，所制备的胶凝材料力学性能较差。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种力学性能好的纤维陶瓷复合材料。
技术方案如下：
一种纤维陶瓷复合材料，包括浆料和水，水浆比为0.30～0.40；
所述浆料的制备原料包括：含硅铝的矿物料、碱活化剂和纤维；
所述碱活化剂与所述含硅铝的矿物料的质量比为1:1～1:3；所述碱活化剂为氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种与硅酸钠的水溶液的混合物，所述碱活化剂的模数为0.9m～2.0m；
每立方米的纤维陶瓷复合材料含有5公斤～10公斤的纤维；所述纤维选自硅酸铝纤维、氧化镁纤维、碳纤维和聚乙烯纤维中的一种或多种。
本发明还提供上述纤维陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备浆料：对含硅铝的矿物料进行研磨，得到粉料；
将所述纳米级粉料和所述纤维混合，得到中间体；
将所述中间体和所述碱活化剂混合，得到浆料；
(2)向所述浆料中加入水，混合。
与现有技术相比，本发明具有有益效果：
本发明提供的纤维陶瓷复合材料，通过调整物料配比、纤维的品种，显著提高了纤维陶瓷复合材料的力学强度。其中，碱活化剂激发了硅铝复合物的高粘结性，从而增加了材料的抗压强度；而在物料中添加纤维材料，则显著提高了材料的抗裂强度。
此外，碱活化剂激发了硅铝复合物的化学稳定性，从而增加了材料的耐腐蚀性，以及采用碱活化剂使物料间的物化反应产生的新物料提高了材料的耐碱耐酸能力与耐候力；同时该纤维陶瓷复合材料还具有优异的防水抗渗能力、保温性能以及防火性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种纤维陶瓷复合材料，包括浆料和水，水浆比为0.30～0.40；
所述浆料的制备原料包括：含硅铝的矿物料、碱活化剂和纤维；
所述碱活化剂与所述含硅铝的矿物料的质量比为1:1～1:3；所述碱活化剂为氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种与硅酸钠的水溶液的混合物，所述碱活化剂的模数为0.9m～2.0m；
每立方米的纤维陶瓷复合材料含有5公斤～10公斤的纤维；所述纤维选自硅酸铝纤维、氧化镁纤维、炭纤维和聚乙烯纤维中的一种或多种。
本发明提供的纤维陶瓷复合材料，通过调整物料配比、纤维的品种，显著提高了纤维陶瓷复合材料的力学强度。其中，碱活化剂激发了硅铝复合物的高粘结性，从而增加了材料的抗压强度；而在物料中添加纤维材料，则显著提高了材料的抗裂强度。
此外，碱活化剂激发了硅铝复合物的化学稳定性，从而增加了材料的耐腐蚀性，以及采用碱活化剂使物料间的物化反应产生的新物料提高了材料的耐碱耐酸能力与耐候力；同时该纤维陶瓷复合材料还具有优异的防水抗渗能力、保温性能以及防火性能。
其中，所述纤维陶瓷复合材料中的浆料包括：含硅铝的矿物料、碱活化剂和纤维。
所述含硅铝的矿物料选自高岭土、铝土矿和磷矿渣中的一种或多种；所述纤维陶瓷复合材料中碱活化剂与含硅铝的矿物料的质量比为1:1～1:3，优选为1:1～1:2.5，更优选为1:1～1:2.2，最优选为1:1.2～1:1.9。
所述碱活化剂中，氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种与硅酸钠的质量比为1:3.5～1:4.5，优选为1:3.5～1:4.0；所述硅酸钠的模数≤2.4m；碱活化剂的模数为0.9m～2.0m，优选为1.0m～1.8m，更优选为1.0m～1.6m，最优选为1.2m～1.5m。通过碱活化剂激发了硅铝复合物的高粘结性及化学稳定性，从而增加了物料的力学性能；而且碱活化剂使物料间的物化反应产生的新物料，提高了材料的耐碱耐酸能力与耐候力。
所述纤维选自硅酸铝纤维、氧化镁纤维、碳纤维和聚乙烯纤维中的一种或多种，可以大大提高材料的坚韧强度。纤维的加入量为：每立方米的纤维陶瓷复合材料含有5公斤～10公斤的纤维，优选为每立方米的纤维陶瓷复合材料含有5公斤～8公斤的纤维，更优选为每立方米的纤维陶瓷复合材料含有6公斤～7公斤的碳纤维，最优选为每立方米的纤维陶瓷复合材料含有7.6公斤～8公斤的聚乙烯纤维。
其中，所述纤维陶瓷复合材料中水浆比为0.30～0.40，优选地，水浆比为0.35～0.38，最优选为0.35～0.36。
本发明还提供上述的纤维陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备浆料：对含硅铝的矿物料进行研磨，得到粉料；
将所述纳米级粉料和所述纤维混合，得到中间体；
将所述中间体和所述碱活化剂混合，得到浆料；
(2)向所述浆料中加入水，混合。
其中，所述粉料的粒径≥10000目，优选地，所述纳米级粉料的粒径为10000目～15000目；将矿物料磨成纳米级粉体料显著提高了材料的密实度及物料颗粒的比表面积，可提高材料的抗压与抗裂强度，以及提高材料的抗渗性能与防水性能。
若无特殊说明，本发明所用的原料均可来源于市售。
实施例1
本实施例提供一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.35；
浆料包括：高岭土、氢氧化钠型碱活化剂和5公斤的硅酸铝纤维；氢氧化钠型碱活化剂与高岭土的质量比为1:1，氢氧化钠型碱活化剂的模数为0.9m～2.0m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对高岭土进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级高岭土粉料；
将纳米级高岭土粉料和5公斤硅酸铝纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为0.9m～2.0m的氢氧化钠型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钠型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钠型碱活化剂和高岭土的质量比为1:1；
(2)向浆料中加入65℃～70℃的热水，控制水浆比为0.35，均匀混合5min～10min，得到纤维陶瓷复合材料。
实施例2
本实施例提供一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.40；
浆料包括：高岭土、氢氧化钠型碱活化剂和10公斤的聚丙烯纤维/碳纤维；氢氧化钠型碱活化剂与高岭土的质量比为1:3，氢氧化钠型碱活化剂的模数为0.9m～1.8m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对高岭土进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级高岭土粉料；
将纳米级高岭土粉料和10公斤的聚丙烯纤维/碳纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为0.9m～1.8m的氢氧化钠型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钠型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钠型碱活化剂和高岭土的质量比为1:3；
(2)向浆料中加入70℃～75℃的热水，控制水浆比为0.40，均匀混合5min～10min，得到纤维陶瓷复合材料。
实施例3
本实施例提供一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.38；
浆料包括：铝土矿、氢氧化钠型碱活化剂和8公斤的氧化镁纤维；氢氧化钠型碱活化剂与铝土矿的质量比为1:2.5，氢氧化钠型碱活化剂的模数为1.0m～1.8m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对铝土矿进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级铝土矿粉料；
将纳米级铝土矿粉料和8公斤氧化镁纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为1.0m～1.8m的氢氧化钠型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钠型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钠型碱活化剂和铝土矿的质量比为1:2.5；
(2)向浆料中加入65℃～70℃的热水，控制水浆比为0.38，均匀混合5min～10min，得到纤维陶瓷复合材料。
实施例4
本实施例提供一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.36；
浆料包括：铝土矿、氢氧化钾型碱活化剂和7公斤的碳纤维；氢氧化钾型碱活化剂与铝土矿的质量比为1:2，氢氧化钾型碱活化剂的模数为1.0m～1.6m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对铝土矿进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级铝土矿粉料；
将纳米级铝土矿粉料和7公斤碳纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为1.0m～1.6m的氢氧化钾型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钾型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钾型碱活化剂和铝土矿的质量比为1:2；
(2)向浆料中加入65℃～70℃的热水，控制水浆比为0.36，均匀混合5min～10min，得到所述纤维陶瓷复合材料。
实施例5
本实施例提供一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.36；
浆料包括：磷矿渣、氢氧化钾型碱活化剂和7.6公斤的聚乙烯纤维；氢氧化钾强型碱活化剂与磷矿渣的质量比为1:1.6，氢氧化钾型碱活化剂的模数为1.2m～1.5m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对磷矿渣进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级磷矿渣粉料；
将纳米级磷矿渣粉料和7.6公斤聚丙烯纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为1.2m～1.5m的氢氧化钾型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钾型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钾型碱活化剂和磷矿渣的质量比为1:1.6；
(2)向浆料中加入70℃～75℃的热水，控制水浆比为0.36，均匀混合5min～10min，得到所述纤维陶瓷复合材料。
对比例1
本对比例提供一种纤维陶瓷材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.35；
浆料包括：高岭土、氢氧化钠型碱活化剂和5公斤的聚乙烯醇纤维；氢氧化钠型碱活化剂与高岭土的质量比为1:1，氢氧化钠型碱活化剂的模数为0.9m～2.0m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对高岭土进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级高岭土粉料；
将纳米级高岭土粉料和5公斤聚乙烯醇纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为0.9m～2.0m的氢氧化钠型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钠型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钠型碱活化剂和高岭土的质量比为1:1；
(2)向浆料中加入65℃～70℃的热水，控制水浆比为0.35，均匀混合5min～10min，得到纤维陶瓷复合材料。
对比例2
本对比例提供一种纤维陶瓷复合材料及其制备方法。
该纤维陶瓷复合材料由浆料和水组成，水浆比为0.36；
浆料包括：铝土矿、氢氧化钾型碱活化剂和4公斤的碳纤维；氢氧化钾型碱活化剂与铝土矿的质量比为1:3.5，氢氧化钾型碱活化剂的模数为1.0m～2.2m。
制备方法如下：
(1)制备浆料：对铝土矿进行粉磨处理，得到粒径为10000目的纳米级铝土矿粉料；
将纳米级铝土矿粉料和4公斤碳纤维混合5min～8min，得到中间体；配制模数为1.0m～2.2m的氢氧化钾型碱活化剂；
将中间体和氢氧化钾型碱活化剂混合，得到浆料；其中，氢氧化钾型碱活化剂和铝土矿的质量比为1:3.5；
(2)向浆料中加入65℃～70℃的热水，控制水浆比为0.36，均匀混合5min～10min，得到所述纤维陶瓷复合材料。
实施例1～5和对比例1～2各材料的组成如表1所示：
表1
实施例6
对实施例1～5和对比例1～2得到的产品进行性能测试
评价方法：
(1)抗压强度：液压机试压；
(2)抗裂性：牵拉；
(3)延展性：拉伸；
(4)防水性能：将产品置于水中浸泡48～72小时后，测量浸泡前后产品质量的变化；
(5)防火性能：点火或将产品置于火炉中不燃烧2～5分钟，要求：未见着火且基本无痕迹。
(6)耐腐蚀性能：将产品置于强酸或强碱液中30分钟，要求基本无损坏痕迹；
(7)保温隔热性能：用导热检测仪检测产品的导热系数；
(8)耐高温性能：将产品置于1500摄氏度的高温火炉中不少于10分钟；
(9)耐磨性能：用钢丝球高频率强力摩擦。
测试结果如表2所示：
表2
由表1可知，实施例1～5采用通过调整物料配比、纤维的品种，各个手段相互配合，得到的纤维陶瓷复合材料具有抗压强度高、抗裂性高、延展性好、防水抗渗能力强、防火达a级、耐腐蚀、保温隔热性能好、耐高温和耐磨等优点。结合对比例1可知，若是添加聚乙烯醇纤维，得到的产品抗压性能和抗裂性能变差、不耐酸碱以及高温；结合对比例2可知，若是未合理调控配方中各物料配比，得到的产品整体性能都变差。以上数据充分说明，通过采用纳米级含硅铝的渣土粉料，显著增加材料的密实度及物料颗粒的比表面积，与纤维材料、强碱活化剂互相配合，大大提高材料的抗压强度、抗裂强度、耐腐蚀性及材料的整体性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。