本发明属于建材技术领域，一种预制磷石膏地暖模块及其制备方法。
背景技术：
随着生活品质的提高和科技发展，地暖也不断地发展和更迭。地暖具有舒适、节约空间、卫生、运行费用低等特点，与传统的散热器相比，热效率提高20％-30％，还具有节能、减少污染，供暖效率高等优势。目前，热水供暖地板按构造不同分为湿式和干式两种。干式地板又分为常规干式地板、预制地暖模块。湿式地板是指在地面保温层上把加热管埋设在细石混凝土中，其上再做找平层及装饰层，湿式地板表面温度分布均匀，地板承载能力强，热惰性好，但施工量大、工期长，不易检修，温度应力引起楼板构造层的龟裂和变形。常规干式地板是指将加热管直接暴露在结构层中，上面直接铺设地板等装饰层,它的主要特点是比湿式构造方法容易维修；构造层内存在中空，力学性能较差；加热管管径大，构造层厚度大。目前预制地暖模块技术尚不完善，各有优缺点，如：挤塑板干式地暖模块或挤塑板复铝膜板干式地暖模块：防火等级低，安全性和抗压能力低、持续保温和蓄热能力差，高温条件下挥发出有毒有害气体不环保，产品无法回收利用，弹性变形大，应用范围受限。塑料pvc材质干式地暖模块：防火性能和持续保温性能差，高温弹性变形大，材料寿命短，无法蓄热，应用范围受限。水泥压制成型的m型地暖模块隔热隔音和保温性能差。
专利号cn201710609615.8公开了含高储热储热材料的地暖板，包括地暖板本体，所述的地暖板本体每平方米板包括以下重量份的组分：氢氧化钙800-1000份、三水醋酸钠35-45份、碳纤维100-200份、高岭土1-2份、硅藻土6-8份、纤维素10-20份、建筑胶粉50-60份、防腐剂0.5-1.5份、发泡剂1-2份、防水剂1-2份、温度调节剂10-20份、石蜡60-80份、增稠剂1-3份、成核剂2-4份。但现在技术均是注重在构造或材料的改进，缺乏整个结构关系的考虑，并且未能解决地暖模块脱模过程中的损伤问题。
技术实现要素：
本发明为解决上述技术问题，提供了一种预制磷石膏地暖模块及其制备方法。
一种预制磷石膏地暖模块，由上至下依次为传热层、保温层、基层；所述传热层设置有装配传热部件的凹槽；所述传热层，其原料由如下材料组成：酸改性磷石膏20-26份、铁粉1-4份、蛭石粉11-15份、碳纤维8-13份、聚丙烯纤维7-16份、煤矸石粉2-7份。
所述地暖模块中传热层厚度为10-12mm，保温层厚度为10-12mm，基层厚度为8-10mm，总厚度≤32mm。
所述酸改性磷石膏是将肉豆蔻酸与棕榈酸按17:83的质量比溶于水中，配制成质量浓度10-15％的溶液，并加热至温度为42-48℃，保温动态反应15-20min，加入磷石膏至固液质量比1：(3-4)，然后保温动态反应20-30min，再置于300-800w微波条件下反应30-60s，然后干燥、研磨至过200-600目筛。
本发明利用酸改性磷石膏、铁粉、石蜡、蛭石粉、碳纤维、聚丙烯纤维、煤矸石粉作为传热层原料，其中掺入铁粉能够提高传热能力，蛭石粉和煤矸石粉能够有效延缓铁粉的损耗，增强铁粉使用寿命，并且钝化铁粉化学活泼性，同时使得传热层的过冷度低；碳纤维、聚丙烯酸纤维不仅能够增强其力学性能，还具有吸附作用，能够吸附声波，再结合酸改性磷石膏，能够将部分声波转化成热能，本发明利用酸改性磷石膏不仅能够提高力学强度和传热性能，更重要的是利用肉豆蔻酸与棕榈酸改变了磷石膏表面性能，使得传热层骨架的蓄放冷性能稳定，能够保持持续稳定的热力学性能。
所述保温层，其原料由如下材料组成：聚苯颗粒21-33份、脱硫石膏12-16份、三元熔融盐改性麦壳粉5-9份、石蜡1-3份。
所述三元熔融盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙的混合物。
所述三元熔融盐改性麦壳粉是将麦壳粉与水按质量比1：(3-4)混合后，加热至80-90℃并保温10-20min后，加入三元熔融盐搅拌均匀后，再置于200-500w微波条件下反应60-90s，然后干燥、研磨至过200-600目筛。
本发明利用聚苯颗粒、脱硫石膏、三元熔融盐改性麦壳粉、石蜡作为保温层原料，掺入聚苯颗粒不仅具有良好的保温隔热、防火性能，掺入石蜡有效解决了聚苯颗粒与脱硫石膏的结合力弱的问题，利用三元熔融盐改性麦壳粉，其中麦壳粉中含有可燃成分以及发泡成分，进而有助于形成尺寸均匀的孔隙，利用脱硫石膏的孔隙结构能够吸收和释放出麦壳粉燃烧热，同时利用不易分解的三元熔融盐，提高了保温层的热稳定性，使得保温层具有长期储热放热的热循环能力。
所述基层，其原料由如下材料组成：硅酸盐水泥32-45份、磷石膏13-21份、聚乙烯醇9-18份、黄磷渣6-14份。
本发明利用硅酸盐水泥、磷石膏、聚乙烯醇、黄磷渣作为基层原料，具有较好的力学性能，能够防止裂纹产生以及防止腐蚀的能力，同时还消耗了磷石膏、黄磷渣等工业废弃物。
一种预制磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具，在模具内铺设膨胀珍珠岩粉，预热，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于90-100℃条件下养护2-3h；
(2)第二阶段养护：向模具内倒入淀粉，再倒入混匀的保温层材料，置于120-130℃条件下养护1.5-2h；
(3)第三阶段养护：向模具内倒入混匀的传热层材料，置于135-150℃条件下养护1-2h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护2.2-2.8h，冷却至室温后脱模，得半成品；
(4)煅烧：将脱模后的半成品置于200-300℃条件下煅烧30-45min即得。
进一步地优选，一种预制磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具，在模具内铺设厚度为1-2mm的膨胀珍珠岩粉，预热至40-50℃，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于90-100℃条件下养护2-3h；所述基层材料由基层原料与水按质量比1：(4-6)混合而成；
(2)第二阶段养护：向模具内倒入厚度1-2mm的淀粉，再倒入混匀的保温层材料，置于120-130℃条件下养护1.5-2h；所述保温层材料由保温层原料与水按质量比1：(2-3)混合而成；
(3)第三阶段养护：向模具内倒入混匀的传热层材料，置于135-150℃条件下养护1-2h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护2.2-2.8h，冷却至室温后脱模，得半成品；所述传热层材料由传热层原料与水按质量比1：(1-2)混合而成；
(4)煅烧：将脱模后的半成品置于200-300℃条件下煅烧30-45min即得。
本申请在倒入基层材料之前铺设一种珍珠岩粉并预热，使得珍珠岩粉发生膨胀，进而使得半成品易脱模，并且能够保证本成品的完整性和模具的完整性，先倒入基层材料使得基层材料发生凝固强化后再倒入淀粉和保温层材料，使得淀粉在养护水作用下和保温层材料的重力挤压下发挥出较高的粘结作用，提高了基层和保温层的结合度；再半成型后倒入传热材料，最后在成型后进行煅烧，使得麦壳发生灼烧，不仅加强了传热层的力学性能，还使得保温层形成不互通的孔隙，进而提升了地暖模块的保温性能和蓄热能力。
由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：
本发明的地暖模块具有轻质、保温、隔音、防火的特点，其力学性能好、导热快、散热稳定、蓄热能力和热循环能力强，安全性能高，使用寿命长，使用了大批量工业废弃物，缓解了工业固废的堆积问题，预制的地暖模块易于施工，在现场施工时仅须拼装即可。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种预制磷石膏地暖模块，由上至下依次为传热层、保温层、基层；所述传热层设置有装配传热部件的凹槽；所述地暖模块中传热层厚度为12mm，保温层厚度为12mm，基层厚度为8mm；
所述传热层由如下材料组成：酸改性磷石膏26份、铁粉4份、蛭石粉15份、碳纤维13份、聚丙烯纤维16份、煤矸石粉7份；
所述酸改性磷石膏是将肉豆蔻酸与棕榈酸按17:83的质量比溶于水中，配制成质量浓度15％的溶液，并加热至温度为48℃，保温动态反应20min，加入磷石膏至固液质量比1：4，然后保温动态反应30min，再置于800w微波条件下反应60s，然后干燥、研磨至过600目筛；
所述保温层由如下材料组成：聚苯颗粒33份、脱硫石膏16份、三元熔融盐改性麦壳粉9份、石蜡3份；
所述三元熔融盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙按等质量比的混合物；
所述三元熔融盐改性麦壳粉是将麦壳粉与水按质量比1：4混合后，加热至90℃并保温20min后，加入三元熔融盐搅拌均匀后，再置于500w微波条件下反应90s，然后干燥、研磨至过600目筛；
所述基层由如下材料组成：硅酸盐水泥45份、磷石膏21份、聚乙烯醇18份、黄磷渣14份；
一种预制磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具，在模具内铺设厚度为2mm的膨胀珍珠岩粉，预热至50℃，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于100℃条件下养护3h；所述基层材料由基层原料与水按质量比1：6混合而成；
(2)第二阶段养护：向模具内倒入厚度2mm的淀粉，再倒入混匀的保温层材料，置于130℃条件下养护2h；所述保温层材料由保温层原料与水按质量比1：3混合而成；
(3)第三阶段养护：向模具内倒入混匀的传热层材料，置于150℃条件下养护2h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护2.8h，冷却至室温后脱模，得半成品；所述传热层材料由传热层原料与水按质量比1：2混合而成；
(4)煅烧：将脱模后的半成品置于300℃条件下煅烧45min即得。
将实施例1所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表1所示；
表1
实施例2
一种预制磷石膏地暖模块，由上至下依次为传热层、保温层、基层；所述传热层设置有装配传热部件的凹槽；所述地暖模块中传热层厚度为10mm，保温层厚度为10mm，基层厚度为10mm；
所述传热层由如下材料组成：酸改性磷石膏20份、铁粉1份、蛭石粉11份、碳纤维8份、聚丙烯纤维7份、煤矸石粉2份；
所述酸改性磷石膏是将肉豆蔻酸与棕榈酸按17:83的质量比溶于水中，配制成质量浓度10％的溶液，并加热至温度为42℃，保温动态反应15min，加入磷石膏至固液质量比1：3，然后保温动态反应20min，再置于300w微波条件下反应30s，然后干燥、研磨至过200目筛；
所述保温层由如下材料组成：聚苯颗粒21份、脱硫石膏12份、三元熔融盐改性麦壳粉5份、石蜡1份；
所述三元熔融盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙的混合物；
所述三元熔融盐改性麦壳粉是将麦壳粉与水按质量比1：3混合后，加热至80℃并保温10min后，加入三元熔融盐搅拌均匀后，再置于200w微波条件下反应60s，然后干燥、研磨至过200目筛；
所述基层由如下材料组成：硅酸盐水泥32份、磷石膏13份、聚乙烯醇9份、黄磷渣6份；
一种预制磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具，在模具内铺设厚度为1mm的膨胀珍珠岩粉，预热至40℃，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于90℃条件下养护2h；所述基层材料由基层原料与水按质量比1：4混合而成；
(2)第二阶段养护：向模具内倒入厚度1mm的淀粉，再倒入混匀的保温层材料，置于120℃条件下养护1.5h；所述保温层材料由保温层原料与水按质量比1：2混合而成；
(3)第三阶段养护：向模具内倒入混匀的传热层材料，置于135℃条件下养护1h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护2.2h，冷却至室温后脱模，得半成品；所述传热层材料由传热层原料与水按质量比1：1混合而成；
(4)煅烧：将脱模后的半成品置于200℃条件下煅烧30min即得。
将实施例2所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表2所示；
表2
实施例3
一种预制磷石膏地暖模块，由上至下依次为传热层、保温层、基层；所述传热层设置有装配传热部件的凹槽；所述地暖模块中传热层厚度为11mm，保温层厚度为11mm，基层厚度为10mm；
所述传热层由如下材料组成：酸改性磷石膏23份、铁粉2份、蛭石粉13份、碳纤维10份、聚丙烯纤维11份、煤矸石粉4份；
所述酸改性磷石膏是将肉豆蔻酸与棕榈酸按17:83的质量比溶于水中，配制成质量浓度12％的溶液，并加热至温度为45℃，保温动态反应17min，加入磷石膏至固液质量比1：3.5，然后保温动态反应25min，再置于550w微波条件下反应45s，然后干燥、研磨至过400目筛；
所述保温层由如下材料组成：聚苯颗粒27份、脱硫石膏14份、三元熔融盐改性麦壳粉7份、石蜡2份；
所述三元熔融盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙按质量比1:2:1的混合物；
所述三元熔融盐改性麦壳粉是将麦壳粉与水按质量比1：3.5混合后，加热至85℃并保温15min后，加入三元熔融盐搅拌均匀后，再置于300w微波条件下反应75s，然后干燥、研磨至过400目筛；
所述基层由如下材料组成：硅酸盐水泥37份、磷石膏17份、聚乙烯醇14份、黄磷渣10份；
一种预制磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具，在模具内铺设厚度为1.5mm的膨胀珍珠岩粉，预热至45℃，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于95℃条件下养护2.5h；所述基层材料由基层原料与水按质量比1：5混合而成；
(2)第二阶段养护：向模具内倒入厚度1.5mm的淀粉，再倒入混匀的保温层材料，置于125℃条件下养护1.8h；所述保温层材料由保温层原料与水按质量比1：2.5混合而成；
(3)第三阶段养护：向模具内倒入混匀的传热层材料，置于140℃条件下养护1.5h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护2.5h，冷却至室温后脱模，得半成品；所述传热层材料由传热层原料与水按质量比1：1.5混合而成；
(4)煅烧：将脱模后的半成品置于250℃条件下煅烧38min即得。
将实施例3所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表3所示；
表3
实施例4
一种预制磷石膏地暖模块，由上至下依次为传热层、保温层、基层；所述传热层设置有装配传热部件的凹槽；所述地暖模块中传热层厚度为10mm，保温层厚度为12mm，基层厚度为10mm，总厚度≤32mm；
所述传热层由如下材料组成：酸改性磷石膏26份、铁粉4份、蛭石粉11份、碳纤维13份、聚丙烯纤维7份、煤矸石粉2份；
所述酸改性磷石膏是将肉豆蔻酸与棕榈酸按17:83的质量比溶于水中，配制成质量浓度10％的溶液，并加热至温度为46℃，保温动态反应17min，加入磷石膏至固液质量比1：3.5，然后保温动态反应25min，再置于500w微波条件下反应45s，然后干燥、研磨至过500目筛；
所述保温层由如下材料组成：聚苯颗粒21份、脱硫石膏16份、三元熔融盐改性麦壳粉9份、石蜡1份；
所述三元熔融盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙按质量比2:1:1的混合物；
所述三元熔融盐改性麦壳粉是将麦壳粉与水按质量比1：3混合后，加热至88℃并保温12min后，加入三元熔融盐搅拌均匀后，再置于400w微波条件下反应80s，然后干燥、研磨至过600目筛；
所述基层由如下材料组成：硅酸盐水泥32份、磷石膏13份、聚乙烯醇18份、黄磷渣14份；
一种预制磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具，在模具内铺设厚度为1mm的膨胀珍珠岩粉，预热至45℃，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于97℃条件下养护2.3h；所述基层材料由基层原料与水按质量比1：5.5混合而成；
(2)第二阶段养护：向模具内倒入厚度2mm的淀粉，再倒入混匀的保温层材料，置于120-130℃条件下养护1.5-2h；所述保温层材料由保温层原料与水按质量比1：(2-3)混合而成；
(3)第三阶段养护：向模具内倒入混匀的传热层材料，置于145℃条件下养护1.5h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护2.6h，冷却至室温后脱模，得半成品；所述传热层材料由传热层原料与水按质量比1：1.5混合而成；
(4)煅烧：将脱模后的半成品置于250℃条件下煅烧40min即得。
将实施例4所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表4所示；
表4
对比例1
在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：传热层用酸改性磷石膏替换为磷石膏；
将对比例1所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表5所示；
表5
对比例2
在实施例2的基础上，与实施例2的区别在于：保温层未用三元熔融盐改性麦壳粉。
将对比例2所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表6所示；
表6
对比例3
在实施例3的基础上，与实施例3的区别在于：磷石膏地暖模块的制备方法，包括如下步骤：
(1)第一阶段养护：取模具a，在模具a内铺设厚度为1.5mm的膨胀珍珠岩粉，预热至45℃，再向模具内倒入混匀的基层材料，置于95℃条件下养护至成型；所述基层材料由基层原料与水按质量比1：5混合而成；
(2)第二阶段养护：向模具b内倒入混匀的保温层材料，置于125℃条件下养护至成型；所述保温层材料由保温层原料与水按质量比1：2.5混合而成；
(3)第三阶段养护：向模具c内倒入混匀的传热层材料，置于140℃条件下养护至1.5h后，压制出装配传热部件的凹槽，继续养护至成型；所述传热层材料由传热层原料与水按质量比1：1.5混合而成；
(4)煅烧：将步骤(1)、(2)、(3)所得的传热层、保温层、基层按照由上至下顺序进行叠放，并在每层间采用粘结剂进行连接，然后置于250℃条件下煅烧38min即得。
将对比例3所得地暖模块进行如下测试：
导热系数按照gb/t20473-2006标准进行检测；
隔声性能按照gbj118标准进行检测；
测试结果如表7所示；
表7
对比例4
在实施例4的基础上，与实施例4的区别在于：在磷石膏地暖模块制备方法的步骤(1)中未在模具内铺设厚度为1mm的膨胀珍珠岩粉；
取对比例4与实施例4脱模后的半成品各500件，对比统计后，发现，对比例4基层底部出现损伤率达21.5％，而实施例4基层底部出现损伤率仅达0.96％。