一种薄层透光无机复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄层透光无机复合材料的制备方法，它包括以下步骤：将玻璃纤维表面毡放入以重量计为20％～40％水玻璃水溶液中，在5℃～40℃的温度条件下使其浸渍水玻璃水溶液，取出后在10℃～60℃的条件下干燥，然后将其浸没在以重量计1％～10％弱酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，当所述弱酸水溶液不再有气泡放出后0.5min时取出，再用水漂洗，然后在温度10℃～60℃的条件下干燥，得到所述的薄层透光无机复合材料；与现有技术相比，本发明方法简单易行、成本低廉、环保低污染，易于大规模生产，所制备的薄层透光无机复合材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、建筑物采光等领域。
【专利说明】一种薄层透光无机复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机复合材料制备领域，涉及一种薄层透光无机复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]透光材料一般包括玻璃、透明的工程塑料，比如聚酯类材料等，它们被广泛应用于建筑结构中。但现有的透光材料一般存在一些自身缺陷，比如玻璃质重易碎，高分子材料耐候性差、易老化且易燃。
[0003]国外也有用二氧化硅气凝胶作为建筑物透光材料的示范。德国赫彻斯特股份公司有一项发明专利，专利名称为“含有至少一层纤维增强气凝胶板/或垫的透明构件”，专利号ZL96192387.3，该发明就是用纤维增强的气凝胶为透明板材的夹层材料，使玻璃或透明聚合物等透明构件具有透光及隔热隔音作用，但是其造价昂贵，成本很高。
[0004]2004年北京金科技大学何方等人就以水玻璃为硅源，在酸性条件下，通过溶胶凝胶的方法，经去离子水洗去钠离子，然后溶剂交换，用三甲基氯硅烷进行表面修饰，在常压下干燥，制备成20?50nm孔径的介孔材料，此方法利用水玻璃制备的二氧化硅气凝胶为粉体材料，其强度很低，不能单独使用，需要和其它建筑结构件配合使用，投入生产的成本较高。
【发明内容】
[0005][技术目的]
[0006]本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种操作简单、成本低廉的制备薄层透光无机复合材料的方法。
[0007][技术方案]
[0008]为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0009]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下:
[0010]A、将玻璃纤维表面毡放入以重量计为20%?40%水玻璃水溶液中，在5°C?40°C的温度条件下使其浸溃水玻璃水溶液，取出，得到玻璃纤维预浸布；
[0011 ] B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在10°C?60°C的条件下干燥，得到干燥玻璃纤维预浸布；
[0012]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计1%?10%弱酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，当所述弱酸水溶液不再有气泡放出后0.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布；
[0013]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度10°C?60°C的条件下干燥，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0014]根据本发明的一种优选实施方式，所述的玻璃纤维表面租选自有碱玻璃纤维薄租、中碱玻璃纤维薄租或无碱玻璃纤维薄租，其规格为30g/ m2?50g/ m2。
[0015]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的水玻璃是钠水玻璃或钾水玻璃，其水玻璃模数为2?3。
[0016]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的水玻璃水溶液中添加有颜料。
[0017]根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤A中，将I?3块尺寸相同的玻璃纤维表面毡放入所述的水玻璃水溶液中浸溃水玻璃，取出，再将它们叠合，轻压以除去层间夹杂的气泡，得到玻璃纤维预浸布。
[0018]根据本发明的另一种优选实施方式，步骤A得到的玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的95. 8%?97. 5%。
[0019]根据本发明的另一种优选实施方式，步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的91. 6%?93%。
[0020]根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤C中，所述的弱酸选自磷酸、醋酸或柠檬酸。
[0021]下面对本发明作进一步详细说明：
[0022]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下：
[0023]A、将玻璃纤维表面毡放入以重量计为20%?40%水玻璃水溶液中，在5°C?40°C的温度条件下使其浸溃水玻璃水溶液，取出，得到玻璃纤维预浸布。
[0024]玻璃纤维是广泛用作材料制备的增强材料，在复合材料制造领域应用及其广泛。本发明中所采用的玻璃纤维表面毡由于其具有纤维细密的特点，主要用于复合材料表面增强，同时可减少材料表面缺陷。玻璃纤维表面租是玻璃纤维薄租的一种，玻璃纤维薄租是由玻璃纤维原丝短切成的股纱，由造纸法随机均匀分布成连续玻璃纤维纸片，短纤维之间并无牢固的粘接，所以玻璃纤维表面毡质软而松散，并无强度，尚不能代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
[0025]本发明的玻璃纤维表面毡选自有碱玻璃纤维薄毡、中碱玻璃纤维薄毡或无碱玻璃纤维薄毡，其规格为30g/m2?50g/m2。
[0026]水玻璃俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其化学式为R2O. nSi02,式中R2O为碱金属氧化物，η为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。水玻璃是廉价的无机原料，其用途非常广泛，几乎遍及国民经济各个方面。
[0027]本发明的水玻璃是钠水玻璃或钾水玻璃，其水玻璃模数为2?3 ;水玻璃溶液的水玻璃模数越高制备的薄层透光材料强度越高；水玻璃溶液越稀释越便于玻璃纤维表面毡的浸液，且使浸液后的毡布不会过于厚重，越易于干燥。
[0028]本发明还可以在水玻璃溶液中加入各种颜色的颜料，使制得的薄层透光无机复合材料呈现相应的颜色。
[0029]本发明的步骤A中，按所制备材料尺寸选择容器，所述水玻璃水溶液占容器50%?75%容量，在浸溃玻璃纤维表面毡过程，容器内的水玻璃水溶液不断减少，当水玻璃只占容器20%容量时，再补加水玻璃稀溶液。
[0030]本发明的步骤A中，根据材料厚度的要求，可以将I?3块尺寸相同的玻璃纤维表面毡放入所述的水玻璃水溶液中浸溃水玻璃，取出，再将它们叠合，轻压以除去层间夹杂的气泡，得到玻璃纤维预浸布，叠合层数过多会影响材料的透光性。
[0031]使用本发明中单层玻纤表面毡制得的薄层透光无机复合材料遮挡阳光，透过的光线柔和不刺眼，而且透过该层材料可见其背面物体轮廓。
[0032]本发明步骤A得到的玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的95.8%?97.5% ；
[0033]B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在10°C?60°C的条件下干燥，得到干燥玻璃纤维预浸布。
[0034]本发明步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的91.6%?93% ;该干燥玻璃纤维预浸布硬挺、半透明，但不耐水，故其可以在无水环境下使用，一旦其浸入水中，则其中水玻璃就会慢慢被水洗脱或溶解。
[0035]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计1%?10%弱酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，当所述弱酸水溶液不再有气泡放出后0.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布。
[0036]水玻璃中含有少量碳酸盐杂质，在酸处理过程中碳酸盐与酸反应放出二氧化碳气体，因此会看见许多微小气泡溢出。
[0037]本发明中步骤C使用弱酸溶液作为酸处理剂，目的是用氢离子置换水玻璃中的钠离子，使水玻璃脱水形成S12微观网架结构，其化学式可表达为=Na20.nSi02+2H+ — Na++H20+nSi02, Na+在清水漂洗过程被洗掉。
[0038]本发明中的弱酸选自磷酸、醋酸或柠檬酸，能够减小生产过程中排放液对环境的影响，更利于环保。
[0039]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度10°C?60°C的条件下干燥，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0040]本发明所制备的薄层透光无机复合材料具有如下特性:
[0041]1、薄层质轻。以单层玻璃纤维表面毡制备的薄层透光无机复合材料其厚度为
0.15mm?0.20mm,面密度为230g/m2?350g/m2,以两层玻璃纤维表面租制备的薄层透光无机复合材料其厚度为0.25mm?0.30mm,面密度为500g/m2?600g/m2。
[0042]2、耐水性。该薄层透光无机复合材料在20°C?30°C的自来水中浸泡48小时后再于室温下晾干，其质量变化在0.1 %以下，不影响材料的使用性能。
[0043]3、防火性。该薄层透光无机复合材料组成为玻璃纤维与二氧化硅，都不可燃烧，可在700°C以下长期使用。
[0044]4、耐酸性。该薄层透光无机复合材料组成为玻璃纤维与二氧化硅，能耐除氢氟酸以外的大部分酸。
[0045]5、耐候性。该薄层透光无机复合材料在大气环境下长期使用不会变质。
[0046][技术效果]
[0047]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0048]本发明利用玻璃纤维表面毡为骨架材料，制备出可以直接应用的薄层透光材料，其应用方向明确，制备方法简单易行、成本低廉、环保低污染、易于大规模生产，所制备的薄层透光无机复合材料呈透光不透明状，其透光性与二氧化硅气凝胶相近，并且该材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、大面积的建筑物采光等领域，代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
【具体实施方式】
[0049]为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体的实施例进行详细地说明:
[0050]实施例一
[0051]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下:
[0052]A、将规格为30g/m2的玻璃纤维表面毡剪裁为所需要的尺寸，该玻璃纤维表面毡可以为有碱玻璃纤维薄毡、中碱玻璃纤维薄毡或无碱玻璃纤维薄毡，取玻璃纤维表面毡放入水玻璃模数为2、以重量计20%的水玻璃水溶液中，该水玻璃水溶液中添加有红色颜料，然后在5°C条件下使玻璃纤维表面毡浸溃水玻璃水溶液，取出，得到玻璃纤维预浸布，该玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的95.8% ;
[0053]B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在10°C的条件下晾干，待其表面不粘手为止，这时材料变得硬挺，得到干燥玻璃纤维预浸布，该干燥玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的91.6% ；
[0054]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计I %的弱酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，其表面会迅速放出气泡，当所述弱酸水溶液不再有气泡放出后
0.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布；
[0055]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度10°C的条件下晾干，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0056]本发明制备的薄层透光无机复合材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、大面积的建筑物采光等领域，代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
[0057]实施例二
[0058]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下:
[0059]A、将规格为50g/m2的玻璃纤维表面毡剪裁为所需要的尺寸，该玻璃纤维表面毡可以为有碱玻璃纤维薄毡、中碱玻璃纤维薄毡或无碱玻璃纤维薄毡，取玻璃纤维表面毡放入水玻璃模数为3、以重量计40%的钠水玻璃水溶液中，该钠水玻璃水溶液中添加有蓝色颜料，然后在40°C的温度条件下使玻璃纤维表面毡浸溃钠水玻璃水溶液，取出，得到玻璃纤维预浸布，该玻璃纤维预浸布中钠水玻璃与水的重量占材料总重的97.5% ；
[0060]B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在60°C的条件下烘干，待其表面不粘手为止，这时材料变得硬挺，得到干燥玻璃纤维预浸布，该干燥玻璃纤维预浸布中钠水玻璃与水的重量占材料总重的93% ；
[0061]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计10%磷酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，其表面会迅速放出气泡，当所述磷酸水溶液不再有气泡放出后
0.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布；
[0062]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度60°C的条件下烘干，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0063]本发明制备的薄层透光无机复合材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、大面积的建筑物采光等领域，代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
[0064]实施例三
[0065]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下：
[0066]A、将规格为40g/ IIf的玻璃纤维表面毡剪裁为所需要的尺寸，该玻璃纤维表面毡可以为有碱玻璃纤维薄毡、中碱玻璃纤维薄毡或无碱玻璃纤维薄毡，取2块尺寸相同的玻璃纤维表面毡放入水玻璃模数为2. 5、以重量计30%的钾水玻璃水溶液中，该钾水玻璃水溶液中添加有紫色颜料，然后在23°C的温度条件下使玻璃纤维表面毡浸溃钾水玻璃水溶液，取出，再将它们叠合，轻压以除去层间夹杂的气泡，得到玻璃纤维预浸布，该玻璃纤维预浸布中钾水玻璃与水的重量占材料总重的96. 7% ;
[0067]B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在35°C的条件下烘干，待其表面不粘手为止，这时材料变得硬挺，得到干燥玻璃纤维预浸布，该干燥玻璃纤维预浸布中钾水玻璃与水的重量占材料总重的92. 3% ；
[0068]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计5. 5%的醋酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，其表面会迅速放出气泡，当所述醋酸水溶液不再有气泡放出后
O.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布；
[0069]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度35°C的条件下烘干，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0070]本发明制备的薄层透光无机复合材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、大面积的建筑物采光等领域，代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
[0071]实施例四
[0072]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下：
[0073]A、将规格为35g/ IIf的玻璃纤维表面毡剪裁为所需要的尺寸，该玻璃纤维表面毡可以为有碱玻璃纤维薄毡、中碱玻璃纤维薄毡或无碱玻璃纤维薄毡，取3块尺寸相同的玻璃纤维表面毡放入水玻璃模数为2. 2、以重量计25%的水玻璃水溶液中，然后在35°C的温度条件下使玻璃纤维表面毡浸溃水玻璃水溶液，取出，再将它们叠合，轻压以除去层间夹杂的气泡，得到玻璃纤维预浸布，该玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的97% ；
[0074]B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在25°C的条件下晾干，待其表面不粘手为止，这时材料变得硬挺，得到干燥玻璃纤维预浸布，该干燥玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的92% ；
[0075]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计8%的柠檬酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，其表面会迅速放出气泡，当所述柠檬酸水溶液不再有气泡放出后O. 5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布；
[0076]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度25°C的条件下晾干，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0077]本发明制备的薄层透光无机复合材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、大面积的建筑物采光等领域，代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
[0078]实施例五
[0079]一种薄层透光无机复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下：
[0080]A、将规格为45g/ m2的玻璃纤维表面毡剪裁为所需要的尺寸，该玻璃纤维表面毡可以为有碱玻璃纤维薄毡、中碱玻璃纤维薄毡或无碱玻璃纤维薄毡，取2块尺寸相同的玻璃纤维表面毡放入水玻璃模数为2.7、以重量计35 %的水玻璃水溶液中，然后在15°C的温度条件下使玻璃纤维表面毡浸溃水玻璃水溶液，取出，再将它们叠合，轻压以除去层间夹杂的气泡，得到玻璃纤维预浸布，该玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的96.1% ；
[0081]B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在50°C的条件下烘干，待其表面不粘手为止，这时材料变得硬挺，得到干燥玻璃纤维预浸布，该干燥玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的92.3% ；
[0082]C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计4%的柠檬酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，其表面会迅速放出气泡，当所述柠檬酸水溶液不再有气泡放出后0.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布；
[0083]D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度50°C的条件下烘干，得到所述的薄层透光无机复合材料。
[0084]本发明制备的薄层透光无机复合材料具有质轻、薄层、硬挺、耐水、耐候、防火等特性，可用于灯罩、防火贴面材料、大面积的建筑物采光等领域，代替玻璃、透明工程塑料等透光材料投入使用。
[0085]尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种薄层透光无机复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法的步骤如下: A、将玻璃纤维表面毡放入以重量计为20%?40%水玻璃水溶液中，在5°C?40°C的温度条件下使其浸溃水玻璃水溶液，取出，得到玻璃纤维预浸布； B、将步骤A得到的玻璃纤维预浸布在10°C?60°C的条件下干燥，得到干燥玻璃纤维预浸布; C、将步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布浸没在以重量计1%?10%弱酸水溶液中，在常温、常压下进行酸处理，当所述弱酸水溶液不再有气泡放出后0.5min时取出，得到酸处理的玻璃纤维预浸布； D、将步骤C得到的酸处理玻璃纤维预浸布用水漂洗，再在温度10°C?60°C的条件下干燥，得到所述的薄层透光无机复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的玻璃纤维表面毡选自有碱玻璃纤维薄租、中碱玻璃纤维薄租或无碱玻璃纤维薄租，其规格为30g/ m2?50g/ m2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的水玻璃是钠水玻璃或钾水玻璃，其水玻璃模数为2?3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的水玻璃水溶液中添加有颜料。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤A中，将I?3块尺寸相同的玻璃纤维表面毡放入所述的水玻璃水溶液中浸溃水玻璃，取出，再将它们叠合，轻压以除去层间夹杂的气泡，得到玻璃纤维预浸布。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A得到的玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的95.8%?97.5%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤B得到的干燥玻璃纤维预浸布中水玻璃与水的重量占材料总重的91.6%?93%。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，所述的弱酸选自磷酸、醋酸或柠檬酸。
【文档编号】B32B17/06GK104191735SQ201410424450
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】唐文龙, 田春蓉 申请人:中国工程物理研究院化工材料研究所