本发明属于防火材料和绝热保温材料领域，具体涉及一种蛭石复合材料及其制备方法与防火隔热复合板材。
背景技术：
蛭石是一种天然、无机，无毒的矿物质，其成因非常复杂，一般认为是由金云母和黑云母等矿物变化而形成的变质矿物。蛭石之所以有工业上的使用价值，主要是因为当它被加热煅烧时，具有垂直解离层方向产生急剧膨胀的特性。蛭石在850℃-1000℃的温度下煅烧，其颗粒单片能膨胀20倍以上，许多颗粒的总体膨胀5-7倍。膨胀后的蛭石，细薄的叠片构成许多间隔层，层间充满空气，因而具有很小的容重和导热系数，使之成为一种良好的热、冷和声的绝缘材料。膨胀蛭石的比重一般为80-200kg/m3，具有很强的保温隔热性能，其导热系数为0.047-0.07w/(m·k)。膨胀蛭石熔点为1370-1400℃，具有良好的耐火性。膨胀蛭石和其他材料制成的耐火材料，能够在1450-1500℃的温度下使用，而且化学性能比较稳定，不易变质腐蚀，不会被虫蛀，也具有一定的机械强度，是一种优良的防火绝热材料。
在现有蛭石的应用中，大多是利用蛭石的膨胀特性，将蛭石加入树脂中，以实现降低材料的噪音等，如将其蛭石与树脂制备低噪音的刹车片。或者利用蛭石的耐高温特性，将其作为填料以提高复合材料的耐高温特性，如将其作为填料制备耐高温的刹车片。因此，虽然蛭石具有耐高温特性，但是由于其膨胀后存在机械强度不高、绝热性能不理想等天然的不足，目前对蛭石的应用一般仅仅将其作为辅助性填料，其应用存在一定的局限性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种蛭石复合材料及其制备方法，以解决现有蛭石材料机械强度不高，绝热性能不理想的技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种防火隔热复合板材，以解决现有防火绝热板材机械强度不高，绝热性能不理想的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种蛭石复合材料。所述蛭石复合材料包括膨胀蛭石，还包括六钛酸钾晶须和粘结剂，且所述膨胀蛭石复合材料通过将含所述六钛酸钾晶须、膨胀蛭石和粘结剂的混合物经模压成型；其中，所述膨胀蛭石与六钛酸钾晶须的质量比为(30-50)：(3-15)。
本发明的另一方面，提供一种膨胀蛭石复合材料的制备方法。所述膨胀蛭石复合材料的制备方法包括以下基本步骤：
按照本发明膨胀蛭石复合材料所含的组分及其比例分别量取包含膨胀蛭石、六钛酸钾晶须和粘结剂组分原料；
将量取的所述膨胀蛭石经润湿处理后再加入所述六钛酸钾晶须进行混料处理，得到第一混合料；
向所述第一混合料中加入水进行混料处理，得到第二混合料；
向所述第二混合料中加入粘结剂进行混料处理，得到第三混合料；
向所述第三混合料进行模压处理。
本发明的又一方面，提供了一种防火隔热复合板材。所述防火隔热复合板材的材料为本发明蛭石复合材料或由本发明制备方法制备的膨胀蛭石复合材料。
与现有技术相比，本发明膨胀蛭石复合材料以膨胀蛭石为基体组分，并将所含的六钛酸钾晶须分散在膨胀蛭石中，并通过粘结剂实现六钛酸钾晶须与膨胀蛭石的稳固结合，使得两者发挥协效作用，从而使得本发明膨胀蛭石复合材料具有优异的力学性能、稳定性和防水性以及使用寿命，同时赋予本发明膨胀蛭石复合材料反射红外线性能和较低的导热系数，具有高的防火隔热性能，且高温下无任何有害气体释放，安全环保。
本发明膨胀蛭石复合材料制备方法先将膨胀蛭石润湿处理，使得在加入六钛酸钾晶须进行混料处理，这样使得六钛酸钾晶须能够均匀分散至膨胀蛭石中，有效避免了六钛酸钾晶须的团聚现象，从而保证了六钛酸钾晶须与膨胀蛭石之间的协效作用，赋予制备的膨胀蛭石复合材料优异的力学性能、稳定性、防水性和使用寿命以及高的防火隔热性能。另外，本发明制备方法不需热压成型，有效简化了其制备工艺，降低了生产成本，安全环保。
本发明防火隔热复合板材由于采用本发明蛭石复合材料制备形成，因此，本发明防火隔热复合板材具有优异的力学性能、稳定性、防水性和使用寿命以及高的防火隔热性能，在高温下无任何有害气体释放，安全环保。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的质量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间质量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
本发明实施例提供一种具有优异力学性能、稳定性、防火隔热性能的膨胀蛭石复合材。本发明实施例膨胀蛭石复合材含有膨胀蛭石，同时还含有六钛酸钾晶须和粘结剂。具体的是所述膨胀蛭石复合材料通过将含所述六钛酸钾晶须、膨胀蛭石和粘结剂的混合物经模压成型。
其中，上述六钛酸钾晶须的组成为k2ti6o13，结构为连锁隧道式结构，k+离子居隧道中间。这种结构导致的直接结果是k+离子具有高的稳定性，也因为这种结构，使六钛酸钾晶须具有高温吸音、化学稳定性、绝缘性、反射红外线、优良的防腐性能等。六钛酸钾晶须几乎可以在任何气氛下使用，性能稳定，表现在不吸潮，一般情况下不与酸、碱和盐起化学反应，不溶于有机溶剂等。六钛酸钾晶须的导热系数较小，室温下为5.4w/(m·k)，800℃时则仅有1.7w/(m·k)，即具有负的温度系数。与传统石棉隔热材料相比，六钛酸钾晶须具有以下显著特点：无毒无害；性能稳定；使用温度高，使用温度可达1000℃；使用寿命长，至少10年以上；无“灰化”现象产生，不污染环境等。因此，上述膨胀蛭石复合材中，以膨胀蛭石为基体组分，并将所含的六钛酸钾晶须分散在膨胀蛭石中，且控制六钛酸钾晶须与膨胀蛭石的质量比为(3-15)：(30-50)。通过粘结剂实现六钛酸钾晶须与膨胀蛭石的稳固结合，使得两者发挥协效作用，从而使得本发明膨胀蛭石复合材料具有优异的力学性能、稳定性和防水性以及使用寿命，同时赋予本发明膨胀蛭石复合材料反射红外线性能和较低的导热系数，具有高的防火隔热性能，且高温下无任何有害气体释放，安全环保。
在一实施例中，膨胀蛭石的粒度为1-4mm，松散堆积密度为80-180kg/m3，优选的90-180kg/m3。通过对膨胀蛭石的粒径和松散堆积密的选择和控制，在提高基础组分机械强度特性的同时，提高该尺寸的膨胀蛭石与六钛酸钾晶须之间的协效作用，从而提高上述膨胀蛭石复合材料的力学性能、稳定性和防火隔热性能等性能。
在另一实施例中，上述六钛酸钾晶须的直径为0.3-1.0μm，长度为10-100μm，堆积密度为0.4-0.8g/cm3。通过对六钛酸钾晶须尺寸的控制，使得其与上述膨胀蛭石尺寸相配合，能够有效均匀分散至膨胀蛭石中，从而提高两者的协效作用，从而提高上述膨胀蛭石复合材料的力学性能、稳定性和防火隔热性能等性能。
在上述实施例的基础上，上述粘结剂的用量可以是常规复合材料中粘结剂常规的用量，为了提高上述膨胀蛭石复合材料的力学性能、稳定性，在一实施例中，控制所述粘结剂与上述膨胀蛭石的质量比为(5-13)：(30-50)。另外，该粘结剂可以是常用的粘结剂，优选为水性粘合剂。以便于上述膨胀蛭石、六钛酸钾晶须和粘结剂能够均匀分散，从而保证上述膨胀蛭石复合材料的力学性能、稳定性。
因此，上述膨胀蛭石复合材料通过膨胀蛭石与六钛酸钾晶须之间的协效作用具有优异的力学性能、稳定性和防火隔热性能等性能。
相应地，本发明实施例还提供了本发明实施例蛭石复合材料的一种制备方法。所述蛭石复合材料的制备方法包括如下步骤：
s01：按照上文所述的本发明实施例蛭石复合材料所含的组分比例分别量取各组分原料；
s02：将量取的所述膨胀蛭石经润湿处理后再加入所述六钛酸钾晶须进行混料处理，得到第一混合料；
s03：向所述第一混合料中加入水进行混料处理，得到第二混合料；
s04：向所述第二混合料中加入粘结剂进行混料处理，得到第三混合料；
s05：向所述第三混合料进行模压处理。
具体地，上述步骤s01中称取各组分原料均如上文膨胀蛭石复合材料中所含的组分和含量，因此，量取的组分原料包含膨胀蛭石、六钛酸钾晶须和粘结剂等，为了节约篇幅，在此不再赘述。
其中，该步骤s01中量取的所述膨胀蛭石的粒度为1-4mm，松散堆积密度为80-150kg/m3。量取的所述六钛酸钾晶须的直径为0.3-1.0μm，长度为10-100μm，堆积密度为0.4-0.8g/cm3，水分含量<0.5％。对膨胀蛭石和六钛酸钾晶须组分原料的尺寸控制作用如在上文膨胀蛭石复合材料所含的膨胀蛭石和六钛酸钾晶须组分阐述的作用。
上述步骤s02中，膨胀蛭石经润湿处理，是为了避免六钛酸钾晶须直接与膨胀蛭石原料混合，以避免六钛酸钾晶须发生团聚的不良现象，以保证六钛酸钾晶须能够均匀分散在膨胀蛭石中。在研究中发现，直接将所需的水全部加入蛭石后再加入六钛酸钾晶须进行搅拌或者先将六钛酸钾晶须和蛭石混合搅拌后再加入全部的水来说，会使六钛酸钾晶须团聚现象发生，从而影响了六钛酸钾晶须的分散效果。在一实施例中，所述膨胀蛭石经润湿处理是将所述膨胀蛭石与占所述第三混合料总质量10％-30％的水进行混料处理。
上述步骤s03中，向所述第一混合料中加入水的量占所述第三混合料总质量10％-30％。通过控制最终的水的含量，实现六钛酸钾晶须最优的分散效果。
上述步骤s05中，所述模压处理是使得第三混合料在模压过程中，六钛酸钾晶须在粘结剂的作用下与膨胀蛭石粘合成型，使得形成的膨胀蛭石复合材料具有优异的力学性能和稳定性，在此基础上，还具有优异的防火隔热性能等性能。一实施例中，所述模压处理的条件是使得第三混合料压缩率为50％-80％。
待模压处理后，理所当然的还包括脱模和干燥处理等工序。其中，为了方便脱模，可以在模具底部表面和在第三混合料上表面分别铺设脱模膜，如聚四氟乙烯膜层等。干燥处理可以将脱模后的膨胀蛭石复合材料在通风环境下进行干燥，直到水分蒸发完全或膨胀蛭石复合材料的质量不再减小为止。
另外，上述步骤s02和s04中的混料处理只要使得各组分充分混合，任何形式的混料处理均在本发明实施例公开的范围。
因此，上述本发明实施例膨胀蛭石复合材料的制备方法能够使得各组分能够充分分散，并发挥各组分之间的协效作用，保证了制备的膨胀蛭石复合材料优异的力学性能、稳定性和防火隔热性能等性能。另外，本发明实施例制备方法不需热压成型，有效简化了其制备工艺，降低了生产成本，安全环保。
另一方面，在上文所述的本发明实施例膨胀蛭石复合材料及其制备方法的基础上，本发明实施例还提供了一种防火隔热复合板材。所述防火隔热复合板材材料为上文本发明实施例蛭石复合材料或由上述本发明实施例制备方法制备的膨胀蛭石复合材料。由于本发明实施例防火隔热复合板材是采用上文本发明实施例蛭石复合材料制备形成，因此，本发明实施例防火隔热复合板材具有优异的力学性能、稳定性、防水性和使用寿命以及高的防火隔热性能，在高温下无任何有害气体释放，安全环保。
另外，本实施例防火隔热复合板材可以按照上文本发明实施例膨胀蛭石复合材料制备方法制备获得，如将第三混合料置于板材模具中，进行模压处理，直接获得防火隔热复合板材。该模压处理如上文本发明实施例膨胀蛭石复合材料制备方法中的模压处理。
在一实施例中，在模压处理过程中，在模具底部表面和/或在第三混合料上表面分别铺设脱模膜，如聚四氟乙烯膜层等。
当然，基于上文膨胀蛭石复合材料，除了在制备防火隔热复合板材中的应用之外，还可以在家具、墙体、隔音等领域中应用。
以下结合具体优选实施例对本发明膨胀蛭石复合材料、防火隔热复合板材及他们制备方法进行详细阐述。
实施例1
本实施例提供一种膨胀蛭石复合材料及其制备方法。本实施例膨胀蛭石复合材料由膨胀蛭石、六钛酸钾晶须、高温水性粘结剂组成。
本实施例膨胀蛭石复合材料制备方法如下：
s11：称取4kg的膨胀蛭石(粒度为1-3mm，松散堆积密度为140kg/m3)放入搅拌机中，加入2.5kg的水进行搅拌，使膨胀蛭石表面均匀润湿；
s12：称取0.8kg的六钛酸钾晶须，加入步骤s11中表面润湿的膨胀蛭石中，在搅拌机中混合均匀；
s13：称取2.5kg的水加入上述步骤s12中混合物中，继续搅拌，使物料进一步均匀分散。
s14：称取0.4kg的gx-3型高温粘结剂加入上述步骤s13中混合物中，再进行搅拌，使所有物料混合均匀。
s15：将步骤s14中混合物倒入模具中，刮平，然后压制成型，压缩率为60％，再脱模，为方便脱模，模具底部和顶层均铺一层聚四氟乙烯薄膜。
s16：将脱模后的复合材料放在光滑的聚四氟乙烯板或其他耐高温且表面光滑的平板上，在80℃的干燥环境中干燥数小时，直到水分不再蒸发、复合板材的质量不再减小为止。
将本实施例1提供的膨胀蛭石复合材料经过测试，其性能为：
容重：680kg/m3；
抗压强度：6.2mpa；
抗拉强度：2.3mpa；
防火性能：a级，不燃；
导热系数(25℃)：0.11w/(m·k)；
voc释放量：无任何voc释放；
可加工性：可钉、可锯、可刨。
实施例2
本实施例提供一种膨胀蛭石复合材料及其制备方法。本实施例膨胀蛭石复合材料由膨胀蛭石、六钛酸钾晶须、高温水性粘结剂组成。
本实施例膨胀蛭石复合材料制备方法如下：
s21：称取4kg的膨胀蛭石(粒度1-3mm和2-4mm的各占膨胀蛭石总重量的50％，松散堆积密度均为110kg/m3)放入搅拌机中，加入2.5kg的水进行搅拌，使膨胀蛭石表面均匀润湿；
s22：称取0.8kg的六钛酸钾晶须，加入步骤s21中表面润湿的膨胀蛭石中，在搅拌机中混合均匀；
s23：称取2.0kg的水加入上述步骤s22中混合物中，继续搅拌，使物料进一步均匀分散。
s24：称取0.7kg的gx-3型高温粘结剂加入上述步骤s23中混合物中，再进行搅拌，使所有物料混合均匀。
s25：将步骤s24中混合物倒入模具中，刮平，然后压制成型，压缩率为70％，再脱模，为方便脱模，模具底部和顶层均铺一层聚四氟乙烯薄膜。
s26：将脱模后的复合材料放在光滑的聚四氟乙烯板或其他耐高温且表面光滑的平板上，在100℃的干燥环境中干燥数小时，直到水分不再蒸发、复合板材的质量不再减小为止。
将本实施例2提供的膨胀蛭石复合材料经过测试，其性能为：
容重：490kg/m3；
抗压强度：4.3mpa；
抗拉强度：1.4mpa；
防火性能：a级，不燃；
导热系数(25℃)：0.09w/(m·k)；
voc释放量：无任何voc释放；
可加工性：可钉、可锯、可刨。
实施例3
本实施例提供一种膨胀蛭石复合材料及其制备方法。本实施例膨胀蛭石复合材料由膨胀蛭石、六钛酸钾晶须、高温水性粘结剂组成。
本实施例膨胀蛭石复合材料制备方法如下：
s31：称取4kg的膨胀蛭石(粒度为1-3mm，松散堆积密度为130kg/m3)放入搅拌机中，加入3.0kg的水进行搅拌，使膨胀蛭石表面均匀润湿；
s32：称取0.8kg的六钛酸钾晶须，加入步骤s31中表面润湿的膨胀蛭石中，在搅拌机中混合均匀；
s33：称取2.0kg的水加入上述步骤s32中混合物中，继续搅拌，使物料进一步均匀分散。
s34：称取1.0kg的gx-3型高温粘结剂加入上述步骤s33中混合物中，再进行搅拌，使所有物料混合均匀。
s35：将步骤s34中混合物倒入模具中，刮平，然后压制成型，压缩率为70％，再脱模，为方便脱模，模具底部和顶层均铺一层聚四氟乙烯薄膜。
s36：将脱模后的复合材料放在光滑的聚四氟乙烯板或其他耐高温且表面光滑的平板上，在150℃的干燥环境中干燥数小时，直到水分不再蒸发、复合板材的质量不再减小为止。
将本实施例3提供的膨胀蛭石复合材料经过测试，其性能为：
容重：720kg/m3；
抗压强度：7.6mpa；
抗拉强度：2.3mpa；
防火性能：a级，不燃；
导热系数(25℃)：0.12w/(m·k)；
voc释放量：无任何voc释放；
可加工性：可钉、可锯、可刨。
实施例4
本实施例提供一种膨胀蛭石复合材料及其制备方法。本实施例膨胀蛭石复合材料由膨胀蛭石、六钛酸钾晶须、高温水性粘结剂组成。
本实施例膨胀蛭石复合材料制备方法如下：
s41：称取5kg的膨胀蛭石(粒度为1-3mm，松散堆积密度为130kg/m3)放入搅拌机中，加入3.0kg的水进行搅拌，使膨胀蛭石表面均匀润湿；
s42：称取0.5kg的六钛酸钾晶须，加入步骤s41中表面润湿的膨胀蛭石中，在搅拌机中混合均匀；
s43：称取2.0kg的水加入上述步骤s42中混合物中，继续搅拌，使物料进一步均匀分散。
s44：称取0.65kg的gx-3型高温粘结剂加入上述步骤s43中混合物中，再进行搅拌，使所有物料混合均匀。
s45：将步骤s44中混合物倒入模具中，刮平，然后压制成型，压缩率为70％，再脱模，为方便脱模，模具底部和顶层均铺一层聚四氟乙烯薄膜。
s46：将脱模后的复合材料放在光滑的聚四氟乙烯板或其他耐高温且表面光滑的平板上，在150℃的干燥环境中干燥数小时，直到水分不再蒸发、复合板材的质量不再减小为止。
将本实施例4提供的膨胀蛭石复合材料经过测试，其性能为：
容重：470kg/m3；
抗压强度：4.0mpa；
抗拉强度：1.3mpa；
防火性能：a级，不燃；
导热系数(25℃)：0.10w/(m·k)；
voc释放量：无任何voc释放；
可加工性：可钉、可锯、可刨。
实施例5
本实施例提供一种膨胀蛭石复合材料及其制备方法。本实施例膨胀蛭石复合材料由膨胀蛭石、六钛酸钾晶须、高温水性粘结剂组成。
本实施例膨胀蛭石复合材料制备方法如下：
s51：称取3kg的膨胀蛭石(粒度为1-3mm，松散堆积密度为130kg/m3)放入搅拌机中，加入3.0kg的水进行搅拌，使膨胀蛭石表面均匀润湿；
s52：称取0.75kg的六钛酸钾晶须，加入步骤s51中表面润湿的膨胀蛭石中，在搅拌机中混合均匀；
s53：称取2.0kg的水加入上述步骤s52中混合物中，继续搅拌，使物料进一步均匀分散。
s54：称取0.7kg的gx-3型高温粘结剂加入上述步骤s53中混合物中，再进行搅拌，使所有物料混合均匀。
s55：将步骤s54中混合物倒入模具中，刮平，然后压制成型，压缩率为65％，再脱模，为方便脱模，模具底部和顶层均铺一层聚四氟乙烯薄膜。
s56：将脱模后的复合材料放在光滑的聚四氟乙烯板或其他耐高温且表面光滑的平板上，在150℃的干燥环境中干燥数小时，直到水分不再蒸发、复合板材的质量不再减小为止。
将本实施例4提供的膨胀蛭石复合材料经过测试，其性能为：
容重：810kg/m3；
抗压强度：6.6mpa；
抗拉强度：2.4mpa；
防火性能：a级，不燃；
导热系数(25℃)：0.13w/(m·k)；
voc释放量：无任何voc释放；
可加工性：可钉、可锯、可刨。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。