本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种环保石墨石膏板及其制备方法。
背景技术：
石膏板是广泛应用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、墙体覆面板(代替墙面抹灰层)、天花板、吸音板和各种装饰板等的建筑材料；相比于石灰和水泥，具有质量轻、便于加工等优点。但虽然石膏板的质量较石灰、水泥轻，但是其仍属于重量较高的材料，这就增加了石膏板运送、安装的难度，且原材料消耗高、成本大，且石膏板的保温性不好。
而且，现有石膏板的抗折强度及抗冲击性能较低等缺点限制了其使用范围。为了改善石膏的性能，人们用增强和填充的方法，研究成功了石膏复合材料，扩大了其使用范围。虽然现有技术存在加入纤维来对石膏板进行增强，但由于其纤维布设不合理的问题，石膏板的机械强度仍然不能满足许多使用场合的要求。现有技术的纤维的使用方式分为短纤维、纤维毡和网格布三种。将短纤维混入石膏配料中实现增强的方式，由于受现有的混料工艺的限制，短纤维难以均匀混入石膏配料的问题，导致强度分布不均匀的现象比较明显。将短纤维毡粘结在石膏板芯表面能适当改善石膏板的强度，但这种粘结结构不能使短纤维毡起到真正的加强功能，因此对于石膏板的强度改善十分有限。纤维网格布增强，由于受纤维网格布生产技术的限制，所以纤维的密度和加强筋的分布均匀度难以达到理想的程度。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种原料原料配伍科学、协同增效、保温性能高、抗压强度和抗弯曲强度显著提高的环保石墨石膏板及其制备方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种环保石墨石膏板，按重量份数计，由以下原料组分制成：石膏粉30～60份、碳酸钙粉60～120份、钛白粉12～30份、粉煤灰4～6份、膨胀石墨20～30份、玻璃纤维4～16份、短切碳纤维4～16份、聚乙烯醇14～16份、羧甲基纤维素钠11～15份、水90～180份。
优选的，按重量份数计，原料组分为：石膏粉45份、碳酸钙粉90份、钛白粉20份、粉煤灰5份、膨胀石墨25份、玻璃纤维10份、短切碳纤维10份、聚乙烯醇5份、羧甲基纤维素钠13份、水135份。
优选的，石膏粉为磷石膏粉，或者脱硫石膏粉；石膏粉粒体范围30～100μm；碳酸钙粉的粒径范围为30～70nm。
优选的，膨胀石墨粒径为120～200目；钛白粉为纳米钛白粉；粉煤灰符合国家标准要求的ⅰ级粉煤灰，或者ⅱ级粉煤灰。
上述任何一项的一种环保石墨石膏板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取石膏粉、碳酸钙粉、钛白粉、粉煤灰、膨胀石墨、玻璃纤维、短切碳纤维、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、水；
(2)将步骤(1)称取的钛白粉和膨胀石墨加入粉末混合机中混合均匀，得膨胀石墨混合物；
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和一部分的水加入石膏搅拌机中搅拌混合，得湿料；
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液；
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续进行第一次搅拌混合，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维进行第二次搅拌混合均匀，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物进行第三次搅拌混合均匀后，得石膏混合浆料；
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理后，再切边、自动封边后，得环保石墨石膏板。
优选的，步骤(2)中，粉末混合机为二维运动混合机、三维运动混合机、v型混合机或双锥型混合机其中任何一种；混合时间为10～30min。
优选的，步骤(3)中，搅拌混合条件：转速为800～1200r/min，搅拌时间10～40s。
优选的，步骤(4)中，搅拌的温度为100～120℃。
优选的，步骤(5)中，第一次搅拌混合转速为100～200r/min，搅拌时间为1～2min；第二次搅拌混合转速为250～350r/min，搅拌时间为4～8min；第三次搅拌混合转速为800～1200r/min，搅拌时间为3～6min。
优选的，步骤(6)中，干燥方法为：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置2～3d。
本发明的有益效果：本发明的原料配伍科学，协同增效，发明的环保石墨石膏板质量轻，环保性高，其保温性能以及抗压强度和抗弯曲强度显著提升。
(1)本发明的环保石墨石膏板的添加膨胀石墨首先与纳米钛白粉协同增效，保温性能性能显著提升，可以增大建筑外围护构件的储能容量，节能降耗，实现空调和采暖负荷的削峰、移峰，减小空调负荷与供暖能耗。同时提高室内舒适度：降低夏季、冬季室内峰值温度，减小室内温度的波动范围，满足人体舒适度要求，寒冷、严寒地区冬季蓄热、储能、调温；炎热地区夏季蓄冷、储能、调温；二者皆主要节约利用主动能源，达到同等保温节能效果时，可大大减小墙体厚度、降低墙体自重和增大建筑使用面积。
(2)先将钛白粉和膨胀石墨混合，纳米级别的钛白粉结合膨胀石墨的强吸附作用，可以有效的进膨胀石墨的孔隙中，后再植入石墨石膏板浆体中，能够避免其相变过程中产生的体积应力对石墨石膏板的冲击，延长本发明的环保石墨石膏板的使用寿命。膨胀石墨与纳米钛白粉形成的膨胀石墨混合物可与石膏粉由于表面键合作用，可更好的结合在一起；同时又在聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠形成的石膏添加剂的作用下，形成相对致密的孔隙，在减小石墨石膏板厚度、降低石墨石膏板自重和的同时提高石墨石膏板的抗压强度和抗弯曲，同时其保温储能性能也显著提升。
(3)石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰按粒径尺寸以及各自自身特性，软硬结合，使本发明的环保石墨石膏板的制备过程中石膏浆料始终保持一定的流动性与润滑作用。玻璃纤维和短切碳纤维配合加入，协同增效，使本发明的环保石墨石膏板的抗弯曲强度和横向纵向强度均显著提高，同时与膨胀石墨混合物也发生协同增效，紧密结合，形成相对致密的孔隙，使本发明的环保石墨石膏板在切割过程中无掉渣现象，提高环保石墨石膏板的成品率。
(4)添加膨胀石墨后，石墨石膏板的吸波性能也显著高，能够有效地减少辐射危害。
(5)膨胀石墨可以有效吸附空气中的有机污染物，如甲醛、甲苯等。当有光照射，尤其是紫外光照射的时候，钛白粉中的二氧化钛的价带电子被光激发，通过膨胀石墨传导出来，与膨胀石墨上吸附的机污染物反应，生成二氧化碳和水，可彻底清除环境中有机污染物，起到环保作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
实施例1
制备一种环保石墨石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的磷石膏粉30份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉60份、纳米钛白粉12份、国家标准要求的ⅰ级粉煤灰4份、粒径为120目膨胀石墨20份、玻璃纤维4份、短切碳纤维4份、聚乙烯醇14份、羧甲基纤维素钠11份、水90份。
(2)将步骤(1)称取的钛白粉和膨胀石墨加入二维运动粉末混合机中混合10min后，得膨胀石墨混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为800r/min进行搅拌混合10s后，得湿料。
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为100℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速100r/min进行第一次搅拌混合1min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为250r/min进行第二次搅拌4min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物以转速为800r/min进行第三次搅拌3min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置2d后，再切边、自动封边后，得环保石墨石膏板。
实施例2
制备一种环保石墨石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的脱硫石膏粉60份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉120份、纳米钛白粉30份、国家标准要求的ⅱ级粉煤灰6份、粒径为200目膨胀石墨30份、玻璃纤维16份、短切碳纤维16份、聚乙烯醇16份、羧甲基纤维素钠15份、水180份。
(2)将步骤(1)称取的钛白粉和膨胀石墨加入三维运动粉末混合机中混合30min后，得膨胀石墨混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为1200r/min进行搅拌混合40s后，得湿料。
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为120℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速为200r/min进行第一次搅拌混合2min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为350r/min进行第二次搅拌8min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物以转速为1200r/min进行第三次搅拌6min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置3d后，再切边、自动封边后，得环保石墨石膏板。
实施例3
制备一种环保石墨石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的磷石膏粉40份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉70份、纳米钛白粉15份、国家标准要求的ⅱ级粉煤灰5份、粒径为140目膨胀石墨22份、玻璃纤维8份、短切碳纤维8份、聚乙烯醇15份、羧甲基纤维素钠12份、水100份。
(2)将步骤(1)称取的钛白粉和膨胀石墨加入双锥型粉末混合机中混合15min后，得膨胀石墨混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为900r/min进行搅拌混合20s后，得湿料。
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为105℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速为140r/min进行第一次搅拌混合1min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为280r/min进行第二次搅拌5min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物以转速为900r/min进行第三次搅拌4min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置2d后，再切边、自动封边后，得环保石墨石膏板。
实施例4
制备一种环保石墨石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的脱硫石膏粉50份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉100份、纳米钛白粉25份、国家标准要求的ⅰ级粉煤灰5份、粒径为180目膨胀石墨28份、玻璃纤维14份、短切碳纤维14份、聚乙烯醇15份、羧甲基纤维素钠14份、水160份。
(2)将步骤(1)称取的钛白粉和膨胀石墨加入三维运动粉末混合机中混合25min后，得膨胀石墨混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为1100r/min进行搅拌混合35s后，得湿料；
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为115℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速为180r/min进行第一次搅拌混合2min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为320r/min进行第二次搅拌7min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物以转速为1100r/min进行第三次搅拌5min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置3d后，再切边、自动封边后，得环保石墨石膏板。
实施例5
制备一种环保石墨石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的脱硫石膏粉45份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉90份、纳米钛白粉20份、国家标准要求的ⅰ级粉煤灰5份、粒径为160目膨胀石墨25份、玻璃纤维10份、短切碳纤维10份、聚乙烯醇5份、羧甲基纤维素钠13份、水135份。
(2)将步骤(1)称取的钛白粉和膨胀石墨加入v型粉末混合机中混合20min，得膨胀石墨混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为1000r/min进行搅拌混合25s后，得湿料。
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为110℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速为150r/min进行第一次搅拌混合1.5min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为300r/min进行第二次搅拌6min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物以转速为1000r/min进行第三次搅拌4min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置2d后，再切边、自动封边后，得环保石墨石膏板。
对照组1
制备一种环保石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的脱硫石膏粉45份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉90份、纳米钛白粉20份、国家标准要求的ⅰ级粉煤灰5份、玻璃纤维10份、短切碳纤维10份、聚乙烯醇5份、羧甲基纤维素钠13份、水135份。
(2)将步骤(1)称取的钛白粉加入v型粉末混合机中混合20min，得混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为1000r/min进行搅拌混合25s后，得湿料。
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为110℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速为150r/min进行第一次搅拌混合1.5min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为300r/min进行第二次搅拌6min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的混合物以转速为1000r/min进行第三次搅拌4min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置2d后，再切边、自动封边后，得环保石膏板。
对照组2
制备一种环保石膏板，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：石膏粉粒体范围30～100μm的脱硫石膏粉45份、粒径范围为30～70nm碳酸钙粉90份、国家标准要求的ⅰ级粉煤灰5份、粒径为160目膨胀石墨25份、玻璃纤维10份、短切碳纤维10份、聚乙烯醇5份、羧甲基纤维素钠13份、水135份。
(2)将步骤(1)称取的膨胀石墨加入v型粉末混合机中混合20min，得膨胀石墨混合物。
(3)将步骤(1)称取的石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰和步骤(1)称取重量50％的水加入石膏搅拌机中以转速为1000r/min进行搅拌混合25s后，得湿料。
(4)将步骤(1)称取的聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和剩余部分的水加入搅拌机中以搅拌温度为110℃进行搅拌混合均匀，得石膏添加剂溶液。
(5)将步骤(4)制得的石膏添加剂溶液趁热加入步骤(3)制得的湿料中继续以转速为150r/min进行第一次搅拌混合1.5min后，再向其中加入步骤(1)称取的玻璃纤维和短切碳纤维以转速为300r/min进行第二次搅拌6min混合均匀后，最后再向其中加入步骤(2)制得的膨胀石墨混合物以转速为1000r/min进行第三次搅拌4min混合均匀后，得石膏混合浆料。
(6)将步骤(5)制得的混合浆料振摇、拍打后，放入板式成型机中与顶、底面的护面纸粘合成为石膏板初型，再凝固成型后，再进行干燥处理：在200℃无风恒温房间内干燥40min后，再自然冷却至室温后，最后室温晾置2d后，再切边、自动封边后，得环保石膏板。
下面通过试验报告来进一步说明本发明的环保石墨石膏板的功效。
1.对象和方法
(1)受试物：按本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的环保石墨石膏板作为试验样品，对照组1和对照组2所给制备方法生产出的环保石膏板作为对照样品，其中对照组1和对照组2的制备方法工艺参数与实施例5制备方法工艺参数相同，仅与实施例5的原料组分不同，对照组1的原料组分中未添加膨胀石墨、对照组2的原料组分中未添加纳米钛白粉。
(2)试验方法
参照《石膏板国家标准》gb/t9775-2008检测石膏板的抗折强度、吸水膨胀率、抗压强度；参照《石膏切块》jc/t698-1998检测石膏板的软化系数。
2.试验结果与结论
实验检测结果见表1。
表1石膏板性能检测结果
由表1石膏板性能检测结果可知，实施例1～实施例5所给制备方法生产出的环保石墨石膏板的抗压轻度、抗折强度以及其耐水性能均显著高于对照组1和对照组2所给制备方法生产出的石膏板的性能。实施例1～实施例5的石墨石膏板的抗折强度为20.6～25.9mpa，抗压强度为56～69mpa，吸水膨胀率0.7～1.0％，软化系数0.91～0.94％，其中对照组1和对照组2的制备方法工艺参数与实施例5制备方法工艺参数相同，仅与实施例5的原料组分不同，对照组1的原料组分中未添加膨胀石墨、对照组2的原料组分中未添加纳米钛白粉，从性能检测结果可知，本发明的原料组分中膨胀石墨和纳米钛白粉结合本发明的制备方法发生协同增效的作用，显著提高本发明的环保石墨石膏板的抗折强度、抗压强度、吸水膨胀率以及软化系数等，从而使其具有显著的耐水性能。
3.小结
本发明的有益效果：本发明配伍科学，协同增效，其保温性能以及抗压强度和抗弯曲强度显著提升。本发明的环保石墨石膏板的添加膨胀石墨首先与纳米钛白粉协同增效，保温性能显著提升，可以增大建筑外围护构件的储能容量，节能降耗，实现空调和采暖负荷的削峰、移峰，减小空调负荷与供暖能耗。同时提高室内舒适度：降低夏季、冬季室内峰值温度，减小室内温度的波动范围，满足人体舒适度要求，寒冷、严寒地区冬季蓄热、储能、调温；炎热地区夏季蓄冷、储能、调温；二者皆主要节约利用主动能源，达到同等保温节能效果时，可大大减小墙体厚度、降低墙体自重和增大建筑使用面积。
先将钛白粉和膨胀石墨混合，纳米级别的钛白粉结合膨胀石墨的强吸附作用，可以有效的进膨胀石墨的孔隙中，后再植入石墨石膏板浆体中，能够避免其相变过程中产生的体积应力对石墨石膏板的冲击，延长本发明的环保石墨石膏板的使用寿命。膨胀石墨与纳米钛白粉形成的膨胀石墨混合物可与石膏粉由于表面键合作用，可更好的结合在一起；同时又在聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠形成的石膏添加剂的作用下，形成相对致密的孔隙，在减小石墨石膏板厚度、降低石墨石膏板自重和的同时提高石墨石膏板的抗压强度和抗弯曲，同时其保温储能性能也显著提升。
石膏粉、碳酸钙粉、粉煤灰按粒径尺寸以及各自自身特性，软硬结合，使本发明的环保石墨石膏板的制备过程中石膏浆料始终保持一定的流动性与润滑作用。玻璃纤维和短切碳纤维配合加入，协同增效，使本发明的环保石墨石膏板的抗弯曲强度和横向纵向强度均显著提高，同时与膨胀石墨混合物也发生协同增效，紧密结合，形成相对致密的孔隙，使本发明的环保石墨石膏板在切割过程中无掉渣现象，提高环保石膏板的成品率。
添加膨胀石墨后，石墨石膏板的吸波性能也显著高，能够有效地减少辐射危害。
膨胀石墨可以有效吸附空气中的有机污染物，如甲醛、甲苯等。当有光照射，尤其是紫外光照射的时候，钛白粉中的二氧化钛的价带电子被光激发，通过膨胀石墨传导出来，与膨胀石墨上吸附的机污染物反应，生成二氧化碳和水，可彻底清除环境中有机污染物，起到环保作用。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，例如环保石膏板在板式成型机中也可以是在一定压强和温度下，利用成型模具再次压制成具有特定花纹、厚度和密度的模压板；凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。