本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种保温隔热材料，具涉及一种玄武岩纤维保温装饰一体板及其制备方法。
背景技术：
保温装饰一体板是一种集装饰、节能、防火、防水、环保等功能为一体的一种新型化学建材，其最重要的特点就是把传统的必须在现场离散技术生产的工艺部分在工厂完成，具有质量批次稳定、产能提、不收施工环境影响等优点。保温装饰一体板与普通氟碳漆板、真石漆、水泡漆等面饰材料相比，其寿命长，装饰效果好、绿色环保；与木质、pvc材质装饰材料相比，具有防火、防水等性能优势；与石材装饰材料相比，具有无色差、无辐射、性价比高等优势。
目前我国外墙保温技术发展很快，是节能工作的重点。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的，建筑节能必须以发展新型节能材料为前提，必须有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合，才能真正发挥其作用。正是由于节能材料的不断革新，外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。
玄武岩不易燃烧的特性且价格低廉，常作为保温隔热材料使用。现有的玄武岩纤维往往通过短切纤维的形式添加至保温装饰板中，玄武岩纤维的添加量有限，不能很好地满足保温装饰的需求。而且对于特殊环境(高温)下，现有的玄武岩纤维保温板并不能起到很好地耐高温性，保温隔热效果不佳。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种玄武岩纤维保温装饰一体板及其制备，以解决现有玄武岩纤维保温板保温隔热性能不佳的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种玄武岩纤维保温装饰一体板，包括：保温层和饰面层；其中，所述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维20-40份、碳纤维10-30份、改性sio2气凝胶5-30份、无机填料60-100份、胶黏剂20-50份和助剂10-30份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维25-35份、碳纤维15-25份、改性sio2气凝胶10-25份、无机填料70-90份、胶黏剂30-40份和助剂15-25份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维30份、碳纤维20份、改性sio2气凝胶20份、无机填料80份、胶黏剂35份和助剂20份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性sio2气凝胶的孔径为10-20nm，其通过以下步骤制得：
(1)将硅酸乙酯、乙醇和去离子水混合，然后用盐酸调节溶液ph值为2-3，并于30-40℃的水浴条件下搅拌10-15min，得到二氧化硅溶胶；将二氧化硅溶胶与将六钛酸钾晶须和锆酸四丁酯的混合溶液混合，继续搅拌并用盐酸调节ph值为2-3，得到复合溶胶；然后向所述复合溶胶中滴加氨水调节溶液ph值为7-7.5，在50-65℃水浴条件下搅拌45-60min，静置，得到复合凝胶；
其中，所述硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1：(6-15)：(3-6)；所述二氧化硅溶胶和所述混合溶液的质量比为1：(1-2)，所述混合溶液中，六钛酸钾晶须的浓度为20-30wt％，锆酸四丁酯的浓度为20-30wt％；
(2)用体积比为60-80％的硅酸乙酯醇溶液在常温下洗涤浸泡所述复合凝胶，浸泡20-24h，每4小时更换一次正硅酸乙酯醇溶液；然后，用环丙烷进行溶剂置换；
(3)用无水乙醇对步骤(2)处理后的复合凝胶进行洗涤，自然晾干后于40-60℃下干燥3-4h，再于450-500℃下热处理2-3h，制得改性sio2气凝胶。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，玄武岩纤维的直径为1-2μm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，碳纤维的直径为1-2μm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述无机填料包括：白炭黑、硅藻土、粉煤灰、石英粉和膨胀珍珠岩中的一种或多种组合；胶黏剂包括：硅酸钠和硅溶胶中的一种或多种组合；助剂包括：聚合氧化铝和硅烷偶联剂。
上玄武岩纤维保温装饰一体板的制备方法，包括以下步骤：
(ⅰ)按照上述配比称取玄武岩纤维、碳纤维、改性sio2气凝胶、无机填料、胶黏剂和助剂，将玄武岩纤维和碳纤维剪切后按照质量比为1：(4-6)的料液比制成浆料，然后加入改性sio2气凝胶和无机填料搅拌均匀，最后加入胶黏剂和助剂搅拌均匀，静置分层；
(ⅱ)取步骤(ⅰ)中沉淀物于平板模具中成型，然后烘干，制得保温层；
(ⅲ)在所述保温层的表面制作饰面层，得到玄武岩纤维保温装饰一体板。
本发明具有以下有益效果：
本发明以碳纤维、玄武岩纤维为骨架结构材料，改性sio2气凝胶为隔热保温功能材料，再结合无机填料、胶黏剂和助剂，形成玄武岩纤维保温装饰一体板。本发明通过在玄武岩纤维中复合改性sio2气凝胶材料，利用改性sio2气凝胶将在玄武岩纤维和碳纤维形成的三维网状结构中进行热传导的气体分子阻隔，通过改性sio2气凝胶阻碍气体分子自由运动，从而减少因碰撞而发生的能量传递和损失，进而减小热传导。而且由于改性sio2气凝胶的存在，其纳米孔结构抑制了气体对流，减少气体对流传热，从而提高整体材料的保温性能。再者，改性sio2气凝胶能够将热量沿其气孔表面传递，减少了从高温侧向低温侧能量的传递，材料的对流传热会减小到最低限度。
由于常规的sio2气凝胶对高温热辐射敏感，辐射传热较高，当处于温度较高的环境下时，其保温隔热效果将明显降低。基于此，本发明通过掺杂引入钛元素和锆元素对sio2气凝胶进行改性，得到复合的sio2-tio2-zro2气凝胶来提高气凝胶的耐高温性能，降低高温下的辐射传热，实现一体板在高温特殊环境下的应用。本发明以锆酸四丁酯作为锆源，六钛酸钾晶须作为钛源进行掺杂，通过反应生成tio2、zro2，tio2和zro2做为遮光剂，吸收高温下的红外辐射，降低气凝胶材料对红外观的透过率，从而提高气凝胶的耐高温性能。本发明以六钛酸钾晶须进行掺杂，对于反应中未反应完全的晶须还可作为气凝胶材料中的增强体，以克服气凝胶脆性易裂的缺点。此外，本发明通过特定的原料配比和反应条件获得了保温隔热以及耐高温性能俱佳的改性sio2气凝胶，且制得的改性sio2气凝胶孔径在10-20nm范围内，大大提高了气凝胶材料的比表面积，可有效降低导热率，抑制气态热传导和对流热传导，为制备一体板奠定了坚实的基础。
在制备改性sio2气凝胶时，本发明采用强酸和弱碱两种不同的条件进行水解和缩聚反应，以获得更好的网络结构，并在通过水浴加热是反应进行得更加充分。当反应结束后，本发明用体积比为60-80％的硅酸乙酯醇溶液作为老化液，对凝胶进行老化处理，以是凝胶进一步缩聚，巩固凝胶骨架从而提高凝胶强度。本发明以环己烷进行溶剂替换，其表面张力小，能够在很大程度上降低溶剂和网络骨架间的表面张力和接触角，减小凝胶在常压下干燥产生过量收缩的机率。
本发明通过加入碳纤维，并且优选直径为1-2μm的超细碳纤维加入，一方面能够与玄武岩纤维一起形成三维网络骨架分散在板材中，起到增强的作用，另一方面，超细碳纤维在高温下具有突出的遮蔽红外辐射能力，进一步提高一体板在耐高温性能。
本发明的玄武岩纤维保温装饰一体板可以在650℃以下使用，其导热系数为0.02w/(m·k)左右，是传统无机保温材料的三到五倍，可以大大提高保温隔热效果以及耐高温隔热性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板，包括：保温层和饰面层；其中，所述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维20份、碳纤维30份、改性sio2气凝胶5份、无机填料100份、胶黏剂50份和助剂10份。
上述改性sio2气凝胶的孔径为10nm，其通过以下步骤制得：
(1)将硅酸乙酯、乙醇和去离子水混合，然后用盐酸调节溶液ph值为2，并于30℃的水浴条件下搅拌15min，得到二氧化硅溶胶；将二氧化硅溶胶与将六钛酸钾晶须和锆酸四丁酯的混合溶液混合，继续搅拌并用盐酸调节ph值为2，得到复合溶胶；然后向所述复合溶胶中滴加氨水调节溶液ph值为7，在50℃水浴条件下搅拌60min，静置，得到复合凝胶；
其中，所述硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1：6：3；所述二氧化硅溶胶和所述混合溶液的质量比为1：1，所述混合溶液中，六钛酸钾晶须的浓度为20wt％，锆酸四丁酯的浓度为30wt％；
(2)用体积比为60％的硅酸乙酯醇溶液在常温下洗涤浸泡所述复合凝胶，浸泡20h，每4小时更换一次正硅酸乙酯醇溶液；然后，用环丙烷进行溶剂置换；
(3)用无水乙醇对步骤(2)处理后的复合凝胶进行洗涤，自然晾干后于40℃下干燥4h，再于450℃下热处理3h，制得改性sio2气凝胶。
上述玄武岩纤维的直径为1μm。
上述碳纤维的直径为1μm。
上述无机填料包括：硅藻土；胶黏剂包括：硅酸钠；助剂包括：聚合氧化铝和硅烷偶联剂，其质量比为1:1。
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板的制备方法，包括以下步骤：
(ⅰ)按照上述配比称取玄武岩纤维、碳纤维、改性sio2气凝胶、无机填料、胶黏剂和助剂，将玄武岩纤维和碳纤维剪切后按照质量比为1：4的料液比制成浆料，然后加入改性sio2气凝胶和无机填料搅拌均匀，最后加入胶黏剂和助剂搅拌均匀，静置分层。
(ⅱ)取步骤(ⅰ)中沉淀物于平板模具中成型，然后烘干，制得保温层；
(ⅲ)在所述保温层的表面制作饰面层，得到玄武岩纤维保温装饰一体板。
饰面层的是制作方法可以参照常规方式进行，例如可以直接喷涂饰面层，也可以在保温层成型时在模具中成型，然后一同烘干硬化。
实施例2：
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板，包括：保温层和饰面层；其中，所述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维40份、碳纤维10份、改性sio2气凝胶30份、无机填料60份、胶黏剂20份和助剂30份。
上述改性sio2气凝胶的孔径为20nm，其通过以下步骤制得：
(1)将硅酸乙酯、乙醇和去离子水混合，然后用盐酸调节溶液ph值为3，并于40℃的水浴条件下搅拌10min，得到二氧化硅溶胶；将二氧化硅溶胶与将六钛酸钾晶须和锆酸四丁酯的混合溶液混合，继续搅拌并用盐酸调节ph值为3，得到复合溶胶；然后向所述复合溶胶中滴加氨水调节溶液ph值为7.5，在65℃水浴条件下搅拌45min，静置，得到复合凝胶；
其中，所述硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1：15：6；所述二氧化硅溶胶和所述混合溶液的质量比为1：2，所述混合溶液中，六钛酸钾晶须的浓度为30wt％，锆酸四丁酯的浓度为20wt％；
(2)用体积比为80％的硅酸乙酯醇溶液在常温下洗涤浸泡所述复合凝胶，浸泡24h，每4小时更换一次正硅酸乙酯醇溶液；然后，用环丙烷进行溶剂置换；
(3)用无水乙醇对步骤(2)处理后的复合凝胶进行洗涤，自然晾干后于60℃下干燥3h，再于500℃下热处理2h，制得改性sio2气凝胶。
上述玄武岩纤维的直径为2μm。
上述碳纤维的直径为2μm。
上述无机填料包括：白炭黑、硅藻土、粉煤灰、石英粉和膨胀珍珠岩；胶黏剂包括：硅酸钠和硅溶胶；助剂包括：聚合氧化铝和硅烷偶联剂。
无机填料、胶黏剂和助剂为多组分时，在未特别说明时，均可任意比混合，优选采用等比混合。
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板的制备方法，包括以下步骤：
(ⅰ)按照上述配比称取玄武岩纤维、碳纤维、改性sio2气凝胶、无机填料、胶黏剂和助剂，将玄武岩纤维和碳纤维剪切后按照质量比为1：6的料液比制成浆料，然后加入改性sio2气凝胶和无机填料搅拌均匀，最后加入胶黏剂和助剂搅拌均匀，静置分层。
(ⅱ)取步骤(ⅰ)中沉淀物于平板模具中成型，然后烘干，制得保温层；
(ⅲ)在所述保温层的表面制作饰面层，得到玄武岩纤维保温装饰一体板。
实施例3：
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板，包括：保温层和饰面层；其中，所述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维25份、碳纤维25份、改性sio2气凝胶10份、无机填料90份、胶黏剂30份和助剂15份。
上述改性sio2气凝胶的孔径为15nm，其通过以下步骤制得：
(1)将硅酸乙酯、乙醇和去离子水混合，然后用盐酸调节溶液ph值为2.5，并于35℃的水浴条件下搅拌12min，得到二氧化硅溶胶；将二氧化硅溶胶与将六钛酸钾晶须和锆酸四丁酯的混合溶液混合，继续搅拌并用盐酸调节ph值为2.5，得到复合溶胶；然后向所述复合溶胶中滴加氨水调节溶液ph值为7.3，在60℃水浴条件下搅拌50min，静置，得到复合凝胶；
其中，所述硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1：10：5；所述二氧化硅溶胶和所述混合溶液的质量比为1：1.5，所述混合溶液中，六钛酸钾晶须的浓度为25wt％，锆酸四丁酯的浓度为25wt％；
(2)用体积比为70％的硅酸乙酯醇溶液在常温下洗涤浸泡所述复合凝胶，浸泡24h，每4小时更换一次正硅酸乙酯醇溶液；然后，用环丙烷进行溶剂置换；
(3)用无水乙醇对步骤(2)处理后的复合凝胶进行洗涤，自然晾干后于50℃下干燥3.5h，再于480℃下热处理2.5h，制得改性sio2气凝胶。
上述玄武岩纤维的直径为1.5μm。
上述碳纤维的直径为1.5μm。
上述无机填料包括：粉煤灰、石英粉和膨胀珍珠岩；胶黏剂包括：硅酸钠和硅溶胶；助剂包括：聚合氧化铝和硅烷偶联剂。
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板的制备方法，包括以下步骤：
(ⅰ)按照上述配比称取玄武岩纤维、碳纤维、改性sio2气凝胶、无机填料、胶黏剂和助剂，将玄武岩纤维和碳纤维剪切后按照质量比为1：5的料液比制成浆料，然后加入改性sio2气凝胶和无机填料搅拌均匀，最后加入胶黏剂和助剂搅拌均匀，静置分层。
(ⅱ)取步骤(ⅰ)中沉淀物于平板模具中成型，然后烘干，制得保温层；
(ⅲ)在所述保温层的表面制作饰面层，得到玄武岩纤维保温装饰一体板。
实施例4：
本实施例与实施例3基本相同，区别在于保温层不同。
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板的保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维35份、碳纤维15份、改性sio2气凝胶25份、无机填料70份、胶黏剂40份和助剂25份。
实施例5：
本实施例与实施例3基本相同，区别在于保温层不同。
本实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板的保温层包括：保温层和饰面层；其中，所述保温层包括：按重量份计，玄武岩纤维30份、碳纤维20份、改性sio2气凝胶20份、无机填料80份、胶黏剂35份和助剂20份。
对比例1：
本对比例为现有保温装饰一体板。
对比例2：
本对比例与实施例5基本相同，区别在于保温层中没有添加改性sio2气凝胶。
对比例3：
本对比例与实施例5基本相同，区别在于保温层中没有添加碳纤维。
试验例：
对上述实施例和对比例进行性能检测，燃烧等级按照gb8624-2006标准检测，其他性能指标参照《建筑外墙用无机防火保温板db13/t1704-2013》标准，检测结果见表1。
表1
从表1可以看出，本发明实施例的玄武岩纤维保温装饰一体板在常温和650℃高温下的导热系数均低于对比例1的现有保温装饰一体化板，表现出优异的保温隔热效果，以及耐高温性；同时，本发明实施例的的抗压强度和抗折强度也均由于对比例，且燃烧等级均达到a1级。
对比实施例5和对比例2可以看出，没有加入改性sio2气凝胶的一体板，导热系数均明显升高，说明改性sio2气凝胶的加入有利于提高一体板的保温隔热性以及耐高温性，并且也有利于力学性能的提高。
对比实施例5和对比例3可以看出，没有加入碳纤维的一体板，导热系数也均明显升高，说明碳纤维的加入有利于提高一体板的保温隔热性以及耐高温性，并且也有利于力学性能的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。