本发明涉及材料
技术领域：
，具体涉及一种复合材料及其制备方法。
背景技术：
：目前常用于大坝基坑加固处理、煤矿煤岩体加固、防渗堵漏、道路路基承载填充的材料，基于安全生产的考虑，需要具有高抗压强度；同时考虑到材料制备过程中的安全性问题，还需要具有低的最高反应温度。然而，目前尚无一种复合材料能够同时兼具高抗压强度和低的最高反应温度的特点。us3607794a公开了有机多异氰酸酯和碱金属硅酸盐溶液的反应过程，阐述了不同反应比例对于固结体的性能影响。然而，该专利申请公开的方法得到的材料在制备过程中最高反应温度较高，制备过程安全性较差。cni068163a公开了一种双组份水玻璃型化学注浆材料，该双组份化学注浆材料中含有可膨胀稀释剂，其具体实施例中制得的固结体抗压强度指标最高仅为89.0kg/cm2(约8.7mpa)，远远低于中华人民共和国安全生产标准aq1089-2011《高分子煤岩体加固剂》抗压强度指标注≥40mpa的要求。因此，研发一种同时兼具高抗压强度和低的最高反应温度等特点的复合材料，具有重要的现实意义和市场应用价值。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种复合材料及其制备方法，该复合材料兼具高抗压强度和低的最高反应温度。为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种复合材料，该复合材料包括a组分、b组分和c组分，a组分、b组分和c组分的重量比为1：0.7-0.95：0.0001-0.4，其中，a组分含有碱性溶液和催化剂，以a组分的重量为基准，所述碱性溶液的含量为80-99.2重量％，所述催化剂的含量为0.8-20重量％；b组分含有多异氰酸酯预聚体和增溶剂，以b组分的重量为基准，所述多异氰酸酯预聚体的含量为80-99重量％，所述增溶剂的含量为1-20重量％；c组分含有硅铝材料。第二方面，本发明提供了本发明所述的复合材料的制备方法，包括：(1)将a组分和c组分混合，形成凝胶材料预聚体；(2)将步骤(1)得到的凝胶材料预聚体与b组分进行混合、固化。第三方面，本发明提供了一种由本发明所述的复合材料制得的产品。与现有的复合材料相比，本发明的复合材料兼具高抗压强度和低的最高反应温度。其中，根据本发明的一种优选实施方式，按照本发明的方法(先将a组分和c组分混合，形成凝胶材料预聚体，然后将凝胶材料预聚体与b组分进行混合、固化)制备复合材料，三组分按特定的顺序发生交互作用，并通过控制特定的条件(如a组分、b组分和c组分的重量比、a组分中碱性溶液的种类或硅铝材料的粒径d50)，由此形成的固结体密实，遇水不发泡，具有较好的力学性能，同时兼具高抗压强度和低的最高反应温度，可广泛的应用于大坝基坑加固处理、煤矿煤岩体加固、煤矿防渗堵漏、道路路基承载填充等等，可以满足行业标准aq1089-2011对前述各用途的高分子材料提出的性能要求。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本发明提供了一种复合材料，该复合材料包括a组分、b组分和c组分，a组分、b组分和c组分的重量比为1：0.7-0.95：0.0001-0.4，其中，a组分含有碱性溶液和催化剂，以a组分的重量为基准，所述碱性溶液的含量为80-99.2重量％，所述催化剂的含量为0.8-20重量％；b组分含有多异氰酸酯预聚体和增溶剂，以b组分的重量为基准，所述多异氰酸酯预聚体的含量为80-99重量％，所述增溶剂的含量为1-20重量％；c组分含有硅铝材料。本发明中，优选情况下，a组分、b组分和c组分的重量比为1：0.75-0.85：0.0001-0.25，进一步优选为1：0.75-0.85：0.01-0.25。本发明中，优选情况下，a组分中，以a组分的重量为基准，所述碱性溶液的含量为90-99重量％，所述催化剂的含量为1-10重量％。本发明中，优选情况下，a组分中，所述碱性溶液为硅酸钠水溶液、硅酸钾水溶液、氢氧化钠水溶液和氢氧化钾水溶液中的至少一种，进一步优选地，所述碱性溶液为硅酸钠水溶液和/或硅酸钾水溶液。其中，所述硅酸钠水溶液和/或硅酸钾水溶液的模数优选为1.5-4，进一步优选为2-3。优选地，所述碱性溶液的浓度(固含量)为30-60重量％，进一步优选为40-55重量％。本发明中，优选情况下，a组分中，所述催化剂为三亚乙基二胺、n,n-二甲基环己胺、n,n-二甲基氨乙基乙二醇、五甲基二亚乙基三胺、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、异辛酸钾和油酸钾中的至少一种。本发明中，优选情况下，a组分还含有增溶剂，以a组分的重量为基准，所述增溶剂含量为1-10重量％，进一步优选为1.5-3重量％。其中，所述增溶剂优选为蓖麻油甲酸酯、乙二醇二乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。本发明中，优选情况下，b组分中，以b组分的重量为基准，所述多异氰酸酯预聚体的含量为90-95重量％，所述增溶剂的含量为5-10重量％。本发明中，优选情况下，b组分中，所述增溶剂为蓖麻油甲酸酯、乙二醇二乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。本发明中，优选情况下，b组分中，所述多异氰酸酯预聚体由多苯基多亚甲基多异氰酸酯和聚合物多元醇制备得到，所述多异氰酸酯预聚体的nco含量为20-34％。优选地，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯与所述聚合物多元醇的重量比为4-20：1。优选地，所述聚合物多元醇为聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，所述聚醚多元醇的官能度为2-4，数均分子量为100-4000，粘度为100-1000mpa·s；所述聚酯多元醇的官能度为2-4，数均分子量为200-3500，粘度为500-2000mpa·s。本发明中，所述硅铝材料可以为各类天然铝硅酸盐矿物以及各种铝硅酸盐工业副产品或废渣，优选情况下，所述硅铝材料为矿渣、煤渣、粉煤灰、火山灰和偏高岭土中的至少一种。优选地，所述硅铝材料的粒径d50<30μm，进一步优选<20μm，更进一步优选<13μm。本发明中，本领域技术人员应该理解的是，所述a组分、所述b组分和所述c组分各自独立包装。在使用之前，将所述a组分、所述b组分和所述c组分按一定的顺序进行混合，从而制备得到本发明所述的复合材料。第二方面，本发明提供了本发明所述复合材料的制备方法，该方法包括：(1)将a组分和c组分混合，形成凝胶材料预聚体；(2)将步骤(1)得到的凝胶材料预聚体与b组分进行混合、固化。本发明中，优选情况下，步骤(1)中，所述混合的条件包括：时间为0.1-96h，进一步优选为0.5-5h。本发明中，优选情况下，步骤(2)中，所述混合的条件包括：时间为0.1-30min，进一步优选为0.2-3min。另一方面，本领域技术人员应该理解的是，本发明提供了所述复合材料制得的产品，其兼具高抗压强度和低的最高反应温度。实施例以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但并不因此限制本发明。以下实施例和对比例中，如无特别说明，所用的材料均可通过商购获得，所用的方法均为本领域的常规方法。其中，所用的粉煤灰购自国华三河电厂，其组成为：48.2重量％的sio2，32.0重量％的al2o3，7.9重量％的cao，5.65重量％的fe2o3，其他氧化物的含量为6.25重量％，粒径d50为3μm、15μm或25μm。所用的矿渣购自上海梅山钢铁股份有限公司，其组成为：39.1重量％的sio2，11.5重量％的al2o3，41.0重量％的cao，1.2重量％的fe2o3，其他氧化物的含量为7.2重量％，粒径d50为5μm。所用的偏高岭土购自福建陶金峰新材料有限公司，其组成为：55.0重量％的sio2，43.3重量％的al2o3，0.8重量％的fe2o3，其他氧化物的含量为0.9重量％，粒径d50为10μm。所用的碳酸钙为化学纯，含量为99％，粒径d50为3μm。所用的滑石粉为化学纯，含量为99％，粒径d50为3μm。聚醚多元醇购自山东东大化工有限公司，官能度为2，数均分子量为2000，粘度为270-370mpa·s。聚酯多元醇购自华峰集团有限公司，官能度为2，数均分子量为2400，粘度为550-650mpa·s。实施例1本实施例用于说明本发明的复合材料及其制备方法。(1)a组分的制备向反应釜中加入97kg硅酸钠水溶液(含量为47重量％，模数为2.6)，搅拌过程中加入3kgn,n-二甲基氨乙基乙二醇，搅拌30min，得到澄清、透明的a组分。(2)多异氰酸酯预聚体的制备向反应釜中加入80kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯，搅拌过程中加入20kg聚醚多元醇，搅拌60min，得到棕色多异氰酸酯预聚体，nco含量为23％。(3)b组分的制备向反应釜中加入93kg多异氰酸酯预聚体，搅拌过程中加入7kg二乙二醇丁醚醋酸酯，搅拌30min，得到棕色透明的b组分。(4)复合材料的制备将10kg的a组分和2kg的c组分(c组分为粒径d50为3μm的粉煤灰)均匀混合，搅拌60min，然后加入8kg的b组分混合搅拌20s，得到复合材料。实施例2本实施例用于说明本发明的复合材料及其制备方法。(1)a组分的制备向反应釜中加入90kg硅酸钠水溶液(含量为55重量％，模数为2.8)，搅拌过程中加入10kgn,n-二甲基环己胺，搅拌30min，得到澄清、透明的a组分。(2)多异氰酸酯预聚体的制备向反应釜中加入80kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯，搅拌过程中加入8kg聚酯多元醇，搅拌60min，得到棕色多异氰酸酯预聚体，nco含量为27％。(3)b组分的制备向反应釜中加入90kg多异氰酸酯预聚体，搅拌过程中加入10kg蓖麻油甲酸酯，搅拌30min，得到棕色透明的b组分。(4)复合材料的制备将10kg的a组分和2.5kg的c组分(c组分为粒径d50为5μm的矿渣)均匀混合，搅拌1.5h，然后加入8.5kg的b组分混合搅拌30s，得到复合材料。实施例3本实施例用于说明本发明的复合材料及其制备方法。(1)a组分的制备向反应釜中加入99kg硅酸钾水溶液(含量为40重量％，模数为3.0)，搅拌过程中加入1kg二月桂酸二丁基锡，搅拌30min，得到澄清、透明的a组分。(2)多异氰酸酯预聚体的制备向反应釜中加入80kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯，搅拌过程中加入4kg聚酯多元醇，搅拌60min，得到棕色多异氰酸酯预聚体，nco含量为28％。(3)b组分的制备向反应釜中加入95kg多异氰酸酯预聚体，搅拌过程中加入5kg邻苯二甲酸二辛酯，搅拌30min，得到棕色透明的b组分。(4)复合材料的制备将10kg的a组分和0.1kg的c组分(c组分为粒径d50为10μm的偏高岭土)均匀混合，搅拌2h，然后加入7.5kg的b组分混合搅拌45s，得到复合材料。实施例4按照实施例1的方法，不同的是，步骤(4)中，将10kg的a组分和4kg的c组分(c组分为粒径d50为3μm的粉煤灰)均匀混合，搅拌60min，然后加入7kg的b组分混合搅拌20s，得到复合材料。实施例5按照实施例1的方法，不同的是，步骤(4)中，将10kg的a组分和0.001kg的c组分(c组分为粒径d50为3μm的粉煤灰)均匀混合，搅拌60min，然后加入9.5kg的b组分混合搅拌20s，得到复合材料。实施例6按照实施例1的方法，不同的是，c组分用等量的粒径d50为15μm的粉煤灰替代。实施例7按照实施例1的方法，不同的是，c组分用等量的粒径d50为25μm的粉煤灰替代。实施例8按照实施例1的方法，不同的是，c组分用等量的粒径d50为35μm的粉煤灰替代。实施例9按照实施例1的方法，不同的是，步骤(1)中，将97kg氢氧化钠水溶液(含量为47重量％)代替97kg硅酸钠水溶液(含量为47重量％，模数为2.6)。对比例1按照实施例1的方法，不同的是，c组分用等量的粒径d50为3μm的碳酸钙替代。对比例2按照实施例1的方法，不同的是，c组分用等量的粒径d50为3μm的滑石粉替代。对比例3按照实施例1的方法分别制备a组分和b组分，然后将10kg的a组分和8kg的b组分混合30s，得到复合材料。对比例4按照实施例1的方法分别制备a组分和b组分，然后将10kg的a组分、8kg的b组分和2kg的c组分(c组分为粒径d50为3μm的粉煤灰)混合搅拌20s，得到复合材料。对比例5按照实施例1的方法分别制备a组分和b组分，然后先将8kg的b组分和2kg的c组分(c组分为粒径d50为3μm的粉煤灰)均匀混合，搅拌60min，然后加入10kg的a组分混合搅拌20s，得到复合材料。试验例按照aq1089-2011测定各复合材料(试件为直径(50±1)mm、高度(100±1)mm的圆柱体)的抗压强度和各组分混合过程中的最高反应温度。结果见表1。表1实施例编号抗压强度(mpa)最高反应温度(℃)实施例149107实施例252110实施例341105实施例430106实施例540112实施例644111实施例741109实施例811110实施例912115对比例15108对比例26104对比例349134对比例413135对比例515132其中，行业标准aq1089-2011中要求抗压强度≧40mpa，最高反应温度≤140℃。通过表1的结果可以看出，本发明的复合材料兼具高抗压强度和低的最高反应温度。具体地，将表1中实施例1与对比例1-2的结果比较可知，在制备复合材料时将硅铝材料作为c组分，能够明显提高复合材料的抗压强度。将表1中实施例1与对比例3的结果比较可知，复合材料中加入硅铝材料时，能够明显降低复合材料的最高反应温度。将表1中实施例1与对比例4-5的结果比较可知，在制备复合材料时，先将a组分和c组分混合，形成凝胶材料预聚体；再将凝胶材料预聚体与b组分进行混合、固化，能够明显提高复合材料的抗压强度和明显降低复合材料的最高反应温度。将表1中实施例1与实施例4-5的结果比较可知，a组分、b组分和c组分的重量比为1：0.75-0.85：0.01-0.25时，能够使复合材料兼具更优的抗压强度和更优的最高反应温度。将表1中实施例1与实施例6-8的结果比较可知，所述硅铝材料的粒径d50小于30μm时，能够明显提高复合材料的抗压强度；当硅铝材料的粒径d50小于16μm时，能够进一步提高复合材料的抗压强度；当硅铝材料的粒径d50小于13μm时，能够更进一步提高复合材料的抗压强度。将表1中实施例1与实施例9的结果比较可知，a组分中的碱性溶液为硅酸钠水溶液和/或硅酸钾水溶液时，能够明显提高复合材料的抗压强度，并能够降低复合材料的最高反应温度。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。当前第1页12