本发明涉及板材技术领域，具体涉及一种聚丙烯高填充粉煤灰板材及其制备方法。
背景技术：
随着社会经济的高速发展，越来越多的建筑拔地而起，并呈现出对建筑形态及建筑质量高水准要求，而建筑板材是做成标准大小的扁平矩形建筑材料板，应用于建筑行业，用来作墙壁、天花板或地板的构件，建筑和室内装修领域广泛使用的一种工程建筑原料，在本领域中，板材的选择开始以天然木质原料为主，目前市场上现有的木质板材构成有以下几类：(1)实木原木；(2)多层实木；(3)强化复合木，上述几种板材均是以木材为主要原料加工而成的，因此，其存在以下的缺陷：需要消耗大量的森林资源，直接造成生态环境的破坏；不防水、易燃，且非常容易热胀冷缩。
聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，聚丙烯纤维是以聚丙烯为原材料，通过特殊工艺制造而成的，其具有强度高、弹性好、耐磨、耐腐蚀、耐热及耐老化性能差，因此将其作为填充粉煤灰制备的板材性能更优越。
现有文献中制备的板材多采用无机材料与有机材料复配，有机材料中含有有毒物质在高温条件下易释放，对人身体健康造成一定伤害，如中国专利文献(公开号：cn105837948b)公开了一种利用废旧聚丙烯材料制备的汽车内部装饰板材，由废旧聚丙烯塑料回收、再经清洗处理后的聚丙烯材料，添加改性剂制备而成；其各成分的重量百分比为：废旧聚丙烯材料65％-75％、山梨醇缩醛5％－10％、改性酚醛树脂10％-20％、受阻酚磷酸酯盐5％－15％、稀土氧化物填料2％-4％，该文献采用废旧聚丙烯材料，虽可废物利用，节约成本，但聚丙烯表面能低、分子链上缺少活性官能团，且疏水，与基材物理化学粘接力差，弹性膜量低，继而制备出板材性能差，该文献制备的板材原料之间粘接力差，同时含有的有机材料，环保性能差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种聚丙烯高填充粉煤灰板材及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种聚丙烯高填充粉煤灰板材，包括以下原料：
粉煤灰30-70份、预处理聚丙烯纤维15-45份、sio2微球乳液5-15份、生物油改性火山玻璃12-20份、氟化石墨6-10份、微晶纤维素3-5份、凝胶材料10-20份、水2-6份，其中粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比为(3-7)：(1-5)：2。
作为本发明的进一步方案是：所述聚丙烯高填充粉煤灰板材包括以下重量份的原料：
粉煤灰40-60份、预处理聚丙烯纤维20-40份、sio2微球乳液6-10份、生物油改性火山玻璃14-18份、氟化石墨8-10份、微晶纤维素4-5份、凝胶材料12-18份、水3-5份，其中粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比为(3-7)：(1-5)：2。
作为本发明的进一步方案是：所述聚丙烯高填充粉煤灰板材包括以下重量份的原料：
粉煤灰50份、预处理聚丙烯纤维30份、sio2微球乳液10份、生物油改性火山玻璃16份、氟化石墨8份、微晶纤维素4份、凝胶材料15份、水4份，其中粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比为5：3：2。
作为本发明的进一步方案是：所述预处理聚丙烯纤维的处理方法为将聚丙烯纤维先采用低温等离子处理，处理10-20s，随后进行冻融解冻处理2-3次，再送入高压反应釜中以4000-5000mpa压力进行反应2h，最后送入水热反应釜中进行反应，即可。
作为本发明的进一步方案是：所述低温等离子处理方法为将聚丙烯纤维置于上下电极之间，打开气体通路，调节氩气流量为3l/min，启动高压电源，控制电压为10kv。
作为本发明的进一步方案是：所述水热反应釜中反应条件为先将温度以4-6℃/min升至300℃，保温15-25min，随后再以10℃/min升至400℃，保温15-25min，随后再以1.4-1.6℃/min升至460℃，保温1.5h，最后再以15-25℃/min冷却至室温。
作为本发明的进一步方案是：所述生物油改性火山玻璃的制备方法为将火山玻璃进行球磨，球磨至粒径为30-70目，备用，随后将生物油在油浴条件下加热到130℃，按照生物油、火山玻璃物质的质量比3:7再加入备用的火山玻璃，边搅拌边加入，随后再冷却至室温，再离子、洗涤、干燥，即可。
作为本发明的进一步方案是：所述凝胶材料为镁质凝胶材料。
本发明还提供了一种制备聚丙烯高填充粉煤灰板材的方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量各组分原料；
步骤二，将粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液、氟化石墨加入到搅拌机中，至原料充分混合，搅拌速度1100-1200r/min，搅拌时间为45-55min，得到混合物a；
步骤三，将步骤二得到混合物a、生物油改性火山玻璃、凝胶材料、微晶纤维素、水，送入反应釜中，反应温度为75-85℃，搅拌转速为210-220r/min，搅拌25-35min，随后再送入模具中，进行压模，随后脱模，养护10h，即得本发明的聚丙烯高填充粉煤灰板材。
作为本发明的进一步方案是：所述压模条件压力为1.2-2.0mpa，压模20s。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明采用粉煤灰变废为宝、循环利用，替代天然木材、木质人造板材等传统板材，填补目前板材市场空白，原料采用无机环保原料，现有技术中添加的树脂等有机原料，易挥发出甲醛等有害物质，本发明绿色环保，同时添加的聚丙烯纤维，先经过低温等离子处理，使其表面粗糙，比表面积增大，经过冻融解冻处理，使其化学键断裂，暴露出更多亲水基团，再于水热反应釜中，活性大大增强，可与粉煤灰任意组合，sio2微球乳液具有网状交联结构，添加的生物油改性火山玻璃中，火山玻璃结构规则不一，生物油经过高温热裂解含有大量的羟基，将火山玻璃改性，填充在板材中，提高板材紧密度，同时与其他原料很好的相容，添加的微晶纤维素具有亲水性、强度，聚合度以及结晶度都较高，可作为板材的增强体，但微晶纤维素易团聚，添加的生物油改性火山玻璃可解决其团聚缺点，二者可起到协同作用，原料之间相互搭配组合，提高了板材的强度、韧性等性能。
(2)从本发明实施例1-3及对比例1-6得出，本发明实施例1-3，甲醛释放量均为0，而对比例5，甲醛释放量为0.7mg/l，可知本发明绿色环保，无毒害，同时，本发明实施例3的变形强度、抗压强度，相对于对比例5，分别提高了73kg/m2，2.4mpa，可知本发明制备的板材不仅绿色环保，同时变形强度、抗压强度均优于现有文献，从实验例1-7中得出，本发明未添加粉煤灰时，变形强度为1542kg/m2，未添加预处理聚丙烯纤维，变形强度为1712kg/m2，未添加sio2微球乳液时，变形强度为2002kg/m2，此外，从实施例1-7中可知，粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液之间比例对本发明板材强度有很大影响，本发明三者比例在5:3:2时，变形强度最佳。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例的一种聚丙烯高填充粉煤灰板材，包括以下原料：
粉煤灰30份、预处理聚丙烯纤维15份、sio2微球乳液5份、生物油改性火山玻璃12份、氟化石墨6份、微晶纤维素3份、凝胶材料10份、水2份，其中粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比为3：1：2。
本实施例的预处理聚丙烯纤维的处理方法为将聚丙烯纤维先采用低温等离子处理，处理10s，随后进行冻融解冻处理2次，再送入高压反应釜中以4000mpa压力进行反应2h，最后送入水热反应釜中进行反应，即可。
本实施例的低温等离子处理方法为将聚丙烯纤维置于上下电极之间，打开气体通路，调节氩气流量为3l/min，启动高压电源，控制电压为10kv。
本实施例的水热反应釜中反应条件为先将温度以4℃/min升至300℃，保温15min，随后再以10℃/min升至400℃，保温15min，随后再以1.4℃/min升至460℃，保温1.5h，最后再以15℃/min冷却至室温。
本实施例的生物油改性火山玻璃的制备方法为将火山玻璃进行球磨，球磨至粒径为30目，备用，随后将生物油在油浴条件下加热到130℃，按照生物油、火山玻璃物质的质量比3:7再加入备用的火山玻璃，边搅拌边加入，随后再冷却至室温，再离子、洗涤、干燥，即可。
本实施例的凝胶材料为镁质凝胶材料。
本实施例的一种制备聚丙烯高填充粉煤灰板材的方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量各组分原料；
步骤二，将粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液、氟化石墨加入到搅拌机中，至原料充分混合，搅拌速度1100r/min，搅拌时间为45min，得到混合物a；
步骤三，将步骤二得到混合物a、生物油改性火山玻璃、凝胶材料、微晶纤维素、水，送入反应釜中，反应温度为75℃，搅拌转速为210r/min，搅拌25min，随后再送入模具中，进行压模，随后脱模，养护10h，即得本发明的聚丙烯高填充粉煤灰板材。
本实施例的压模条件压力为1.2mpa，压模20s。
实施例2：
本实施例的一种聚丙烯高填充粉煤灰板材，包括以下原料：
粉煤灰70份、预处理聚丙烯纤维45份、sio2微球乳液15份、生物油改性火山玻璃20份、氟化石墨10份、微晶纤维素5份、凝胶材料20份、水6份，其中粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比为7：5：2。
本实施例的预处理聚丙烯纤维的处理方法为将聚丙烯纤维先采用低温等离子处理，处理20s，随后进行冻融解冻处理3次，再送入高压反应釜中以5000mpa压力进行反应2h，最后送入水热反应釜中进行反应，即可。
本实施例的低温等离子处理方法为将聚丙烯纤维置于上下电极之间，打开气体通路，调节氩气流量为3l/min，启动高压电源，控制电压为10kv。
本实施例的水热反应釜中反应条件为先将温度以6℃/min升至300℃，保温25min，随后再以10℃/min升至400℃，保温25min，随后再以1.6℃/min升至460℃，保温1.5h，最后再以25℃/min冷却至室温。
本实施例的生物油改性火山玻璃的制备方法为将火山玻璃进行球磨，球磨至粒径为70目，备用，随后将生物油在油浴条件下加热到130℃，按照生物油、火山玻璃物质的质量比3:7再加入备用的火山玻璃，边搅拌边加入，随后再冷却至室温，再离子、洗涤、干燥，即可。
本实施例的凝胶材料为镁质凝胶材料。
本实施例的一种制备聚丙烯高填充粉煤灰板材的方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量各组分原料；
步骤二，将粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液、氟化石墨加入到搅拌机中，至原料充分混合，搅拌速度1100-1200r/min，搅拌时间为45-55min，得到混合物a；
步骤三，将步骤二得到混合物a、生物油改性火山玻璃、凝胶材料、微晶纤维素、水，送入反应釜中，反应温度为75-85℃，搅拌转速为210-220r/min，搅拌25-35min，随后再送入模具中，进行压模，随后脱模，养护10h，即得本发明的聚丙烯高填充粉煤灰板材。
本实施例的压模条件压力为1.2-2.0mpa，压模20s。
实施例3：
本实施例的一种聚丙烯高填充粉煤灰板材，包括以下原料：
粉煤灰50份、预处理聚丙烯纤维30份、sio2微球乳液10份、生物油改性火山玻璃16份、氟化石墨8份、微晶纤维素4份、凝胶材料15份、水4份，其中粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比为5：3：2。
本实施例的预处理聚丙烯纤维的处理方法为将聚丙烯纤维先采用低温等离子处理，处理15s，随后进行冻融解冻处理2.5次，再送入高压反应釜中以4500mpa压力进行反应2h，最后送入水热反应釜中进行反应，即可。
本实施例的低温等离子处理方法为将聚丙烯纤维置于上下电极之间，打开气体通路，调节氩气流量为3l/min，启动高压电源，控制电压为10kv。
本实施例的水热反应釜中反应条件为先将温度以5℃/min升至300℃，保温20min，随后再以10℃/min升至400℃，保温20min，随后再以1.5℃/min升至460℃，保温1.5h，最后再以20℃/min冷却至室温。
本实施例的生物油改性火山玻璃的制备方法为将火山玻璃进行球磨，球磨至粒径为50目，备用，随后将生物油在油浴条件下加热到130℃，按照生物油、火山玻璃物质的质量比3:7再加入备用的火山玻璃，边搅拌边加入，随后再冷却至室温，再离子、洗涤、干燥，即可。
本实施例的凝胶材料为镁质凝胶材料。
本实施例的一种制备聚丙烯高填充粉煤灰板材的方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量各组分原料；
步骤二，将粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液、氟化石墨加入到搅拌机中，至原料充分混合，搅拌速度1150r/min，搅拌时间为50min，得到混合物a；
步骤三，将步骤二得到混合物a、生物油改性火山玻璃、凝胶材料、微晶纤维素、水，送入反应釜中，反应温度为80℃，搅拌转速为215r/min，搅拌30min，随后再送入模具中，进行压模，随后脱模，养护10h，即得本发明的聚丙烯高填充粉煤灰板材。
本实施例的压模条件压力为1.6mpa，压模20s。
对比例1：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是聚丙烯纤维未改性。
对比例2：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是聚丙烯纤维改性未采用冻融解冻处理。
对比例3：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是不添加生物油改性火山玻璃。
对比例4：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加微晶纤维素。
对比例5：
采用中国专利文献(公开号：cn105837948b)公开了一种利用废旧聚丙烯材料制备的汽车内部装饰板材中具体实施例2所述原料及方法制备的板材。
对比例6：
采用pp木粉板材料制备板材。
实施例1至3及对比例1-6制备的板材进行测试得到性能测试结果如下
从本发明实施例1-3及对比例1-6得出，本发明实施例1-3，甲醛释放量均为0，而对比例5，甲醛释放量为0.7mg/l，可知本发明绿色环保，无毒害，同时，本发明实施例3的变形强度、抗压强度，相对于对比例5，分别提高了73kg/m2，2.4mpa，可知本发明制备的板材不仅绿色环保，同时变形强度、抗压强度均优于现有文献。
聚丙烯纤维经过改性后表面能大大提高，sio2微球乳液具有交联网状结构，可使材料结构更稳固，因此本发明还进一步探究粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液物质的质量比对板材强度性能影响。
从实验例1-7中得出，本发明未添加粉煤灰时，变形强度为1542kg/m2，未添加预处理聚丙烯纤维，变形强度为1712kg/m2，未添加sio2微球乳液时，变形强度为2002kg/m2，此外，从实施例1-7中可知，粉煤灰、预处理聚丙烯纤维、sio2微球乳液之间比例对本发明板材强度有很大影响，本发明三者比例在5:3:2时，变形强度最佳。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。