一种生物质碳纤维增强石膏板的制备方法
技术领域
本发明涉及生物质碳纤维材料技术领域，尤其涉及一种生物质碳纤维增强石膏板的制备方法。
背景技术
石膏板具有重量轻、强度较高、加工方便、隔音绝热和防火等优良性能，广泛应用于多种建筑物(办公区、住宅区、工业厂房区、商店、旅店等)的内隔墙板、地面基层板、天花板、吸音板及各类装饰板等。目前常用的石膏板增强纤维是合成纤维，如玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等，但这些合成纤维存在造价高和污染环境的问题。
查阅文献，以玻璃纤维增强石膏板时，玻璃纤维经过偶联剂和苯丙乳液的共同处理后，石膏与玻璃纤维之间的界面得到改善，使玻纤增强石膏板的整体强度和耐水性能都得到了明显的提升；以碳纤维增强石膏板时，当碳纤维长度为15mm，掺加量为1.5％时，增强效果
最好；硫酸钙晶须的添加能提高石膏板的断裂强度，当硫酸钙晶须用量为1％时，复合板材的断裂强度达到7.04MPa，比空白样提高了20％。
随着环保意识的增强，人们逐渐认识到生物质材料的重要性，石膏基复合材料的增强纤维也由合成纤维向可再生的生物质纤维过渡，具有更好的环境和经济效益。生物质纤维种类较多，木屑、木纤维、麦秸、棉花秸秆、纤维素纸浆纤维等都被尝试用来增强石膏。但至今生物质碳纤维和生物质纤维复合增强石膏板的方法鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质碳纤维增强石膏板的制备方法，解决背景技术中所提到的技术问题。
一种生物质碳纤维增强石膏板的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：首先将缓凝剂溶液加入水中，在搅拌机中混合均匀，再加入石膏粉，搅拌成均匀的浆料，之后加入生物质碳纤维和生物质纤维，继续搅拌2-3min使之混合均匀得到混合浆料；
步骤2：把混合浆料放入木框里形成平整板坯，放入压板机中，用厚度规控制厚度，然后在室温下保压放置12h，石膏充分水化，将板材送入烘干箱干燥24h，干燥温度为35℃，之后板材在室温下保养7天。
所述步骤1中石膏粉、生物质碳纤维、生物质纤维、水的质量比为1：0.05：0.05:0.5。
所述步骤1中缓凝剂溶液为葡萄糖和水质量比为1:1000配置葡萄糖水溶液。
所述缓凝剂溶液的溶液质量浓度为0.1％，添加质量占石膏粉质量的0.05％。
所述步骤1中加入生物质碳纤维和生物质纤维时同时加入发泡剂，发泡剂占石膏粉质量的0.10％，发泡剂由20％十二烷基硫酸钠和80％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成。
所述步骤1中，生物质碳纤维为甘蔗基碳纤维，甘蔗基碳纤维的制备过程为：
将选取的甘蔗渣放入装有质量分数为5％的次氯酸钠溶液的烧杯中，浸泡12h，然后反复过滤至滤液PH中性，将过滤后的甘蔗渣放入烘干箱，在80℃下干燥10h；
将干燥后的甘蔗渣与尿素和去离子水体积比为1:1的尿素水溶液接触，浸泡1h，将浸泡后的甘蔗渣取出，放入烘干箱，在80。C下干燥10h，重复2-3次；
将得到的上浆甘蔗渣放入真空管式炉中，密封后，缓缓通入氮气，当排尽空气后，将真空管式炉的温度以5℃/min的速度升至400℃，保持400℃碳化40min；
将真空管式炉的温度以5℃/min升至1200℃，保持1200℃石墨化20min；
将得到的碳纤维放入45wt％硝酸水溶液中，浸泡30min，取出后放入去离子水中漂洗2次，将氧化后的碳纤维放入烘干箱中，在80℃下干燥10h，得到甘蔗渣基碳纤维。
所述步骤1中生物质纤维为甘蔗渣纤维，甘蔗渣纤维的提取过程为：
取风干后的甘蔗渣于烧杯中，用清水清洗至滤液无黄褐色，过滤风干至含水率为75％-95％范围内，加入浓度为0.12g/ml稀硝酸溶液20ml在磁力搅拌器反应3h，反应温度保持80℃；
将理后的甘蔗渣移至300-600目浆袋中进行浸泡洗涤，至洗涤液pH值为6.0-7.0范围内，洗净后的甘蔗渣分散成小块后放置于托盘内进行风干处理至含水率为75％-95％范围内；
将干燥后的甘蔗渣移至烧杯内加入质量分数为2.5％的NaOH和0.8g无水亚硫酸钠的混合溶液，磁力搅拌反应3h，反应温度保持80℃。
然后进行抽滤，所得滤渣用蒸馏水反复浸泡、洗涤至洗涤液pH为7.0-8.0范围内，再次抽滤，将所得滤渣移至托盘在烘箱中90℃烘干处理5h，所得产物即为目标产物甘蔗渣纤维素。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明通过甘蔗渣为原料制备了生物质碳纤维，用来增强石膏板，提高了石膏板的弹性模量和最大载荷；与其他纤维增强石膏板相比，具有更低的成本，生物质碳纤维/生物质纤维增强石膏板具有较大的弹性模量和最大载荷，在节能环保的建筑行业具有广泛的应用前景，甘蔗基碳纤维的制备工艺简单、生物相容性好、界面结合性能好，可广泛用于树脂基复合材料。生物质纤维的提取过程较高蔗渣纤维素得率和增大预处理后纤维的比表面积的作用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
(1)按照葡萄糖和水质量比为1:1000配置葡萄糖水溶液(缓凝剂溶液)。
(2)按比例称量石膏粉、生物质碳纤维、生物质纤维(甘蔗渣)、水，质量比为1：0.05：0.05:0.5，上述步骤(1)中缓凝剂溶液(溶液质量浓度为0.1％)添加质量占石膏粉质量的0.05％，发泡剂占石膏粉质量的0.10％。首先将缓凝剂溶液加入水中，在搅拌机中混合均匀；再加入石膏粉，搅拌成均匀的浆料；之后加入生物质碳纤维和生物质纤维，继续搅拌2-3min使之混合均匀。
(3)将上述步骤(2)中的生物质碳纤维/生物质纤维/石膏混合浆料铺装在木框里形成平整板坯，放入压板机中，用厚度规控制厚度，在板压力为0.25MPa下加压20min，然后在室温下保压放置12h，使石膏充分水化。再将板材送入烘干箱干燥24h，干燥温度为35℃，之后板材在室温下保养7天。
本发明专利以甘蔗渣为原料制备了生物质碳纤维，用来增强石膏板，提高了石膏板的弹性模量和最大载荷；与其他纤维增强石膏板相比，具有更低的成本。配置葡萄糖水溶液(缓凝剂溶液)。首先将缓凝剂溶液加入水中，在搅拌机中混合均匀；再加入石膏粉，搅拌成均匀的浆料；之后加入生物质碳纤维和生物质纤维，继续搅拌使之混合均匀。将生物质碳纤维/生物质纤维/石膏混合浆料铺装在木框里形成平整板坯，放入压板机中，用厚度规控制厚度，加压后在室温下保压放置，使石膏充分水化。再将板材送入烘干箱干燥，之后板材在室温下保养。本发明制备的生物质碳纤维/生物质纤维增强石膏板具有较大的弹性模量和最大载荷，在节能环保的建筑行业具有广泛的应用前景。
甘蔗渣基碳纤维的制备方法：
将选取的甘蔗渣放入装有质量分数为5％的次氯酸钠溶液的烧杯中，浸泡12h，然后反复过滤至滤液PH接近中性，将过滤后的甘蔗渣放入烘干箱，在80℃下干燥10h。
(2)尿素和去离子水体积比为1:1的尿素水溶液，将步骤(1)中干燥后的甘蔗渣与尿素水溶液接触，浸泡1h，将浸泡后的甘蔗渣取出，放入烘干箱，在80。C下干燥10h。如此重复2-3次。
(3)将步骤(2)中得到的上浆甘蔗渣放入真空管式炉中，密封后，缓缓通入氮气，当排尽空气后，将真空管式炉的温度以5℃/min的速度升至400℃，保持400℃碳化40min。
(4)完成步骤(3)后，将真空管式炉的温度以5℃/min升至1200℃，保持1200℃石墨化20min。
(5)将步骤(4)中得到的碳纤维放入45wt％硝酸水溶液中，浸泡30min，取出后放入去离子水中漂洗2次，将氧化后的碳纤维放入烘干箱中，在80℃下干燥10h，即制备了具有较好表面生物相容性、界面结合性的甘蔗渣基碳纤维。
甘蔗渣纤维素的提取方法
(1)取5g风干后的甘蔗渣于烧杯中，根据需要提取的量进行增加相应的其他物质的量，用清水清洗至滤液无黄褐色，过滤风干至含水率为75％-95％范围内，加入浓度为0.12g/ml稀硝酸溶液20ml在磁力搅拌器反应3h，反应温度保持80℃。
(2)将上述(1)进行酸处理后的甘蔗渣移至300-600目浆袋中进行充分的浸泡洗涤，至洗涤液pH值为6.0-7.0范围内，洗净后的甘蔗渣分散成小块后放置于托盘内进行风干处理至含水率为75％～95％范围内。
(3)将上述步骤(2)干燥后的甘蔗渣移至烧杯内加入质量分数为2.5％的NaOH和0.8g无水亚硫酸钠的混合溶液，磁力搅拌反应3h，反应温度保持80℃。
(4)将上述(3)进行抽滤，所得滤渣用蒸馏水反复浸泡、洗涤至洗涤液pH为7.0-8.0范围内，再次抽滤，将所得滤渣移至托盘在烘箱中90℃烘干处理5h，所得产物即为目标产物甘蔗渣纤维素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
