本發(fā)明屬于建筑及裝飾材料領域，尤其涉及一種植物纖維增強無機輕質復合材料及其制備方法。
背景技術：
近年來，隨著高層建筑的迅速發(fā)展，為了滿足保溫防震的要求和減輕頂板梁柱的載荷，對于輕質多孔建筑復合材料的需求越來越高。現(xiàn)有技術中，輕質復合材料的制備通常是在膠凝材料中加入發(fā)泡劑或者將聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等與膠凝材料混合，但是這種技術生產的輕質材料強度不高，容易出現(xiàn)開裂、塌陷等問題，而且防火性能不高。尤其是越來越多火災事故的發(fā)生以及隨著人們對建筑物防火意識的不斷增強，以往的輕質泡沫復合材料已經受到人們的冷遇。而鎂系無機膠凝材料由于具有強度高、凝結速度較快、阻燃性能優(yōu)異等使制作的無機復合材料成為備受人們關注的新型建筑材料，但是由于技術水平參差不齊，產品質量很不穩(wěn)定，因此仍亟待需要改進。
中國專利申請201510469444中公開了一種通過纖維增強的復合材料的發(fā)明專利，其采用了植物纖維，但是該申請中基體材料選擇有機高分子聚合物，主要增強纖維為玻璃纖維和無機晶須，植物纖維以粉末形式添加主要為填充作用，可見該發(fā)明的復合材料實際為玻璃纖維和無機晶須增強的木塑復合材料，而且該申請中提到的有機高分子聚合物為石油提煉產品，會加劇世界能源的消耗。
中國專利申請201510429245中公開了一種鎂質硫鋁酸鹽水泥及其與纖維增強復合材料制備板材的方法，該專利申請以玻璃纖維、丙綸纖維或植物纖維增強鎂質硫鋁酸鹽水泥制備復合板材，雖然解決了鎂質硫鋁酸鹽水泥力學性能較差的不足，但是該復合板材的密度較大，保溫隔熱性能欠佳，很難滿足現(xiàn)代建筑保溫防震、環(huán)保節(jié)能的需求。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種綠色高強、高耐水、阻燃及保溫隔熱性能好的植物纖維增強無機輕質復合材料及其制備方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：
一種植物纖維增強無機輕質復合材料，主要由以下重量份的原料制備而成：
六水氯化鎂 100份；
七水硫酸鎂 44~61份；
輕燒氧化鎂 274~406份；
水 167~202份；
減水劑 5~9份；
增強劑 12~21份；
增強纖維 11~30份；
發(fā)泡劑 35~75份；
激發(fā)劑 6~12份；
穩(wěn)定劑 9~19份和調凝劑 1~2份。
上述的植物纖維增強無機輕質復合材料，優(yōu)選的，所述減水劑為聚羧酸鹽高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、磺化三聚氰胺減水劑中的一種或幾種；減水劑分子能定向吸附于無機膠料顆粒表面，使膠料顆粒表面帶有同一種電荷，形成靜電排斥作用，增加膠料顆粒的分散性，另外可以減少無機膠料的單位用水量，增加膠料黏稠程度。
所述穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、聚丙烯酰胺、羥甲基纖維素或羥甲基纖維素鹽的一種或幾種。穩(wěn)定劑的選擇一方面可以降低溶液表面張力，另一方面增加溶液粘度，起到增稠和防止無機膠料下沉的作用，從而滿足氣泡較長時間的穩(wěn)定存在，并不破滅或逸出飛散。
上述的植物纖維增強無機輕質復合材料，優(yōu)選的，所述發(fā)泡劑選自雙氧水或鋁粉中的一種；雙氧水在堿性介質中發(fā)生歧化反應生成氧氣，氣泡在無機膠料硬化的同時充滿內部形成多孔發(fā)泡材料，在無機膠料中容易均勻分散，發(fā)氣速率可控，且不生成有害物質；鋁粉與無機膠料中的堿性物質反應，在膠料內部生成氫氣泡，保證材料能夠生成多孔發(fā)泡材料。
所述激發(fā)劑為二氧化錳粉末或0.1mol/L氫氧化鈉溶液中的一種；摻加激發(fā)劑的主要作用是激發(fā)發(fā)泡劑的化學反應，加快其釋放氣體的速率。選擇二氧化錳作為雙氧水發(fā)泡劑的激發(fā)劑，可以保證其不會與無機膠料中的成分反應。選擇0.1mol/L氫氧化鈉溶液可以加快鋁粉與膠料中的水和堿性物質反應，但是如果濃度過高會使發(fā)泡過于劇烈，造成氣泡尺寸過大導致部分氣泡發(fā)生破裂而影響發(fā)泡無機膠料的性能；如果濃度過低會使氣體生成速率減慢，氣泡無法到達表層，造成發(fā)泡不均勻，泡孔尺寸小。
上述的植物纖維增強無機輕質復合材料，優(yōu)選的，所述增強纖維為木材纖維、竹材纖維、農作物秸稈纖維中的一種或幾種；增強纖維可改善發(fā)泡無機膠料的泡孔結構，增強無機膠料基體的握裹力，有效的控制發(fā)泡無機膠料塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂，防止及抑制裂縫的形成和發(fā)展，同時可提高其抗折、抗壓強度及彎曲韌性。
所述增強劑為硫鋁酸鹽、硅酸鹽、EVA乳液、硅丙乳液中的一種或幾種；
上述的植物纖維增強無機輕質復合材料，優(yōu)選的，所述調凝劑為碳酸鋰、三乙醇胺、甲酸鈣中的一種或幾種。
上述的植物纖維增強無機輕質復合材料，優(yōu)選的，所述六水氯化鎂中氯化鎂的質量分數(shù)為44%~46%；
所述輕燒氧化鎂中氧化鎂的質量分數(shù)為75%~95%，反應活性≥60%；進一步優(yōu)選的，所述輕燒氧化鎂中氧化鎂的質量分數(shù)為85%。
作為一個總的發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種上述的植物纖維增強無機輕質復合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將100重量份的六水氯化鎂、44~61重量份的七水硫酸鎂和167~202重量份的水混合，并恒速攪拌均勻得到鹽溶液；
（2）向步驟（1）所得的鹽溶液中加入274~406重量份的輕燒氧化鎂、5~9重量份的減水劑、12~21重量份的增強劑，恒速攪拌，得到無機膠料；
（3）將11~30重量份的增強纖維加入到步驟（2）得到的無機膠料中恒速攪拌，再緩慢滴加（3~5min之內滴完）1~2重量份的調凝劑、9~19重量份的穩(wěn)定劑和6~12重量份的激發(fā)劑，最后迅速（3~5s內加完）加入35~75重量份的發(fā)泡劑，高速攪拌得到發(fā)泡的無機膠料；
其中，調凝劑的滴加速度在內緩慢
（4）將步驟（3）所得發(fā)泡的無機膠料倒入模具，放在養(yǎng)護箱中進行靜停發(fā)泡，最后脫模養(yǎng)護，即得到所述植物纖維增強無機輕質復合材料。
上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（1）中，恒速攪拌的時間為10~20分鐘，攪拌速率為250r/min~350r/min。
上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（2）和（3）中，恒速攪拌的時間為5~10min，攪拌速率為250r/min~350r/min；所述步驟（3）中，高速攪拌速率為400r/min~550r/min，攪拌的時間為10s。
上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（4）中，養(yǎng)護箱中的溫度為25℃，濕度大于95%；鎖模時間為24h，養(yǎng)護時間為3~7天。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
（1）本發(fā)明的輕質復合材料采用的是大自然取之不盡用之不竭的植物纖維增強，不僅僅綠色環(huán)保、質量輕還有利于降低成本，同時還能夠利用植物纖維與發(fā)泡無機膠料的糾纏結合能力增強復合材料的強度，還能防止發(fā)泡無機膠料的收縮、塌陷、開裂等缺陷。
（2）本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料具有極佳的耐火性，使用原料中氧化鎂具有很高的耐火度（熔點2270℃），而且氯化鎂在高溫下分解釋放氯氣，不僅可以使復合材料具有防火A級的要求，還具有普通復合材料不具備的致熄性，可使火焰在早期熄滅。
（3）本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料所用無機膠料最顯著的特點就是凝結速度快、強度高，因此，發(fā)泡的復合材料依然具有較高的抗壓和抗彎曲強度，此外這種多孔的復合材料密度可根據使用需求在200kg/m3~1200 kg/m3范圍內變化，相比于普通無機復合材料，密度顯著降低，可廣泛應用于隔墻、防火門、吊頂、裝飾、家具等領域。
（4）本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料不含有甲醛或其它有機揮發(fā)物的釋放，不會對人與動物的身體健康造成影響，同時該材料還具有防老化、防霉變、防白蟻、防潮、不變形、隔聲隔熱、保溫性能好等優(yōu)點。
（5）相比于傳統(tǒng)輕質復合材料的制備方法，本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料采用化學發(fā)泡的方法直接在膠料中發(fā)泡，省去了發(fā)泡機發(fā)泡后再與膠料混合的過程，簡化了制備工藝，而且便于對發(fā)泡速率和輕質復合材料泡孔尺寸進行調控。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結合較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體實施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
實施例1：
一種本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料，主要由以下原料制備而成：
六水氯化鎂（氯化鎂質量分數(shù)為46%） 100份；
七水硫酸鎂 44份；
輕燒氧化鎂（氧化鎂的質量分數(shù)為75%，反應活性為60%） 406份；
水 202份；
聚羧酸鹽高效減水劑 5份；
增強劑（52.5R白色硅酸鹽、EVA乳液、硅丙乳液的混合物） 12份；
木材纖維、竹材纖維和農作物秸稈纖維的混合纖維 30份；
發(fā)泡劑雙氧水 75份；
激發(fā)劑二氧化錳粉末 12份；
穩(wěn)定劑硬脂酸鈣 19份；
調凝劑（三乙醇胺、碳酸鋰的混合物） 1份。
本實施例的植物纖維增強無機輕質復合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將100份的六水氯化鎂、44份的七水硫酸鎂和202份的水置于容器中，恒速攪拌（攪拌速率為350r/min）20min，配成鹽溶液；
（2）向所得鹽溶液中加入406份的輕燒氧化鎂、5份的聚羧酸鹽高效減水劑和12份硅酸鹽、EVA乳液、硅丙乳液的混合物，恒速攪拌（攪拌速率為350r/min ）10分鐘，得到無機膠料；
（3）將30份木材纖維、竹材纖維和農作物秸稈纖維的混合纖維加入到無機膠料中充分攪拌10min，再緩慢（在3min內加完）加入1份的三乙醇胺、碳酸鋰的混合物、19份的硬脂酸鈣和12份的二氧化錳粉末；最后在3s內迅速加入75份的雙氧水，高速攪拌（攪拌速率為550r/min ）10s后得到發(fā)泡的無機膠料；
（4）將所得的發(fā)泡的無機膠料倒入模具中，放在溫度為25℃，濕度大于95%的養(yǎng)護箱中進行靜停發(fā)泡，24h后脫模再養(yǎng)護7天，即得到植物纖維增強無機輕質復合材料。
將本實施例制備得到的植物纖維增強無機輕質復合材料按照GBT 11971-1997《加氣混凝土力學性能試驗方法》和GBT 5486-2008 《無機硬質絕熱制品試驗方法》檢測，表觀密度為385 kg/m3，壓縮強度為4.6MPa，抗折強度為17.4MPa，導熱系數(shù)為0.0552W/(m.k)，浸水24h軟化系數(shù)為0.94，阻燃性能達防火等級A2級。
實施例2：
一種本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料，主要由以下原料制備而成：
六水氯化鎂 （氯化鎂質量分數(shù)為45%） 100份；
七水硫酸鎂 53份；
輕燒氧化鎂 （氧化鎂的質量分數(shù)為85%，反應活性為65%） 335份；
水 185份；
減水劑（氨基磺酸鹽高效減水劑、磺化三聚氰胺減水劑的混合物） 7份；
增強劑（82.5R高強快硬白色硫鋁酸鹽、42.5R普通硅酸鹽、硅丙乳液的混合物） 16份；
竹材纖維和農作物秸稈纖維的混合纖維 21份；
發(fā)泡劑鋁粉 55份；
激發(fā)劑0.1mol/L氫氧化鈉溶液 9份；
穩(wěn)定劑（聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素的混合物） 14份；
調凝劑（碳酸鋰、甲酸鈣的混合物） 1.5份。
本實施例的植物纖維增強無機輕質復合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將100份的六水氯化鎂、53份的七水硫酸鎂和185份的水置于容器中，恒速攪拌（攪拌速率為300r/min）15min，配成鹽溶液；
（2）向所得鹽溶液中加入335份的輕燒氧化鎂、7份的減水劑（氨基磺酸鹽高效減水劑、磺化三聚氰胺減水劑的混合物）和16份增強劑（硫鋁酸鹽、硅酸鹽、硅丙乳液的混合物），恒速攪拌（攪拌速率為300r/min ）8分鐘，得到無機膠料；
（3）將21份竹材纖維和農作物秸稈纖維的混合纖維加入到無機膠料中充分攪拌8min，再緩慢（4min內加完）加入1.5份的調凝劑（碳酸鋰、甲酸鈣的混合物）、14份的穩(wěn)定劑（聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素的混合物）和9份的0.1mol/L氫氧化鈉溶液；最后在4s內迅速加完55份發(fā)泡鋁粉，高速攪拌（攪拌速率為480r/min ）10s后得到發(fā)泡的無機膠料；
（4）將所得的發(fā)泡的無機膠料倒入模具中，放在溫度為25℃，濕度大于95%的養(yǎng)護箱中進行靜停發(fā)泡，24h后脫模再養(yǎng)護5天，即得到植物纖維增強無機輕質復合材料。
本實施例制備得到的植物纖維增強無機輕質復合材料按照GBT 11971-1997《加氣混凝土力學性能試驗方法》和GBT 5486-2008 《無機硬質絕熱制品試驗方法》檢測，表觀密度為415kg/m3，壓縮強度為4.1MPa，抗折強度為16.8MPa，導熱系數(shù)為0.0814W/(m.k)，浸水24h軟化系數(shù)為0.85，阻燃性能達防火等級A2級。
實施例3：
一種本發(fā)明的植物纖維增強無機輕質復合材料，主要由以下原料制備而成：
六水氯化鎂（氯化鎂質量分數(shù)為44%） 100份；
七水硫酸鎂 61份；
輕燒氧化鎂（氧化鎂的質量分數(shù)為95%，反應活性為68%） 274份；
水 167份；
減水劑（聚羧酸鹽高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、磺化三聚氰胺減水劑的混合物） 7份；
增強劑（52.5R快硬普通硫鋁酸鹽） 16份；
木材纖維 11份；
發(fā)泡劑（雙氧水） 35份；
激發(fā)劑（二氧化錳粉末） 6份；
穩(wěn)定劑（硬脂酸鈣、聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素的混合物） 9份；
調凝劑（三乙醇胺） 1.5份。
本實施例的植物纖維增強無機輕質復合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將100份的六水氯化鎂、61份的七水硫酸鎂和167份的水置于容器中，恒速攪拌（攪拌速率為250r/min）10min，配成鹽溶液；
（2）向所得鹽溶液中加入份274份的輕燒氧化鎂、7份的減水劑（聚羧酸鹽高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、磺化三聚氰胺減水劑的混合物）和16份增強劑（硫鋁酸鹽），恒速攪拌（攪拌速率為250r/min ）5分鐘，得到無機膠料；
（3）將11份木材纖維加入到無機膠料中充分攪拌5min，再緩慢加入（5min內加完）1.5份的調凝劑（三乙醇胺）、9份的穩(wěn)定劑（硬脂酸鈣、聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素的混合物）和6份的二氧化錳粉末；最后在5s內迅速加入35份的雙氧水，高速攪拌（攪拌速率為400r/min ）10s后得到發(fā)泡的無機膠料；
（4）將所得的發(fā)泡的無機膠料倒入模具中，放在溫度為25℃，濕度大于95%的養(yǎng)護箱中進行靜停發(fā)泡，24h后脫模再養(yǎng)護3天，即得到植物纖維增強無機輕質復合材料。
本實施例制備得到的植物纖維增強無機輕質復合材料按照GBT 11971-1997《加氣混凝土力學性能試驗方法》和GBT 5486-2008 《無機硬質絕熱制品試驗方法》檢測，表觀密度為503kg/m3，壓縮強度為5.2MPa，抗折強度為19.6MPa，導熱系數(shù)為0.1107W/(m.k)，浸水24h軟化系數(shù)為0.91，阻燃性能達防火等級A2級。