本发明是关于建筑材料技术领域，特别是关于一种利用赤泥、废弃塑料、和宣纸废渣制备的复合板材及其制备方法。
背景技术：
赤泥是制铝工业提炼氧化铝时排放出的一种固体废渣，因其含有大量的氧化铁，常为红色，故被称为赤泥。按生产方法可分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥3种，每生产1t氧化铝将产生1.0～1.8t赤泥。我国作为世界第一大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达上亿吨。截至2018年底，我国累积堆存的赤泥就已经超过了13亿吨，占地超过12万亩。随着环境资源问题的突出，国内外学者对赤泥的资源化利用开展了大量的研究。其中，利用赤泥填充热塑性聚合物制备出的矿物复合板材被广泛用于建筑、装饰行业中，既消耗了赤泥又降低了成本。
赤泥作为填料填充在高分子聚合物中，在消耗赤泥的同时，可以有效改善高分子聚合物的性能。吕艳等通过对赤泥进行表面改性添加到pp基体中，使聚丙烯材料严重的滴落状况得到了很好的改善，阻燃性能明显提升。宇平等制备出聚氯乙烯/赤泥复合板材，经过湿法改性的赤泥可以有效提高pvc的力学性能和耐热性。liu等利用改性赤泥增强酚醛泡沫塑料，使其力学性能和热性能均有提高。此外，利用连续纤维、碳纤维等纤维材料作为增强体添加到赤泥复合板材中，可以有效的提高赤泥复合板材的力学性能。
目前以赤泥作为填料与聚合物复合制备的材料，赤泥需进行改性处理，未改性的赤泥与聚合物复合后的材料力学性能明显低于赤泥经过改性的复合材料。但赤泥改性需添加改性剂且增加制备程序，从而提高成本。
现有技术中有很多利用纤维增强的技术提高赤泥复合材料的力学性能，虽然能够有效的提高材料的力学性能，但是依旧存在很多缺陷，例如，原料及工艺较为复杂，热压温度较高，成本明显高于固废原料等。
宣纸作为我国古代四大发明之一，已有1000多年历史，产于安徽泾县，是国家地理标志产品，因其良好的润墨性和抗老化防腐蚀性有着“纸中之王”的美誉。宣纸的主要原料为青檀树皮纤维和沙田稻草纤维，两者长短搭配，有利于纤维间的相互交织。在宣纸的制浆过程中，伴随产生大量的固体废弃物，主要成分是残余的沙田稻草。针对废弃物的处理，大多采取堆积的方式，占用土地的同时影响周边环境，也成为限制宣纸产量的一大因素，但目前还没有对宣纸废渣应用的研究。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种利用赤泥、废弃塑料、和宣纸废渣制备的复合板材，该复合板材利用固体废弃物－赤泥以及利用生产宣纸过程产生的宣纸废渣，增加复合板材力学性能的同时，又减少了成本；符合绿色发展的理念，变废为宝。而且所需配比添加的固体废料多、力学性能优异，可以作为一种有效的利用赤泥和宣纸废渣固体废料的途径。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用赤泥、废弃塑料、和宣纸废渣制备的复合板材，包括原料组分：赤泥、废弃塑料、以及宣纸废渣，其中，所述赤泥、废弃塑料以及宣纸废渣的质量比为(3-5)：(5-7)：(1-7)。
在本发明的一实施方式中，所述赤泥、废弃塑料以及宣纸废渣的质量比为4：6：6。
制备本发明复合板材的上述原料组分中，由于废弃塑料在模压的过程中内部容易产生细小的孔洞或裂缝，这些可能会导致板材力学性能不好。当赤泥添加到废弃塑料中，赤泥作为刚性粒子可以填充至基体的孔洞裂缝中，使材料内部更加紧密，从而提高板材的刚性。当宣纸废渣添加到废弃塑料中，宣纸废渣中的矿物颗粒起到刚性粒子增强的作用，宣纸废渣中的纤维与基体结合，在受到外部应力的情况下，纤维通过断裂消除部分应力，从而提高材料力学性能。当赤泥和宣纸废渣同时加入废弃塑料中，是一种互相补充的方式，既存在刚性粒子增强，又有纤维增韧。但当含量过大时，填料出现团聚，使材料内部应力集中，反而降低材料力学性能。
在本发明的一实施方式中，所述赤泥和宣纸废渣的颗粒直径均不超过60目。
在本发明的一实施方式中，所述宣纸废渣为宣纸制浆过程中所产生的固体废弃物，所述赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废渣，所述废弃塑料选自聚乙烯、聚氯乙烯、和聚丙烯中的至少一种。
本发明还提供了一种复合板材的制备方法，包括以下步骤：原料准备：准备宣纸废渣、赤泥以及废弃塑料；初步混合：将所述宣纸废渣、赤泥以及废弃塑料进行手动混合；开炼共混：使开炼机提前加热，然后在所述开炼机中导入经过初步混合后的原料进行共混；以及模压成型：将经过开炼共混步骤后的原料添加至特定模具中，进一步将所述特定模具放入提前加热的平板硫化机中进行预热、初步加压、然后撤去压力，将被挤出的原料重新放入所述特定模具中，用所述平板硫化机再次加压、保温保压、撤去压力、冷却脱模，即得上述复合板材。
其中，所述初步混合的具体操作步骤为：将所述宣纸废渣、赤泥以及废弃塑料先在密封袋中，用手进行初步搅拌，使原料均匀混在一起。
所述开炼共混的具体操作步骤为：先使开炼机开机加热至指定温度，调整前后辊间距，启动主机开始转动，然后将原料倒在开炼机两辊之间；等待塑料受热粘在辊上随辊转动后，将掉下的赤泥和宣纸废渣重新加入，一同共混；期间可以用铲子等将左右端原料相互混合，使其混合均匀；开炼一段时间后，将原料从辊上铲下，关闭开炼机。
所述模压成型的具体操作步骤为：取一钢模和两个等大的钢板，以及聚酯膜两张，向模具喷涂脱模剂。按照从下往上，钢板-聚酯膜-模具-原料-聚酯膜-钢板的顺序将原料和模具放好，放在提前开机并加热到设定温度的平板硫化机上，预热一段时间，然后加压，将原料初步挤压后撤去压力，将四周被挤出的原料铲下，重新放进模具中间，再次模压。逐步将压力提升至一定压力后，保温保压，使其充分模压充满模具。后撤去压力，将模具取出脱模。
以上制备方法中的具体操作均是在较温和的条件下进行，只需要将填料充分分散到废弃塑料中即可达到增强效果，不需要严苛的条件。
在本发明的一实施方式中，所述开炼共混步骤中，所述开炼机提前加热所达到的温度为150-155℃，共混时间为10-15min。
在本发明的一实施方式中，所述开炼共混步骤中，所述初步混合后的原料是导入开炼机的两辊之间进行共混的，其中相邻两辊的间距为0.8-1.2mm。
在本发明的一实施方式中，所述模压成型步骤中，添加了原料后的特定模具结构从下往上依次包括钢板、聚酯膜、模具、原料、聚酯膜、和钢板。
在本发明的一实施方式中，所述模压成型步骤中，所述平板硫化机提前加热所达到的温度为150-160℃，所述预热时间为5-10分钟，预热的目的是为了使原料充分预热，否则会导致原料流动性差，样品中有气泡，力学性能降低。
在本发明的一实施方式中，所述模压成型步骤中，再次加压的操作过程是缓慢进行的，不能加压过快，否则会导致聚酯膜褶皱，且样品中有气泡，具体操作为：一次加压不超过5mpa，待压强稳定后继续加压，最终达到的稳定压强10mpa，所述保温保压的时间是5-10min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的复合板材中各原料由于增加赤泥含量，样品的刚性增强，增加宣纸废渣含量，样品的韧性和刚性都有一定增强；相比于赤泥和塑料复合材料，力学性能有了较大提升，韧性和弯曲模量都有所提升；而且使用的原料都是固体废弃物，为废物利用，绿色环保提供了新的方法。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的所制得的复合板材样片照片；
图2是根据本发明一实施方式的复合板材样品制备的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明通过以下实施例1-4对复合板材的原料组成及制备方法进行具体描述。
实施例1：
第一步：按照以下质量配比取原料：
山东魏桥赤泥：废pe：安徽宣纸废渣粉＝4：6：2，使用前赤泥和宣纸废渣使用振动磨研磨过60目筛后烘干使用。
第二步：实验先将赤泥、废pe、宣纸废渣按实验方案的比例混合作为原料，先在6号密封袋中，用手进行初步搅拌，使原料均匀混在一起。先使开炼机开机加热至指定温度，调整前后辊间距为大约1mm，启动主机开始转动，然后将原料倒在开炼机两辊之间。等待塑料受热粘在辊上随辊转动后，将掉下的赤泥和宣纸废渣重新加入，一同共混。期间可以用铲子等将左右端原料相互混合，使其混合均匀。开炼10-15分钟后，将原料从辊上铲下，关闭开炼机。
第三步：取一钢模和两个等大的钢板，以及聚酯膜两张，向模具喷涂脱模剂。按照从下往上，钢板-聚酯膜-模具-原料-聚酯膜-钢板的顺序将原料和模具放好，放在提前开机并加热到设定温度的平板硫化机上，预热5-10分钟。预热后开始加压，将原料初步挤压后撤去压力，将四周被挤出的原料铲下，重新放进模具中间，再次模压。逐步将压强提升到10mpa后，保温保压5-10分钟，使其充分模压充满模具。后撤去压力，将模具取出脱模。
脱模时，先拿掉钢板，待模具稍冷却后揭下聚酯膜，用铲子将多余的原料铲掉。待样品冷却成型后将其从模具中拆出，用小刀削去毛边，放入7号塑封袋中，写明编号和日期。
第四步：待样品完全冷却后以进行抗拉强度和抗弯曲强度的测试。测得抗拉强度为17.29mpa，抗弯强度为49.10mpa。经过吸水率测试，样品浸泡7天吸水率为0.8％。
实施例2：
第一步：按照以下质量配比取原料：
山东魏桥赤泥：废pe：安徽宣纸废渣粉＝4：6：3，使用前赤泥和宣纸废渣使用振动磨研磨过60目筛后烘干使用。
第二步：实验先将赤泥，废弃塑料，宣纸废渣按实验方案的比例混合作为原料，先在6号密封袋中，用手进行初步搅拌，使原料均匀混在一起。先使开炼机开机加热至指定温度，调整前后辊间距为大约1mm，启动主机开始转动，然后将原料倒在开炼机两辊之间。等待塑料受热粘在辊上随辊转动后，将掉下的赤泥和宣纸废渣重新加入，一同共混。期间可以用铲子等将左右端原料相互混合，使其混合均匀。开炼10-15分钟后，将原料从辊上铲下，关闭开炼机。
第三步：取一钢模和两个等大的钢板，以及聚酯膜两张，向模具喷涂脱模剂。按照从下往上，钢板-聚酯膜-模具-原料-聚酯膜-钢板的顺序将原料和模具放好，放在提前开机并加热到设定温度的平板硫化机上，预热5-10分钟。预热后开始加压，将原料初步挤压后撤去压力，将四周被挤出的原料铲下，重新放进模具中间，再次模压。逐步将压强提升到10mpa后，保温保压5-10分钟，使其充分模压充满模具。后撤去压力，将模具取出脱模。
脱模时，先拿掉钢板，待模具稍冷却后揭下聚酯膜，用铲子将多余的原料铲掉。待样品冷却成型后将其从模具中拆出，用小刀削去毛边，放入7号塑封袋中，写明编号和日期。
第四步：待样品完全冷却后以进行抗拉强度和抗弯曲强度的测试。测得抗拉强度为19.25mpa，抗弯强度为49.27mpa。经过吸水率测试，样品浸泡7天吸水率为1.1％。
实施例3：
第一步：按照以下质量配比取原料：
山东魏桥赤泥：废pe：安徽宣纸废渣粉:＝4：6：4，使用前赤泥和宣纸废渣使用振动磨研磨过60目筛后烘干使用。
第二步：实验先将赤泥，废弃塑料，宣纸废渣按实验方案的比例混合作为原料，先在6号密封袋中，用手进行初步搅拌，使原料均匀混在一起。先使开炼机开机加热至指定温度，调整前后辊间距为大约1mm，启动主机开始转动，然后将原料倒在开炼机两辊之间。等待塑料受热粘在辊上随辊转动后，将掉下的赤泥和宣纸废渣重新加入，一同共混。期间可以用铲子等将左右端原料相互混合，使其混合均匀。开炼10-15分钟后，将原料从辊上铲下，关闭开炼机。
第三步：取一钢模和两个等大的钢板，以及聚酯膜两张，向模具喷涂脱模剂。按照从下往上，钢板-聚酯膜-模具-原料-聚酯膜-钢板的顺序将原料和模具放好，放在提前开机并加热到设定温度的平板硫化机上，预热5-10分钟。预热后开始加压，将原料初步挤压后撤去压力，将四周被挤出的原料铲下，重新放进模具中间，再次模压。逐步将压强提升到10mpa后，保温保压5-10分钟，使其充分模压充满模具。后撤去压力，将模具取出脱模。
脱模时，先拿掉钢板，待模具稍冷却后揭下聚酯膜，用铲子将多余的原料铲掉。待样品冷却成型后将其从模具中拆出，用小刀削去毛边，放入7号塑封袋中，写明编号和日期。
第四步：待样品完全冷却后以进行抗拉强度和抗弯曲强度的测试。测得抗拉强度为15.59mpa，抗弯曲强度为49.35mpa。经过吸水率测试，样品浸泡7天吸水率为1.3％。
实施例4：
第一步：按照以下质量配比取原料：
山东魏桥赤泥：废pe：安徽宣纸废渣粉＝4：6：6，使用前赤泥和宣纸废渣使用振动磨研磨过60目筛后烘干使用。
第二步：实验先将赤泥，废弃塑料，宣纸废渣按实验方案的比例混合作为原料，先在6号密封袋中，用手进行初步搅拌，使原料均匀混在一起。先使开炼机开机加热至指定温度，调整前后辊间距为大约1mm，启动主机开始转动，然后将原料倒在开炼机两辊之间。等待塑料受热粘在辊上随辊转动后，将掉下的赤泥和宣纸废渣重新加入，一同共混。期间可以用铲子等将左右端原料相互混合，使其混合均匀。开炼10-15分钟后，将原料从辊上铲下，关闭开炼机。
第三步：取一钢模和两个等大的钢板，以及聚酯膜两张，向模具喷涂脱模剂。按照从下往上，钢板-聚酯膜-模具-原料-聚酯膜-钢板的顺序将原料和模具放好，放在提前开机并加热到设定温度的平板硫化机上，预热5-10分钟。预热后开始加压，将原料初步挤压后撤去压力，将四周被挤出的原料铲下，重新放进模具中间，再次模压。逐步将压强提升到10mpa后，保温保压5-10分钟，使其充分模压充满模具。后撤去压力，将模具取出脱模。
脱模时，先拿掉钢板，待模具稍冷却后揭下聚酯膜，用铲子将多余的原料铲掉。待样品冷却成型后将其从模具中拆出，用小刀削去毛边，放入7号塑封袋中，写明编号和日期。
第四步：待样品完全冷却后以进行抗拉强度和抗弯曲强度的测试。测得抗拉强度为15.89mpa，抗弯强度为71.81mpa。经过吸水率测试，样品浸泡7天吸水率为1.7％。
本发明进一步通过以下对比例对复合板材中各原料及比例的选取进行具体描述。
对比例1
不同配比的组分制备出的复合板材力学性能：
表1力学性能对比表
从表1可以看出，向废pe中加入赤泥或宣纸废渣都能提高板材的力学性能。在赤泥/废pe体系中，随着赤泥含量的增大，拉伸强度和弯曲强度均为先增大后减少，当赤泥含量为40％，废pe含量为60％时，板材整体力学性能最好，拉伸强度和弯曲强度均为最大。在宣纸废渣/废pe体系中，随着宣纸废渣含量的增大，拉伸强度先增大后减小，弯曲强度不断增大。在赤泥/废pe/宣纸废渣体系中，当宣纸废渣含量为60％时，弯曲强度达到最大，虽然拉伸强度降低，但此时价值较高的塑料用量进一步减少，且拉伸强度基本满足要求，能够更好地进行应用。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
1.一种利用赤泥、废弃塑料、和宣纸废渣制备的复合板材，其特征在于，包括原料组分：赤泥、废弃塑料、以及宣纸废渣，其中，所述赤泥、废弃塑料以及宣纸废渣的质量比为(3-5)：(5-7)：(1-7)。
2.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述赤泥、废弃塑料以及宣纸废渣的质量比为4：6：6。
3.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述赤泥和宣纸废渣的颗粒直径均不超过60目。
4.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述宣纸废渣为宣纸制浆过程中所产生的固体废弃物，所述赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废渣，所述废弃塑料选自聚乙烯、聚氯乙烯、和聚丙烯中的至少一种。
5.一种复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料准备：准备宣纸废渣、赤泥以及废弃塑料；
初步混合：将所述宣纸废渣、赤泥以及废弃塑料进行手动混合；
开炼共混：使开炼机提前加热，然后在所述开炼机中导入经过初步混合后的原料进行共混；
模压成型：将经过开炼共混步骤后的原料添加至特定模具中，进一步将所述特定模具放入提前加热的平板硫化机中进行预热、初步加压、然后撤去压力，将被挤出的原料重新放入所述特定模具中，用所述平板硫化机再次加压、保温保压、撤去压力、冷却脱模，即得权利要求1所述的复合板材。
6.如权利要求5所述的复合板材的制备方法，其特征在于，所述开炼共混步骤中，所述开炼机提前加热所达到的温度为150-155℃，共混时间为10-15min。
7.如权利要求5所述的复合板材的制备方法，其特征在于，所述开炼共混步骤中，所述初步混合后的原料是导入开炼机的两辊之间进行共混的，其中相邻两辊之间的间距为0.8-1.2mm。
8.如权利要求5所述的复合板材的制备方法，其特征在于，所述模压成型步骤中，添加了原料后的特定模具结构从下往上依次包括钢板、聚酯膜、模具、原料、聚酯膜、和钢板。
9.如权利要求5所述的复合板材的制备方法，其特征在于，所述模压成型步骤中，所述平板硫化机提前加热所达到的温度为150-160℃，所述预热时间为5-10分钟。
10.如权利要求5所述的复合板材的制备方法，其特征在于，所述模压成型步骤中，再次加压的具体操作为：一次加压不超过5mpa，待压强稳定后继续加压，最终达到的稳定压强10mpa，所述保温保压的时间是5-10min。
技术总结