CN104313381A - 中空球泡沫铝材料及其制备方法和制备中使用的填充球体 - Google Patents

Abstract

中空球泡沫铝材料及其制备方法和制备中使用的填充球体，该材料包括若干个相互连接、又具有独立型气泡的中空球，中空球与中空球之间具有贯通孔洞，呈开孔和闭孔型混合结构；其制备方法是先制成核壳结构的填充球体，该填充球体是以10％～15％木质炭为芯核，以30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉为包覆层；将该球体置于模具中使其密实化，之后进行渗流铝液操作，填充球体与铝液的重量比为1:3～1:4；用真空泵在模具底侧部位抽气，使铝液渗入到空心的填充球体间隙中，冷却后去除模具，用水清洗，即制得中空球泡沫铝材料。本发明有效克服了现有技术中清洗困难、加热时间长等缺陷，大幅度降低了能耗，有效提高了抗压性能和吸音效果。

Description

中空球泡沫铝材料及其制备方法和制备中使用的填充球体

技术领域

本发明涉及一种泡沫铝材料，特别涉及一种中空球泡沫铝材料及其制备方法和制备中使用的填充球体，属于新型功能材料制备技术领域。

背景技术

泡沫铝材料是一种新型功能材料，其发明已有四十多年的历史。直至今日，国内外已相继研制出多种生产泡沫铝的方法，但基本上可分为两种类型，一种是气泡独立存在，称之为独立气泡型，也称闭孔型；另一种是气泡呈连续状态，称之为连续气泡型，也称开孔型。

闭孔型泡沫铝材料所采用的生产工艺是使氢化物在高温铝液中发泡，其降噪和过滤性能几乎为零。虽具有一定的阻音效果，但其抗震减震及抗冲击性能很差；原因一方面铸造体内泡与泡之间相互贯通的孔较少，再就是在生产过程中，氢化物难以搅拌均匀，造成所发出的泡体大中小极不均匀，泡体与泡体之间的联结壁会产生球壁薄厚极不均匀的现象，甚至会在薄壁之处出现自然断裂现象。

开孔型泡沫铝材料通透性明显，有较好的降噪过滤性能，并能起到较好的阻音效果。其生成工艺采用微渗流法，从目前的情况来看，大部分生产开孔型泡沫铝材料的厂家部是用工业盐颗粒作填充料，工业盐不仅腐蚀性很大，而且自身存在水分大，因此不仅预热时间长，而且在预热时容易板结，会出现盐的粉状物，此方法所制备的泡沫铝材料质量寿命会缩短，而且材料硬度差，抗折弯性能也差；另一方面使用具有严重腐蚀性材料作填充料对环境会造成污染，不符合环保要求。

为了解决上述存在的问题，中国专利文献(CN100503858C)公开了一种泡沫铝材料，其具有独立型气泡，又具有连续型气泡，同时该材料吸音效果较好，不存在腐蚀性所带来的困扰；其制备方法采用微渗流法，以高岭土、白碳黑和膨胀土为填充料，并将其制备成实心球体，在预热及加压的状态下将铝液渗透到球体之间。由于填充料绝大部分是高岭土(高达80-92％)，此材料无膨胀性，更无分散性，又是实心球体，该实心球体与铝液的重量比差距大，因此需要较长时间的预热，而且难以清洗，这无形之中加大了能源的消耗，从而大大增加了生成成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种中空球泡沫铝材料及其制备方法，使其具备着开孔型与闭孔型于一身的优势，同时克服现有工艺中存在的预热时间长、耗能耗水多、清洗困难等技术缺陷，使其有效的节约能源，降低生产成本，提高产品质量。

本发明的另一目的是提供一种用于制备中空球泡沫铝材料的填充球体及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种中空球泡沫铝材料，其特征在于:所述的中空球泡沫铝材料包括若干个相互连接、又具有独立型气泡的中空球，中空球与中空球之间具有贯通孔洞；中空球的直径为5mm～10.5mm,并用如下方法制备而得：

1)按重量计，以10％～15％木质炭为芯核，再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合后，与木质炭芯核一起放入造粒机中，并在造粒机中加水，制成具有核壳结构的填充球体，将该填充球体自然风干或低温干燥；

2)将干燥后的填充球体放入模具中，使其密实化，然后将模具与填充球体共同预热，当预热温度达到300～350℃时，木质炭芯核蒸发，形成空心的填充球体；继续预热到600～650℃，恒温一段时间后，进行渗流铝液操作，使铝液覆盖空心的填充球体表面，并采用真空泵在模具的底侧部位抽气，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到填充球体的间隙中；填充球体与铝液的重量比为1:3～1:4；

3)待冷却后，去除模具，用水将空心的填充球体全部清洗干净，即制得中空球泡沫铝材料。

上述技术方案中，每个中空球与相互连接的中空球之间具有6个贯通孔洞；所述孔洞的平均直径为0.5mm～4.5mm。

本发明提供的一种中空球泡沫铝材料的制备方法，其特征在于，采用微渗流法，该方法包括如下步骤：

1)按重量计，以10％～15％木质炭为芯核，再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合后，与木质炭芯核一起放入造粒机中，并在造粒机中加水，制成具有核壳结构的填充球体，将该填充球体自然风干或低温干燥；

2)将干燥后的填充球体放入模具中，并使其密实化，然后将模具与填充球体共同预热，当预热温度达到300～350℃时，木质炭芯核蒸发，形成空心的填充球体；继续预热到600～650℃，恒温一段时间后，进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比为1:3～1:4，使铝液覆盖空心的填充球体表面，并采用真空泵在模具的底侧部位抽气，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到空心的填充球体的间隙中；

3)待冷却后，去除模具，用水将空心的填充球体全部清洗干净，即制得中空球泡沫铝材料。

本发明的上述制备方法中，步骤1)中所述具有核壳结构的填充球体的木质炭芯核的平均直径至少为3mm；填充球体的壳厚为2～2.5mm；该填充球体的木质炭芯核的平均直径优选为3mm～8mm；更优选为3mm～5.5mm。

本发明提供的一种用于制备中空球泡沫铝材料的填充球体，其特征在于：所述填充球体包括木质炭核和包覆层，所述包覆层由海泡石、纳基膨润土和蛭石粉的混合物形成，其中，基于所述填充球体的总重量，海泡石的含量是30％～45％，纳基膨润土的含量是35％～40％，蛭石粉的含量是10％～15％，木质炭的含量是10％～15％；所述木质炭核的平均直径至少为3mm，包覆层的厚度为2mm～2.5mm。

本发明提供的一种用于制备中空球泡沫铝材料的填充球体的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)按重量计，先将10％～15％木质炭和水放入造粒机中，制成直径为3mm～8mm的木质炭小球；

2)再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合，将混合物与水加入造粒机中，使混合物包覆在木质炭小球的外表面，形成具有核壳结构、且直径均匀的填充球体，包覆层的厚度为2mm～2.5mm。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①中空球泡沫铝材料具备着开孔型与闭孔型于一身的优势，泡体均匀，通过调节填充球体之间的间隙以及它们的直径大小，既可成形成独立气泡，又能形成连续型气泡，泡体壁薄厚一致，有效提高了抗压性能和吸音效果，可作为降噪及过滤性材料；②本发明采用海泡石、纳基膨润、烧制后的蛭石粉体以及木质炭作为填充料，其中，海泡石无毒、抗高温、吸附性和润滑性能较强；纳基膨润土膨胀性、粘结性较好，并具有较好的催化性和分散性能；烧制后的蛭石粉体轻，高温下不与任何矿物质相结合；木质炭不仅质轻，而且可在预热过程中蒸发，形成空心的填充球体，与实心的填充球体相比，不仅大大缩短了预热时间，而且无需使用热水和分散剂进行清洗，就可以很容易的将填充料清洗出来，缩短了清洗时间，节水省电，从而大大减少了能源消耗，有效降低生产成本，提高了产品质量。③填充球体质轻、尺寸均匀，制备的中空球泡沫铝材料不仅价格低，而且无污染成分。④渗流过程中，无需使用气体上压法，采用真空泵在模具的底侧部位抽气，一来可使填充球体之间更好的接触，使其进一步密实化；二来不会对空心的填充球体的壁面造成损坏，在无阻力的状态下使铝液迅速渗入到填充球体的间隙中，泡体壁薄厚一致。

附图说明

图1为本发明提供的中空球泡沫铝材料的立体结构示意图。

图2为填充球体的结构及经预热后形成空心的填充球体的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做详细的说明。

如图1所示，本发明提供的中空球泡沫铝材料包括若干个相互连接、又具有独立型气泡的中空球1，中空球与中空球之间具有贯通孔洞2；该材料可用如下方法制备而得：

1)按重量计，以10％～15％木质炭为芯核，再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合后，与木质炭芯核一起放入造粒机中，并在造粒机中加水，制成具有核壳结构的填充球体，将该填充球体自然风干或低温干燥；

2)将干燥后的填充球体放入模具中，并使其密实化，然后将模具与填充球体共同预热，当预热温度达到300-350℃时，木质炭芯核开始蒸发，形成空心的填充球体(如图2所示)；继续预热，当接近铝液温度时(一般为600-650℃)，恒温一段时间25～40分钟后，进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比控制在1:3～1:4的范围，采用多孔真空泵在模具的底部和侧部同时抽气，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到空心的填充球体的间隙中，并覆盖空心的填充球体表面。待冷却后，去除模具，直接用清水将空心的填充球体全部清洗干净，即可制得包括若干个相互连接、又具有独立型气泡的中空球泡沫铝材料，中空球1与中空球之间具有贯通孔洞2。

本工艺中，不采用气体上压法，而是采用真空泵在模具的底侧部位抽气，这样可使填充球体之间更好的接触，使其进一步密实化，同时避免对空心的填充球体的壁面造成损坏，从而可以保证泡体壁薄厚一致。所用铝液可采用97％的工业铝，也可在所述铝液中加入3％-10％的金属镁以增加硬度。

本发明中使用的模具可根据用户的不同需求和产品的功能，使用不同类型的模具，如长方形，矩形或圆柱形等

在制备过程中，因铝液是在填充球体相互之间的缝隙中渗流的，在相互之间的接触点处，由于铝液无法透过，因此每个中空球与相互连接的中空球之间会形成相互连通的空洞2，(孔洞的个数可以通过调节填充球体的密实程度和球体的大小进行控制，)通常具有6个贯通孔洞，孔洞的平均直径应一般为0.5mm～4.5mm；这样的材料即可作为降噪及过滤性材料。

如图2所示，本发明提供的填充球体，包括木质炭核3和包覆层4，所述包覆层由海泡石、纳基膨润土和烧制后的蛭石粉的混合物组成，其中，基于填充球体的总重量，海泡石的含量是30％～45％，纳基膨润土的含量是35％～40％，蛭石粉的含量是10％～15％，木质炭的含量是10％～15％。

制备填充球体时，按重量计，先将10％～15％的木质炭与水放入造粒机中，制成平均直径至少为3mm的木质炭小球，该小球的直径优选为3mm～8mm，最好为3mm～5.5mm。再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉混合形成混合物，然后将混合物、木质炭小球和水加入造粒机中进行混滚，使混合物包覆在木质炭小球的外表面，形成具有核壳结构、且直径均匀的填充球体，包覆层的厚度控制在2mm～2.5mm；然后自然风干或低温干燥后，得到用于制备中空球泡沫铝材料的填充球体。

实施例1

先制备填充球体：以重量计，先将10％木质炭用造粒机制备成直径为3mm的木质炭小球，待用；然后将35％的海泡石、40％的纳基膨润土和15％的蛭石粉混合，将混合物与木质炭小球一起放入造粒机中，同时在机器中不断的喷洒水份，像滚雪球一样，使混合物均匀的包覆在木质炭小球的表面，制成包覆层为2mm、直径为5mm的填充球体，自然风干，备用。

将干燥后的填充球体放入1000*500*100cm的模具中，使其密实，开始进行预热，在预热温度达到300℃左右时，填充球体形成空心的填充球体，形成空心的填充球体，继续预热到温度600℃，恒温25分钟，然后进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比为1:3，铝液采用97％的工业纯铝，在渗流铝过程中，用真空泵不断的在模具的下部和侧底部抽气，10秒中排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到填充球体的间隙中，并均匀覆盖空心的填充球体表面，停止抽气上述操作；待冷却后，去除模具，直接用清水将空心的填充球体全部清洗干净，制得具有6个贯通孔洞，且空洞的直径在2.5mm左右的中空球泡沫铝材料。

实施例2

先制备填充球体：以重量计，先将15％木质炭用造粒机制备成直径为5mm的木质炭小球，待用；自然风干后备用。然后将30％的海泡石、40％的纳基膨润土和15％的蛭石粉混合，将混合物与木质炭小球一起放入造粒机中，同时在机器中不断的喷洒水份，像滚雪球一样，使混合物均匀的包覆在木质炭小球的表面，制成包覆层为2.5mm、直径为7.5mm的填充球体，自然风干，备用。

将干燥后的填充球体放入放入400*400*150的模具中，振动后使其密实，开始进行预热，在热热温度达到350℃左右时时，填充球体形成空心的填充球体，继续预热到温度650℃，恒温30分钟，然后进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比为1:3.5，铝液采用97％的工业纯铝，在渗流铝过程中，用真空泵不断的在模具的下部和侧底部抽气，3～5秒排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到填充球体的间隙中，并均匀覆盖空心的填充球体表面，停止抽气上述操作；待冷却后，去除模具，直接用清水将空心的填充球体全部清洗干净，制得具有6个贯通孔洞，且空洞的直径在2mm左右的中空球泡沫铝材料。

制得中空球泡沫铝材料。

实施例3

以重量计，先将12％木质炭用造粒机制备成直径为5.5mm的木质炭小球，待用；然后将35％的海泡石、38％的纳基膨润土和15％的蛭石粉混合，将混合物与木质炭小球一起放入造粒机中，同时在机器中不断的喷洒水份，像滚雪球一样，使混合物均匀的包覆在木质炭小球的表面，制成包覆层为2.5mm、直径为8mm的填充球体，自然风干，备用。

将制备好的填充球体放入500*500*150的模具中，振动后使其密实，开始进行预热，在预热温度达到350℃时，填充球体即开始蒸发，形成空心的填充球体，继续预热到温度650℃，恒温40分钟，然后进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比为1:4，铝液采用97％的工业纯铝，并在纯铝中加入10％的金属镁，在渗流铝过程中，用真空泵在模具的下部和侧底部抽气5秒中，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到填充球体的间隙中，并均匀覆盖空心的填充球体表面，停止抽气上述操作；待冷却后，去除模具，直接用清水将空心的填充球体全部清洗干净，制得具有6个贯通孔洞，且空洞的直径在4mm左右的中空球泡沫铝材料。

实施例4

以重量计，先将10％木质炭用造粒机制备成直径为4mm的木质炭小球，待用；然后将45％的海泡石、35％的纳基膨润土和10％的蛭石粉混合，将混合物与木质炭小球一起放入造粒机中，同时在机器中不断的喷洒水份，像滚雪球一样，使混合物均匀的包覆在木质炭小球的表面，制成包覆层为2mm、直径为6mm的填充球体，自然风干，备用。

将干燥后的填充球体放入直径为10cm,高度为20cm的圆柱型模具中，经振动使其密实，开始进行预热，在热热温度达到320℃左右时，形成空心的填充球体，继续预热到温度600℃，恒温30分钟，然后进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比为1:3，铝液采用97％的工业纯铝，并加入3％的金属镁；在渗流铝过程中，用真空泵不断的在模具的下部和侧底部抽气，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到填充球体的间隙中，并均匀覆盖空心的填充球体表面，停止抽气上述操作；待冷却后，去除模具，直接用清水将空心的填充球体全部清洗干净，制得具有6个贯通孔洞，且空洞的直径在0.5mm左右的中空球泡沫铝材料。

Claims (9)

1.一种中空球泡沫铝材料，其特征在于:所述的中空球泡沫铝材料包括若干个相互连接、又具有独立型气泡的中空球(1)，中空球与中空球之间具有贯通孔洞(2)，并用如下方法制备而得： 

1)按重量计，以10％～15％木质炭为芯核，再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合后，与木质炭芯核一起放入造粒机中，并在造粒机中加水，制成具有核壳结构的填充球体，将该填充球体自然风干或低温干燥； 

2)将干燥后的填充球体放入模具中，使其密实化，然后将模具与填充球体共同预热，当预热温度达到300～350℃时，木质炭芯核蒸发，形成空心的填充球体；继续预热到600～650℃，恒温一段时间后，进行渗流铝液操作，使铝液覆盖空心的填充球体表面，并采用真空泵在模具的底侧部位抽气，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到填充球体的间隙中；填充球体与铝液的重量比为1:3～1:4； 

3)待冷却后，去除模具，用水将空心的填充球体全部清洗干净，即制得中空球泡沫铝材料。 

2.按照权利要求1所述的一种中空球泡沫铝材料，其特征在于：每个中空球与相互连接的中空球之间具有6个贯通孔洞；所述孔洞的平均直径为0.5mm～4.5mm。 

3.一种中空球泡沫铝材料的制备方法，其特征在于，采用微渗流法，该方法包括如下步骤： 

1)按重量计，以10％～15％木质炭为芯核，再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合后，与木质炭芯核一起放入造粒机中，并在造粒机中加水，制成具有核壳结构的填充球体，将该填充球体自然风干或低温干燥； 

2)将干燥后的填充球体放入模具中，并使其密实化，然后将模具与填充球体共同预热，当预热温度达到300～350℃时，木质炭芯核蒸发，形成空心的填充球体；继续预热到600～650℃，恒温一段时间后，进行渗流铝液操作，控制填充球体与铝液的重量比为1:3～1:4，使铝液覆盖空心的填充球体表面，并采用真空泵在模具的底侧部位抽气，排出余气，使铝液在无阻力的状态下迅速渗入到空心的填充球体的间隙中； 

3)待冷却后，去除模具，用水将空心的填充球体全部清洗干净，即制得中空球泡沫铝材料。 

4.按照权利要求3所述的中空球泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述具有核壳结构的填充球体的木质炭芯核的平均直径至少为3mm；填充球体的壳厚为2～2.5mm。 

5.根据权利要求4所述的中空球泡沫铝材料的制备方法，其特征在于，填充球体的木质炭芯核的平均直径为3mm～8mm。 

6.根据权利要求4所述的中空球泡沫铝材料的制备方法，其特征在于，所述填充球体的木质炭芯核的平均直径为3mm～5.5mm。 

7.按照权利要求3、4、5或6所述的中空球泡沫铝材料的制备方法，其特征在于：所述铝液中加入3％～10％的金属镁。 

8.一种用于制备中空球泡沫铝材料的填充球体，其特征在于：所述填充球体包括木质炭芯核和包覆层，所述包覆层由海泡石、纳基膨润土和蛭石粉的混合物形成，其中，基于所述填充球体的总重量，海泡石的含量是30％～45％，纳基膨润土的含量是35％～40％，蛭石粉的含量是10％～15％，木质炭的含量是10％～15％；所述木质炭芯核的平均直径至少为3mm，包覆层的厚度为2mm～2.5mm。 

9.一种用于制备中空球泡沫铝材料的填充球体的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 

1)按重量计，先将10％～15％木质炭和水放入造粒机中，制成直径为3mm～8mm的木质炭小球； 

2)再将30％～45％海泡石、35％～40％纳基膨润土和10％～15％蛭石粉按所述比例混合，将该混合物、木质炭小球和水加入造粒机中，使混合物包覆在木质炭小球的外表面，形成具有核壳结构、且直径均匀的填充球体，包覆层的厚度为2mm～2.5mm。