CN107891150B - 一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺 - Google Patents

一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，该发明利用金属网箱压入浸没技术将发泡陶球均匀分布到发泡铝熔体中，实现从内部冷却熔体，有效解决了铝发泡分层难题。本发明的工艺方案改变了传统泡沫铝结构，添加发泡陶球，强化了空间结构和立体支撑，大大降低了产品成本，制备的复合新材料具有隔热、轻质、高强、抗震、防火、防潮、防辐射等诸多适于建筑墙体的优异性能，新型墙板可减厚变薄，便于安装，用后可再生循环利用。

Description

一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺
技术领域
本发明涉及发泡铸造技术领域，具体涉及一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺。
背景技术
泡沫铝具有轻质、高强、隔音、抗震、防火、防潮、防腐、电磁屏蔽性高等良好物理性能，易加工、易安装、可进行表面涂装，这些性能表明泡沫金属在建筑领域具有广阔发展前景。
但由于泡沫金属冶炼加工工艺不够成熟，存在着许多难题尚未很好地解决，突出地表现在：在金属冶炼发泡过程中，由于熔融金属流动性好，气泡和金属密度悬殊大，常规是从外部冷却熔体，冷却缓慢，导致金属有机会下沉、气泡容易上浮，结果泡体和固体分层明显，冶炼出的泡沫体密度呈现上小下大的梯度变化，造成成品率极低，每次冶炼只有不足三分之一的金属得到发泡，产品返工率高，导致冶炼能耗高、发泡剂消耗多，生产成本和产品价格居高不下，大大限制了其在建筑行业推广应用。
中国专利公开(公告)号：CN104404287B公开了一种采用泡沫陶瓷辅助生产泡沫铝的工艺方法：选取一定尺寸、密度、孔隙率的发泡陶瓷颗粒与T i H2发泡剂粉末混合，粉末充分融入泡沫陶瓷的孔隙中。在生产泡沫铝的过程中，将沾有发泡剂粉末的陶瓷颗粒与发泡剂粉末同时加入铝溶液中，可以更好的改善发泡过程。同时，泡沫陶瓷颗粒中的发泡剂依托陶瓷颗粒向外产生气体，陶瓷颗粒外侧粗糙，同时自身具有一定重力，因此不易上浮，带动了周围的细小气泡不易上浮。解决了传统熔体发泡法生产泡沫铝工艺气泡上浮导致孔隙率不均匀的问题。实验发现上述方法，陶球掺入难以均匀，掺入量少，工艺复杂。同时由于发泡剂反应剧烈需要快速搅拌，而快速搅拌时搅拌齿容易将泡沫陶球颗粒打碎，达不到均匀发泡效果。
受上述技术启发，我们研发出一种将发泡陶球与泡沫铝高效均匀复合来加工超薄轻质高强抗震墙板的铸造工艺。该工艺不仅解决了轻质陶球与泡沫铝均匀复合难题，而且利用陶球携带冷量来实现从内部快速冷却铝熔体，克服了从熔体外部冷却慢的弊端，避免了气泡上浮导致的泡体和固体分层，实现了铝均匀发泡，减少了产品返工二次冶炼，大大降低了能耗，特别是通过廉价发泡陶球的添加，更进一步降低了复合发泡材料的最终成本，也利用轻质陶球导热慢的特性改善了复合发泡材料的隔热效果。这种新型复合材料是一种优异的高层建筑墙体新材料，用其开发出的建筑墙板，具有超薄、轻质、高强、抗震、隔音、防火、防潮、屏蔽电磁、成本低等性能，该种复合墙板重量只有传统砖墙的4％，厚度只有传统墙体的17-25％，这对降低高层建筑墙体重量，减少墙体对楼房空间的占用，增加房屋出售效益等诸多方面都具有现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术缺陷提供一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，可以有效地解决泡沫铝发泡不均匀难题，降低发泡材料的生产成本，改善发泡材料的隔热效果和压缩屈服强度。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，是在铝发泡过程中通过整体压入浸没技术将发泡陶球均匀地添加分布到泡沫铝中，使发泡复合材料具有了良好的抗压强度和隔热性能，大大降低了产品成本。本方案为解决铝发泡时气泡漂浮产生的分层不均匀难题，通过发泡陶球内冷外热方式携带冷量进入熔体，达到从内部快速冷却发泡熔体，有效控制了气泡上浮和密度梯度变化，实现了均匀发泡。
上述复合板材的加工方法如下：
(1)将选定密度、粒径的发泡陶球通体冷却至设定的低温待用。
(2)按铝发泡常规工艺在容器中将发泡剂投入铝熔体搅拌均匀后注入发泡模具中；
(3)将无底金属网箱倒成底朝上盛满步骤(1)备好的低温发泡陶球，用浸了水的可燃性绳网将无底金属网箱封底后倒转还原成绳网底朝下，将该网箱迅速移到步骤(2)同步备好的发泡熔体上方，使金属网箱底部绳网接触高温熔体表面，并同步加热使发泡陶球表面温度瞬间升到接近熔体温度(陶球内部仍保持低温)。待网箱底绳网被烘干燃断后，将该网箱连同发泡陶球慢慢压入浸没到发泡熔体中进行静置发泡，此间低温发泡陶球从周边吸热使熔体从内部得到迅速冷却，降低了铝熔体的流动性，避免发泡剂产生的气泡向上漂浮，待熔体流动性下降到气泡流不动时提出无底金属网箱，换成金属平板继续压着陶球使之保持浸入熔体中直至完成冷却；
(4)冷却后，将模具中发泡完成的复合泡沫体取出即可得到轻质高强抗震墙板新材料。
进一步的，上述泡沫铝也可以是泡沫铝合金。
进一步的，上述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的陶球，最佳粒径区间在0.3-1.5cm。
进一步的，上述泡沫铝与发泡陶球的体积比最小为100：185，根据材料性能要求可以扩大泡沫铝的比例。
进一步的，上述金属网箱采用外部压力自上而下压入浸没到铝发泡熔体过程中，发泡陶球间的空气被熔体自然挤出。
进一步的，上述发泡陶球的加热方式通过高温热风吹拂实现表面快速加热。
进一步的，上述发泡陶球冷却设定的低温数值是个可变量，要根据泡沫铝熔体温度高低和泡沫铝熔体凝固临界温度以及发泡陶球添加量来确定，既可以通过模拟测算，也可通过反复实验取得经验数据来确定。
进一步的，将上述混铸所得轻质高强抗震墙板复合材料切割成4-7cm厚的板材，就能得到超薄轻质高强抗震墙板。
经检测，相比纯泡沫铝，本发明工艺所生产的超薄轻质高强抗震墙板，压缩屈服强度大于5MPa，提高40％，导热系数0.1—0.5W/(mk)，隔热性能提高2倍以上，降噪系数可达0.9以上，提高25％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的技术方案改变传统泡沫铝发泡结构，添加发泡陶球，强化了空间结构和立体支撑，制备的墙体新材料具有隔热、防火、轻质、高强、抗震、防潮、防辐射、廉价，便于安装，可再生；
(2)通过金属网箱连同发泡陶球慢慢压入浸没技术和内部冷却技术创新，最终制成的发泡材料均匀性大大提升；
(3)改变传统纯泡沫铝成本高，最大化降低成本，有利于用作建筑材料；
附图说明：
图1为发明结构剖视图；
图2为无底金属网箱示意图；
图3为发泡陶球压入浸没示意图；
其中：1-泡沫铝；2-发泡陶球；3-无底金属网箱。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1-3所示，一种非钉式低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，包括泡沫铝材料1，在泡沫铝材料1内均匀分布发泡陶球2，发泡陶球2封闭在泡沫铝材料1内部，且各发泡陶球2之间相互接触。发泡陶球2是在泡沫铝板材发泡过程中加入的，与泡沫铝一起成型，由泡沫铝进行包裹；将发泡陶球2作为填充材料最大量地加入到泡沫铝中，大大降低成本，改善发泡材料的抗压强度和隔热性能。发泡陶球2选择粒径在1-1.5cm，制成的板材成本最低，整体强度高。复合发泡新材料最薄切割成4cm厚，就可直接作为墙体板材，比传统墙减少厚度70％以上，使用上述板材最大优势是可以增大室内的使用面积，降低楼房重量。
上述复合发泡新材料的加工方法如下：
(1)将选定密度、粒径的轻质发泡陶球通体冷却至0℃低温待用。
(2)按铝发泡常规工艺在容器中将发泡剂投入铝熔体搅拌均匀后注入发泡模具中；
(3)将无底金属网箱3倒成底朝上盛满步骤(1)备好的低温发泡陶球，用浸了水的可燃性绳网将无底金属网箱3封底后倒转还原成绳网底朝下，将该金属网箱3迅速移到步骤(2)同步备好的发泡熔体上方，使金属网箱3的底部绳网接触高温熔体表面，并同步加热使发泡陶球表面温度瞬间升到接近熔体温度(陶球内部仍保持低温)，待金属网箱3底绳网被烘干燃断后，将该金属网箱3连同发泡陶球慢慢压入浸没到发泡熔体中进行静置发泡，此间低温发泡陶球从周边吸热使熔体从内部得到迅速冷却，降低了铝熔体的流动性，避免发泡剂产生的气泡向上漂浮，待熔体流动性下降到气泡流不动时提出无底金属网箱，换成金属平板继续压着发泡陶球使之保持浸入熔体中直至完成冷却；
(4)冷却后，将模具中发泡完成的复合泡沫体取出即可得到轻质高强抗震墙板复合材料。
进一步的，上述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的轻质陶球，最佳粒径区间在1-1.5cm。
进一步的，上述泡沫铝与发泡陶球的体积比约为100：185。
进一步的，上述金属网箱采用外部压力自上而下压入浸没到铝发泡熔体过程中，发泡陶球间的空气被熔体自然挤出。
进一步的，上述发泡陶球的加热方式为高温热风吹拂实现表面快速加热。
进一步的，将上述混铸所得轻质高强抗震墙体复合材料切割成4-7cm厚的板材，就能得到非钉式超薄轻质高强抗震墙板。该墙板可以刨切、挖槽、钻孔、铆固，但不能用各种金属钉进行装修施工。
经检测，本实施例所铸造的非钉式超薄轻质高强抗震墙板新材料，压缩屈服强度大于5.8MPa，导热系数低于0.15W/(mk)，降噪系数可达0.95。
实施例2
如图1-3所示，可钉式超薄轻质高强抗震墙板的铸造工艺，包括泡沫铝材料1，在泡沫铝材料1内均匀分布发泡陶球2，发泡陶球2封闭在泡沫铝材料1内部，且各发泡陶球2之间相互不接触。发泡陶球2是在泡沫铝板材发泡过程中加入的，与泡沫铝一起成型，由泡沫铝进行包裹；将发泡陶球2作为填充材料加入到泡沫铝中，大大降低成本，改善发泡材料的抗压强度和隔热性能。发泡陶球2选择粒径在0.3-1cm，制成的复合板材成本低，整体强度高。复合发泡新材料最薄切割成5cm厚，就可直接作为墙体板材，比传统墙减少厚度70％以上，使用上述板材可以增大室内的使用面积。
上述复合板材的加工方法如下：
(1)将选定密度、粒径的发泡发泡陶球通体冷却至-10℃低温待用。
(2)按铝发泡常规工艺在容器中将发泡剂投入铝熔体搅拌均匀后注入发泡模具中；
(3)将无底金属网箱3倒成底朝上盛满步骤(1)备好的低温发泡陶球，用浸了水的可燃性绳网将无底金属网箱3封底后倒转还原成绳网底朝下，将该金属网箱3迅速移到步骤(2)同步备好的发泡熔体上方，使金属网箱3的底部绳网接触高温熔体表面，并同步加热使发泡陶球表面温度瞬间升到接近熔体温度(陶球内部仍保持低温)，待金属网箱3底绳网被烘干燃断后，将该金属网箱3连同发泡陶球慢慢压入浸没到发泡熔体中进行静置发泡，此间低温发泡陶球从周边吸热使熔体从内部得到迅速冷却，降低了铝熔体的流动性，避免发泡剂产生的气泡向上漂浮，待熔体流动性下降到气泡流不动时提出无底金属网箱，换成金属平板继续压着发泡陶球使之保持浸入熔体中直至完成冷却；
(4)冷却后，将模具中发泡完成的复合泡沫体取出即可得到轻质高强抗震墙板复合材料。
进一步的，上述泡沫铝也可以是泡沫铝合金。
进一步的，上述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的轻质陶球，最佳粒径区间在0.3-1cm。
进一步的，上述泡沫铝与轻质陶球的体积比约为100：100-140。
进一步的，上述金属网箱采用外部压力自上而下压入浸没到铝发泡熔体过程中，发泡陶球间的空气被熔体自然挤出。
进一步的，上述发泡陶球的加热方式为高温热风吹拂实现表面快速加热。
进一步的，将上述混铸所得轻质高强抗震墙体复合材料切割成4-7cm厚的板材，就能得到可钉式超薄轻质高强抗震墙板，该墙板可以刨切、挖槽、钻孔、铆固，也可用各种金属钉进行装修施工。
经检测，本实施例所铸造的可钉式超薄轻质高强抗震墙板新材料，压缩屈服强度大于5MPa，导热系数0.35W/(mk)，降噪系数可达0.9。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，其特征在于步骤如下：
（1）将选定密度、粒径的发泡陶球通体冷却至设定的低温待用；
（2）按铝发泡常规工艺在容器中将发泡剂投入铝熔体搅拌均匀后注入发泡模具中；
（3）将无底金属网箱倒成底朝上盛满步骤(1)备好的低温发泡陶球，用浸了水的可燃性绳网将无底金属网箱封底后倒转还原成绳网底朝下，将该网箱迅速移到步骤（2）同步备好的发泡熔体上方，使金属网箱底部绳网接触高温熔体表面，并同步加热使发泡陶球表面温度瞬间升到接近熔体温度，陶球内部仍保持低温，待网箱底绳网被烘干燃断后，将该网箱连同发泡陶球慢慢压入浸没到发泡熔体中进行静置发泡，此间低温发泡陶球从周边吸热使熔体从内部得到迅速冷却，降低了铝熔体的流动性，避免发泡剂产生的气泡向上漂浮，待熔体流动性下降到气泡流不动时提出无底金属网箱，换成金属平板继续压着陶球使之保持浸入熔体中直至完成冷却；
（4）冷却后，将模具中发泡完成的复合泡沫体取出即可得到低成本超薄轻质高强防震墙板新材料；
所述发泡陶球选择粒径、密度、孔隙率大体一致符合设计要求的轻质陶球，粒径区间在0.3-1.5cm；
所述泡沫铝与发泡陶球的体积比最小为100：185；
所述金属网箱采用外部压力自上而下压入浸没到铝发泡熔体过程中，发泡陶球间的空气被熔体自然挤出。
2.根据权利要求1所述的一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，其特征在于：所述泡沫铝为泡沫铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，其特征在于：上述陶球的加热方式为高温热风吹拂实现表面快速加热。
4.根据权利要求1所述的一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，其特征在于：所述轻质陶球设定的低温数值是个可变量，要根据泡沫铝熔体温度高低和泡沫铝熔体凝固临界温度以及发泡陶球添加量来决定，既可以通过模拟测算，也可通过反复实验取得经验数据来确定。
5.根据权利要求1所述的一种低成本超薄轻质高强防震墙板新材料的铸造工艺，其特征在于：将混铸所得轻质高强防震墙体复合材料切割成4-7cm厚的板材，就能得到超薄轻质高强抗震墙板。
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