CN108395211B - 一种新型的建筑用吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新型的建筑用吸声材料及其制备方法，由以下重量百分比的原料制成：钢渣粉35‑40％、黏土25‑30％、聚甲基丙烯酸甲酯15‑20％、钠长石3‑5％、淀粉3‑5％、稳定剂1‑3％、玻璃纤维2‑4％、增强剂1‑3％和胶凝剂0.3‑0.7％。本发明的吸声材料具有较好的吸声效果且力学性能优异，通过采用颗粒堆积与添加造孔剂相结合的方式进行制备，并以工业固废钢渣细粉造粒做吸声材料骨料，并掺加黏土、钠长石等硅质材料，去除钢渣中的一部分游离氧化钙，提高基体材料的硅钙比，从而改善钢渣的稳定性和烧结性能。

Description

一种新型的建筑用吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸声材料技术领域，尤其涉及多孔陶瓷吸声材料制备技术领域，具体涉及一种新型的建筑用吸声材料及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，噪声对人类的危害也越来越大。噪声污染、空气 污染和水污染被认为是当代世界三大环境公害。噪声不仅影响人们正常的工作秩 序和工作效率，还影响人们的日常生活和身心健康。控制噪声已成为人类的当务 之急，对吸声降噪材料的研究也已经成为世界各国科技工作者的重要研究方向。
目前用于建筑的吸声材料主要是多孔吸声材料，多孔吸声材料吸声机理主要是黏滞性内摩擦作用和热传导效应，一方面，声波在媒质中传播时的各质点振动速率不同，导致质点件产生黏滞力或内摩擦力，使声能转化为热能；另一方面，媒质质点的疏密程度不同，传播媒质各处产生温度差，导致质点间的热量传递，声能亦转化为热能。因而，多孔吸声材料具有连通的开孔，保持较高的孔隙率。
在中国专利文献“（申请号：201710589032.3）”公开了一种新型的建筑用吸声材料，包括以下重量份的原料：纯丙乳液60-80 份、膨胀珍珠岩45-55份、硅藻土40-60份、改性空心玻璃微珠30-50份、云母粉20-30份、凹凸 棒土25-35份、高岭土10-20份、改性石膏粉5-15份、石英2-8份、轻质陶粒1-6份、植物纤维3- 10份、环氧化甘油三酸酯10-20份和硬脂酸钙3-8份。该吸声材料虽然能够吸收环境中的噪音，提高材料的吸声效果，降低噪音危害，但是力学性能不足。
在中国专利文献“（申请号：88108594.4）”公开了一种供建筑用的吸声材料，该吸声材料由水泥、焙烧煤矸石轻骨料、膨胀珍珠岩所组成的无机建筑吸声砌块材料。无机泡沫建筑材料类吸声材料的优点是强度高、加工性能好、防水、不燃、 耐腐蚀、不老化；缺点是吸声效果一般、微孔贯通率少。
在中国文献“（申请号：201611165394.1）”公开了一种新型吸声材料，包含以重量份数计的下列组分：丁苯橡胶80-100份、石墨烯10-15份、碱土金属磷酸盐5-8份、碱土金属氧化物1-5份、硫磺0.5-2份和硫化促进剂1-3份。本发明的吸声材料利用结合苯乙烯含量适中的丁苯橡胶作为主要基材，结合石墨烯进一步增强能量吸收、消耗内能，起到吸声效果，但是力学性能不足，同时，丁苯橡胶加入导致该吸声材料防火性能变差。
基于此，有必要提供一种吸声效果好且力学性能优异，同时兼具防火、耐老化、耐化学腐蚀、绿色环保的新型的建筑用吸声材料及其制备方法。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明第一个目的在于提供一种新型的建筑用吸声材料，具有吸声效果好且力学性能优异，同时兼具兼具防火、耐老化、耐化学腐蚀、绿色环保的优点。
本发明第二个目的在于提供一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，该方法工艺简，成本低，易于实施。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种新型的建筑用吸声材料，由以下重量百分比的原料制成：钢渣粉35-40%、黏土25-30%、聚甲基丙烯酸甲酯15-20%、钠长石3-5%、淀粉3-5%、稳定剂1-3%、玻璃纤维2-4%、增强剂1-3%和胶凝剂0.3-0.7%。
作为本发明进一步的改进，由以下重量百分比的原料制成：钢渣粉37.5%、黏土27.5%、聚甲基丙烯酸甲酯17.5%、钠长石4%、淀粉4%、稳定剂2%、玻璃纤维3%、增强剂2%和胶凝剂0.5%。
作为本发明进一步的改进，所述钢渣粉主要组成为MgO 5-8%、Fe2O3 10-15%、SiO210-15%、CaO 45-50%和FeO 6-10%。
作为本发明进一步的改进，所述稳定剂为甘油。
作为本发明进一步的改进，所述玻璃纤维为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
作为本发明进一步的改进，所述增强剂为质量比1：（0.4-1.4）的纳米碳酸钙和硫酸钡的组合物。
作为本发明进一步的改进，所述胶凝剂为海藻酸钠。
本发明还提供一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉、黏土、聚甲基丙烯酸甲酯、钠长石、淀粉、稳定剂、玻璃纤维、增强剂和胶凝剂；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为 : 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的新型的建筑用吸声材料。
作为本发明进一步的改进，步骤2中，所述的球磨过程中料球比为1:1.6-2，球磨时间为2-4h。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过采用颗粒堆积与添加造孔剂相结合的方式制备的建筑用吸声材料，孔隙率可以达到60%以上，材料抗压强度为10.0-12.0MPa，简支梁缺口冲击强度19-23KJ/m2，吸声系数在0.64以上，具有较好的吸声效果且力学性能优异，通过使用工业固废钢渣细粉造粒做吸声材料骨料，并掺加黏土、钠长石等硅质材料，去除钢渣中的一部分游离氧化钙，提高基体材料的硅钙比，从而改善钢渣的稳定性和烧结性能。
（2）本发明通过使用聚甲基丙烯酸甲酯和淀粉作为造孔剂，并利用其具有熔化、分解的特性，从而在基体材料中形成孔隙，同时，聚甲基丙烯酸甲酯和淀粉熔化、分解过程可控，从而使得基体材料兼具吸声性能和力学性能，另外，本发明根据聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉的热分解特，严格控制升温速率，从而防止基体材料由于造孔剂分解过快而导致多孔材料的变性或开裂。
（3）本发明基体材料主要由无机材料组成，具有防火、耐老化、耐化学腐蚀、绿色环保，同时将工业固废钢渣进行再利用，减少了其带来的环境污染问题。
（4）本发明加入的玻璃纤维，可提高产品的抗裂性能，改善了产品因为多孔存在的力学方面的缺点。
（5）本发明添加的增强剂在不影响影响吸声效果的情况，进一步提高吸声材料的抗压强度。
（6）本发明加入的胶凝剂可在70℃左右的温度下能完全溶解，冷却后能在短时间内完全胶凝，具有足够的强度承受湿坯的重量，并且在烧成过程中不需要专门的排胶处理，便于工艺操作。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉40%、黏土30%、聚甲基丙烯酸甲酯16%、钠长石3%、淀粉3.5%、稳定剂2%、玻璃纤维2%、增强剂3%和胶凝剂0.5%；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为 : 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的新型的建筑用吸声材料。
实施例2
一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉37%、黏土28%、聚甲基丙烯酸甲酯18%、钠长石5%、淀粉4%、稳定剂2%、玻璃纤维3.6%、增强剂2%和胶凝剂0.4%；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为 : 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的新型的建筑用吸声材料。
实施例3
一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉40%、黏土25%、聚甲基丙烯酸甲酯20%、钠长石3%、淀粉5%、稳定剂2%、玻璃纤维2%、增强剂2.4%和胶凝剂0.6%；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为 : 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的新型的建筑用吸声材料。
实施例4
一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉37.5%、黏土27.5%、聚甲基丙烯酸甲酯17.5%、钠长石4%、淀粉4%、稳定剂2%、玻璃纤维3%、增强剂2%和胶凝剂0.5%；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为 : 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的新型的建筑用吸声材料。
实施例5
一种新型的建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉36%、黏土29%、聚甲基丙烯酸甲酯18%、钠长石4%、淀粉5%、稳定剂1.7%、玻璃纤维4%、增强剂3%和胶凝剂0.3%；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为 : 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的新型的建筑用吸声材料。
对比例1
参照专利CN107216588A制备得到的吸声材料。
对比例2
参照专利CN1043116制备得到的吸声材料。
对比例3
参照专利CN106750672A制备得到的吸声材料。
试验方法
（1）吸声性能的测试
样品的吸声性能采用JTZB驻波管吸声系数测定仪测试，测量过程严格按照GBJ88-85《驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范》。驻波是声波传播的一个特性，其原理是在法向入射正弦平面波和从试件反射回来的平面波叠加后产生驻波。测试标准试块直径为10cm，实验中测试试样在200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz11个频率下的吸声系数，并选取250、500、1000、2000Hz四个频率下的吸声系数平均值作为材料的平均吸声系数，反映材料的整体吸声性能。
(2)抗压强度测试
根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》的规定，将干燥的样品制成160mm×40mm×40mm的小方体，使用WDW-2000微机控制电子式万能材料试验机测试样品的抗压强度。
实验例1
按照本发明实施例1-5以对比例1-3制备的吸声材料在不同频率下的吸声系数进行测试，所得结果如下：
表1:性能检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
通过表1可以看出，本发明吸声材料相比现有技术中常规吸声材料在全频范围内均具有更为优异的吸声性能。
实验例2
按照本发明实施例1-5以对比例1-3制备的吸声材料力学性能测试，所得结果如下：
测试标准：抗压强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》测试；简支梁缺口冲击强度按GB/T1043.1-2008《塑料 简支梁缺口冲击性能测定 》
表2：性能检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
通过表2可以看出，本发明吸声材料相比现有技术中常规吸声材料具有较好的力学性能。
实验例3
按照本发明实施例1-5以对比例1-3制备的吸声材料进行燃烧性能、环保性能、抗紫外线检测，结果如下所示：
测试标准：燃烧性能按GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》；环保按HJ571-2010《环境标志产品技术要求 人造板及其制品》；湿胀率按GB/T7019-2014《纤维水泥制品试验方法》。
表3：性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE003
通过表3可以看出，本发明的吸声材料相比于现有技术均具有优异的防火性能、环保性能、耐湿性能。
综上，本发明通过采用颗粒堆积与添加造孔剂相结合的方式制备的建筑用吸声材料，孔隙率可以达到60%以上，材料抗压强度为10.0-12.0MPa，简支梁缺口冲击强度19-23KJ/m2，吸声系数在0.64以上，具有较好的吸声效果且力学性能优异，通过使用工业固废钢渣细粉造粒做吸声材料骨料，并掺加黏土、钠长石等硅质材料，去除钢渣中的一部分游离氧化钙，提高基体材料的硅钙比，从而改善钢渣的稳定性和烧结性能。
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种建筑用吸声材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：钢渣粉36-40%、黏土25-29%、聚甲基丙烯酸甲酯17.5-20%、钠长石3-4%、淀粉4-5%、稳定剂1.7-2%、玻璃纤维2-4%、增强剂2-3%和胶凝剂0.3-0.6%；
所述钢渣粉主要组成为MgO 5-8%、Fe2O3 10-15%、SiO2 10-15%、CaO 45-50%和FeO 6-10%；
所述稳定剂为甘油；
所述玻璃纤维为长度规格3-9mm的玻璃纤维；
所述增强剂为质量比1：（0.4-1.4）的纳米碳酸钙和硫酸钡的组合物；
所述胶凝剂为海藻酸钠；
上述建筑用吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称取钢渣粉、黏土、聚甲基丙烯酸甲酯、钠长石、淀粉、稳定剂、玻璃纤维、增强剂和胶凝剂；
步骤2：将钢渣粉、黏土和钠长石经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，使得钢渣粉、黏土和钠长石的颗粒粒径在0.25-0.45mm之间；
步骤3：将细磨后的钢渣粉、黏土和钠长石放入搅拌机中加水搅拌，后加入淀粉、稳定剂、增强剂搅拌至物料均匀，把浆体注入到模具中，放在标准养护箱中，在25℃、湿度高于95%条件下进行养护，然后烘干、破碎取0.60-1.60mm之间的颗粒待用；
步骤4：上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃纤维和胶凝剂放入搅拌机中，并加入适量水搅拌均匀，浆体注入模具内，在5.0-10.0MPa的压力下成型，保压3min后脱模，干燥48制得粗坯；
步骤5：将干燥后的粗坯入窑烧成，烧成温度为1130℃-1190℃，保温1.5-4.5h，所述烧成温度具体操作为: 低于400℃时升温速率为1.5℃/min，400-800℃时升温速率为1.0℃/min，800℃之后为3℃/min，并保温1.5-4.5h，即得到所述的建筑用吸声材料；
步骤2中，所述的球磨过程中料球比为1:1.6-2，球磨时间为2-4h。
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