CN108585792A - 一种轻质降噪复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质降噪复合材料及其制备方法，包括以下原料：转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、造孔剂、轻质陶粒、玻璃纤维、聚合物乳液和凝胶剂。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轻质降噪复合材料，孔隙率可以达到60％以上，材料抗压强度为10.0‑12.0MPa，拉伸强度69‑73MPa，弯曲强度83‑89MPa，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。

Description

一种轻质降噪复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种轻质降噪复合泡沫及其制备方法。
背景技术
随着工业的发展，噪声已经成为当今世界三大污染源之一。噪声不仅危害人的听觉系统，使人疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物、机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命。噪声控制问题逐渐引起各国政府和科技工作者的重视，目前的主要解决办法是采用吸声材料进行吸声降噪处理。吸声材料按吸声机理分为多孔吸声材料和共振吸声结构材料两大类。多孔吸声材料具有高频吸声系数大、比重小等优点，但低频吸声系数低；共振吸声结构材料的低频吸声系数高，但加工性能差。当前我国所采用的吸声材料以超细玻璃棉为主，它的吸声系数大、比重小，但是强度低、性脆易断裂、易飞扬、吸尘，使其应用受到了严重限制。因此，必须开发性能优良的新型吸声材料。
基于此，有必要提出一种轻质降噪复合材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种轻质降噪复合材料。
本发明的另一个目的是提供一种轻质降噪复合材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种轻质降噪复合材料，包括以下重量份的原料：转炉钢渣60-80份、石墨烯45-55份、硅藻土40-60份、改性空心玻璃微珠30-50份、钠长石20-30份、凹凸棒土25-35份、膨胀珍珠岩10-20份、轻质碳酸钙5-15份、造孔剂2-8份、轻质陶粒1-6份、玻璃纤维3-10份、聚合物乳液10-20份和凝胶剂3-8份。
优选的，所述转炉钢渣70份、石墨烯50份、硅藻土0份、改性空心玻璃微珠40份、钠长石25份、凹凸棒土30份、膨胀珍珠岩15份、轻质碳酸钙10份、造孔剂5份、轻质陶粒3份、玻璃纤维6份、聚合物乳液15份和凝胶剂6份。
优选的，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
优选的，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
优选的，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
优选的，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
优选的，所述凝胶剂为海藻酸钠。
本发明还提供了上述轻质降噪复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
(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轻质降噪复合材料，孔隙率可以达到60％以上，材料抗压强度为10.0-12.0MPa，拉伸强度69-73MPa，弯曲强度83-89MPa，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，通过使用工业固废转炉钢渣细粉造粒做骨料，并掺加硅藻土、钠长石、钠长石、凹凸棒土、轻质陶粒等硅质材料，去除钢渣中的一部分游离氧化钙，提高基体材料的硅钙比，从而改善轻质降噪复合材料的稳定性和烧结性能。
(2)本发明使用的造孔剂，具有熔化、分解的特性，从而在基体材料中形成孔隙，同时，造孔剂熔化、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，本发明根据造孔剂热分解特性，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)本发明加入的胶凝剂可在高温下完全溶解，并在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
本实施例的轻质降噪复合材料，包括以下重量份的原料：转炉钢渣60份、石墨烯45份、硅藻土40份、改性空心玻璃微珠30份、钠长石20份、凹凸棒土25份、膨胀珍珠岩10份、轻质碳酸钙5份、造孔剂2份、轻质陶粒1份、玻璃纤维3份、聚合物乳液10份和凝胶剂3份。
其中，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
其中，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
其中，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
其中，所述凝胶剂为海藻酸钠。
本发明还提供了上述轻质降噪复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
实施例2
本实施例的轻质降噪复合材料，包括以下重量份的原料：转炉钢渣80份、石墨烯55份、硅藻土60份、改性空心玻璃微珠50份、钠长石30份、凹凸棒土35份、膨胀珍珠岩20份、轻质碳酸钙15份、造孔剂8份、轻质陶粒6份、玻璃纤维10份、聚合物乳液20份和凝胶剂8份。
其中，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
其中，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
其中，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
其中，所述凝胶剂为海藻酸钠。
本发明还提供了上述轻质降噪复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
实施例3
本实施例的轻质降噪复合材料，包括以下重量份的原料：转炉钢渣70份、石墨烯50份、硅藻土0份、改性空心玻璃微珠40份、钠长石25份、凹凸棒土30份、膨胀珍珠岩15份、轻质碳酸钙10份、造孔剂5份、轻质陶粒3份、玻璃纤维6份、聚合物乳液15份和凝胶剂6份。
其中，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
其中，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
其中，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
其中，所述凝胶剂为海藻酸钠。
本发明还提供了上述轻质降噪复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
实施例4
本实施例的轻质降噪复合材料，包括以下重量份的原料：转炉钢渣65份、石墨烯48份、硅藻土45份、改性空心玻璃微珠35份、钠长石22份、凹凸棒土28份、膨胀珍珠岩12份、轻质碳酸钙7份、造孔剂4份、轻质陶粒2份、玻璃纤维5份、聚合物乳液12份和凝胶剂4份。
其中，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
其中，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
其中，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
其中，所述凝胶剂为海藻酸钠。
本发明还提供了上述轻质降噪复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
实施例5
本实施例的轻质降噪复合材料，包括以下重量份的原料：转炉钢渣75份、石墨烯53份、硅藻土5份、改性空心玻璃微珠45份、钠长石28份、凹凸棒土32份、膨胀珍珠岩18份、轻质碳酸钙12份、造孔剂7份、轻质陶粒5份、玻璃纤维9份、聚合物乳液18份和凝胶剂7份。
其中，所述转炉钢渣70份、石墨烯50份、硅藻土0份、改性空心玻璃微珠40份、钠长石25份、凹凸棒土30份、膨胀珍珠岩15份、轻质碳酸钙10份、造孔剂5份、轻质陶粒3份、玻璃纤维6份、聚合物乳液15份和凝胶剂6份。
其中，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
其中，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
其中，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
其中，所述凝胶剂为海藻酸钠。
本发明还提供了上述轻质降噪复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
实验例1
按照本发明实施例1-5以及市售的两种降噪复合材料作为对比例1和对比例2，验证在不同频率下的吸声系数进行测试，所得结果如表1所示：
表1性能检测结果
通过表1可以看出，本发明吸声效果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以及市售的两种降噪复合材料作为对比例1和对比例2力学性能测试，所得结果如表2所示：
表2性能检测结果
通过表2可以看出，本发明的降噪复合材料相比现有技术中常规降噪复合材料具有较好的力学性能。
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轻质降噪复合材料，孔隙率可以达到60％以上，材料抗压强度为10.0-12.0MPa，拉伸强度69-73MPa，弯曲强度83-89MPa，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，通过使用工业固废转炉钢渣细粉造粒做骨料，并掺加硅藻土、钠长石、钠长石、凹凸棒土、轻质陶粒等硅质材料，去除钢渣中的一部分游离氧化钙，提高基体材料的硅钙比，从而改善轻质降噪复合材料的稳定性和烧结性能。
以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 (8)

1.一种轻质降噪复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：转炉钢渣60-80份、石墨烯45-55份、硅藻土40-60份、改性空心玻璃微珠30-50份、钠长石20-30份、凹凸棒土25-35份、膨胀珍珠岩10-20份、轻质碳酸钙5-15份、造孔剂2-8份、轻质陶粒1-6份、玻璃纤维3-10份、聚合物乳液10-20份和凝胶剂3-8份。
2.根据权利要求1所述的轻质降噪复合材料，其特征在于，所述转炉钢渣70份、石墨烯50份、硅藻土0份、改性空心玻璃微珠40份、钠长石25份、凹凸棒土30份、膨胀珍珠岩15份、轻质碳酸钙10份、造孔剂5份、轻质陶粒3份、玻璃纤维6份、聚合物乳液15份和凝胶剂6份。
3.根据权利要求1所述的轻质降噪复合材料，其特征在于，所述改性空心玻璃微珠由以下方法制得：先用12％盐酸浸泡空心玻璃微珠4h，去离子水洗涤干净，再用7％氢氧化钠溶液浸泡3h，再用去离子水洗涤至中性，烘干，放入磷酸铬铝溶液，以500rpm转速搅拌15min，烘干，放入马弗炉中煅烧，冷却后研磨成细粉即得。
4.根据权利要求1所述的轻质降噪复合材料，其特征在于，所述造孔剂为甲基纤维素醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠之一。
5.根据权利要求1所述的轻质降噪复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为为长度规格3-9mm的玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的轻质降噪复合材料，其特征在于，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯丙乳液中的一种。
7.根据权利要求1所述的轻质降噪复合材料，其特征在于，所述凝胶剂为海藻酸钠。
8.根据权利要求1-7任一项所述的轻质降噪复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比称取各原料；
(2)将转炉钢渣、石墨烯、硅藻土、改性空心玻璃微珠、钠长石、凹凸棒土、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、轻质陶粒经过破碎机粗碎成5mm以下的颗粒，然后放入球磨机中进行湿磨，得到混合浆料；
(3)向混合浆料中加入聚合物乳液、凝胶剂搅拌至物料均匀，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；
(4)上述得到的0.60-1.60mm的颗粒、玻璃纤维和造孔剂放入搅拌机中，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；
(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，得到轻质降噪复合材料。
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