CN109291450B - 一种高性能纳米石墨烯发泡铝及其制备方法及制备材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能纳米石墨烯发泡铝及其制备方法及制备材料，属于发泡金属材料技术领域；所述的发泡铝的原料包括石墨烯、金属银、橡胶及普通发泡铝；制备方法在橡胶粉末中加入石墨烯粉末、金属银粉末充分混合均匀得到增强剂；在300‑350℃下，将增强剂逐次添加到发泡铝表面，使增强剂在发泡铝表面融化并完全渗入发泡铝的孔隙中，直到发泡铝的孔隙被增强剂全部填充满即得到成品；本发明利用感应熔覆的技术，保证发泡铝阻磁效果的同时提高了发泡铝材料的抗震、抗冲击和抗腐蚀能力，制成的高性能发泡铝的抗腐蚀性能，抗震和抗冲击性能显著提高，并扩大了该材料的应用领域和应用环境，适合用于工业推广。

Description

一种高性能纳米石墨烯发泡铝及其制备方法及制备材料

技术领域

本发明属于发泡金属材料技术领域，特别涉及一种具有高韧性、高耐腐蚀性的发泡铝，同时涉及制备所述发泡铝的制备方法及制备材料。

背景技术

随着人类社会的发展，人类需要更多适应不同环境的新型材料，其中发泡铝作为近年来发展的新材料，越来越受到人们和科研工作者的关注。发泡铝广泛应用于航天、航空、武器装备、高速列车、城市轨道列车、船舶制造、新一代汽车、高铁、高速公路、隧道及沿途声屏障等领域，具有质轻、高吸声、高减振、高吸收冲击能量、高电磁屏蔽性能，优异的隔热、耐高温、耐火不燃特性。具备特有的环境友好性。发泡铝的应用也越来越广泛，但是,在不同的使用环境中,如何提高发泡铝材料的抗腐蚀能力和更好韧性却没有受到足够的关注。目前市场出售的发泡铝具有良好的减震和阻磁效果，这些性能都是依靠发泡铝本身的多孔结构。但是，如何在保证发泡铝的阻磁效果的前提下，充分提高发泡铝的韧性性能和抗腐蚀能力正是本发明的研究方向。

经过现有技术的文献检索发现：中国发明专利CN205875438U公开了一种基于发泡铝板的弹药仓库防爆墙，在弹药仓库内的弹药堆垛之间设置有立式防爆隔板，在弹药仓库内需要保护目标的方向设置防爆墙，所述防爆墙从内向外依次设置有橡胶层、发泡铝板层、钢筋混凝土墙体和防爆板，所述橡胶层和发泡铝板层之间采用胶粘接固定，所述发泡铝板层和钢筋混凝土墙体之间采用膨胀螺钉固定，所述钢筋混凝土墙体和防爆板之间采用螺栓固定。该实用新型的基于发泡铝板的弹药仓库防爆墙结构简单、设计合理、制作方便，对弹药仓库内的弹药堆垛的爆炸、飞溅等意外进行防护，保护人员安全，能有效抗击弹药仓库的爆炸冲击波,避免防爆墙破裂和碎片飞溅，有效降低冲击波对周边设施和人员造成的伤害。

专利 CN103935373A公开了一种隔声减振高速列车地板结构,地板铝型材腹板上表面喷涂有一层自由粘弹性阻尼材料层,地板铝型材内腔添加有聚氨酯隔声材料,地板铝型材上方粘接弹性支撑座下支撑,地板铝型材顶板上表面和弹性支撑座下支撑上都粘接有粘弹性阻尼材料层,粘弹性阻尼材料层上方粘接约束层铝板共同构成约束阻尼层,弹性支撑座下支撑通过橡胶垫与上支撑连接成弹性支撑,约束层铝板与隔音垫之间铺设防寒材,隔音垫与铝板粘接组成整体后与弹性支撑粘接,铝板上方粘接发泡铝,发泡铝上方粘接铝板。本发明铝型材各频段隔声量能提高约1dB；充分利用现有空间资源,提高中高频吸声能力；降低了结构振动由下向上传递系数,抑制了结构传声。

以上专利通过将发泡铝作为夹层或在铝型材内腔添加有聚氨酯隔声材料等方法达到抗震或者消音的效果，但是一是以上发明专利没有考虑到发泡铝材料的抗腐蚀能力；二是没有考虑到提高发泡铝材料的抗震，抗冲击性能；三是没有考虑到对内腔的聚合物材料的改性作用等问题。本发明将通过改善相关加工方法和实验技术，提出一种新的发泡铝材料，以达到提高其部分性能的目的。

发明内容

本发明针对目前普通发泡铝材料韧性及表面抗腐蚀性能较差的问题，提供了一种具有高韧性、高耐腐蚀性的纳米石墨烯发泡铝，以及制备所述纳米石墨烯发泡铝的制备方法及制备材料。本发明工艺简单，在保证发泡铝阻磁作用的同时，充分提高发泡铝自身的韧性和表面抗腐蚀性能，适用于工业推广。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高性能纳米石墨烯发泡铝，包括以下原料：石墨烯、金属银、三元乙丙橡胶、发泡铝。

一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备材料，包括以下重量百分比的原料：0.3-0.5％的石墨烯，1.0-2.0％的金属银，其余为三元乙丙橡胶。

优选的，所述的石墨烯为纳米级石墨烯。

一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，包括以下步骤：

a）在三元乙丙橡胶粉末中加入其重量0.3%-0.5%的石墨烯粉末和1.0-2.0％的金属银粉末充分混合均匀得到增强剂；

b）将发泡铝表面打磨光滑后用清洗剂去掉表面杂质；

c）在300-350℃感应熔覆下，将增强剂逐次添加到发泡铝表面，使增强剂在发泡铝表面融化并完全渗入发泡铝的孔隙中，直到发泡铝的孔隙被增强剂全部填充满即得到成品。

优选的，所述的步骤a）中充分混合均匀是将三元乙丙橡胶粉末、石墨烯粉末和金属银粉末用干法球磨的方式球磨2.0-3.0小时。

优选的，所述的步骤b）的清洗剂为乙醇溶液。

所述的步骤c）是将发泡铝置于熔覆装置中，温度保持在300-350℃下。

本发明选择石墨烯掺杂在橡胶中进行充分混合，原因一是因为石墨烯可以充分改善橡胶材料的韧性和强度，使橡胶材料的韧性性能成倍的提高，从而达到减震和缓冲的作用；三是因为石墨烯本身具有很好的防腐蚀效果，目前人们对于纳米石墨烯做防腐材料的研究也越来越深入，由于布满孔隙的发泡铝材料的比表面积大，在实际应用中通过在其孔隙中添加石墨烯，可有效提高发泡铝的防腐蚀效果。

本发明使用橡胶作为发泡铝材料孔隙的填充物，原因一是因为橡胶材料本身质量较轻，不会对发泡铝材料的质量产生很大影响；二是橡胶材料具有优良的韧性，填充在发泡铝孔隙中可以起到减震和缓冲作用，明显提高发泡铝材料整体的抗震效果；三是因为与金属材料不同，橡胶材料做填充物不会改变发泡铝材料的阻磁效果，同时声波在不同介质中传播会被削弱，起到一定的消声效果。

发泡铝的应用十分广泛，以在海洋中的船体或建筑的应用为例，其腐蚀离子大多为氯离子，而银可以起到很好的吸附作用，可作为发泡铝上腐蚀离子的吸附剂，从而达到抗腐蚀的目的，该方法的特点为银的可回收与再利用，利用金属与橡胶性质的差异性及感应加热金属的相关技术达到回收金属银的目的。

本发明通过感应加热的方法实现了提高发泡铝材料的抗腐蚀能力，同时在保证发泡铝材料的阻磁效果的前提下提高了材料整体的抗震，抗冲击能力。

本制备方法在通过将橡胶粉末与石墨烯粉末充分混合均匀，保证了在橡胶软化后石墨烯在发泡铝内部不会发生团聚现象，从而提高发泡铝材料整体的抗腐蚀能力，同时由于石墨烯对橡胶材料的改性作用，使得橡胶在进入发泡铝材料的间隙后依然保持充分的韧性和强度；通过逐次添加，保证橡胶在发泡铝材料的间隙中填充的充分，以达到减震和抗冲击的效果；保证银橡胶软化过后进入发泡铝的间隙后不会发生融化而结块的现象；所选择的橡胶材料具有一定的耐高温性能，保证在较高温度下时橡胶不会发生软化膨胀从发泡铝的孔隙中溢出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：与传统的单一的发泡铝材料相比，一是在保证发泡铝材料质量增加不多的情况下，显著提高了发泡铝材料的抗腐蚀性能，扩大了该材料的应用领域和应用环境，包括酸碱环境，海洋环境和山地潮湿环境等；二是本发明显著提高了发泡铝材料自身的抗震和抗冲击性能，其中橡胶材料起到了很好的缓冲作用；三是本发明由于石墨烯对橡胶的改性作用，明显改善了填充物橡胶的韧性和强度性能，使橡胶材料发挥更好的作用；四是本发明中所添加的银材料可作为发泡铝上腐蚀离子的吸附剂，并可以回收再利用。

本发明间接的利用感应熔覆的技术，在加热发泡铝时使其表面的橡胶材料受到高温液化，从而将石墨烯和金属银都带入发泡铝的孔隙中并固定。该方法简单方便，但是却在保证发泡铝阻磁效果的同时提高了发泡铝材料的抗震、抗冲击和抗腐蚀能力。该方法适合用于工业推广。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，包括以下步骤：

1）备料：称取石墨烯粉末：0.3g、金属银粉末：1.5g、三元乙丙橡胶粉末：100g，发泡铝为市场有售的普通发泡铝，孔径为2-3.0mm。

2）在三元乙丙橡胶粉末中加入石墨烯粉末和金属银粉末，并用干法球磨的方式球磨2.0小时使三元乙丙橡胶粉末、石墨烯粉末及金属银粉末充分混合均匀，得到增强剂。

3）将提前买到的发泡铝切割成20×20×5mm的块状金属，并用500目的砂纸将表面磨至光滑后用酒精溶液清洗即可。

4）将块状发泡铝置于熔覆装置中，将温度保持在320℃，然后将所述的增强剂逐次的添加到发泡铝表面，使增强剂在发泡铝表面融化并填充如发泡铝的孔隙中，直到发泡铝的孔隙被增强剂全部填充满即可得到所需的最终产品。

实施例2

一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，包括以下步骤：

1）备料：称取纳米级的石墨烯粉末：0.5g、金属银粉末：1.0g、三元乙丙橡胶粉末：100g，发泡铝为市场有售的普通发泡铝，孔径为2-3.0mm。

2）在三元乙丙橡胶粉末中加入石墨烯粉末和金属银粉末，并用干法球磨的方式球磨3.0小时使三元乙丙橡胶粉末、石墨烯粉末及金属银粉末充分混合均匀，得到增强剂。

3）将提前买到的发泡铝切割成10×10×2mm的块状金属，并用500目的砂纸将表面磨至光滑后用酒精溶液清洗即可。

4）将块状发泡铝置于熔覆装置中，将温度保持在300℃，然后将所述的增强剂逐次的添加到发泡铝表面，使增强剂在发泡铝表面融化并填充如发泡铝的孔隙中，直到发泡铝的孔隙被增强剂全部填充满即可得到所需的最终产品。

实施例3

一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，包括以下步骤：

1）备料：称取纳米级的石墨烯粉末：0.4g、金属银粉末：2.0g、三元乙丙橡胶粉末：100g，市场有售的普通发泡铝，孔径为3-4.0mm。

2）在三元乙丙橡胶粉末中加入石墨烯粉末和金属银粉末，并用干法球磨的方式球磨2.5小时使三元乙丙橡胶粉末、石墨烯粉末及金属银粉末充分混合均匀，得到增强剂。

3）将提前买到的发泡铝切割成25×25×5mm的块状金属，并用500目的砂纸将表面磨至光滑后用酒精溶液清洗即可。

4）将块状发泡铝置于熔覆装置中，将温度保持在350℃，然后将所述的增强剂逐次的添加到发泡铝表面，使增强剂在发泡铝表面融化并填充如发泡铝的孔隙中，直到发泡铝的孔隙被增强剂全部填充满即可得到所需的最终产品。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）在三元乙丙橡胶粉末中加入其重量0.3%-0.5%的石墨烯粉末和1.0-2.0％的金属银粉末充分混合均匀得到增强剂；

b）将发泡铝表面打磨光滑后用清洗剂去掉表面杂质；

c）在300-350℃感应熔覆下，将增强剂逐次添加到发泡铝表面，使增强剂在发泡铝表面融化并完全渗入发泡铝的孔隙中，直到发泡铝的孔隙被增强剂全部填充满即得到成品。

2.根据权利要求1所述的一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，其特征在于，所述的步骤a）中充分混合均匀是将三元乙丙橡胶粉末、石墨烯粉末和金属银粉末用干法球磨的方式球磨2.0-3.0小时。

3.根据权利要求1所述的一种高性能纳米石墨烯发泡铝的制备方法，其特征在于，所述的步骤b）的清洗剂为乙醇溶液。