CN110343906B - 一种隔热金属材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔热金属材料及其制备方法，包括以下步骤：将所述质量百分数的单质原料加入到氩气保护的感应电炉内，并利用电磁搅拌器以300rpm～400rpm的速度搅拌，用碳化硅坩埚加热到700℃～900℃的温度成合金熔融物；将合金熔融物静置后浇铸到热顶同水平设备内铸造成锌铝合金铸锭，然后放入电炉内均匀化处理，再用挤压机，将锌铝合金铸锭热挤压成锌铝合金板材，在真空退火炉内退火，冷却后得到退火后的锌铝合金板材；将得到的锌铝合金板材进行水洗、砂磨、抛光、丙酮清洗，热风吹干，然后给锌铝合金板材表面涂上一层涂料，形成隔热层，高温固化后，即得到所述隔热金属材料。

Description

一种隔热金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种隔热金属材料及其制备方法。
背景技术
在现实生活中，金属材料通常都由100％金属成分制成，此类金属材料制成的产品在市场上得到了广泛的应用和推广，但是却很容易受到外界因素的影响，隔热效果不好，在某些特定的环境中往往无法达到人们的使用需求。
目前，门窗能耗占建筑能耗的50％，因此，建筑节能的关键是门窗节能，采用新型节能门窗，并对现有建筑门窗进行节能改造，是我国能源形势的客观要求，也是市场发展的必然趋势。
建筑门窗市场上常见的有铝合金门窗、塑料门窗、钢门窗、木门窗和其它类门窗，由于铝合金门窗具有性能好、重量轻、美观、采光好、经久耐用、型材易回收和再利用率高、无环境污染等特点受到人们的喜爱，但是铝合金门窗与塑料门窗相比，铝合金型材有良好的导热性，隔热保温效果较差，因此，铝合金门窗技术发展的重点和方向就是提高隔热与保温性能。
中国专利CN103819998B公开了一种隔热保温涂层及涂覆方法、涂料及制备方法和应用该隔热保温涂层的铝合金型材及铝合金门窗，本发明的隔热保温涂层，包括直接涂覆在基材上的底层涂层和涂覆在底层涂层上的面层涂层；所述底层涂层的涂料组分包括：占底层涂料总重量的85％～94％的面层涂料，和占底层涂料总重量的6％～15％的空心微珠；所述面层涂层的涂料组分(重量份)包括：成膜剂90份～100份；固化剂1份～10份；纳米材料0.5份～10份；粉末状填料20份～50份；流平剂0.5份～2份；颜料或染料1份～1.5份；其它助剂0.5份～4份，但该发明中，制备的涂料的隔热效果不好。
中国专利CN108149238A公开了一种金属材料的隔热防护涂层及其制备方法，通过喷涂的方式在金属材料表面上形成防护涂层，所述隔热防护涂层由如下组成：粘结层，喷涂在金属材料表面上；隔热层，喷涂在粘结层表面上；隔热层，喷涂在隔热层表面上；防腐蚀层，喷涂在金属材料表面上，制备方法包括如下步骤：S1金属材料表面预处理；S2粘结层制备；S3隔热层制备；S4隔热层制备；S5防腐蚀层制备，但该发明中，其制备方法复杂，前景不广阔。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种隔热金属材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备所述隔热金属材料的原料及其质量百分数包括Al：30wt％～40wt％，Mg：1.5wt％～3wt％，Ca：1wt％～2wt％，Na：0.5wt％～1wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；
步骤S2，将步骤S1所述质量百分数的单质原料加入到氩气保护的感应电炉内，并利用电磁搅拌器以300rpm～400rpm的速度搅拌，用碳化硅坩埚加热到700℃～900℃的温度成合金熔融物；
步骤S3，将步骤S2合金熔融物静置后浇铸到热顶同水平设备内铸造成锌铝合金铸锭，然后放入温度为420℃～480℃的电炉内保温4h～8h进行均匀化处理，再用挤压机，将锌铝合金铸锭以400℃～460℃的温度热挤压成厚度为0.2cm～0.5cm的锌铝合金板材，在真空退火炉内以250℃～300℃的温度退火3h～4h，冷却后得到退火后的锌铝合金板材；
步骤S4，将步骤S3得到的锌铝合金板材进行水洗、砂磨、抛光、丙酮清洗，热风吹干，然后给锌铝合金板材表面涂上一层涂料，形成隔热层，高温固化后，即得到所述隔热金属材料。
进一步的，步骤S2中，搅拌的时间10min～20min。
进一步的，步骤S3中，静置时间为12min～15min。
进一步的，步骤S4中，涂料由下列质量百分数的原料制成：聚四氟乙烯微粉2wt％～4wt％，碳酸钙5wt％～10wt％份，硼酸锌7wt％～9wt％，钛白粉1.5wt％～2wt％，玻化微珠14wt％～18wt％，纳米氧化锆10wt％～12wt％，聚磷酸铵4wt％～6wt％，安息香3wt％～6wt％，三缩水甘油基异氰尿酸酯5wt％～8wt％，其余为聚氨酯乳液。
氯化石蜡具有很强的吸热能力，吸热后材料的体积不会发生很大的变化，提高其隔热效果；钛白粉成膜后可形成白而亮的光膜，对日光进行反射作用。
再进一步的，涂料的制备方法为：
步骤C1：将所述质量百分数的碳酸钙，硼酸锌，钛白粉，玻化微珠,加入混料机混合20min～30min，得到A料；
步骤C2，将所述重量百分数的聚四氟乙烯微粉，纳米氧化锆，聚磷酸铵，安息香，三缩水甘油基异氰尿酸酯，氯化石蜡加入高速混合机，混合3min～5min，得到B料；
步骤C3：将挤出机预热后，加入所述质量百分数的聚氨酯乳液，然后再加入步骤C1制得的A料和步骤C2制得的B料，混合1h～2h后，挤出物料；
步骤C4：将步骤C3所得的挤出物料经过冷辊压片并冷却，得压出片,然后经过粉碎机粉碎后，过筛得粉末，然后用功率为300W～500W的超声波分散机将粉末以1：1～2的体积比分散于浓度为10％的丙醇水溶液中，超声波分散1h～2h，制备成分散液，即得所述涂料。
再进一步的，步骤C2中，高速混合机的转速为500r/min～800r/min。
再进一步的，步骤C3中，挤出机预热温度为90℃～120℃。
进一步的，步骤S4中，高温固化温度为180℃～200℃。
进一步的，步骤S4中，高温固化时间10min～15min。
进一步的，步骤S4中，隔热层的厚度为0.3mm～0.6mm。
本申请的优点是：
(1)本发明公开的隔热金属材料通过在金属材料表面设置一层隔热层进行防护，可有效的阻止热量的扩散；
(2)本发明公开的隔热金属材料涂料中添加的氯化石蜡具有很强的吸热能力，吸热后材料的体积不会发生很大的变化，提高其隔热效果；钛白粉成膜后可形成白而亮的光膜，对日光进行反射作用。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种隔热金属材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备所述隔热金属材料的原料及其质量百分数包括Al：30wt％，Mg：1.5wt％，Ca：1wt％，Na：0.5wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；
步骤S2，将步骤S1所述质量百分数的单质原料加入到氩气保护的感应电炉内，并利用电磁搅拌器以300rpm的速度搅拌10min，用碳化硅坩埚加热到700℃的温度成合金熔融物；
步骤S3，将步骤S2合金熔融物静置12min后浇铸到热顶同水平设备内铸造成锌铝合金铸锭，然后放入温度为420℃的电炉内保温4h进行均匀化处理，再用挤压机，将锌铝合金铸锭以400℃的温度热挤压成厚度为0.2cm的锌铝合金板材，在真空退火炉内以250℃的温度退火3h，冷却后得到退火后的锌铝合金板材；
步骤S4，将步骤S3得到的锌铝合金板材进行水洗、砂磨、抛光、丙酮清洗，热风吹干，然后给锌铝合金板材表面涂上一层涂料，以180℃的温度高温固化10min后，形成一层厚度为0.3mm的隔热层，即得到所述隔热金属材料。
上述操作中，涂料由下列质量百分数的原料制成：聚四氟乙烯微粉2wt％，碳酸钙5wt％份，硼酸锌7wt％，钛白粉1.5wt％，玻化微珠14wt％，纳米氧化锆10wt％，聚磷酸铵4wt％，安息香3wt％，三缩水甘油基异氰尿酸酯5wt％，其余为聚氨酯乳液；
所述涂料的制备方法为：
步骤C1：将所述质量百分数的碳酸钙，硼酸锌，钛白粉，玻化微珠,加入混料机混合20min，得到A料；
步骤C2，将所述重量百分数的聚四氟乙烯微粉，纳米氧化锆，聚磷酸铵，安息香，三缩水甘油基异氰尿酸酯，氯化石蜡加入转速为500r/min的高速混合机，混合3min，得到B料；
步骤C3：将挤出机预热至温度为90℃，加入所述质量百分数的聚氨酯乳液，然后再加入步骤C1制得的A料和步骤C2制得的B料，混合1h后，挤出物料；
步骤C4：将步骤C3所得的挤出物料经过冷辊压片并冷却，得压出片,然后经过粉碎机粉碎后，过筛得粉末，然后用功率为300W的超声波分散机将粉末以1：2的体积比分散于浓度为10％的丙醇水溶液中，超声波分散1h，制备成分散液，即得所述涂料。
实施例2
一种隔热金属材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备所述隔热金属材料的原料及其质量百分数包括Al：40wt％，Mg：3wt％，Ca：2wt％，Na：1wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；
步骤S2，将步骤S1所述质量百分数的单质原料加入到氩气保护的感应电炉内，并利用电磁搅拌器以400rpm的速度搅拌20min，用碳化硅坩埚加热到900℃的温度成合金熔融物；
步骤S3，将步骤S2合金熔融物静置15min后浇铸到热顶同水平设备内铸造成锌铝合金铸锭，然后放入温度为480℃的电炉内保温8h进行均匀化处理，再用挤压机，将锌铝合金铸锭以460℃的温度热挤压成厚度为0.5cm的锌铝合金板材，在真空退火炉内以300℃的温度退火4h，冷却后得到退火后的锌铝合金板材；
步骤S4，将步骤S3得到的锌铝合金板材进行水洗、砂磨、抛光、丙酮清洗，热风吹干，然后给锌铝合金板材表面涂上一层涂料，以200℃的温度高温固化15min后，形成一层厚度为0.5mm的隔热层，即得到所述隔热金属材料。
上述操作中，涂料由下列质量百分数的原料制成：聚四氟乙烯微粉4wt％，碳酸钙10wt％份，硼酸锌9wt％，钛白粉2wt％，玻化微珠18wt％，纳米氧化锆12wt％，聚磷酸铵6wt％，安息香6wt％，三缩水甘油基异氰尿酸酯8wt％，其余为聚氨酯乳液；
所述涂料的制备方法为：
步骤C1：将所述质量百分数的碳酸钙，硼酸锌，钛白粉，玻化微珠,加入混料机混合30min，得到A料；
步骤C2，将所述重量百分数的聚四氟乙烯微粉，纳米氧化锆，聚磷酸铵，安息香，三缩水甘油基异氰尿酸酯，氯化石蜡加入转速为800r/min的高速混合机，混合5min，得到B料；
步骤C3：将挤出机预热至温度为120℃，加入所述质量百分数的聚氨酯乳液，然后再加入步骤C1制得的A料和步骤C2制得的B料，混合2h后，挤出物料；
步骤C4：将步骤C3所得的挤出物料经过冷辊压片并冷却，得压出片,然后经过粉碎机粉碎后，过筛得粉末，然后用功率为500W的超声波分散机将粉末以1：1的体积比分散于浓度为10％的丙醇水溶液中，超声波分散2h，制备成分散液，即得所述涂料。
实施例3
一种隔热金属材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备所述隔热金属材料的原料及其质量百分数包括Al：35wt％，Mg：2wt％，Ca：1.5wt％，Na：0.8wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；
步骤S2，将步骤S1所述质量百分数的单质原料加入到氩气保护的感应电炉内，并利用电磁搅拌器以350rpm的速度搅拌15min，用碳化硅坩埚加热到750℃的温度成合金熔融物；
步骤S3，将步骤S2合金熔融物静置13min后浇铸到热顶同水平设备内铸造成锌铝合金铸锭，然后放入温度为450℃的电炉内保温6h进行均匀化处理，再用挤压机，将锌铝合金铸锭以440℃的温度热挤压成厚度为0.4cm的锌铝合金板材，在真空退火炉内以260℃的温度退火3h～4h，冷却后得到退火后的锌铝合金板材；
步骤S4，将步骤S3得到的锌铝合金板材进行水洗、砂磨、抛光、丙酮清洗，热风吹干，然后给锌铝合金板材表面涂上一层涂料，以190℃的温度高温固化13min后，形成一层厚度为0.3mm的隔热层，即得到所述隔热金属材料。
上述操作中，涂料由下列质量百分数的原料制成：聚四氟乙烯微粉3wt％，碳酸钙8wt％份，硼酸锌8wt％，钛白粉1.8wt％，玻化微珠16wt％，纳米氧化锆11wt％，聚磷酸铵5wt％，安息香5wt％，三缩水甘油基异氰尿酸酯5wt％～8wt％，其余为聚氨酯乳液；
所述涂料的制备方法为：
步骤C1：将所述质量百分数的碳酸钙，硼酸锌，钛白粉，玻化微珠,加入混料机混合25min，得到A料；
步骤C2，将所述重量百分数的聚四氟乙烯微粉，纳米氧化锆，聚磷酸铵，安息香，三缩水甘油基异氰尿酸酯，氯化石蜡加入转速为700r/min的高速混合机，混合4min，得到B料；
步骤C3：将挤出机预热至温度为100℃，加入所述质量百分数的聚氨酯乳液，然后再加入步骤C1制得的A料和步骤C2制得的B料，混合1.5h后，挤出物料；
步骤C4：将步骤C3所得的挤出物料经过冷辊压片并冷却，得压出片,然后经过粉碎机粉碎后，过筛得粉末，然后用功率为400W的超声波分散机将粉末以1：1.2的体积比分散于浓度为10％的丙醇水溶液中，超声波分散1.5h，制备成分散液，即得所述涂料。
实验例
根据GB/T3651-2008对本发明实施例1～3制备方法制得的隔热金属材料材料进行测试，并与市售的隔热金属材料进行对比，结果如下表1：
表1用本发明实施例1～3制备方法所得隔热金属材料性能
性能 实施例1 实施例2 实施例3 市售的隔热金属材料
导热系数W/m·K 2.1 1.8 2.0 2.3
从上表1可以看出，与市售的隔热金属材料相比，用本发明制备方法制得的隔热金属材料的导热系数低，能起到很好的隔热效果，且生产成本较低，市场应用前景好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种隔热金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，制备所述隔热金属材料的原料及其质量百分数包括Al：30wt％～40wt％，Mg：1.5wt％，Ca：1wt％～2wt％，Na：0.5wt％～1wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；
步骤S2，将步骤S1所述质量百分数的单质原料加入到氩气保护的感应电炉内，并利用电磁搅拌器以300rpm～400rpm的速度搅拌，用碳化硅坩埚加热到700℃～900℃的温度成合金熔融物；
步骤S3，将步骤S2合金熔融物静置后浇铸到热顶同水平设备内铸造成锌铝合金铸锭，然后放入温度为420℃～480℃的电炉内保温4h～8h进行均匀化处理，再用挤压机，将锌铝合金铸锭以400℃～460℃的温度热挤压成厚度为0.2cm～0.5cm的锌铝合金板材，在真空退火炉内以250℃～300℃的温度退火3h～4h，冷却后得到退火后的锌铝合金板材；
步骤S4，将步骤S3得到的锌铝合金板材进行水洗、砂磨、抛光、丙酮清洗，热风吹干，然后给锌铝合金板材表面涂上一层涂料，形成隔热层，高温固化后，即得到所述隔热金属材料；
所述涂料的制备方法为：
步骤C1：将碳酸钙，硼酸锌，钛白粉，玻化微珠,加入混料机混合20min～30min，得到A料；
步骤C2，将聚四氟乙烯微粉，纳米氧化锆，聚磷酸铵，安息香，三缩水甘油基异氰尿酸酯，氯化石蜡加入高速混合机，混合3min～5min，得到B料；
步骤C3：将挤出机预热后，加入聚氨酯乳液，然后再加入步骤C1制得的A料和步骤C2制得的B料，混合1h～2h后，挤出物料；
步骤C4：将步骤C3所得的挤出物料经过冷辊压片并冷却，得压出片,然后经过粉碎机粉碎后，过筛得粉末，然后用功率为300W～500W的超声波分散机将粉末以1：1～2的体积比分散于浓度为10％的丙醇水溶液中，超声波分散1h～2h，制备成分散液，即得所述涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述搅拌的时间10min～20min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述静置时间为12min～15min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述高温固化温度为180℃～200℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述高温固化时间10min～15min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述隔热层的厚度为0.3mm～0.5mm。
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