CN112893811B - 一种轻质隔热吸声复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轻质隔热吸声复合材料及其制备方法，将开孔泡沫铝制备技术与泡沫玻璃制备技术相融合，相关制备方法包括如下几步：首先将空心玻璃微珠与膨胀土制成球状填料，并将其放入模具中预热，实现空心玻璃微珠烧结；接着，将纯铝或铝合金加热至熔化，然后在5~80MPa压力下，迅速将铝液渗入到空心玻璃微珠球状填料的缝隙中；经冷却后得到轻质隔热吸声复合材料。与空心玻璃微珠与铝粉简单混合后制备的复合材料相比，本发明的技术特点在于空心玻璃微珠与膨胀土结合后可以形成规则圆孔结构，去除膨胀土后成型的复合材料也具有规则结构，能够保证产品品质统一，避免随机混合造成的产品品质下降问题，并使本发明的复合材料同时具备轻质、隔热与吸声性能。

Description

一种轻质隔热吸声复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别是涉及一种同时具备轻质、隔热和吸声的复合材料及其制备方法，属于复合材料设计与制备技术领域。
背景技术
泡沫玻璃是一种特殊的玻璃材料，内部主要由无数封闭的气泡组成，气泡中充满了空气或其他气体，气泡与气泡之间被很薄的玻璃壁隔离开，形成了独立的球状体，它通常由大量直径为0.01～2毫米的均匀气泡结构组成，其中吸声泡沫玻璃为50%以上为开孔气泡，绝热泡沫玻璃75%以上为闭孔气泡，表观密度为0.1-0.5g/cm3，抗压强度为0.4-6.0MPa，导热系数为0.035-0.139W/(m·K)，使用温度范围在-160-400℃，这些指标都可以根据使用要求通过生产技术参数的变更进行调整。由于泡沫玻璃内部包含无数的小气泡，自然其性质不同于普通的玻璃，具有导热系数小、热学性能稳定、不燃烧、不变形、使用寿命长、使用温度范围宽、吸水率低、吸声、不受虫害、易于加工切割及、装饰性强等优点，在保温、隔热、防火和吸声工程等领域被越来越广泛的应用。利用空心玻璃微珠堆烧法制备泡沫玻璃，是一种简单而有效的泡沫玻璃制备方法。可以保证泡沫玻璃气泡的均匀性，提高泡沫玻璃的质量。
20世纪30年代，法国Saint-Gobain公司首先研制成功以碳酸钙为发泡剂的泡沫玻璃，1935年申请了第1个专利。随后，1939年在门捷列夫化工学院中间试验厂也实验生产了泡沫玻璃。美国是世界上最大的泡沫玻璃生产国，匹茨堡康宁公司是世界上最大的泡沫玻璃生产厂，20世纪40年代，它以碳素为发泡剂，研制出了气孔结构封闭的闭孔泡沫玻璃。1945年，日本的旭玻璃公司和日本确子公司以碳酸钙为发泡剂，联合研发出了具有现代意义的连通气孔的开孔型泡沫玻璃制品。德国于20世纪80年代开发出一种新的工艺，即将废玻璃熔化形成玻璃液后直接发泡，该工艺的产品具力学性能好且易于加工的特点。我国对泡沫玻璃的研发相对较晚，1955年在沈阳陶瓷厂开始试制泡沫玻璃，截止到目前已经发展了50多年，取得了一定的成果，但到目前国内的泡沫玻璃生产技术还不成熟，很多产品需从外国进口。尽管泡沫玻璃具有优异的性能，但是与其他材料相比还存在着易破碎、容重大、导热系数高、制备周期长、制备工艺复杂等缺点。
发明内容
本发明为解决泡沫玻璃易碎与制备工艺复杂问题，提供一种轻质隔热吸声复合材料及其制备方法，能够提高泡沫玻璃的力学性能，降低制备工艺的复杂程度，还能够拓宽泡沫玻璃的应用范围。
本发明的技术方案包括如下几个方面：
一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法：
（1）将空心玻璃微珠与膨胀土混合，用造粒机制作成一定直径的球状填料，将该球状填料风干或干燥待用；
（2）将干燥后的球状填料放入模具中，通过挤压和震荡处理使其密实化，随后进行预热，实现空心玻璃微珠烧结；
（3）将纯铝或铝合金在熔炼炉内熔化，得到纯铝或铝合金熔体，并在压力下将纯铝或铝合金熔体渗入到经密实和预热后的空心玻璃微珠球状填料的缝隙中；
（4）冷却后，从模具中取出含有空心玻璃微珠和铝的复合材料，用水或其它水溶液去除膨胀土残渣，得到轻质隔热吸声复合材料。
优选在上述制备方法中，空心玻璃微珠的直径在10-1000微米尺寸范围内。
优选在上述制备方法中，在空心玻璃微珠与膨胀土的混合物中，按重量计，膨胀土占2%-60%。
优选在上述制备方法中，步骤（1）中球状填料的直径为0.4-1.5cm；步骤（2）中的预热温度为550-800℃；步骤（3）中的压力为5-80MPa；步骤（4）中的水或其他水溶液的温度为40-85℃。
其中用于制备轻质隔热吸声复合材料的模具底座上设有气孔，用来排除颗粒缝隙中的气体。
优选在上述制备方法中，铝合金为铸造铝合金A359，锻造合金1061、3003、061等，或不同配比的铝与其它金属的合金。
优选在上述制备方法中，用于去除膨胀土的其它水溶液为添加了分散剂的水溶液，所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂；其中无机分散剂包括硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)，有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等。
优选在上述制备方法中，在纯铝或铝合金熔炼炉内熔化时需要经过除渣精炼。
一种轻质隔热吸声复合材料，依据上述的制备方法或优选的制备方法制备而成。
本发明还提供一种轻质隔热吸声复合材料，所述轻质隔热吸声复合材料的内部结构包括规则排布的空心玻璃微珠及填充于空心玻璃微珠缝隙间的铝或铝合金。
本发明技术方案的有益效果是：
突破了现有泡沫玻璃易碎与制备工艺复杂技术局限，获得了力学性能优异的泡沫玻璃/铝复合材料。由于泡沫玻璃的烧结温度与纯铝或铝合金的融化温度接近，可以利用空心玻璃微珠制作成球状填料，通过铝液浇注，获得轻质隔热吸声复合材料。本方案还在关键工艺上进行原创性发明，降低工艺复杂性，能够在制备过程中通过控制空心微珠填料、渗流温度、渗流压力等实现轻质隔热吸声复合材料的连续生产。该方法通过改变空心玻璃微珠及其所制备填料的尺寸、形状，能实现轻质隔热吸声复合材料的结构控制，该结构控制方法具有可实现性，更符合实际应用对产品多样性的要求。与空心玻璃微珠与铝粉简单混合后制备的复合材料相比，本发明所述空心玻璃微珠与膨胀土结合后可以形成规则圆孔结构，去除膨胀土后成型的复合材料也具有规则结构，能够保证产品品质统一，避免随机混合造成的产品品质下降问题，并使本发明的复合材料同时具备轻质、隔热与吸声性能。
对比现有泡沫玻璃，本发明具体特点如下：
（1）通过选择空心玻璃微珠及其所制备的填料尺寸、形状，可以控制轻质隔热吸声复合材料结构参数特征，使其在获得更轻质量的同时，具有较好的吸声性能；
（2）通过对空心玻璃微珠填料的粒径尺寸、加入量、预处理方式进行选择，实现对金属含量、结构等参数的控制，进而控制轻质隔热吸声复合材料金属和玻璃构成的结构参数等特征；（3）利用空心玻璃微珠堆烧法制备泡沫玻璃，尽管可以简化工艺流程，但是无法解决泡沫玻璃易碎问题。本发明利用空心玻璃微珠堆烧温度与纯铝或铝合金融化温度接近的特点，实现了堆烧与渗流的同步进行，是实现本发明工艺的重要环节。
附图说明：
图1 为在模具中放入造孔剂的示意图；
图2为 在压力条件下渗入纯铝或铝合金熔体示意图；
图3为去除膨胀土后获得的轻质隔热吸声复合材料示意图。

Claims (7)

1.一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于：
（1）将空心玻璃微珠与膨胀土混合，用造粒机制作成一定直径的球状填料，将该球状填料干燥待用；
（2）将干燥后的球状填料放入模具中，通过挤压和震荡处理使其密实化，随后进行预热，实现空心玻璃微珠烧结；
（3）将纯铝或铝合金在熔炼炉内熔化，得到纯铝或铝合金熔体，并在压力下将纯铝或铝合金熔体渗入到经密实和预热后的空心玻璃微珠球状填料的缝隙中；
（4）冷却后，从模具中取出含有空心玻璃微珠和铝的复合材料，用水或其它水溶液去除膨胀土残渣，得到轻质隔热吸声复合材料；
其中，在空心玻璃微珠与膨胀土的混合物中，按重量计，膨胀土占2%-60%。
2.根据权利要求1所述的一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于，其中空心玻璃微珠的直径在10-1000微米尺寸范围内。
3.根据权利要求1所述的一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于，其中步骤（1）中球状填料的直径为0.4-1.5cm；步骤（2）中的预热温度为550-800℃；步骤（3）中的压力为5-80MPa；步骤（4）中的水或其他水溶液的温度为40-85℃。
4.根据权利要求1所述的一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于，其中用于制备轻质隔热吸声复合材料的模具底座上设有气孔，用来排除颗粒缝隙中的气体。
5.根据权利要求1所述的一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于，其中的铝合金为铸造铝合金A359，锻造合金1061、3003、061。
6.根据权利要求1所述的一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于，其中用于去除膨胀土的其它水溶液为添加了分散剂的水溶液，所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂；其中无机分散剂包括硅酸盐类和碱金属磷酸盐类，有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯。
7.根据权利要求1所述的一种轻质隔热吸声复合材料的制备方法，其特征在于，其中在纯铝或铝合金熔炼炉内熔化时需要经过除渣精炼。
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