CN115161507A - 一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法和泡沫铝材料 - Google Patents

一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法和泡沫铝材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于泡沫铝材料制备技术领域，提供了一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法，将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末混合，再与碳酸钙颗粒混合，然后依次进行压制和加热，最后在预制块中填充铝液，之后进行蒸汽处理，得到泡沫铝材料。本发明以碳酸钙粉末、碳酸钙颗粒和聚乙烯醇水溶液为原料，碳酸钙颗粒作为渗流颗粒，聚乙烯醇水溶液与碳酸钙粉末用于调控泡沫铝材料的孔隙率，经过压制、加热和蒸汽处理制得了泡沫铝材料。本发明通过采用聚乙烯醇水溶液来调整泡沫铝材料的孔隙率，降低了生成过程中的操作风险，通过蒸汽处理去除氧化钙不会产生有害物质。实施例的结果显示，本发明提供的制备方法操作安全且不会产生有害物质。

Description

一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法和泡沫铝 材料
技术领域
本发明涉及泡沫铝材料制备技术领域，尤其涉及一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法和泡沫铝材料。
背景技术
国内目前在用渗流法制备泡沫铝材料时，一般采用食盐、可溶性MOD颗粒、可溶性石膏材料或是氧化钙颗粒作为渗流颗粒。例如专利CN201610242168.2公开了一种以氧化钙为渗流颗粒的泡沫铝制备方法，该方法采用氧化钙为渗流颗粒，并且采用酒精和大于300目的氧化钙粉末的混合浆液均匀混入氧化钙颗粒中，使得氧化钙颗粒表面均匀粘贴上一层酒精与氧化钙粉末的混合浆液，以此控制泡沫铝的孔隙率，实现控制泡沫铝材料孔隙率的目的。该专利采用的方法既避免了食盐作为渗流颗粒时由于食盐含有结晶水，会导致颗粒的尺寸不稳定以及对泡沫铝材料有腐蚀性的缺点，又克服了其它材质的颗粒材料制作成本较高，颗粒不易去除等缺点。
但是，该专利中采用纯乙醇液体控制泡沫铝的孔隙率，存在操作危险的缺点，并且该专利在去除氧化钙颗粒时采用过饱和氯化铵水溶液，会生成有害的物质(如氨气等)，不符合环保生产的要求。因此，亟需一种操作安全且不会产生有害物质的制备泡沫铝材料的方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法和泡沫铝材料，本发明提供的制备方法操作安全且不会产生有害物质。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末混合，得到混合浆液；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆液与碳酸钙颗粒混合，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；
(3)将所述步骤(2)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒依次进行压制和加热，得到预制块；
(4)在所述步骤(3)得到的预制块中填充铝液，然后进行蒸汽处理，得到泡沫铝材料。
优选地，所述步骤(1)中碳酸钙粉末的粒度为300目以上。
优选地，所述步骤(1)中聚乙烯醇水溶液的质量浓度为2～5％。
优选地，所述步骤(1)中的碳酸钙粉末和所述步骤(2)中的碳酸钙颗粒的用量根据以下公式计算得到：
W＝(1-P)×d×V，W1＝(1-P1)×V×d，W2＝W-W1；
其中，W为碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的总质量，W1为步骤(2)中碳酸钙颗粒的质量，W2为步骤(1)中碳酸钙粉末的质量，P为步骤(3)中预制块的孔隙率，P1为步骤(2)中碳酸钙颗粒制备的预制块的孔隙率，V为步骤(3)中预制块的体积，d为碳酸钙的相对密度。
优选地，所述步骤(2)中碳酸钙颗粒的粒度为8～10目、10～14目或14～20目。
优选地，所述步骤(3)中铝液的填充量为预制块的孔隙体积。
优选地，所述步骤(3)中加热的温度为820～850℃，加热的保温时间为1～2h。
优选地，所述步骤(4)中蒸汽处理的温度为100～200℃，蒸汽处理的时间为30～60min。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的泡沫铝材料。
优选地，所述泡沫铝材料的孔隙率为71～90％。
本发明提供了一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法，包括以下步骤：(1)将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末混合，得到混合浆液；(2)将所述步骤(1)得到的混合浆液与碳酸钙颗粒混合，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；(3)将所述步骤(2)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒依次进行压制和加热，得到预制块；(4)在所述步骤(3)得到的预制块中填充铝液，然后进行蒸汽处理，得到泡沫铝材料。本发明以碳酸钙粉末、碳酸钙颗粒和聚乙烯醇水溶液为原料，碳酸钙颗粒作为渗流颗粒，聚乙烯醇水溶液与碳酸钙粉末用于调控泡沫铝材料的孔隙率，经过压制、加热和蒸汽处理制得了泡沫铝材料。本发明通过采用聚乙烯醇水溶液来调整泡沫铝材料的孔隙率，降低了生成过程中的操作风险，通过蒸汽处理去除氧化钙不会产生有害物质，满足了环保生产的要求。实施例的结果显示，本发明提供的制备方法操作安全且不会产生有害物质。
具体实施方式
本发明提供了一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末混合，得到混合浆液；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆液与碳酸钙颗粒混合，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；
(3)将所述步骤(2)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒依次进行压制和加热，得到预制块；
(4)在所述步骤(3)得到的预制块中填充铝液，然后进行蒸汽处理，得到泡沫铝材料。
本发明将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末混合，得到混合浆液。本发明通过先将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末制成混合浆液，以便后续在碳酸钙颗粒表面粘附。
在本发明中，所述碳酸钙粉末的粒度优选为300目以上，更优选为300～350目。本发明对所述碳酸钙粉末的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明中的碳酸钙粉末在后续的加热过程中会分解为氧化钙，再经蒸汽处理进行溶解而被去除，从而调控泡沫铝材料的孔隙率。并且，本发明中碳酸钙粉末的加入增大了碳酸钙颗粒之间的孔洞的尺寸，可以调节泡沫铝的通孔性，进一步改善了泡沫铝的孔结构和性能。
在本发明中，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度优选为2～5％，更优选为3～4％。本发明优选将所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度控制在上述范围内，有利于降低生产成本。本发明对所述聚乙烯醇水溶液的配制方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的配制方式即可。在本发明中，所述聚乙烯醇水溶液中的水在后续的加热过程中被蒸发掉，聚乙烯醇会被烧掉，从而调控泡沫铝材料的孔隙率。本发明中的聚乙烯醇水溶液具有粘性，将其与碳酸钙粉末制成混合浆液后可以与碳酸钙颗粒进行充分的混合，使得碳酸钙粉末均匀地粘附在碳酸钙颗粒表面，从而调节泡沫铝材料的孔隙率。并且，本发明中的聚乙烯醇水溶液没有挥发性和易燃性，保证了生产过程的安全性。
得到混合浆液后，本发明将所述混合浆液与碳酸钙颗粒混合，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗。本发明通过将混合浆液与碳酸钙颗粒混合，使碳酸钙颗粒表面粘贴上聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末。
本发明对所述混合浆液与碳酸钙颗粒混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的固液混合的技术方案即可。
在本发明中，所述碳酸钙颗粒的粒度优选为8～10目、10～14目或14～20目，更优选为10～14目或14～20目。本发明对所述碳酸钙颗粒的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明以碳酸钙颗粒为渗流颗粒，碳酸钙颗粒的粉碎及储存较氧化钙颗粒简单，减少了粉尘污染；而在现有技术中由于氧化钙可以用水溶解后从铝和氧化钙颗粒的复合体中去除掉，而碳酸钙不能用水溶解去除，因此通常不用碳酸钙制备泡沫铝材料。
在本发明中，当所述碳酸钙颗粒的粒度不符合上述条件时，本发明优选先对碳酸钙颗粒依次进行破碎、球磨和筛分。本发明对所述破碎、球磨和筛分的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的破碎、球磨和筛分的方式即可。在本发明中，所述破碎所用设备优选为破碎机。
在本发明中，所述碳酸钙粉末和所述碳酸钙颗粒的用量优选根据以下公式计算得到：
W＝(1-P)×d×V，W1＝(1-P1)×V×d，W2＝W-W1；
其中，W为碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的总质量，W1为碳酸钙颗粒的质量，W2为碳酸钙粉末的质量，P为预制块的孔隙率，P1为碳酸钙颗粒制备的预制块的孔隙率，V为预制块的体积，d为碳酸钙的相对密度。在本发明中，所述碳酸钙的相对密度d优选为2.71g/cm3；所述P1优选为0.29。
得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒后，本发明将所述粘有混合浆液的碳酸钙颗粒依次进行压制和加热，得到预制块。本发明通过压制使粘有混合浆液的碳酸钙颗粒成型，然后通过加热使碳酸钙颗粒和碳酸钙粉末分解，变成氧化钙颗粒和氧化钙粉末，同时去除聚乙烯醇和水。
本发明对所述压制的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的压制的技术方案即可。在本发明中，所述压制所用设备优选为10吨压力机。本发明对所述压制的时间没有特殊的限定，只需要压力机将模具上的压板压至模具的紧实位置即可，不需要保压。
在本发明中，所述加热的温度优选为820～850℃，更优选为830～840℃。本发明优选将所述加热的温度控制在上述范围内，促使碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒分解出二氧化碳，成为氧化钙粉末和氧化钙颗粒。
在本发明中，所述加热的保温时间优选为1～2h，更优选为1～1.5h。本发明优选将所述加热的保温时间控制在上述范围内，保证碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒分解以及聚乙烯醇水溶液被烧掉的同时又不浪费能量。在本发明中，所述加热的设备优选为预热炉。
在本发明中，所述预制块的尺寸优选为20×20×0.1cm。
得到预制块后，本发明在所述预制块中填充铝液，然后进行蒸汽处理，得到泡沫铝材料。本发明通过在预制块中填充铝液以制备泡沫铝材料，通过蒸汽处理使氧化钙颗粒被水蒸气浸泡并与水反应生成氢氧化钙糊剂而被去除，从而得到具有一定孔隙率的泡沫铝材料；避免了专利CN201610242168.2中采用过饱和氯化铵水溶液去除氧化钙颗粒会生成有害的物质(如氨气等)的缺点，满足了环保生产的要求。
本发明对所述铝液的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明对所述填充的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的填充液体的技术方案即可。在本发明中，所述填充的方式优选为挤压；所述挤压的压力优选为0.04～0.10MPa。
在本发明中，所述铝液的填充量优选为预制块的孔隙体积。本发明通过在预制块的孔隙中填满铝液以制备泡沫铝材料。
本发明对所述蒸汽处理的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的蒸汽处理的技术方案即可。
在本发明中，所述蒸汽处理的温度优选为100～200℃，更优选为150～200℃；所述蒸汽处理的时间优选为30～60min，更优选为40～50min。本发明优选将所述蒸汽处理的温度和时间控制在上述范围内，保证氧化钙颗粒被去除的同时又不浪费能量。
本发明以碳酸钙粉末、碳酸钙颗粒和聚乙烯醇水溶液为原料，碳酸钙颗粒作为渗流颗粒，聚乙烯醇水溶液与碳酸钙粉末用于调控泡沫铝材料的孔隙率，经过压制、加热和蒸汽处理制得了泡沫铝材料。本发明通过采用聚乙烯醇水溶液来调整泡沫铝材料的孔隙率，降低了生成过程中的操作风险，通过蒸汽处理去除氧化钙不会产生有害物质，满足了环保生产的要求。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的泡沫铝材料。
在本发明中，所述泡沫铝材料的孔隙率优选为71～90％，更优选为79～90％。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
泡沫铝材料：孔隙率为83％，尺寸为20×20×0.1cm；
制备过程：
(1)将大块状碳酸钙颗粒在破碎机里进行破碎加工，然后将破碎的碳酸钙颗粒先在10目的筛子中进行筛分，再将筛后的碳酸钙颗粒在14目的筛子中进行筛分，得到目数为10～14目的碳酸钙颗粒；
(2)将20mL质量浓度为3％的聚乙烯醇水溶液与1300.8g 300目的碳酸钙粉末混合均匀，得到混合浆液；
(3)将7696.4g步骤(1)得到的碳酸钙颗粒与步骤(2)得到的混合浆液进行搅拌混合均匀，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；其中，碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的用量计算过程为：预制块的体积V＝20×20×10cm3＝4000cm3，取碳酸钙的相对密度为d＝2.71g/cm3，则孔隙率P＝17％的预制块(对应孔隙率83％的泡沫铝材料)中碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的总质量W＝(1-P)×d×V＝0.83×2.71×4000＝8997.2g，碳酸钙颗粒的质量W1＝(1-P1)×V×d＝0.71×4000×2.71＝7696.4g，碳酸钙粉末的质量W2＝W-W18997.2-7696.4＝1300.8g；
(4)将步骤(3)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒放入尺寸为20×20×10cm的不锈钢模具中，用10吨压力机压制成孔隙率为17％的半成品，然后放入温度为840℃的预热炉中进行预热，使不锈钢模具和半成品达到内外均匀的预热温度，在达到预热温度后，保温1.5h，得到预制块；
(5)在步骤(4)得到的预制块中挤压填满铝液，待铝液凝固后根据泡沫铝材料的尺寸要求进行机加工，得到尺寸为20×20×0.1cm的泡沫铝样品，然后将其放入盛有水的密闭容器内并通入150℃的水蒸气进行蒸汽处理，40min后，得到孔隙率为83％的泡沫铝材料。
实施例2
泡沫铝材料：孔隙率为79％，尺寸为20×20×0.1cm；
制备过程：
(1)将大块状碳酸钙颗粒在破碎机里进行破碎加工，然后将破碎的碳酸钙颗粒先在8目的筛子中进行筛分，再将筛后的碳酸钙颗粒在10目的筛子中进行筛分，得到目数为8～10目的碳酸钙颗粒；
(2)将20mL质量浓度为4％的聚乙烯醇水溶液与867.2g 300目的碳酸钙粉末混合均匀，得到混合浆液；
(3)将7696.4g步骤(1)得到的碳酸钙颗粒与步骤(2)得到的混合浆液进行搅拌混合均匀，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；其中，碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的用量计算过程为：预制块的体积V＝20×20×10cm3＝4000cm3，取碳酸钙的相对密度为d＝2.71g/cm3，则孔隙率P＝21％的预制块(对应孔隙率79％的泡沫铝材料)中碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的总质量W＝(1-P)×d×V＝0.79×2.71×4000＝8563.6g，碳酸钙颗粒的质量W1＝(1-P1)×V×d＝0.71×4000×2.71＝7696.4g，碳酸钙粉末的质量W2＝W-W18563.6-7696.4＝867.2g；
(4)将步骤(3)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒放入尺寸为20×20×10cm的不锈钢模具中，用10吨压力机压制成孔隙率为21％的半成品，然后放入温度为830℃的预热炉中进行预热，使不锈钢模具和半成品达到内外均匀的预热温度，在达到预热温度后，保温1h，得到预制块；
(5)在步骤(4)得到的预制块中挤压填满铝液，待铝液凝固后根据泡沫铝材料的尺寸要求进行机加工，得到尺寸为20×20×0.1cm的泡沫铝样品，然后将其放入盛有水的密闭容器内并通入180℃的水蒸气进行蒸汽处理，35min后，得到孔隙率为79％的泡沫铝材料。
实施例3
泡沫铝材料：孔隙率为85％，尺寸为20×20×0.1cm；
制备过程：
(1)将大块状碳酸钙颗粒在破碎机里进行破碎加工，然后将破碎的碳酸钙颗粒先在14目的筛子中进行筛分，再将筛后的碳酸钙颗粒在20目的筛子中进行筛分，得到目数为14～20目的碳酸钙颗粒；
(2)将20mL质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液与1517.6g 300目的碳酸钙粉末混合均匀，得到混合浆液；
(3)将7696.4g步骤(1)得到的碳酸钙颗粒与步骤(2)得到的混合浆液进行搅拌混合均匀，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；其中，碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的用量计算过程为：预制块的体积V＝20×20×10cm3＝4000cm3，取碳酸钙的相对密度为d＝2.71g/cm3，则孔隙率P＝15％的预制块(对应孔隙率85％的泡沫铝材料)中碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的总质量W＝(1-P)×d×V＝0.85×2.71×4000＝9214g，碳酸钙颗粒的质量W1＝(1-P1)×V×d＝0.71×4000×2.71＝7696.4g，碳酸钙粉末的质量W2＝W-W19214-7696.4＝1517.6g；
(4)将步骤(3)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒放入尺寸为20×20×10cm的不锈钢模具中，用10吨压力机压制成孔隙率为15％的半成品，然后放入温度为850℃的预热炉中进行预热，使不锈钢模具和半成品达到内外均匀的预热温度，在达到预热温度后，保温1.3h，得到预制块；
(5)在步骤(4)得到的预制块中挤压填满铝液，待铝液凝固后根据泡沫铝材料的尺寸要求进行机加工，得到尺寸为20×20×0.1cm的泡沫铝样品，然后将其放入盛有水的密闭容器内并通入150℃的水蒸气进行蒸汽处理，40min后，得到孔隙率为85％的泡沫铝材料。
由以上实施例可以看出，本发明提供的以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法，操作安全且不会产生有害物质，并且，泡沫铝材料的孔隙率可在71～90％的范围内定量调节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以碳酸钙为渗流颗粒制备泡沫铝材料的方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇水溶液和碳酸钙粉末混合，得到混合浆液；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆液与碳酸钙颗粒混合，得到粘有混合浆液的碳酸钙颗粒；
(3)将所述步骤(2)得到的粘有混合浆液的碳酸钙颗粒依次进行压制和加热，得到预制块；
(4)在所述步骤(3)得到的预制块中填充铝液，然后进行蒸汽处理，得到泡沫铝材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳酸钙粉末的粒度为300目以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚乙烯醇水溶液的质量浓度为2～5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碳酸钙粉末和所述步骤(2)中的碳酸钙颗粒的用量根据以下公式计算得到：
W＝(1-P)×d×V，W1＝(1-P1)×V×d，W2＝W-W1；
其中，W为碳酸钙粉末和碳酸钙颗粒的总质量，W1为步骤(2)中碳酸钙颗粒的质量，W2为步骤(1)中碳酸钙粉末的质量，P为步骤(3)中预制块的孔隙率，P1为步骤(2)中碳酸钙颗粒制备的预制块的孔隙率，V为步骤(3)中预制块的体积，d为碳酸钙的相对密度。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳酸钙颗粒的粒度为8～10目、10～14目或14～20目。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中铝液的填充量为预制块的孔隙体积。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热的温度为820～850℃，加热的保温时间为1～2h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中蒸汽处理的温度为100～200℃，蒸汽处理的时间为30～60min。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的泡沫铝材料。
10.根据权利要求9所述的泡沫铝材料，其特征在于，所述泡沫铝材料的孔隙率为71～90％。
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