專利名稱：一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔熱保溫、吸聲材料領(lǐng)域，尤其涉及一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì) 高強發(fā)泡材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)發(fā)泡材料主要有有機發(fā)泡材料和無機發(fā)泡材料。有機發(fā)泡材料具有密度小、 吸水率低、彈性好的優(yōu)點，廣泛用于包裝材料，也用于建筑隔熱保溫，其缺點是強度低、耐老 化性差、易燃、燃燒有毒等；無機發(fā)泡材料具有良好的隔熱保溫、吸聲和不燃特性，是較高級 的保溫隔熱或隔音材料，其不僅可作為輕質(zhì)建筑材料，還可廣泛用于石油、化工、冷藏等工 業(yè)領(lǐng)域。目前，常用的建筑保溫材料主要有聚苯乙烯、聚氨酯和酚醛樹酯等有機聚合物發(fā) 泡材料，這類材料隔熱保溫性能好、密度小、防水性能好，但是易燃，同時其所帶來的環(huán)境問 題也不容忽視；常用的無機保溫材料主要有膨脹珍珠巖、蛭石、?；⒅椤r棉、泡沫玻璃 等，這類材料防火不燃、性能穩(wěn)定，但隔熱保溫性能不如有機保溫材料。我國有豐富的凝灰?guī)r、珍珠巖等非金屬礦產(chǎn)資源，但關(guān)于凝灰?guī)r應(yīng)用的研究還比 較薄弱，大量的凝灰?guī)r資源未得到利用。另外，在珍珠巖生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的尾粉，這 些尾粉未得到有效利用，不僅造成資源浪費，而且污染環(huán)境。因此，提供一種以凝灰?guī)r為主要原料，同時利用珍珠巖等廢棄的尾粉作為原料，起 到廢物重新再利用，且能夠很好的保護環(huán)境的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料及其制備方法，已是一個 亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以凝灰?guī)r為主要原料，珍珠巖尾粉和玻璃粉為輔料，添加適量 的發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和助熔劑，制備一種輕質(zhì)高強無機發(fā)泡材料。本發(fā)明不僅為開發(fā)利用凝灰 巖提供了新途徑，而且有利于廢物利用，保護環(huán)境，制備工藝簡單易行，結(jié)果穩(wěn)定性好。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其特征在于，由下列原料按照質(zhì)量分 數(shù)比制備而成凝灰?guī)r30飛0(%、珍珠巖尾粉60、(％、玻璃粉0 40(%、碳化硅0. 5 2. 5%、磷 酸鈉1. 5 3. 5%、硼砂1. 5 3. 5%和水0 30%。一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其具體制備方法如下
(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目珍珠巖尾粉； (2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)凝灰?guī)r3(Γ60 %，珍珠巖尾粉6(Γ0 %，玻璃粉(Γ40 %，制備成基礎(chǔ)原料； (3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中填入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 5^2. 5%的碳化硅作發(fā)泡 劑、1. 5^3. 5%的磷酸鈉作穩(wěn)泡劑、1. 5^3. 5%的硼砂作為助熔劑，將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原 料和添加劑混合球磨5 20 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(Γ30%的水，制備成濕料，在纊7 MPa 壓力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn) 行燒制。所述的程序升溫爐中的具體燒制程序為
a、預(yù)熱階段以10 25°C/min的升溫速率從室溫25 °C升溫至300 400 °C，保溫 10 30 min ；
b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以10 25°C/min的升溫速率升溫至900 1000 °C，保溫10 50
min ；
C、冷卻退火階段以10 15 °C/min的速率降溫至500 600 °C，并保溫10 30 min，而
后緩慢冷卻至室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。所用主要原料為凝灰?guī)r，輔助原料為玻璃粉和珍珠巖尾粉其粒度均在16(Γ200目。所用的發(fā)泡劑為碳化硅，穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、助熔劑為硼砂，其中碳化硅摻量 0. 5^2. 5%，磷酸鈉摻量1. 5^3. 5%，硼砂摻量1. 5^3. 5%。混合料加水量(Γ30%，坯體成型壓力2 7 MPa0輕質(zhì)高強發(fā)泡材料的燒制程序分為預(yù)熱、發(fā)泡、冷卻退火階段，燒成溫度90(Γ1000°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、以凝灰?guī)r、玻璃粉和珍珠巖尾粉為基礎(chǔ)原料，為開發(fā)利用凝灰?guī)r提供了一個良好途 徑，還能再利用玻璃粉和珍珠巖尾粉，充分利用了資源，保護了環(huán)境；
2、在基礎(chǔ)原料里，只需再加入其質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5^2. 5%的發(fā)泡劑碳化硅、1. 5^3. 5%的穩(wěn) 泡劑磷酸鈉和1. 5^3. 5%的助熔劑硼砂，即可以制成發(fā)泡原料，添加劑用量和種類少，發(fā)泡 溫度低，工藝簡單，降低了生產(chǎn)成本；
3、所制得發(fā)泡材料的密度0.3、.75 g/cm3，抗壓強度2. 5(T7. 00 MPa，密度低，抗壓強 度高；
4、根據(jù)使用性能要求，產(chǎn)品的性能指標(biāo)可通過調(diào)整配料比例、發(fā)泡溫度及發(fā)泡溫度下 保溫時間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即產(chǎn)品性能指標(biāo)可調(diào)且易控；
5、所得產(chǎn)品保溫隔熱、耐火性能良好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對其它物品無腐蝕作用，無毒、無 放射性傷害，不會分解或釋放出有害物質(zhì)。


圖為本發(fā)明的制備工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其特征在于，由下列原料按照質(zhì)量分 數(shù)比制備而成凝灰?guī)r3(Γ60%、珍珠巖尾粉6(Γ0%、玻璃粉(Γ40%、碳化硅0. 5 2. 5%、磷 酸鈉1. 5 3. 5%、硼砂1. 5 3. 5%和水0 30%。一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其具體制備方法如下(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目的珍珠巖尾
粉；
(2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)凝灰?guī)r3(Γ60 %，珍珠巖尾粉6(Γ0 %，玻璃粉(Γ40 %，制備成基礎(chǔ)原料；
(3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中填入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5^2. 5%的碳化硅作發(fā)泡 劑、1. 5^3. 5%的磷酸鈉作穩(wěn)泡劑、1. 5^3. 5%的硼砂作助熔劑。將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料 和添加劑混合球磨5 20 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；
(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(Γ30%的水，制備成濕料，在2 7MPa壓 力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn)行 燒制。所述的程序升溫爐中的具體燒制程序為
a、預(yù)熱階段從室溫251以10 25 °C/min的升溫速率升溫至300 400 °C，保溫 10 30 min ；
b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以10 25°C/min的升溫速率升溫至900 1000 °C，保溫10 50
min ；
C、冷卻退火階段以10 15 °C/min的速率降溫至500 600 °C，并保溫10 30 min，而
后緩慢冷卻至室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。所用主要原料為凝灰?guī)r，輔助原料為玻璃粉和珍珠巖尾粉，其粒度均在16(Γ200目。所用的發(fā)泡劑為碳化硅，穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、助熔劑為硼砂，其中碳化硅摻量為 0. 5^2. 5%，磷酸鈉摻量為1. 5^3. 5%，硼砂摻量為1. 5^3. 5%。混合料加水量為0 30%，坯體成型壓力2 7 MPa0輕質(zhì)高強發(fā)泡材料的燒制程序分為預(yù)熱、發(fā)泡、冷卻退火階段，燒成溫度90(Γ1000°c。實施例1
(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目的珍珠巖尾
粉；
(2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)巖凝灰?guī)r55 %，珍珠巖尾粉5 %，玻璃粉40 %，制備成基礎(chǔ)原料；
(3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中加入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00%的碳化硅做發(fā)泡劑、 2. 5%的磷酸鈉做穩(wěn)泡劑、2. 5%的硼砂做助熔劑，將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料和添加劑混合 球磨10 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；
(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水，制備成濕料，在3.75 MI^a壓 力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn)行 燒制。所述的程序升溫爐中的具體燒制程序為
a、預(yù)熱階段從室溫251以20 °C/min的升溫速率升溫至300 °C，保溫20 min；
b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以200C /min的升溫速率升溫至980°C，保溫30min ；
C、冷卻退火階段以10°C/min的速率降溫至600 °C，并保溫20 min，而后緩慢冷卻至 室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。所制得的發(fā)泡材料泡徑均勻，密度0. 46 g/cm3,抗壓強度3. 60 MPa0
實施例2
(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目的珍珠巖尾
粉；
(2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)巖凝灰?guī)r50 %，珍珠巖尾粉10 %，玻璃粉40 %，制備成基礎(chǔ)原料；
(3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中加入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00%的碳化硅做發(fā)泡劑、 2. 5%的磷酸鈉做穩(wěn)泡劑、2. 5%的硼砂做助熔劑，將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料和添加劑混合 球磨10 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；
(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水，制備成濕料，在3.75 MI^a壓 力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn)行 燒制。a、預(yù)熱階段從室溫25 V以20 V /min的升溫速率升溫至300 V，保溫20 min ；
b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以20°C/min的升溫速率升溫至975 °C，保溫30min;
c、冷卻退火階段以10°C/min的速率降溫至600 °C，并保溫20 min，而后緩慢冷卻 至室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。所制得的發(fā)泡材料泡徑均勻，密度0. 46 g/cm3,抗壓強度3. 60 MPa0實施例3
(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目的珍珠巖尾
粉；
(2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)巖凝灰?guī)r55 %，珍珠巖尾粉5 %，玻璃粉40 %，制備成基礎(chǔ)原料；
(3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中填入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的碳化硅做發(fā)泡劑、 2. 5%的磷酸鈉做穩(wěn)泡劑、2. 5%的硼砂做助熔劑，將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料和添加劑混合 球磨10 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；
(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水，制備成濕料，在3.75 MI^a壓 力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn)行 燒制。a、預(yù)熱階段從室溫25 V以20 V /min的升溫速率升溫至300 V，保溫20 min ； b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以20 V /min的升溫速率升溫至970 °C，保溫30 min ；
C、冷卻退火階段以10 °C/min的速率降溫至600 °C，并保溫20 min，而后緩慢冷卻 至室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。所制得的發(fā)泡材料泡徑均勻，密度0. 65 g/cm3,抗壓強度6. 00 MPa0實施例4
(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目的珍珠巖尾
粉；
(2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)巖凝灰?guī)r45 %，珍珠巖尾粉15 %，玻璃粉40 %，制備成基礎(chǔ)原料；
(3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中填入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00%的碳化硅做發(fā)泡劑、 2. 5%的磷酸鈉做穩(wěn)泡劑、2. 5%的硼砂做助熔劑，將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料和添加劑混合 球磨10 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；
(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水，制備成濕料，在3.75 MI^a壓 力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn)行燒制。a、預(yù)熱階段從室溫25 V以20 V /min的升溫速率升溫至300 V，保溫20 min ； b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以20 V /min的升溫速率升溫至980°C，保溫30 min ；
C、冷卻退火階段以10 °C/min的速率降溫至600 °C，并保溫20 min，而后緩慢冷卻 至室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。所制得的發(fā)泡材料泡徑均勻，密度0. 43 g/cm3,抗壓強度3. 50 MPa0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、以凝灰?guī)r、廢玻璃粉和珍珠巖尾粉為基礎(chǔ)原料，為開發(fā)利用凝灰?guī)r提供了一個良好 途徑，還能再利用廢玻璃粉和珍珠巖尾粉，充分利用了資源，保護了環(huán)境；
2、在基礎(chǔ)原料里，只需再加入其質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5^2. 5%的發(fā)泡劑碳化硅、1. 5^3. 5%的穩(wěn) 泡劑磷酸鈉、1. 5^3. 5%的助熔劑硼砂就可以制成發(fā)泡原料， 添加劑用量和種類少，發(fā)泡溫 度低，工藝簡單，降低了生產(chǎn)成本；
3、所制得發(fā)泡材料的密度0.3、.75 g/cm3，抗壓強度2. 5(T7. 00 MPa，密度低，抗壓強 度高；
4、根據(jù)使用性能要求，產(chǎn)品的性能指標(biāo)可通過調(diào)整配料比例、發(fā)泡溫度及發(fā)泡溫度下 保溫時間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即產(chǎn)品性能指標(biāo)可調(diào)且易控；
5、所得產(chǎn)品保溫隔熱、耐火性能良好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對其它物品無腐蝕作用，無毒、無 放射性傷害，不會分解或釋放出有害物質(zhì)。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方 式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何 修改、等同替代和改進(jìn)等，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其特征在于，由下列原料按照質(zhì)量 分?jǐn)?shù)比制備而成凝灰?guī)r30 60(%、珍珠巖尾粉60 0(%、玻璃粉0 40(%、0. 5 2. 5%的碳化 硅、1. 5 3. 5%的磷酸鈉、1. 5 3. 5%的硼砂和0 30%的水。
2.如權(quán)利要求1所述的一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其具體制備方 法如下(1)將凝灰?guī)r原礦、廢玻璃分別球磨至160 200目，篩分、選取160 200目珍珠巖尾粉；(2 )按質(zhì)量分?jǐn)?shù)凝灰?guī)r3(Γ60 %，珍珠巖尾粉6(Γ0 %，玻璃粉(Γ40 %，制備成基礎(chǔ)原料；(3)向步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料中加入基礎(chǔ)原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5^2. 5%的碳化硅作發(fā)泡 劑、1. 5^3. 5%的磷酸鈉作穩(wěn)泡劑、1. 5^3. 5%的硼砂作助熔劑，將步驟(2)制得的基礎(chǔ)原料 和添加劑混合球磨5 20 min，制備成混合料，料球比為1:2 ；(4)向步驟(3)制得的混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(Γ30%的水，制備成濕料，在纊7MPa 壓力下用模具將濕料壓制成坯體，將所制得的坯體放入耐熱鋼模具，移入程序升溫爐中進(jìn) 行燒制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料的制備方法， 其特征在于所述的程序升溫爐中的具體燒制程序為a、預(yù)熱階段以10 25°C/min的升溫速率從室溫25 °C升溫至300 400 °C，保溫 10 30 min ；b、發(fā)泡階段從預(yù)熱溫度以10 25°C/min的升溫速率升溫至900 1000 °C，保溫10 50min ；C、冷卻退火階段以10 15 V /min的速率降溫至500 600 °C，并保溫10 30 min，而 后緩慢冷卻至室溫，即得到輕質(zhì)高強發(fā)泡材料制品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其特征在 于所用主要原料為凝灰?guī)r，輔助原料為玻璃粉和珍珠巖尾粉，其粒度均在16(Γ200目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，其特征在 于所用的發(fā)泡劑為碳化硅，穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、助熔劑為硼砂，其中碳化硅摻量0. 5^2. 5%, 磷酸鈉摻量1. 5^3. 5%，硼砂摻量1. 5^3. 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料的制備方法， 其特征在于混合料加水量為0 30%，坯體成型壓力2 7 MPa0
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料的制備方 法，其特征在于輕質(zhì)高強發(fā)泡材料的燒制程序分為預(yù)熱、發(fā)泡、冷卻退火階段，燒成溫度 900 1000 "C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以凝灰?guī)r為主要原料的輕質(zhì)高強發(fā)泡材料，由下列原料按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)比制備而成凝灰?guī)r30~60％、珍珠巖尾粉60~0％、玻璃粉0~40％、碳化硅0.5~2.5％、磷酸鈉1.5~3.5％、硼砂1.5~3.5％、水0~30％。本發(fā)明的目的在于以凝灰?guī)r為主要原料，珍珠巖尾粉和玻璃粉為輔料，添加適量的發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和助熔劑，制備一種輕質(zhì)高強無機發(fā)泡材料。本發(fā)明不僅為開發(fā)利用凝灰?guī)r提供了新途徑，而且有利于廢物利用，保護環(huán)境，發(fā)泡溫度低，制備工藝簡單易行，結(jié)果穩(wěn)定性好。
文檔編號C04B38/02GK102086129SQ20101059409
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉鵬, 范玲玲, 陳延?xùn)| 申請人:信陽師范學(xué)院