[发明专利]一种粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于用于缓冲防护的泡沫材料领域，涉及一种粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫材料及其制备方法。

背景技术

粉煤灰漂珠是热电厂煤粉燃烧后产生的工业副产品煤灰的主要成分，目前我国每年通过燃煤约产生4~6亿吨的粉煤灰，其中粉煤灰漂珠约占总数的80%~90%。废渣废灰的处理工程每年都耗费巨大的人力、物力、财力，产生的负面效应和环境污染是亟需解决的问题。目前，煤灰和漂珠的重利用主要集中于将其作为建筑材料，其中漂珠具有中空壁薄、内含封闭和半封闭孔洞的微球特性，具有低密度、高比刚度、高比强度等力学和物理性能优点，另外由于其具有保温耐火的特性，被主要用于保温层的填料。漂珠的主要成分为Al₂O₃、SiO₃等金属和非金属氧化物，本身具有一定的机械强度，而相对规则外观形态和中空壁薄的特性使得其堆积体保持较低密度的同时具备一定的抗冲击和缓冲耗能特性，正符合轻质缓冲耗能用复合泡沫材料的设计理念。

目前用于缓冲耗能用的泡沫材料从力学性能的优劣程度上来讲，主要是以泡沫铝为代表的一类泡沫金属或改性泡沫金属为佳，高聚物泡沫材料受限于其自身强度较低的问题无法应用于高速冲击和强缓冲防护工况，多数只能作为包装材料使用。然而，尽管目前泡沫铝的主要生产方法熔体发泡法发展的较为成熟且已经工业化生产，但泡沫铝的总体成本仍然居高不下，难以广泛应用。以汽车保险杠内部填充材料为例，虽然相关研究都表明在保险杠内部填充泡沫铝可以有效提高汽车发生事故时能量吸收从而保护车内乘员的效果，但是成本过高的因素导致目前只有少数高档汽车采用该复合结构的保险杠，而大部分汽车仍然采用效果不佳的高聚物泡沫填充或者传统无填充的防撞梁结构。

综上可知，利用成本低廉但力学性能优异的粉煤灰漂珠制备泡沫材料既能够大大降低缓冲耗能用泡沫材料的成本，拓展其应用范围，又可为解决粉煤灰废物重利用和环境污染问题提供新的途径和思路。

当前粉煤灰漂珠的应用主要侧重于耐火保温材料、涂料和油漆的添加剂、特殊催化剂载体等方面，暂无利用粉煤灰漂珠制备缓冲耗能用泡沫材料的公开研究。朱璇等，“飞灰空心球/铝复合材料吸能性能与阻尼性能研究”，哈尔滨工业大学，2012年硕士学位论文中，制备了一种金属铝为基体，粉煤灰漂珠为填充体的复合材料，虽然其力学强度较高，但是铝和漂珠表面接触的界面效应导致该类材料压缩时容易粉碎。另外，其密度一般较高，作为缓冲材料时压实应变较小、平台应力不稳定，难以提供可控有序的反馈载荷。为匹配漂珠和基体材料间的力学特性，可采用粉煤灰漂珠填充高聚物的方式制备成漂珠/高聚物复合泡沫，具备较大的压缩行程和吸能效率。泡沫材料自身承载能力较差，因此常作为填充材料与薄壁管壳等单元组成复合结构使用。然而，高聚物一般为粘弹性体，轴向压缩时侧向膨胀现象较强，导致漂珠/高聚物复合泡沫强度不高，且不利于将该材料作为填充材料用于受限空间内的工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：粉煤灰废物重利用的环境问题、泡沫铝生产成本高且内部胞元不均匀从而导致力学性能下降、泡沫金属压实后容易粉碎从而不再具有承载能力和多次缓冲作用、异形薄壁构件的泡沫材料填充等问题。为解决上述问题，本发明提供一种粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫材料及其制备方法。要求发明材料应该具有成本低廉、密度低、内部胞元分布均匀、机械性能好等优点，相应制备方法工艺简单，成本低廉、易操作。

为了实现上述目的，本发明所述的一种粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫材料采用如下技术方案：一种多孔铝增强粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫材料，包括作为增强体的多孔铝，所述多孔铝上设有多个填充有粉煤灰漂珠和高聚物粘结剂的胞元空腔；所述多个胞元空腔呈矩阵式有序紧密排列。

优选的，所述粉煤灰漂珠为多孔轻质球形微珠且内部呈空心结构，粒径为100~800μm，根据需要选取。

优选的，多孔铝由厚度0.05~0.1mm的铝箔通过轧制和粘接制成的蜂窝状多孔铝，由若干个紧密有序排列的胞元空腔（胞元孔）组成，所述胞元空腔（胞元孔）可以为圆形、三角形、正方形、六边形或其他多边形，此属于现有技术，不做详细阐述。