一种屋面建筑用轻型复合材料及其制备方法

1.本发明属于金属粉末制备领域，涉及一种屋面建筑用轻型复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.屋面是房屋建筑中一个重要组成部分。屋面一般都是由三个部分组成，即承重结构、保温隔热结构以及防水设施。屋面材料的设计与选取直接影响着建筑物结构的安全、稳定、人民居住的舒适程度以及建筑物节能性。
3.屋面板主要可以分为金属屋面板和非金属屋面板。金属屋面板可以分为复合型屋面板和轻型屋面板。其中，复合屋面板主要有彩钢保温隔热夹芯屋面板、lcf金属岩棉夹芯屋面板、轻型屋面板主要有金属拱形屋面板和金属屋面薄板。轻型屋面板广泛应用于工业、商用以及民用建筑中，轻型屋面板材料可以应用于各类建筑、包括轻钢结构、高层钢结构、轻型板式快装住宅、框架结构、砖混结构建筑的加层等。在大跨度钢结构建筑的屋面材料中广泛采用轻型屋面板，作为轻型屋面板的材料一般具有重量轻、强度高、耐腐蚀、表面处理多样、美观，安装方便，环保以及良好的导电性能，非磁化和低火花敏感度，但是一般的轻型屋面板的材料在防电磁干扰和降低特殊环境下的易燃性等特性有所欠缺。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种价格低廉、防电磁干扰能力强、不易燃、操作简单、易大规模应用的屋面建筑用轻型复合材料及其制备方法。
5.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
6.一种屋面建筑用轻型复合材料，所述复合金属材料的原料及其质量百分比为：镁合金粉末30
‑
90％，石墨烯材料10
‑
70％。
7.石墨烯具有强度高、重量轻、刚度高、导电性好等优点，是最耐腐蚀、耐热的材料之一；镁合金在具有强度高、刚性好、易于切削加工等优点的同时，也具有易燃性，耐腐蚀能力差的缺点。本发明通过低温气氛环境下的高能研磨技术，使之纳米尺寸的石墨烯材料均匀弥散于镁合金的纳米或者亚微米级别的合金颗粒尺寸之中，提供了一种密度小、强度高、不易燃、耐腐蚀的一种屋面建筑用轻型复合材料。
8.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料中，镁合金粉末粒度均为400
‑
1200目。本发明通过控制镁合金粉末粒度为400
‑
1200目，再利用0.1
‑
0.5mm之间的氧化锆珠研磨下，更容易得到纳米级别颗粒尺寸，使粉体具有更好的纳米尺寸效应。
9.作为优选，石墨烯材料为氧化石墨烯、氢化石墨烯、以及双层石墨烯和多层石墨烯中的一种或多种。
10.本发明还提供了一种屋面建筑用轻型复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
11.s1、配置上述原料；
12.s2、将镁合金粉末加入有机溶剂一均匀混合分散得球磨液一，然后放入低温罐中进行冷却处理；
13.s3、将石墨烯材料加入到有机溶剂二均匀混合分散得球磨液二，然后放入低温罐中进行冷却处理；
14.s4、将冷却处理后的球磨液一加入球磨罐中研磨，然后再加入冷却处理后的球磨液二研磨得复合材料。
15.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料的制备方法中，步骤s2金属粉体与有机溶剂一的质量比为1:(0.1
‑
1)。
16.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料的制备方法中，有机溶剂一乙醇、蓖麻油、硬脂酸醇、硬脂酸酰胺、硬脂酸丁脂及硬脂酸单甘油酯中的一种或多种。
17.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料的制备方法中，步骤s3石墨烯材料与有机溶剂二的质量比为(0.1
‑
1)：1。
18.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料的制备方法中，有机溶剂二为聚乙二醇、异丙醇、脂肪酸中的一种或多种。
19.作为优选，步骤s4研磨在真空或保护气氛中进行。
20.作为优选，步骤s4研磨室材质为耐磨不锈钢、陶瓷、玛瑙、氮化硅、碳化硅中的一种或多种。
21.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料的制备方法中，冷却处理温度均为
‑
100℃～
‑
20℃。本发明中石墨烯材料在常温下韧性优异，但在低温环境下，镁合金粉末与石墨烯材料其原子尺寸冷却，脆性加强，使之球磨过程中镁合金粉末更容易研磨为纳米尺寸颗粒，同时石墨烯也脆性加强，其二维层面易断裂，加之金属纳米颗粒形成，易形成小分子链的石墨烯材料弥散于纳米或者亚微米级别的合金颗粒尺寸之前，通过
‑
100℃～
‑
20℃的冷却处理可以使最终本发明复合金属材料性能更加优异。
22.在上述的一种屋面建筑用轻型复合材料，研磨转速为1
‑
1500r/min，时间为1
‑
200min。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过利用微米级镁合金粉末以及石墨烯材料为原料在真空或者气氛保护下将镁合金粉末和石墨烯材料进行高能球磨，得到一种价格低廉、防电磁干扰能力强的石墨烯改性的屋面建筑用轻型复合材料，本发明整体工艺简单、成本低廉、可重复性好、而且制备的轻型复合材料具有优异抗电磁辐射、良好导电性、不易燃、操作简单，可广泛应用于屋面建筑。
具体实施方式
24.以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
25.实施例1：
26.s1、配置原料:80g镁合金粉，20g石墨烯材料。
27.s2、先将镁合金粉末过800目筛加入50g乙醇中均匀混合分散得球磨液一，然后放入低温罐中在
‑
50℃中进行冷却处理；
28.s3、将氧化石墨烯加入到100g聚乙二醇中均匀混合分散得球磨液二，然后放入低
温罐中在
‑
80℃进行冷却处理；
29.s4、在氮气气氛中，将球磨液一加入球磨罐中研磨，然后再加入球磨液二研磨得复合材料；研磨转速为800r/min，时间为6h。
30.实施例2：
31.s1、配置原料:70g镁合金粉，30g石墨烯材料。
32.s2、先将镁合金粉末过400目筛加入25g乙醇中均匀混合分散得球磨液一，然后放入低温罐中在
‑
100℃中进行冷却处理；
33.s3、将氧化石墨烯加入到150g聚乙二醇中均匀混合分散得球磨液二，然后放入低温罐中在
‑
100℃进行冷却处理；
34.s4、在氮气气氛中，将球磨液一加入球磨罐中研磨，然后再加入球磨液二研磨得复合材料；研磨转速为10r/min，时间为1h。
35.实施例3：
36.s1、配置原料:75g镁合金粉，25g石墨烯材料。
37.s2、先将镁合金粉末过1200目筛加入30g乙醇中均匀混合分散得球磨液一，然后放入低温罐中在
‑
20℃中进行冷却处理；
38.s3、将氧化石墨烯加入到175g聚乙二醇中均匀混合分散得球磨液二，然后放入低温罐中在
‑
20℃进行冷却处理；
39.s4、在氮气气氛中，将球磨液一加入球磨罐中研磨，然后再加入球磨液二研磨得复合材料；研磨转速为1500r/min，时间为12h。
40.实施例4：
41.与实施例1的区别，仅在于，实施例4未进行低温罐冷却处理。
42.实施例5：
43.与实施例1的区别，仅在于，冷却温度为0℃。
44.实施例6：
45.与实施例1的区别，仅在于，将石墨烯直接与镁合金粉末混合，不进行单独处理。
46.对比例1：
47.与实施例1的区别，仅在于，原料中不添加石墨烯材料。
48.表1：利用实施例1
‑
6、对比例1制备的普通水泥性能检测结果
[0049][0050]
从上述结果可以看出，本发明通过利用微米级镁合金粉末以及石墨烯材料为原料，在真空或者气氛保护下将镁合金粉末和石墨烯材料进行高能球磨，得到一种价格低廉、
防电磁干扰能力强的屋面建筑用轻型复合材料，本发明整体工艺简单、成本低廉、可重复性好、而且制备的屋面建筑用轻型复合材料具有优异抗电磁辐射、起燃温度高不易燃、良好导电性，可广泛应用于建筑材料领域。
[0051]
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
[0052]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
[0053]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。