專利名稱：空心微珠填充樹脂基復合材料的制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種粉煤灰空心微珠填充樹脂基復合材料的制造工藝，特別是通過對粉煤灰空心微珠的精選和表面改性處理等，加入到樹脂基材料(如聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、ABS、尼龍等高分子材料)制成新的復合材料。
背景技術：
通常，塑料填料大部分是采用各種非金屬礦粉材料，如輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、滑石、高嶺土、硅灰石、透閃石、云母等，粒度約在1-40μm之間不等，這些非金屬礦粉填料除了減少塑料制品成本外，它還賦予塑料一些特殊功能，如提高硬度、強度、阻燃、減少制品收縮率等，因此，非金屬礦粉作為塑料填料被廣泛使用。隨著這類復合材料的發(fā)展以及市場需求，非金屬礦粉由于其本身的一些不足之處，如顆粒形狀不規(guī)則、材料的硬度(莫氏硬度1-3)和強度低等，導致強度和抗沖擊性能不能達到較高的要求。最近，納米非金屬礦粉材料應運而生，如納米碳酸鈣和納米蒙脫土材料，加入塑料中取得了較好的結果，達到了增韌、增強的目的。但是需要指出的是，從現(xiàn)有的實驗結果來看，納米非金屬礦粉填料的加入量與制品的生產(chǎn)成本可能是制約其發(fā)展的一個因素，因為，目前加入納米非金屬礦粉材料的塑料大都是在約3-10％的加入量時，其力學性能達到最好的狀態(tài)，大于這個加入量時，力學性能下降很快。如果這種納米非金屬礦粉材料價格低于塑料，其加入量低是制約其經(jīng)濟效益的一個因素，如果高于塑料價格，就難于廣泛使用，只能用于某些特殊的需要，因此，這也是制約其經(jīng)濟效益的一個方面。因此，納米填充材料的經(jīng)濟性是制約其發(fā)展的一個重要因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是把粉煤灰空心微珠加入到樹脂基材料中，制成空心微珠填充樹脂基復合材料，本發(fā)明的另一個目的是提供一種粉煤灰空心微珠填充樹脂基復合材料的制造工藝。這種超細空心微珠加入樹脂基中后，能同時達到增韌、增強的目的，添入量在20～30％時都能達到較好的力學性能，同時還可以提高硬度、剛性、耐磨性、耐腐蝕性和隔熱性能等，減少制品收縮率，制造工藝性也可以明顯改善。
本發(fā)明的粉煤灰空心微珠填充樹脂基復合材料的制造工藝包括空心微珠的精選、表面改性處理和復合材料的制備等。
所述的粉煤灰空心微珠的精選是從粉煤灰的揚灰中分級獲得0.5～5um的粉煤灰空心微珠，然后通過高梯度磁選機除鐵，再通過半導體機去碳，最后獲得球形率很高的空心微珠材料。
所述的空心微珠表面改性處理是在空心微珠表面涂覆一層很薄的改性層(如硅烷等)。這種表面改性處理工藝是把需要涂覆到空心微珠表面的改性劑溶液(如硅烷等)，通過高速旋轉(zhuǎn)氣流與其混合，再通過超音速噴嘴把該氣流混合物以很高的速度噴進裝有空心微珠懸浮體的流化床中，在固體空心微珠表面即可沉積一層很薄的有機膜，該流化床的溫度可在常溫與300℃范圍內(nèi)調(diào)控。通過氣溶膠表面改性處理，可以在空心微珠表面涂敷一層薄的改性層。這種處理工藝簡單，改性完全，涂層薄而牢。
其中改性劑不是特別限制的，可以是現(xiàn)有技術中常用的那些，例如選自硅烷、硬脂酸、鈦酸酯、鋁酸酯等中的一種或多種。
所述粉煤灰空心微珠填充樹脂基復合材料的制造的主要工藝是先把空心微珠和高分子材料進行干燥處理(可以用烘箱和熱風等)，然后把這兩種材料和一些助劑材料用高速混合機經(jīng)過一段時間的混合處理，其中空心微珠的填充量一般是在5～50％，優(yōu)選是在10～40％，更優(yōu)選20～30％(基于復合材料的總重量)，再由螺桿混煉擠出機或輥筒煉塑機等擠出、注入、層壓或其它方式成形即制成所發(fā)明的復合材料。
其中所述樹脂基材料不是特別限制的，包括但不限于聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、ABS、ASA和硅橡膠等。助劑材料是本領域內(nèi)常用的那些，例如選自抗氧化劑、著色劑、抗靜電劑、阻燃劑、其它填充劑(如二氧化硅、碳酸鈣等)等中的一種或多種。
本發(fā)明復合材料的特點是彈性模量高、硬度高、維卡軟化點高、流變性好、制品收縮率小、表面手感好、耐磨、耐酸堿、隔熱與隔音性好、制造成本低等，是一種可以廣泛應用的新型材料。


圖1是空心微珠填充聚丙烯復合材料制造工藝圖。
圖2是空心微珠填充聚氯乙烯復合材料硬板制造工藝圖。
圖3是空心微珠填充聚氯乙烯復合材料管材制造工藝圖。
以下通過實施例來描述本發(fā)明，應該注意的是，這些實施例只是例證性的，不構成對本發(fā)明的任何限制。
具體實施例方式
實施例1一種粉煤灰空心微珠填充聚丙烯復合材料的制造工藝如圖1所示。它包括粉煤灰揚灰的分級，通過氣流分級機可以從粉煤灰揚灰中分級出粒徑0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁選機除鐵，這種磁選機是常用型的，通過磁選，可以使空心微珠的含鐵氧化物從3％～15％降低到1％以下；半導體機除碳，碳粒雜質(zhì)是一種半導體材料，通過半導體機的摩擦輪，改變碳粒的電性，利用電性從粉煤灰中去除碳顆粒雜質(zhì)；空心微珠的表面改性處理，它是把三乙基三乙氧基硅烷改性液通過高速旋轉(zhuǎn)氣流與其混合，再通過超音速噴嘴把該氣流混合物以很高的速度噴進裝有空心微珠懸浮體的流化床中，在固體空心微珠表面即可沉積一層很薄的有機膜，該流化床的溫度可在常溫與300℃范圍內(nèi)調(diào)控，這種制成的改性層薄而牢，改性完全；烘干處理，通過烘箱或熱風，對改性過的空心微珠和聚丙烯粉粒進行干燥處理；二者按2∶8的比例混合，把上述兩種材料通過高速混合機混合處理；螺桿混煉擠出機熔融共混擠出造粒，并獲得粒料；塑料注射機注射成形，獲得空心微珠填充聚丙烯復合材料的制品。
實施例2工藝流程如圖1所示，步驟同實施例1，只是改性空心微珠于聚丙烯粉料的混合比是3∶7。
實施例3步驟同實施例1，只是用聚乙烯代替聚丙烯，制得空心微珠填充聚乙烯復合材料。
實施例4一種空心微珠填充聚氯乙烯復合材料硬板的制造工藝如圖2所示。它包括粉煤灰揚灰的分級，通過氣流分級機可以從粉煤灰揚灰中分級出粒徑0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁選機除鐵，這種磁選機是常用型的，通過磁選，可以使空心微珠的含鐵氧化物從3％～15％降低到1％以下；半導體機除碳，碳粒雜質(zhì)是一種半導體材料，通過半導體機的摩擦輪，改變碳粒的電性，利用電性從粉煤灰中去除碳顆粒雜質(zhì)；空心微珠的表面改性處理，它是把鈦酸酯改性液通過高速旋轉(zhuǎn)氣流與其混合，再通過超音速噴嘴把該氣流混合物以很高的速度噴進裝有空心微珠懸浮體的流化床中，在固體空心微珠表面即可沉積一層很薄的有機膜，該流化床的溫度可在常溫與300℃范圍內(nèi)調(diào)控，這種制成的改性層薄而牢，改性完全；烘干處理，通過烘箱或熱風，對改性過的空心微珠和聚氯乙烯粉粒進行干燥處理；混合和攪拌，把上述兩種材料(3∶7的重量比)和助劑通過高速混合機混合和攪拌處理；密煉機，在混煉室，在浮壓錘和相向轉(zhuǎn)動中進行強制塑煉，使物料在短時間內(nèi)塑化成均勻塊狀；塑煉機，把上述塊狀料，經(jīng)兩個不同轉(zhuǎn)速輥輪的剪切作用，使塑煉更加均勻；壓延機，通過壓延機把上述均勻物料壓成半成品片狀；層壓機，料片經(jīng)迭合后放入層壓機中，在一定的溫度和壓力下，物料在熱鋼板中流動成一個均勻的整體，物料逐漸冷卻，并經(jīng)鋸切得到空心微珠填充聚氯乙烯復合材料硬板。
實施例5一種空心微珠填充聚氯乙烯復合材料管材的制造工藝如圖3所示。它包括粉煤灰揚灰的分級，通過氣流分級機可以從粉煤灰揚灰中分級出粒徑0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁選機除鐵，這種磁選機是常用型的，通過磁選，可以使空心微珠的含鐵氧化物從3％～15％降低到1％以下；半導體機除碳，碳粒雜質(zhì)是一種半導體材料，通過半導體機的摩擦輪，改變碳粒的電性，利用電性從粉煤灰中去除碳顆粒雜質(zhì)；空心微珠的表面改性處理，它是把鈦酸酯改性液通過高速旋轉(zhuǎn)氣流與其混合，再通過超音速噴嘴把該氣流混合物以很高的速度噴進裝有空心微珠懸浮體的流化床中，在固體空心微珠表面即可沉積一層很薄的有機膜，該流化床的溫度可在常溫與300℃范圍內(nèi)調(diào)控，這種制成的改性層薄而牢，改性完全；烘干處理，通過烘箱或熱風，對改性過的空心微珠和聚氯乙烯粉粒進行干燥處理；混合，把上述兩種材料(2∶8的重量比)和助劑通過高速混合機混合處理；用雙螺桿擠出機直接擠出復合材料管子，在擠出時，需控制溫度在50℃～300℃之間。
實施例6
一種粉煤灰空心微珠填充尼龍-66復合材料的制造工藝如圖1所示。它包括粉煤灰揚灰的分級，通過氣流分級機可以從粉煤灰揚灰中分級出粒徑0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁選機除鐵，這種磁選機是常用型的，通過磁選，可以使空心微珠的含鐵氧化物從3％～15％降低到1％以下；半導體機除碳，碳粒雜質(zhì)是一種半導體材料，通過半導體機的摩擦輪，改變碳粒的電性，利用電性從粉煤灰中去除碳顆粒雜質(zhì)；空心微珠的表面改性處理，它是把硬脂酸改性液通過高速旋轉(zhuǎn)氣流與其混合，再通過超音速噴嘴把該氣流混合物以很高的速度噴進裝有空心微珠懸浮體的流化床中，在固體空心微珠表面即可沉積一層很薄的有機膜，該流化床的溫度可在常溫與300℃范圍內(nèi)調(diào)控；烘干處理，通過烘箱或熱風，對改性過的空心微珠和尼龍-66進行干燥處理；二者按2∶8的比例混合，把上述兩種材料通過高速混合機混合處理；擠出或紡絲，即獲得空心微珠填充尼龍-66復合材料的制品。
權利要求
1.一種粉煤灰空心微珠填充樹脂基復合材料的制造工藝，包括粉煤灰揚灰原料經(jīng)過分級、除鐵、去碳處理后獲得球形率90％以上的空心微珠，空心微珠的粒度為0.5～5um；再通過氣溶膠法進行表面改性處理，在空心微珠表面沉積一層很薄的有機溶液膜；然后把空心微珠(填充量5～50％)、樹脂基材料和助劑通過干燥處理，再高速混合或攪拌，擠出、注塑、層壓或其它方式成形。
2.根據(jù)權利要求1所述的工藝，空心微珠的分級是采用氣流分級進行的。
3.根據(jù)權利要求1所述的工藝，氣溶膠法表面改性處理是把有機改性溶液通過高速旋轉(zhuǎn)氣流與其混合，再通過超音速噴嘴把該氣流混合物以很高的速度噴進裝有空心微珠懸浮體的流化床中，在固體空心微珠表面即可沉積一層很薄的有機膜，該流化床的溫度可在常溫與300℃范圍內(nèi)調(diào)控。
4.根據(jù)權利要求3所述的工藝，其中有機改性溶液選自硅烷、鈦酸酯、硬脂酸、鋁酸酯中的一種或多種。
5.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其中樹脂基材料為高分子聚合材料。
6.根據(jù)權利要求5的工藝，其中高分子聚合材料選自聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、ABS、ASA和硅橡膠中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求1的工藝，其中所述助劑選自著色劑、抗氧化劑、抗靜電劑、阻燃劑、其它填充劑中的一種或多種。
8.由權利要求1的工藝獲得的空心微珠填充的樹脂基復合材料。
9.權利要求8的空心微珠填充的樹脂基復合材料的用途。
全文摘要
一種空心微珠/樹脂基復合材料的制造工藝。該工藝包括:通過對粉煤灰進行分級、除鐵、除碳等處理而獲得的球形率在90%以上的空心微珠,空心微珠粒度約為0.5～5um,再利用氣溶膠法對空心微珠進行表面改性處理,在表面處理時,控制溫度在常溫至300℃之間,然后把超細空心微珠、樹脂基材料和助劑等進行干燥處理,再進行高速混合或攪拌,再注塑或?qū)訅撼尚?制成新的復合材料。
文檔編號C08L55/02GK1339526SQ0114191
公開日2002年3月13日 申請日期2001年9月21日 優(yōu)先權日2001年9月21日
發(fā)明者劉承暉, 譚又亭 申請人:劉承暉, 譚又亭