专利名称：空心球形复合材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种空心球形复合材料及其制造方法，它特别适用于有机材料，如橡胶、塑料、纤维增强复合材料，有机磨具；无机材料，如水泥、陶瓷、耐火材料，保温、隔热、隔音材料，无机磨具；等材料的增强剂，增孔剂，减重剂，阻燃剂和填料。
普通空心微珠通常是采用玻璃碎粉、氧化铝、碳等材料按一定比例混合，混合物料通过1500℃左右的气体火焰生产出空心玻璃或陶瓷微珠，也可以从珍珠岩和热电厂粉煤灰中选取。空心微珠目前在国内外化工、建材等领域都有应用。但普通空心微珠壁薄，硬而脆，抗压和抗冲击能力差，在加工和使用过程中很容易破碎，其表面光滑与其它材料界面结合力差。
本发明是为克服以上不足而发明的一种空心球形复合材料及其制造方法。其技术方案是用粒径为1-6000微米(μm)的空心玻璃、陶瓷、氧化铝、珍珠岩微珠中的任意一种，按质量100份，或它们中的两种或多种按每种5-80份组成混合物共100份；偶联剂0-20份；有机、无机或金属结合剂中的任意一种3-300份，或它们中的两种或三种按每种1-200份组成复合型结合剂共3-300份；其长度与空心微珠粒径之比为0.1-10∶1的有机、无机或金属短纤维中的任意一种0-300份，或其中的两种或三种按每种1-200份组成混合物共3-300份；其粒径与空心微珠粒径之比为0.001-0.8∶1的有机、无机或金属颗粒分散剂中的任意一种5-300份，或其中的两种或多种按每种1-200份组成混合物共5-300份；将上述各组份材料放置在容器中混合均匀；根据所采用的结合剂不同，可在常温、常压或在加温、加压条件下固化；为了避免混合物料凝结成整体的或团块状固体，可采用动态固化工艺，使物料在固化过程中不停地翻滚、转动、流动或振动，经过一定的时间待物料完全固化并分散后，经过筛分，即可得到分散的空心球形复合材料，简称复合空心球。其制造方法为动态固化工艺，使混合物料在固化过程中不停地翻滚、转动、流动或振动，制造出分散的空心球形复合材料。混合材料在滚筒装置里边翻滚转动边固化。混合物料通过隧道(或管道)装置在气流吹动条件下固化。混合物料在具有振动功能的容器内，边振动边固化。
实施例一用粒径为300-5000微米的珍珠岩空心微珠100质量份，放入容器内；加入硅酸钠(55°Be’)50份，搅拌均匀；再加入氟硅酸钠(320目)50份，搅拌均匀；再加入玻璃短纤维(100目)50份，搅拌均匀；再加入滑石粉(320目)50份，搅拌均匀；将上述混合物料通过隧道式干燥炉，在120℃热风气体流动加热条件下干燥后，即得到分散的空心球形复合材料。该材料的特点是外观为白色，表面粗糙的中空小圆珠。单颗粒抗压强度比复合增强前提高1倍以上，造价低廉，适用于水泥、耐火材料、隔音保温材料、磨具制造，是良好的成孔剂和增强剂。
实施例二用粒径为25-300微米的氧化铝空心微珠100质量份，经干燥后过60目筛并放入容器内，用磷酸铝溶液50份，将空心微珠浸润均匀，加入立方氮化硼(CBN100#)100份，搅拌均匀；再加入氧化铜粉100份，搅拌均匀；再加入碳纤维(150目)100份，搅拌均匀；再加入绿色碳化硅(240目)100份，搅拌均匀；然后将混合物料装入滚筒式混料机中，边加热边滚动，从室温经过1小时加热到120℃，在此温度保温3小时，再经过1小时降至室温，将物料取出，过20目筛，即得到分散的空心球形复合材料。
该材料的特点是外观为深绿色表面粗糙的小圆珠，单颗粒抗压强度比氧化铝空心微珠提高2倍以上，耐水、耐油，化学性能稳定，本身已构成了一种超硬磨料，可用于制造有机、无机、金属结合剂磨具，是良好的成孔剂和增强剂。
实施例三用粒径为125-500微米的空心玻璃微珠100质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(南大_42)3份，混合均匀，经干燥后过30目筛；将液体酚醛树脂(281)50份，倒入容器内与空心微珠一起搅拌并混合均匀；再加入玻璃短纤维(100目)100份，搅拌均匀；再加入棕刚玉(A320#)50份，搅拌均匀；然后将混合物料装入滚筒式混料机中，边滚动边加热，从室温经过1小时升温到150℃，保温1小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
实施例四用粒径为100-500微米的空心陶瓷微珠100质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(南大-42)5份，混合均匀，经干燥后过30目筛；将酚醛树脂(2127)50份加环氧树脂(E-44)50份，搅拌混合均匀，倒入容器内与空心微珠充分搅拌混合均匀；将人造金刚石(JR120#)100份，青铜粉(663,200目)100份，碳化钨粉(200目)50粉，钴粉(200目)50粉，预先在滚筒混料机内充分混合均匀后，加入上述容器内，与表面已涂覆结合剂的空心微珠一起搅拌混合均匀；再加入绿色碳化硅(240目)100份，充分搅拌混合均匀；然后将混合物料放入超声波(或机械式)振动加热容器内，边振动边加热，从室温经过1小时升温到180℃，保温1小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
实施例五用粒径为50-300微米的空心玻璃微珠50质量份，加同等粒径的陶瓷空心微珠50质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(KH-550)5份，搅拌混合均匀，经干燥后过60目筛；将环氧树脂(E-44)60份加低分子聚酰胺(650)40份，搅拌混合均匀，加入容器内与空心微珠充分搅拌混合均匀；加入玻璃短纤维(100目)100份加碳纤维(100目)100份，搅拌混合均匀；加入云母粉(100目)100份，搅拌均匀；再加入半补强碳黑(200目)50份，搅拌混合均匀；然后将混合物料放入滚筒混料机内，边滚动边加热，从室温经过1小时升温到160℃，保温2小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
实施例六用粒径为20-1 25微米的空心玻璃微珠100质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(KH-550)8份，混合均匀并经干燥后过100目筛；放入酚醛丁腈胶粘剂(J-15)100份，搅拌均匀；加入玻璃短纤维(150目)100份，搅拌均匀；加入青铜粉(663,200目)200份，搅拌均匀；再加入高耐磨碳黑(200目)50份，搅拌均匀；然后将混合物料放入超声波(或机械式)振动加热容器内，边振动边加热，从室温经过1小时升温到180℃，保温2小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
该材料的特点是外观为黑色，表面粗糙的中空小圆珠；可用作橡胶、塑料制品的成孔剂、增强剂、耐磨剂和散热剂。
实施例七用上述实施例二方法制得的复合空心球，按质量100份，放入容器内；加入聚乙烯醇缩甲醛(201)100份，搅拌均匀；加入玻璃短纤维(100目)100份，搅拌均匀；再加入绿色碳化硅(240目)200份，搅拌均匀；然后将混合物料装入滚筒式混料机内，边加热边滚动，从室温经过1小时加热到150℃，在此温度下保温2小时，再经过1小时降至室温，取出物料过20目筛，即可得到分散的空心球形复合材料。
该材料是由氧化铝空心微珠经过一次无机结合剂复合，又经过有机结合剂复合，得到的复合空心球，不仅在抗压强度而且在弹性、韧性和抗冲击性能方面也得到了进一步改善和增强。
权利要求
1.一种空心球形复合材料，其特征在于用粒径为1-6000微米(μm)的空心玻璃、陶瓷、氧化铝、珍珠岩微珠中的任意一种，按质量100份，或它们中的两种或多种按每种5-80份组成混合物共100份；偶联剂0-20份；有机、无机或金属结合剂中的任意一种3-300份，或它们中的两种或三种按每种1-200份组成复合型结合剂共3-300份；其长度与空心微珠粒径之比为0.1-10∶1的有机、无机或金属短纤维中的任意一种0-300份，或其中的两种或三种按每种1-200份组成混合物共3-300份；其粒径与空心微珠粒径之比为0.001-0.8∶1的有机、无机或金属颗粒分散剂中的任意一种5-300份，或其中的两种或多种按每种1-200份组成混合物共5-300份；将上述各组份材料放置在容器中混合均匀；根据所采用的结合剂不同，可在常温、常压或在加温、加压条件下固化；为了避免混合物料凝结成整体的或团块状固体，可采用动态固化工艺，使物料在固化过程中不停地翻滚、转动、流动或振动，经过一定的时间待物料完全固化并分散后，经过筛分，即可得到分散的空心球形复合材料，简称复合空心球。
2.根据权利要求1所述的空心球形复合材料，其特征在于用粒径为300-5000微米的珍珠岩空心微珠100质量份，放入容器内；加入硅酸钠(55°Be’)50份，搅拌均匀；再加入氟硅酸钠(320目)50份，搅拌均匀；再加入玻璃短纤维(100目)50份，搅拌均匀；再加入滑石粉(320目)50份，搅拌均匀；将上述混合物料通过隧道式干燥炉，在120℃热风气体流动加热条件下干燥后，即得到分散的空心球形复合材料。
3.根据权利要求1所述的空心球形复合材料，其特征在于用粒径为25-300微米的氧化铝空心微珠100质量份，经干燥后过60目筛并放入容器内，用磷酸铝溶液50份，将空心微珠浸润均匀，加入立方氮化硼(CBN100#)100份，搅拌均匀；再加入氧化铜粉100份，搅拌均匀；再加入碳纤维(150目)100份，搅拌均匀；再加入绿色碳化硅(240目)100份，搅拌均匀；然后将混合物料装入滚筒式混料机中，边加热边滚动，从室温经过1小时加热到120℃，在此温度保温3小时，再经过1小时降至室温，将物料取出，过20目筛，即得到分散的空心球形复合材料。
4.根据权利要求1所述的空心球形复合材料，其特征在于用粒径为100-500微米的空心陶瓷微珠100质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(南大-42)5份，混合均匀，经干燥后过30目筛；将酚醛树脂(2127)50份加环氧树脂(E-44)50份，搅拌混合均匀，倒入容器内与空心微珠充分搅拌混合均匀；将人造金刚石(JR120#)100份，青铜粉(663,200目)100份，碳化钨粉(200目)50粉，钴粉(200目)50粉，预先在滚筒混料机内充分混合均匀后，加入上述容器内，与表面已涂覆结合剂的空心微珠一起搅拌混合均匀；再加入绿色碳化硅(240目)100份，充分搅拌混合均匀；然后将混合物料放入超声波(或机械式)振动加热容器内，边振动边加热，从室温经过1小时升温到180℃，保温1小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
5.根据权利要求1所述的空心球形复合材料，其特征在于用粒径为50-300微米的空心玻璃微珠50质量份，加同等粒径的陶瓷空心微珠50质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(KH-550)5份，搅拌混合均匀，经干燥后过60目筛；将环氧树脂(E-44)60份加低分子聚酰胺(650)40份，搅拌混合均匀，加入容器内与空心微珠充分搅拌混合均匀；加入玻璃短纤维(100目)100份加碳纤维(100目)100份，搅拌混合均匀；加入云母粉(100目)100份，搅拌均匀；再加入半补强碳黑(200目)50份，搅拌混合均匀；然后将混合物料放入滚筒混料机内，边滚动边加热，从室温经过1小时升温到160℃，保温2小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
6.根据权利要求1所述的空心球形复合材料，其特征在于用粒径为20-125微米的空心玻璃微珠100质量份，放入容器内，加入硅烷偶联剂(KH-550)8份，混合均匀并经干燥后过100目筛；放入酚醛丁腈胶粘剂(J-15)100份，搅拌均匀；加入玻璃短纤维(150目)100份，搅拌均匀；加入青铜粉(663，200目)200份，搅拌均匀；再加入高耐磨碳黑(200目)50份，搅拌均匀；然后将混合物料放入超声波(或机械式)振动加热容器内，边振动边加热，从室温经过1小时升温到180℃，保温2小时，再经过1小时降至室温，即可得到分散的空心球形复合材料。
7.根据权利要求1所述的空心球形复合材料的制备方法其特征在于采用动态固化工艺，使混合物料在固化过程中不停地翻滚、转动、流动或振动，制造出分散的空心球形复合材料。
8.根据权利要求7所述的空心球形复合材料的制备方法其特征在于混合物料在滚筒装置内，边翻滚转动边固化。
9.根据权利要求7所述的空心球形复合材料的制备方法其特征在于混合物料通过隧道(或管道)装置，在气流吹动条件下固化。
10.根据权利要求7所述的空心球形复合材料的制备方法其特征在于混合物料在具有振动功能的容器内，边振动边固化。
全文摘要
一种空心球形复合材料及其制造方法,空心球形复合材料是用空心微珠作为成核剂,采用偶联剂、结合剂将短纤维、颗粒分散剂、填料等材料,均匀地粘附在空心微珠表面;根据所采用的结合剂不同,可在常温、常压或加温加压条件下,采用动态固化工艺,即可得到分散的空心球形复合材料,简称复合空心球。该材料的各种物理、化学性能可根据不同的用途,方便有效地加以控制和改善。
文档编号C08K7/24GK1319623SQ0110655
公开日2001年10月31日 申请日期2001年3月15日 优先权日2001年3月15日
发明者刘星, 刘曙光, 王朝晖, 杨旭醇, 习斐, 刘媛媛, 王鹤宇, 尹淑霞 申请人:刘星