专利名称：空心微珠填充树脂基复合材料的制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粉煤灰空心微珠填充树脂基复合材料的制造工艺，特别是通过对粉煤灰空心微珠的精选和表面改性处理等，加入到树脂基材料(如聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、ABS、尼龙等高分子材料)制成新的复合材料。
背景技术：
通常，塑料填料大部分是采用各种非金属矿粉材料，如轻质碳酸钙、重质碳酸钙、滑石、高岭土、硅灰石、透闪石、云母等，粒度约在1-40μm之间不等，这些非金属矿粉填料除了减少塑料制品成本外，它还赋予塑料一些特殊功能，如提高硬度、强度、阻燃、减少制品收缩率等，因此，非金属矿粉作为塑料填料被广泛使用。随着这类复合材料的发展以及市场需求，非金属矿粉由于其本身的一些不足之处，如颗粒形状不规则、材料的硬度(莫氏硬度1-3)和强度低等，导致强度和抗冲击性能不能达到较高的要求。最近，纳米非金属矿粉材料应运而生，如纳米碳酸钙和纳米蒙脱土材料，加入塑料中取得了较好的结果，达到了增韧、增强的目的。但是需要指出的是，从现有的实验结果来看，纳米非金属矿粉填料的加入量与制品的生产成本可能是制约其发展的一个因素，因为，目前加入纳米非金属矿粉材料的塑料大都是在约3-10％的加入量时，其力学性能达到最好的状态，大于这个加入量时，力学性能下降很快。如果这种纳米非金属矿粉材料价格低于塑料，其加入量低是制约其经济效益的一个因素，如果高于塑料价格，就难于广泛使用，只能用于某些特殊的需要，因此，这也是制约其经济效益的一个方面。因此，纳米填充材料的经济性是制约其发展的一个重要因素。
发明内容
本发明的目的是把粉煤灰空心微珠加入到树脂基材料中，制成空心微珠填充树脂基复合材料，本发明的另一个目的是提供一种粉煤灰空心微珠填充树脂基复合材料的制造工艺。这种超细空心微珠加入树脂基中后，能同时达到增韧、增强的目的，添入量在20～30％时都能达到较好的力学性能，同时还可以提高硬度、刚性、耐磨性、耐腐蚀性和隔热性能等，减少制品收缩率，制造工艺性也可以明显改善。
本发明的粉煤灰空心微珠填充树脂基复合材料的制造工艺包括空心微珠的精选、表面改性处理和复合材料的制备等。
所述的粉煤灰空心微珠的精选是从粉煤灰的扬灰中分级获得0.5～5um的粉煤灰空心微珠，然后通过高梯度磁选机除铁，再通过半导体机去碳，最后获得球形率很高的空心微珠材料。
所述的空心微珠表面改性处理是在空心微珠表面涂覆一层很薄的改性层(如硅烷等)。这种表面改性处理工艺是把需要涂覆到空心微珠表面的改性剂溶液(如硅烷等)，通过高速旋转气流与其混合，再通过超音速喷嘴把该气流混合物以很高的速度喷进装有空心微珠悬浮体的流化床中，在固体空心微珠表面即可沉积一层很薄的有机膜，该流化床的温度可在常温与300℃范围内调控。通过气溶胶表面改性处理，可以在空心微珠表面涂敷一层薄的改性层。这种处理工艺简单，改性完全，涂层薄而牢。
其中改性剂不是特别限制的，可以是现有技术中常用的那些，例如选自硅烷、硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯等中的一种或多种。
所述粉煤灰空心微珠填充树脂基复合材料的制造的主要工艺是先把空心微珠和高分子材料进行干燥处理(可以用烘箱和热风等)，然后把这两种材料和一些助剂材料用高速混合机经过一段时间的混合处理，其中空心微珠的填充量一般是在5～50％，优选是在10～40％，更优选20～30％(基于复合材料的总重量)，再由螺杆混炼挤出机或辊筒炼塑机等挤出、注入、层压或其它方式成形即制成所发明的复合材料。
其中所述树脂基材料不是特别限制的，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和硅橡胶等。助剂材料是本领域内常用的那些，例如选自抗氧化剂、着色剂、抗静电剂、阻燃剂、其它填充剂(如二氧化硅、碳酸钙等)等中的一种或多种。
本发明复合材料的特点是弹性模量高、硬度高、维卡软化点高、流变性好、制品收缩率小、表面手感好、耐磨、耐酸碱、隔热与隔音性好、制造成本低等，是一种可以广泛应用的新型材料。
图1是空心微珠填充聚丙烯复合材料制造工艺图。
图2是空心微珠填充聚氯乙烯复合材料硬板制造工艺图。
图3是空心微珠填充聚氯乙烯复合材料管材制造工艺图。
以下通过实施例来描述本发明，应该注意的是，这些实施例只是例证性的，不构成对本发明的任何限制。
具体实施例方式
实施例1一种粉煤灰空心微珠填充聚丙烯复合材料的制造工艺如图1所示。它包括粉煤灰扬灰的分级，通过气流分级机可以从粉煤灰扬灰中分级出粒径0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁选机除铁，这种磁选机是常用型的，通过磁选，可以使空心微珠的含铁氧化物从3％～15％降低到1％以下；半导体机除碳，碳粒杂质是一种半导体材料，通过半导体机的摩擦轮，改变碳粒的电性，利用电性从粉煤灰中去除碳颗粒杂质；空心微珠的表面改性处理，它是把三乙基三乙氧基硅烷改性液通过高速旋转气流与其混合，再通过超音速喷嘴把该气流混合物以很高的速度喷进装有空心微珠悬浮体的流化床中，在固体空心微珠表面即可沉积一层很薄的有机膜，该流化床的温度可在常温与300℃范围内调控，这种制成的改性层薄而牢，改性完全；烘干处理，通过烘箱或热风，对改性过的空心微珠和聚丙烯粉粒进行干燥处理；二者按2∶8的比例混合，把上述两种材料通过高速混合机混合处理；螺杆混炼挤出机熔融共混挤出造粒，并获得粒料；塑料注射机注射成形，获得空心微珠填充聚丙烯复合材料的制品。
实施例2工艺流程如图1所示，步骤同实施例1，只是改性空心微珠于聚丙烯粉料的混合比是3∶7。
实施例3步骤同实施例1，只是用聚乙烯代替聚丙烯，制得空心微珠填充聚乙烯复合材料。
实施例4一种空心微珠填充聚氯乙烯复合材料硬板的制造工艺如图2所示。它包括粉煤灰扬灰的分级，通过气流分级机可以从粉煤灰扬灰中分级出粒径0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁选机除铁，这种磁选机是常用型的，通过磁选，可以使空心微珠的含铁氧化物从3％～15％降低到1％以下；半导体机除碳，碳粒杂质是一种半导体材料，通过半导体机的摩擦轮，改变碳粒的电性，利用电性从粉煤灰中去除碳颗粒杂质；空心微珠的表面改性处理，它是把钛酸酯改性液通过高速旋转气流与其混合，再通过超音速喷嘴把该气流混合物以很高的速度喷进装有空心微珠悬浮体的流化床中，在固体空心微珠表面即可沉积一层很薄的有机膜，该流化床的温度可在常温与300℃范围内调控，这种制成的改性层薄而牢，改性完全；烘干处理，通过烘箱或热风，对改性过的空心微珠和聚氯乙烯粉粒进行干燥处理；混合和搅拌，把上述两种材料(3∶7的重量比)和助剂通过高速混合机混合和搅拌处理；密炼机，在混炼室，在浮压锤和相向转动中进行强制塑炼，使物料在短时间内塑化成均匀块状；塑炼机，把上述块状料，经两个不同转速辊轮的剪切作用，使塑炼更加均匀；压延机，通过压延机把上述均匀物料压成半成品片状；层压机，料片经迭合后放入层压机中，在一定的温度和压力下，物料在热钢板中流动成一个均匀的整体，物料逐渐冷却，并经锯切得到空心微珠填充聚氯乙烯复合材料硬板。
实施例5一种空心微珠填充聚氯乙烯复合材料管材的制造工艺如图3所示。它包括粉煤灰扬灰的分级，通过气流分级机可以从粉煤灰扬灰中分级出粒径0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁选机除铁，这种磁选机是常用型的，通过磁选，可以使空心微珠的含铁氧化物从3％～15％降低到1％以下；半导体机除碳，碳粒杂质是一种半导体材料，通过半导体机的摩擦轮，改变碳粒的电性，利用电性从粉煤灰中去除碳颗粒杂质；空心微珠的表面改性处理，它是把钛酸酯改性液通过高速旋转气流与其混合，再通过超音速喷嘴把该气流混合物以很高的速度喷进装有空心微珠悬浮体的流化床中，在固体空心微珠表面即可沉积一层很薄的有机膜，该流化床的温度可在常温与300℃范围内调控，这种制成的改性层薄而牢，改性完全；烘干处理，通过烘箱或热风，对改性过的空心微珠和聚氯乙烯粉粒进行干燥处理；混合，把上述两种材料(2∶8的重量比)和助剂通过高速混合机混合处理；用双螺杆挤出机直接挤出复合材料管子，在挤出时，需控制温度在50℃～300℃之间。
实施例6
一种粉煤灰空心微珠填充尼龙-66复合材料的制造工艺如图1所示。它包括粉煤灰扬灰的分级，通过气流分级机可以从粉煤灰扬灰中分级出粒径0.5～5um的空心微珠材料；高梯度磁选机除铁，这种磁选机是常用型的，通过磁选，可以使空心微珠的含铁氧化物从3％～15％降低到1％以下；半导体机除碳，碳粒杂质是一种半导体材料，通过半导体机的摩擦轮，改变碳粒的电性，利用电性从粉煤灰中去除碳颗粒杂质；空心微珠的表面改性处理，它是把硬脂酸改性液通过高速旋转气流与其混合，再通过超音速喷嘴把该气流混合物以很高的速度喷进装有空心微珠悬浮体的流化床中，在固体空心微珠表面即可沉积一层很薄的有机膜，该流化床的温度可在常温与300℃范围内调控；烘干处理，通过烘箱或热风，对改性过的空心微珠和尼龙-66进行干燥处理；二者按2∶8的比例混合，把上述两种材料通过高速混合机混合处理；挤出或纺丝，即获得空心微珠填充尼龙-66复合材料的制品。
权利要求
1.一种粉煤灰空心微珠填充树脂基复合材料的制造工艺，包括粉煤灰扬灰原料经过分级、除铁、去碳处理后获得球形率90％以上的空心微珠，空心微珠的粒度为0.5～5um；再通过气溶胶法进行表面改性处理，在空心微珠表面沉积一层很薄的有机溶液膜；然后把空心微珠(填充量5～50％)、树脂基材料和助剂通过干燥处理，再高速混合或搅拌，挤出、注塑、层压或其它方式成形。
2.根据权利要求1所述的工艺，空心微珠的分级是采用气流分级进行的。
3.根据权利要求1所述的工艺，气溶胶法表面改性处理是把有机改性溶液通过高速旋转气流与其混合，再通过超音速喷嘴把该气流混合物以很高的速度喷进装有空心微珠悬浮体的流化床中，在固体空心微珠表面即可沉积一层很薄的有机膜，该流化床的温度可在常温与300℃范围内调控。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中有机改性溶液选自硅烷、钛酸酯、硬脂酸、铝酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中树脂基材料为高分子聚合材料。
6.根据权利要求5的工艺，其中高分子聚合材料选自聚丙烯、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和硅橡胶中的一种或多种。
7.根据权利要求1的工艺，其中所述助剂选自着色剂、抗氧化剂、抗静电剂、阻燃剂、其它填充剂中的一种或多种。
8.由权利要求1的工艺获得的空心微珠填充的树脂基复合材料。
9.权利要求8的空心微珠填充的树脂基复合材料的用途。
全文摘要
一种空心微珠/树脂基复合材料的制造工艺。该工艺包括:通过对粉煤灰进行分级、除铁、除碳等处理而获得的球形率在90%以上的空心微珠,空心微珠粒度约为0.5～5um,再利用气溶胶法对空心微珠进行表面改性处理,在表面处理时,控制温度在常温至300℃之间,然后把超细空心微珠、树脂基材料和助剂等进行干燥处理,再进行高速混合或搅拌,再注塑或层压成形,制成新的复合材料。
文档编号C08L55/02GK1339526SQ0114191
公开日2002年3月13日 申请日期2001年9月21日 优先权日2001年9月21日
发明者刘承晖, 谭又亭 申请人:刘承晖, 谭又亭