专利名称：一种利用废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料生产泡沫玻璃的方法
技术领域：
本发明涉及一种废弃酚醛模塑料的回收利用方法，尤其涉及一种利用废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料生产泡沫玻璃的方法。
背景技术：
玻纤增强酚醛模塑料被大量应用于制造直流电动机的电流换向器的绝缘骨架圆筒，该圆筒的表面的径向方向镶嵌着至少三片的铜排，换向器直接与电动机转子相连接。当铜排与固定电刷接触时，电流产生通路，从而使转子的线圈在磁场的作用下产生扭矩，使转子发生转动，当转动一定角度后，电刷与换向器的铜排分离，产生断路，转子将在惯性的作用下继续旋转，随后电刷又将接触上铜排，又将产生与转动反向较一致的扭矩，照此原理，磁场力将不断推动使转子向同一方向转动，并最终与摩擦、做功等阻力作用达到平衡。毋庸置疑，换向器保证了直流电机能够持续运转。换向器在家电领域、汽车领域、电动工具领域的用量非常之大。然而，随着这些电器设备的加速更新换代，大量直流电动机被淘汰下来，而其中换向器的金属成分基本可以被充分回收利用，但是，剩余的非金属绝缘骨架材料却难以得到回收再利用，且这种材料难以在自然界中降解，强度也较高，导致难以粉碎。不仅如此，电机换向器主要通过传递成型的方法与铜片结合在一起，在其固化成型过程中，将产生大量的玻纤增强酚醛树脂模塑料的废弃料柄，这些料柄在多数情况下只能作为工业废弃物和垃圾进行填埋处理，从而对环境产生一定危害，占用了宝贵的土地资源。电机换向器绝缘骨架材料一般是由酚醛树脂、玻璃纤维、无机填料和助剂等经过一定的混炼制成的玻纤增强酚醛树脂模塑料。众所周知，酚醛树脂是一种热固性塑料，在固化成型以后，形成不溶、不熔、质硬的网络状高分子材料，难以回收再利用。因此，废弃电机换向器回收金属铜之后，剩余的非金属部分和在电机换向器生产过程中所产生的大量废料柄等均难以回收再利用。泡沫玻璃是一种内部充满无数相连和封闭小孔的多孔轻质无机玻璃材料，具有防火、隔热、防潮、防腐蚀、吸音等优点，被广泛应用于建筑墙体保温、石油化工、高速公路隔音墙、电力、军工等领域。尤其是我国大力提倡节能减排和“低碳”经济，近年来国内市场对于泡沫玻璃需求量迅速增大，尤其是建材市场。泡沫玻璃的主要成分为废玻璃，辅以适当发泡齐U、稳定剂、改性剂和其他助剂等，经过一定的热处理、发泡和退火等工序而制得。中国专利200710019008. 2公开了一种大密度泡沫玻璃的制备方法，首先将密度大于3. Og/cm3的碎玻璃粉末和SIC或TIN放入到球磨罐中球磨至200目以下，并加入到耐热钢模具中，最后将模具移入发泡炉烧成；经发泡及快速冷却和退火后得泡沫玻璃。中国专利200910023316. I公开了一种高强度泡沫玻璃的制备方法，将碎玻璃粉末，CaCO3，硼砂，NaNO3和耐火纤维加入到球磨罐中球磨混合均匀后,置于模具中并将其移入发泡炉中经预热、发泡、稳泡、快速冷却和退火，得泡沫玻璃。
发明内容
本发明提供了一种利用废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料生产泡沫玻璃的方法，该方法通过对废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料的合理利用，避免了环境污染和资源浪费。一种利用废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料生产泡沫玻璃的方法，包括以下步骤(I)对废弃的玻纤增强酚醛树脂模塑料进行热处理，脆化后粉碎、球磨制得细粉；(2)以重量百分比计，将10-30%的所述细粉、60-75%的废玻璃粉、0. 1-2%的发泡剂、1-2%的稳定剂、5-10%的助熔剂、0. 5-1%的改性剂以及0. 5-1%的粘结剂混合均匀，模压成胚后经塑化、发泡、定型、退火、冷却制得泡沫玻璃。所述废弃的玻纤增强酚醛树脂模塑料可以是电机换向器的绝缘骨架以及生产过程中废弃的料柄，它含有大量的玻璃纤维成分，重量百分比可以高达30 70%，具体组成为酚醛树脂模塑料25 45%、玻璃纤维30 70%、余量为填料和助剂，其中填料和助剂均是生产模塑料常用的添加成分。所述的玻璃纤维的成分与生产泡沫玻璃的废玻璃成分无本质上的区别，而且作为玻纤粘结剂的酚醛树脂在较高温度下容易碳化，碳在燃烧过程中能释放大量热量，生成的炭黑还可以作为泡沫玻璃的发泡剂，因此，将废弃的玻纤增强酚醛树脂模塑料作为生产泡沫玻璃的原材料，可以到达废物利用、变废为宝的目的，又可以减少发泡剂用量和能源消耗，降低生产成本。由于玻纤增强酚醛树脂模塑料强度高，粉碎较为困难，因此在粉碎前需对其进行热处理，让部分助剂分解和酚醛树脂部分分子键断裂，脱去小分子物质，使模塑料变脆，但热处理温度过高会使酚醛树脂碳化甚至燃烧，过低则脆化缓慢，能源消耗大，优选为，所述的热处理温度为350 550°C，时间为0. 5 5小时。所述的细粉的细度基本与废玻璃的细度一致，优选为80 120目。优选的，所述塑化、发泡、定型、退火、冷却的工艺为(I)将模压成型的胚置于加热炉内，控制加热炉内的温度；(2)以15 30°C /min的速率升温至400 450°C，然后以5 10°C /min的速率升温至700 750°C，再以2 4°C /min的升温至800 1000°C，维持20 60分钟完成发泡；(3)以10-20°C /min的速率降温至600-700°C，然后以1-2°C /min的速率降温至250°C，最后以0. 5-20C /min的速率降温室温，制得泡沫玻璃。所谓发泡剂就是使对象物质成孔的物质，它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类，化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物；化学发泡剂又分为无机发泡剂和有机发泡剂，本发明主要选用的是无机发泡剂，优选为碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硝酸钾、硝酸钠、硼酸、碳黑、石墨 粉和碳化硅中的至少一种。所述的助熔剂泛指各种可以降低物质熔点的物质，可以分为碱性助溶剂、酸性助溶剂和中性助溶剂，优选为钾长石、方解石和白石中的至少一种，它们的主要成分为硅铝酸盐或CaCO3，其中CaCO3受热分解成CaO，释放CO2,而CaO是代表性的碱性助溶剂，Al2O3是典型的中性助溶剂，SiO2是代表性的酸性助熔剂。
所述改性剂可以是阻燃剂、助溶剂、助发泡剂等，优选为硅酸钠、氧化锑或它们的混合物。加入适量的稳定剂能够改善泡沫玻璃的性能，增大发泡温度范围，稳定气泡结构，减少连通孔，提高成品率，常用的稳定剂有磷酸盐、醋酸盐等，优选为磷酸钠、磷酸钾或它们的混合物。粘结剂可以提高各组分之间的粘结强度，最终提高泡沫玻璃的物理性能，优选为聚乙烯醇、环氧树脂和纤维素中的至少一种。本发明充分利用废旧原料，生产成本低，工艺简单易实现，发泡时间短，大幅降低 能耗,且产品质量稳定。
图I为本发明方法的流程示意图。
具体实施例方式实施例I(I)将废弃的电机转向器绝缘骨架上的铜等金属分拣出来，然后将非金属的部分置于450°C下热处理30分钟，然后粉碎、球磨制成100目左右的细粉。该细粉组成为玻璃纤维为50%，酚醛树脂45%，其余为填料和助剂。(2)取上述细粉4. 2g(21% )、废玻璃粉14g(70% )、硝酸钠0. 2g(I % )、钾长石Ig(5%)、磷酸钠0. 2g(l% )、硅酸钠0. 2(1%)和环氧树脂0. 2g(l%)混合均匀，得到泡沫玻璃生料团。(3)在15MPa下，用四柱液压机将上述生料团压制成型，得到泡沫玻璃成型胚，然后将其置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成塑化、发泡、定型、退火和冷却等工序，最后得到泡沫玻璃材料。具体工艺参数如下首先以20°C /min的升温速率从室温升至450°C，接着以5°C /min升温至700°C，然后以:TC /min升温至发泡温度，发泡温度为900°C，在此温度下保温30分钟，完成发泡，接着以15°C /min降温至650°C,使发泡定型,然后以3°C /min的降温速度降至450°C退火，再以2V /min的降温速度冷却至250°C，最后再以1°C /min的降温速度冷却至室温、出炉，得到成品泡沫玻璃。实施例2(I)将废弃的电机转向器绝缘骨架上的铜等金属分拣出来，然后将非金属的部分置于500°C下热处理25分钟，然后粉碎、球磨制成100目左右的细粉。该细粉组成为玻璃纤维为55%，酚醛树脂40%，其余为填料和助剂。(2)取上述细粉6.2g(31% )、废玻璃粉12g (60 % )、钾长石lg(5% )、磷酸钾
0.2g(l% )、硅酸钠0.2(1 %)、氧化锑0.2(1% )和聚乙烯醇0. 2g(l% )混合均匀，得到泡沫玻璃生料团。(3)在ISMPa下，用四柱液压机将上述生料团压制成型，得到泡沫玻璃成型胚，然后将其置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成塑化、发泡、定型、退火和冷却等工序，最后得到泡沫玻璃材料。
具体工艺参数如下首先以25°C /min的升温速率从室温升至450°C，接着以5°C /min升温至700°C，然后以:TC /min升温至发泡温度，发泡温度为850°C，在此温度下保温50分钟，完成发泡，接着以15°C /min降温至650°C,使发泡定型,然后以3°C /min的降温速度降至450°C退火，再以2V /min的降温速度冷却至250°C，最后再以1°C /min的降温速度冷却至室温、出炉，得到成品泡沫玻璃。实施例3(I)将废弃的电机转向器绝缘骨架上的铜等金属分拣出来，然后将非金属的部分置于400°C下热处理60分钟，然后粉碎、球磨制成100目左右的细粉。该细粉组成为玻璃纤维为40%，酚醛树脂50%，其余为填料和助剂。(2)取上述细粉6. Og(30% )、废玻璃粉12. 0g(60% )、硝酸钠0. 2g(l% )、钾长石 lg(5%)、磷酸钠0. 2g(l%)、磷酸钾0. 2g(l%)、硅酸钠0.2(1%)和纤维素0. 2g(l%)混合均匀，得到泡沫玻璃生料团。(3)在25MPa下，用四柱液压机将上述生料团压制成型，得到泡沫玻璃成型胚，然后将其置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成塑化、发泡、定型、退火和冷却等工序，最后得到泡沫玻璃材料。具体工艺参数如下首先以25°C /min的升温速率从室温升至500°C，接着以5°C /min升温至700°C，然后以:TC /min升温至发泡温度，发泡温度为880°C，在此温度下保温50分钟，完成发泡，接着以15°C /min降温至650°C,使发泡定型,然后以3°C /min的降温速度降至450°C退火，再以2V /min的降温速度冷却至250°C，最后再以1°C /min的降温速度冷却至室温、出炉，得到成品泡沫玻璃。实施例4(I)将废弃的电机转向器绝缘骨架上的铜等金属分拣出来，然后将非金属的部分置于550°C下热处理30分钟，然后粉碎、球磨制成200目左右的细粉。该细粉组成为玻璃纤维为65%，酚醛树脂30%，其余为填料和助剂。(2)取上述细粉3.0g(15% )、废玻璃粉14.8g(74% )、硝酸钠0.2g(l% )、钾长石lg(5%)、磷酸钠0. 2g(l%)、磷酸钾0. 2g(l%)、硅酸钠0.2(1%)和聚乙烯醇0. 2g(l%),环氧树脂0. 2g(l%)混合均匀，得到泡沫玻璃生料团。(3)在25MPa下，用四柱液压机将上述生料团压制成型，得到泡沫玻璃成型胚，然后将其置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成塑化、发泡、定型、退火和冷却等工序，最后得到泡沫玻璃材料。具体工艺参数如下首先以25°C /min的升温速率从室温升至500°C，接着以5°C /min升温至700°C，然后以:TC /min升温至发泡温度，发泡温度为880°C，在此温度下保温50分钟，完成发泡，接着以15°C /min降温至650°C,使发泡定型,然后以3°C /min的降温速度降至450°C退火，再以2V /min的降温速度冷却至250°C，最后再以1°C /min的降温速度冷却至室温、出炉，得到成品泡沫玻璃。上述实施例制备的泡沫性能参数如表I所示表I
权利要求
1.一种利用废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料生产泡沫玻璃的方法，包括以下步骤 (1)对废弃的玻纤增强酚醛树脂模塑料进行热处理，脆化后粉碎、球磨制得细粉； (2)以重量百分比计，将10-30%的所述细粉、60-75%的废玻璃粉、0.1_2%的发泡剂、1-2%的稳定剂、5-10%的助熔剂、0. 5-1 %的改性剂以及0. 5-1%的粘结剂混合均匀，模压成胚后经塑化、发泡、定型、退火、冷却制得泡沫玻璃。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述废弃的玻纤增强酚醛树脂模塑料重量百分比组成为 酚醛树脂模塑料 25 45% 玻璃纤维30 70% 填料和助剂余量。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的热处理温度为350 550°C，时间为0. 5 5小时。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的细粉为80 120目。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述塑化、发泡、定型、退火、冷却的工艺为 (1)将模压成型的胚置于加热炉内，控制加热炉内的温度； (2)以15 30°C/min的速率升温至400 450°C，然后以5 10°C /min的速率升温700 750°C，再以2 4°C /min的升温800 1000°C，维持20 60分钟完成发泡； (3)以10-20°C/min的速率降温至600_700°C，然后以1_2°C /min的速率降温至250°C，最后以0. 5-20C /min的速率降温室温，制得泡沫玻璃。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的发泡剂为碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硝酸钾、硝酸钠、硼酸、碳黑、石墨粉和碳化硅中的至少一种。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的助熔剂为钾长石、方解石和白石中的至少一种。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的改性剂为硅酸钠、氧化锑或它们的混合物。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的稳定剂为磷酸钠、磷酸钾或它们的混合物。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂为聚乙烯醇、环氧树脂和纤维素中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种利用废弃玻纤增强酚醛树脂模塑料生产泡沫玻璃的方法，包括以下步骤(1)对废弃的玻纤增强酚醛树脂模塑料进行热处理，脆化后粉碎、球磨制得细粉；(2)以重量百分比计，将10-30％的所述细粉、60-75％的废玻璃粉、0.1-2％的发泡剂、1-2％的稳定剂、5-10％的助熔剂、0.5-1％的改性剂以及0.5-1％的粘结剂混合均匀，模压成胚后经塑化、发泡、定型、退火、冷却制得泡沫玻璃。本发明充分利用废旧原料，生产成本低，工艺简单易实现，发泡时间短，大幅降低能耗，且产品质量稳定。
文档编号C03B19/08GK102643013SQ20121013207
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者沈培林, 管金国, 陆云峰, 陈明德 申请人:浙江德和绝热科技有限公司