CN100503197C - 一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法。具体步骤如下：将聚合物和无机填料混合，然后进行高速搅拌混合均匀，再将混合料置于模具内，振荡10-25分钟，将振荡后得到的混合料挤压定型，定型压力为8～20MPa，定型时间为2-12分钟，控制曝气器厚度为10～30mm；接着进行高温烧结，烧结温度为120～210℃，烧结时间为100分钟～200分钟，控制定型制品的内面与外面温度梯度为15～25℃；冷却，即得所需产品。利用本发明方法得到的曝气器具有能耗低，机械强度高，产生气泡小且分布均匀，充氧效果好，耐腐蚀，使用寿命长，不易堵塞。制造工艺方法简单，易于掌握，所用材料易得，有很好的推广应用价值。

Description

一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法
技术领域
本发明属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法。
背景技术
曝气是污水处理系统中一个重要的工艺过程，是通过向污水中充氧，为好氧菌提供生存环境，使其在生存与繁殖过程中消耗掉水中的各种有机物，从而使水体得以净化。目前，常用的微孔曝气器多为陶瓷(刚玉)和橡胶膜片。由于材料和结构形式的不同，这两种曝气器在充氧效率，布气均匀性，抗堵塞能力，安装布置方式，连续正常工作时间，使用寿命和日常运行能耗等各方面存在很大的差异。例如，陶瓷(刚玉)曝气器耐腐蚀性强但阻力损失大，氧利用率较低，易断裂，易结垢；橡胶膜片曝气器布气较均匀但气阻大，能耗高，易腐蚀，使用寿命短等。因此研究一种低耗能，高机械强度，均匀充氧，不易堵塞的聚合物微孔曝气器的制造方法是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种低耗能，高效率，高机械强度，均匀充氧，不易堵塞的加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法。
本发明提出的加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法，是通过原料搅拌混合、预混料振荡、高压定型、高温烧结等一系列加工过程后，制造出具有微孔结构的曝气器。其制造步骤具体如下：
(1)将聚合物原料与无机填料混合，以2500转/分—5000转/分的转速搅拌5-10分钟，使二者混合均匀，得到预混料；其中，无机填料的加入量为聚合物原料质量的20wt％-40wt％；
(2)将步骤(1)所得预混料置于模具内，振荡10-25分钟，使预混料在模具内由外面到内面按粒径由小到大呈均匀梯度分布；
(3)将步骤(2)得到的原料挤压定型，定型压力为8～20MPa，定型时间为2-12分钟，控制曝气器厚度为10～30mm，较好的为12～15mm之间；
(4)将步骤(3)所得的定型制品烧结，烧结温度为120～210℃，烧结时间为100分钟～200分钟，烧结时控制定型制品的内表面与外表面保持一个温度梯度，这样使在较热一面的颗粒或粉末就会烧结的更完全，形成更小的微孔，从而形成内外孔径大小形成一定梯度。内、外面的温度梯度一般保持在15～25℃之间；
(5)将步骤(4)所得制品冷却，即得所需产品，冷却时间为1-3小时，冷却温度为40-60℃，冷却时压力为6-10MPa。
本发明中，步骤(1)中所述聚合物原料为高密度聚乙烯(UHMW-HD-PE)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)混合物等中任一种。
本发明中，步骤(1)中所述无机填料为SiO2、CaCO3、石英砂或微孔玻璃等中一至几种。微孔玻璃的粒径为80～120μm。
利用本发明方法制造的曝气器具有微孔结构，微孔开孔率为60％～75％；气体流出面的孔小于流入面的孔，以形成一定的微孔分布梯度，微孔的孔径为250～950nm，曝气器壁厚为10～30mm。
利用本发明方法制造的曝气器呈板状或管状。
利用本发明方法制造的曝气器，孔径控制范围一般为外表面：250～450nm；内表面：700～950nm。另外，外表面的微孔直径比内表面孔的直径小20～45％。
本发明中，在烧结过程中，将温度控制在使外面的聚合物颗粒在高温下熔融，但不完全溶化的范围内。使外表面发生表面不完全结皮，这样冷却后就会在表面形成一个具有超细微孔的致密的光滑层。
本发明中，烧结温度和时间的选择要根据期望得到的孔径所需的温度来确定。烧结温度一般在120～210℃之间，按使用的聚合物材料和无机填料的不同，进行调节。烧结时间一般在100～200min之间。加热时间要使聚合物颗粒或粉末可以从外面到内面都能全部受热。冷却时间一般控制在1～3小时之间。
经过上述各步骤地处理后，聚合物曝气器可以用来制成各种形状的制品，一般选择板状或管状。
本发明的有益效果：
1.利用本发明方法得到的含无机填料的聚合物微孔曝气器具有能耗低，机械强度高，产生气泡小且分布均匀，充氧效果好，耐腐蚀，使用寿命长，不易堵塞等优点。是陶瓷(刚玉)和橡胶膜片曝气器之后的第三代曝气器。
2.利用本发明方法得到的含无机填料的聚合物微孔曝气器的微孔的大小可以通过对聚合物颗粒大小、粉料的形状、无机填料的选择、无机填料颗粒度的大小、对加热温度和加热时间的选择来控制。制造所使用的原料易得，产品性能优异，有很好的推广应用价值。
3.利用本发明方法得到的含无机填料的聚合物微孔曝气器的制造过程不需要添加任何有机类添加剂，如树脂，胶粘剂等，不会产生任何环境污染物。而且报废后的曝气器还可以再次回收利用。
具体实施方式
实施例1
将UHMW-HD-PE粉料先过20目筛，再过60目筛。取过60目筛的筛上物200克。将CaCO3粉料先过40目筛，再过80目筛，取过80目筛的筛上物60克。将取得的PE粉料与CaCO3粉料加入高速搅拌机，4000rpm搅拌10分钟，取出混合物料。将预混料加入直径为12cm，厚度为1.5cm的圆形不锈钢模具内，在振荡器中振荡15min。取下后，在12MPa压力下保压6min。然后在板式烧结炉中烧结140min，烧结过程中，控制外表面的烧结温度为187℃，控制内表面的烧结温度为166℃。最后在40℃水浴内冷却1小时，冷却压力为8MPa。即得所需产品。即得聚乙烯曝气板的外面孔径为250nm，内面孔径为700nm。
由本发明提供的方法生产的新型曝气器可替代现有的陶瓷(刚玉)曝气器或橡胶膜片曝气器使用，也可直接应用于曝气系统中。
实施例2
将HMW-HD-PE粉料先过40目筛，再过80目筛。取过80目筛的筛上物200克。将SiO2粉料先过40目筛，再过80目筛，取过80目筛的筛上物80克。将取得的PE粉料与SiO2粉料加入高速搅拌机，4000rpm搅拌8分钟，取出混合物料。将预混料加入直径为12cm，厚度为1.5cm的圆形不锈钢模具内，在振荡器中振荡15min。取下后，在12MPa压力下保压6min。然后在板式烧结炉中烧结100min，烧结过程中，控制外表面的烧结温度为156℃，控制内表面的烧结温度为120℃。最后在40℃水浴内冷却2小时，冷却压力为8MPa。即得所需产品。即得聚乙烯曝气板的外面孔径为300nm，内面孔径为950nm。
由该发明提供的方法生产的新型曝气器可替代现有的陶瓷(刚玉)曝气器或橡胶膜片曝气器使用，也可直接应用于曝气系统中。
实施例3
将PP粉料先过40目筛，再过60目筛。取过60目筛的筛上物200克。取石英砂，先过60目筛，再过120目筛，取过120目筛的筛上物60克。将取得的PP粉料与石英砂粉料加入高速搅拌机，4500rpm搅拌8分钟，取出混合物料。将预混料加入直径为12cm，厚度为1.5cm的圆形不锈钢模具内，在振荡器中振荡20min。取下后，在8MPa压力下保压12min。然后在板式烧结炉中烧结150min，烧结过程中，外面为上面，温度为178℃，内面为下面，温度为156℃。然后在60℃水浴内冷却3h，冷却压力为6MPa，即得所需产品。所得曝气板的外面孔径为450nm，内面孔径为900nm。
由本发明提供的方法生产的新型曝气器可替代现有的陶瓷(刚玉)曝气器或橡胶膜片曝气器使用，也可直接应用于曝气系统中。
实施例4
将PE、PP和PVC粉料按2：2：1的比例混合后，先过80目筛，再过120目筛。取过120目筛的筛上物200克。将CaCO3粉料先过40目筛，再过80目筛，取过80目筛的筛上物80克。将取得的聚合物混合粉料与CaCO3粉料加入高速搅拌机，3500rpm搅拌5分钟，取出混合物料。将预混料加入直径为12cm，厚度为1.5cm的圆形不锈钢模具内，在振荡器中振荡25min。取下后，在15MPa压力下保压10min。然后在板式烧结炉中烧结150min，烧结过程中，外面为上面，温度为173℃，内面为下面，温度为156℃。然后在50℃水浴内冷却2h，冷却压力为8MPa，即得所需产品。所得曝气板的外面孔径为260nm，内面孔径为750nm。
由本发明提供的方法生产的新型曝气器可替代现有的陶瓷(刚玉)曝气器或橡胶膜片曝气器使用，也可直接应用于曝气系统中。
实施例5
将PE、PP和PVC粉料按3：3：1的比例混合后，先过80目筛，再过120目筛。取过120目筛的筛上物200克，加入粒径为120μm的微孔玻璃混合，将混合料加入高速搅拌机，2500rpm搅拌5分钟，取出混合物料。将预混料加入直径为12cm，厚度为1.5cm的圆形不锈钢模具内，在振荡器中振荡15min。取下后，在20MPa压力下保压2min。然后在板式烧结炉中烧结200min，烧结过程中，外面为上面，温度为210℃，内面为下面，温度为188℃。然后在50℃水浴内冷却2h，冷却压力为8MPa，即得所需产品。所得曝气板的外面孔径为250nm，内面孔径为730nm。
由本发明提供的方法生产的新型曝气器可替代现有的陶瓷(刚玉)曝气器或橡胶膜片曝气器使用，也可直接应用于曝气系统中。

Claims (3)

1、一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法，其特征在于通过原料振荡、高压定型、高温烧结，制造出具有微孔结构的曝气器，具体步骤如下：
(1)将聚合物原料与无机填料混合，以2500转/分-5000转/分的转速搅拌5-10分钟，使二者混合均匀，得到预混料；其中，无机填料的加入量为聚合物原料质量的20wt％-40wt％；
(2)将步骤(1)所得预混料置于模具内，振荡10-25分钟，使预混料在模具内由外面到内面按粒径由小到大呈均匀梯度分布；
(3)将步骤(2)得到的原料挤压定型，定型压力为8～20MPa，定型时间为2-12分钟，控制曝气器厚度为10～30mm；
(4)将步骤(3)所得的定型制品烧结，烧结温度为120～210℃，烧结时间为100分钟～200分钟，内、外面的温度梯度一般保持在15～25℃之间；
(5)将步骤(4)所得制品冷却，即得所需产品，冷却时间为1-3小时，冷却温度为40-60℃，冷却时压力为6-10MPa；其中：
步骤(1)中所述聚合物原料为高密度聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯混合物中任一种。
2、根据权利要求1所述的加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法，其特征在于步骤(1)中所述无机填料为CaCO3、SiO2、石英砂或微孔玻璃中一至几种。
3、根据权利要求1所述的加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法，其特征在于所述制造方法获得的曝气器呈板状或管状。
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