CN1017219B - 废砂炉渣复合材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

废砂炉渣复合材料及其生产方法，是使废砂、炉渣、废纤维、废轮胎等工农业固体废弃物再生、活化后作为骨料，以废料薄膜为粘接剂，配以少量添加剂，经微塑化制团，在150-300℃温度下合成，再经表面处理而成的一种费金属材料。这种材料具有良好的综合机械性能和锯、钻、钉等加工性能，能防水、防腐，易成型。可用来制造建筑模板、波纹板、板材、管材、型材以及各种工农业和生活用品。

Description

废砂炉渣复合材料及其生产方法是利用废料配以添加剂复合而成的非金属材料及其生产方法。

机械铸造车间、火力发电厂、冶炼厂、矿山、选矿厂等每天要排除大量的废砂、炉渣、粉尘、污泥以及尾矿渣等废弃物，若不能及时清理运出，将严重污染车间环境，妨碍生产作业，即使可以运出也会造成另一地的污染，且既耗资又占地。建立一种只有原料运进、产品运出而不排放废物的封闭型车间是综合治理、变废为利的有效途径。

随着塑料制品的日益普及，各种工农业和生活中的塑料包装材料、地膜、制品等的废弃物已成为城市和农村垃圾的主要组成物。使这些变质、老化的废弃物改性使之作为粘结剂，用来固化其他产业的废物将是一举二得的环保措施。

目前国外已有的用聚合物和粒状骨料制成的新材料，它们的原料都是一些新的聚合物以及矿物骨料，具有很强的表面活性，不必对其进行表面处理。例如在EP0062373的专利中公开的一种聚合物混凝土，其原料特点是采用3-5%的热固性聚合物以及采用85-97%的矿物骨料。聚合物是不饱和聚酯或含有自由基团交联剂的乙烯基酯树脂混合物，这些都是众所周知的结合力很强的粘结剂。其制造工艺包括把原料用机械的方法混合好，混合好的原料与色素一起灌到模型中，在0-200℃范围内把模型中的混合物硬化。在US3070557的专利中公开的是采用1-10%的热塑性聚合物以及90-99%的矿物骨料复合而成的铺路用的混合物。热塑性聚合物也是诸如聚乙烯、聚丙烯等有机粘结剂。工艺特点是热混预热过的聚合物和骨料，随后压实、冷却硬化。以上这些现有技术的共同特点是原料不需要再活化处理，采用众所周知的有机聚合物作为粘合剂;用传统的设备复合而成;制出的材料都是性能较低的混凝土等一些建筑材料。

本发明的目的在于利用废砂炉渣生产具有某些木材、钢材性能的复合材料

该复合材料的原料包括三类：第一类占重量的95%以上。是各种工农业固体废弃物;第二类占重量的0.1-3%，是从各种废液中制取的廉价原料;第三类占重量的0.1-3%，是一般化工原料。

上述的第一类原料中，有50-30%是各种固体废渣，如铸造废砂、冶金炉渣、燃料废渣、矿业废渣、化工废渣以及动物毛发的下脚、碎纸破布、植物纤维渣、橡胶屑、木屑等。它们是用来作为复合材料中的粒子增强材料和纤维增强材料，或称为骨料。

上述的第一类原料中，有20-50%是热塑性的废旧塑料，如废弃的聚乙烯农用地膜和包装袋，废弃的聚丙烯编织袋和绳带，废弃的聚氯乙烯制品，废弃的发泡聚苯乙烯包装材料等。它们是用来作为复合材料中的基体材料，或称为粘结剂。

由于上述的占重量的95%以上的第一类原料均为废渣料，而且又是来自于各行各业，所以在其表面上附有各种各样的有机或无机杂质，何况这些渣料的比表面积也有极大的差异。这样，严重影响了作为粒子或纤维增强材料的废渣料，与基体材料的结合;影响了添加剂的用量;影响了废渣料表面对添加剂的吸附，以及发生化学反应的程度，影响了复合材料的热态流动性等，所以，去除废渣料表面附着的惰性杂质（应少于3%），并使它具有一定的比表面积（0.01-10米²/克）和一定的温度（200-400℃）。

为了进一步解决因废渣料与废塑料之间的结合力不够、以及废塑料老化等原因给复合材料带来的机械性能低下，热态流动性不佳等种种问题，本发明在使废渣粒去除表面惰性层后，采用了一系列能起表面活性作用，基团螯合作用的添加剂。这就是上述的占重量0.1-3%的第二类原料。它们都是从各种废液中制取的廉价原料。其中有30-70%是从造纸废液中制取的木质素磺酸盐，有30-70%是从焦油渣中抽取的古马龙树脂等。

由于各种废渣料大部份为深色，若加颜料调色则成本太高;又由于废渣、废塑料制成的复合材料的表面硬度不理想，所以，本发明采用了一种表面复层技术，即在热塑性的废渣废塑复合材料上再复上一层热固性材料。其原理是：热塑性材料在硬化时要放出热量，这部份热量正好全部被复盖在热塑性材料上的热固性粉末所吸收，致使粉末硬化结成一个坚硬的薄层，牢牢地粘附在废渣、废塑复合材料上。这个复合层的色泽可以通过在热固性粉末中加入颜料而随意调节。如果热量过少，则热固性粉末不会硬化，或只是局部硬化;如果热量过多，则热固性粉末会被烧焦。所以，复合层能否成功的关键是：根据原材料、模具材料的比热容和导热系数;根据对一定厚度的热固材料所需的硬化温度和时间，达到热平衡，即可。上述的占重量0.1-3%的第三类原料，就是指的这种热固性材料，如各种颜色的粉状氨基树脂等化工原料以及少量醇酸树脂。这就是热塑性材料与热固性材料同时复合一次成型的技术。

该复合材料的制造工艺如下：

把收集来的各种废旧塑料分拣归类，用带刺式滚筒清洗机水洗至表面附着物少于1%，干燥后用破碎机切成小于10mm²的碎片。

把收集来的纤维状废渣料，用破碎机处理成直径为厚有直径，长径比为20-100∶1的短纤维（包括用熔融的冶金炉渣喷吹而成的渣棉）。

把收集来的工业废渣用破碎机破碎成20-100目的颗粒后，应该进行再生处理和活化处理，即对粒状废砂或炉渣进行高频振动、并在振动前或振动中，对粒状渣料进行加热，使其表面附着物中的自由水、毛细水、结构水除去，并产生内应力。这样，在高频振动的作用下，产生疲劳裂纹。同时，由于振动作用造成水粒子间的相对运动，不仅使有裂缝的附着物得以剥落，而且使表面得到研磨。与此同时，必须及时抽去剥落下来的粉尘，以防止由于静电作用重新粘附到粒料的表面。控制振动的时间和激振力的大小，可既不使粒料被振碎，又可达到表面处理效果。由于各种渣料颗粒的强度和硬度，以及表面附着物的种类不同，所以各种工艺参数应随之调整。一般振动频率为25-80赫茨，激振加速度为100-1000米/秒²，加热温度为200-600℃，振动时间为8-20分钟。经过这种对废渣料的特殊处理，废渣料可以达到表面惰性附着物少于3%（重量），并且有一定的比表面积（0.01-10米²/克）和一定的温度（200-400℃）。

把基体材料（废塑料）、纤维增强材料（废纤维渣）、粒子增强材料（废渣粒）以及木质素磺酸 盐、古马龙树脂等，在上述的配比范围内用团粒机搓控成直径为3-10mm的团粒。这道工序的关键是：不能使废塑料全部熔化，而只能使塑料微塑化。要做到这一点必须控制已被加热的粒子所放出的热量，与微塑化废塑料所要的热量相互平衡即可。必要时可以补充热量，以补偿由容器引起的传导热损失。再生、活化处理好的团粒料作为半成品备用。

把上述的团粒料喂入复合材料合成机，团粒料在150-300℃温度下被熔融、混合、减容，最后以稠粘不成型的状态，被推挤出合成机。

挤出的物料通过预成型机，辗成片状，立即进入压制金属模中，进模前的料温为150-300℃。

在挤出物料进入金属模（模子预热温度120-180℃）腔前，在腔内底面均匀地撒上一层有颜色的粉状氨基树脂，然后铺入上述的片状挤出物，用压力机加压成型，压力为0.5×10²-4.0×10⁷帕，保压时间为0.5-5分钟，随后迅速冷却金属模型，取出复合材料制品。

实施例一：

一、原料：

冲天炉粒化炉渣20%，废旧铸造型砂40%，动物毛发下脚10%。废旧农用聚乙烯地膜25%，木质磺酸钠2%，古马龙树脂2%，三聚氰胺甲醛树脂1%。

二、工艺：

1、把废旧农用聚乙烯地膜洗净干燥后，破碎成1-10平方毫米的碎片。

2、把冲天炉粒化炉渣和铸造废旧型砂分别用热振再生机进行预处理，控制振动频率50赫茨，激振加速度200米/秒²，加热温度400℃，振动时间15分钟。使起表面杂质少于3%，使炉渣比表面积为1米²/克左右，使旧砂比表面积为0.1米²/克左右。

3、把1、2中处理好的物料和其他物料按前述的比例，放在混合成团机中，搓捏成直径为3-10毫米的团粒。

4、把3中冷却的团粒料装入复合材料合成机中，在300℃温度下通过合成机，从出料口出来的是呈塑化状态的复合材料。

5、使4中的热的复合材料通过定量预成型机，得到定量的250℃的片状复合材料。

6、把5中的热的片状复合材料送入在腔底已铺上一层三聚氰胺甲醛树脂粉料的模型内。

7、把6中已装入原料的模型合好后，加压到3.0×10⁷帕，保压3分钟后，冷却模型，取出复合材料制品。

三、性能：

1、抗压强度 5.3×10⁷帕

2、抗弯强度 4.1×10⁷帕

3、抗拉强度 1.7×10⁷帕

4、抗冲击强度    15公斤·厘米/平方厘米

5、表面硬度    110

6、比重    1.5

7、吸水率    0.8%

8、表面电阻系数 0.7×10¹²欧

9、体积电阻系数 3.0×10¹⁵欧-厘米

10、击穿场强    5.0千伏/毫米

11、在10%NaOH溶液和20%H₂SO₄溶液中，腐蚀六小时以上，无任何变化。

12、能钻孔、锯截、敲钉。

实施例二、

一、原料：

煤渣    50%

废轮胎橡胶屑    20%

废旧编织袋    27%

木素磺酸钙    1%

古马龙树脂    1%

尿素    1%

二、工艺：

1、把废旧编织袋破碎成5平方毫米左右碎片。

2、把煤渣在高频振动容器内进行预处理，振动频率50赫茨，加热温度350℃，振动时间10分钟，激振加速度150米/秒²，使其表面杂质少于3%，比表面积为0.5米²/克。

3、把废轮胎研磨成橡胶屑，粒度约100目。

4、把各种原料按比例在混合团粒机中，搓控成直径为3-10毫米的团粒。

5、把4中冷却的团粒料装入复合材料合成机中，在300℃温度下通过合成机，即成塑化状态的复合材料。

6、把5中的热料通过定量预成型机，即得定量的250℃的片状复合材料。

7、把6中的热片料送入腔底已铺上一层尿素甲醛树脂粉料的模型内。

8、把7中已装入料的模型合好后，加压到2.5×10⁷Pa，保压8分钟后，冷却模型，取出复合材料制品。

三、性能：

1、抗压强度 5.0×10⁷帕

2、抗弯强度 4.3×10⁷帕

3、抗拉强度 1.6×10⁷帕

4、抗冲击强度    25公斤·厘米/平方厘米

5、表面硬度    110

6、比重    1.3

7、吸水率    0.8%

8、表面电阻系数 0.8×10¹²欧

9、体积电阻系数 4.2×10¹⁵欧-厘米

10、击穿场强    5.1千伏/毫米

11、在10%NaOH溶液和20%H₂SO₄溶液中，腐蚀六小时以上，无任何变化。

12、能钻孔、锯截、敲钉。

与现有技术相比，本发明所具有的优点是：

1、大部份原料都是废弃物，经过本工艺的再生、活化处理后、使废物资源化。

2、这种复合材料具有良好的抗弯、抗压、抗拉、抗冲击等机械性能，具有能锯、能钻、能钉的可加工性，以及防水、防腐、易成型等多种性能，可在广泛的领域内部份代替木材、塑料、钢铁、混凝土等材料，可用以制造建筑模板，波纹板、排水管等各种板材、管材、型材。

3、因为用的是废料，加工、成型时间又很短，所以作为一种材料生产成本极低。

4、由于使废物变成了资源、既净化了环境，又为企业增加了产值。

Claims (10)

1、一种废砂炉渣复合材料，其特征在于该材料的组成和重量百分比为：95%以上的工农业废弃物包括50-80%的固体废渣(骨料)，20-50%的热塑性废弃物(粘结剂)，0.1-3%的各种废液提取物(添加剂)，0.1-3%的热固性材料。

2、如权利要求1所述的废砂炉渣复合材料，其特征在于，固体废渣是铸造废砂、冶金炉渣、燃料废砂、矿业、化工废渣。

3、如权利要求1所述的废砂炉渣复合材料其特征在于，热塑性废弃物为聚乙烯农用地膜包装袋、聚丙燃编织袋和绳带。

4、如权利要求1所述的废砂炉渣复合材料其特征在于热固性材料为粉状氨基树脂和醇酸树脂。

5、如权利要求1-4所述的废砂炉复合材料，其特征在于，原料配方为：冲天炉粒化炉渣20%、废旧铸造型砂40%，动物毛发下脚10%、聚乙烯地膜25%、木质磺酸钠2%古马龙树脂27%、三聚氢胺甲醛树脂1%。

6、如权利要求1-4所述的废砂炉渣复合材料，其特征在于原料配方为：煤渣50%、废轮胎橡胶屑20%、废旧编织袋27%、木质黄酸钙1%、古马龙树脂1%、尿素1%。

7、废砂炉渣复合材料的生产方法，其特征在于生产方法共分四步：

（1）废渣料（骨料）和热塑性废弃物（粘结剂）活化再生，

（2）活化再生后的骨料、粘结剂按配方与其他成份混合后，用团粒机搓成直径3-10MM团粒，

（3）团粒进入合成机在150-300℃温度下熔融后以稠粘不成型的状态挤出，

（4）挤出的物料通过予成型机辗成片状，并保持料温在150-300℃状态下进入压制金属模中，在此之前金属模先预热到120-180℃，在腔内底面均匀地撒上一层热固性材料，然后铺入上述的片状挤出物，用压力机加压成型，压力为0.5×10⁷-4.0×10⁷帕，保压时间为0.5-5分钟，随后迅速冷却金属模，得到成品复合材料。

8、如权利要求7所述的生产方法，其特征在于用热振再生机进行活化，再生处理，控制振动频率为50赫茨，激振加速度200米/秒²，加热温度400℃，振动时间15分钟。

9、如权利要求7、8所述的生产方法，其特征在于合成机内温度控制在300℃。

10、如权利要求7、8、9所述的生产方法，其特征在于成型压力为3.0×10⁷帕，保压3分钟。