CN107162478B - 改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于阻尼材料制备技术领域，公开了一种改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法，利用乙烯基三乙氧基硅烷与苯乙烯进行分步改性；乙烯基三乙氧基硅烷作为铁尾矿砂表面的初步改性剂在尾矿砂表面均匀覆盖一层乙烯基，乙烯基三乙氧基硅烷的含量控制在乙醇水混合溶液质量的1％，乙醇与水溶液的混合质量比为90:10；将苯乙烯作为二次改性剂，通过过硫酸钾引发作用聚合制得表面覆盖均匀一层聚合物的尾矿砂，从表面摩擦系数与表面结构调控颗粒阻尼性能。本发明改变了尾矿砂表面的成分结构，提高了表面摩擦系数，在粘滞性性能上也有所改变，阻尼值较普通的颗粒阻尼材料提高了10％以上。

Description

改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法
技术领域
本发明属于阻尼材料制备技术领域，尤其涉及一种改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法。
背景技术
尾矿砂的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注；然而传统的铁尾矿处理方式如尾矿回填、尾矿制砖等方式经济价值低，再如尾矿再选、尾矿制微晶玻璃等方式利用效率低。首先是尾矿砂成分上的差别，不同地区、工艺造成铁尾矿砂中成分差异特别大，这是在混凝土中不能大量应用的主要原因；其次尾矿砂的内部结构非常不规律造成力学性能上的不稳定；最后缺乏铁尾矿的细致管理，缺乏成分基础数据，不利于其使用。尾矿再选的利用效率低的原因是由铁尾矿砂本身的特点所造成，尾矿砂中有用金属含量低，尾矿本身体量大，想再回收其中的金属对工艺和设备的要求加大，所以很难再提取出有用金属。再有制微晶玻璃的利用效率低主要是由于一些技术原因比如：制成玻璃的温度太高成型困难；对硅含量要求高；不能定量地预见微晶玻璃的新品种；“稀释效应”有待解决。因此需有一种经济价值高，利用效率高的方式对尾矿进行处理。对铁尾矿砂进行表面改性制成阻尼性能更大的颗粒材料可以变废为宝产生更大的经济价值。对于颗粒阻尼材料需求量的日益增大，尾矿砂的需求也变多，可以有效地缓解现在巨大的尾矿砂堆积量。大量研究结果表明，利用铁尾矿砂配制的混凝土能够满足工作性和强度方面的要求。而尾矿砂本身的相互碰撞与摩擦使具有一定的阻尼性能，可以帮助建筑结构增强阻尼性能，加大抗震强度。其中不同的比重、粒径、表面粗糙度、填充率对颗粒的阻尼性能有不同影响。另一方面铁尾矿的主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，其中SiO2占90％以上。新型阻尼结构材料的研究在环境振动与噪声控制领域一直是个研究热点，而尾矿砂的处置在固废处理领域也一直是困扰着人们的一个难点；将铁尾矿砂改性制成阻尼材料，一方面既解决尾矿砂废弃造成的环境问题，另一方面找到一种新的阻尼材料，在建筑、航空等各领域应用降低其制造成本。在其他民用领域也同样有着广泛应用。因此用尾矿砂制作颗粒阻尼材料有着非常重要的意义。且尾矿砂本身成本非常低廉，用尾矿砂为原料制成的颗粒阻尼材料也可以大量减少现有的颗粒阻尼的成本，带来巨大的经济价值。
综上所述，现有技术存在的问题是：传统的铁尾矿处理方式如尾矿回填、尾矿制砖等方式经济价值低，再如尾矿再选、尾矿制微晶玻璃等方式利用效率低。本发明为尾矿砂的再资源化提供了一种新的有效途径。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法。
本发明是这样实现的，一种改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法，所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法利用乙烯基三乙氧基硅烷与苯乙烯进行分步改性；乙烯基三乙氧基硅烷作为铁尾矿砂表面的初步改性剂在尾矿砂表面均匀覆盖一层乙烯基，乙烯基三乙氧基硅烷的含量控制在乙醇水混合溶液质量的1％，乙醇与水溶液的混合质量比为90:10；将苯乙烯作为二次改性剂，通过过硫酸钾引发作用聚合制得表面覆盖均匀一层聚合物的尾矿砂，从表面摩擦系数与表面结构调控颗粒阻尼性能。
进一步，所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法包括以下步骤：
步骤一，配制乙醇-水溶液，醇-水混合质量比例为90:10；
步骤二，然后向其中加入乙烯基三乙氧基硅烷配制成质量浓度为1％的溶液；
步骤三，再向其中加入醋酸调节pH3-3.5，水解10min；
步骤四，将尾矿砂浸润在所配得的溶液中使得所有砂子表面湿润；
步骤五，静置或搅拌，反应5min，再将尾矿砂放入110℃烘箱中烘干；
步骤六，将所制得的样品倒入纯水中搅拌，电机转速60r/min。再向其中缓慢滴加引发剂过氧化苯甲酰；
步骤七，取出反应后的样品加入到N,N-二甲基乙酰胺，使附着在颗粒表面多余的聚合物溶解出，过滤溶液，取颗粒物烘干。
进一步，所述步骤四中将尾矿砂浸润在所配得的溶液中使得所有砂子表面湿润，使砂子溶液配比为每100ml溶液所加入砂子量不超过1000g。
进一步，所述步骤六中将所制得的样品倒入纯水中搅拌，电机转速60r/min。再向其中缓慢滴加引发剂过氧化苯甲酰。
进一步，所述步骤七中取出反应后的样品加入到N,N-二甲基乙酰胺，使附着在颗粒表面多余的聚合物溶解出，过滤溶液，取颗粒物烘干。
本发明的另一目的在于提供一种由所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法制备的铁尾矿砂阻尼材料。
本发明的另一目的在于提供一种由所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法制备的颗粒阻尼材料。
本发明的另一目的在于提供一种由所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法制备的减震材料。
本发明的另一目的在于提供一种由所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法制备的降噪材料。
本发明的优点及积极效果为：乙烯基三乙氧基硅烷与苯乙烯进行分步改性，乙烯基三乙氧基硅烷作为一级改性剂，苯乙烯作为二次改性剂，过硫酸钾作为引发剂制得高表面摩擦系数尾矿砂颗粒阻尼材料，着重从颗粒表面摩擦系数方面调控尾矿砂颗粒阻尼；铁尾矿砂是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分，是一种廉价的颗粒物质，兼具二氧化硅和通用颗粒物的特性。尾矿砂的密度是砂石中较大的，且在很大的温度和压力范围内仍能保持良好的摩擦耗能与碰撞耗能；硬度大，耐磨性好；具有优良的耐化学药品性能，广泛应用于发动机、建筑等领域，开发前景广阔；其中，在发动机的应用中颗粒阻尼器在航天器的蜂窝夹层结构中具有天然的安装优势，而其不受环境限制；以降低无阻尼状态下超标的载荷。有人在冷端板上加了8个颗粒阻尼器，测试结果表明在极端温度工况下响应下降幅度可达70％。在建筑方面，有人通过单层和多层钢框架模型的振动台试验，探讨了砂子、钢珠等材料作为建筑结构颗粒阻尼材料的减振性能和减振效果。实验表明:粗砂作为建筑结构的颗粒阻尼材料，可以提供较大的等效阻尼比，能够明显减轻结构的大震反应。现有的颗粒阻尼材料大多是关注粒径与填充率的调节而缺乏材料阻尼的改善，本发明更关注提高颗粒表面的摩擦系数，且同时具有废弃物资源化利用的优点。
本发明制备的高表面摩擦系数与表面层结构粘滞性的尾矿砂颗粒阻尼材料工艺简单，药品消耗少；由于高表面摩擦系数与表面层结构粘滞性的尾矿砂颗粒阻尼材料改变了尾矿砂表面的成分结构不仅提高表面摩擦系数，在粘滞性性能上也有所改变，提高了其阻尼性能；其阻尼值较普通的颗粒阻尼材料提高了10％以上。
附图说明
图1是本发明实施例提供的改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法包括以下步骤：
S101：表面均匀覆盖乙烯基的尾矿砂颗粒阻尼材料制备：配制乙醇-水溶液，醇-水混合质量比例为90:10，向其中加入乙烯基三乙氧基硅烷配制成质量浓度为1％的溶液，再向其中加入醋酸调节pH3-3.5，水解10min；
S102：将尾矿砂浸润在所配得的溶液中使得所有砂子表面湿润，砂子溶液配比为每100ml溶液所加入砂子量不超过1000g；
S103：静置或搅拌5min，再将尾矿砂放入110℃烘箱中烘干，得到用于改性的表面均匀覆盖乙烯基的尾矿砂颗粒；
S104：高表面摩擦系数尾矿砂颗粒阻尼材料的制备：将干燥后的表面均匀覆盖乙烯基的尾矿砂颗粒浸泡在苯乙烯中，至使颗粒表面再次全部湿润，静置10min，抽滤掉多余的苯乙烯回用；
S105：将所制得的样品倒入纯水中搅拌，电机转速60r/min；再向其中缓慢滴加引发剂过氧化苯甲酰，直至反应结束；
S106：取出反应后的样品加入到N,N-二甲基乙酰胺，使附着在颗粒表面多余的聚合物溶解出；过滤，取颗粒物烘干，获得表面层为聚合物的高表面摩擦系数尾矿砂颗粒阻尼材料。
下面结合测试本发明的应用效果作详细的描述。
材料的测试：将烘干后的尾矿砂颗粒阻尼材料填装入测试盒具。配合DMA Q800动态热分析仪测试阻尼大小和振幅、频率特性，对比分析得出表面摩擦系数参数对尾矿砂颗粒阻尼材料的影响。再以能量守恒定律，设计坡面，测量砂粒物体从坡面滑下时过光电门的时间，计算出颗粒表面摩擦系数对比两组测试数据可得出尾矿砂颗粒阻尼和颗粒表面摩擦系数的变化规律。改性后尾矿砂的摩擦系数更偏向于聚合物本身的摩擦系数，随着摩擦系数的提高，阻尼性能增大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法，其特征在于，所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法利用乙烯基三乙氧基硅烷与苯乙烯进行分步改性；乙烯基三乙氧基硅烷作为铁尾矿砂表面的初步改性剂在尾矿砂表面均匀覆盖一层乙烯基，乙烯基三乙氧基硅烷的含量控制在乙醇水混合溶液质量的1%，乙醇与水溶液的混合比为90:10；将苯乙烯作为二次改性剂，通过过硫酸钾引发作用聚合制得表面覆盖均匀一层聚合物的尾矿砂，从表面摩擦系数与表面结构调控颗粒阻尼性能；
所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法包括以下步骤：
步骤一，配制乙醇-水溶液，醇-水混合质量比例为90:10；
步骤二，然后向其中加入乙烯基三乙氧基硅烷配制成质量浓度为1%的溶液；
步骤三，再向其中加入醋酸调节pH3-3.5，水解10min；
步骤四，将尾矿砂浸润在所配得的溶液中使得所有砂子表面湿润；
步骤五，静置或搅拌，反应5min，再将尾矿砂放入110℃烘箱中烘干；
步骤六，将干燥后的表面均匀覆盖乙烯基的尾矿砂颗粒浸泡在苯乙烯中，至使颗粒表面再次全部湿润，静置10min，抽滤掉多余的苯乙烯回用；
步骤七，将所制得的样品倒入纯水中搅拌，电机转速60r/min；再滴加引发剂过硫酸钾；
步骤八，取出反应后的样品加入到N,N-二甲基乙酰胺，使附着在颗粒表面多余的聚合物溶解出，过滤溶液，取颗粒物烘干；
所述步骤四中将尾矿砂浸润在所配得的溶液中使得所有砂子表面湿润，使砂子溶液配比为每100ml溶液所加入砂子量不超过1000g。
2.一种由权利要求1所述改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法制备的铁尾矿砂阻尼材料。
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