CN109468695A - 一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料由铝灰、丙烯酸酯橡胶、聚氯乙烯、N－N二甲基乙酰胺和玻纤编织中空管组成，其中铝灰/共混物质量比为3:7，共混物中丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8，铝灰/共混物在以N－N二甲基乙酰胺为溶剂的铸膜液中的固含量为22％。本发明优点：得到了废弃铝灰与丙烯酸酯橡胶及聚氯乙烯相容混合纺制出中空纤维的最优配方；实现了30％废弃物添加后中空纤维的阻尼峰值不降低反而略有增加；获得了废弃物铝灰的再资源化新途径；可以使中空纤维阻尼材料的生产成本降低30％。

Description

一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料
技术领域
本发明涉及废弃物再资源化技术领域，特别是涉及一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：据统计，加工1吨金属铝会产生3％到4％的铝灰，2017年，我国铝产量3226万吨，铝灰约为96.8～161.3万吨，废弃铝灰的处置与再资源化在固废处理领域一直是困扰着人们的一个难点，而目前对铝灰的回收再利用主要针对的是其中的氧化铝，利用金属铝熔点低于其他氧化铝等物质，在高温下分离金属铝。企业常用回收金属铝的方法是炒灰回收法、回转窑处理法、压榨回收法、冷处理回收法、改良的RMB法、重选法处理铝灰、电选法处理铝灰等，但少量氧化铝回收处理后还是存在大量的铝灰成为固废没有出路。同时我们可发现，用于阻尼减振降噪的轻型高阻尼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，将橡胶类材料(如丙烯酸酯橡胶等)纺制成中空纤维这一轻型高阻尼结构材料，可有效减轻阻尼材料的重量和提高其阻尼峰值(由于多孔壁面和中空气囊的附加阻尼作用，比橡胶平板膜材料的阻尼增加30％以上)，然而，进一步降低中空纤维阻尼材料的原材料成本是中空纤维阻尼材料技术市场化和大量推广应用的迫切要求和再优化追求。若能将铝灰再资源化的难点和新阻尼材料的研发热点相结合，设法将铝灰适当预处理后作为原材料与橡胶及聚氯乙烯按适当比例共混，再通过适当的铸膜液配方及纺丝工艺参数优化，纺制出本发明的基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，则可在为铝灰的再资源化提供一种新的有效途径的同时，获得一种新型阻尼结构材料。如何使铝灰可用于纺制中空纤维且不减少中空纤维阻尼值是本发明的关键技术难题，通常铝灰添加到多元溶液中时会聚集和沉淀，难与橡胶和高分子材料相容和均匀共混，本发明通过纳米研磨的溶剂筛选和优化铸膜液配方及纺丝工艺参数，很好解决了该关键技术难题，可成功纺制出铝灰中空纤维阻尼材料。选用DMAc作为纳米研磨溶剂，既解决了铝灰用物理方法研磨成中位粒径190nm微粒的均匀分散问题，又解决了铝灰与橡胶及聚氯乙烯均匀共混的相容性问题且界面结合好，特别有价值的是30％的铝灰加入量时纺制的中空纤维的阻尼峰值不但没降低反而略有增加(阻尼损耗因子峰值从0.65增加至0.75)。本发明选铝灰作为原材料，将其纺制成壁面含孔隙的中空纤维阻尼材料。
综上所述，现有技术存在的问题是：铝灰无法直接纺制成中空纤维，且铝灰添加到多元溶液中时会聚集和沉淀，难与橡胶和高分子材料相容和均匀共混，导致无法纺制出铝灰均匀分布且与聚合物结合牢固的中空纤维，甚至纺丝时铸膜液流过纺丝头被堵塞，导致铸膜液不能流出而纺不出中空纤维。
解决上述技术问题的难度和意义：原铝灰粒径相对较大(90μm)，添加到多元溶液中时会聚集和沉淀，且难与橡胶和高分子材料相容和均匀共混继而不能纺制出铝灰均匀分布且与聚合物结合牢固的中空纤维，纺丝头易被堵塞。本发明通过纳米研磨溶剂的筛选和优化铸膜液配方及纺丝工艺参数，很好解决了该关键技术难题，可成功纺制出铝灰中空纤维阻尼材料，且可节省30％的聚合物原材料成本。同时，也解决了在固废处理领域一直困扰着人们的一个难点，即铝灰的处置与再资源化，找到了铝灰再资源化的新途径，即铝灰阻尼资源化新途径，提升了该废弃资源的利用价值(获得了新型阻尼材料)，减少了对生态环境的损害。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，
本发明采用如下技术方案：一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，所述基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料由铝灰、丙烯酸酯橡胶、聚氯乙烯、N－N二甲基乙酰胺和玻纤编织中空管组成，其中铝灰/共混物质量比为3:7，共混物中丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8，铝灰/共混物在以N－N二甲基乙酰胺为溶剂的铸膜液中的固含量为22％，其制备方法的配置步骤如下：
步骤一，用170目的筛子进行筛分以去除粗颗粒杂质，得粒径小于90μm的铝灰微粒；
步骤二，筛分得到的铝灰微粒按50％的固含量配方加入到N－N二甲基乙酰胺纯溶剂中，得待纳米碾磨物料；
步骤三，制得的碾磨物料导入纳米碾磨机中，借助锆珠和氧化锆陶瓷碾磨转子产生的高速碰撞、摩擦和剪切作用，碾磨60分钟，得到中位粒径190nm的纳米铝灰浆料；
步骤四，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，配置共混物固含量质量百分比为22％、共混物丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8的共混物料溶液，在60℃恒温水浴锅中搅拌8小时至溶解；
步骤五，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，制备好的铝灰浆料和共混物料溶液以铝灰/共混物质量比3:7的配方配置固含量为22％的纺丝铸膜液，在40℃恒温水浴锅中搅拌3小时混合，再恒温静置脱泡36小时；
步骤六，以玻纤编织中空管为芯层，将配置好的纺丝铸膜液通过中空纤维纺丝机纺制出基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，纺丝工艺中铸膜液挤出速率为0.2ml/s，绕丝速率为18m/min；
步骤七，纺制好的基于废弃物的铝灰中空纤维按所需长度切割并在清水中浸泡48小时，清洗出残留的溶剂，再置于室温下通风晾干即得最终产品。
优选地，所述步骤二用N－N二甲基乙酰胺纯溶剂做碾磨液。
优选地，所述步骤三中位粒径190nm的纳米铝灰浆料是用于纺丝铸膜液配置的铝灰主原料。
优选地，所述步骤六玻纤编织中空管内径为1mm。
本发明具有的优点：1.将铝灰纳米研磨并找到了有效配方和溶剂，巧妙解决了其与橡胶及聚氯乙烯相容性结合难题，使共混铸膜液相容且分散均匀，从而可利用大量废弃的铝灰作为原材料纺制成中空纤维阻尼材料，实现该废弃物再资源化；2.铝灰加入量达30％时纺制的中空纤维的阻尼峰值不但没降低反而略有增加；3.大大降低阻尼材料的生产成本，若铸膜液中铝灰加入量为30％(质量百分数)则可节省30％的原材料成本；4.由于中空且壁面多孔故中空纤维的总重量保持较轻；5.由于中空纤维柔软，便于缠绕和编织在不规则形状的结构上以增加其结构阻尼；6.玻纤编织中空内芯使铝灰中空纤维的强度得到增强。总之，本发明的基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料各方面综合性能优良。
附图说明
图1是本发明一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料的制备方法流程图。
图2是本发明一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料的有无纳米铝灰添加的中空纤维阻尼测试结果数据图。
图3是本发明一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料的铝灰中空纤维横截面的电镜显微图。
图4是本发明一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料的纳米碾磨后的铝灰粒径分布检测数据示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1、图2、图3、图4，一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，所述基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料由铝灰、丙烯酸酯橡胶、聚氯乙烯、N－N二甲基乙酰胺和玻纤编织中空管组成，其中铝灰/共混物质量比为3:7，共混物中丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8，铝灰/共混物在以N－N二甲基乙酰胺为溶剂的铸膜液中的固含量为22％，其制备方法的配置步骤如下：
步骤一，用170目的筛子进行筛分以去除粗颗粒杂质，得粒径小于90μm的铝灰微粒；
步骤二，筛分得到的铝灰微粒按50％的固含量配方加入到N－N二甲基乙酰胺纯溶剂中，得待纳米碾磨物料；
步骤三，制得的碾磨物料导入纳米碾磨机中，借助锆珠和氧化锆陶瓷碾磨转子产生的高速碰撞、摩擦和剪切作用，碾磨60分钟，得到中位粒径190nm的纳米铝灰浆料；
步骤四，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，配置共混物固含量质量百分比为22％、共混物丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8的共混物料溶液，在60℃恒温水浴锅中搅拌8小时至溶解；
步骤五，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，制备好的铝灰浆料和共混物料溶液以铝灰/共混物质量比3:7的配方配置固含量为22％的纺丝铸膜液，在40℃恒温水浴锅中搅拌3小时混合，再恒温静置脱泡36小时；
步骤六，以玻纤编织中空管为芯层，将配置好的纺丝铸膜液通过中空纤维纺丝机纺制出基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，纺丝工艺中铸膜液挤出速率为0.2ml/s，绕丝速率为18m/min；
步骤七，纺制好的基于废弃物的铝灰中空纤维按所需长度切割并在清水中浸泡48小时，清洗出残留的溶剂，再置于室温下通风晾干即得最终产品。
优选地，所述步骤二用N－N二甲基乙酰胺纯溶剂做碾磨液。
优选地，所述步骤三中位粒径190nm的纳米铝灰浆料是用于纺丝铸膜液配置的铝灰主原料。
优选地，所述步骤六玻纤编织中空管内径为1mm。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，其特征在于，所述基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料由铝灰、丙烯酸酯橡胶、聚氯乙烯、N－N二甲基乙酰胺和玻纤编织中空管组成，其中铝灰/共混物质量比为3:7，共混物中丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8，铝灰/共混物在以N－N二甲基乙酰胺为溶剂的铸膜液中的固含量为22％，其制备方法的配置步骤如下：
步骤一，用170目的筛子进行筛分以去除粗颗粒杂质，得粒径小于90μm的铝灰微粒；
步骤二，筛分得到的铝灰微粒按50％的固含量配方加入到N－N二甲基乙酰胺纯溶剂中，得待纳米碾磨物料；
步骤三，制得的碾磨物料导入纳米碾磨机中，借助锆珠和氧化锆陶瓷碾磨转子产生的高速碰撞、摩擦和剪切作用，碾磨60分钟，得到中位粒径190nm的纳米铝灰浆料；
步骤四，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，配置共混物固含量质量百分比为22％、共混物丙烯酸酯橡胶/聚氯乙烯质量比为2：8的共混物料溶液，在60℃恒温水浴锅中搅拌8小时至溶解；
步骤五，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，制备好的铝灰浆料和共混物料溶液以铝灰/共混物质量比3:7的配方配置固含量为22％的纺丝铸膜液，在40℃恒温水浴锅中搅拌3小时混合，再恒温静置脱泡36小时；
步骤六，以玻纤编织中空管为芯层，将配置好的纺丝铸膜液通过中空纤维纺丝机纺制出基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，纺丝工艺中铸膜液挤出速率为0.2ml/s，绕丝速率为18m/min；
步骤七，纺制好的基于废弃物的铝灰中空纤维按所需长度切割并在清水中浸泡48小时，清洗出残留的溶剂，再置于室温下通风晾干即得最终产品。
2.根据权利要求1所述的基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，其特征在于，所述步骤二用N－N二甲基乙酰胺纯溶剂做碾磨液。
3.根据权利要求1所述的基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，其特征在于，所述步骤三中位粒径190nm的纳米铝灰浆料是用于纺丝铸膜液配置的铝灰主原料。
4.根据权利要求1所述的基于废弃物的铝灰中空纤维阻尼材料，其特征在于，所述步骤六玻纤编织中空管内径为1mm。
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