專利名稱：一種加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣 器的制造方法。
背景技術(shù)：
曝氣是污水處理系統(tǒng)中一個重要的工藝過程，是通過向污水中充氧，為好氧菌提供生
存環(huán)境，使其在生存與繁殖過程中消耗掉水中的各種有機(jī)物，從而使水體得以凈化。目前，
常用的微孔曝氣器多為陶瓷(剛玉)和橡膠膜片。由于材料和結(jié)構(gòu)形式的不同，這兩種曝
氣器在充氧效率，布?xì)饩鶆蛐?，抗堵塞能力，安裝布置方式，連續(xù)正常工作時間，使用壽
命和日常運行能耗等各方面存在很大的差異。例如，陶瓷(剛玉)曝氣器耐腐蝕性強(qiáng)但阻
力損失大，氧利用率較低，易斷裂，易結(jié)垢；橡膠膜片曝氣器布?xì)廨^均勻但氣阻大，能耗
高，易腐蝕，使用壽命短等。因此研究一種低耗能，高機(jī)械強(qiáng)度，均勻充氧，不易堵塞的
聚合物微孔曝氣器的制造方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低耗能，高效率，高機(jī)械強(qiáng)度，均勻充氧，不易堵塞的加入 無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法。
本發(fā)明提出的加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，是通過原料攪拌混合、 預(yù)混料振蕩、高壓定型、高溫?zé)Y(jié)等一系列加工過程后，制造出具有微孔結(jié)構(gòu)的曝氣器。
其制造步驟具體如下
(1) 將聚合物原料與無機(jī)填料混合，以2500轉(zhuǎn)/分一5000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌5-10分鐘， 使二者混合均勻，得到預(yù)混料；其中，無機(jī)填料的加入量為聚合物原料質(zhì)量的20wt。/。-40wt %;
(2) 將步驟(1)所得預(yù)混料置于模具內(nèi)，振蕩10-25分鐘，使預(yù)混料在模具內(nèi)由外面到內(nèi) 面按粒徑由小到大呈均勻梯度分布；
(3) 將步驟(2)得到的原料擠壓定型，定型壓力為8 20MPa，定型時間為2-12分鐘，控 制曝氣器厚度為10 30mm，較好的為12 15mm之間；
(4) 將步驟(3)所得的定型制品燒結(jié)，燒結(jié)溫度為120 21(TC，燒結(jié)時間為100分鐘 200 分鐘，燒結(jié)時控制定型制品的內(nèi)表面與外表面保持一個溫度梯度，這樣使在較熱一面的顆 粒或粉末就會燒結(jié)的更完全，形成更小的微孔，從而形成內(nèi)外孔徑大小形成一定梯度。內(nèi)、 外面的溫度梯度一般保持在15 25'C之間；
(5)將步驟(4)所得制品冷卻，即得所需產(chǎn)品，冷卻時間為1-3小時，冷卻溫度為40-60°C， 冷卻時壓力為6-10MPa。
本發(fā)明中，步驟(1)中所述聚合物原料為高密度聚乙烯(UHMW-HD-PE)、聚丙烯(PP) 或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)混合物等中任一種。
本發(fā)明中，步驟(l)中所述無機(jī)填料為Si02、 CaC03、石英砂或微孔玻璃等中一至幾種。 微孔玻璃的粒徑為80~120 " m 。
利用本發(fā)明方法制造的曝氣器具有微孔結(jié)構(gòu)，微孔開孔率為60% 75%;氣體流出面 的孔小于流入面的孔，以形成一定的微孔分布梯度，微孔的孔徑為250 950nm，曝氣器 壁厚為10 30mm。
利用本發(fā)明方法制造的曝氣器呈板狀或管狀。
利用本發(fā)明方法制造的曝氣器，孔徑控制范圍一般為外表面250 450nm;內(nèi)表 面700 950nm。另外，外表面的微孔直徑比內(nèi)表面孔的直徑小20 45%。
本發(fā)明中，在燒結(jié)過程中，將溫度控制在使外面的聚合物顆粒在高溫下熔融，但不完 全溶化的范圍內(nèi)。使外表面發(fā)生表面不完全結(jié)皮，這樣冷卻后就會在表面形成一個具有超 細(xì)微孔的致密的光滑層。
本發(fā)明中，燒結(jié)溫度和時間的選擇要根據(jù)期望得到的孔徑所需的溫度來確定。燒結(jié)溫 度一般在120 21(TC之間，按使用的聚合物材料和無機(jī)填料的不同，進(jìn)行調(diào)節(jié)。燒結(jié)時間 一般在100 200min之間。加熱時間要使聚合物顆粒或粉末可以從外面到內(nèi)面都能全部受 熱。冷卻時間一般控制在1 3小時之間。
經(jīng)過上述各步驟地處理后，聚合物曝氣器可以用來制成各種形狀的制品， 一般選擇板 狀或管狀。
本發(fā)明的有益效果
1. 利用本發(fā)明方法得到的含無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器具有能耗低，機(jī)械強(qiáng)度高， 產(chǎn)生氣泡小且分布均勻，充氧效果好，耐腐蝕，使用壽命長，不易堵塞等優(yōu)點。是陶瓷(剛 玉)和橡膠膜片曝氣器之后的第三代曝氣器。
2. 利用本發(fā)明方法得到的含無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的微孔的大小可以通過對 聚合物顆粒大小、粉料的形狀、無機(jī)填料的選擇、無機(jī)填料顆粒度的大小、對加熱溫度和 加熱時間的選擇來控制。制造所使用的原料易得，產(chǎn)品性能優(yōu)異，有很好的推廣應(yīng)用價值。
3. 利用本發(fā)明方法得到的含無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造過程不需要添加任 何有機(jī)類添加劑，如樹脂，膠粘劑等，不會產(chǎn)生任何環(huán)境污染物。而且報廢后的曝氣器還 可以再次回收利用。
具體實施例方式
實施例1
將UHMW-HD-PE粉料先過20目篩，再過60目篩。取過60目篩的篩上物200克。將 CaC03粉料先過40目篩，再過80目篩，取過80目篩的篩上物60克。將取得的PE粉料 與CaC03粉料加入高速攪拌機(jī)，4000rpm攪拌10分鐘，取出混合物料。將預(yù)混料加入直 徑為12cm，厚度為1.5cm的圓形不銹鋼模具內(nèi)，在振蕩器中振蕩15min。取下后，在12MPa 壓力下保壓6min。然后在板式燒結(jié)爐中燒結(jié)140min，燒結(jié)過程中，控制外表面的燒結(jié)溫 度為187°C，控制內(nèi)表面的燒結(jié)溫度為166°C。最后在4(TC水浴內(nèi)冷卻1小時，冷卻壓力 為8MPa。即得所需產(chǎn)品。即得聚乙烯曝氣板的外面孔徑為250nm，內(nèi)面孔徑為700nm。
由本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的新型曝氣器可替代現(xiàn)有的陶瓷(剛玉)曝氣器或橡膠膜片 曝氣器使用，也可直接應(yīng)用于曝氣系統(tǒng)中。 ,施例2
將HMW-HD-PE粉料先過40目篩，再過80目篩。取過80目篩的篩上物200克。將 Si02粉料先過40目篩，再過80目篩，取過80目篩的篩上物80克。將取得的PE粉料與 SiO2粉料加入高速攪拌機(jī)，4000rpm攪拌8分鐘，取出混合物料。將預(yù)混料加入直徑為12cm， 厚度為1.5cm的圓形不銹鋼模具內(nèi)，在振蕩器中振蕩15min。取下后，在12MPa壓力下保 壓6min。然后在板式燒結(jié)爐中燒結(jié)100min，燒結(jié)過程中，控制外表面的燒結(jié)溫度為156 °C，控制內(nèi)表面的燒結(jié)溫度為120°C。最后在4(TC水浴內(nèi)冷卻2小時，冷卻壓力為8MPa。 即得所需產(chǎn)品。即得聚乙烯曝氣板的外面孔徑為300nm，內(nèi)面孔徑為950nm。
由該發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的新型曝氣器可替代現(xiàn)有的陶瓷(剛玉)曝氣器或橡膠膜片 曝氣器使用，也可直接應(yīng)用于曝氣系統(tǒng)中。 實施例3
將PP粉料先過40目篩，再過60目篩。取過60目篩的篩上物200克。取石英砂，先 過60目篩，再過120目篩，取過120目篩的篩上物60克。將取得的PP粉料與石英砂粉 料加入高速攪拌機(jī)，4500rpm攪拌8分鐘，取出混合物料。將預(yù)混料加入直徑為12cm，厚 度為1.5cm的圓形不銹鋼模具內(nèi)，在振蕩器中振蕩20min。取下后，在8MPa壓力下保壓 12min。然后在板式燒結(jié)爐中燒結(jié)150min，燒結(jié)過程中，外面為上面，溫度為178°C，內(nèi) 面為下面，溫度為156。C。然后在60'C水浴內(nèi)冷卻3h,冷卻壓力為6MPa，即得所需產(chǎn)品。 所得曝氣板的外面孔徑為450nm，內(nèi)面孔徑為900nm。
由本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的新型曝氣器可替代現(xiàn)有的陶瓷(剛玉)曝氣器或橡膠膜片 曝氣器使用，也可直接應(yīng)用于曝氣系統(tǒng)中。
實施例4
將PE、 PP和PVC粉料按2: 2: 1的比例混合后，先過80目篩，再過120目篩。取過 120目篩的篩上物200克。將CaC03粉料先過40目篩，再過80目篩，取過80目篩的篩 上物80克。將取得的聚合物混合粉料與CaC03粉料加入高速攪拌機(jī)，3500rpm攪拌5分 鐘，取出混合物料。將預(yù)混料加入直徑為12cm，厚度為1.5cm的圓形不銹鋼模具內(nèi)，在振 蕩器中振蕩25min。取下后，在15MPa壓力下保壓10min。然后在板式燒結(jié)爐中燒結(jié)150min， 燒結(jié)過程中，外面為上面，溫度為173'C，內(nèi)面為下面，溫度為156°C。然后在5(TC水浴 內(nèi)冷卻2h，冷卻壓力為8MPa，即得所需產(chǎn)品。所得曝氣板的外面孔徑為260nm，內(nèi)面孔 徑為750rini。
由本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的新型曝氣器可替代現(xiàn)有的陶瓷(剛玉)曝氣器或橡膠膜片 曝氣器使用，也可直接應(yīng)用于曝氣系統(tǒng)中。 ,施例5
將PE、 PP和PVC粉料按3: 3: 1的比例混合后，先過80目篩，再過120目篩。取過 120目篩的篩上物200克，加入粒徑為120Pin的微孔玻璃混合，將混合料加入高速攪拌機(jī)， 2500rpm攪拌5分鐘，取出混合物料。將預(yù)混料加入直徑為12cm，厚度為1.5cm的圓形不 銹鋼模具內(nèi)，在振蕩器中振蕩15min。取下后，在20MPa壓力下保壓2min。然后在板式 燒結(jié)爐中燒結(jié)200min，燒結(jié)過程中，外面為上面，溫度為21(TC，內(nèi)面為下面，溫度為188 'C。然后在5(TC水浴內(nèi)冷卻2h，冷卻壓力為8MPa，即得所需產(chǎn)品。所得曝氣板的外面孔 徑為250nm，內(nèi)面孔徑為730nm。
由本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的新型曝氣器可替代現(xiàn)有的陶瓷(剛玉)曝氣器或橡膠膜片 曝氣器使用，也可直接應(yīng)用于曝氣系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1、一種加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，其特征在于通過原料振蕩、高壓定型、高溫?zé)Y(jié)，制造出具有微孔結(jié)構(gòu)的曝氣器，具體步驟如下(1)將聚合物原料與無機(jī)填料混合，以2500轉(zhuǎn)/分-5000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌5-10分鐘，使二者混合均勻，得到預(yù)混料；其中，無機(jī)填料的加入量為聚合物原料質(zhì)量的20wt％-40wt％；；(2)將步驟(1)所得預(yù)混料置于模具內(nèi)，振蕩10-25分鐘，使預(yù)混料在模具內(nèi)由外面到內(nèi)面按粒徑由小到大呈均勻梯度分布；(3)將步驟(2)得到的原料擠壓定型，定型壓力為8～20MPa，定型時間為2-12分鐘，控制曝氣器厚度為10～30mm；(4)將步驟(3)所得的定型制品燒結(jié)，燒結(jié)溫度為120～210℃，燒結(jié)時間為100分鐘～200分鐘，內(nèi)、外面的溫度梯度一般保持在15～25℃之間；(5)將步驟(4)所得制品冷卻，即得所需產(chǎn)品，冷卻時間為1-3小時，冷卻溫度為55-65℃，冷卻時壓力為6-10MPa。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，其特征在于 步驟(l)中所述聚合物原料為高密度聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯混合物中 任一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，其特征在于 步驟(l)中所述無機(jī)填料為CaC03、 Si02、石英砂或微孔玻璃中一至幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，其特征在于 所述制造方法獲得的曝氣器具有微孔結(jié)構(gòu)，微孔開孔率為60% 75%;氣體流出面的孔小 于流入面的孔，以形成一定的微孔分布梯度，微孔的孔徑為250 950Hm，曝氣器厚度為 10 30mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，其特征在于 所述制造方法獲得的曝氣器呈板狀或管狀。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種加入無機(jī)填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法。具體步驟如下將聚合物和無機(jī)填料混合，然后進(jìn)行高速攪拌混合均勻，再將混合料置于模具內(nèi)，振蕩10-25分鐘，將振蕩后得到的混合料擠壓定型，定型壓力為8～20MPa，定型時間為2-12分鐘，控制曝氣器厚度為10～30mm；接著進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為120～210℃，燒結(jié)時間為100分鐘～200分鐘，控制定型制品的內(nèi)面與外面溫度梯度為15～25℃；冷卻，即得所需產(chǎn)品。利用本發(fā)明方法得到的曝氣器具有能耗低，機(jī)械強(qiáng)度高，產(chǎn)生氣泡小且分布均勻，充氧效果好，耐腐蝕，使用壽命長，不易堵塞。制造工藝方法簡單，易于掌握，所用材料易得，有很好的推廣應(yīng)用價值。
文檔編號B29C43/58GK101096118SQ200710043700
公開日2008年1月2日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者任天斌, 濤 劉, 王永濤, 賈夢虹, 鵬 趙 申請人:同濟(jì)大學(xué)