專利名稱：有機剛性粒子填充復合材料及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有機剛性粒子填充復合材料及制備涉及煤化工與復合材料領(lǐng)域，具體地說是一種有機剛性粒子填充的復合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
煤炭是世界上最豐富的化石資源，它不僅是重要的燃料，也是重要的有機化工原料。根據(jù)煤炭有機大分子結(jié)構(gòu)特點，通過粉碎、表面化學改性及與高分子材料共混，制備具有一定強度、韌性的煤基高分子復合材料，具有十分重要的經(jīng)濟和社會意義。國外將煤和聚合物改良劑混合，制取煤基塑料，可生產(chǎn)薄片、撓性管和各種形狀的片材，并可進行機械加工。專利93120341.4公開了一種以無煙煤粉為主要填充劑的塑料組合物及制備方法，以達到降低成本、節(jié)能和保護環(huán)境的目的。專利99115881.4公開了一種導電材料復合組合物及其制備方法，用超細煤粉作為主要原料，通過導電聚合物單體原位聚合形成導電聚合物并與煤組成導電材料復合組合物，可以制造抗靜電地板和涂料等。以上煤基塑料及組合物由于機械性能較低及煤中揮發(fā)分的影響，只能用于一般材料及半導電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由具有大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的煤剛性粒子填充在聚烯烴或聚氯乙烯基料中所形成的，具有良好機械強度、加工性能和優(yōu)良電絕緣性能的復合材料及其制備方法。
本發(fā)明的有機剛性粒子填充復合材料是由具有大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的煤剛性粒子為分散相，填充在聚烯烴或聚氯乙烯基料中所形成的復合材料。其中煤粉是經(jīng)過脫揮發(fā)分預處理的無煙煤或煙煤，含量為1％～50％，該復合材料具有良好的機械性能及優(yōu)良的絕緣性能，體積電阻率在1013Ωcm～1016Ωcm范圍。
本發(fā)明電絕緣用復合材料的制備方法是
(1)原料煤粉選用煙煤或無煙煤，經(jīng)過超細粉碎。超細粉碎可采用閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)或閉環(huán)的震動磨粉碎系統(tǒng)超細粉碎，最后粒度d(0.9)≤10μm。
(2)煤粉的脫揮發(fā)分預處理可采用以下三種辦法。A.脫揮發(fā)分處理法超細煤粉在150℃～300℃隔絕空氣條件下脫除揮發(fā)分；B.偶聯(lián)劑改性法超細煤粉在150℃～300℃隔絕空氣條件下脫除揮發(fā)分后，加入0.5％～2.0％偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性，偶聯(lián)劑可以是鈦酸酯、硅烷偶聯(lián)劑等。C.烷基化改性法超細煤粉中加入1％～5％長鏈烷烴化合物的C-烷基化改性試劑，在溫度150℃～300℃攪拌下反應(yīng)1～3小時，改性劑為長鏈的烷烴、鹵代烷烴或長鏈烷基醇。以上改性方法所制備的復合材料機械性能C好于B好于A，絕緣性C最好。
(3)共混造粒將預處理后的煤粉1％～50％、抗氧劑0.5％～1.0％、潤滑劑0.5％～1.0％及聚烯烴依此加入，混合均勻，經(jīng)雙螺桿系統(tǒng)共混擠出造粒?；弦部梢允蔷勐纫蚁瑢㈩A處理后的煤粉1％～50％、抗氧劑0.5％～1.0％、潤滑劑0.5％～1.0％、穩(wěn)定劑0.5％～1.0％、增塑劑10％～30％、聚氯乙烯依此加入，混合均勻，經(jīng)雙螺桿系統(tǒng)共混擠出造粒。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果是(1)具有優(yōu)良電絕緣性能，體積電阻率在1013Ωcm～1016Ωcm范圍。將煤粉用于制造電絕緣材料，與碳黑填充復合導電材料有本質(zhì)區(qū)別，適用于絕緣板材及電線和電纜用絕緣材料；(2)具有良好機械強度、加工性能；(3)用煤范圍廣由于脫除了煤粉中的揮發(fā)分，表面改性提高了煤與聚合物的相容性，使肥煤、瘦煤、貧煤、無煙煤等都可以用于電絕緣煤基塑料；(4)工藝簡單、成本低廉粉煤填充聚烯烴母料的制備過程采用簡單的工藝，大量使用廉價的煤粉，因而具有較低的成本。
用煤粉制造的電絕緣用復合材料的性能，以聚丙烯基料為例，按照標準方法(GB/T1040塑料拉伸試驗方法；ISO13586平面應(yīng)力斷裂韌性試驗方法；GB/T1410固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率的測試方法)測試的力學性能及電性能如表所示。
表電絕緣用復合材料力學性能及電性能(煤/聚丙烯)

具體實施例方式實施方式1陽城無煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為1小時。將脫除揮發(fā)分后的煤粉40％、受阻酚1％，硬脂酸鈣1％、聚乙烯58％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式2神木煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為2小時。將脫除揮發(fā)分后的煤粉25％、受阻酚0.75％，硬脂酸鈣0.75％、聚丙烯73.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式3東山貧瘦煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為1.5小時。將脫除揮發(fā)分后的煤粉10％、受阻酚0.5％，硬脂酸鈣0.5％、聚乙烯89％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式4神木煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)過閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為2小時。加入1.5％鈦酸酯偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性15分鐘。將改性后的煤粉40％、受阻酚1％，硬脂酸鈣1％、聚丙烯58％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式5東山貧瘦煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為1.5小時。加入1.5％鈦酸酯偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性15分鐘。將改性后的煤粉25％、受阻酚0.75％，硬脂酸鈣0.75％、聚乙烯73.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式6陽城無煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為1小時。加入1.5％硅烷偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性15分鐘。將脫除揮發(fā)分后的煤粉10％、受阻酚0.5％，硬脂酸鈣0.5％、聚丙烯89％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式7神木煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)過閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉中加入5％的十六烷基氯，在溫度250℃攪拌下反應(yīng)3小時，在烷基化反應(yīng)的同時脫除揮發(fā)分。將脫除揮發(fā)分后的煤粉50％、受阻酚1％，硬脂酸鈣1％、聚乙烯48％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式8東山貧瘦煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉中加入4％的十六烷基醇，在溫度250℃攪拌下反應(yīng)2小時，在烷基化反應(yīng)的同時脫除揮發(fā)分。將脫除揮發(fā)分后的煤粉20％、受阻酚0.75％，硬脂酸鈣0.75％、聚丙烯78.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式9陽城無煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉中加入4％的聚乙烯蠟，在溫度300℃攪拌下反應(yīng)3小時，在烷基化反應(yīng)的同時脫除揮發(fā)分。改性后的煤粉10％、受阻酚0.5％，硬脂酸鈣0.5％、聚乙烯89％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式10陽城無煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為1小時。將脫除揮發(fā)分后的煤粉30％、受阻酚1％，硬脂酸鈣1％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯20％、聚氯乙烯47.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式11神木煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為2小時。將脫除揮發(fā)分后的煤粉25％、受阻酚0.75％，硬脂酸鈣0.75％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯15％、聚氯乙烯58％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式12神木煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)過閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為2小時。加入1.5％鈦酸酯偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性15分鐘。將脫除揮發(fā)分并經(jīng)偶聯(lián)劑改性后的煤粉40％、受阻酚1％，硬脂酸鈣1％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯15％、聚氯乙烯42.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式13東山貧瘦煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉在隔絕空氣爐內(nèi)，250℃左右脫除揮發(fā)分，時間為1.5小時。加入1.5％硅烷偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性15分鐘。將脫除揮發(fā)分并經(jīng)偶聯(lián)劑改性后的煤粉25％、受阻酚0.75％，硬脂酸鈣0.75％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯15％、聚氯乙烯58％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式14神木煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)過閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉中加入5％的十六烷基氯，在溫度250℃攪拌下反應(yīng)3小時，在烷基化反應(yīng)的同時脫除揮發(fā)分。將脫除揮發(fā)分后的煤粉15％、受阻酚0.5％，硬脂酸鈣0.5％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯20％、聚氯乙烯63.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式15東山貧瘦煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉中加入4％的十六烷基醇，在溫度250℃攪拌下反應(yīng)2小時，在烷基化反應(yīng)的同時脫除揮發(fā)分。將脫除揮發(fā)分后的煤粉20％、受阻酚0.75％，硬脂酸鈣0.75％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯20％、聚氯乙烯58％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
實施方式16陽城無煙煤粉碎機粗粉碎，然后經(jīng)閉環(huán)的氣流粉碎系統(tǒng)超細粉碎，出料粒度d(0.9)＜10μm。超細煤粉中加入4％的聚乙烯蠟，在溫度300℃攪拌下反應(yīng)3小時，在烷基化反應(yīng)的同時脫除揮發(fā)分。改性后的煤粉35％、受阻酚1％，硬脂酸鈣1％、三鹽基硫酸鉛0.5％、領(lǐng)苯二甲酸丁酯20％、聚氯乙烯42.5％，依次加入，混合均勻，在高速同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上擠出造粒。
權(quán)利要求
1.一種有機剛性粒子填充的復合材料，其特征在于是以經(jīng)過脫揮發(fā)分預處理，具有有機大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的超細煤粉作為主要原料，煤剛性粒子為分散相，聚烯烴、聚氯乙烯為基料的復合材料，其體積電阻率為1013Ωcm～1016Ωcm，其中煤粉含量1％～50％，基料和助劑含量50％～99％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種有機剛性粒子填充復合材料的制備方法，其特征在于，首先，煤粉選用煙煤、無煙煤，經(jīng)過閉環(huán)的氣流、震動磨粉碎系統(tǒng)超細粉碎，粒度達d(0.9)≤10μm；然后，超細煤粉在150℃～300℃隔絕空氣條件下做脫除揮發(fā)分的預處理；最后，將預處理后的煤粉1％～50％、抗氧劑0.5％～1.0％、潤滑劑0.5％～1.0％及聚烯烴依此加入，混合均勻，經(jīng)雙螺桿系統(tǒng)共混擠出造粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種有機剛性粒子填充復合材料的制備方法，其特征在于所述的煤粉脫揮發(fā)分預處理，亦可采用偶聯(lián)劑改性，超細煤粉在150℃～300℃隔絕空氣條件下脫除揮發(fā)分后，加入0.5％～2.0％偶聯(lián)劑，經(jīng)高速攪拌機攪拌改性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種有機剛性粒子填充復合材料的制備方法，其特征在于所述的煤粉脫揮發(fā)分預處理，還可采用烷基化改性，超細煤粉中加入1％～5％長鏈烷烴化合物的C-烷基化改性試劑，在溫度150℃～300℃攪拌下反應(yīng)1～3小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種有機剛性粒子填充復合材料的制備方法，其特征在于基料也可為聚氯乙烯，將預處理后的煤粉1％～50％、抗氧劑0.5％～1.0％、潤滑劑0.5％～1.0％、穩(wěn)定劑0.5％～1.0％、增塑劑10％～30％、聚氯乙烯依此加入，混合均勻，經(jīng)雙螺桿系統(tǒng)共混擠出造粒。
全文摘要
一種有機剛性粒子填充復合材料及制備涉及煤化工與復合材料領(lǐng)域。其特征在于是由具有大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的煤剛性粒子為分散相，填充在聚烯烴、聚氯乙烯基料中所形成的復合材料，其中煤粉是經(jīng)過脫揮發(fā)分預處理的無煙煤或煙煤，含量為1％～50％，該復合材料具有良好的機械性能及優(yōu)良的絕緣性能，體積電阻率在10
文檔編號C08L23/00GK1405223SQ0213567
公開日2003年3月26日 申請日期2002年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者謝克昌, 盧建軍, 趙彥生, 鮑衛(wèi)仁, 葉俊嶺 申請人:太原理工大學