一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于环境振动与噪声控制技术领域，公开了一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法，有下列组分组成：尾矿砂、N－N二甲基乙酰胺(DMAc)、丁腈橡胶(NBR)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃纤维编织中空管。本发明专利技术实现了尾矿砂纳米研磨与橡胶及聚氯乙烯相容性巧妙结合；实现了废弃物再资源化；实现了中空纤维的阻尼峰值略有增加；可以使阻尼材料的生产成本降低。总之，本发明专利技术的纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料各方面综合性能优良，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法
本专利技术属于环境振动与噪声控制
，尤其涉及一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：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，将橡胶类材料(如丁腈橡胶等)纺制成中空纤维阻尼材料这一新型阻尼结构材料，可有效提高其阻尼峰值(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。同时我们可发现，尾矿砂的处置与再资源化在固废处理领域也一直是困扰着人们的一个难点，若能将该难点和上述热点相结合，设法将尾矿砂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与纺丝工艺参数优化，纺制出本专利技术的纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料，则可在为尾矿砂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。如何使尾矿砂与丁腈橡胶及聚氯乙烯三者共混均匀相容是本专利技术的关键技术难题，通常尾矿砂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，本专利技术通过纳米研磨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，可成功纺制出纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料。选用DMAc作为纳米研磨溶剂，既解决了尾矿砂用物理方法研磨成中位粒径220nm微粒的均匀分散问题，又解决了尾矿砂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40％的尾矿砂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0.3增加至0.35)。尾矿砂的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。矿产资源开发利用过程中产生的尾矿砂、煤矸石、粉煤灰和冶炼渣己成为我国排放量最大的工业固体废弃物,已达80多亿吨，约占总量的80％，每年排出的尾矿砂量以高达5亿吨以上的速度增长，而且尾矿砂在前期选矿工艺中是已经经历过球磨机粉碎的，粒度主要为0.05mm～0.25mm，呈细粒粉砂状，且铁尾矿砂不含重金属污染物，其成分为二氧化硅和少量铁及杂质，故本专利技术选铁尾矿砂作为主体原材料，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：尾矿砂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，导致无法纺制出尾矿砂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：原尾矿砂粒径相对较大(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尾矿砂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。本专利技术通过纳米研磨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，可成功纺制出纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料，且可节省40％的聚合物原材料成本。同时，也解决了尾矿砂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，找到了尾矿砂再资源化的新途径，即尾矿砂阻尼资源化新途径，提升了该废弃资源的利用价值(获得了新型阻尼材料)，减少了对生态的损害。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法。本专利技术是这样实现的，一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法，有下列组分组成：尾矿砂、N－N二甲基乙酰胺(DMAc)、DMAc、丁腈橡胶(NBR)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃纤维编织中空管。组分配比为：尾矿砂/共混物(NBR/PVC)质量比为4:6，NBR/PVC质量比为1：9，尾矿砂/共混物在以DMAc为溶剂的铸膜液中的固含量为20％。纳米碾磨后的尾矿砂粒径分布检测数据如图4：进一步，所述一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料及其制备方法的配置步骤如下：步骤一：用170目的筛子进行筛分得粒径小于90μm的尾矿砂微粒；被筛掉的大颗粒可借助球磨机再研磨后筛分。步骤二：将筛分得到的尾矿砂微粒按40％的固含量配方加入到N－N二甲基乙酰胺(DMAc)纯溶剂中，得待纳米碾磨物料。步骤三：将制得的碾磨物料导入纳米砂磨机中，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90分钟，得到中位粒径220nm的纳米尾矿砂浆料，即为用于纺丝铸膜液配置的纳米尾矿砂主原料。步骤四：以DMAc为溶剂，配置共混物固含量为20％(质量百分比)、共混物丁腈橡胶(NBR)/聚氯乙烯(PVC)质量比为1：9的共混物料溶液，将其在60℃恒温水浴锅中搅拌10小时至完全溶解。步骤五:将制备好的纳米尾矿砂浆料和共混物料溶液以纳米尾矿砂/共混物(NBR/PVC)质量比4:6的配方配置纺丝铸膜液，将其在40℃恒温水浴锅中搅拌2小时至混合均匀，再恒温静置脱泡36小时。步骤六:以玻璃纤维编织中空管(内径1mm)为芯层，将配置好的纺丝铸膜液通过中空纤维纺丝机即可纺制出纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料，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:将纺制好的纳米尾矿砂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。进一步，所述尾矿砂是一种铁尾矿砂。进一步，所述被筛掉的大颗粒可借助球磨机再研磨后筛分。进一步，所述步骤二：用N－N二甲基乙酰胺(DMAc)纯溶剂。进一步，所述步骤三：用于纺丝铸膜液配置的纳米尾矿砂主原料是中位粒径220nm的纳米尾矿砂浆料。进一步，所述步骤六：玻璃纤维编织中空管为内径1mm。进一步，所述步骤七：纺制好的纳米尾矿砂中空纤维在清水中浸泡48小时。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：1.将尾矿砂纳米研磨与橡胶及聚氯乙烯相容性巧妙结合，使共混铸膜液相容且分散均匀；2.可利用大量废弃的铁尾矿砂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；3.尾矿砂加入量达40％时纺制的中空纤维的阻尼峰值不但没降低反而略有增加；4.大大降低阻尼材料的生产成本，若铸膜液中铁尾矿砂加入量为40％(质量百分数)则可节省40％的原材料成本；5.由于铁尾矿砂已是经球磨机碾磨过，故制备铁尾矿砂纳米微粒耗能更少；6.由于中空且壁面多孔故总重量保持较轻；7.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。总之，本专利技术的纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料各方面综合性能优良。附图说明图1是本专利技术实施例提供的纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的有无纳米尾矿砂添加的中空纤维阻尼测试结果数据图。图3是本专利技术实施例提供的纳米尾矿砂中空纤维横截面的电镜显微图。图4是本专利技术实施例提供的米碾磨后的尾矿砂粒径分布检测数据示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述本专利技术实施例提供的纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料有下列组分组成：尾矿砂、N－N二甲基乙酰胺(DMAc)、丁腈橡胶(NBR)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃纤维编织中空管。尾矿砂/共混物(N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料，其特征在于，所述纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料由尾矿砂、N－N二甲基乙酰胺、丁腈橡胶、聚氯乙烯和玻璃纤维编织中空管组成；尾矿砂/共混物质量比为4:6，丁腈橡胶/聚氯乙烯质量比为1：9，尾矿砂/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20％。

【技术特征摘要】
1.一种纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料，其特征在于，所述纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料由尾矿砂、N－N二甲基乙酰胺、丁腈橡胶、聚氯乙烯和玻璃纤维编织中空管组成；尾矿砂/共混物质量比为4:6，丁腈橡胶/聚氯乙烯质量比为1：9，尾矿砂/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20％。2.一种如权利要求1所述的纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述纳米尾矿砂中空纤维阻尼材料的制备方法包括：步骤一，用170目的筛子进行筛分得粒径小于90μm的尾矿砂微粒；被筛掉的大颗粒可借助球磨机再研磨后筛分；步骤二，筛分得到的尾矿砂微粒按40％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砂磨机中，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90分钟，得到中位粒径220nm的纳米尾矿砂浆料，即为用于纺丝铸膜液配置的纳米尾矿砂主原料；步骤四，以N－N二甲基乙酰胺为溶剂，配置共混物固含量为20％质量百分比、共混物丁腈橡胶/聚氯乙烯质量比为1：9的共混物料溶液，在60℃恒温水浴锅中搅拌10小时至溶解；步骤五，制备好的纳米尾矿砂浆料和共混物料溶液以纳米尾矿砂/共混...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明俊，汪贵芳，王鹏昕，徐泳文，周国群，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36