煤塑复合材料制造技术

复合材料由聚合物和煤粉以及任选的增容剂的组合形成。煤占复合材料的约10％至约80％。复合材料是通过将煤粉与聚合物共混来形成复合材料。

Coal plastic composite

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】煤塑复合材料相关申请的交叉引用本申请要求2017年4月5日提交的标题为“CoalPlasticComposites”的美国专利申请序列号62/481,787的优先权，并要求其申请日的权益，其全部公开内容通过引用合并于本文中。
本专利技术总体上涉及塑料复合材料，更具体而言，涉及煤塑复合材料。
技术介绍
本部分旨在向读者介绍本领域中可能与下文所述和/或要求保护的本专利技术的各个方面有关的各个方面。该部分内容有助于向读者提供背景信息，以有助于更好地理解本专利技术的各个方面。因此，应该理解，应从这种角度来阅读该部分的内容，而不是将其作为对现有技术的认可。通常在户外应用中使用的塑料复合材料，主要是木塑复合材料(WPC)，会因吸水趋势而遇到许多问题。目前，美国每年生产3.38亿线性英尺的WPC，市值为12亿美元。使用聚乙烯(PE)作为主要成分的WPC占该市场的93％。由于WPC利用每种成分的有益特性产生了优势产品，因此它们具有优于单独的传统木材或塑料材料的优点。木材虽然很容易获得并且是一种低成本的填充材料，但是使用木材作为填料需要额外的添加剂，并且由于木材的低热稳定性而使其难以回收。当前，大多数商业WPC由高达30wt％木粉和其他成分组成。由于热塑性树脂主导产品价格，因此迫切需要制造填充剂含量高达70wt％的WPC。但是，WPC中木材含量增加会引起严重问题，包括紫外线降解、真菌侵袭、变色、火灾隐患、热冻循环、湿度和温度劣化，这些问题将固体含量限制为30％。由于上述塑料复合材料不存在WPC的缺点，因此被需要。
技术实现思路
下面阐述本专利技术的某些示例性方面。应当理解，提出这些方面仅仅是为了向读者提供本专利技术可能采用的某些形式的简要概述，并且这些方面并不对本专利技术的范围进行限制。实际上，本专利技术可以包括下面可能没有明确阐述的多个方面。本专利技术的各个方面解决了现有技术中当前包括木塑复合材料在内的塑料复合材料存在的任何和/或所有上述缺点。为此，本专利技术的各个方面的前提是可以用煤增强热塑性复合材料以生产煤塑复合材料(CPC)，从而获得具有高弯曲强度、拉伸强度、热稳定性、成型性和低吸水率的材料。作为填充材料，煤具有抗水吸收和防火的功能，并且不容易受到真菌的侵蚀。此外，煤是一种更具成本效益的填充材料，成本为45美元/吨或0.0225美元/磅，与木粉相比，底灰的成本更低。通过以下详细描述，将进一步理解本专利技术的目的和优点。附图说明附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，其示出了本专利技术的实施例，并且与上面给出的本专利技术的
技术实现思路
部分和下面给出的具体实施例部分一起用于解释本专利技术的原理。图1示出了在偶联剂存在下WPC中热塑性塑料和木纤维之间的成键特性。图2A和图2B示出了煤(图2A)和木质素(图2B)的化学结构。图3A和图3B为由50wt％煤和50wt％聚乙烯组成的煤塑复合材料以100倍的放大倍数显示的的光学显微镜图(图3A)和由50wt％煤和50wt％聚乙烯组成的煤塑复合材料以200倍的放大倍数显示的扫描电子显微镜图(图3B)。图4A和图4B为根据ASTM标准压缩成型的拉伸试验CPC样品(图4A)和弯曲试验CPC样品(图4B)的立体图。图5为测试后的显示颈缩和断裂的CPC拉伸测试样品的图像。图6为三点弯曲测试夹具的立体图。图7为在漏斗和夹具的侧面显示出在玻璃漏斗上居中的PTFE滤纸的透视图。图8A、图8B、图8C和图8D为15wt％(图8A)、30wt％(图8B)、45wt％(图8C)和60wt％(图8D)的PittsburghNo.8复合样品的光学显微镜图。图9A和图9B示出了由30wt％煤和3wt％马来酸酐-聚乙烯(MAPE)制得的复合材料的性能，图9A示出了弯曲强度和弯曲模量结果，图9B示出了抗张强度和弹性模量结果。评估的烟煤类型包括Kittanning、PittsburghNo.8和UpperFreeport。图10A和图10B示出了由30wt％煤和3wt％MAPE制成的复合材料的性能，图10A示出了为弯曲强度和弯曲模量结果，图10B示出了抗拉强度和弹性模量结果。PittsburghNo.8煤的评估尺寸包括<125μm、125-210μm和210–297μm。图11A和图11B示出了含有0-60wt％PittsburghNo.8且无偶联剂的HDPE-CPC的弯曲性能(图11A)和拉伸性能(图11B)。图12A和图12B示出了含有0-60wt％PittsburghNo.8且无偶联剂的HDPP-CPC的弯曲性能(图12A)和拉伸性能(图12B)。图13为具有0wt％MAPE的煤填充的复合材料的弹性模量结果与用于估计弹性模量的多个模型的比较图。图14A和图14B示出了具有不同含量的PittsburghNo.8和MAPE的HDPE-CPC的弯曲强度(图14A)和弯曲模量(图14B)。图15A和图15B示出了具有不同含量的PittsburghNo.8和MAPE的HDPP-CPC的弯曲强度(图15A)和弯曲模量(图15B)。图16A和图16B示出了具有不同含量的PittsburghNo.8和MAPE的HDPE-CPC的拉伸强度(图16A)和拉伸模量(图16B)。图17A和图17B示出了具有不同含量的PittsburghNo.8和MAPE的HDPP-CPC的拉伸强度(图17A)和拉伸模量(图17B)。图18为使用Boehm分析确定的煤粉和木粉表面官能团的比较的图。图19示出了含有PittsburghNo.8煤的HDPE-CPC的吸水能力与煤含量的关系。图20示出了煤含量为15wt％～60wt％的HDPE-CPC的热膨胀系数。图21示出了三个月后从含60wt％煤的煤塑复合材料浸出的可检测金属的浓度。具体实施方式下面将描述本专利技术的一个或多个具体实施例。为了对这些实施例作简洁性描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施的开发中，例如在任何工程或设计项目中，都必须做出许多特定实施的决定，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能会使实施过程有所不同。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计、制造和生产的例行工作。如上所述，本专利技术的各个方面解决了
技术介绍
中的上述的缺点。根据本专利技术的各个方面，煤塑复合材料包括与粉煤结合的聚合物和任选的偶联剂、热和紫外线稳定剂、颜料或着色剂、阻燃剂以及其他。聚合物复合材料通常是用填料(例如，木粉、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒和聚合物纤维)增强的热塑性材料。聚合物或塑料复合材料通常在建筑、运输、配电和航空航天行业中用作承重结构部件。塑料复合材料包括基础聚合物基体、填料或增强相、以及偶联剂，该偶联剂在聚合物链和填料表面之间形成桥梁，如图1所示。通常，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤聚合物复合材料，包括具有20wt％～90wt％聚合物和10wt％～80wt％煤粉的成形固体件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170405 US 62/481,7871.一种煤聚合物复合材料，包括具有20wt％～90wt％聚合物和10wt％～80wt％煤粉的成形固体件。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物。


3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物选自由聚烯烃、聚酰胺、聚苯乙烯及其共混物组成的群组。


4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物是聚乙烯或聚丙烯或其共混物。


5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括增容剂。


6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述增容剂包括亲水接枝的聚烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·帕特里克·特伦布利，契尔蒂·S·卡帕甘图拉，
申请(专利权)人：俄亥俄大学，
类型：发明
国别省市：美国;US