[发明专利]一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法。

背景技术

曝气是污水处理系统中一个重要的工艺过程，是通过向污水中充氧，为好氧菌提供生存环境，使其在生存与繁殖过程中消耗掉水中的各种有机物，从而使水体得以净化。目前，常用的微孔曝气器多为陶瓷(刚玉)和橡胶膜片。由于材料和结构形式的不同，这两种曝气器在充氧效率，布气均匀性，抗堵塞能力，安装布置方式，连续正常工作时间，使用寿命和日常运行能耗等各方面存在很大的差异。例如，陶瓷(刚玉)曝气器耐腐蚀性强但阻力损失大，氧利用率较低，易断裂，易结垢；橡胶膜片曝气器布气较均匀但气阻大，能耗高，易腐蚀，使用寿命短等。因此研究一种低耗能，高机械强度，均匀充氧，不易堵塞的聚合物微孔曝气器的制造方法是本领域技术人员的研究目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种低耗能，高效率，高机械强度，均匀充氧，不易堵塞的加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法。

本发明提出的加入无机填料的聚合物微孔曝气器的制造方法，是通过原料搅拌混合、预混料振荡、高压定型、高温烧结等一系列加工过程后，制造出具有微孔结构的曝气器。其制造步骤具体如下：

(1)将聚合物原料与无机填料混合，以2500转/分—5000转/分的转速搅拌5-10分钟，使二者混合均匀，得到预混料；其中，无机填料的加入量为聚合物原料质量的20wt％-40wt％；

(2)将步骤(1)所得预混料置于模具内，振荡10-25分钟，使预混料在模具内由外面到内面按粒径由小到大呈均匀梯度分布；

(3)将步骤(2)得到的原料挤压定型，定型压力为8～20MPa，定型时间为2-12分钟，控制曝气器厚度为10～30mm，较好的为12～15mm之间；

(4)将步骤(3)所得的定型制品烧结，烧结温度为120～210℃，烧结时间为100分钟～200分钟，烧结时控制定型制品的内表面与外表面保持一个温度梯度，这样使在较热一面的颗粒或粉末就会烧结的更完全，形成更小的微孔，从而形成内外孔径大小形成一定梯度。内、外面的温度梯度一般保持在15～25℃之间；

(5)将步骤(4)所得制品冷却，即得所需产品，冷却时间为1-3小时，冷却温度为40-60℃，冷却时压力为6-10MPa。

本发明中，步骤(1)中所述聚合物原料为高密度聚乙烯(UHMW-HD-PE)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)混合物等中任一种。

本发明中，步骤(1)中所述无机填料为SiO₂、CaCO₃、石英砂或微孔玻璃等中一至几种。微孔玻璃的粒径为80～120μm。

利用本发明方法制造的曝气器具有微孔结构，微孔开孔率为60％～75％；气体流出面的孔小于流入面的孔，以形成一定的微孔分布梯度，微孔的孔径为250～950nm，曝气器壁厚为10～30mm。

利用本发明方法制造的曝气器呈板状或管状。

利用本发明方法制造的曝气器，孔径控制范围一般为外表面：250～450nm；内表面：700～950nm。另外，外表面的微孔直径比内表面孔的直径小20～45％。

本发明中，在烧结过程中，将温度控制在使外面的聚合物颗粒在高温下熔融，但不完全溶化的范围内。使外表面发生表面不完全结皮，这样冷却后就会在表面形成一个具有超细微孔的致密的光滑层。

本发明中，烧结温度和时间的选择要根据期望得到的孔径所需的温度来确定。烧结温度一般在120～210℃之间，按使用的聚合物材料和无机填料的不同，进行调节。烧结时间一般在100～200min之间。加热时间要使聚合物颗粒或粉末可以从外面到内面都能全部受热。冷却时间一般控制在1～3小时之间。

经过上述各步骤地处理后，聚合物曝气器可以用来制成各种形状的制品，一般选择板状或管状。

本发明的有益效果：

1.利用本发明方法得到的含无机填料的聚合物微孔曝气器具有能耗低，机械强度高，产生气泡小且分布均匀，充氧效果好，耐腐蚀，使用寿命长，不易堵塞等优点。是陶瓷(刚玉)和橡胶膜片曝气器之后的第三代曝气器。

2.利用本发明方法得到的含无机填料的聚合物微孔曝气器的微孔的大小可以通过对聚合物颗粒大小、粉料的形状、无机填料的选择、无机填料颗粒度的大小、对加热温度和加热时间的选择来控制。制造所使用的原料易得，产品性能优异，有很好的推广应用价值。