粉體表面改性設(shè)備

1、粉體表面改性設(shè)備中國粉體表面改性設(shè)備種類很多，例如高速混合機、捏合機、密煉機、開煉機、單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機等，但這些設(shè)備大多從化工機械借用過來。存在許多嚴重問題，針對這些問題，近年來有了許多改進和進展，本文重點介紹引進國外機型和對高冷攪機組進行的改進。現(xiàn)狀粉體表面改性設(shè)備，主要擔負三項職責(zé)，一是混合，二是分散，三是表面改性劑在設(shè)備中熔化和均勻分散到物料表面，并產(chǎn)生良好的結(jié)合。由于混合物的種類和性質(zhì)各不相同，混合、分散和表面改性要求的質(zhì)量指標也不相同，因而出現(xiàn)多種性質(zhì)不同的改性設(shè)備，而這些設(shè)備又多為借用，因而并不能很好地完成改性任務(wù)。主要使用的改性設(shè)備為：重力混合器氣動混合器轉(zhuǎn)鼓式混合機v

2、型混合機Z型混合機高速混合機及高速混合機和冷卻混合機組(簡稱高冷攪機組)開煉機密煉機混煉型單螺桿擠出機，布斯混煉機雙螺桿擠出機以及靜態(tài)混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。這些設(shè)備存在的主要問題是：多數(shù)是間歇式的，連續(xù)式設(shè)備如單、雙螺桿擠出機大都是直線運動式，混合效果差。 存在產(chǎn)量低，能耗大，工人勞動強度高，易造成環(huán)境污染等問題。升溫慢，改性時間長，相反改性劑用量大，改性效果差。比較而言，高冷攪機組價格低、耐用、易操作、改性效果好。與國外設(shè)備相比，差距明顯，主要表現(xiàn)在連續(xù)性和改性效果方面?？梢哉f，中國的粉體表面改性設(shè)備的落后，嚴重制約表面改性深加工技術(shù)的發(fā)展。已經(jīng)到了非改不可的地步。從90年代開

3、始，一些科技人員就著手對改性設(shè)備進行改革、到2002年已經(jīng)取得階段性成果。這些階段成果包含兩個方面：引進國外連續(xù)改性機型 對高冷攪機組進行改革 引進國外機型 引進、吸收、消化國外先進設(shè)備，是現(xiàn)階段我們的主要手段之一。改性設(shè)備也不例外，現(xiàn)在由大專院校、科研單位與生產(chǎn)企業(yè)共同引進開發(fā)的改性設(shè)備已經(jīng)問世，且價格大大低于直接購買的國外同類設(shè)備。1、PS系列粉體表面改性機由原武漢工業(yè)大學(xué)北京研究生部非礦所和青島青礦礦山設(shè)備有限公司共同開發(fā)研制成功的PSC系列粉體表面改性機是表面化學(xué)改性的專用設(shè)備，它具有設(shè)計先進，科學(xué)，能連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量高，能耗低，自動化程度高，工人勞動強度低，無粉塵污染，且表面改性劑用量

4、少，包覆率高等特點。PSC表面改性性能結(jié)構(gòu)特征：本機由給料輸送、主機、改性劑供給、排料、成品輸送、成品收集倉、加熱、給風(fēng)、除塵等系統(tǒng)構(gòu)成。工作原理： 粉體原料經(jīng)給料輸送系統(tǒng)被送至主機上方的霧化室，在輸送過程中，由給料輸送機特設(shè)的加熱裝置將粉體加熱并干燥，與此同時固體狀的改性劑在專用加熱容器內(nèi)也被加熱熔化至液體狀態(tài)后經(jīng)輸送管道送至霧化室。霧化室內(nèi)設(shè)有兩組噴嘴，并均通人由給風(fēng)系統(tǒng)送來之熱壓力氣流，其中一組有四只噴嘴按不同位置分布于霧化室內(nèi)壁，其作用是將由給料輸送系統(tǒng)送來的粉體物料吹散呈霧狀，另一組有一只噴嘴同時與改性劑輸送管道相通，將液狀改性劑也吹散呈霧狀。此時，原料和改性劑形成霧狀，由于受到兩組

5、噴嘴從不同方向噴射出氣流的作用，得以充分的混合，隨即進人主機。主機由高速旋轉(zhuǎn)的主軸、攪拌棒、沖擊錘、中間充滿循環(huán)導(dǎo)熱油的夾層簡體等部分組成。進入主機內(nèi)的霧化物料在攪拌棒的高速攪拌下，受到了沖擊、摩擦、剪切等諸多力的作用使粉體顆粒與改性劑得到更充分接觸、混合。主機夾層內(nèi)循環(huán)流動的高溫導(dǎo)熱油使機內(nèi)始終保持著穩(wěn)定的工作溫度，此時粉體物料即得到了充分的包覆改性。主機出口處高速旋轉(zhuǎn)運動的沖擊錘將包覆改性的物料進一步?jīng)_擊、粉碎，有效地預(yù)防了物料可能形成的結(jié)團現(xiàn)象。改性后的物料經(jīng)螺旋輸送機再由氣流輸送管道送至成品收集倉。在氣流輸送過程中，利 用輸送氣流將物料中過高的熱量吸收，并經(jīng)布袋除塵器除塵后排出室外，成

6、品進人收集倉后 即可降至可存儲的溫度。PSC系列粉體表面改性與通用改性設(shè)備性能比較： 項目PSC-400粉體改性機通用設(shè)備（高速混合機）300型電動功率（KW）2240-55產(chǎn)量（kg/h)1000-1500500改性劑用量（%）0.8-12-3包覆率（%）95-9985生產(chǎn)方式連續(xù)間歇勞動強度低高改性效果包覆率高并無包覆現(xiàn)象，顆粒不增大顆粒易產(chǎn)生粘連、部分顆粒過包覆，顆粒體積增大成品降溫不需冷卻設(shè)備需配備冷卻設(shè)備環(huán)境污染無污染污染較大優(yōu)點：a)粉體原料在包覆改性之前進行預(yù)加熱，同時使原料充分干燥，有利于與改性劑的充分 結(jié)合。b)將粉體原料及改性劑均進行霧化處理。粉體表面改性效果的好壞，主要決

7、定于物料的 運動狀態(tài)(或機械對物料的作用方式)、處理溫度、處理時間(即物料在機內(nèi)停留的時間)等。 其中處理時間在一般的通風(fēng)設(shè)備上需15-30分鐘，其目的是為了保證物料與改性劑得到良好 的分散和充分接觸。以利改性劑在粉體顆粒表面的均勻包覆。而本機采用了霧化處理后，使 物料與改性劑在改性之前即充分混合，從而縮短了在改性倉中的處理時間并提高包覆率。用PSC-400粉體表面改性機對多種礦物粉體原料進行了改性包覆試驗，下表為其中兩種 物料試驗結(jié)果。 實驗對象粒度改性劑包覆率生產(chǎn)(kg/h)重質(zhì)碳酸鈣400目硬脂酸99%1000鍛燒高嶺土1250目鋁酸酸偶聯(lián)劑95%800注：包覆率系采用“活化指數(shù)”測定法

8、測定。通過試驗證明，PSC粉體表面改性機各項技術(shù)性能指標均達到設(shè)計要求，且造價僅為30 萬元臺，大大低于國外同類產(chǎn)品價格。 圖1 粉體表面改性機系列工藝流程示意圖2、復(fù)合式粉體連續(xù)改性系統(tǒng) 圖2 復(fù)合式粉體連續(xù)改性系統(tǒng)示意圖該系統(tǒng)是由清華大學(xué)材料系粉體工程研究室引進日本技術(shù)，由張家港市輕工機械廠生 產(chǎn)的新型表面改性設(shè)備。復(fù)合式粉體連續(xù)改性系統(tǒng)是由下列機器 設(shè)備組成：傳動上料機、料倉、螺旋混合輸送給料器、高精度電子喂料器、臥式改性機、螺旋混 合輸送器、三轉(zhuǎn)子改性機、旋風(fēng)分離器、脈沖除 塵器、風(fēng)機、導(dǎo)熱油專熱器、電氣控制系統(tǒng)等組成。 表6 主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)單位臥式改性機三轉(zhuǎn)子改性機電動動率Kw37

9、55.5主軸轉(zhuǎn)速R/min10004500改性筒容積L200工作溫度90-150生產(chǎn)方式連續(xù)生產(chǎn)能力Kg/h500-1000加熱方式導(dǎo)熱油加熱外形尺寸mm1200070003000其主要特點：系連續(xù)運行的先進設(shè)備，優(yōu)于間歇式生產(chǎn)。粉體經(jīng)過預(yù)改性，預(yù)熱和預(yù)混合等前處理 工序，保證了混合改性的均勻性，節(jié)約了 藥劑。三轉(zhuǎn)子改性機，在高速運動中實現(xiàn)瞬時改 性，轉(zhuǎn)速達4500轉(zhuǎn)分，為系統(tǒng)核心裝備采用導(dǎo)熱油加熱，可避免自摩擦升溫慢和電能的浪費。系統(tǒng)負壓運行，密封性好，無粉塵污染。設(shè)備選型：該系統(tǒng)適合3000-5000噸年產(chǎn)量的改性企業(yè)，系統(tǒng)設(shè)備價格40萬元人民幣。3、SLG型三筒連續(xù)粉體表面改性機 由原武

10、漢工業(yè)大學(xué)北京研究生院非礦室和江陽市啟泰非金屬工程公司共同引進瑞典AGMW公司三筒高速強烈混合表面改性機(HSTP-31000)，定名為SGL型三筒連續(xù)粉體表面改性機。其外形結(jié)構(gòu)見圖3。 圖3 HSTP-3/1000型表面改性機1、給料口；2a、第1混合室；2b 、第2混合室；2c、第3混合室；3、出料口；4、電機工作原理：將待改性物料(如碳酸鈣)及表面改性劑(如脂肪酸)從人料口給人后，依次 經(jīng)過三個強烈混合室后從排料口排出。這種改性機依靠 轉(zhuǎn)子葉片和定子與粉體物料的沖擊 、剪切和摩擦作用產(chǎn)生表面改性所需的溫度。轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn) 強制松散并形成渦流二相流 ，使表面改性劑能迅 速與顆粒表面作用，所

11、以包覆效果好。該改性機連續(xù)生產(chǎn)，自動加藥，操作簡單，處理能力大。特別適合用硬脂酸類，各種偶聯(lián)劑等 對碳酸鈣、滑石、云母、高嶺土、石英、硅灰石、硅線石等非金屬礦物填料進行連續(xù)表面改性處理。高速混合機和冷卻混合機組的改進 對于中國企業(yè)習(xí)慣使用的高速混合機和冷卻混合機組(簡稱高冷攪機組)進行改革，使之適應(yīng) 粉體表面改性的需要，也是大家關(guān)注的一項工作。目前改革的思路集中在以下幾點：a、加大功率，提高轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)強烈混合。對比 國外(加拿大)強烈混合機，把500L高 速混合機的電機功率從75KW加大到110KW，把轉(zhuǎn)速提高到 1000轉(zhuǎn)分，就能大大加強剪切 力，達到強烈混合改性的目的。b、提高物流現(xiàn)代化。

12、把工人一袋袋的投料、 出料改為管道輸送，并把改性劑的加入改為人工計量后自動投料，并采用PCL可編程序控制系統(tǒng)，實現(xiàn)半自動化。c、改進混合攪拌設(shè)備。如改進槳葉材質(zhì)，采用滲碳處理或表面堆焊硬質(zhì)合金，鍋體內(nèi)壁采用滲碳處理，提高耐磨性和使用壽命。改進槳葉外形，呈流線性，減少運動阻尼，在超細粉體改性機中甚至采用三層槳葉設(shè)計。d、主軸采用氣密封，徹底解決壓力過大和主 軸漏粉問題。針對上述思路，已生產(chǎn)出兩種改革機型：1、半自動化強烈混合改性機組 由四川大學(xué)黃銳教授設(shè)計，由江蘇張家港市輕工機械廠生 產(chǎn)BMD1000微粉改性生產(chǎn)線工藝流程見圖4。最大特點 BMD1100重鈣微粉改性生產(chǎn)線工藝流程圖是利用電子稱全

13、自動計量，使高速混合機的加料實現(xiàn)了遠距離自動操作，大大降低了人工勞動強度和人工計量不準的偏差，同時設(shè)備間采用密封的管道聯(lián)結(jié)，防止粉塵污染。主要工作原理當碳酸鈣原礦經(jīng)過破碎，細磨，分級后，物料由旋轉(zhuǎn)閥送入貯料倉中，貯料倉下面的三通閥可使物料根據(jù)同同要求分流到相應(yīng)地點。 圖4 BMD-1100重鈣微粉改性生產(chǎn)線工藝流程圖a、若產(chǎn)品不改性，則由螺旋送料器送到包裝機進行包裝。b、若產(chǎn)品需改性，則由螺旋送料器輸送到電子稱進行自動計量。若高攪是500L，冷攪是1060L，則每小時機組可混料1噸。若高攪為1000L，冷攪為3500L ，則每小時混料可達1518噸。在混合機加料過程中，CaC03由電稱自動計量

14、，改性助 劑采用人工稱重，以自動投料的方式進行。助劑由人工事先稱量好，然后放入12單元的順序 投料器中由操作人員在控制室通過手動按鈕來控制投料。當稱重儀表顯示重量達到設(shè)定值的 90時，螺旋加料器自動轉(zhuǎn)換為低速加料，達到設(shè)定值后自動停止加料。當下面活化機組允 許向其投料時，電子稱下面的氣動插板閥自動打開，同時電子稱斗上的攪拌電機也開始運轉(zhuǎn) ，斗壁上的倉壁振動器延時啟動，以保證物料全部放完。電子稱為零后，氣動插板閥自動關(guān) 閉，電子稱進行下一循環(huán)的計量過程。電控系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，可自動完成生產(chǎn)中每一部分的運行。所有工作狀態(tài)均 可通過控制室模擬屏顯示，并可提供故障報警。此外，還設(shè)有專門密封除

15、塵系統(tǒng)和防架橋裝置，確保車間無粉塵污染。主軸采用氣密性 ，防止壓力過大和主軸漏粉。2、超細粉體高冷攪機組改性機由青島遠東塑料工程公司設(shè)計制造的超細粉體新型高冷攪機組改性機，已經(jīng)生產(chǎn)出2L+6 L實驗室機組，并申請了國家專利。原理： 目前國內(nèi)外各種高速捏合機的攪拌原理都是由攪拌器的結(jié)構(gòu)決定的。這些高 速捏合機的攪拌器普遍采用槳式結(jié)構(gòu)。由于槳面的斜過與運動方向成一定傾斜角，所以在攪 拌器運司時，對成粉粒狀態(tài)的物料而言，除產(chǎn)生水平環(huán)流式分散外，同時還產(chǎn)生軸向分流式 分散。物料被極快地拋向釜壁，沿釜壁摩擦上升，隨之又被折流板折流，跌落在釜中心所形 成的渦流中，再韌拋向釜壁，如此不已，直至混合結(jié)束。物料

16、在混合過程中所需要的熱量主 要來自摩擦熱，因此，在同轉(zhuǎn)速情況下，設(shè)備的容積愈大，其剪應(yīng)力愈高，隨之摩擦升溫速 率愈高。所以，當設(shè)備小于1001后，其摩擦熱變得很小，當設(shè)備小于IOL時，摩擦熱幾乎等 于零。所以IOOL以下的高速捏合機在工作時，根本不能依靠摩擦熱來達到混合所需要的混合 溫度，只好由釜壁夾套中的電加熱油來提供熱量。這樣就造成釜溫高于料溫，物料中分子量 低的部分首先粘附釜壁，造成組份比例變化，產(chǎn)生混合不均、預(yù)塑化不均等現(xiàn)象。而如果不 采用外加熱，混合中的物料又達不到預(yù)塑化的效果。這就是實驗室數(shù)據(jù)與大生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能保 持一致的重要原因之一。新型改性機的目的是提供一種高分子材料配 混用高速

17、捏合機組，它在加工過程中能產(chǎn) 生較高的剪應(yīng)力，使小到2L的試驗設(shè)備在35min時間內(nèi)通過摩擦熱將物料升溫到預(yù)塑化溫 度(110C)也可以在200500L容積狀態(tài)下將納米級等超細粉體材料進行預(yù)分散處理。工藝技術(shù)路線：新型改性機是一種高分子材料高速捏合機組，包括機體和安裝在機上 的高速捏合機、低速捏合機二部分。其中高速捏合機主要有帶降溫夾套的釜體、主軸、三 層葉槳、釜蓋、折流板、傳動裝置、驅(qū)動電機構(gòu)成。低速捏合機主要有帶降溫夾套的釜體 、主軸、低速葉槳、釜 蓋、傳動裝置、驅(qū)動電機構(gòu)成。其特征是：所述高速捏合機的三 層葉槳，第一層為與釜底形狀一致的低槳，作用是將底層物料拋起；第二層槳葉也 是槳式 ，

18、稱為中槳，作用是將中層物料拋起，使層與層之間產(chǎn)生摩擦；第三層葉槳是二端對稱的二個流線體，與釜壁作平行運動，作用是對被第一、 二層槳葉拋向釜壁，并沿釜壁作摩擦 上升的物料 進行碾壓式剪切，稱之為上槳。這種剪應(yīng)力較大，既能產(chǎn)生足夠的摩擦熱使 物料升溫，又足以打破納米級粒子的團聚力，并對其進行預(yù)分散處理。 所述折流板是針對 三層葉槳的工作原理而設(shè)計成上覆式，其作用是將經(jīng)過流線體碾壓式剪切的 物料折落向渦 流中心。所述驅(qū)動電機和傳動裝置 在用于小型試驗設(shè)備時，主軸的轉(zhuǎn)速不能低于 1000轉(zhuǎn)min，在用于納米級粉體分散時，主軸的轉(zhuǎn)速加大到2000轉(zhuǎn)min以上。所述帶冷卻襯套 的釜體，主要作用是控制溫升速率，其結(jié)構(gòu)特征是夾層中有一條螺旋狀冷卻水路。所述低速 捏合機部分的作用，是在相同時間內(nèi)將高速捏合機轉(zhuǎn)入的高溫物料不粘結(jié)的降至常溫。綜上所述，新型改性機由于采用新的攪拌原理和新型葉槳組合，強化了剪切分散混合能 力，使摩擦熱有效地作用在2L-IOOL小型試驗用設(shè)備中去，使小試的數(shù)據(jù)可以和工業(yè)化生產(chǎn) 保持一致。同樣，這種強化了的剪切分散混合能力，在用于200-50