粉體表面改性設(shè)備

1、粉體表面改性設(shè)備中國(guó)粉體表面改性設(shè)備種類很多，例如高速混合機(jī)、捏合機(jī)、密煉機(jī)、開 煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)等，但這些設(shè)備大多從化工機(jī)械借用過來。 存在許多嚴(yán)重問題，針對(duì)這些問題，近年來有了許多改進(jìn)和進(jìn)展，本文重點(diǎn)介紹 引進(jìn)國(guó)外機(jī)型和對(duì)高冷攪機(jī)組進(jìn)行的改進(jìn)。現(xiàn)狀粉體表面改性設(shè)備，主要擔(dān)負(fù)三項(xiàng)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(biāo)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(dòng)混合器

2、轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)v型混合機(jī)Z型混合機(jī)高速混合機(jī)及高速混合機(jī)和冷卻混合機(jī)組（簡(jiǎn)稱高冷攪機(jī)組）開煉機(jī)密煉機(jī)混煉型單螺桿擠出機(jī)，布斯混煉機(jī)雙螺桿擠出機(jī)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(jī)大都是直線運(yùn)動(dòng)式，混 合效果差。存在產(chǎn)量低，能耗大，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，易造成環(huán)境污染等問題。升溫慢，改性時(shí)間長(zhǎng)，相反改性劑用量大，改性效果差。比較而言，高冷攪機(jī)組價(jià)格低、耐用、易操作、改性效果好。與國(guó)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。可以說，中國(guó)的粉體表面改性設(shè)備的落后，嚴(yán)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

3、步。從90年代開始，一些科技人員就著手對(duì)改性設(shè)備進(jìn)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(gè)方面：引進(jìn)國(guó)外連續(xù)改性機(jī)型對(duì)高冷攪機(jī)組進(jìn)行改革引進(jìn)國(guó)外機(jī)型引進(jìn)、吸收、消化國(guó)外先進(jìn)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(jìn)開發(fā)的改性設(shè)備已經(jīng) 問世，且價(jià)格大大低于直接購(gòu)買的國(guó)外同類設(shè)備。1、PS系列粉體表面改性機(jī)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(jī)是表面化學(xué)改性的專用設(shè)備，它具有設(shè) 計(jì)先進(jìn)，科學(xué)，能連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量高，能耗低，自動(dòng)化程度高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低， 無粉塵

4、污染，且表面改性劑用量少，包覆率高等特點(diǎn)。PSC表面改性性能結(jié)構(gòu)特征：本機(jī)由給料輸送、主機(jī)、改性劑供給、排料、成品輸送、成品收集倉(cāng)、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(jī)上方的霧化室，在輸送過程中，由給料 輸送機(jī)特設(shè)的加熱裝置將粉體加熱并干燥，與此同時(shí)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(shí)與改性劑輸送管道相通，將液狀改性 劑也吹散呈霧狀。此時(shí)，原

5、料和改性劑形成霧狀，由于受到兩組噴嘴從不同方向 噴射出氣流的作用，得以充分的混合，隨即進(jìn)人主機(jī)。主機(jī)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(jiǎn)體 等部分組成。進(jìn)入主機(jī)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(jī)夾層內(nèi)循 環(huán)流動(dòng)的高溫導(dǎo)熱油使機(jī)內(nèi)始終保持著穩(wěn)定的工作溫度，此時(shí)粉體物料即得到了 充分的包覆改性。主機(jī)出口處高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的沖擊錘將包覆改性的物料進(jìn)一步?jīng)_ 擊、粉碎，有效地預(yù)防了物料可能形成的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。改性后的物料經(jīng)螺旋輸送機(jī)再由氣流輸送管道送至成品收集倉(cāng)。在氣流輸送 過程中，利用輸送氣流將物料中過高

6、的熱量吸收，并經(jīng)布袋除塵器除塵后排出 室外，成品進(jìn)人收集倉(cāng)后即可降至可存儲(chǔ)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(xiàng)目PSC-400粉體改性機(jī) 通用設(shè)備（高速混合機(jī)）300型電動(dòng)功率（KW）22 40-55產(chǎn)量（kg/h） 1000-1500 500改性劑用量（）0.8-1 2-3包覆率（）95-99 85生產(chǎn)方式連續(xù)間歇?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)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(diǎn)：a）粉體原料在包覆改性之前進(jìn)行預(yù)加熱，同時(shí)使原料充分干燥，有利于與改 性劑的充分結(jié)合。b）將粉

7、體原料及改性劑均進(jìn)行霧化處理。粉體表面改性效果的好壞，主要決 定于物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（或機(jī)械對(duì)物料的作用方式）、處理溫度、處理時(shí)間（即物料 在機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間）等。其中處理時(shí)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(jī)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(cāng)中的處理時(shí)間并提高包覆率。用PSC-400粉體表面改性機(jī)對(duì)多種礦物粉體原料進(jìn)行了改性包覆試驗(yàn)，下表 為其中兩種物料試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)對(duì)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 1

8、250目鋁酸酸偶聯(lián)劑95% 800注：包覆率系采用“活化指數(shù)”測(cè)定法測(cè)定。通過試驗(yàn)證明，PSC粉體表面改性機(jī)各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且 造價(jià)僅為30萬元/臺(tái)，大大低于國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格。圖1粉體表面改性機(jī)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(jìn)日本技術(shù)，由張家港市輕工 機(jī)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(jī)器設(shè)備組成：傳動(dòng)上料機(jī)、料倉(cāng)、 螺旋混合輸送給料器、高精度電子喂料器、臥式改性機(jī)、螺旋混合輸送器、三 轉(zhuǎn)子改性機(jī)、旋風(fēng)分離器、脈沖除塵器、風(fēng)機(jī)、導(dǎo)熱油專熱器、電氣控制系統(tǒng) 等組成。表6

9、主要技術(shù)參數(shù)參數(shù) 單位 臥式改性機(jī) 三轉(zhuǎn)子改性機(jī)電動(dòng)動(dòng)率 Kw 37 55.5主軸轉(zhuǎn)速 R/min 1000 4500改性筒容積L 200工作溫度 C 90-150C生產(chǎn)方式 連續(xù)生產(chǎn)能力 Kg/h 500-1000加熱方式 導(dǎo)熱油加熱外形尺寸 mm 12000 x 7000 x 3000其主要特點(diǎn)：• ；系連續(xù)運(yùn)行的先進(jìn)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(jī)，在高速運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)改性，轉(zhuǎn)速達(dá)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(fèi)。•；系統(tǒng)負(fù)壓運(yùn)行，密封性好

10、，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(jià)格40萬元人民 幣。3、SLG型三筒連續(xù)粉體表面改性機(jī)由原武漢工業(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(jìn)瑞典AGMW公司三筒高速?gòu)?qiáng)烈混合表面改性機(jī)（HSTP-3 / 1000）,定名為SGL 型三筒連續(xù)粉體表面改性機(jī)。其外形結(jié)構(gòu)見圖3。圖3 HSTP-3/1000型表面改性機(jī)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(jī)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(gè)強(qiáng)烈混合室后從排料口排出。這種改性機(jī)依靠轉(zhuǎn)

11、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(qiáng)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 以包覆效果好。該改性機(jī)連續(xù)生產(chǎn)，自動(dòng)加藥，操作簡(jiǎn)單，處理能力大。特別適合用硬脂酸 類，各種偶聯(lián)劑等對(duì)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(jìn)行連續(xù)表面改性處理。高速混合機(jī)和冷卻混合機(jī)組的改進(jìn) 對(duì)于中國(guó)企業(yè)習(xí)慣使用的高速混合機(jī)和 冷卻混合機(jī)組（簡(jiǎn)稱高冷攪機(jī)組）進(jìn)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(xiàng)工作。目前改革的思路集中在以下幾點(diǎn)：3、加大功率，提高轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈混合。對(duì)比國(guó)外（加拿大）強(qiáng)烈混合機(jī)，

12、 把500L高 速混合機(jī)的電機(jī)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(qiáng)剪切力，達(dá)到強(qiáng)烈混合改性的目的。b、提高物流現(xiàn)代化。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(jì)量后自動(dòng)投料，并采用PCL可編程序控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng) 化。c、改進(jìn)混合攪拌設(shè)備。如改進(jìn)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(jìn)槳葉外形，呈流線性， 減少運(yùn)動(dòng)阻尼，在超細(xì)粉體改性機(jī)中甚至采用三層槳葉設(shè)計(jì)。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(duì)上述思路，已生產(chǎn)出兩種改革機(jī)型：1、半自動(dòng)化強(qiáng)烈混合改性機(jī)組由四川

13、大學(xué)黃銳教授設(shè)計(jì)，由江蘇張家港市輕工機(jī)械廠生產(chǎn)BMD-1000微 粉改性生產(chǎn)線工藝流程見圖4。最大特點(diǎn)BMD-1100重鈣微粉改性生產(chǎn)線工藝流程圖是利用電子稱全自動(dòng)計(jì)量，使高 速混合機(jī)的加料實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離自動(dòng)操作，大大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度和人工計(jì)量不 準(zhǔn)的偏差，同時(shí)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(dāng)碳酸鈣原礦經(jīng)過破碎，細(xì)磨，分級(jí)后，物料由旋轉(zhuǎn)閥送入貯料倉(cāng)中，貯料 倉(cāng)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(diǎn)。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(jī)進(jìn)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(jìn)行自動(dòng)計(jì)量。若高攪是

14、500L，冷攪是1060L，則每小時(shí)機(jī)組可混料1噸。若高攪為1000L， 冷攪為3500L，則每小時(shí)混料可達(dá)1. 5 1. 8噸。在混合機(jī)加料過程中，CaC03 由電稱自動(dòng)計(jì)量，改性助劑采用人工稱重，以自動(dòng)投料的方式進(jìn)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(dòng) 按鈕來控制投料。當(dāng)稱重儀表顯示重量達(dá)到設(shè)定值的90%時(shí)，螺旋加料器自動(dòng) 轉(zhuǎn)換為低速加料，達(dá)到設(shè)定值后自動(dòng)停止加料。當(dāng)下面活化機(jī)組允許向其投料 時(shí)，電子稱下面的氣動(dòng)插板閥自動(dòng)打開，同時(shí)電子稱斗上的攪拌電機(jī)也開始運(yùn) 轉(zhuǎn)，斗壁上的倉(cāng)壁振動(dòng)器延時(shí)啟動(dòng)，以保證物料全部放完。電子稱為零后，氣 動(dòng)插板閥自動(dòng)關(guān)

15、閉，電子稱進(jìn)行下一循環(huán)的計(jì)量過程。電控系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，可自動(dòng)完成生產(chǎn)中每一部分的運(yùn)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(bào)警。此外，還設(shè)有專門密封除塵系統(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(xì)粉體高冷攪機(jī)組改性機(jī)由青島遠(yuǎn)東塑料工程公司設(shè)計(jì)制造的超細(xì)粉體新型高冷攪機(jī)組改性機(jī)，已經(jīng) 生產(chǎn)出2L+6 L實(shí)驗(yàn)室機(jī)組，并申請(qǐng)了國(guó)家專利。原理：目前國(guó)內(nèi)外各種高速捏合機(jī)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(jī)的攪拌器普遍采用槳式結(jié)構(gòu)。由于槳面的斜過與運(yùn)動(dòng)方向 成一定傾斜角，所以在攪 拌器運(yùn)司時(shí)，對(duì)成粉粒狀態(tài)的物料而言，除

16、產(chǎn)生水平 環(huán)流式分散外，同時(shí)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(dāng)設(shè)備小于1001后，其摩擦熱變得很小，當(dāng)設(shè)備小于IOL時(shí)， 摩擦熱幾乎等于零。所以IOOL以下的高速捏合機(jī)在工作時(shí)，根本不能依靠摩擦 熱來達(dá)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

17、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(dá)不到預(yù)塑化的效果。這就是實(shí)驗(yàn)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(jī)的目的是提供一種高分子材料配 混用高速捏合機(jī)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(yàn)設(shè)備在35min時(shí)間內(nèi)通過摩擦 熱將物料升溫到預(yù)塑化溫度(110 C)也可以在200500L容積狀態(tài)下將納米級(jí) 等超細(xì)粉體材料進(jìn)行預(yù)分散處理。工藝技術(shù)路線：新型改性機(jī)是一種高分子材料高速捏合機(jī)組，包括機(jī)體和 安裝在機(jī)上的高速捏合機(jī)、低速捏合機(jī)二部分。其中高速捏合機(jī)主要有帶降溫 夾套的釜體、主軸、三層葉槳、釜蓋、折流板、傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成。低

18、 速捏合機(jī)主要有帶降溫夾套的釜體、主軸、低速葉槳、釜蓋、傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng) 電機(jī)構(gòu)成。其特征是：所述高速捏合機(jī)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，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(duì)稱的二個(gè)流線體， 與釜壁作平行運(yùn)動(dòng)，作用是對(duì)被第一、二層槳葉拋向釜壁，并沿釜壁作摩擦上 升的物料進(jìn)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(jí)粒子的團(tuán)聚力，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)分散處理。所 述折流板是針對(duì)三層葉槳的工作原理而設(shè)計(jì)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(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)裝置 在用于小型試 驗(yàn)設(shè)備時(shí)，主軸的轉(zhuǎn)速不能低于1000轉(zhuǎn)/min，在用于納米級(jí)粉體分散時(shí)，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(jī)部分 的作用，是在相同時(shí)間內(nèi)將高速捏合機(jī)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(jī)由于采用新的攪拌原理和新型葉槳組合，強(qiáng)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(yàn)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(qiáng)化了的剪切分散混合能力， 在用于