專利名稱：分離系統(tǒng)傳送帶的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及具有改進(jìn)的耐磨性并且在摩擦電序中處于期望的位置的傳送帶，具體地說(shuō)，涉及這種傳送帶在帶分離系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本發(fā)明的背景技術(shù)帶分離系統(tǒng)(BSS)利用摩擦帶電效應(yīng)(即借助表面接觸使顆粒帶電)分離混合物中的顆粒成分。帶電的顆粒按照它們各自的電荷在電場(chǎng)中分開(kāi)。帶分離系統(tǒng)的實(shí)例在授權(quán)給Whitlock的美國(guó)專利4,839,032和4,874,507已有敘述，這兩份專利以文獻(xiàn)形式全部納入本發(fā)明。
BSS系統(tǒng)包括傳送帶，該傳送帶借助于讓帶電顆粒在垂直于電場(chǎng)方向上運(yùn)動(dòng)促進(jìn)顆粒分離。在這個(gè)工藝中，傳送帶承受相當(dāng)大的摩擦力，所以傳送帶應(yīng)當(dāng)擁有高耐磨性。此外，由于在應(yīng)用中傳送帶總是繃緊的，所以傳送帶還應(yīng)由具有良好的耐蠕變性能的材料制作。
當(dāng)前，在BSS系統(tǒng)中使用的傳送帶主要是由編織材料制作。但是，這些材料的耐磨性較差，導(dǎo)致使用壽命比較短。此外，制作編織材料的材料配方變化范圍有限，因此，這些材料的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的變化范圍也有限。
已知借助標(biāo)準(zhǔn)的擠出工藝能夠生產(chǎn)多種成分的材料，從而提供各種各樣的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。但是許多這類材料蠕變性能差，而且不能在BSS傳送帶中使用。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種可擠出加工的多種成分的材料，這種材料可以用作BSS系統(tǒng)的傳送帶，它以最經(jīng)濟(jì)的方法改進(jìn)了待分離物料的成分分離。
本發(fā)明概述在帶分離系統(tǒng)中，本發(fā)明提出用作傳送帶的擠出材料，通過(guò)選擇該擠出材料使其具有符合BSS系統(tǒng)使用要求的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。傳送帶可以包括分散在擠出材料(即主體聚合物)之內(nèi)的附加物。文中使用術(shù)語(yǔ)“主體聚合物”指的是許多重復(fù)的化學(xué)單元合并而成的聚合產(chǎn)品。主體聚合物的實(shí)例包括烯烴或酰胺類的單體的聚合物或共聚物。通過(guò)選擇主體聚合物和添加劑，使最終材料的總性能與期望值一致。具體地說(shuō)，選擇添加劑和主體聚合物，使傳送帶材料在摩擦電序中的位置和傳送帶材料的耐磨性能得到改進(jìn)，從而提高帶分離系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和分離質(zhì)量。
本發(fā)明包括一種新的可擠出材料。這種材料包括主體聚合物，也可以包括添加劑。通過(guò)選擇主體聚合物和添加劑，使材料的耐磨性和在摩擦電序中的位置都達(dá)到期望值。
本發(fā)明包括一種由擠出材料制成的新的傳送帶，該傳送帶適用于含有可用于象BSS那樣分離的物料成分的靜電分離。傳送帶包括主體聚合物，也可以包括添加劑。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1是帶分離系統(tǒng)實(shí)例的示意圖，在這個(gè)系統(tǒng)中可以使用依據(jù)本發(fā)明的傳送帶。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明帶分離系統(tǒng)采用摩擦帶電工藝分離顆?；旌衔锏某煞?。這種作業(yè)利用物料具有不同的摩擦帶電性能，在相互摩擦?xí)r這些物料帶上不同的電荷。BSS系統(tǒng)讓待分離的物料劇烈地接觸，然后借助強(qiáng)靜電場(chǎng)使物料成分(即產(chǎn)物顆粒和廢顆粒)按照它們各自的電荷分離。
圖1是BSS示范系統(tǒng)10的示意圖。這是一個(gè)已知的BSS系統(tǒng)。帶分離器系統(tǒng)10包括電極2、4、6，這些電極通常是固定的平行平板電極。在電極和傳送帶之間有電場(chǎng)存在。例如，如圖1所示電極2可以帶正電荷，而電極4、6帶負(fù)電荷，于是在電極2和電極4、6之間建立起電場(chǎng)。
在電極2和電極4、6之間是兩段(7和9)開(kāi)式網(wǎng)傳送帶8。傳送帶8的段7和段9按相反的方向運(yùn)動(dòng)輸送顆粒，并且從毗鄰電極4和6的加料區(qū)送入顆粒，入口的顆粒運(yùn)動(dòng)方向與毗鄰電極2并沿著電極2運(yùn)動(dòng)的顆粒的運(yùn)動(dòng)方向相反。傳送帶8的運(yùn)動(dòng)攪拌顆粒并且在電極2和電極4、6之間產(chǎn)生湍流區(qū)和高剪切區(qū)。這樣，在顆粒與顆粒之間產(chǎn)生劇烈的接觸并導(dǎo)致傳送帶8和顆粒兩者都帶上大量的靜電。在電場(chǎng)的作用下，帶正電荷的成分向電極4、6移動(dòng)，而荷負(fù)電荷的成分向電極2移動(dòng)。顆粒能夠在本質(zhì)上為開(kāi)式的網(wǎng)傳送帶之間移動(dòng)，并且在與傳送帶8接觸時(shí)顆粒在相反的方向上移動(dòng)，顆粒的移動(dòng)方向取決于它們所攜帶的電荷。這導(dǎo)致產(chǎn)物顆粒和廢顆粒(即攜帶相反電荷的顆粒)在相反的方向上流動(dòng)。在輸送顆粒時(shí)，顆粒繼續(xù)經(jīng)受攪拌、接觸和帶電。這種再次帶電導(dǎo)致向產(chǎn)物卸料區(qū)14或向廢顆粒卸料區(qū)12的輸送過(guò)程是繼續(xù)分離的過(guò)程，這兩個(gè)卸料區(qū)位于BSS裝置10的兩端。
混合物中顆粒產(chǎn)生的電荷的符號(hào)確定了吸引顆粒的電極的極性，所以也確定了傳送帶8攜帶顆粒移動(dòng)的方向。這個(gè)帶電符號(hào)是由材料的荷電親和力(the affinity for the charge)確定的，即由它的逸出功(從表面除去電子所需的能量)以及與其接觸的顆粒的逸出功確定。顆粒的逸出功也被稱作費(fèi)米能量(Fermi energy)。在兩個(gè)顆粒接觸時(shí)，逸出功較高的顆粒獲得電子，于是帶負(fù)電。例如，氧化物礦石顆粒的逸出功比較高，而煤顆粒的逸出功較低。因此，利用BSS系統(tǒng)10分離氧化物礦石顆粒和煤顆粒時(shí)，煤變成帶正電荷的的顆粒，而氧化物礦石顆粒變成帶負(fù)電荷的顆粒。所以，煤顆粒被負(fù)電極4和6吸引，而氧化物礦石顆粒被拉向正電極2。
參照?qǐng)D1，介紹在將氧化物礦石顆粒從煤中分離出去時(shí)BSS系統(tǒng)的正常作業(yè)模式。傳送帶在加料區(qū)16一側(cè)向下運(yùn)動(dòng)。毗鄰的電極4和6保持負(fù)電極性。用這樣的安排，帶正電的煤顆粒借助傳送帶向下移動(dòng)、送到產(chǎn)品卸料區(qū)14，而帶負(fù)電的氧化物礦石顆粒向上運(yùn)動(dòng)，被送到廢顆粒卸料區(qū)12。
通過(guò)改變傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向和電極2、4和6的極性，BSS裝置還可能有三種作業(yè)模式。在第二種模式中，傳送帶8以順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，而電極2、4、6保持圖1所述的極性。在第三種作業(yè)模式中，電極的極性與圖1所述的極性相反，而傳送帶8按逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。第四種作業(yè)模式的電極2、4、6的帶電極性與圖1所述極性相反，傳送帶作順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。圖1說(shuō)明的BSS系統(tǒng)的作業(yè)模式被稱之為棄負(fù)模式，而第二、三、四種模式分別被稱之為取負(fù)模式、棄正模式和取正模式。在分離時(shí)使用的具體安排取決于產(chǎn)品顆粒和廢顆粒的荷電性質(zhì)(即兩種顆粒的荷電符號(hào))。一般的說(shuō)，對(duì)于帶正電的產(chǎn)品顆粒，采用棄負(fù)模式是適當(dāng)?shù)模鴮?duì)于帶負(fù)電的顆粒，采用棄正模式是適當(dāng)?shù)摹?br>
由于傳送帶8在實(shí)現(xiàn)分離時(shí)建立起顆粒的反向流動(dòng)，所以必須允許顆粒在電場(chǎng)的作用下從一側(cè)顆粒流向另一側(cè)顆粒流轉(zhuǎn)移。所以，要求傳送帶對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡的干擾最小，因此希望傳送帶具有從本質(zhì)上說(shuō)是開(kāi)放的區(qū)域，即顆粒應(yīng)當(dāng)能夠通過(guò)該區(qū)域移動(dòng)。傳送帶還清掃電極2、4、6，并且提供機(jī)械能，以產(chǎn)生顆粒與顆粒之間的接觸并由此產(chǎn)生接觸帶電。因此，為了延長(zhǎng)使用壽命，組成傳送帶8的材料應(yīng)當(dāng)是耐磨材料，并且應(yīng)當(dāng)具有高強(qiáng)度和低摩擦系數(shù)。此外，由于傳送帶8與電極2、4、6接觸，所以它必須由不導(dǎo)電的材料制作，以避免電極4、6與電極2短路，或者對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生不利的影響。此外，傳送帶8在化學(xué)上應(yīng)當(dāng)能夠經(jīng)受得住裝置10的使用條件，并且在結(jié)構(gòu)上應(yīng)當(dāng)比較容易制造并且成本最低。
本發(fā)明包括擠出成形的傳送帶，該傳送帶可以在摩擦電序中具有期望的位置，以致在保持良好的耐磨性和良好的耐蠕變性的時(shí)候，使BSS裝置10的總性能和質(zhì)量均達(dá)到最佳。材料在摩擦電序中的位置是由該材料在與摩擦電序中的另一種材料摩擦產(chǎn)生的電荷的極性定義的。該材料在摩擦電序中的位置取決于其逸出功。表1列出了許多種材料以及它們?cè)谀Σ岭娦蛑械奈恢?。在這個(gè)表的基礎(chǔ)上，我們說(shuō)第一種材料在摩擦電序中的位置比第二種材料高指的是第二種材料比第一種材料更傾向于獲得負(fù)電荷。換言之，說(shuō)第一種材料在摩擦電序中的位置低于第二種材料，指的是在與第一種材料摩擦?xí)r，第二種材料更傾向于獲得正電。材料 極性密胺的氰尿酸鹽(melamine cyanurate)，乙烯二硬脂酰胺正氨基硅烷(aminosilane ↑尼龍，硅烷處理的滑石 芳族聚酰胺，硅烷處理的滑石未經(jīng)處理的滑石聚乙烯微-骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯(micro-reinforced PTFE)，含氟聚合物↓聚四氟乙烯負(fù)在BSS10中，每個(gè)單個(gè)的顆粒的表面積都比傳送帶8的表面積小得多，而傳送帶8的表面積又比所有的顆粒的表面積之和小得多。所以，傳送帶8的帶電性質(zhì)對(duì)于與傳送帶接觸的顆粒帶電影響比較小。但是通過(guò)顆粒與傳送帶接觸，傳送帶能夠變成帶電的，這種電荷對(duì)于電極2和電極4、6之間的電場(chǎng)具有相當(dāng)大的影響。例如，如果在氧化物礦石與煤分離期間傳送帶帶有負(fù)電荷，那么，煤顆粒上的正電荷在產(chǎn)品輸送區(qū)17中被傳送帶上的負(fù)電荷中和。這為電場(chǎng)破壞前的較高程度的電荷創(chuàng)造條件。反之，如果傳送帶8在棄物傳送區(qū)14中也攜帶負(fù)電荷，那么，較高程度的負(fù)電荷導(dǎo)致對(duì)棄物顆粒電暈帶電，從而污染產(chǎn)品。因此，本發(fā)明提供一種傳送帶8，該傳送帶的材料能夠具有經(jīng)巧妙處理的電極性符號(hào)，以與它在顆粒分離中的應(yīng)用相吻合。這要求傳送帶8采用某種工藝制作，這種工藝為傳送帶的材料性質(zhì)在寬范圍內(nèi)變化創(chuàng)造條件。
在制作用于BSS系統(tǒng)10的傳送帶時(shí)必須考慮另一個(gè)問(wèn)題，這就是傳送帶在使用時(shí)長(zhǎng)度的變化量。在BSS系統(tǒng)10運(yùn)作期間，傳送帶基本上有時(shí)會(huì)處于繃緊狀態(tài)。如果傳送帶的長(zhǎng)度比原始長(zhǎng)度增加大約5％，那么，傳送帶的松緊允度(the belt slack take-upallowance)和分離質(zhì)量?jī)烧咧换騼烧呖赡軙?huì)受到不利的影響。最后，傳送帶8的耐蠕變性能可能會(huì)限制它的壽命。所以，希望采用某種材料制作傳送帶，這種材料允許延長(zhǎng)傳送帶的運(yùn)行時(shí)間而且傳送帶的長(zhǎng)度不發(fā)生明顯的變化。本發(fā)明包括這樣的傳送帶。
迄今為止，編織的傳送帶已在BSS那樣的分離系統(tǒng)中應(yīng)用。該編織物往往是為機(jī)械應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，這類傳送帶在BSS應(yīng)用中表現(xiàn)出耐磨性能比較差。因此在使用中它們只能維持比較短的時(shí)間。此外，制造編織傳送帶的成本比較高，所花費(fèi)制造的時(shí)間也比較長(zhǎng)。制造編織傳送帶所用的材料變化范圍有限，這限制了傳送帶帶電特性(即在摩擦電序中的變化范圍)，從而導(dǎo)致分離質(zhì)量比較差。此外，編織傳送帶提供的開(kāi)放區(qū)域面積小于利用可擠出材料制造傳送帶能夠?qū)崿F(xiàn)的開(kāi)放區(qū)域面積。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，傳送帶的開(kāi)放區(qū)域至少是40％。在更好的實(shí)施方案中，傳送帶至少有70％的開(kāi)放區(qū)域。
本發(fā)明包括擠出聚合物(即主體聚合物)，還可以至少包括一種添加劑。為了與本發(fā)明不同的應(yīng)用目的，已經(jīng)制造出包括主體聚合物的含添加劑的或不含添加劑的擠出材料，但是，這些材料當(dāng)中許多材料尚未提供本發(fā)明的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。早期工藝揭示的某些多成分?jǐn)D出材料表現(xiàn)出比較差的耐蠕變性能。但是，按照本發(fā)明在文中揭示的材料能夠按標(biāo)準(zhǔn)的擠出工藝成形并且提供作為BSS傳送帶必要的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。按照本發(fā)明，選擇主體聚合物和添加劑，以使產(chǎn)品成為具有符合BSS裝置10需要的耐磨性能、耐蠕變性能、以及帶電性能的材料。此外，由于這種傳送帶包括可擠出材料，與編織傳送帶相比，大大地減少了成本和與生產(chǎn)相關(guān)的工作量。
依據(jù)本發(fā)明，可以使用單軸定向的、雙軸定向的、或不定向的聚合物。這些聚合物可以包括均聚物或者共聚物，這些聚合物可以是線性聚合物、枝化聚合物、或者是交聯(lián)聚合物。這些聚合物包括彈性體和塑性體兩類。文中所述“塑性體”指的是一類聚合物，這類聚合物在外力作用下經(jīng)受拉伸，在應(yīng)力釋放后聚合物基本上不恢復(fù)到原始形狀。文中所述“彈性體”指的是另一類聚合物，這類在外力作用下經(jīng)受拉伸，在應(yīng)力釋放后聚合物基本上恢復(fù)到原始形狀，如熱塑彈性體。依據(jù)本發(fā)明，聚合物還可以是熱固性聚合物。
本發(fā)明使用的聚合物最好是低成本聚合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，包括塑料在內(nèi)的聚合物是從中等結(jié)晶度的聚合物到高結(jié)晶度的聚合物。所謂中等結(jié)晶度至高結(jié)晶度指的是聚合物的結(jié)晶度至少是10％。在另一個(gè)較好的實(shí)施方案中，依據(jù)本發(fā)明的聚合物有接觸食物批準(zhǔn)(food contact approval)，即按照美國(guó)食品藥物管理局(FDA)的管理?xiàng)l例(如21C.F.R中的175.300，175.320，179.45或181.28)至少有一項(xiàng)符合規(guī)定。在又一個(gè)較好的實(shí)施方案中，聚合物表現(xiàn)出具有可擠出加工的性能。在文中可擠出加工性(extrusion processability)指的是該聚合物適合用市售的擠出設(shè)備加工。在一個(gè)較好的實(shí)施方案中，聚合物表現(xiàn)出高電阻率，這是指聚合物的電阻率至少是大約1010歐姆-厘米。
在摩擦電序中負(fù)電性比較強(qiáng)的已發(fā)現(xiàn)的聚合物當(dāng)中，可以用作主體聚合物的是聚烯烴，無(wú)論是均聚物還是共聚物，這些聚烯烴包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚丙烯、烯烴熱塑彈性體、烯烴揉曲體(flexomers)等。這些聚烯烴的分子量至少最好是12000。在較好的實(shí)施方案中，高密度聚乙烯作為主體聚合物。在本發(fā)明中可以作為主體聚合物的而且在摩擦電序中又是正電性比較強(qiáng)的聚合物包括聚酰胺的均聚物和共聚物，包括尼龍6、尼龍6，6、尼龍11、尼龍12和尼龍6，12。在較好的實(shí)施方案中，尼龍6作為主體聚合物。但是，在這里列出幾種主體聚合物的時(shí)候，顯然任何具有上述的符合需要的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的聚合物都可能成為主體聚合物。這些聚合物的分子量最好至少是5000。
如果在主體聚合物中使用添加劑，選擇添加劑的基礎(chǔ)是它們的化學(xué)和物理性質(zhì)。添加劑(一種或多種)最好與主體聚合物相容，這就是說(shuō)添加劑在主體聚合物中的分散是可以調(diào)整的，以便滿足對(duì)給定的傳送帶材料的性能要求。在一種較好的實(shí)施方案中，一種或多種添加劑提供了耐磨性方面的優(yōu)勢(shì)。在另一種較好的實(shí)施方案中，一種或多種添加劑提供了帶電性能方面的優(yōu)勢(shì)。在第三種較好的實(shí)施方案中，一種或多種添加劑提供了耐蠕變性能方面的優(yōu)勢(shì)。由于材料的耐蠕變性能往往取決于材料溫度，所以添加劑可以通過(guò)提高材料的導(dǎo)熱系數(shù)，從而降低傳送帶的工作溫度來(lái)提供在耐蠕變性能方面的優(yōu)勢(shì)。在第四種較好的實(shí)施方案中，一種或多種添加劑在材料的耐磨性、耐蠕變性能、以及帶電性能方面提供了優(yōu)勢(shì)。添加劑的帶電性能可以用添加劑在摩擦電序中的相對(duì)位置來(lái)度量。添加劑應(yīng)當(dāng)按預(yù)計(jì)的方式分散在傳送帶之中，以使傳送帶的耐磨性和帶電性能按符合需要的方式得到改進(jìn)。例如，在本發(fā)明的一個(gè)較好方案中，添加劑應(yīng)當(dāng)均勻地分散在主體聚合物中，提供傳送帶在其整個(gè)壽命期間的耐磨性和帶電性。在本發(fā)明的另一個(gè)較好的實(shí)施方案中，添加劑應(yīng)當(dāng)優(yōu)先偏集到主體聚合物的表面，以便最佳地向傳送帶提供符合需要的耐磨性和帶電性能。含氟聚合物、超高分子量的聚乙烯、芳族聚酰胺、無(wú)機(jī)填充物(如滑石或表面涂敷的滑石)、乙烯二硬脂酰胺、密胺的氰尿酸鹽(melamine cyanurate)、微-骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯(micro-reinforced PTFE)以及含氨基的化合物(如氨基硅烷(aminosilane))均在可用于上述主體聚合物的添加劑之列。
選擇添加劑的基礎(chǔ)是添加劑的化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)和帶電性質(zhì)，并且考慮主體聚合物的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)以及待完成的分離任務(wù)。例如，可能需要一條傳送帶，要求其組成材料具有較強(qiáng)的負(fù)電性，就象上述的分離煤中的氧化物所作的解釋一樣。所以HDPE可能被選中作為主體聚合物，因?yàn)樗谀Σ岭娦蛑斜憩F(xiàn)出比較強(qiáng)的負(fù)電性。含氟聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)，可能被用作填料，因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)它的負(fù)電性也比較強(qiáng)。此外，PTFE本身具有良好的耐磨性。因此這種充填了PTFE的HDPE傳送帶包括一種在摩擦電序中低于HDPE的材料。這種材料與未加填料的HDPE相比還表現(xiàn)出更高的耐磨性能，因此，在改進(jìn)分離的同時(shí)傳送帶更耐用更耐磨。另一方面，已知碳酸鈣的逸出功較低，因此在摩擦?xí)r和用BSS分離時(shí)它帶正電。所以，為了將混合物中的碳酸鈣與雜質(zhì)分開(kāi)，用一條正電性的傳送帶可能比較好。尼龍6在摩擦電序中處于正電性比較強(qiáng)的一端，而密胺的氰尿酸鹽也出現(xiàn)在摩擦電序中正電性比較強(qiáng)的位置，所以，用尼龍6作主體聚合物用密胺的氰尿酸鹽作添加劑，傳送帶將包括一種在摩擦電序中位置高于尼龍6的材料。與使用未充填的尼龍6相比，這將導(dǎo)致碳酸鈣更好地分離。此外，密胺的氰尿酸鹽是一種堅(jiān)硬的結(jié)晶物質(zhì)，它賦予傳送帶增強(qiáng)的耐磨性能，允許延長(zhǎng)傳送帶使用時(shí)間。
由于每種添加劑有其本身的帶電性能和耐磨性能，借助于改變主體聚合物中的添加劑，傳送帶的耐磨性能和帶電性能可以在很寬的范圍上變化，這為利用有這種傳送帶的BSS裝置完成各式各樣的分離任務(wù)創(chuàng)造了條件。例如，可以將添加劑分散在HDPE之中，以便創(chuàng)造一種在摩擦電序中高于或低于未充填的HDPE的材料，高低之分取決于添加劑在摩擦電序中究竟是高于HDPE還是低于HDPE。另一方面，添加劑也可以分散在尼龍6之中，以便生產(chǎn)出一種在摩擦電序中高于或低于未充填的尼龍6的材料，高低之分取決于添加劑在摩擦電序中究竟是高于尼龍6還是低于尼龍6。此外，如果主體聚合物和添加劑在摩擦電序中出現(xiàn)在相反的區(qū)段上，適量地添加添加劑，可以使最終材料在摩擦電序中出現(xiàn)在與主體聚合物相反的區(qū)段上。正電性的可擠出聚合物往往比負(fù)電性的可擠出聚合物價(jià)格昂貴，所以本發(fā)明為獲得正電性的傳送帶提供了一種低成本的途徑。
利用由包括主體聚合物和添加劑的可擠出材料制作的傳送帶，BSS裝置能夠令人滿意地分離各種各樣的混合物，包括滑石、面粉、碳酸鈣、飄塵、長(zhǎng)石、回收的塑料、生物大分子和與之相關(guān)的雜質(zhì)。在授權(quán)給Whitlock的美國(guó)專利4,874,507和4,839,032中揭示了能夠分離的成分的詳細(xì)情況。下面以實(shí)施例揭示本發(fā)明的較好的實(shí)施方案。在本發(fā)明所有的實(shí)施方案中，傳送帶可以采用定向的材料也可以采用非定向的材料，傳送帶可以用已知的擠出技術(shù)制作，例如可以采用旋轉(zhuǎn)模頭或固定模頭為基礎(chǔ)的結(jié)網(wǎng)工藝、可以在單軸定向或雙軸定向的擠出片上打孔、以及采用取決于傳送帶材料取向的等價(jià)技術(shù)。用于擠制本發(fā)明的傳送帶的其他擠出技術(shù)包括在授權(quán)給Galt的美國(guó)專利3,384,692中揭示的那些技術(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，盡管給出了一些擠出技術(shù)的實(shí)例，但是任何已知的擠出技術(shù)都能夠用于擠出本發(fā)明的傳送帶。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例實(shí)施例1主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是OccidentalChemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑四氟乙烯-六氟丙烯-乙烯叉氟的三聚物。牌號(hào)為T(mén)HV500的氟塑料顆粒，來(lái)自3M公司(3M in St.Paul Minnesota)，THV是3M公司的注冊(cè)商標(biāo)。
在作為混合物加工并且從熔融態(tài)冷卻時(shí)，THV500氟塑料相與HDPE分離，因此，最終材料具有均勻分散在HDPE當(dāng)中的THV微結(jié)構(gòu)。由于相容性，THV的熔融性質(zhì)和負(fù)電性取決于在聚合物中存在的氟的相對(duì)量，選擇不同品種的THV為獨(dú)特的結(jié)構(gòu)創(chuàng)造條件，從而獲得符合需要的寬闊的耐磨性范圍。此外，由于THV氟塑料是負(fù)電性的，所以，最終材料的總負(fù)電性大于單獨(dú)的HDPE。在最終材料中，THV的含量從大約1wt％至30wt％(重量百分比，下同)是比較好的，該含量從2wt％至20wt％更好，該含量從5wt％至15wt％最好。在一個(gè)較好的實(shí)施方案中，選用的THV品種在HDPE的擠出溫度下部分熔融或全部熔融，這為在結(jié)晶前THV均勻地分散在HDPE熔體中創(chuàng)造了條件。這有利于控制冷卻后THV在最終產(chǎn)品中的微分散。
實(shí)施例2主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)粉末，來(lái)自Hoechst(Celanese)HostalenGUR公司(available from Hoechst(Celanese)HostalenGUR in Houston，Texas)。
UHMWPE是一種負(fù)電性材料，因此，在添加到HDPE中之后，最終材料具有與未充填的HDPE相似的負(fù)電性。UHMWPE以松散易碎的粉末形式或者以球形粒的形式添加到HDPE之中。當(dāng)UHMWPE以松散易碎的粉末形式添加到HDPE之中時(shí)，最終材料是一種包括彼此相容的多種成分的材料，UHMWPE遍布在該材料之中。當(dāng)UHMWPE以球形粒的形式添加到HDPE之中時(shí)，最終材料具有均勻分散在HDPE之中的UHMWPE的微珠。將UHMWPE粉末在升高的溫度下放進(jìn)高表面張力的液態(tài)基體之中，在UHMWPE與該液體不混溶的條件下，可以形成UHMWPE的微珠。在這些條件下，在UHMWPE與液體之間界面上的界面張力使UHMWPE形成微珠。當(dāng)這些UHMWPE微珠被用作添加劑時(shí)，它們可以均勻地分散在HDPE之中，從而使最終材料具有耐磨性且在摩擦電序中處于負(fù)電性位置。在這兩者形式下，在最終材料中UHMWPE的含量從大約1wt％至大約30wt％是比較好的，該含量從大約5wt％至大約25wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例3主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑芳族聚酰胺，1.5mm的短纖維，牌號(hào)Kevlar，來(lái)自Du Pont化學(xué)公司(Du Pont Chemical in Wilmington，Delaware)。Kevlar是Du Pont化學(xué)公司的注冊(cè)商標(biāo)。
由于Kevlar是一種聚酰胺，它出現(xiàn)在摩擦電序的正電性一端。因此，當(dāng)Kevlar被添加到HDPE中時(shí)，最終材料的帶電性能在摩擦電序中處于高于未充填的HDPE的位置。此外，Kevlar大大提高了最終材料在升高的溫度下的化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)度和耐蠕變性。它還賦予最終材料非常好的耐磨性。在最終材料中Kevlar的含量從大約1wt％至大約25wt％是比較好的，該含量從大約5wt％至大約25wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例4主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑表面經(jīng)過(guò)預(yù)處理的滑石，牌號(hào)Microtuff F，來(lái)自Specialty礦產(chǎn)公司(Specialty Minerals in New York，New York)。Microtuff F是Specilty礦產(chǎn)公司的注冊(cè)商標(biāo)。
Microtuff F堅(jiān)硬、滑溜，它的表面/體積比高，而且是為擠出材料設(shè)計(jì)的。所以這種添加劑提高最終材料的剛度、強(qiáng)度和總的耐磨性。此外，Microtuff F還改進(jìn)了最終材料的耐蠕變性能。由于Microtuff F是一種無(wú)機(jī)填充物，材料的整體熱傳導(dǎo)率高于未充填的HDPE。在最終材料中Microtuff F的含量從大約1wt％至大約50wt％是比較好的，該含量從大約10wt％至大約40wt％更好，該含量從大約15wt％至大約35wt％最好。
實(shí)施例5主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
填料PTFE，牌號(hào)Teflon的MP 1600級(jí)產(chǎn)品，來(lái)自Du Pont化學(xué)公司(Du Pont Chemical in Wilmington，Delaware)。Teflon是Du Pont化學(xué)公司的注冊(cè)商標(biāo)。
由于HDPE和Teflon兩者都處于摩擦電序的負(fù)電性一端，所以使用Teflon作為HDPE的添加劑生產(chǎn)的最終材料在摩擦電序中的位置類似于未充填的HDPE。此外，Teflon與大多數(shù)聚合物不同，在滑動(dòng)摩擦過(guò)程中它表現(xiàn)出內(nèi)聚強(qiáng)度低并且被涂敷在配合表面，因此摩擦系數(shù)低。所以，用Teflon作填料提高了最終材料的耐磨性能。在最終材料中Teflon的含量從大約1wt％至大約30wt％是比較好的，該含量從大約5wt％至大約20wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例 6主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑乙撐二硬脂酰胺，牌號(hào)Acrawax C，來(lái)自Lonza公司(Lonza in Fair Lawn，New Jersey)。Acrawax C是Lonza公司的注冊(cè)商標(biāo)。
作為一種酰胺，Acrawax C在摩擦電序中位于正電性一端，并且在它以充足的量用作HDPE的添加劑時(shí)，最終材料在摩擦電序中的位置高于未充填的HDPE。此外，與其他通用的酰胺類抗靜電劑和內(nèi)潤(rùn)滑劑相比，Acrawax C價(jià)格低、無(wú)色、毒性低、吸濕性低以及在聚烯烴中遷移比較少或遷移比較緩慢。為了使Acrawax C均勻地分散在HDPE之中，可以對(duì)Acrawax C進(jìn)行處理，使添加劑的表面敷霜(surface blooming)最小并保持表面的帶電性能。在最終材料中Acrawax C的含量從0.05wt％至大約10wt％是比較好的，該含量從大約0.08wt％至大約8wt％更好，該含量從大約0.1wt％至大約3wt％最好。
實(shí)施例 7主體聚合物尼龍6，牌號(hào)Ultramid，來(lái)自BASF公司(BASFin Parsippany，New Jersey)。Ultramid是BASF公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑PTFE，牌號(hào)為T(mén)eflon，MP 1600級(jí)產(chǎn)品，來(lái)自Du Pont化學(xué)公司(Du Pont Chemical in Wilmington，Delaware)。Teflon是Du Pont化學(xué)公司的注冊(cè)商標(biāo)。
尼龍6在摩擦電序中處于正電性段，而Teflon在摩擦電序中處于負(fù)電生區(qū)。所以，用Teflon作為尼龍6的添加劑生產(chǎn)出的最終材料在摩擦電序中低于未充填的尼龍6。此外，Teflon提高了最終材料的耐磨性能。在最終材料中Teflon的含量從大約1wt％至大約30wt％是比較好的，該含量從大約5wt％至大約20wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例8主體聚合物尼龍6，牌號(hào)Ultramid，來(lái)自BASF公司(BASFin Parsippany，New Jersey)。Ultramid是BASF公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑1.5mm的短纖維，牌號(hào)Kevlar，來(lái)自Du Pont化學(xué)公司(Du Pont Chemical in Wilmington，Delaware)。Kevlar是DuPont化學(xué)公司的注冊(cè)商標(biāo)。
利用Kevlar作添加劑將大大提高最終材料在升高的溫度下的化學(xué)穩(wěn)定性。Kevlar除了大大提高化學(xué)穩(wěn)定性之外，還大大提高了最終材料的強(qiáng)度和耐蠕變性能。因?yàn)镵evlar處于摩擦電序的正電性部分，用它作為尼龍6的添加劑生產(chǎn)出的最終材料在摩擦電序中的位置高于未充填的尼龍6。在最終材料中Kevlar的含量從大約1wt％至大約25wt％是比較好的，該含量從大約5wt％至大約25wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例 9主體聚合物尼龍6，牌號(hào)Ultramid，來(lái)自BASF公司(BASFin Parsippany，New Jersey)。Ultramid是BASF公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑乙撐二硬脂酰胺(EBS)，牌號(hào)Acrawax C，來(lái)自Lonza公司(Lonza in Fair Lawn，New Jersey)。Acrawax C是Lonza公司的注冊(cè)商標(biāo)。
Acrawax C在摩擦電序中出現(xiàn)在正電性段，因此，用AcrawaxC作為尼龍6的添加劑生產(chǎn)的最終材料在摩擦電序中的位置比未充填尼龍6高。此外，Acrawax C價(jià)格低、無(wú)色、毒性低、吸濕性低以及在聚烯烴中不遷移或遷移比較緩慢。Acrawax C能夠均勻地分散在主體聚合物之中，并且由于EBS是一種光滑的材料，所以最終材料的耐磨性能得到提高。Acrawax C在最終材料中的含量從0.05wt％至大約10wt％是比較好的，該含量從大約0.08wt％至大約8wt％更好，該含量從大約0.1wt％至大約3wt％最好。
實(shí)施例 10主體聚合物尼龍6，牌號(hào)Ultramid，來(lái)自BASF公司(BASFin Parsippany，New Jersey)。Ultramid是BASF公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑密胺的氰尿酸鹽，來(lái)自Chemic Linz公司(ChemicLinz Ridgefield Park，New Jersey)。
密胺的氰尿酸鹽是一種氨基豐富的化合物，是一種高溫穩(wěn)定的化合物，市售產(chǎn)品是一種組成穩(wěn)定的超細(xì)粉末(小于5微米)，并且其毒性低于其他的密胺衍生物。與其他的氨基基團(tuán)含量高的密胺化合物相比，它的吸濕性低，水溶性也低。它還是一種堅(jiān)硬的晶體材料，因此當(dāng)它作為尼龍6的添加劑時(shí)最終材料的耐磨性得到提高。密胺的氰尿酸鹽在摩擦電序中處于正電性段中，所以在用作尼龍塑料或彈性體的添加劑時(shí)，最終材料在摩擦電序中的位置高于未充填的尼龍6。在最終材料中密胺的氰尿酸鹽的含量從大約1wt％至大約30wt％是比較好的，該含量從大約5wt％至大約25wt％更好，該含量從大約10wt％至大約25wt％最好。
實(shí)施例11主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯(micro-reinforced PTFE)，它由尺寸為B級(jí)的E類磨碎的玻璃纖維分散在MP1600級(jí)的Teflon中組成，前者由俄亥俄州的Owens Corning Fiberglas公司(OwensCorning Fiberglas in Toledo，Ohio)提供，后者由Du Pond公司(DuPont in Wilmington，Delaware)提供。
微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯作為一種減少摩擦的添加劑用于HDPE，以便獲得均勻分散了添加劑的HDPE。對(duì)分散的減少摩擦的添加劑的機(jī)械補(bǔ)強(qiáng)通過(guò)提高添加劑在主體聚合物中的壽命增加最終材料的耐磨性能。在一個(gè)較好的實(shí)施方案中，微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯包括來(lái)自Du Pont公司的MP 1600級(jí)的Teflon，它與尺寸為B級(jí)的E類磨碎的玻璃纖維混合。在最終材料中微骨架增強(qiáng)的Teflon的含量從大約1wt％至大約30wt％是比較好的，該含量從大約10wt％至大約25wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例12主體聚合物尼龍6，牌號(hào)Ultramid，來(lái)自BASF公司(BASFin Parsippany，New Jersey)。Ultramid是BASF公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯(micro-reinforced PTFE)，它由尺寸為B級(jí)的E類磨碎的玻璃纖維分散在MP1600級(jí)的Teflon粉末中組成，前者由Owens Corning Fiberglas公司(Owens CorningFiberglas in Toledo，Ohio)提供，后者由Du Pond公司(Du Pont inWilmington，Delaware)提供。
微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯作為一種減少摩擦的添加劑用于尼龍6，以便獲得在尼龍6中均勻分散的添加劑。對(duì)分散的減少摩擦的添加劑的機(jī)械補(bǔ)強(qiáng)通過(guò)提高添加劑在主體聚合物中的壽命增加最終材料的耐磨性能。在一個(gè)較好的實(shí)施方案中，微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯包括來(lái)自Du Pont公司的MP1600級(jí)的Teflon，它與尺寸為B級(jí)的E類磨碎的玻璃纖維混合。在最終材料中微骨架增強(qiáng)的聚四氟乙烯含量從大約1wt％至大約30wt％是比較好的，該含量從大約10wt％至大約25wt％更好，該含量從大約10wt％至大約20wt％最好。
實(shí)施例13主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
添加劑氨基硅烷耦聯(lián)劑，牌號(hào)Z-6020，來(lái)自Dow Corning公司(Dow Corning in Midland，Michigan)。Z-6020是DowCorning公司的注冊(cè)商標(biāo)。
這種添加劑是一種低分子量的含氨基的添加劑，其表面敷霜少，以避免在傳送帶摩擦?xí)r，降低傳送帶的分離性能。Z-6020在摩擦電序中位于正電性一端，當(dāng)它作為添加劑與HDPE一起使用時(shí)，最終材料在摩擦電序中的位置高于未充填的HDPE。在最終材料中該添加劑的含量從大約0.05wt％至大約10wt％是比較好的，該含量從大約0.08wt％至大約2wt％更好，該含量從大約0.1wt％至大約0.5wt％最好。
實(shí)施例14主體聚合物HDPE，牌號(hào)Alathon，來(lái)自O(shè)ccidental Chemical公司(Occidental Chemical in Dallas，Texas)，Alathon是Occidental Chemical公司的注冊(cè)商標(biāo)。
如在摩擦電序中的位置所表明的那樣，HDPE是一種負(fù)電性材料。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中選用的HDPE應(yīng)當(dāng)具有下述性能摩擦系數(shù)低于0.4；抗張模量介于100,000 p.s.i.至1,000,000 p.s.i.之間，抗張強(qiáng)度至少是2,500p.s.i.，并且耐磨性PV極限值至少是1,000p.s.i.-ft/min。此外，HDPE還應(yīng)當(dāng)具有一定的耐蠕變性能，即在室溫和1,000p.s.i.的作用力下，10小時(shí)之后蠕變不超過(guò)5％，以及熔融指數(shù)不超過(guò)10，最好從0.1z至5。HDPE是耐酸、耐溶劑和耐堿的。它還耐潮濕。此外，HDPE是耐磨的，其摩擦系數(shù)低，并且容易擠到網(wǎng)中。它是滑溜的，并且有一定的強(qiáng)度。HDPE可以做成定向的或不定向的擠出網(wǎng)或者穿孔片。
實(shí)施例15主體聚合物尼龍6，牌號(hào)Ultramid，來(lái)自BASF公司(BASFin Parsippany，New Jersey)。Ultramid是BASF公司的注冊(cè)商標(biāo)。
如在摩擦電序中的位置所表明的那樣，尼龍6是一種正電性材料。依據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案使用的尼龍6應(yīng)當(dāng)具有下述性能摩擦系數(shù)低于0.5；抗張模量介于100,000 p.s.i.至1,000,000 p.s.i.之間，抗張強(qiáng)度至少是2,500p.s.i.，并且耐磨性PV極限值至少是1,000p.s.i.-ft/min。此外，尼龍6還應(yīng)當(dāng)具有一定的耐蠕變性能，即在室溫和1,000p.s.i.的作用力下，10小時(shí)之后蠕變不超過(guò)5％。尼龍6是耐溶劑的，并且在環(huán)境高溫以上具有高強(qiáng)度。
在此已經(jīng)介紹了若干個(gè)本發(fā)明的實(shí)施方案，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)的人員來(lái)講，各種各樣的替代方案、修正方案和改進(jìn)方案是明顯的。這些替代方案、修正方案和改進(jìn)方案都可能是這項(xiàng)發(fā)明的一部分，屬于本發(fā)明的精髓的范圍之內(nèi)。因此上述的說(shuō)明僅僅是用實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明，絕無(wú)限制本發(fā)明的傾向。本發(fā)明只受權(quán)利要求書(shū)的限制。
權(quán)利要求
1. 一種傳送帶，該傳送帶在摩擦電序中具有預(yù)定的位置，該傳送帶包括主體聚合物，它在摩擦電序中處于第一位置，以及添加劑，它在摩擦電序中處于第二位置，該添加劑分散在主體聚合物之中，以使傳送帶在摩擦電序中處于預(yù)定的位置，并且使傳送帶能夠采用擠出加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述添加劑分散在主體聚合物之內(nèi)，以致傳送帶在摩擦電序中的預(yù)定位置低于主體聚合物在摩擦電序中的第一位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述添加劑分散在主體聚合物之內(nèi)，以致傳送帶在摩擦電序中的預(yù)定位置高于主體聚合物在摩擦電序中的第一位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述主體聚合物至少包括一種烯烴單體的聚合產(chǎn)物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述主體聚合物至少包括含有一種酰胺鍵的聚合產(chǎn)物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述添加劑從下述一組物質(zhì)中選擇含氟聚合物、超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)、微骨架增強(qiáng)的含氟聚合物以及它們的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述添加劑從下述一組物質(zhì)中選擇密胺的氰尿酸鹽、含氨基的化合物以及它們的混合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述主體聚合物包括HDPE，添加劑包括PTFE，并且添加劑在傳送帶中的重量百分比從大約1％至大約30％。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述主體聚合物包括HDPE，添加劑包括UHMWPE，并且UHMWPE在傳送帶中的重量百分比從大約1％至大約30％。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送帶，其中所述主體聚合物包括尼龍6，添加劑包括密胺的氰尿酸鹽，并且密胺的氰尿酸鹽在傳送帶中的重量百分比從大約1％至大約30％。
全文摘要
改進(jìn)的傳送帶由主體聚合物和添加劑組成,該傳送帶用于帶分離系統(tǒng)。這種傳送帶是用擠出工藝制作的。對(duì)主體聚合物和添加劑進(jìn)行選擇從而得到具有所需的化學(xué)和物理性能的傳送帶。
文檔編號(hào)C08K5/3492GK1177362SQ96192327
公開(kāi)日1998年3月25日 申請(qǐng)日期1996年2月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月3日
發(fā)明者大衛(wèi)·R·懷特洛克, 詹姆斯·L·拉希茨, 菲利浦·S·卡萊得 申請(qǐng)人:分離技術(shù)公司