專利名稱：一種微納粉體混和及表面改性的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微納粉體混和及表面改性的設(shè)備。主要用于將幾種微 納粉體均勻連續(xù)混和，同時(shí)進(jìn)行顆粒表面活化、改性處理，從而制備微納復(fù)合粉 體，也可用于對(duì)某種微納粉體進(jìn)行表面改性。是一種微納粉體的干法加工設(shè)備。
二背景技術(shù)：
中國(guó)現(xiàn)有粉體表面改性設(shè)備，大多從化工機(jī)械借用過來，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、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
1. 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。
2. 升溫慢，改性時(shí)間長(zhǎng)，相反改性劑用量大，改性效果差。
3. 比較而言，高冷攪機(jī)組價(jià)格低、耐用、易操作、改性效果好。
4. 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。從90年代開始至今，已經(jīng)取得階段性成果。這些階段成果包含兩個(gè)方面
1. 引進(jìn)國(guó)外連續(xù)改性機(jī)型。
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，無粉塵污染，且表面改性劑用量少，包覆率 高等特點(diǎn)。
2) 、復(fù)合式粉體連續(xù)改性系統(tǒng)
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。
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(yáng)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)。
2. 對(duì)高冷攪機(jī)組進(jìn)行改革。
1)半自動(dòng)化強(qiáng)烈混合改性機(jī)組。由四川大學(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)(型號(hào)BMD~1000)微粉改性機(jī)組。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)，已生產(chǎn)出2L+6L實(shí)驗(yàn)室機(jī)組，并申請(qǐng)了國(guó)家專利。
上述設(shè)備，無論是混合設(shè)備也好，改性設(shè)備也好，都有一個(gè)共同的不足， 都不能同時(shí)進(jìn)行幾種粉體的混和及粉體顆粒表面改性處理，從而制備復(fù)合粉體。 尤其沒有用于微米-微米復(fù)合粉體、微米-納米復(fù)合粉體、納米-納米復(fù)合粉體的 混和及表面改性處理設(shè)備，達(dá)到既能使微納粉體充分混和均勻，又同時(shí)進(jìn)行顆 粒表面處理的目的，從而制備微納復(fù)合粉體。
為了闡述簡(jiǎn)明，微米-微米復(fù)合粉體、微米-納米復(fù)合粉體、納米-納米復(fù)合 粉體統(tǒng)稱為微納復(fù)合粉體。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的不足，提供一種方法與設(shè)備，實(shí) 現(xiàn)對(duì)一種或多種微納粉體進(jìn)行連續(xù)均勻混和，同時(shí)進(jìn)行表面改性處理的目的。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
釆用一組或多組螺旋下料裝置同時(shí)下料，用一種經(jīng)預(yù)處理的帶壓氣體作為 載氣，將一種或多種微納粉體噴射入混和室底部，在圓筒形混和室內(nèi)形成沿某 個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的高速混流，與混和室內(nèi)攪拌葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，形成強(qiáng)烈紊流； 將表面處理劑稀釋后用定量高壓脈沖發(fā)射裝置噴射送入混和室；利用混和室內(nèi) 的強(qiáng)烈紊流，使微納粉體顆粒、細(xì)微表面處理劑霧氣粒子在強(qiáng)烈紊流中無規(guī)則 的激烈竄動(dòng)、摩擦、分散，在機(jī)械力、磁力、及表面改性劑的共同作用下，活 性的粉體表面與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、附著、鍵合，以實(shí)現(xiàn)微納粉體連續(xù)混和、 表面改性處理。
粉體充分混和及表面改性之后，利用粉塵收集器收集復(fù)合粉體，并通過減 壓或控制溫度等方法對(duì)表面改性劑溶劑進(jìn)行無害化處理后抽除，從而制得所需 要的微納粉體或微納復(fù)合粉體。
具體特征是主機(jī)體(13)由外筒體(31)、筒體(34)、密封墊(09)、機(jī) 蓋(08)、混和室底板(64)組成，固定在機(jī)座(14)上；中底部設(shè)有豎立的攪 拌器(32)，混和室(33)從下而上設(shè)有二層或多層以一定角度進(jìn)入的噴嘴(16)、 (28);中部設(shè)有二組以上螺旋分布的折流槳(30)，中下部設(shè)有與定量高壓脈 沖發(fā)射裝置(07 )相連的霧化器(29 )，把表面處理劑霧化后噴射送入混和室(33 ); 沿主機(jī)體(13)外圍設(shè)有一組或多組螺旋下料裝置(01)，用下料調(diào)速電機(jī)(37) 控制各組分的下料量；把高速氣體依次導(dǎo)入下料管(43)底部、送料管(15)、 噴料嘴(16)進(jìn)入混和室(33);利用攪拌器(32)旋轉(zhuǎn)與噴料嘴(16)射來的 帶微納粉體顆粒的高速混流產(chǎn)生相向旋流，在折流槳(30)的共同作用下形成紊 流，并通過調(diào)節(jié)攪拌葉輪(69)轉(zhuǎn)速和高速混流流量來控制紊流激烈強(qiáng)度，控 制混和質(zhì)量。主機(jī)體(13)夾層中配有調(diào)溫器(26)、保溫層(35)，可調(diào)節(jié)工 作溫度；表面設(shè)有觀察孔(12)、調(diào)溫器接頭(04)出口。四

本發(fā)明主要由螺旋下料裝置(01)、主機(jī)體(19)、高壓脈沖發(fā)射裝置(11) 三部分組成。
圖1為本發(fā)明的工藝設(shè)備正面圖，其中(01)螺旋下料裝置；(02)電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥A; (03)總壓力風(fēng)管；(04)高溫器接頭；(05)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥B; (06)送 風(fēng)管；(07)高壓脈沖發(fā)生裝置；(08)機(jī)蓋；(09)密封墊；(10)出料口； (11) 熱電偶；(12)觀察孔；(13)主機(jī)體；(14)機(jī)座；(15)送料管。
圖2為本發(fā)明的主機(jī)體剖面圖，其中(16)噴料嘴；(17)支架板；(18) 機(jī)架；(19)下環(huán)形管；(20)調(diào)溫工質(zhì)出口B; (21)調(diào)溫工質(zhì)進(jìn)口B; (22)調(diào) 溫工質(zhì)出口A; (23)調(diào)溫工質(zhì)進(jìn)口A; (24)法蘭；(25)調(diào)溫器支架；(26)調(diào) 溫器；(27)上環(huán)形管；(28)噴嘴；(29)霧化器；(30)折流槳；(31)外筒體; (32)攪拌器；(33)混和室；(34)筒體；(35)保溫層；(36)調(diào)速電機(jī)。 圖3為本發(fā)明的螺旋下料裝置示意圖，其中(37)下料調(diào)速電機(jī)；(38) 機(jī)座上板；(39)立式螺旋絞輪；(40)下料斗；(41)密封蓋B; (42)軸承B; (43)下料管；(44)軸承A; (45)密封蓋A; (46)聯(lián)軸器B; (47)減速機(jī)； (48)聯(lián)軸器A。
圖4為本發(fā)明的高壓脈沖發(fā)生裝置示意圖，其中(49)增壓泵；(50)箱 體；(51)聯(lián)軸器C; (52)立式電動(dòng)機(jī)；(53)調(diào)溫計(jì)量密封罐；(54)溫度表； (55)針型閥A; (56)高壓管；(57)壓力表；(58)針型閥B; (59)箱體法蘭； (60)固定板；(61)脈沖閥；(62)蓄能器。
圖5為本發(fā)明的攪拌器示意圖，其中(63)聯(lián)軸器B; (64)混和室底板； (65)套筒；(66)軸承A; (67)密封蓋A; (68)圓頭螺母；(69)攪拌葉輪；
(70)主軸；(71)軸承B; (72)密封蓋B。
本發(fā)明的有益效果是可以將一種微納粉體攪拌均勻及表面改性處理，也
可以將多組微納粉體進(jìn)行連續(xù)均勻混合，同時(shí)進(jìn)行粉體顆粒表面改性處理，制 備微納粉體或微納復(fù)合粉體，粉體混和與顆粒表面改性一次完成。特別是多組 分粉體在充分分散混和并得到有效表面處理后，有助于粉體在其他基材中的均
勻分散，降低粉體加入基材后對(duì)基材物理機(jī)械性能的影響；本設(shè)備自動(dòng)化程度
高，可用微電腦實(shí)行全程自動(dòng)控制，結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，工作壓力低，混 和室氣密性好，無"三廢"排放。 五具體實(shí)施例方式
l.螺旋下料裝置(01)，見圖3。 螺旋下料裝置(01)的技術(shù)方案是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(A2)、送風(fēng)管(06)、下料 管(43)、送料管(15)、噴料嘴(16)相通；立式螺旋絞輪(39)、下料斗(40)、 密封蓋(B41)、軸承(B42)、下料管(43)、送料管(15)、軸承(A44)、密封 蓋(A45)、聯(lián)軸器(B46)、減速機(jī)(47)、聯(lián)軸器(A48)、下料調(diào)速電機(jī)(37)依次相連，減速機(jī)(47)、下料調(diào)速電機(jī)(37)固定在支架板(17)上。立式螺 旋絞輪(39)豎立裝配在下料管(43)內(nèi)，由下料調(diào)速電機(jī)(37)通過聯(lián)軸器A (48)帶動(dòng)減速機(jī)(47)轉(zhuǎn)動(dòng)。下料斗(40)通過下料管(43)上的法蘭固定 在機(jī)座上板(38)上；通過控制下料調(diào)速電機(jī)(37)轉(zhuǎn)速控制下料量。由立式 螺旋絞輪(39)帶下來的粉體落入送料管(15)，利用帶壓氣流經(jīng)噴料嘴(16) 射入混和室(33)。螺旋下料裝置(01)可以是一組，也可以是多組。
2. 主機(jī)體(13)部分，見圖1、圖2
主機(jī)體13部分的技術(shù)方案是主機(jī)體(13)是由外筒體(31)、筒體(34)、 密封墊(09)、機(jī)蓋(08)、混和室底板(64)組成，固定在機(jī)座(14)上，中 間夾有保溫層(35)和安在筒體(34)外壁的調(diào)溫器(26)，筒體(34)內(nèi)腔是 混和室(33)，熱電偶(11)穿過外筒體(31)、筒體(34)插入混和室(33) 中部，通過調(diào)溫器(26)管內(nèi)工作介質(zhì)、熱電偶(11)的反應(yīng)，控制混和室(33) 的工作溫度；筒體(34)內(nèi)壁中部設(shè)有二層以上折流槳(31);其下部以一定角 度均布的三個(gè)噴料嘴(16)向內(nèi)進(jìn)入混和室(33)，外圍與下環(huán)形管(19)、送 料管(15)相接；高壓脈沖裝置(07)通過高壓管進(jìn)入霧化器(29)，在混和室 (33)中下部噴射表面處理劑細(xì)霧；混和室(33)正下部設(shè)有攪拌器(32)，通 過套筒(65)、軸承(A66)、軸承(B71)，密封蓋(A67)、密封蓋(B72)把主 軸(70)固定在混和室底板(64)中央；主軸(70)上端與攪拌葉輪(69)連 接，并用圓頭螺帽(68)壓緊，下面通過聯(lián)軸器(B63)與調(diào)速電機(jī)(36)聯(lián)接， 產(chǎn)生與噴料嘴(16)射流相反的旋流；調(diào)節(jié)電動(dòng)閥(A02)和調(diào)速電機(jī)(36)可 控制攪拌強(qiáng)度；筒體(34)壁上部有三個(gè)均布的噴嘴(28)向內(nèi)進(jìn)入混和室(33)， 外圍與上環(huán)形管(27)相連，形成排料旋流，把經(jīng)混和、表面處理的粉體排入 下一級(jí)收集器捕獲和尾氣處理裝置；主機(jī)體(13)上設(shè)有觀察孔(12)便于觀 察混流和室內(nèi)工作情況。
3. 高壓脈沖發(fā)生裝置(11)，見圖4。
高壓脈沖發(fā)生裝置(11)的技術(shù)方案是本裝置可設(shè)一組或多組，每組依 次由立式電機(jī)(52)、調(diào)溫計(jì)量密封罐(53)、增壓泵(49)、蓄能器(62)、脈 沖閥(61)，以及高壓管路(56)、溫度表(54)、針型閥(A55)、針型閥(B58)、 壓力表(57)、箱體(50)、固定板(60)、箱體法蘭(59)組成。工作時(shí)，立式 電機(jī)(52)通過聯(lián)軸器(C51)帶動(dòng)增壓泵(49)工作，達(dá)到工作溫度的處理劑 沿管路進(jìn)入增壓泵(49)，產(chǎn)生高壓，貯存在蓄能器(62)中，或者由增壓泵(49) 產(chǎn)生高壓載體氣或液，攜帶由調(diào)溫計(jì)量密封罐(53)來的氣或液體表面處理劑 從脈沖閥(61)經(jīng)霧化器(31)噴射；同時(shí)，為了保障調(diào)溫密封罐(53)恒定 壓力，由脈沖閥(61)、針形閥(A55)給調(diào)溫計(jì)量密封罐(53)壓力補(bǔ)償。通 過溫度計(jì)(54)和壓力表(57)來檢測(cè)工況。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明涉及一種多組分微納粉體混和及表面改性處理設(shè)備。主要用于一種或者多種微納粉體的均勻連續(xù)混和，同時(shí)進(jìn)行表面活化、改性處理。其主要特征是由螺旋下料裝置(01)、主機(jī)體(13)、高壓脈沖裝置(07)以及管道、閥門等組成。主機(jī)體(13)是內(nèi)外兩層圓筒構(gòu)成的，中間夾有保溫層(35)和調(diào)溫器(26)，筒體(34)內(nèi)腔是混和室(33)，通過調(diào)溫器(26)管內(nèi)工作介質(zhì)溫度的調(diào)節(jié)，控制混和室(33)的工作溫度，混和室(33)內(nèi)壁中部設(shè)有熱電偶(11)、二層以上折流槳(30)；其下部以一定角度均布的三個(gè)噴料嘴(16)與外圍的下環(huán)形管(19)、螺旋下料裝置(01)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥A(02)、總壓力風(fēng)管(03)依次連接；高壓脈沖裝置(07)通過高壓管從機(jī)蓋(08)中部接入混和室(33)中下部，通向霧化器(29)，噴射表面處理劑細(xì)霧；筒體(34)壁上部有三個(gè)均布的的噴嘴(28)與上環(huán)形管(27)、電動(dòng)閥門(B5)、總壓力風(fēng)管(03)相連，形成排料旋流。混和室(33)正下部設(shè)有攪拌器(32)，通過套筒(65)、軸承A(66)、軸承B(71)、密封蓋A(67)、密封蓋B(72)把主軸(70)固定在混和室底板(64)中央；主軸(70)上端與攪拌葉輪(69)連接，下面通過聯(lián)軸器B(63)與調(diào)速電機(jī)(36)聯(lián)接，產(chǎn)生與噴料嘴(16)射流相反的旋流；調(diào)節(jié)電動(dòng)閥A(02)和調(diào)速電機(jī)(36)可控制攪拌強(qiáng)度；主機(jī)體(13)上設(shè)有觀察孔(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多組分微納粉體混和及表面改性處理設(shè)備，其主 要特征是螺旋下料裝置(01)，可以是一組或多組；其下料管(43)底端面法 蘭用螺栓固定在機(jī)座上板(38)上，設(shè)在下料管(43)下部正中央的立式螺旋 絞輪(39)下端的軸穿過機(jī)座上板(38)，通過聯(lián)軸器B (46)與減速器(47)、 聯(lián)軸器A (48)、下料調(diào)速電機(jī)(37)相連；減速器(47)、下料調(diào)速電機(jī)(37) 一起固定在支架板(17)上，調(diào)節(jié)下料調(diào)速電機(jī)(37)轉(zhuǎn)速控制下料量，以保 障各組分按預(yù)定的下料比例，用帶壓氣流送入混和室(33)中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l，多組分微納粉體混和及表面改性處理設(shè)備，其主要特 征是高壓脈沖發(fā)生裝置(07)在箱體(50)上有立式電機(jī)(52)、調(diào)溫計(jì)量密 封罐(53)，立式電機(jī)(52)帶動(dòng)箱體(50)內(nèi)的增壓泵(49)工作，調(diào)溫計(jì)量 密封罐(53)出口分兩路， 一路依次連通增壓泵(49)、蓄能器(62)、脈沖閥(61)、針閥B (58)、霧化器(29);另一路直接連到脈沖閥(61)。為補(bǔ)償調(diào)溫 計(jì)量密封罐(53)壓力，由脈沖閥(61)經(jīng)高壓管、針閥A (55)回流到調(diào)溫計(jì) 量密封罐(53);調(diào)溫計(jì)量密封罐(53)筒體上裝有溫度表(54)，高壓管(56) 近出口端裝有壓力表(57)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微納粉體混和及表面改性處理設(shè)備。主要用于一種或多種微納粉體的均勻連續(xù)混和及表面改性處理。主機(jī)體(13)由內(nèi)外兩層圓筒構(gòu)成，中間夾有保溫層(35)和調(diào)溫器(26)，控制工作溫度，筒體(34)內(nèi)壁設(shè)有折流槳(30)；其上、下部分別設(shè)有三個(gè)均布的噴嘴(28)、噴料嘴(16)，以純凈空氣為載氣，用帶壓氣流送料和排料，并產(chǎn)生一定強(qiáng)度的旋流；攪拌器(32)設(shè)在混和室底板(64)中央，產(chǎn)生反向旋流；調(diào)節(jié)電動(dòng)閥(A02)和調(diào)速電機(jī)(36)控制攪拌強(qiáng)度。機(jī)蓋(8)上的高壓脈沖裝置(07)通向霧化器(29)，使表面處理劑在混和室(33)噴霧；螺旋下料裝置(01)，可以是一組或多組；立式螺旋絞輪(39)設(shè)下料管(43)中，控制下料量。配有電控箱，全程采用電腦程序控制。
文檔編號(hào)B01F13/00GK101293186SQ20071002785
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者賈勁松, 賈昭民 申請(qǐng)人:東莞市金盛阻燃材料有限公司