CN102046255A - 对液体气体混合物脱气的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种对液体气体混合物脱气的方法和装置。该方法包括：将液体气体混合物(3)引入腔室(5)中，其中所述腔室(5)处于降低气压下；将所述液体气体混合物(3)排布在旋转体(15)的表面(13)的中心区域(11)，以使所述液体气体混合物(3)承受离心力；其中，所述旋转体(15)的表面(13)适于使所述液体气体混合物(3)由于离心力在所述表面(13)散布，且最后流过所述旋转体(15)的表面(13)的径向外边缘区域(21)。由于发生的离心力作用，即使高粘度或触变性的液体也可以沿所述旋转表面散布为薄层，包含在液体中的气体能够轻易地且有效地从薄层中脱逸。因此，具有小比重和高电绝缘性能的硬质泡沫材料可由脱气后的液体制备，该液体包括例如包含微球的树脂。

Description

对液体气体混合物脱气的方法和装置

技术领域

本发明涉及对液体气体混合物脱气的方法和装置、和使用这种脱气方法制备硬质泡沫材料的方法。另外，本发明涉及通过本发明方法制备的硬质泡沫材料、使用这种硬质泡沫材料的高压发生器和使用这种高压发生器的X射线系统。

背景技术

用于X射线系统的高压发生器的新型电绝缘壳体可由所谓的混合材料或复合泡沫塑料制成。WO03/074598公开了一种制造包含多个微球的复合硬质泡沫塑料的方法。微球实施成包着微球的基质材料。为此目的，包括液体基质材料和微球的混合物可在容器内混合。最后，包含在微球之间的基质材料可被固化，因此形成轻质的、稳定硬质泡沫材料。

由于其高电绝缘性能，这种泡沫材料可例如用于高压发生器内的隔离目的，高压发生器例如在X射线系统内使用。为此目的，包括液体基质材料和微球的流体混合物可以填充到模具中，以形成将要制造的绝缘元件，且这种混合物可被固化，例如通过添加适当的固化剂或通过置于一段预定时间的高温条件下。

然而，已经发现这种包括液体基质材料和微球的混合物可能包括包含在其中的大量气体。这可能是因为微球混合入基质材料的工艺。另外，已经发现泡沫的机械和/电学性能会由于这种包含的气体而受到负面影响。

因此，有利的是在固化基质材料之前对包括基质材料和微球的液体混合物进行脱气。这里，术语“脱气”可以理解为从液体混合物中去除气体，例如，呈微观气泡或孔隙的形式。

通常地，脱气可以通过浇注液体混合物到物体的表面，从而在所述表面上形成液体混合物的薄膜来完成。因此，液体混合物的表面可被显著地增大。这种效果甚至可通过使用具有包括例如所谓的拉西环的纹理表面的物体而提高。由于这种薄膜显著增大的表面，包含在液体混合物内的气体可以扩散到表面且从液体混合物中脱逸。这个过程可以通过在减压或真空环境下进行而得到提高。

然而，已经发现，尤其是当液体混合物具有高粘度，或要脱气的是触变性液体混合物时，通常的脱气方法会有缺陷，例如脱气效果不充分或需要很长的时间。

发明内容

需要一种方法和装置对液体气体混合物脱气，以及一种制备硬质泡沫材料的方法，其中至少某些现有技术的如上所述的缺陷至少被部分地克服。特别地，需要一种方法和装置对液体气体混合物脱气，以及一种制备硬质泡沫材料的方法，其中具有高粘度或可触变的液体气体混合物可以轻易且有效地脱气。另外，需要用这种方法制备的硬质泡沫材料，使用这种硬质泡沫材料的高压发生器和使用这种高压发生器的X射线系统。

这些需要可由根据独立权利要求之一的主题得到满足。本发明的优选实施例将在从属权利要求中进行描述。

根据本发明的第一方面，提供一种对液体气体混合物脱气的方法。这种方法包括：将液体气体混合物引入腔室中，其中，所述腔室处于降低的气压下；将所述液体气体混合物排布在旋转体的表面的中心区域，以使所述液体气体混合物承受离心力；其中，所述旋转体的表面适于使所述液体气体混合物由于离心力在所述表面上散布，且最后流过所述旋转体的表面的径向外边缘区域。

根据本发明的第二方面，提供一种对液体气体混合物脱气的装置。这种装置包括：适于承受降低压力的腔室；设置在所述腔室内的旋转体，所述旋转体适于被旋转；适于将所述液体气体混合物供给到所述旋转体的表面的供给装置。所述旋转体的表面适于使得，当所述液体气体混合物排布在旋转中的所述旋转体的表面的中心区域时，所述液体气体混合物承受离心力且由于所述离心力在所述表面上散布、以及最后流过所述旋转体的表面的径向外边缘区域。

根据本发明的第三方面，提供一种制备硬质泡沫材料的方法。这种方法包括：提供液体基质材料；将所述液体基质材料与多个微球混合，从而产生包括所述液体基质材料和所述微球的液体气体混合物；和使用上述根据本发明第一方面的方法对液体气体混合物脱气。

根据本发明的第四方面，提供一种硬质泡沫材料，它通过根据本发明第一方面的方法制备。

根据本发明的第五方面，提供一种高压发生器，包括根据本发明第四方面的硬质泡沫材料。

根据本发明的第六方面，提供一种X射线系统，包括根据本发明第五方面的高压发生器。

本发明的要点基于以下发现：

液体好的脱气过程，一是需要将液体在表面上扩大或散布成薄层，以在分子水平上接近液体中的气体。在这种薄层中，小的气泡或者甚至气体分子可以轻易地移动到所述层的表面并从那脱逸。然而，对于高粘度或触变性液体，例如粘稠液体像环氧树脂，以空心微球填充了例如65％体积，由于正常重力的力可能不足以使液体散布到表面上。

本申请的发明者有这样的想法，使用比不止正常重力来扩大液体的表面。为此目的，液体可被置于处于降低气压的离心机上。液体可以排布在一旋转体的表面上。由于离心力，液体可在表面散布从而形成薄层。从这层薄层中，包含的气体可轻易地脱逸。最后，液体能够流过旋转体表面的径向外边缘或边界且可以滴落进容器中。在容器中积聚的液体基本上已脱气，且可以用于进一步处理，例如将其浇注进模型中且固化以形成电绝缘泡沫体。

下面，本发明实施例进一步可能的特征、细节和优点将被提及。

这种液体气体混合物可能是任何液体，其中气体以例如微气泡或化学或物理结合的方式包含到液体分子中。例如，当将树脂和微球混合时，气泡可被引入到树脂中，因此所获得的粘性液体包含大量的空气或其他气体，除了微球之外。

术语“脱气”可指从液体气体混合物中抽出空气或气体。

为此目的，液体气体混合物可引入腔室中。腔室的内部可处于降低气压下，也就是低于大气压力的气压。这种降低的气压也可以优选为真空。也可以选择压力值低于100hPa，优选低于10hPa。

在该腔室内，液体气体混合物被排布于旋转体表面的中心区域。其中，所述“中心区域”可以是但不一定是该表面的几何中心。这个中心区域应当通过其获得的效果来定义，也就是液体气体混合物当其排布在旋转体表面的这个中心区域时会承受离心力。旋转体表面适于使得液体气体混合物在离心力下在该表面散布。旋转体及其表面的可能的几何形状在下面进一步描述。由于这种离心力比正常的重力大很多，液体气体混合物可以很显著地且均匀地散布，以形成非常薄的层，例如小于1mm，优选小于400μm且更优选小于100μm。在散布到旋转表面上之后，液体可进一步移动到表面的边缘且可流过旋转体的表面的径向外边缘区域。然后滴落到容器中，液体在其中积聚以进行进一步处理。

可选地，液体可被重新引入到旋转体的表面的中心区域，以进行进一步反复散布和脱气。这种过程可重复若干次，直到达到充分的脱气程度。

根据上述本发明第一方面的方法的一个实施例，依据液体气体混合物的粘度、量和气体含量中的至少一个，旋转体表面的几何形状、腔室内的气体压力、腔室内的温度和旋转体的旋转速度中的至少一个适于使得，在流过旋转体的表面的径向外边缘区域后，液体气体混合物已基本上被脱气。

提及的所有参数都可能影响液体气体混合物的层的形成和厚度，从而影响脱气过程。例如，保持所有其他参数为常数，液体气体混合物的粘度越高，层将越厚且脱气过程的效果将会越小或越低效。液体气体混合物的量越大，层将越厚且脱气过程的效果将会越小或越低效。液体气体混合物的气体含量越高，脱气过程持续的时间越长。通过降低腔室内的压力或通过提高腔室内的温度，脱气过程可以得到加速。通过增加旋转体的转动速度，离心力可以增加，因此液体气体混合物可以更分散，且形成的层更薄，这之后可以增强脱气过程。最后，通过改变旋转体表面的几何形状，液体气体混合物的层的形成会受到较大的影响。可能的几何参数可以是，例如相对于旋转体的旋转轴线的表面方位、表面纹理、旋转表面的半径等。所有上述参数可能影响脱气结果，且另外，彼此之间将相互依赖。

根据上述本发明第一方面的方法的另一实施例，液体气体混合物连续地供给到旋转体的表面。换句话说，液体气体混合物稳定地提供到旋转体的表面的中心区域，散布在所述表面且最后在流过该表面的外边缘后积聚。所有工艺参数都可以被选择，使得在这个过程后，液体能够被充分地脱气且可以进行进一步处理。因此，可以建立对液体气体混合物供给、脱气和进一步处理的连续过程。

根据上述本发明第二方面的装置的一个实施例，旋转体包括旋转对称表面。可能的几何形状是例如圆盘、圆锥或截头圆锥或弧形的碗。这种旋转对称可使液体气体混合物在离心作用下均匀散布。

根据上述本发明第二方面的装置的另一实施例，旋转体包括在与旋转体的旋转轴线平行的方向上具有渐缩形状的表面。换句话说，旋转体不是与其旋转所围绕的旋转轴线垂直设置的简单平面圆盘。而是，旋转体的表面可至少部分地沿成角度的方向延伸，也就是说并不垂直于旋转轴线。例如，旋转体的表面可以形成渐缩圆锥或部分圆锥，其对称轴线可以平行于所述旋转轴线延伸。这种几何形状有利于支持液体气体混合物的散布。

根据上述本发明第二方面的装置的另一实施例，所述具有渐缩形状的表面是旋转体的内表面，也就是，内部表面，且供给装置设置成将液体气体混合物供给到该内表面。然后，由于旋转，液体气体混合物倾向于沿该内表面流动且在其上有效地散布。然而，这没有危险，即离心力变得太高而使液体被离心力甩出。因此，旋转体的旋转速度可自由地改变以适应需要脱气的液体的性质和参数，而不会有这样的危险：过分地提高而超过上限，在上限，液体会从旋转体的表面分层，如果它是外表面。

最后，一些根据上述本发明第三方面的用于制备硬质泡沫材料的方法的细节和特征将被描述。

液体基质材料可以是这样一种材料，在正常制备条件下，是一种液体，其能够与微球混合，且之后能够被固化以产生微球嵌入其中的硬质基质。例如，液体基质材料可以是树脂，例如环氧树脂或硅树脂，其通过添加粘合剂能够被固化。可选择的，液体基质材料可以是聚合物，在与微球混合之后，其可以通过聚合作用固化以产生硬质基质。

术语“微球”在这里应该作广义解释。这种微球可以是空心球体，包含有气体、液体和/或固体材料，或可以由这些材料构成，和/或进一步包括例如包含在材料内的发泡剂的膨胀作用产生的空腔。这种“微球”可以包括球形形状，但可选择的，也可以包括其他空心形状。为了获得微球在基质材料内的高填充密度，可以使用包括大的和小的微球的微球混合物，其中，微球的直径可以选择，以使大微球之间的空间可以被相关小微球填充。对于硬质泡沫材料在高压绝缘材料中的应用，微球的直径范围接近5-100μm时被证明尤其合适。这里，大直径微球具有的直径在30-100μm之间，而小直径微球具有的直径范围在5-30μm之间。然而，特别情况下，要求小比重，具有高达1000μm的大直径的微球也可使用。这种微球可制作自例如玻璃、陶瓷或酚醛树脂、丙烯腈共聚物或其他任何绝缘材料，例如热塑性或硬质塑料材料。

微球可以包括气体，例如六氟化硫(SF₆)、异戊烷、氮气(N₂)、氢气(H₂)、二氧化硫(SO₂)、二氧化碳(CO₂)或其他气体。所述气体可处于升高的或降低的压力下，取决于微球的大小，以便提高高压性能和/或抵御外部压力的刚性。根据应用，将至少一部分空心微球替换为包含固体和/或液体材料的球体是有利的。这种微球形成的细节是本领域已知的，因此将不会在这里解释。

选择性地添加到基质材料的粘合剂可以是一种物质，其可以启动或增强液体基质材料的固化，以最后形成固体基质材料。

包含有基质材料、微球和可选择的粘合剂的混合物的固化在该混合物填充到相关模型后进行，模型表示将要制备的硬质泡沫元件的几何形状。固化过程可以通过对混合物提供能量来被启动或支持，例如以外部热量的形式。另外或可选择地，这种固化可以通过提供附加的化学物质而被启动或增强。

除了上述提到的物质和材料之外，更多的物质能够添加到形成硬质泡沫材料的组分中。例如，已知的湿润和扩散添加剂可以引入，以控制材料混合物的触变性和/或粘度。另外，可以添加附着促进剂以改善微球与基质材料的附着力，使得获得的绝缘硬质泡沫材料的高压稳定性可以得到进一步提高。在微球由玻璃或陶瓷制成的情况下，其到聚合物或树脂基质的附着力可通过硅烷化提高0.1％至0.3％。如果微球由塑料制成，其到聚合物基质的附着力可以通过对塑料球涂敷碳酸钙来提高。

由上述实施例之一中的方法制备的硬质泡沫材料具有很小的比重，例如0.5g/cm³，且另外，具有很好的电绝缘性能。这至少部分是由于微球在基质材料中的可能的高含量，以及另外，由于提供的脱气方法的有利的脱气性能。因此，得到的硬质泡沫材料能够用作高压绝缘材料，例如在高压发生器中或高压电源装置中，高压发生器中或高压电源装置可用在例如稳态的也可是转动着的X射线系统中。例如，在固化之前，包含有液体基质材料、微球、和可选择的粘合剂的混合物可以用作模制材料，以模制具有凹槽的结构，高压部件可以装配其中，因此能保证与它们环境的电绝缘性。

需要注意的是，本发明的这些方面和这些实施例已经参照不同的主题进行描述。特别地，一些实施例已经参照方法类型的权利要求进行了描述，而其他实施例已经参照装置类型的权利要求进行描述。然而，本领域的技术人员可以从上面和下面的描述中推测出，除非有其他提示，除了属于一种类型主题的任何组合或特征之外，涉及不同主题特征之间的任何组合，尤其是装置类型权利要求的特征和方法类型权利要求的特征之间的任何组合，都被视为本申请的公开。

附图说明

本发明更多的细节、特征和优点得自图中示出的优选实施例的描述，但本发明并不限于此。

图1示出了根据本发明的示范性实施例的液体气体混合物的脱气装置。

该图只是原理图而不是比例图。

具体实施方式

图1中，描述了对液体气体混合物3脱气的装置1。装置1包括腔室5，其内部可以通过真空泵7置于5hPa的降低压力。液体气体混合物3可以通过供给装置9引入到腔室5。供给装置9可以是简单的阀或计量泵。供给装置9设置成供给到腔室5的液体气体混合物3滴落到旋转体15的内表面13的中心区域11。

旋转体15是截头圆锥体，其向下渐缩且在顶端敞开。当旋转体15围绕与其对称轴线重合的旋转轴线17快速旋转时，液体气体混合物3被离心力向外压。液体气体混合物3的流动在图中由箭头示意性地描述出。在到达旋转体的径向外边缘21之前，液体气体混合物3沿着圆锥形旋转体15的整个倾斜的内表面19流动和扩散。在径向外边缘，其将滴落到腔室5的底部并最终流到出口23。积聚在腔室5底部的液体已大体被脱气，这意味着最初包含在液体中的气体已被去除到显著程度，达到了例如大于90％。

在另一可选择的实施例中，腔室5可以是混合容器(未示出)的一部分，在混合容器中，例如树脂的液体和包含微球的粉末的组分可以互相混合。所得到的液体具有高粘度，且可以直接供给到旋转体15进行脱气。最后，包括围住微球的液体基质材料的脱好气的复合物将积聚在腔室5的底部，且准备好进行进一步处理，例如模制和固化以形成高绝缘性硬质泡沫材料。

最后，应该注意的是，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，且“一”或“一个”并不排除多数个元件。另外，在不同实施例中描述的相互联系的元件可以组合。也应该注意的是，权利要求中的参考标记不应该理解为对权利要求保护范围的限制。

Claims (13)

1.一种对液体气体混合物(3)脱气的方法，所述方法包括：

将液体气体混合物引入腔室中，其中，所述腔室(5)处于降低的气压下；

将所述液体气体混合物(3)排布在旋转体(15)的表面(13)的中心区域(11)，以使所述液体气体混合物(3)承受离心力；

其中，所述旋转体(15)的表面(13)适于使所述液体气体混合物(3)由于离心力在所述表面(13)上散布，且最后流过所述旋转体(15)的表面(13)的径向外边缘区域(21)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述液体气体混合物的粘度、量和气体含量中的至少一个，所述旋转体(15)的表面(13)的几何形状、所述腔室(5)内的气体压力、所述腔室内的温度和所述旋转体(15)的旋转速度中的至少一个适于使得，所述液体气体混合物(3)在流过所述旋转体(15)的表面(13)的径向外边缘区域(21)之后基本上被脱气。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述液体气体混合物(3)被持续地供给到所述旋转体(15)的表面。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述液体气体混合物被重新引入到所述旋转体(15)的表面(13)的中心区域(11)，以重复进行散布和脱气。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，重新引入的过程被重复若干次，直到达到充分的脱气程度。

6.一种对液体气体混合物脱气的装置(1)，所述装置包括：

适于承受降低压力的腔室(5)；

设置在所述腔室(5)内的旋转体(15)，所述旋转体(5)适于被旋转；

适于将所述液体气体混合物(3)供给到所述旋转体(15)的表面(13)的供给装置(9)；

其中，所述旋转体(15)的表面(13)适于使得，当所述液体气体混合物(3)排布在旋转中的所述旋转体(15)的表面(13)的中心区域(11)时，所述液体气体混合物(3)承受离心力且由于所述离心力在所述表面(13)上散布、以及最后流过所述旋转体(15)的表面(13)的径向外边缘区域(21)。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述旋转体(15)包括旋转对称表面。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述旋转体(15)包括在与所述旋转体(15)的旋转轴线(17)平行的方向上具有渐缩形状的表面。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述具有渐缩形状的表面(13)是所述旋转体(15)的内表面，且所述供给装置(9)设置成将所述液体气体混合物(3)供给到所述内表面。

10.一种制备硬质泡沫材料的方法，所述方法包括：

提供液体基质材料；

将所述液体基质材料与多个微球混合，从而产生包括所述液体基质材料和所述微球的液体气体混合物(3)；

使用根据权利要求1至5之一所述的方法对液体气体混合物(3)脱气。

11.一种硬质泡沫材料，它根据权利要求8所述方法制备。

12.一种高压发生器，包括根据权利要求11所述硬质泡沫材料。

13.一种X射线系统，包括根据权利要求12所述高压发生器。