CN105150494A - 一种制备超轻质填料的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超轻质填料制备领域，公开了一种制备超轻质填料的设备和方法，即一种制备已热膨胀的微球发泡剂的设备和方法；所述设备包括机筒，与机筒一端连接的加料装置，与机筒另一端连接的出料口；所述加料装置包括横向加料螺旋装置、与所述横向加料螺旋装置侧壁连接的锥形加料斗、与所述横向加料螺旋装置端部连接的垂直加料螺旋装置；所述垂直加料螺旋装置的底端与所述机筒的侧壁连接。与现有技术相比，本发明的优势在于：可制备不同形态的超轻质填料新材料，可有效防止微球发泡剂在膨胀过程中粘结、提高膨胀质量、生产效率高。

Description

一种制备超轻质填料的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种制备超轻质填料的设备和方法。

背景技术

微球发泡剂(即可热膨胀性微球)在现有技术中是已知的，并已在US3615972、EP486080、EP566367、EP1067151、ZL201210241564.5、ZL201210241578.7、CN201280073857.5和CN2012100109302.3中详细描述，这些文件在此结合以作参考。西能化工科技(上海)有限公司可以提供各种不同膨胀温度的微球发泡剂，形态有干粉和湿浆两种。在这种微球发泡剂中，发泡剂以胶囊形式包裹在热塑壳体中。一旦加热，发泡剂蒸发产生内部压力，同时随着壳体软化，导致微球发泡剂有效膨胀，通常直径增大约3至5倍，得到超轻质填料(即已热膨胀的微球发泡剂制品)。

未膨胀的和已热膨胀的微球发泡剂(即超轻质填料)可以应用在各种领域。例如，干的已热膨胀的微球发泡剂可以作为敏化剂应用在乳化炸药中，也可以作为轻质填充物填充在溶剂型油漆、涂料和各种热固性塑料(如人造大理石、聚酯腻子、人工木材)中。湿的超轻质填料，通常以含水形式储存，可以应用在许多产品中，如水性涂料、热敏打印纸、多孔陶瓷和乳化炸药等。

运输超轻质填料往往需要很大的空间，也正是因为这个原因超轻质填料最终使用者常常采购未膨胀的微球发泡剂，现场膨胀或者直接将未膨胀的微球发泡剂加入到生产步骤中用于制备最终产品。

由于完全膨胀微球发泡剂所需的高温从而会导致因膨胀引起微球的热塑壳体相互粘结而结块的问题。这需要提供一种用于制备膨胀微球发泡剂的方法和设备，其中膨胀程度能够被控制，以便有可能提供不同密度的超轻质填料，同时它们简单且仅需要较小空间，相对便宜，并易于被最终用户使用，且由于超轻质填料就地被使用，从而节省运输空间和成本。

许多专利对膨胀微球发泡剂的方法和装置均有提及。如美国专利US5484815和US7192989阐述了适合膨胀干粉微球发泡剂的方法和装置。而美国专利US4513106提出适合膨胀微球发泡剂浆料的方法及装置，其作用原理是向微球发泡剂浆料中引入蒸汽并产生足够的压力加热微球，使其至少有一定的膨胀，然后微膨胀的微球发泡剂以至少1m/s的速度离开压力区域，由于压力降低使得微球进一步膨胀。虽然US4513106专利提出以浆料形式膨胀微球发泡剂的方法可以解决直接膨胀干粉微球发泡剂而导致周围粉尘多的现象，但是US4513106专利所述的微球浆料膨胀工艺还有待进一步改善。EP0348372公开了一种制备膨胀微球发泡剂的工艺，其中膨胀发生于传送带上。所述工艺运行良好，但占用较大空间且较为昂贵。US4722943和US5342689描述了用于膨胀微球发泡剂的方法，其中微球混合有表面阻挡涂层以防止在膨胀步骤中结块。但是，加工助剂，如滑石量非常高，而这影响了急冷的可能性。这也在控制微球膨胀程度上产生困难。CN1882638B、CN101263183A和CN1729087A描述了用于膨胀微球发泡剂的方法，同样其中微球混合有表面阻挡涂层以防止在膨胀步骤中结块。同时，其膨胀装置制备复杂。

中国专利CN204172262U和CN104325593公开了一种制备乳化炸药物理敏化用发泡树脂微球的装置及其方法，该方法需要添加机油、石蜡、硅油或它们的混合物。

上述所有制备方法都存在不能同时适用于制备不同型号和不同状态的超轻质填料，比如分别制备干粉、含水或者含油状态的超轻质填料，以满足不同的应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种制备超轻质填料的设备和方法。本设备很好地解决了加料时原料的架桥、堵塞和流动性差等问题，以及制备过程中的排气问题，与现有技术相比，本发明的优势在于：可有效防止微球发泡剂在膨胀过程中粘结、提高膨胀质量和生产效率；另一优点是适用于制备不同型号和不同状态的超轻质填料材料，比如可制备干粉、含水或者含油状态的超轻质填料，以满足各种不同的用途。

本发明的技术方案是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种超轻质填料的制备设备，包括机筒(7)，与机筒一端连接的加料装置，与机筒(7)另一端连接的出料口(9)；

所述加料装置包括横向加料螺旋装置(4)、与所述横向加料螺旋装置(4)侧壁连接的锥形加料斗(5)、与所述横向加料螺旋装置(4)端部连接的垂直加料螺旋装置(6)；所述垂直加料螺旋装置(6)的底端与所述机筒(7)的侧壁连接。

优选地，所述锥形加料斗(5)顶部设有电机(10)，所述电机(10)的输出端连接中心轴(11)，所述中心轴(11)上设有锥形螺旋桨(12)。

优选地，所述电机(10)垂直连接在所述锥形加料斗(5)顶部。

优选地，所述中心轴(11)的长度与所述锥形加料斗(5)的深度相匹配。

优选地，所述锥形螺旋桨(12)与所在平面的夹角为38°-58°，夹角过大会导致加微球发泡剂的速度太快，从而导致微球发泡剂膨胀不足，如果夹角过小，导致加微球发泡剂的速度太慢，会导致微球发泡剂加热太过分，引起微球发泡剂粘结；所述锥形螺旋桨(12)的外围与所述锥形加料斗(5)内圆周面的间隙为2-4mm，间隙小于2mm，设备制备会比较困难，大于4mm，物料输送会不完全。

优选地，所述横向加料螺旋装置(4)与锥形加料斗(5)的连接、所述横向加料螺旋装置(4)与所述垂直加料螺旋装置(6)的连接均为垂直连接。

优选地，所述机筒(7)内设有双螺杆(8)；所述双螺杆(8)沿物料运输方向依次设置加料段、预热段、膨胀段、冷却段、输出段；所述双螺杆(8)的本体的长径比为24-36。

优选地，所述双螺杆(8)的圆周面上设置有相互啮合的螺棱条；所述螺棱条展开时与螺杆本体的轴心线所形成的夹角为19°-20°，夹角过大会导致输送微球发泡剂的速度太快，从而导致微球发泡剂膨胀不足，夹角过小导致输送微球发泡剂的速度太慢，会导致微球发泡剂加热太过分，引起微球发泡剂粘结；所述两根螺杆相互啮合端面形状长楞中心线成90°(见图4)。

优选地，所述垂直加料螺旋装置(6)的底端与所述机筒(7)的侧壁连接的位点的上游还设有沿物料运输方向依次连接的主电机(2)和减速箱(3)。

优选地，所述主电机(2)、所述减速箱(3)、所述机筒(7)固定在机架(1)上。

优选地，所述出料口(9)还连接有出料接受容器；所述连接为密封连接。

第二方面，本发明提供一种由所述制备设备制备得到的超轻质填料。

优选地，所述超轻质填料包括干粉制品、湿粉制品、油粉制品。

第三方面，本发明提供一种基于所述制备设备的超轻质填料制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

加料：将微球发泡剂加入所述锥形加料斗(5)中，调整所述锥形螺旋桨(12)、横向加料螺旋装置(4)、垂直加料螺旋装置(6)的转速，向所述机筒(7)运料；

膨胀：控制向所述机筒(7)内运料的速度和所述双螺杆(8)的转速，完成微球发泡剂膨胀，即可在所述出料口(9)收集得到超轻质填料。

优选地，所述加料的步骤中，所述锥形螺旋桨(12)的转速为2-100rpm，转速过大导致加微球发泡剂的速度太快，会导致微球发泡剂加热不够，引起微球发泡剂膨胀不足，转速过小会导致加微球发泡剂的速度太慢，会导致微球发泡剂加热太过分，引起微球发泡剂粘结；所述横向加料螺旋装置(4)、垂直加料螺旋装置(6)的转速为10-120rpm，要与锥形螺旋桨(12)的转速匹配；所述运料的速度为10-40公斤/小时。

进一步地，所述锥形螺旋桨(12)的转速为25-50rpm；所述横向加料螺旋装置(4)、垂直加料螺旋装置(6)的转速为10-80rpm。

优选地，所述膨胀的步骤中，所述双螺杆(8)的转速为100-450rpm，同样转速过大会导致加微球发泡剂的速度太快，会导致微球发泡剂加热不够，引起微球发泡剂膨胀不足，过小导致输送微球发泡剂的速度太慢，会导致微球发泡剂加热太过分，引起微球发泡剂粘结；所述双螺杆(8)中加料段、冷却段、输出段的温度均为室温，预热段的温度为80-190℃，膨胀段的温度为110-220℃，预热段和膨胀段的温度要与原料微球发泡剂的最佳膨胀温度相适应，温度过低会导致微球发泡剂加热不够，引起微球发泡剂膨胀不足，温度太高会导致微球发泡剂加热太过分，引起微球发泡剂粘结。

进一步地，所述双螺杆(8)的转速为300-450rpm；预热段的温度为90-170℃；膨胀段的温度为120-200℃。

第四方面，本发明提供一种由所述制备方法制备得到的超轻质填料。

优选地，所述超轻质填料包括干粉制品、湿粉制品、油粉制品。

本发明的工作原理是：

(1)定量加料装置工作时，锥形加料斗上的加料电机带动中心轴转动，从而带动锥形螺旋桨把物料推向横向加料螺旋装置的入料口，横向加料螺旋装置的螺旋杆把物料推向垂直加料螺旋装置的入料口，垂直加料螺旋装置的螺旋杆又把物料定量压进双螺杆膨胀机机筒的入料口；

(2)双螺杆在机筒内输送和分散微球发泡剂，微球发泡剂经过恒温机筒的加热，微球的温度升高，微球内发泡剂蒸发产生内部压力，同时随着微球壳体软化，导致微球发泡剂有效膨胀，通常微球直径增大约3至5倍，得到已膨胀的微球发泡剂制品(即超轻质填料)；

(3)已膨胀的微球发泡剂经过冷却段冷却后，通过输出段的出料口进入密封的包装桶，这样不会有粉尘污染环境。从而较好地实现使用本双螺杆膨胀机制备超轻质填料。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:

1、本发明通过采用特殊的加料装置，很好地解决了原料下料时的架桥和堵塞问题，能把粘结分散不好的物料连续、均匀、稳定地喂入螺杆膨胀机；

2、特殊的双螺杆结构，可以得到高膨胀倍率的，几乎没有粘结的超轻质填料制品；

3、特殊的定量加料装置和双螺杆结构，可以使本发明适用于各种型号和状态的微球发泡剂的膨胀，得到干粉、含水或者含油状态的超轻质填料制品，以满足各种不同的用途；

4、本螺杆预热段和膨胀段的圆周面上设置有两根螺杆相互啮合多条斜向设置的螺棱条，便于物料高效并均匀地加热，从而使物料能更好地膨胀，使生产出来的产品不易粘结，膨胀均匀，膨胀倍率高，提高了生产效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明超轻质填料的制备设备的结构示意图；

图2是图1所示定量加料装置的结构示意图；

图3是双螺杆及其螺棱条的关系示意图；

其中，a是双螺杆及其螺棱条关系的正视图，A是加料段，B是预热段，C是膨胀段，D是冷却段、E是输出段；b是双螺杆及其螺棱条关系的俯视图，小导程螺纹元件目的在于防止物流返流，大导程螺纹元件有利于在发泡后体积膨胀的条件下将发泡微球输送出去；

图4是双螺杆螺棱条相互啮合端面形状长楞中心线成90度的示意图；

其中，1是机架，2是主电机，3是减速箱，4是横向加料螺旋装置，5是锥形加料斗，6是垂直加料螺旋装置，7是机筒，8是双螺杆，9是出料口，10是加料电机，11是中心轴，12是锥形螺旋桨。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，用于制备超轻质填料的双螺杆膨胀机，由机架1、主电机2、减速箱3、横向加料螺旋装置4、锥形加料斗5、垂直加料螺旋装置6、机筒7、双螺杆8、出料口9。双螺杆8(沿物料运输方向设置：A是加料段，B是预热段，C是膨胀段，D是冷却段、E是输出段)安装在机筒7内，双螺杆8通过安装在机架1上的主电机2、减速箱3驱动，垂直加料螺旋装置6垂直设置在机筒7的进料端。出料口9安装在机筒7的输出段下方，超轻质填料制品通过出料口进入密封的包装桶，这样不会有粉尘污染环境。从而较好地实现使用本双螺杆膨胀机制备超轻质填料新材料。

如图2所示是加料装置，是一种定量加料装置包括锥形加料斗5、加料电机10、中心轴11、锥形螺旋桨12、横向加料螺旋装置4、垂直加料螺旋装置6、机筒7。加料电机11垂直安装在锥形加料斗5的顶部，加料电机10轴连接有与料斗5高度相应的中心轴11，锥形螺旋桨12设置在中心轴上，锥形螺旋桨与所在平面的夹角为38°-58°，且锥形螺旋桨外侧面与锥形加料斗5内圆周面的间隙为2-4mm；料斗5底部依次设置的横向螺旋装置4、垂直加料螺旋装置6。

本用于制备超轻质填料的双螺杆膨胀机是这样工作的：

(1)工作时，加料电机10带动中心轴11转动，从而带动锥形螺旋桨12把物料推向横向加料螺旋装置4的入料口，横向加料螺旋装置4的螺旋杆把物料推向垂直加料螺旋装置6的入料口，垂直加料螺旋装置6的螺旋杆又把物料定量压进双螺杆膨胀机的机筒7的入料口；

(2)双螺轩8在机筒7内均匀输送和分散微球发泡剂，双螺杆8的圆周面上设置有两根螺杆相互啮合多条斜向设置的螺棱条；所述螺棱条展开时与螺杆本体的轴心线所形成的夹角为19°-20°，所述两根螺杆相互啮合端面形状长楞中心线成90°(见图3、4)。微球发泡剂经过恒温机筒7的加热，微球的温度升高，微球内发泡剂蒸发产生内部压力，同时随着微球壳体软化，导致微球发泡剂有效膨胀，通常微球直径增大约3至5倍，得到已膨胀的微球发泡剂制品；

(3)已膨胀的微球发泡剂经过冷却段冷却后，通过输出段的出料口9进入密封的包装桶，从而较好地实现使用本双螺杆膨胀机制备超轻质填料制品。

实施例2

向锥形加料斗5内加入10公斤干粉微球发泡剂DU150，锥形螺旋桨12的转速为30rpm，横向加料螺旋装置4的转速为10rpm，垂直加料螺旋装置6的转速也为10rpm，向机筒7内的加料速度为10公斤/小时。双螺杆膨胀机内双螺轩8的转速为300rpm，双螺杆膨胀机的加料段的温度为室温，预热段的温度为120℃，膨胀段的温度为150℃，冷却段和输出段的温度均为室温，得到密度为18公斤/立方米的几乎没有粘结的超轻质填料干粉制品。

实施例3

向锥形加料斗5内加入20公斤含水50％的微球发泡剂WU140，锥形螺旋桨12的转速为50rpm，横向加料螺旋装置4的转速为20rpm，垂直加料螺旋装置6的转速也为20rpm，向机筒7内的加料速度为20公斤/小时。双螺杆膨胀机内双螺轩8的转速为350rpm，双螺杆膨胀机的加料段的温度为室温，预热段的温度为100℃，膨胀段的温度为130℃，冷却段和输出段的温度均为室温，得到密度为22公斤/立方米的几乎没有粘结的超轻质填料湿粉制品。

实施例4

向锥形加料斗5内加入20公斤含石蜡油40％的微球发泡剂YU170，锥形螺旋桨12的转速为30rpm，横向加料螺旋装置4的转速为15rpm，垂直加料螺旋装置6的转速也为15rpm，向机筒7内的加料速度为18公斤/小时。双螺杆膨胀机内双螺轩8的转速为380rpm，双螺杆膨胀机的加料段的温度为室温，预热段的温度为130℃，膨胀段的温度为170℃，冷却段和输出段的温度均为室温，得到密度为21公斤/立方米的几乎没有粘结的超轻质填料油粉制品。

实施例5

向锥形加料斗5内加入25公斤含硅油50％的微球发泡剂YU190，锥形螺旋桨12的转速为36rpm，横向加料螺旋装置4的转速为18rpm，垂直加料螺旋装置6的转速也为18rpm，向机筒7内的加料速度为20公斤/小时。双螺杆膨胀机内双螺轩8的转速为400rpm，双螺杆膨胀机的加料段的温度为室温，预热段的温度为170℃，膨胀段的温度为200℃，冷却段和输出段的温度均为室温，得到密度为25公斤/立方米的几乎没有粘结的超轻质填料油粉制品。

实施例6

向锥形加料斗5内加入15公斤干粉微球发泡剂DU130，锥形螺旋桨12的转速为25rpm，横向加料螺旋装置4的转速为12rpm，垂直加料螺旋装置6的转速也为12rpm，向机筒7内的加料速度为12公斤/小时。双螺杆膨胀机内双螺轩8的转速为320rpm，双螺杆膨胀机的加料段的温度为室温，预热段的温度为100℃，膨胀段的温度为120℃，冷却段和输出段的温度均为室温，得到密度为19公斤/立方米的几乎没有粘结的超轻质填料干粉制品。

实施例7

向锥形加料斗5内加入40公斤含水100％的微球发泡剂WU130，锥形螺旋桨12的转速为50rpm，横向加料螺旋装置4的转速为80rpm，垂直加料螺旋装置6的转速也为80rpm，向机筒7内的加料速度为40公斤/小时。双螺杆膨胀机内双螺轩8的转速为450rpm，双螺杆膨胀机的加料段的温度为室温，预热段的温度为90℃，膨胀段的温度为120℃，冷却段和输出段的温度均为室温，得到密度为25公斤/立方米的几乎没有粘结的超轻质填料湿粉制品。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种超轻质填料的制备设备，其特征在于，包括机筒(7)，与机筒一端连接的加料装置，与机筒(7)另一端连接的出料口(9)；

所述加料装置包括横向加料螺旋装置(4)、与所述横向加料螺旋装置(4)侧壁连接的锥形加料斗(5)、与所述横向加料螺旋装置(4)端部连接的垂直加料螺旋装置(6)；所述垂直加料螺旋装置(6)的底端与所述机筒(7)的侧壁连接。

2.根据权利要求1所述的超轻质填料的制备设备，其特征在于，所述锥形加料斗(5)顶部设有电机(10)，所述电机(10)的输出轴端连接中心轴(11)，所述中心轴(11)上设有锥形螺旋桨(12)。

3.根据权利要求2所述的超轻质填料的制备设备，其特征在于，所述电机(10)垂直连接在所述锥形加料斗(5)顶部。

4.根据权利要求1所述的超轻质填料的制备设备，其特征在于，所述横向加料螺旋装置(4)与锥形加料斗(5)的连接、所述横向加料螺旋装置(4)与所述垂直加料螺旋装置(6)的连接均为垂直连接。

5.根据权利要求1所述的超轻质填料的制备设备，其特征在于，所述机筒(7)内设有双螺杆(8)；

所述双螺杆(8)沿物料运输方向依次设置有加料段、预热段、膨胀段、冷却段、输出段。

6.根据权利要求1所述的超轻质填料的制备设备，其特征在于，所述垂直加料螺旋装置(6)的底端与所述机筒(7)的侧壁连接的位点的上游还设有沿物料运输方向依次连接的主电机(2)和减速箱(3)。

7.根据权利要求1所述的超轻质填料的制备设备，其特征在于，所述出料口(9)还连接有出料接受容器。

8.一种由权利要求1-7任一项所述制备设备制备得到的超轻质填料。

9.一种基于权利要求1-7任一项所述制备设备的超轻质填料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

加料：将微球发泡剂加入所述锥形加料斗(5)中，调整所述锥形螺旋桨(12)、横向加料螺旋装置(4)、垂直加料螺旋装置(6)的转速，向所述机筒(7)运料；

膨胀：控制向所述机筒(7)内运料的速度和所述双螺杆(8)的转速，完成微球发泡剂膨胀，即可在所述出料口(9)收集得到超轻质填料。

10.一种采用权利要求9所述制备方法制备得到的超轻质填料。