CN106042316A - 加料分流器、阻燃尼龙制造装置及制造阻燃尼龙的方法 - Google Patents

加料分流器、阻燃尼龙制造装置及制造阻燃尼龙的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加料分流器、阻燃尼龙制造装置及制造阻燃尼龙的方法，属于尼龙复合材料制造技术领域。该加料分流器包括分流体以及设置在分流体上的支撑机构，所述支撑机构包括用来将分流体支撑在对应的加料容器内壁上并使分流体与加料容器内壁之间形成物料通道的支撑腿，所述支撑腿具有与加料容器内壁顶配配合的顶推端，其特征在于，所述支撑机构还包括用来插入加料容器的出料口中以避免分流体的轴线偏离竖直方向的定位结构。本发明的加料分流器能够放置在加料仓内，方便检修和更换，而且采用定位结构，避免了分流器在物料冲击下发生偏移。

Description

加料分流器、阻燃尼龙制造装置及制造阻燃尼龙的方法
技术领域
本发明涉及一种加料分流器、阻燃尼龙制造装置及制造阻燃尼龙的方法，属于尼龙复合材料制造技术领域。
背景技术
尼龙是分子主链上含有酰胺基团-CONH-的聚合物，是一种开发早、应用广的工程塑料。尼龙具有力学强度高、熔点高、耐磨、耐热性优良、良好的电气性能等优点，尼龙产品可以使用在比较苛刻环境中，如高温度、高电压等。
由于尼龙本身在分子结构上带有酰胺基，因此具有较好的阻燃性，可以应用在对材料的阻燃性能有一定要求的领域，特别在电气领域，如断路器、固封极柱、高压开关等。但按照UL94标准，尼龙的阻燃性能为V-1或V-2级，无法满足较高阻燃要求。一般情况下，尼龙用于与电气相关的产品时，需进行阻燃改性。通常是通过向尼龙中添加阻燃剂，来提高尼龙材料的阻燃性能，改性后的尼龙材料的阻燃性能可达到V-0级。
适用于尼龙改性的阻燃剂主要有有机卤化物、磷化物、氮化物，此外还有锑化物、硼化物等无机阻燃剂，这些阻燃剂大多呈粉状，而尼龙树脂多为颗粒，且锑化物、硼化物等无机阻燃剂的相对密度在3.0～6.0之间，远高于尼龙树脂和其他添加剂(小于1.5)。在尼龙阻燃改性过程中，在将阻燃剂与尼龙原料混合以便熔融时，由于不同物料组分的形状、密度的差异，物料组分在料仓中下料速度不同，物料在料仓中下料时会发生层分离取向(如图1中(a)-(d)所示)，无机阻燃剂和粉状添加剂会较快地经料仓的料筒1中间下料至出料口2，尼龙颗粒取向在料仓上层，影响尼龙树脂和阻燃剂的混合均匀性。在物料经过熔融混炼制得阻燃尼龙复合材料后，该材料的阻燃性能呈阶段性波动，即同一料仓的原料制得的产品，处于工艺前段的产品可达到稳定的V-0阻燃标准，而后段的产品无法达到V-0标准或呈现阻燃性能波动。
为了提高加料时，尼龙与阻燃剂及添加剂之间的均匀混合程度，可以采取在料仓内设置加料分流器的方式。
现有技术中的分流器有多种，授权公告号为CN204872248U的中国实用新型专利公开了一种料仓下料稳定分流装置，其分流装置包括料仓、料斗和分流器，分流器包括筒体、第一锥斗和第二锥斗，第一锥斗和第二锥斗分别固定于筒体两端，分离器固定于料仓和料斗内壁，分流器与料仓内壁和料斗内壁之间设置有下料通道。该分流器起到避免出现大小不同的颗粒的物料下料不均的情况，但是，对于尼龙与阻燃剂这些除了颗粒大小差异较大外，密度也相差较大的物料来说，这些物料加入料仓后，下降的物料流会对分流器造成冲击，为了避免引起分流器的不稳定进而偏离出料口的中心，该分流装置采用将分流器固定在加料仓内壁的方式，分流器无法移动，这样会导致分流器的更换和检修变得非常麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方便更换且能够稳定地放置在料仓中而不易偏离的加料分流器。本发明的目的还在于提供一种使用上述加料分流器的阻燃尼龙制造装置以及使用该装置制造阻燃尼龙的方法。
为实现上述目的，本发明的加料分流器的技术方案是：
一种加料分流器，包括分流体以及设置在分流体上的支撑机构，所述支撑机构包括用来将分流体支撑在对应的加料容器内壁上并使分流体与加料容器内壁之间形成物料通道的支撑腿，所述支撑腿具有与加料容器内壁顶配配合的顶推端，所述支撑机构还包括用来插入加料容器的出料口中以避免分流体的轴线偏离竖直方向的定位结构。
所述定位结构包括至少两根固定连接在分流体或支撑腿上的定位杆，所述定位杆远离分流体的一端插入对应的加料容器的出料口。
所述定位杆上设置有用来与对应的出料口内沿顶推配合的定位段，所述定位段均位于同一锥面上。
所述支撑腿和定位杆均为片状结构，支撑腿和定位杆的厚度方向垂直于分流体的轴向方向。
所述定位杆固定设置在支撑腿的下侧面上且支撑腿与定位杆的厚度方向平行。
所述分流体包括底面重合设置的上锥形体和下锥形体，所述上锥形体的锥角小于下锥形体的锥角。
本发明的阻燃尼龙制造装置的技术方案是：
一种阻燃尼龙制造装置，包括加料仓，所述加料仓包括料筒以及设置在料筒下端的下料口，所述料筒内设置有分流器，所述分流器为上述任意一种加料分流器。
分流体的底面的直径大于出料口的直径。当分流体包括上锥形体时，上锥形体的底面直径大于出料口的直径。
分流体与料筒内壁之间的物料通道的宽度为下料口直径的一半。
所述阻燃尼龙制造装置还包括与加料仓相连的螺杆挤出装置，所述螺杆挤出装置包括依次连接的螺杆组件：KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、SE 60/60、KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、KB 45/5/60LH。
本发明的制造阻燃尼龙的方法的技术方案是：
一种使用上述的阻燃尼龙制造装置制造阻燃尼龙的方法，包括：将尼龙、添加剂、阻燃剂混合后加入料仓中，从料仓中出来的物料进入螺杆挤出装置进行熔融混炼，在熔融混炼过程中向物料中加入玻璃纤维；经螺杆挤出装置模头拉丝造粒，即得。
具体的，各原料的重量份数为：35～40重量份尼龙、20～22重量份有机阻燃剂、5～6重量份无机阻燃剂、0.4～0.8重量份的添加剂，30～40重量份的玻璃纤维。优选的，尼龙为PA66、有机阻燃剂为溴化苯乙烯、无机阻燃剂为Sb2O3、添加剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯型抗氧剂、玻璃纤维为表面接枝硅烷的无碱玻璃纤维。
本发明的有益效果是：
本发明的加料分流器能够放置在加料仓内，方便检修和更换，而且采用定位结构，避免了分流器在物料冲击下发生偏移，本发明的加料分流器可以解决料仓中的树脂与阻燃剂的层分离取向问题，提高了阻燃剂在尼龙树脂中的混合与分散均匀性，使阻燃尼龙的阻燃性更稳定，提高尼龙产品在电气等领域的使用安全性。阻燃剂分散性的提高，能有效提高阻燃剂的阻燃效果，降低阻燃剂的使用量，降低生产成本。
本发明可有效提高阻燃剂的阻燃效果，降低生产成本，且新工艺无需投入大量的线体改造费用，实现良好的经济效益。
由于阻燃剂大多数属于低分子化合物，与尼龙的相容性较差，因此，阻燃尼龙中阻燃剂的分散均匀与否对阻燃效果的影响很大。本发明进一步采用特殊的双螺杆组合结构，该双螺杆组合结构通过优化熔融混炼区Z3Z4Z5的组合方式，提高了初熔段的分配混合强度和深度熔融段尾部的分散混合效果，能够解决阻燃剂与尼龙树脂间的混合和分散不均匀问题，提高了阻燃剂与尼龙树脂在熔融时的衔接和分散性，有利于提高阻燃剂的阻燃效果，降低阻燃剂的使用量，有效地提高了阻燃尼龙的阻燃稳定性，扩大了阻燃尼龙在电气绝缘领域的应用及使用安全性。
附图说明
图1为现有技术中物料在料仓中下料时发生层分离取向过程示意图；
图2为本发明的阻燃尼龙制造装置的加料仓示意图；
图3为图2中的加料分流器的正视图；
图4为图2中的加料分流器的侧视图；
图5为图2中的加料分流器的仰视图；
图6为本发明的阻燃尼龙制造装置的螺杆挤出装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的阻燃尼龙制造装置的具体实施例，如图2至图6所示，本实施例的阻燃尼龙制造装置包括加料仓以及与加料仓1相连的螺杆挤出装置，加料仓包括料筒1和出料口2，料筒1包括竖直方向设置的圆形筒体11及与圆形筒体下端固定连接的锥形筒体12，锥形筒体12上端与圆形筒体11下端焊接连接，锥形筒体12上端开口内径与圆形筒体11内径相同，锥形筒体12下端与出料口2相连，锥形筒体12下端的内径与出料口内径相同，出料口2上连接有出料筒。
加料仓中设置有加料分流器3，加料分流器包括分流体31，分流体包括两个上下相对设置的锥形体，上锥形体311和下锥形体312，使分流器本体整体上呈梭形形状，上锥形体311和下锥形体均为圆锥体312，上锥形体311的直径从上向下逐渐变大，下锥形体312的直径从上向下逐渐变小，两个锥形体的底面重合，且同轴一体设置，分流体上固定设置有支撑机构，支撑机构包括支撑腿32和定位杆33，支撑腿32有四根，四根支撑腿沿下锥形体周向均匀间隔布置，每一根支撑腿的一端与下锥形体的侧壁焊接连接，支撑腿32均位于通过下锥形体轴线的平面内延伸，具体的，支撑腿32从下锥形体312的侧壁斜向下延伸。四根支撑腿的长度相等，与下锥形体312侧壁连接位置均位于下锥形体侧壁的同一外圆上，四根支撑腿与下锥形体312的轴线之间的角度相同，使四根支撑腿远离下锥形体的一端的端部均处于与下锥形体同轴的一个外圆上，该外圆所处的平面垂直于下锥形体轴线，使支撑腿远离下锥形体的一端构成了顶推端。上下锥形体的锥角可以相同，也可以不同，锥角的大小视具体所加物料颗粒情况来定，锥角过大则影响下料速度，锥角过小则分流效果不明显，优选的，上锥形体的锥角为120°，下锥形体的锥角为150°。
在将加料分流器放入加料仓中后，支撑腿32远离下锥形体312的一端支撑在加料仓的锥形筒体12内壁，使下锥形体312的侧壁与加料仓的锥形筒体12内壁之间形成了物料通道，支撑腿32的长度及支撑腿32与下锥形体轴线之间的夹角设置成能够使下锥形体与加料仓锥形筒体之间的物料通道的宽度约为下料口直径的一半。上锥形体的底面直径，即下锥形体的底面直径也即下锥形体的最大直径，大于加料仓出料口的直径。
四根支撑腿中的一对相对设置的两根支撑腿上各固定设置有一根定位杆33，定位杆33的一端焊接固定在支撑腿靠近中部的下侧面上，另一端插入出料筒内，定位杆33从与支撑腿32连接处斜向下延伸，并逐渐靠近出料筒的轴线，使两根定位杆之间的距离从上往下逐渐缩小，即定位杆的外侧面均位于同一个锥面上。定位杆33的长度一般不受限制，一般为了增强加料分流器的稳定性，定位杆的长度设置为略小于出料筒的长度即可。
支撑腿和定位杆均为扁平的片状结构，支撑腿和定位杆的厚度方向沿相同的方向延伸，均垂直于下锥形体的轴线，支撑腿和定位杆的厚度相同，定位杆的顶端与支撑腿的下侧面固定连接，使物料在沿物料通道下落时，支撑腿和定位杆中除了支撑腿的上侧面外的其他面均不对物料造成阻力。
本实施例的加料分流器均采用不锈钢材料制备。
加料仓上连接有螺杆挤出装置，具体的，螺杆挤出装置为双螺杆挤出机，加料仓的出料筒下端与双螺杆挤出机的加料口相连。双螺杆挤出机内的螺杆直径为58mm，其螺杆包括熔融混炼区Z3Z4Z5，该区的螺节组合由正向啮合剪切螺节、正向输送螺节及反应啮合螺节按照如下顺序组合而成：KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、SE 60/60、KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、KB 45/5/60LH。其中KB为啮合块剪切螺节，KB 45/5指啮合块由5片错位角为45°的剪切片构成，KB 90/5则指啮合块由5片错位角为90°的剪切片构成(即垂直剪切段)，KB 45/5/60中60指此段螺节长度为60mm，KB 45/5/60LH中LH指此段螺节为反向啮合，SE 60/60为长度为60mm的正向输送螺节，且此段螺节的节距为60mm。上述组合中螺节长度可根据挤出机实际型号进行调整。
本发明的阻燃尼龙制造装置可用来制备由如下重量份数的组分组成的阻燃尼龙：35～40重量份尼龙、20～22重量份有机阻燃剂、5～6重量份无机阻燃剂、0.4～0.8重量份的添加剂，30～40重量份的玻璃纤维。具体的，尼龙为PA66、有机阻燃剂为溴化苯乙烯、无机阻燃剂为Sb2O3、添加剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯型抗氧剂、玻璃纤维为表面接枝硅烷的无碱玻璃纤维。本实施例中，阻燃尼龙的组成优选为：40重量份尼龙、20重量份添加剂、5重量份阻燃剂、30-40重量份玻璃纤维。
使用上述阻燃尼龙制造装置制备阻燃尼龙时的具体步骤包括：先将加料分流器放入料仓中，使分流器的定位杆插入料仓的出料筒中，支撑腿支撑在锥形筒体的内壁上，在下锥形体与锥形筒体之间形成物料通道。
将35～40重量份的PA66尼龙颗粒、20～22重量份的溴化苯乙烯粉料、5～6重量份的Sb2O3粉料、0.4～0.8重量份的四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯型抗氧剂经混料机高速混合，然后加入料仓中，物料在料仓下料过程中，由于梭型分流器的放置，分散了下料口处的流动取向，降低了层分离的发生，且物料在分流器四周发生层流，物料组分间发生再次混合，实现物料混合均匀。物料从料仓的出料筒进入螺杆挤出装置中，进行熔融混炼。熔融混炼的具体过程包括尼龙、阻燃剂、添加剂在KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60组成的初熔段进行的初步熔融过程以及在KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、KB 45/5/60LH组成的深度熔融段进行的彻底熔融过程，其中KB 45/5/60LH剪切段还能提高物料在螺杆内的对流强度，使尼龙树脂和阻燃剂间进行充分的分散混合，同时又不会破坏尼龙分子链的长度，增加阻燃剂与尼龙树脂间的均匀衔接，使阻燃剂的阻燃效果最大化。熔融混炼后，在螺杆挤出机的侧喂料处加入30-40重量份的玻璃纤维，物料与玻纤充分混合后，经螺杆挤出机的模头拉丝进入水槽冷却后造粒，即得阻燃尼龙。
制得的阻燃尼龙颗粒产品经冷却后包装保存，取同一料仓生产的前、中、后三时间点的产品测试阻燃性能，结果显示阻燃性能均达到V-0标准，且阻燃数据稳定性高。
在本发明的阻燃尼龙制造装置的其他实施例中，支撑腿的数量可以为四个以上，如五个、六个或者八个等。定位杆的数量也可以为更多，如三个、四个等。
在其他实施例中，定位杆与下锥形体的轴线平行设置，以进一步促进分流器在料仓中的稳固固定。或者两根定位杆的下端固定连接在一起，使两根定位杆形成倒三角结构。在其他实施例中，定位杆由定位筒替代，定位筒为焊接固定在支撑腿下侧面上的圆形筒体，筒体上设置有物料通孔以供物料流过。
在其他实施例中，定位杆的定位段可以不设置在同一锥面上。
在其他实施例中，定位杆和/或支撑腿中为圆形杆或者方形杆。
在其他实施例中，定位杆固定设置在下锥形体的侧面上。
在其他实施例中，支撑腿可以由环形支撑板替代，环形支撑板的内环边沿与下锥形体的侧壁焊接固定，环形支撑板的外环边沿支撑在锥形筒体内壁上，环形支撑板上设置有物料通孔，以供物料从中流过。
在其他实施例中，上锥形体和下锥形体之间可以设置分流筒，和现有技术中的结构一样。下锥形体可以不设置，分流器本体仅包括上锥形体，支撑腿固定连接在上锥形体的底面上。
在其他实施例中，支撑腿和定位杆的厚度方向不垂直于下锥心体的轴线。
在其他实施例中，上锥形体和下锥形体的锥角可以为其他角度，上锥形体的锥角也可以大于下锥形体的锥角角度。
在其他实施例中，双螺杆挤出机可以采用现有技术中的双螺杆挤出机，螺杆中的熔融混炼螺节组合采用现有技术中的组合。
在其他实施例中，上锥形体和下锥形体可以均为棱锥结构。
在其他实施例中，物料通道的宽度大于下料口直径的一半。
在其他实施例中，锥形体的底面的直径等于或者小于出料口的直径。
本发明的加料分流器的实施例与上述阻燃尼龙制造装置实施例中的加料分流器的结构完全一致，此处不再一一赘述。另外，上述阻燃尼龙制造装置实施例中的加料分流器的各种替代形式也均适合于本发明的加料分流器的实施例。

Claims (10)

1.一种加料分流器，包括分流体(31)以及设置在分流体(31)上的支撑机构，所述支撑机构包括用来将分流体支撑在对应的加料容器内壁上并使分流体与加料容器内壁之间形成物料通道的支撑腿(32)，所述支撑腿(32)具有与加料容器内壁顶配配合的顶推端，其特征在于，所述支撑机构还包括用来插入加料容器的出料口中以避免分流体的轴线偏离竖直方向的定位结构。
2.根据权利要求1所述的加料分流器，其特征在于：所述定位结构包括至少两根固定连接在分流体(31)或支撑腿(32)上的定位杆(33)，所述定位杆(33)远离分流体(31)的一端插入对应的加料容器的出料口。
3.根据权利要求2所述的加料分流器，其特征在于：所述定位杆(33)上设置有用来与对应的出料口内沿顶推配合的定位段，所述定位段均位于同一锥面上。
4.根据权利要求2所述的加料分流器，其特征在于：所述支撑腿(32)和定位杆(33)均为片状结构，支撑腿(32)和定位杆(33)的厚度方向垂直于分流体的轴向方向。
5.根据权利要求4所述的加料分流器，其特征在于：所述定位杆(33)固定设置在支撑腿(32)的下侧面上且支撑腿(32)与定位杆(33)的厚度方向平行。
6.根据权利要求1所述的加料分流器，其特征在于：所述分流体(31)包括底面重合设置的上锥形体(311)和下锥形体(312)，所述上锥形体(311)的锥角小于下锥形体(312)的锥角。
7.一种阻燃尼龙制造装置，包括加料仓，所述加料仓包括料筒(1)以及设置在料筒(1)下端的下料口，其特征在于，所述料筒(1)内设置有分流器，所述分流器为如权利要求1-6任意一项所述的加料分流器。
8.根据权利要求7所述的阻燃尼龙制造装置，其特征在于：分流体(31)的最大直径大于出料口的直径。
9.根据权利要求7所述的阻燃尼龙制造装置，其特征在于：所述阻燃尼龙制造装置还包括与加料仓相连的螺杆挤出装置，所述螺杆挤出装置包括依次连接的螺杆组件：KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、SE 60/60、KB 45/5/60、KB 45/5/60、KB 90/5/60、KB 45/5/60LH。
10.一种使用如根据权利要求7所述的阻燃尼龙制造装置制造阻燃尼龙的方法，其特征在于：包括：将尼龙、添加剂、阻燃剂混合后加入料仓中，从料仓中出来的物料进入螺杆挤出装置进行熔融混炼，在熔融混炼过程中向物料中加入玻璃纤维；经螺杆挤出装置模头拉丝造粒，即得。
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