CN214982387U - 聚合物粉体球形化处理装置 - Google Patents

Abstract

聚合物粉体球形化处理装置，包括：加热组件，包括竖向设置的圆柱形空腔，用于加热聚合物粉体；送料组件，用于向加热组件的圆柱形空腔中输送聚合物粉体；气源组件，设置与加热组件连接，用于向加热组件输入气体；冷却组件，设置在加热组件下方并与圆柱形空腔连通，用于为经过加热组件后形成的球形聚合物粉体降温；收集组件，设置在冷却组件下方并与其连通，用于收集冷却后的球形聚合物粉体。聚合物粉体球形化处理装置，利用感应发热作为热源制备球形粉体，热源稳定且温度可以调节，适用于球化不同熔点的聚合物粉体，操作简单，效率高，时间短，成本低，无污染，在制取球形粉体及选区激光熔化等先进制造领域的实际生产中有广泛的应用前景。

Description

聚合物粉体球形化处理装置

技术领域

本申请属于粉体材料制备技术领域，具体涉及聚合物粉体材料制备，特别涉及聚合物粉体材料球形化处理装置。

背景技术

高性能聚合物具有轻质、高强、耐腐蚀等优点而广泛应用于国家战略领域、支柱产业的关键零部件，如人体骨骼植入物、航空用支架等。这类零部件已逐渐呈现功能化、整体化、轻量化的发展趋势，并具有不规则形状以及复杂内部结构，其成形难度逐渐增大。

选区激光熔化(SLM)作为目前广泛应用的增材制造(AM)技术之一，是以固体粉体为原材料，采用分层制造原理直接从三维模型成形出零件实体，对于一次整体成形复杂结构零部件具有显著优势。选区激光熔化(SLM)普遍要求粉体具有球形度高、粒径分布均匀、松装密度高和流动性好等关键指标。为了满足SLM用聚合物粉体的性能要求，聚合物粉体的处理技术也在不断的改进与创新。

目前报道较多的聚合物粉体处理方式主要为喷雾干燥和溶剂沉淀，这两种方式都需要大量的有机溶剂，在喷雾干燥过程中，设备功耗大，有机溶剂的挥发会造成环境污染，不符合环保要求。另外，由于复合材料比重不一样，在复合材料制备过程中容易出现成分偏析，影响粉体的均匀性和结晶度。机械粉碎法适合大批量生产，粒度分布可控，成本低、效率高，是聚合物粉体制备的重要方法，但机械粉碎法制备的聚合物粉体球形度较低，而且容易产生静电，导致粉体的流动性较差。

射频感应等离子球化法是通过感应线圈产生高频电场，电离工作气体产生高温的等离子体，熔化经过等离子焰流中的粉体，熔化后在表面张力作用下凝固形成球形度高的粉体。虽然射频感应等离子球化法生产的粉体球化效果好，但由于高温等离子体温度高达10000K，对于分解温度在1000℃以下的聚合物材料不适用。

实用新型内容

有鉴于此，一些实施例公开了聚合物粉体球形化处理装置，该处理装置包括：

加热组件，包括竖向设置的圆柱形空腔，用于加热聚合物粉体；

送料组件，用于向加热组件的圆柱形空腔中输送聚合物粉体；

气源组件，设置与加热组件连接，用于向加热组件输入气体；

冷却组件，设置在加热组件下方并与圆柱形空腔连通，用于为经过加热组件后形成的球形聚合物粉体降温；

收集组件，设置在冷却组件下方并与其连通，用于收集冷却后的球形聚合物粉体。

进一步，一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，加热组件包括：

具有圆柱形空腔的发热体，发热体上方端口设置有密封盖体，密封盖体上设置有气体输入管，气体输入管包括一个设置在密封盖体中央部位的第一气体输入管和多个设置在接近发热体壁的第二气体输入管，多个第二气体输入管均匀分布；

感应线圈，套设在发热体上；

感应电源，设置与感应线圈连接；

其中，送料组件与第一气体输入管连通，聚合物粉体经过第一气体输入管进入圆柱形空腔；感应电源为感应线圈提供电源，感应线圈加热发热体在圆柱形空腔中形成高温区域。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，送料组件包括：

送料管，其一端设置与加热组件的圆柱形空腔连通；

螺旋送料杆，设置在送料管内部；螺旋送料杆包括一个沿送料管轴向设置的转动杆和设置固连在转动杆上的螺旋叶片；

电机，设置在送料管的另一端，并与转动杆连接，用于驱动转动杆转动；

料仓，设置在送料管上方，料仓的下方开口于送料管中。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，料仓设置为多个。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，冷却组件包括：

冷却仓，其上端口设置与加热组件连接，其下端口设置与收集组件连接；冷却仓的侧壁上设置有多个冷却气输入管；

压力传感器，设置在冷却仓中，用于测定冷却仓中央部位的气压；

第一气体输出管，设置在冷却仓下部，用于连接真空泵；

第二气体输出管，设置在冷却仓下部，用于连接气体回收组件，回收冷却仓中的气体。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，冷却仓的侧壁为夹层结构。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，冷却气输入管设置与气源组件连通。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，第二气体输出管设置与尾气过滤组件连接，所述尾气过滤组件的输出端设置与气源组件连接。

一些实施例公开的聚合物粉体球形化处理装置，气源组件包括：

供气站，用于提供装置所需要的气体；

供气管道，设置与供气站连通，用于向处理装置输送气体；

管道加热器，设置在供气管道上，用于为供气管道中的气体进行预加热。

聚合物粉体球形化处理装置，利用感应发热作为热源制备球形粉体，热源稳定且温度可以调节，适用于球化不同熔点的聚合物粉体，操作简单，效率高，时间短，成本低，产物粒度小，无污染，在制取球形粉体及选区激光熔化等先进制造领域的实际生产中有广泛的应用前景。

附图说明

图1实施例1聚合物粉体球形化处理装置结构示意图

图2实施例2送料组件结构示意图

图3实施例3加热组件结构示意图

图4实施例3气体输入管设置示意图

图5实施例4冷却组件结构示意图

图6实施例5气源组件示意图

附图标记

1 送料组件 2 加热组件

3 冷却组件 4 真空泵

5 收集组件 6 循环泵

7 尾气循环过滤组件 8 气源组件

10 料仓 11 送料管

12 转动杆 13 螺旋叶片

14 电机 21 发热体

22 感应线圈 23 感应电源

24 第一气体输入管 25 第二气体输入管

26 热电偶 30 冷却仓

31 冷却气输入管 32 压力传感器

33 第二气体输出管 34 第一气体输出管

35 降温腔室 351 降温流体入口

352 降温流体出口 80 供气站

81 管道加热器 82 减压阀

83 气体流量计 84 气流控制阀

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本申请实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本申请中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本文中，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由……构成”和“由……组成”是封闭连接词。

为了更好的说明本申请内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本申请的主旨。

在不冲突的前提下，本申请实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本申请实施例公开的内容。

以下结合实施例对技术细节做进一步示例性说明。

实施例1

图1为实施例1公开的聚合物粉体球形化处理装置结构示意图。

实施例1中，加热组件2包括竖向设置的圆柱形空腔，送料组件1设置在加热组件2上方，送料组件1的送料出口端与加热组件2的圆柱形空腔通过管道连通，用于向加热组件2的圆柱形空腔中输送聚合物粉体；气源组件8设置与加热组件连接，通过连接管道与加热组件2的圆柱形空腔连通，用于向加热组件2输入气体，如载气、边气等；加热组件2的下方设置有冷却组件3，冷却组件3内部包括圆柱形空腔，被加热组件2加热的原料粉体与气体经过冷却组件3内部圆柱形空腔的过程中被冷却降温；冷却组件3的下部侧壁上，设置有气体管道，其中一个气体管道设置与真空泵4连通，可以对冷却组件内部空腔抽真空，形成负压，便于对其中的气体氛围进行更换；其中另一个气体管道设置与循环泵6连通，可以抽取其中的气体，便于进行循环利用；冷却组件3的下端部设置连接有收集组件5，可以收集冷却组件中形成的球形粉体颗粒。

进一步，循环泵6的出口端设置连接有尾气循环过滤组件7，可以对尾气进行过滤处理，处理后的气体能够重新进入气体供应组件8，作为其气体来源，能够连续为加热组件2提供气体，实现了气体循环利用，提高气体利用效率，降低生产成本。

加热组件与冷却组件之间可以通过连接法兰相互连接；冷却组件与收集组件之间可以通过连接法兰相互连接；收集组件与冷却组件的连接部位可以设置可开启阀门，开启后产物粉体进入收集组件进行收集，关闭后可以将收集组件拆卸，将收集组件中收集的产物粉体统一处理，清空收集组件后将其装回原位，进一步进行收集，通过可开启阀门的配合操作，实现连续收集产物粉体、连续生产。

进一步，聚合物粉体球形化处理装置还可以包括控制组件，用于控制处理装置的其他组件，例如加热组件、冷却组件、气源组件、送料组件、真空泵、循环泵等，以协同控制各组件、部件之间的协调运行，实现聚合物粉体球形化处理，进一步实现球形化处理过程连续进行，提高生产效率。

实施例2

图2为实施例2公开的送料组件结构示意图。

实施例2中，送料组件包括水平设置的送料管11，送料管11内部设置有螺旋送料杆，其包括设置在送料管11中心的转动杆12和设置固连在转动杆12上的螺旋叶片13，送料管11上方设置有料仓10，料仓10底端开口于送料管11中；送料管11的左侧端设置与输送载气的管道连通，送料管11的右侧端设置有电机14，电机14与转动杆12固连，以便驱动转动杆转动；

输送载气的管道可以是加热组件的第一气体输入管24；送料管11出口端送出的粉体物料进入第一气体输入管24，在粉体物料自身重量作用和第一气体输入管24中的载气携带下向下方移动，进入加热组件。通过控制转动杆12的转速可以控制粉体物料的送料速度，控制粉体物料进入加热组件中的流量；

料仓10具有斗形腔体，以便在其中设置粉体物料且能够自然下落，料仓10底部具有合适的形状和大小以便与送料管11适配连接；料仓10底部通常可以设置可开启阀门，以便对加入送料管11的粉料进行控制；料仓10通常还可以设置为多个，多个料仓分别与送料管11连通，例如实施例1中的料仓10为两个，可以独立控制，实现向送料管11中连续进料；

利用聚合物粉体球形化处理装置进行处理的粉体材料包括PEEK、PEK、PEKK、PA6、PA66、β-TCP等。

通常在对聚合物粉体进行球形化处理和之前，还可以对其进行干燥处理，例如在130～160℃的真空烘箱中干燥2～6h。

实施例3

图3为实施例3公开的加热组件结构示意图。

实施例3中，加热组件包括发热体21，发热体21为中空管状石墨部件或金属部件，具有圆柱形空腔，发热体21外套设有感应线圈22，感应线圈22设置与感应电源23连接；

发热体21上方端口设置有密封盖体将其密封，密封盖体上设置有气体输入管，向发热体内部腔室中通入需要的气体，气体输入管包括设置在密封盖体中央部位的第一气体输入管24和设置在第一气体输入管24与发热体壁之间的第二气体输入管25，第二气体输入管25设置为多个，间隔均匀地分布在密封盖体上；第二气体输入管25的位置通常更靠近发热体内壁；通常第一气体输入管24中输入的气体为载气，可以控制输送粉料；第二气体输入管25中输入的气体为边气。

通常第一气体输入管24设置在中央部位，有利于利用其中通入的载气将粉体物料均匀分散在发热体21内的空腔中，有利于均匀加热。

通常不同的粉体物料需要控制不同的气体流量，例如，密度较低的粉体通常需要较小的载气流量和较大的边气流量，否则会导致球化效果差，物料粘壁严重。

载气或边气通常为不与物料反应的气体，例如氩气、氮气等。通常输入加热组件的气体可以具有合适的温度，例如与加热组件内的温度接近以便维持加热组件内部腔室中温度的稳定性。通常可以对输入加热组件中的气体进行预加热，使其获得合适的温度。

图4为本实施例3中气体输入管设置示意图。

第一气体输入管24位于中心点部位，八个第二气体输入管分布在其周围，之间间隔相等，与第一气体输入管2的距离相等；第一气体输入管24中进入的气体为载气，主要用于运输粉体；第二气体输入管25中输入的气体为边气，主要用于分散粉体，并控制粉体在加热组件中的运动轨迹。

实施例4

图5为实施例4公开的冷却组件结构示意图。

实施例4中，冷却组件包括冷却仓30，冷却仓壁为双层结构，形成圆环形降温腔室35，降温腔室35分别连接有降温流体输入口351和降温流体出口352，通过向其中通入流动的流体对冷却仓壁进行降温，进而对冷却仓内进行降温；流动的流体包括冷却水、冷却气；冷却仓30的侧壁上设置有多个冷却气输入管31与冷却仓内部空腔连通，冷却气输入管位于冷却仓30的上部，多个冷却气输入管31间隔均匀、等高设置，以便向冷却仓内部通入冷却气，对其中的粉体进行降温；通常冷却气输入管31的设置方向与粉体移动方向大体一致，通入的冷却气流向与冷却仓内部粉体移动方向大体一致，例如，冷却气输入管31与冷却仓壁之间的夹角为锐角；冷却仓30的侧壁上还设置安装有压力传感器32，其压力感应端设置在冷却仓中心部位，用于测量该部位的气压；冷却仓30的下部侧壁上，还设置有用于连接真空泵的第一气体输出管34，和用于连接循环泵的第二气体输出管33；

进一步，冷却仓的上端设置与加热组件2的发热体连接，以便发热体内部圆柱形空腔与冷却仓内部空腔相互连通；冷却仓30的下端设置连接有收集组件5，可以收集粉体产物。

实施例5

图6为实施例5公开的气源组件示意图。

实施例5中，气源组件包括供气站80，供气站的气体输出管路上设置有气流控制阀84和减压阀82，还设置有气体流量计83，用于协调配合调节气体流量，同时在气体输出管路上还设置有管道加热器81，对输出的气体进行预加热，使其接近加热组件中的气体温度，减少因输入的气体温度较低而对加热组件中加热环境温度的扰动，防止影响加热环境的稳定性。

气体输出管路设置连接与加热组件的气体输入管，以便将设定流量、设定温度的气体输入加热组件中参与物料粉体球化过程。

供气站80设置与尾气循环过滤组件7连通，以便尾气循环过滤组件7处理后的气体进入供气站，实现气体在聚合物粉体球形化工艺流程中的循环利用。

气体输出管路的数量和设置方式等可以灵活设置，以适应不同聚合物粉体球形化工艺。

作为一种实施方式，聚合物粉体球形化处理装置中，对聚合物粉体进行球形化处理的工艺过程包括：

(1)控制组件的总电源开关，向料仓中放入聚合物粉体，打开气体供应组件的气流控制阀，保持第一气体输出管开通，启动真空泵，将整个装置内部腔室抽成真空，然后关闭第一气体输出管和真空泵；打开第一气体输入管通入氩气，将装置内部的气压调整至常压；关闭第一气体输入管，打开第二气体输入管和循环泵；向冷却气输入管中通入氮气；调节相关阀门大小使整个处理装置内部的压力趋于稳定；从第二气体输出管抽出的尾气经过尾气循环过滤组件处理后进入供气站；

(2)待系统稳定后，打开管道加热器，启动感应电源，预设电源功率，待热电偶显示示数稳定后，启动电机，开始向加热组件中输送粉体物料；

(3)物料粉体被第一气体输入管中的载气带进加热组件的加热区域，在加热区域吸热熔化后继续移动下落进入冷却组件的冷却仓内，进一步在冷却气流和自身重力的作用下冷却并落入收集组件中；收集罐顶部可以设置有一阀门，可在不关闭装置的前提下收粉，以保证装置的长时间运行；

(4)实验结束后，关闭感应电源和第一气体输入管和第二气体输入管，继续向仓内通入冷却气；5～10分钟后关闭冷却气，取下收集组件，取出球化粉体后将收集组件重新装回，关闭气路阀门，关闭总电源。

以上实施例中聚合物粉体球形化处理装置，利用感应发热作为热源制备球形粉体，热源稳定且温度可以调节，适用于球化不同熔点的聚合物粉体，操作简单，效率高，时间短，成本低，产物粒度小，无污染，在制取球形粉体及选区激光熔化等先进制造领域的实际生产中有广泛的应用前景。

本申请公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本申请的发明构思，并不构成对本申请技术方案的限定，凡是对本申请公开的技术细节所做的常规改变、替换或者组合，都与本申请具有相同的发明构思，都在本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，包括：

加热组件，包括竖向设置的圆柱形空腔，用于加热聚合物粉体；

送料组件，用于向所述加热组件的圆柱形空腔中输送聚合物粉体；

气源组件，设置与所述加热组件连接，用于向所述加热组件输入气体；

冷却组件，设置在所述加热组件下方并与所述圆柱形空腔连通，用于为经过加热组件后形成的球形聚合物粉体降温；

收集组件，设置在所述冷却组件下方并与其连通，用于收集冷却后的球形聚合物粉体。

2.根据权利要求1所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述加热组件包括：

具有圆柱形空腔的发热体，所述发热体上方端口设置有密封盖体，所述密封盖体上设置有气体输入管，所述气体输入管包括一个设置在密封盖体中央部位的第一气体输入管和多个设置在接近所述发热体壁的第二气体输入管，多个所述第二气体输入管均匀分布；

感应线圈，套设在所述发热体上；

感应电源，设置与所述感应线圈连接；

其中，所述送料组件与所述第一气体输入管连通，所述聚合物粉体经过所述第一气体输入管进入所述圆柱形空腔；所述感应电源为所述感应线圈提供电源，感应线圈加热发热体在圆柱形空腔中形成高温区域。

3.根据权利要求1所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述送料组件包括：

送料管，其一端设置与所述加热组件的圆柱形空腔连通；

螺旋送料杆，设置在所述送料管内部；所述螺旋送料杆包括一个沿所述送料管轴向设置的转动杆和设置固连在所述转动杆上的螺旋叶片；

电机，设置在所述送料管的另一端，并与所述转动杆连接，用于驱动所述转动杆转动；

料仓，设置在所述送料管上方，所述料仓的下方开口于所述送料管中。

4.根据权利要求3所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述料仓设置为多个。

5.根据权利要求1所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述冷却组件包括：

冷却仓，其上端口设置与所述加热组件连接，其下端口设置与所述收集组件连接；所述冷却仓的侧壁上设置有多个冷却气输入管；

压力传感器，设置在所述冷却仓中，用于测定冷却仓中央部位的气压；

第一气体输出管，设置在所述冷却仓下部，用于连接真空泵；

第二气体输出管，设置在所述冷却仓下部，用于连接气体回收组件，回收冷却仓中的气体。

6.根据权利要求5所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述冷却仓的侧壁为夹层结构。

7.根据权利要求5所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述冷却气输入管设置与气源组件连通。

8.根据权利要求5所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述第二气体输出管设置与尾气过滤组件连接，所述尾气过滤组件的输出端设置与气源组件连接。

9.根据权利要求1所述的聚合物粉体球形化处理装置，其特征在于，所述气源组件包括：

供气站，用于提供装置所需要的气体；

供气管道，设置与所述供气站连通，用于向所述处理装置输送气体；

管道加热器，设置在所述供气管道上，用于为供气管道中的气体进行预加热。

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