CN218924619U - 一种表面改性装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种表面改性装置。表面改性装置包括真空釜、真空泵、改性液体存储容器、导热件和均布器；真空釜用于放置需要改性的材料，真空泵与真空釜连接，用于对真空釜抽真空；改性液体存储容器用于存储液相的改性剂，与真空釜连接以向真空釜内通入液相的改性剂；导热件设在真空釜外围并与真空釜接触，用于向真空釜传递热量以将真空釜内液相的改性剂加热转化为气相的改性剂；均布器装在真空釜内且具有设定厚度，均布器底部与真空釜的底壁之间留有设定的间隙。本申请利用改性剂物态的转化来实现对湿法表面改性工艺的工序改良，减少了液态改性剂的用量，以及浸泡改性后的干燥步骤，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种表面改性装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种表面改性装置。

背景技术

表面改性是在保持材料或制品原性能的前提下，赋予材料或制品表面新的性能，如疏水性、亲水性、抗静电性、生物相容性等。超细粉体类材料具有常规材料难以比拟的优异性能，在先进陶瓷、微电子、航天航空、生物制药、光学检测等领域获得了广泛的应用，但由于稳定性低、易发生团聚和难于分散，需要对超细粉体进行适当的表面处理以改善颗粒的表面特性和提高其分散性能，达到应用要求。

粉体表面改性方法是指改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。其中，表面化学包覆改性法是目前最常用的粉体表面改性方法，是利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性。改性工艺可分为干法和湿法两种。粉体表面改性工艺因表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工艺、湿法表面改性工艺、复合改性工艺三大类。

气凝胶、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等粉体表面改性常采用湿法表面改性工艺，湿法表面改性工艺一般用于可水溶或可水解的表面改性剂，以水溶液的形式对需表面改性的材料进行浸泡改性。授权公告号为CN215842555U的中国实用新型专利公开了一种二氧化硅微粉表面改性用浸泡搅拌装置，该浸泡搅拌装置是将二氧化硅微粉浸泡在改性溶液内，并一同搅拌，增大二氧化硅微粉与改性溶液的接触面积及增加大改性溶液的流动速度，从而提高改性效率。由此可见，湿法表面改性工艺还具有表面改性剂分散好、表面包覆均匀等优点，但需要后续进行脱水（过滤和干燥）作业；另外，湿法表面改性工艺所需的改性剂用量大，改性剂溶液浓度过低会导致表面改性效果变差，使得湿法表面改性工艺的成本较高、生产周期较长。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种表面改性装置，以解决现有的湿法表面改性工艺成本较高、生产周期较长的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种表面改性装置，包括：

真空釜，用于放置需要改性的材料；

真空泵，与真空釜连接，用于对真空釜抽真空；

改性液体存储容器，用于存储液相的改性剂，与真空釜连接以向真空釜内通入液相的改性剂；

导热件，设置在真空釜外围并与真空釜接触，用于向真空釜传递热量以将真空釜内液相的改性剂加热转化为气相的改性剂；

均布器，安装在真空釜内且具有设定厚度，均布器的底部与真空釜的底部内壁之间留有设定的间隙。

上述技术方案的有益效果是：本实用新型通过向真空釜内通入液相的改性剂，并对真空釜进行加热使液相的改性剂转化为气相的改性剂，利用这种改性剂物态的转化来实现对湿法表面改性工艺的工序改良，使待改性的材料或制品能处于充满高温气相改性剂的改性反应容器内进行改性，以高温气态分子的高扩散性、高扩散率的原理提高表面改性的效率；相比湿法表面改性工艺，能够减少液态改性剂以浸泡的方式改性所用的改性剂的用量，以及浸泡改性后的干燥步骤，缩短了生产工序，提高了生产效率，降低了生产成本。另外，真空釜内设置均布器能够避免待改性的材料或制品与液相的改性剂直接接触，同时也能保证汽化后的改性剂分布的均匀性，从而使待改性的材料或制品改性的均匀。

进一步的，所述均布器卡接在真空釜内；或者真空釜的内壁上安装有支架，均布器支撑放置在环形支架上。

有益效果：便于均布器在真空釜内的安装和拆卸。

进一步的，均布器具有与真空釜的底部内壁形状适配的球形面。

有益效果：设置球形面可增大均布器的厚度，进而减小均布器与真空釜底部内壁之间的距离，从而加快液相的改性剂的汽化效率。

进一步的，所述支架包括多个分布在真空釜的底部内壁上的球形凸起，各个球形凸起均与均布器上的球形面支撑接触。

有益效果：球形凸起能够对均布器进行支撑，且能够分散布置，无需将直接设置成连续性的结构，结构简单。

进一步的，均布器的周面与真空釜的内壁接触，均布器由导热材质制成。

有益效果：均布器能够接收并传导从真空釜釜壁传递的热量，并对接触到的液相改性剂进行加热，使进入真空釜内部的液相改性剂接触更多的热源，能够更快速地汽化。

进一步的，所述真空釜与真空泵之间连接有缓冲罐。

有益效果：能够防止真空泵的泵油回流。

进一步的，所述缓冲罐与所述真空泵之间设置有冷却机构。

有益效果：冷却机构能够对进入真空泵的介质进行降温，避免高温介质对真空泵的损坏。

进一步的，所述导热件为环绕在改性反应容器外周的加热管，加热管呈螺旋柱状，加热管内用于流通导热介质；表面改性装置还包括相互连接的导热介质储存装置和导热介质加热装置，导热介质存储装置用于存储并向导热介质加热装置补充导热介质，导热介质加热装置通过进液管道与所述加热管的入口连接，用于向加热管内输送加热后的导热介质。

有益效果：采用螺旋柱状的加热管，可套设环绕在改性反应容器外周，在进入经加热后的导热介质后，能够实现改性反应容器上各个位置的温度均匀，保证改性剂与待改性的材料进行充分的反应，保证改性效果。

进一步的，加热管的出口通过回液管道与导热介质加热装置连接。

有益效果：使导热介质在加热管中进行换热后，输送至导热介质加热装置中进行回收、加热并重复利用，避免导热介质的浪费。

进一步的，真空釜的底部和中间位置均设有温度监测点，真空釜的顶部和中间位置之间设有至少一个温度监测点。

有益效果：能够实时监测真空釜周围的温度场，以便控制温度场的温度均匀。

附图说明

图1是本实用新型的表面改性装置的示意图；

图2是本实用新型的表面改性装置中的均布器与真空釜的第一种装配状态示意图；

图3是本实用新型的表面改性装置中的均布器与真空釜的第二种装配状态示意图；

图4是本实用新型的表面改性装置中的均布器与真空釜的第三种装配状态示意图；

图5是本实用新型的表面改性装置中的均布器与真空釜的第四种装配状态示意图。

附图标记说明：1-真空釜；2-改性液体存储容器；3-高位油槽；4-导热油加热器；5-均布器，6-缓冲罐；7-真空泵；8-冷却机构；9-球形凸起；10-加热管，11-进料阀，12-出料阀，13-均布器；14-环形凸缘；15-均布器，16-均布器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型的表面改性装置的具体实施例：

如图1和图2所示，表面改性装置包括真空釜1、真空泵7、缓冲罐6、改性液体存储容器2、导热件、均布器、导热介质储存装置和导热介质加热装置。

本实施例中，导热介质采用导热油。导热件为呈螺旋柱状的加热管10；导热介质存储装置为高位油槽3，导热介质加热装置为导热油加热器4，真空釜1、高位油槽3、导热油加热器4均为现有技术，在此不再详细赘述具体结构和工作原理。

具体的，改性剂存储容器5内用于存储液体改性剂，改性剂存储容器5与真空釜1通过液体管道连接，液体管道连接在真空釜1的底部，液体管道上设有进料阀11，并且液体管道在进料阀11与真空釜1之间通过三通阀连接有出料阀12。

如图1所示，高位油槽3与导热油加热器4连接，高位油槽3内存储有导热油，同时高位油槽3通过管道向导热油加热器4补充导热油。导热油加热器4通过进液管道与加热管10的入口连接，导热油加热器4通过回液管道与加热管10的出口连接。

如图2所示，加热管10环绕套设在真空釜1的外周，并与真空釜1的外壁接触，加热管内用于流通导热油8。真空釜1的顶部连接有真空泵2，缓冲罐3连接在真空泵2与真空釜1之间，用于避免真空泵7的泵油回流。

均布器5为具有一定厚度的孔板，能够承重。如图2所示，本实施例中，均布器5的周面与真空釜1的内壁接触，且均布器5由导热材质制成，导热材质可以是铝合金。均布器5具有与真空釜1的底部弧形内壁形状适配的球形面，真空釜1的底部弧形内壁上分布有多个球形凸起9，球形凸起9与均布器5上的球形面支撑接触，从而使均布器5的底端与真空釜1的底部弧形内壁之间留出供液体改性剂分散的空间。均布器5上具有多个通孔，通孔可供气相的改性剂通过。均布器5的设置能够防止进入真空釜1中未来得及气化的改性剂直接接触待改性的材料或制品，导致表面改性的不均匀。采用导热材质制成的均布器5能够接收并传导从真空釜1釜壁传递的热量，并对接触到的液相改性剂进行加热，使进入真空釜1内部的液相改性剂接触更多的热源，能够更快速地汽化。

导热油加热器4将导热油加热后，通过进液管道将加热后的导热油供入真空釜1外壁处的加热管10入口中，加热管10内流通有温度高的导热油，这部分导热油用以对真空釜1进行加热升温。液体改性剂在真空釜1抽真空、加热之后在压力差的作用下压入至真空釜1中，并于真空、加热条件下转变为气相，对材料或材料制成的成型制品进行表面改性。导热油在加热管10中循环后经加热管10的出口输送至导热油加热器4中进行回收、加热并重复使用，从而避免导热油的浪费。

为更好的控制真空釜1的温度，在真空釜1的底部、中间和高点等位置均设有温度监测点，温度监测点处安装有温度传感器，此处的高点指的是真空釜的中间位置和顶部之间且靠近真空釜顶部的位置。

如图1所示，缓冲罐6与真空泵7之间设置有冷却机构8，冷却机构为套设在真空泵7入口前方的管道外的水冷套管，可以与管道组成套筒状，也可以设置为盘旋环绕在管道外壁处的盘管状。冷却机构8对进入真空泵7的介质进行降温，避免高温介质对真空泵7的损坏。冷却机构8通过水泵及输送管道抽取冷却水用于进入真空泵7的流体的预降温，并通过另一输送管道将参与冷却之后的冷却水输送排出。

如图1所示，本实用新型的表面改性设备的工作流程为：首先，将需要改性的材料或制品放入真空釜1内，关闭釜盖，利用卡箍法兰托轮装置将釜盖锁紧，利用真空泵7从真空釜1上的抽真空口将釜内抽到设定的负压值，利用加热管加热釜体内部，此步骤中也可先使用加热管加热真空釜1后再利用真空泵抽真空。然后，待真空釜1内达到设定负压值之后打开进料阀10，利用压力差将改性剂存储容器2内的液体改性剂吸进真空釜1内，液体改性剂进入到均布器5与真空釜1底部弧形内壁之间的间隙内，在加热管10的加热作用下，液体改性剂快速汽化为气态改性剂，汽化后的改性剂通过均布器迅速均匀扩散并填充满真空釜1，并与釜内待改性材料或制品均匀接触，当液体改性剂转移至一定量时（通过真空釜内压力直观地观察），关闭进料阀10，开始改性过程。改性完成后，关闭导热油加热器4，等待真空釜1冷却，然后开启真空釜1上的平压阀对真空釜1的釜体内平压，通过出料阀11排出多余液体改性剂（很少量），平压及出料完成后打开釜盖，取出改性后的材料或制品，完成操作过程。

本实用新型采用将通入真空釜内液相的改性剂转化为气相的改性剂这种改性剂物态的转化来实现对湿法表面改性工艺的工序改良，使待改性的材料或制品能处于充满高温气相改性剂的改性反应容器内进行改性，以高温气态分子的高扩散性、高扩散率的原理提高表面改性的效率；相比湿法表面改性工艺，能够减少液态改性剂以浸泡的方式改性所用的改性剂的用量，以及浸泡改性后的干燥步骤，缩短了生产工序，提高了生产效率，降低了生产成本。真空釜内设置均布器能够避免待改性的材料或制品与液相的改性剂直接接触，同时也能保证汽化后的改性剂分布的均匀性，从而使待改性的材料或制品改性的均匀，保证产品的质量。

在其他实施例中，均布器也可以采用如图3所示的结构和装配方式。如图3所示，均布器13为具有一定厚度的板状结构，其直接卡放在真空釜内。

在其他实施例中，均布器也可以采用如图4所示的结构和装配方式。如图4所示，均布器15为具有一定厚度的板状结构，但是相比于图3，该实施例中的均布器15厚度较小，在安装时，需要在真空釜内设置支架，支架为一圈环形凸缘14，均布器15则放置在环形凸缘14上由其支撑。

在其他实施例中，均布器也可以采用如图5所示的结构和装配方式，如图5所示，该实施例中，均布器16仍具有与真空釜的底部内壁形状适配的球形面，但该实施例相比于图2，均布器16的厚度较小，且能够直接卡在真空釜1内，此时无需设置图2中的球形凸起。

在其他实施例中，导热件也可以采用电加热套，直接套设在真空釜外，此时电加热套自身在通电的情况下便能对真空釜进行加热，这样便无需设置导热介质储存装置和导热介质加热装置。

以上所述的本实用新型的实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种表面改性装置，其特征在于，包括：

真空釜，用于放置需要改性的材料；

真空泵，与真空釜连接，用于对真空釜抽真空；

改性液体存储容器，用于存储液相的改性剂，与真空釜连接以向真空釜内通入液相的改性剂；

导热件，设置在真空釜外围并与真空釜接触，用于向真空釜传递热量以将真空釜内液相的改性剂加热转化为气相的改性剂；

均布器，安装在真空釜内且具有设定厚度，均布器的底部与真空釜的底部内壁之间留有设定的间隙。

2.根据权利要求1所述的表面改性装置，其特征在于，所述均布器卡接在真空釜内；或者真空釜的内壁上安装有支架，均布器支撑放置在环形支架上。

3.根据权利要求2所述的表面改性装置，其特征在于，均布器具有与真空釜的底部内壁形状适配的球形面。

4.根据权利要求3所述的表面改性装置，其特征在于，所述支架包括多个分布在真空釜的底部内壁上的球形凸起，各个球形凸起均与均布器上的球形面支撑接触。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的表面改性装置，其特征在于，均布器的周面与真空釜的内壁接触，均布器由导热材质制成。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的表面改性装置，其特征在于，所述真空釜与真空泵之间连接有缓冲罐。

7.根据权利要求6所述的表面改性装置，其特征在于，所述缓冲罐与所述真空泵之间设置有冷却机构。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的表面改性装置，其特征在于，所述导热件为环绕在改性反应容器外周的加热管，加热管呈螺旋柱状，加热管内用于流通导热介质；表面改性装置还包括相互连接的导热介质储存装置和导热介质加热装置，导热介质存储装置用于存储并向导热介质加热装置补充导热介质，导热介质加热装置通过进液管道与所述加热管的入口连接，用于向加热管内输送加热后的导热介质。

9.根据权利要求8所述的表面改性装置，其特征在于，加热管的出口通过回液管道与导热介质加热装置连接。

10.根据权利要求8所述的表面改性装置，其特征在于，真空釜的底部和中间位置均设有温度监测点，真空釜的顶部和中间位置之间设有至少一个温度监测点。

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