方衛(wèi)民 汪建陽 劉國晶 聞 濤 譚 軍

（1.浙江富士特硅材料有限公司，浙江 衢州324000；2.嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 嘉興314001）

氣相白炭黑由硅烷鹵化物（主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷）在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級白色粉末，學(xué)名氣相二氧化硅或氣溶膠二氧化硅，是極其重要的納米級無機原材料之一。由于其粒徑很小，因此比表面積大、表面吸附力強、表面能大、化學(xué)純度高、分散性能好，熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨具特性，有著不可取代的作用。氣相白炭黑俗稱“納米白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體、脫色劑、消光劑、橡膠補強劑、塑料充填劑、油墨增稠劑、金屬軟性磨光劑、絕緣絕熱填充劑、高級日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域，并為相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新材料基礎(chǔ)和技術(shù)保證[1-3]。

國外氣相法白炭黑工業(yè)經(jīng)過60多年的發(fā)展，已達到很高水平。目前德國Degussa、Wacker等公司、美國Cabot以及日本Tokuyama等少數(shù)幾家公司控制全球市場[4-5]。氣相法白炭黑生產(chǎn)在我國起步較晚，但近10年來發(fā)展較快，競爭也日趨激烈。但總體生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比仍有較大差距。國內(nèi)氣相法白炭黑2010年市場需求量已超過20 kt/a，2015年初步估計至少達到40 kt/a[6]。

氣相法白炭黑常態(tài)下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子（粒徑小于50 nm），有巨大的比表面積（100～400 m2/g，F(xiàn)-Sorb2400比表面積儀BET法測試）。氣相法白炭黑的密度小，灌裝的時候容易漂浮，灌裝環(huán)境中污染嚴重，影響了工人操作的效率[7]。為了解決上述的生產(chǎn)技術(shù)問題，筆者等設(shè)計制造了1種新型氣相白炭黑自動灌裝機。

1 自動包裝機結(jié)構(gòu)

新型氣相白炭黑自動包裝機包括機座、白炭黑出料裝置，白炭黑出料裝置固定設(shè)置在機座上。如圖1所示。

圖1 氣相白炭黑自動包裝機Fig 1 The schematic diagram of automatic packaging machine of fumed silica

該自動灌裝機的機座上設(shè)有包裝袋支撐座，包裝袋支撐座為“L”型，在包裝袋支撐座的底部設(shè)有滾輪，所述的噴嘴設(shè)置在包裝袋支撐座的上部。包裝袋支撐座還包括稱重模塊，稱量模塊連接設(shè)有控制模塊，噴嘴上設(shè)置有氣動控制閥門，控制模塊控制氣動控制閥門關(guān)閉并同時控制變頻調(diào)速電動機工作。

圖2為氣相白炭黑的自動出料裝置結(jié)構(gòu)。

圖2 氣相白炭黑自動出料裝置Fig 2 The schematic diagram of automatic feeding device of fumed silica

其中白炭黑出料裝置包括電機、進料斗、旋轉(zhuǎn)箱體、出料箱體、傳動軸、減速器和皮帶輪；進料斗設(shè)置在最右側(cè)，進料斗的上方設(shè)置有進料口；旋轉(zhuǎn)箱體固定設(shè)置在進料斗的左側(cè)，旋轉(zhuǎn)箱體與進料斗的內(nèi)腔相通，旋轉(zhuǎn)箱體內(nèi)設(shè)置有螺桿，螺桿的外徑與旋轉(zhuǎn)箱體的內(nèi)側(cè)壁直徑相配合，螺桿的一端與傳動軸相傳動連接，另一端延伸設(shè)置在進料斗內(nèi)；出料箱體固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)箱體的左側(cè)，出料箱體與旋轉(zhuǎn)箱體的內(nèi)腔相通，在旋轉(zhuǎn)箱體內(nèi)設(shè)置有多個旋轉(zhuǎn)葉片，多個旋轉(zhuǎn)葉片均勻呈周向分布，旋轉(zhuǎn)葉片的外徑與出料箱體的內(nèi)側(cè)壁直徑相配合，并且多個旋轉(zhuǎn)葉片均與所述的傳動軸相傳動連接；旋轉(zhuǎn)箱體的側(cè)壁上設(shè)置有出料口，出料口上連接設(shè)有噴嘴；減速器固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)箱體上，減速器與傳動軸相傳動連接，所述的皮帶輪固定的減速器的動力輸入軸上，皮帶輪與電機通過皮帶相連接，電機采用變頻調(diào)速。

2 工作原理

新型氣相法白炭黑自動包裝機采用了上述的技術(shù)方案，白炭黑粉體由進料口進入進料斗，通過進料斗的螺桿輸送至出料箱體，葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使物料迅速沿切線方向被甩出，形成的一股正壓（猶如離心風(fēng)機）迫使物料經(jīng)噴嘴輸送擠壓入套在噴嘴口的包裝袋中。該自動灌裝機可以滿足多種密度的粉體包裝，同時又可以防止白炭黑的溢出，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，極大地改善了氣相白炭黑灌裝的工作環(huán)境，是同時通過稱量模塊、氣動控制閥門和PLC可編程控制系統(tǒng)來實現(xiàn)定量包裝的一種粉體包裝機。該自動灌裝機性能穩(wěn)定，動行可靠，技術(shù)先進，灌裝一步到位，提高了產(chǎn)品的包裝質(zhì)量和包裝效率[8-10]。

當(dāng)使用該包裝機進行氣相白炭黑灌裝的時候，白炭黑粉體由進料口進入進料斗，通過進料斗的螺桿輸送至出料箱體，在出料箱體的葉片高速旋轉(zhuǎn)將白炭黑粉體經(jīng)噴嘴輸送擠壓入套在噴嘴口的包裝袋中。在包裝袋達到設(shè)定量后，稱量模塊給控制模塊信號控制氣動控制閥門和電機關(guān)閉來實現(xiàn)定量包裝。

3 優(yōu)化改進

為了滿足多規(guī)格多品種的白炭黑粉料包裝，與舊包裝機相比，新型氣相法白炭黑自動包裝機進行了多處改進：

1)新型包裝機加大了出料箱體內(nèi)的葉片直徑，由老式機型葉片直徑300mm加大到320mm，從而增大了粉料的送料離心力，使粉料進入包裝袋的推力增大，粉料進袋容易。老式機型同密度白炭黑粉料包裝速度1.5min/包，新機型同密度白炭黑粉料包裝速度1.05min/包；

2)加大葉片后，在相同的進料速度下，使主軸轉(zhuǎn)速由原來的2 700 r/min降低到2 200 r/min，延長了主軸軸承的使用壽命。

3)增加了旋轉(zhuǎn)箱體，從螺桿輸送至進料箱的粉料不會因為包裝袋內(nèi)的壓力升高而停止進料，有強制進料和加大進料壓力的作用，因此，老式機型高密度白炭黑粉料不能包裝，新機型高密度白炭黑粉料包裝速度1.05min/包。

4 結(jié)束語

設(shè)計和研制了一種新型氣相法白炭黑自動包裝機，該設(shè)備實現(xiàn)了出料、灌裝、稱量等一系列功能于一體，實現(xiàn)了極高程度的自動化與封閉化，減輕了工人的勞動強度，改善了氣相白炭黑灌裝的工作環(huán)境。該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等優(yōu)點。目前，該設(shè)備已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用，并取得了滿意的效果。

[1]王光國,楊本意.氣相白炭黑及其應(yīng)用簡介[J].有機硅氟資訊,2003(1):28-29.

[2]呂飛,陳冬華,胡勁,等.氣相法白炭黑表面物理化學(xué)性質(zhì)研究進展[J].云南化工,2008,35(6):52-54.

[3]段先健,吳利民,楊本意.氣相白炭黑的發(fā)展及其在硅橡膠中的應(yīng)用[J].世界橡膠工業(yè),2004,31(10):17-23.

[4]李軍,黃金霞,趙金德,等.白炭黑發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景[J].化工科技,2011,19(4):67-71.

[5]嚴大洲,湯傳斌,謝正和.氣相法白炭黑生產(chǎn)技術(shù)的研究[J].有色冶金節(jié)能,2010,26(6):28-29.

[6]崔小明.“十二五”期間我國氣相法白炭黑生產(chǎn)裝置新建擴建概況[J].橡膠科技市場,2012,10(6):55.

[7]羅稱稱,羅立偉.白炭黑自動投料與廢料收集設(shè)備:中國,201020692352.5[P].2010-12-28.

[8]葉超喜,孔晨曲,程亮,等.流體顆粒噸袋包裝機的研制[J].鹽業(yè)與化工,2010,39(6):36-39.

[9]彭智勇,李宏周.整形包裝機數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].機床與液壓,2012,40(9):73-77.

[10]史建華.基于PLC的自動顆粒包裝機熱封控制系統(tǒng)[J].飼料工業(yè),2012,33(9):9-11.