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高粘度树脂旋转送进混合器结构的设计

时间:2017-8-17 14:08:00 来源:本网

  酚醛泡沫塑料(PF)是以酚醛树脂为主要原料,与发泡剂、表面活性剂、固化剂等辅助原料进行反应而制成的开孔性热固性泡沫塑料,与PS泡沫、PE泡沫、PU泡沫相比较,具有难燃、低烟、耐火焰和自熄性好等优点。酚醛泡沫塑料的成本也比聚氨酯泡沫塑料低。酚醛泡沫塑料在一些对泡沫塑料要求热稳定性和耐燃性的领域得到广泛应用,并将在某些领域逐步取代聚氨酯泡沫塑料丨泡沫均匀性差、切割后产生大量固体废弃物,且只能制造初级的酚醛泡沫塑料产品,难以满足各应用领域的要求。进行高质量的酚醛泡沫塑料连续生产的关键设备是发泡机,国外已有酚醛泡沫塑料发泡机生产厂商,但价格昂贵,目前国内尚没有酚醛泡沫塑料发泡机的专业生产厂家。

  发泡机的技术关键是混合头。本文对酚醛泡沫塑料发泡机混合头的合理结构进行了探讨,设计并试制了结构新颖、工作稳定、性能可靠的样机,经生产实践检验,效果良好。

  1混合头的结构原理1.1混合头的混合机构制造酚醛泡沫塑料的主要原料酚醛树脂的粘度较高,其动力粘度一般为2 000~5000mPa厂丨。如果粘度过低,发泡剂过早逃逸,树脂来不及固化,将导致密度过大,泡体不均匀,因此,实际生产中酚醛树脂的粘度有时高达10000~20000mPa.s在高粘度的情况下,发泡机混合头应保证各组份混合均匀。此外,酚醛泡沫塑料在混合发泡过程中,对原料各组份比例的精度控制及混合的均匀程度要求均较高。因此,在研制发泡机混合头时应着重解决的技术关键是:1)叶轮要有足够高的转速,以求搅拌充分,发泡均匀,泡体细腻;2)原料各组分在旋转流场中应有适当的引入点,以防在流场的高压区域中,原料向进料口倒灌;3)发泡机在工作过程中,因转换工件或其它原因进料阀暂时截止时,系统中各原料应保持循环,以保证各原料保持料罐所设定的温度,再次开启阀门时设备可-)男,科教授从事计算机辅助设计、机电液体化方面的研究。+立即进入正常的工作状态;4)发泡机工作时,应保证原料各组份在旋转流场中的引入口及附近不被固化的混合物堆积堵塞;5)发泡机停机时,应引入清洗液对所有与混合腔连通的管道进行清洗。清洗应全面彻底,同时又不能向进料通道倒灌,污染原料。

  叶轮的高速旋转,使得流场外围产生高压由于叶轮的转速很高,在实践中为了达到合理的动平衡,不宜将尺寸做得太大,因此要由轴向引入原料在结构上有一定的难度。这一点,通过采用计算机辅助三维实体进行布置设计和的数控加工可以得到圆满的解决。

  试验证明,仅采取上述措施还不足于解决原料倒灌的问题。原因是,原料在混合腔里叶轮的快速搅拌下发生反应,使混合腔内的压力急剧升高。这一压力与叶轮旋转引起的离心压力场叠加后,使得叶轮端面靠近转轴的区域压力仍有超过原料输送管道压力的可能,如所示。为解决这一问题,将叶轮沿轴向设计成两段。将靠近原料引入口的一段设计成螺旋推进段,而将另一段设计成搅拌叶片段。螺旋推进段不断地将原料往另一端推挤,使靠近原料引入口一端压力场的压力大大降低,有效地防止了原料倒灌,使原料进入混合腔更加流畅,如所示。

  1.2混合头进料阀的结构酚醛树脂进料阀的结构进料阀是混合头的一个重要部件。发泡机在工作过程中,经常需要转换工件或由于其它原因而暂时停止进料。为使系统中各原料保持循环,进料阀结构应为二位三通式的,同时还要充分考虑所涉及的原料的特殊性质,即主组份的高粘性和辅助组份的高腐蚀性。为用于主料酚醛树脂的进料阀结构示意图。为满足高粘度工作介质对阀芯所要求的较大驱动力,进料阀采用气压驱动。在结构上将气缸与阀体做一体化设计,将气缸推杆与阀芯做成一体,从而满足多组份、多进料阀在空间上对结构紧凑性的苛刻要求。采用锥阀结构以保证密封可靠,同时在阀芯磨损时有一定的补偿功能。

  辅料进料阀的结构辅料有发泡剂和固化剂。用于辅料的进料阀结构形式和尺寸与主料阀基本相同,这将有利于零部件的互换。但是,用于辅料的进料阀必须考虑到辅料与主料在粘度和混合比71994-2015ChinaAcademicournal例上的悬殊及导致原料混合不均匀的问题。同时,由于辅料的流量很小,辅料在输送通道接近旋转流场引入口附近的部位流速太低,混合后的原料容易在此处堆积固化,将通道堵塞。为解决该问题,将进料阀的出料口设计成射流泵的形式,引入一股高速气流,先将辅料雾化,以双相流的形式注入旋转流场清洗时,进料阀阀芯将出料口关闭,清洗溶剂和高压气流由布置在出料口四周的小孔喷入,可对进料阀出料口与混合腔旋转流场相通的部位进行有效的清洗。多种原料的进料阀同时清洗,就会有足量的清洗溶剂和气流进入混合腔,再经叶轮的高速旋转,即可对混合腔及叶轮进行彻底的清洗。

  1.3混合头的整体结构为了满足混合时叶轮的高转速需要,采用了交流变频电动机与叶轮轴直联的方式,消除了中间连接环节,通过变频控制使叶轮转速在0~7000r/nin范围内连续调速。为采用完全相同的原料成分和配比,分别用非连续法(搅拌、浇模)和本文设计的样机所制成的酚醛泡沫塑料的物理化学性能比较。从表1中的实验测试数据可以看出,采用本文设计的发泡机制造的酚醛泡沫塑I规主要物理化学性能擂示都得到明显的提Urightd.http://www.cnki.net表1不同设备生产的酚醛泡塑料理化性能比较项目泡密度压缩强度弯曲强度压缩蠕变导热系数尺寸稳定吸水率烟密度燃烧透湿系数/ng-性等级搅拌设备不燃A级发泡机不燃A级说明:压缩强度为相对于10的压缩率;压缩蠕变条件为(80±2)°C;20kPa荷载,48h后;透湿系数条件为(23±1)°,相对湿度3结论应用本文设计的混合头能提高酚醛泡沫塑料的主要物理化学性能,这种性能上的改善是由于采用本混合头后,使原料的各组分混合更加均匀,促进了泡沫微结构的改善。该混合头可以用于主料酚醛树脂的粘度在2000~10000mPas范围时的酚醛泡沫塑料的生产制造,成功地解决了国内的生产企业使用经改造后的聚氨酯硬质泡沫塑料的发泡设备生产制造酚醛泡沫塑料时存在的原料倒灌、泡体质量差、原料粘度受到限制等问题。并可以对酚醛泡沫塑料生产过程中原料组分的比例、混合均匀程度和生产速度很好地进行控制,制造出高质量的酚醛泡沫塑料,并结合后续的生产设备进行连续生产。

  何洪清。酚醛泡沫塑料的生产与应用。新型建筑材料,1999王富鑫。酚醛泡沫塑料应用及制备。热固性树脂,2002王凤武,方文彦。阻燃酚醛泡沫塑料的研制。淮南师范学院学报,2002李万利,李航星,林强,等。酚醛泡沫塑料研究。塑料工业,2003 31(

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