复合材料除渣器及其制作工艺的制作方法

复合材料除渣器及其制作工艺的制作方法
【专利摘要】复合材料除渣器及其制作工艺，属于浆液除渣设备领域。包括陶瓷材质的内胆（1），其特征在于：所述内胆（1）外侧包覆有一层高分子弹性材料（2），内胆（1）与高分子弹性材料（2）复合为一体结构，这种复合材料除渣器的制作工艺依次包括：120～300Mpa下等静压制备氧化铝材质的内胆（1）的坯体、利用数控车床对内胆（1）的坯体内侧、外侧进行车制、坯体烧制为内胆（1）、将熔融的高分子弹性材料（2）在20～30Mpa的压力下包覆在内胆（1）外侧、硫化等步骤，本发明具有强度高、重量轻、安装几何尺寸精确、安装方便、使用成本低、陶瓷内胆摩擦系数低使纸浆的净化率提高、节能环保等优点。
【专利说明】复合材料除渲器及其制作工艺
【技术领域】
[0001]复合材料除渣器及其制作工艺，属于浆液除渣设备领域，具体涉及一种陶瓷内胆的复合材料除渣器，以及制作这种复合材料除渣器的工艺。
【背景技术】
[0002]目前除渣器广泛应用在造纸、化工领域中，浆液在除渣器内壁形成高速旋流，浆液内的杂质对除渣器内壁造成非常大的磨损，后来出现一种塑胶陶瓷除渣器，其除渣器上段使用塑胶，下段使用陶瓷，除渣器上段的塑胶很容易受磨损，使用寿命短，中国专利201220738296.3公开了一种高浓除渣器的锥体内芯，其内芯由陶瓷材料制成，陶瓷材料摩擦力小，提高了浆料的回收利用率，但是这种除渣器具有以下缺点:
1、笨重、烧制能耗高、安装不方便，陶瓷材料的内芯具有易碎的缺陷，所以必须将内芯做的非常厚，目前的陶瓷内芯一般是15cm左右，比较笨重，成本非常高，而且在烧制时，能耗非常大，同时安装不方便；在内芯的外侧设置一层壳体，防止意外碰到内芯，陶瓷材料的内芯一旦碰到很容易破碎。
[0003]2、密封连接问题，内芯为便于加工，都是分段制作的，陶瓷材质的内芯不适用法兰连接，而使用常规的卡箍连接时，陶瓷材质不能用非常大的力，卡箍太紧容易将内芯夹破，所以用常规卡箍达不到完全密封。
[0004]3、目前的陶瓷材料的内芯制作都是采用手工注浆成型，仍然存在摩擦系数高、能耗高、环境污染严重、纸浆净化率低、安装尺寸误差大的缺点；手工注浆的陶瓷内胆晶粒尺寸为0.2?I Pm，相对密度低，强度不够，浆料内的大颗粒杂质容易击碎内胆。
[0005]4、现有橡胶等高分子弹性材料强度差，并且由于具有弹性造成稳定性差，很难实现与陶瓷材质复合为一体。

【发明内容】

[0006]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种强度高、安装方便、成本低、纸浆净化率高、节能环保的复合材料除渣器及其制作工艺。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该复合材料除渣器，包括陶瓷材质的内胆，内胆由上至下依次设有良浆出口、纸浆入口和出渣口，其特征在于:所述内胆外侧包覆有一层高分子弹性材料，内胆与高分子弹性材料复合为一体结构。有效提高了陶瓷材质内胆的强度，克服了陶瓷材质易碎的缺点，安装方便，不需要在内胆外侧再设置保护壳。
[0008]所述内胆为等静压成型的氧化铝微晶陶瓷，内胆壁厚为3?7cm。利用等静压成型提高内胆的密实度，在保证内胆强度的同时，降低了内胆的壁厚，从而降低了内胆的重量，安装更加方便，减少了氧化铝原材料的用量，使烧制单位重量陶瓷产品的天然气用量降低了 50%，降低了复合材料除渣器本身的制造成本。
[0009]所述内胆上部为圆筒状，中下部为锥筒状，内胆由多段筒体轴向组合构成，各段筒体连接端部具有环形的凹槽或凸起，各段筒体凹凸配合的对接并通过卡箍连接。通过凹凸配合，提高了各段筒体连接时的密封性。
[0010]所述卡箍包括设有缺口的环形圈和位于缺口处的紧固装置，环形圈内侧间隔设有金属材质的受压变形部，受压变形部为上下对称的梯形弯折结构；卡箍与内胆之间设有密封圈。利用受压变形部在压紧密封连接筒体的同时，防止卡箍对易碎的陶瓷内胆造成损伤。
[0011]一种上述复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:包括以下步骤:
步骤1、将高分子弹性材料加热至熔融，抽真空备用；
步骤2、120?300Mpa下等静压制备氧化铝材质的内胆的坯体；压力根据除渣器尺寸和工作环境选择，除渣器直径越大，浆液中含有大颗粒杂质等恶劣的工作环境下，除渣器容易产生大幅的震动，要求除渣器具有较好的韧性，防止因韧性差造成陶瓷材质的内胆易碎，120?300Mpa下成型后烧结的内胆晶粒尺寸为1.5?2 y m，相对密度可以达到99.8%，强度高，韧性好；
步骤3、利用数控车床对内胆的坯体内侧、外侧进行车制，将坯体内侧加工为光滑面，在坯体外侧加工凹槽；坯体内侧光滑，减小摩擦系数，提高了纸浆的回收率，数控车床的刀具使用陶瓷刀片，能够将坯体内侧加工为光滑的镜面，进一步提高纸浆的回收率，坯体外侧加工凹槽，利于高分子弹性材料与坯体复合为一体；
步骤4、坯体在1550°C下烧制30?40小时成形为内胆；
步骤5、将步骤I中熔融的高分子弹性材料包覆在内胆外侧；
步骤6、对内胆外侧的高分子弹性材料进行硫化。
[0012]步骤I中所述高分子弹性材料为尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、碳纤维按照重量比例65%、19%、11%、5%加热至270°C并抽真空充分搅拌后形成的复合材料。利用碳纤维强度高、重量轻、没有弹性的特点，添加碳纤维后能够有效降低复合材料的膨胀系数，提高稳定性，使除渣器能够适应高温、大颗粒杂质造成大幅震动的恶劣工作环境，随着温度的升高，高分子弹性材料的强度更好，能够适应更恶劣的工作环境。
[0013]步骤I中所述高分子弹性材料为尼龙、聚碳酸酯和聚氨酯中的一种或任意两种的复合材料。
[0014]优选的，步骤2中等静压压力为160Mpa。在160Mpa压制下的产品烧制后的内胆陶瓷晶型转化合理，晶粒尺寸为1.6 ym，接近理论数值，内胆的相对密度达到99.8%，内胆的强度高、韧性好，在保证强度的同时降低内胆壁厚，节能环保、工艺简单，除渣器的摩擦系数低，相比注浆成型的陶瓷内胆强度提高4?5倍。使用证明寿命是注浆成型陶瓷除渣器的5倍。
[0015]所述步骤5具体包括以下步骤:
步骤5.1、在包覆模具内侧涂脱模剂，将内胆放入包覆模具中加热至90°C ；
步骤5.2、将熔融的高分子弹性材料注入到包覆模具内侧与内胆外侧之间；
步骤5.3、内胆同包覆模具一起加压20?30Mpa硫化40?60分钟后取出。
[0016]所述步骤6中硫化温度为90 V，硫化时间为4?8小时。经过大量实验证明，选择900C的硫化温度，经过4?8小时的长时间硫化，能够使高分子弹性材料与内胆最优化的复合为一体，有效提高除渣器的使用寿命。
[0017]与现有技术相比，本发明复合材料除渣器及其制作工艺所具有的有益效果是:
1、强度高，将高分子弹性材料包覆在内胆外侧，高分子弹性材料与内胆复合为一体结构，有效提高了陶瓷材质内胆的强度，克服了陶瓷材质易碎的缺点，安装几何尺寸精确、安装方便，不需要在内胆外侧再设置保护壳。
[0018]2、重量轻、成本低，利用等静压成型提高内胆的密实度，在保证内胆强度的同时，降低了内胆的壁厚，从而降低了内胆的重量，安装更加方便，减少了氧化铝原材料的用量，降低了生产成本。
[0019]3、组成内胆的多段筒体凹凸配合的对接并通过卡箍连接，达到完全密封的要求，利用卡箍的受压变形部在压紧密封连接筒体的同时，防止卡箍对易碎的陶瓷内胆造成损伤。
[0020]4、经过等静压成型的氧化铝坯体致密度更加合理，能够使烧制后的内胆陶瓷晶型转化更加合理，在120?300Mpa下，内胆的晶粒尺寸为1.5?2 y m，相对密度可以达到99.8%，内胆的强度更高，摩擦系数更低，相比注浆成型的陶瓷内胆强度提高4?5倍。克服了陶瓷材质易碎的问题，在提高内胆强度的同时降低了其壁厚，仅为3?7cm，减少了氧化铝原材料的用量，降低了生产成本，而且对5cm厚度的内胆烧制相对烧制15cm的内胆节能50%，进一步降低生产成本，缩短烧制时间，提高生产效率。
[0021]5、利用数控车床对内胆内侧、外侧进行车制，结合传统陶瓷制作工艺与现代化加工工艺，有效提高了内胆的尺寸精度，使内胆内侧摩擦系数进一步降低，提高了纸浆的净化率，能够使纸浆的回收率提高10%左右，同时提高了内胆的安装精度，保证各筒体之间密封连接，保证内胆与管路准确连接；内胆外侧车制的凹槽相对粗糙，能够更好的与高分子弹性材料复合为致密的一体结构，提高使用寿命。
[0022]6、包覆模具同内胆一起加压20?30Mpa硫化40?60分钟，通过加压能够使高分子弹性材料紧密贴合在内胆外侧，进一步保障两者无缝复合为一体，保证内胆的强度。
【专利附图】

【附图说明】
[0023]图1是本发明复合材料除渣器的结构示意图。
[0024]图2是本发明中两段筒体连接的剖视图示意图。
[0025]图3是图2中A处的局部放大示意图。
[0026]图4是卡箍的结构示意图。
[0027]图5是卡箍截面示意图。
[0028]图6是卡箍上设有止动卡扣的结构示意图。
[0029]其中:1、内胆2、高分子弹性材料 3、良浆出口 4、主体5、进浆头6、纸浆入口 7、卡箍 701、环形圈 702、受压变形部 703、螺杆 704、止动杆 705、止动槽706、止动卡扣8、锥体9、出渣口 10、冲洗口。
【具体实施方式】
[0030]图广5是本发明复合材料除渣器及其制作工艺的最佳实施例，下面结合附图1飞对本发明做进一步说明。
[0031]参照附图1:复合材料除渣器，由上至下依次包括圆筒状的主体4、进浆头5和上大下小的锥筒状的锥体8，主体4上端设有端盖，端盖上切向设有良浆出口 3，进浆头5上切向设有纸浆入口 6，纸浆入口 6与其中良浆出口 3分别位于两侧，锥体8下端设有横向的出渣口 9，底部设有竖向的冲洗口 10。
[0032]参照图2?3，主体4、进浆头5和锥体8均具有等静压成型的氧化铝微晶陶瓷内胆1，内胆I外侧包裹有一层高分子弹性材料2，内胆I与高分子弹性材料2为复合在一起的一体结构，内胆I厚度为5cm，重量相对厚度为15cm的除渣器要小很多，安装、拆卸更加方便，通过等静压成型提高了内胆I的密度，进而提高了内胆I的强度，克服陶瓷材质易碎的问题，内胆I与高分子弹性材料2复合为一体结构，通过高分子弹性材料2对内胆I进行有效的保护，便于安装。
[0033]主体4、进浆头5和锥体8的上端部有环形的凹槽，下端部为具有环形的凸起，主体
4、进浆头5和锥体8连接端部凹凸配合，并通过卡箍7固定连接，在卡箍7内侧还设有密封圈，保证连接处的密封。
[0034]高分子弹性材料2是由尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、碳纤维组成的复合材料，PA、PC、PU、碳纤维所占重量比列分别为65%、19%、11%、5%，碳纤维没有弹性，而且比玻璃纤维强度更高、重量更轻，添加碳纤维能够提高高分子弹性材料2的强度，能够有效保护内胆1，并且使用寿命长，同时能够降低高分子弹性材料2的弹性系数，提高稳定性，能够与陶瓷材质的内胆I稳定的复合在一起。除渣器在使用过程中温度达到60°C，而且除渣器在工作中，纸浆中的杂质，尤其是大颗粒杂质，会使除渣器产生大幅的震动，如果使用普通的弹性材料，弹性材料受振动后很容易从陶瓷的内胆I上脱落，这就要求高分子弹性材料2膨胀系数小、稳定，这样才能保证高分子弹性材料2和陶瓷内胆I的结合稳定，保证陶瓷材质的内胆I不会在大幅震动中破碎，经过大量的实验，PA、PC、PU、碳纤维按照比列分别为65%、19%、11%、5%制作的高分子弹性材料2与内胆I的结合效果好。除渣器在使用当中内部压力达到0.3Mpa，不允许发生泄漏，所以要求安装精度必须非常高，本发明中的高分子弹性材料2膨胀系数小、稳定，这样就能够保证除渣器的尺寸精度和安装精度，可以保证除渣器的互换通用性。
[0035]参照图4?5，卡箍7为双备卡箍，包括设有缺口的环形圈701和位于缺口处的紧固装置，环形圈701内侧间隔设有三个金属材质的受压变形部702，受压变形部702的截面为梯形弯折，较窄的底部固定在环形圈701内侧面，较宽的开口部向两侧弯折，紧固装置为螺杆703，螺杆703端部具有垂直的止动杆704，螺杆703轴向滑动的固定在缺口一侧，缺口另一侧设有与止动杆704配合的止动槽705，止动杆704卡设在止动槽705内，转动螺杆703上的螺母就可以实现缺口的收缩，环形圈701收缩的同时，受压变形部702受压后弯折的两侧向两侧继续弯折产生变形，压紧在除渣器连接筒体的端部，保证密封可靠，同时螺杆703通过止动杆704固定，只需要转动螺母就可以实现紧固，安装拆卸方便，提高工作效率。
[0036]纸浆的除渣过程为:纸浆由纸浆入口 6切向进入除渣器内形成环流，良浆比重小，向上经过切向的良浆出口 3排出，杂质比重大向下由出渣口 9排出，冲洗水经过冲洗口 10向上进入除渣器内，对底部的浆液进行清洗回收。
[0037]一种上述复合材料除渣器的其制作工艺，包括以下步骤:
步骤1、将高分子弹性材料2加热至熔融，抽真空备用；
具体操作过程为将PA、PC、PU、碳纤维按照重量比例65%、19%、11%、5%加热至270°C使其熔融，抽真空充分搅拌使四种材料融合在一起形成复合材料，在真空状态下备用，防止氧化。[0038]步骤2、160Mpa下加压30分钟，利用等静压成型机，等静压制备氧化铝材质的内胆I的坯体；
经过160Mpa等静压成型的氧化铝坯体致密度合理，烧制后的内胆I陶瓷晶型转化合理，内胆I的晶粒尺寸为1.6 u m，接近理论数值，内胆I的相对密度达到99.8%，内胆I强度高、韧性好，相比注浆成型的陶瓷内胆强度提高4?5倍，克服了陶瓷材质易碎的问题，在提高内胆I强度的同时降低了其壁厚，仅为5cm，减少了氧化铝原材料的用量，降低了生产成本，而且对5cm厚度的内胆I烧制相对烧制15cm的内胆节能50%，进一步降低生产成本，缩短烧制时间，提高生产效率。
[0039]步骤3、利用数控车床对内胆I的坯体内侧、外侧进行车制，将坯体内侧加工为光滑镜面，在坯体外侧加工凹槽；
经过数控车床的车制，有效提高了内胆I的尺寸精度，把内胆I内侧加工的非常光滑，减小了内胆I内侧的摩擦系数，提高了纸浆的净化率，能够使纸浆的回收率提高10%，同时提高了内胆I的安装精度，保证各筒体之间密封连接，保证内胆I与管路准确连接；内胆I外侧车制凹槽，使内胆I外侧相对粗糙，能够更好的与高分子弹性材料2复合为一体结构。
[0040]步骤4、坯体在1550°C下烧制30?40小时成形为内胆I ;
步骤5、将步骤I中熔融的高分子弹性材料2包覆在内胆I外侧；
具体步骤如下:
步骤5.1、在包覆模具内侧涂脱模剂，将内胆I放入包覆模具中加热至90°C ;对包覆模具预先加热，防止熔融的高分子弹性材料2遇冷固化，便于高分子弹性材料2包覆在内胆I外侧，形成一体结构，涂脱模剂可以防止高分子弹性材料2黏贴在包覆模具内，避免在取出内胆I时破坏高分子弹性材料2。
[0041]步骤5.2、将熔融的高分子弹性材料2注入到包覆模具内侧与内胆I外侧之间； 步骤5.3、包覆模具同内胆I 一起加压26Mpa硫化50分钟。在26Mpa的压力下能够使
高分子弹性材料2紧密贴合在内胆I外侧，进一步保障两者之间无缝连接为一体，保证内胆I的强度，硫化50分钟可以使高分子弹性材料2结为一体，便于从包覆模具内取出。
[0042]步骤6、将包覆有高分子弹性材料2的内胆I放入硫化机加热至900C，硫化4?8小时。经过大量实验证明，选择90°C的硫化温度，经过4?8小时的长时间硫化，能够使高分子弹性材料2与内胆I最优化的复合为一体，有效提高除渣器的使用寿命。
[0043]步骤7、利用卡箍7将各段筒体连接为整体，构成复合材料除渣器。
[0044]本发明还可以采用以下结构、方法:
本发明中高分子弹性材料2根据不同的使用环境，可以采用使用不同的材质，可以采用PA、PC和PU中一种材料或其中任意两种的复合材料，也可以采用PA、PC和PU其他重量比例的复合材料；高分子弹性材料2可以是PA、PC和PU中一种材料或其中任意两种的复合材料，另外加入重量比为5%的碳纤维或者玻璃纤维，有效增加高分子弹性材料2的稳定性；高分子弹性材料2还可以是PA、PC、PU、玻璃纤维按照重量比例65%、19%、11%、5%组成的复合材料。
[0045]本发明中高分子弹性材料2的熔融温度可以在110?270°C的范围内选择，加热温度根据除渣器的工作环境和高分子弹性材料2的组份选择，随着温度的逐渐升高，高分子弹性材料2的强度更好，能够更好的保护内胆1，能够适应更恶劣的环境，除渣器能够承受大颗粒杂质造成的大幅震动，当然随着温度的逐渐升高，对工艺要求也就更高，包覆前内胆I和包覆模具加热温度也要相应提高，如果内胆I与熔融的高分子弹性材料2温度差别大，会导致两者无法复合为一体结构。
[0046]本发明中等静压制备氧化铝材质的内胆I的压力可以选择120?300Mpa，当压力为120 Mpa时，内胆I的晶粒尺寸为1.5 iim;压力为160 Mpa时，内胆I的晶粒尺寸为1.6um ;压力为200Mpa时，内胆I的晶粒尺寸为1.8 y m ;压力为300 Mpa时，内胆I的晶粒尺寸为2 ym，内胆I的晶粒尺寸随着等静压压力的增加而增加，内胆I的相对密度可以达到99.8%，有效增加内胆I的强度和韧性，压力根据除渣器尺寸和工作环境选择，除渣器直径越大，要求内胆I有更好的韧性，在浆液中含有大颗粒杂质等恶劣的工作环境下，尤其是纸浆除渣中，除渣器容易产生大幅的震动，陶瓷材质的内胆I易碎，所以要求内胆I具有较好的强度和韧性。
[0047]参照图6，环形圈701缺口一侧转动固定有止动卡扣706，止动卡扣706内侧挡板开设凹槽，螺杆703穿过止动卡扣706的凹槽，使用卡箍7时，转动止动卡扣706可以方便的安装、拆卸。
[0048]本发明复合材质除渣器可以用于纸浆除渣，还可以用于其他化工行业浆液的除渣。
[0049]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种复合材料除渣器，包括陶瓷材质的内胆(1)，内胆(I)由上至下依次设有良浆出口(3)、纸浆入口(6)和出渣口(9)，其特征在于:所述内胆(I)外侧包覆有一层高分子弹性材料(2)，内胆(I)与高分子弹性材料(2)复合为一体结构。
2.根据权利要求1所述的复合材料除渣器，其特征在于:所述内胆(I)为等静压成型的氧化铝微晶陶瓷，内胆(I)壁厚为3?7cm。
3.根据权利要求1所述的复合材料除渣器，其特征在于:所述内胆(I)上部为圆筒状，中下部为锥筒状，内胆(I)由多段筒体轴向组合构成，各段筒体连接端部具有环形的凹槽或凸起，各段筒体凹凸配合的对接并通过卡箍(7)连接。
4.根据权利要求3所述的复合材料除渣器，其特征在于:所述卡箍(7)包括设有缺口的环形圈(701)和位于缺口处的紧固装置，环形圈(701)内侧间隔设有金属材质的受压变形部(702)，受压变形部(702)为上下对称的梯形弯折结构；卡箍(7)与内胆(I)之间设有密封圈。
5.一种权利要求1?4所述的复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1、将高分子弹性材料(2)加热至熔融，抽真空备用； 步骤2、120?300Mpa等静压制备氧化铝材质的陶瓷内胆(I)的坯体； 步骤3、利用数控车床对内胆(I)的坯体内侧、外侧进行车制，将坯体内侧加工为光滑面，在坯体外侧加工凹槽； 步骤4、坯体在1550°C下烧制30?40小时成形为陶瓷内胆(I)； 步骤5、将步骤I中熔融的高分子弹性材料(2)包覆在内胆(I)外侧； 步骤6、对内胆(I)外侧的高分子弹性材料(2)进行硫化。
6.根据权利要求5所述的复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:步骤I中所述高分子弹性材料(2)为尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、碳纤维按照重量比例65%、19%、11%、5%加热至270°C并抽真空充分搅拌后形成的复合材料。
7.根据权利要求5所述的复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:步骤I中所述高分子弹性材料(2)为尼龙、聚碳酸酯和聚氨酯中的一种或任意两种的复合材料。
8.根据权利要求5所述的复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:步骤2中等静压压力为160Mpa。
9.根据权利要求5所述的复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:所述步骤5具体包括以下步骤: 步骤5.1、在包覆模具内侧涂脱模剂，将内胆(I)放入包覆模具中加热至90°C ； 步骤5.2、将熔融的高分子弹性材料(2)注入到包覆模具内侧与内胆(I)外侧之间； 步骤5.3、内胆(I)同包覆模具一起加压20?30Mpa硫化40?60分钟后取出。
10.根据权利要求5所述的复合材料除渣器的制作工艺，其特征在于:所述步骤6中硫化温度为90°C，硫化时间为4?8小时。
【文档编号】B01D21/02GK103480185SQ201310426965
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】王世宝 申请人:淄博倍辰陶瓷器材有限公司