专利名称：纳米级无机粉体输送速度的调控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种调控纳米级无机粉体输送速度的装置，能使无机纳米粉体保持稳定输送速度，适用于无机纳米颗粒与聚合物复合材料的生产或无机纳米母料的生产。
背景技术：
在无机纳米颗粒的应用中，特别是在无机纳米颗粒/聚合物复合材料的制备中，需要向生产设备(通常是挤出机)稳定地、定量地输送无机纳米粉体。目前，在高分子复合材料行业普遍使用的定量输送无机粉体的机械为喂料机(例如螺旋送料机)。这种喂料机控制的是被输送的无机粉体的输送体积，通过控制喂料机的转速实现单位时间内输送的粉体体积定量，对于无机粉体的容重稳定时，该装置是可保证稳定地、定量地输送粉体。该装置适用于普通微米级无机粉体。但是，如果将螺旋送料机直接应用于纳米级无机粉体，就会遇到问题。
纳米级无机粉体有着特殊的粉体性能，最主要的表现是纳米粉体的容重变化较大。在采用挤出机对纳米级无机粉体与高分子材料混炼加工制备复合材料时，为了使无机粉体与复合材料配方中的各种助剂均匀混合，通常要预先对无机纳米颗粒和各种助剂进行高速搅拌，然后再将经过搅拌的粉体通过喂料机输送给挤出机，进行复合材料的成型加工。无机纳米颗粒在经过高速搅拌后，容重会发生相当大的变化。而且，其容重还随时间而变化。此外，同一品种不同批次的无机纳米颗粒，其容重也会有很大不同。以纳米CaCO3为例，纳米CaCO3(A)在搅拌前容重为0.54g/ml，搅拌后容重为0.09g/ml，静置5min容重为0.12g/ml，静置15min容重为0.14g/ml；纳米CaCO3(B)在搅拌前容重为0.61g/ml，搅拌后容重为0.18g/ml，静置5min时容重为0.24g/ml，静置15min容重为0.27g/ml。纳米CaCO3(A)和纳米CaCO3(B)是两个不同批次的纳米CaCO3，采用同样的高速搅拌方法，两个批次的纳米CaCO3容重也明显不同。纳米CaCO3经高速搅拌后容重显著降低，容重不稳定，以及不同批次纳米CaCO3容重也会存在显著差异。这样，如果直接采用现有的螺旋送料机，当粉体的容重发生变化时，就无法保证稳定地、定量地输送粉体，也就无法保证无机纳米颗粒/聚合物复合材料的稳定生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对纳米级粉体输送速度进行调控的装置。该调控装置可以用于无机纳米颗粒与聚合物复合材料的生产，也可以用于无机纳米母料的生产。
普通粉体输送装置，由主料斗和主喂料机组成，主喂料机在主料斗的下方，靠调控主喂料机的转速来实现粉体输送速度的调控。本发明纳米粉体输送速度的调控装置的主要技术方案在于在主料斗的下方设有辅助喂料机、测量料斗和控制器，测量料斗的下方出口处设有活门，在活门上设有压力传感器；控制器分别与压力传感器、主喂料机、辅助喂料机连接；由控制器设定活门的开-闭的时间间隔，由压力传感器控制活门的开-闭，由控制器控制主喂料机的转速和辅助喂料机的转速。
本发明的调控装置可以设有辅助料斗和粉料提升机，辅助料斗设在测量料斗的下方，粉料提升机设在辅助料斗和主料斗之间。
本发明的调控装置的主喂料机为螺旋输送机或旋转进料机。
本发明的调控装置的辅助喂料机为螺旋输送机或旋转进料机。
本发明的调控装置的控制器可以选用可编程计算机控制器。
图1是本发明纳米级粉体输送速度的调控装置用在挤出机上的结构示意图。图中主料斗1，主喂料机2，辅助喂料机3，测量料斗4，控制器5，活门6，压力传感器7，辅助料斗8，粉料提升机9，挤出机10。
具体实施例方式
普通的粉体输送装置，由图1中的主料斗1和主喂料机2组成，主喂料机2在主料斗1的下方。无机粉体经高速搅拌后，进入主料斗1，然后，经过主喂料机2输送，进入加工机械，进行纳米复合材料(或母料)的塑化加工。主喂料机2的转速是可调的，用以调节粉体的输送速度。本发明的调控装置如图1所示，在主料斗1的下方设有辅助喂料机3、测量料斗4和控制器5，测量料斗4的下方出口处设有活门6，在活门6上设有压力传感器7；控制器5分别与压力传感器7、主喂料机2、辅助喂料机3连接，由控制器5设定活门6的开-闭时间间隔，由压力传感器7控制活门6的开-闭，由控制器5控制主喂料机2的转速和辅助喂料机3的转速。
本发明的调控装置还可以设有辅助料斗8和粉料提升机9，辅助料斗8设在测量料斗4的下方，粉料提升机9设在辅助料斗8和主料斗1之间。这样，纳米粉料可以通过粉料提升机9的输送回到主料斗1中。主喂料机2和辅助喂料机3均为市售的常规螺旋输送机或旋转进料机，辅助喂料机3的输送量应小于主喂料机2的输送量。
本发明的调控装置的控制器5可以选用可编程计算机控制器。
本发明的调控装置用于挤出机加工无机纳米颗粒与聚合物复合材料的生产或无机纳米母料的生产时，如图1所示，经过调控装置控制的纳米级粉料可以均匀地加到挤出机10中。
本发明在原有的主喂料系统之外，增加了一个辅助喂料系统以及相关的测量调控系统。根据辅助喂料系统测定的粉料的容重变化的信号，由控制器5控制主喂料机2的速度。当测量料斗4中的物料达到一定重量时，压力传感器7会驱动活门6自动开启。在活门6开启的瞬间，有瞬时的电流传输到控制器5，使控制器5记录下活门6开-闭的时间，进而控制主喂料机2的输送速度。活门6开启后，测量料斗4中的物料进入辅助料斗8，然后经由粉料提升机9返回主料斗1。主喂料机2输送的物料，进入挤出机10，进行塑化加工。
在测量料斗4下方的活门6的压力传感器7上，设定一定的启动压力。当压力达到设定值时，活门6就自动开启，放空物料，随即关闭。由活门6开-闭的时间间隔就可以计算出辅助喂料机3的粉体输送的速度(每次开-闭视为一次动作，计算两次动作的时间间隔；由于活门开启后随即关闭，开启与关闭的动作本身所需时间可以忽略不计)。
辅助喂料机3的粉体输送速度(以重量计)、活门启动压力和压力活门开-闭的时间间隔之间，有如下关系式V＝K(P/t)式中V——辅助喂料机3的粉体输送速度(以重量计)P——活门启动压力t——活门开启的时间间隔K——系数设定出所需的粉体输送速度(以重量计)，并设定活门启动压力，可计算出该输送速度下，活门开-闭的时间间隔。当纳米粉体的容重发生变化时，活门两次开-闭的时间间隔就会变化。如果粉体容重较高，活门开-闭的时间间隔就较短。这时，由于粉体容重较高，粉体输送速度(以重量计)也较快。反之，如果粉体容重较低，活门开-闭的时间间隔就较长。这时，由于粉体容重较低，粉体输送速度(以重量计)也较慢。
如前所述，在活门开-闭的瞬间，有瞬时的电流传输到可编程计算机控制器，使控制器记录下活门开-闭的时间，进而，记录活门两次开-闭的时间间隔。可编程计算机控制器可根据活门两次开-闭的时间间隔的变化，自动调节主喂料机的转速，辅助喂料机的转速也相应得到调节。
本发明采用的主喂料机以及辅助喂料机的驱动电机，为调频电机。该电机的转速，是通过改变电流的频率来实现的。可编程计算机控制器通过调控电流的频率，来控制和调节主喂料机的转速以及辅助喂料机的转速。
例如，如果粉体容重较高，活门开-闭的时间间隔就较短。这时，由于粉体容重较高，辅助喂料机的粉体输送速度(以重量计)也较快。可编程计算机控制器会根据预先编制好的程序，将降低了频率的电流，传输给主喂料机(以及辅助喂料机)的驱动电机。这时，主喂料机(以及辅助喂料机)的电机转速都会下降，粉体输送速度也相应下降，直到活门开-闭的时间间隔符合设定要求，也就是粉体输送速度符合设定要求为止。这样，粉体输送速度就得到了有效的调控。
本发明的调控装置可以用在挤出加工机械(例如用于单螺杆挤出机或双螺杆挤出机)的纳米级无机粉料的加料系统中。例如，调控装置用于螺杆直径为38mm的双螺杆挤出机上，可采用直径为25mm的主喂料机，直径为10mm的辅助喂料机，控制器用兰州兰泰塑料机械有限公司的可编程计算机控制器(PCC)。
权利要求
1.一种纳米级无机粉体输送速度的调控装置，由主料斗和主喂料机组成，主喂料机在主料斗的下方，其特征在于在主料斗的下方设有辅助喂料机、测量料斗和控制器，测量料斗的下方出口处设有活门，在活门上设有压力传感器，在活门的下方设有辅助料斗；控制器分别与压力传感器、主喂料机、辅助喂料机连接；由控制器设定活门的开-闭的时间间隔，由压力传感器控制活门的开-闭，由控制器控制主喂料机的转速和辅助喂料机的转速。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于设有辅助料斗和粉料提升机，辅助料斗设在测量料斗的下方，粉料提升机设在辅助料斗和主料斗之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于主喂料机为螺旋输送机或旋转进料机。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于辅助喂料机为螺旋输送机或旋转进料机。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于控制器为可编程计算机控制器。
全文摘要
本发明纳米级无机粉体输送速度的调控装置，该调控装置在主料斗的下方设有辅助喂料机、测量料斗和控制器，测量料斗的下方出口处设有活门，在活门上设有压力传感器；控制器分别与压力传感器、主喂料机、辅助喂料机连接；由控制器设定活门的开－闭的时间间隔，由压力传感器控制活门的开－闭，由控制器控制主喂料机的转速和辅助喂料机的转速。该调控装置能使无机纳米粉体保持稳定输送速度，适用于无机纳米颗粒与聚合物复合材料的生产或无机纳米母料的生产。
文档编号G05B15/02GK1722031SQ20041006249
公开日2006年1月18日 申请日期2004年7月13日 优先权日2004年7月13日
发明者陈建峰, 王国全, 曾晓飞, 初广文 申请人:北京化工大学