一种用于生产3d打印的半水石膏纳米材料的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半水石膏纳米材料的生产技术领域，特别是一种用于生产3D打印的半水石膏纳米材料的装置和方法。
【背景技术】
[0002]目前用于3D打印材料的半水石膏是普通的α-半水石膏，它具有以下优点:(1)价格低廉，只有其它材料的几十分之一；(2)不会产生静电现象；(3)为无机材料，性能稳定不老化。但其最大缺点是强度低、耐磨性差，表面缺少细腻感，严重影响了半水石膏作为一种3D打印材料的使用范围。如果利用纳米材料的特性，生产一种用于3D打印的半水石膏纳米材料，那将在少许增加生产成本的同时，彻底解决α -半水石膏用于3D打印材料的上述缺点；但由于半水石膏的生产特性(只能由单纯物理加热生产出)和遇水还原的特性，半水石膏纳米材料无法应用常规的纳米材料生产方法，如惰性气体下蒸发凝聚法、化学方法来生产；而采用物理研磨方法则成本高，研磨材料的损耗易进入半水石膏纳米材料中影响其性能，而且研磨过程的碾压力并不能打开石膏晶体的化学键、增加物料表面的能量、使其产生很高的活性。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种用于生产3D打印的半水石膏纳米材料的装置，使用该装置生产的半水石膏纳米材料具有高活性的优点，同时降低了生产成本。
[0004]为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种用于生产3D打印的半水石膏纳米材料的装置，包括粉磨合混合设备、压力设备、生成设备和热风气流干燥塔；
其中，生成设备主体是一个底部开放的压力容器，压力容器外层是加热层，压力容器底部设有底座，底座下方设电磁门，热风气流干燥塔内设支柱，支柱顶部设有一个支撑平台，生成设备的底座放置于所述的支撑平台上。
[0005]上述热风气流干燥塔的主体结构，以及粉磨合混合设备和压力设备都属于通用常规设备。电磁门是通过电力及相应电磁转换器(导电线圈)产生磁吸引力而密闭生成设备的，与电磁力起重机的原理类似，并且其磁吸引力大于半水石膏纳米材料生产过程中的压力。
[0006]作为优选的技术方案，底座底部外圈设有台阶，台阶上设有电磁门门轴与电磁门连接。
[0007]作为另一种优选的技术方案，加热层内的介质为蒸汽或导热油。
[0008]本发明同时还提供一种利用上述装置生产3D打印的半水石膏纳米材料的方法，该方法包括步骤:
(I)混合与配料
将二水石膏粉磨成细粉，并混合占二水石膏粉重量3%?5%的水； (2)装料
将混合好的二水石膏粉装于倒置的生成设备的压力容器内，用压力设备压实，然后关闭电磁门；
(3)加热生成半水石膏
将装满原料的生成设备放置在干燥塔支撑平台上，接通热源，通过生成设备的加热层加热至158° C、添加的水分形成的蒸汽压力为6MPA。由于生成设备的二水石膏粉处在一个高温高压(158° C、6MPA)环境下，所以二水石膏结晶水转化出来液态水在这样高温高压外部条件下必然是内外平衡、仍然保留在半水石膏分子中，形成高温高压的液态水之后，恒温恒压4个小时，生成半水石膏；
(4)蒸汽爆炸生成半水石膏纳米材料
恒温恒压4个小时后，使电磁门瞬间打开，生成设备内生成的半水石膏迅速喷射到气流干燥塔内，半水石膏内的高温高压液态水骤然汽化和体积膨胀形成蒸汽爆炸，从而在半水石膏细粉内部形成爆炸，生成半水石膏纳米材料；
(5)干燥和分离
半水石膏纳米材料及其周围的水汽在干燥塔内通过气流干燥，生产出干燥的半水石膏纳米材料。
[0009]作为优选的技术方案，步骤(2)，分三层将混合好的二水石膏粉装于倒置的生成设备的压力容器内，每装入一层石膏细粉，用压力设备将其压实，使用压力为20MPA。
[0010]本发明在生产半水石膏的同时，同步生产出半水石膏纳米材料，利用半水石膏的生产工艺特点和电磁门能够瞬间全部打开的特点，结合蒸汽爆炸原理，它可以顺着半水石膏的解理或裂纹进行破碎，打开半水石膏晶体的化学键，增加半水石膏表面的能量，使其产生很高的活性，低成本地生产出具有高活性的半水石膏纳米材料。
【附图说明】
[0011]图1是本发明生产设备和热风气流干燥塔的结构示意图。
[0012]图中，1-压力容器，2-加热层，3-底座，4-电磁门，5-支柱，6_热风气流干燥塔，7-台阶。
【具体实施方式】
[0013]首先结合附图1对本发明所述的装置做进一步清楚、完整的说明。
[0014]生产3D打印的半水石膏纳米材料的装置包括4个部分，一是通用的粉磨、混合设备，二是通用的液压压力设备，三是半水石膏纳米材料同步生成设备，四是通用的热风气流干燥塔6。
[0015]生成设备主体是底部开放的压力容器1，压力容器I外层是加热层2，加热介质可以是蒸汽或者导热油。生成设备的内直径和内深度为1.2米，压力容器I底部设有底座3，底座3中部开孔，其外形是正方形，底座3底部外圈设有台阶7，该台阶7中部开孔，台阶7上设有电磁门门轴，电磁门门轴与电磁门4连接。电磁门是通过电力及相应电磁转换器产生磁吸引力而密闭压力容器I。
[0016]热风气流干燥塔6内有四根支柱5，干燥塔的顶部就是支柱顶部支撑一个“回”形平台作为支撑平台，“回”形平台上放置生成设备的底座3，并露出底座3底部缩小的台阶7及其电磁门4 ;气流干燥塔中所用的热风温度为120° C?130° C，物料的干燥分离过程为通用方法。
[0017]3D打印的半水石膏纳米材料通过以下5个生产步骤完成:
(I)混合与配料
将品位95%以上的二水石膏粉磨成250目或更细的细粉，并混合占二水石膏粉重量3%?5%的水。
[0018](2)装料
分三层将混合好的二水石膏粉装满倒置在液压压力设备“U”平台上的生成设备中，每装入一层石膏细粉，用液压压力设备将其压瓷实，使用压力为20MPA，然后接通电源，关闭电磁门4。
[0019](3)加热生成半水石膏
将装满原料的生成设备放置在干燥塔“回”形平台上，接通热源，通过生成设备的加热层2将其内含水分3%?5%的二水石膏细粉加热至158° C、添加的水分形成的蒸汽压力为6MPA ;之后恒温恒压4个小时，将二水石膏中的一个半结晶水转化为普通液态水，生成半水石膏。
[0020](4)蒸汽爆炸生成半水石膏纳米材料
当恒温恒压4个小时后，立刻断开电源，使电磁门瞬间打开，使生成设备内生成的半水石膏迅速喷射到气流干燥塔内，而在这个过程中半水石膏内的高温高压液态水骤然汽化和体积膨胀形成蒸汽爆炸，从而在半水石膏细粉内部，即半水石膏分子之间形成爆炸，生成破开石膏晶体的化学键的半水石膏纳米材料。
[0021](5)干燥和分离
半水石膏纳米材料及其周围的水汽在干燥塔内通过气流干燥的作用下分离，生产出干燥的合格半水石膏纳米材料。
【主权项】
1.一种用于生产3D打印的半水石膏纳米材料的装置，其特征在于:包括粉磨合混合设备、压力设备、生成设备和热风气流干燥塔(6); 其中，生成设备主体是一个底部开放的压力容器(1)，压力容器(I)外层是加热层(2)，压力容器(I)底部设有底座(3 )，底座(3 )下方设电磁门(4 )，热风气流干燥塔(6 )内设支柱(5)，支柱(5)顶部设有一个支撑平台，生成设备的底座(3)放置于所述的支撑平台上。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:底座(3)底部外圈设有台阶(7)，台阶(7)上设有电磁门门轴与电磁门(4)连接。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于:加热层(2)内的介质为蒸汽或导热油。4.一种生产3D打印的半水石膏纳米材料的方法，其特征在于，包括步骤: (1)混合与配料 将二水石膏粉磨成细粉，并混合占二水石膏粉重量3%?5%的水； (2)装料 将混合好的二水石膏粉装于倒置的生成设备的压力容器内，用压力设备压实，然后关闭电磁门； (3)加热生成半水石膏 将装满原料的生成设备放置在干燥塔支撑平台上，接通热源，通过生成设备的加热层加热至158° C、添加的水分形成的蒸汽压力为6MPA ;之后恒温恒压4个小时，生成半水石膏； (4)蒸汽爆炸生成半水石膏纳米材料 恒温恒压4个小时后，使电磁门瞬间打开，生成设备内生成的半水石膏迅速喷射到气流干燥塔内，半水石膏内的高温高压液态水骤然汽化和体积膨胀形成蒸汽爆炸，从而在半水石膏细粉内部形成爆炸，生成半水石膏纳米材料； (5)干燥和分离 半水石膏纳米材料及其周围的水汽在干燥塔内通过气流干燥，生产出干燥的半水石膏纳米材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:步骤(2)，分三层将混合好的二水石膏粉装于倒置的生成设备的压力容器内，每装入一层石膏细粉，用压力设备将其压实，使用压力为 20MPA。
【专利摘要】本发明涉及一种用于生产3D打印的半水石膏纳米材料的装置和方法。该装置包括粉磨合混合设备、压力设备、生成设备和热风气流干燥塔。将二水石膏粉磨成细粉，并混合占二水石膏粉重量3%～5%的水；将混合好的二水石膏粉装于生成设备的压力容器内，恒温恒压4个小时后，使电磁门瞬间打开，生成设备内生成的半水石膏迅速喷射到气流干燥塔内，半水石膏内的高温高压液态水骤然汽化和体积膨胀形成蒸汽爆炸，从而在半水石膏细粉内部形成爆炸，生成半水石膏纳米材料；本发明结合蒸汽爆炸原理，它可以顺着半水石膏的解理或裂纹进行破碎，打开半水石膏晶体的化学键，增加半水石膏表面的能量，使其产生很高的活性，低成本地生产出具有高活性的半水石膏纳米材料。
【IPC分类】C04B11/036
【公开号】CN105084791
【申请号】CN201510503542
【发明人】韩灵翠, 王金平, 潘韩铭, 史秀锋, 张莉
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月17日