专利名称：提高微细粒料密度的设备及方法
技术领域：
本发明涉及通常称为“加料器”的设备，所述设备用于分配可流动的微细粒料。特别地，本发明涉及一种在所述微细粒料通过一加料器分配时排出所述微细粒料的颗粒间空气的设备及方法。
背景技术：
在很多包含有添加微细粒料如硅土、碳黑和其它填料的连续性加工工艺中，由于这些材料的添加容量，加工速度通常受到限制。其中部分原因是因为许多微细粒料之间存在间隙，而且间隙中夹带空气，因而它们的体积的大部分含有空气。为此采用抽真空的方法排除空气，和/或通过震动或压实等机械方法来提高微细粒料的密度。
授予CARTER的美国专利NO.3,664,385教导一种能够压实微细粒料的设备及方法，它采用了一级旋转螺杆式加料器，用于使粒料在一料筒内向前输送，所述料筒具有一装配在所述料筒内的管状衬套。所述衬套和料筒形成一个密闭的空舱，所述空舱绕所述衬套延伸，并且在所述衬套上有大量的穿孔。因此对空舱部分抽真空时，空气就能从衬套流向空舱。给空舱提供间歇的空气压力以使微细粒料由穿孔回流。这样经一级螺杆压实的粒料，再通过二级管道输送至一容器添充工位中。
发明内容
本发明是一种加料器，通过产生一个与物料输送方向相反的压缩力、在微细粒料沿着料筒向前输送时可建立压力、然后将空气从料筒中排出，所述加料器排出微细粒料间隙内的空气，。
图1为本发明的设备简图，所述设备包括1.一圆柱料筒；
2.一料筒进料口；3.一料斗，微细粒料由此加入进料口；4.一螺旋体，由马达驱动，所述螺旋体安装成可在料筒内旋转；5.一出料口；6.一尾板，垂直安装在距出料口一定距离的位置，以便微细粒料抵抗着尾板从出料口输出并从所述圆柱形料筒的轴处径向地输出；7.一压紧螺钉，用于保持压力，压紧尾板；8.一排气口，设于料筒上，通过开口——所述开口的直径小于微细粒料的直径，所述排气口提供料筒的内部和外部之间的流体连通；9.一节流板，安装在出料口处。
图2为采用本发明的设备的分离硅土中空气的工艺过程实例。
图3为减小的密度变化曲线，及使用本发明的设备后硅土密度的增加情况；图4为密度随流量、压缩力变化的曲线。
图5为在两种大小的排气口下，空气的排出量随压缩力变化的曲线。
图6为通过使用本发明的设备，硅土的密度随流量变化的曲线。
具体实施例方式本发明提供的加料器适用于排出各类微细粒料中颗粒间的空气，例如橡胶工业及涂层工业中使用的松散粉料或矿物添加剂。微细粒料通过设于料筒(1)一端的进料口(2)进入料筒。在一优选实施例中，从料斗(3)中填加微细粒料进入进料口(2)，而且在料斗上装有称重装置，或在料斗与进料口之间装有流量计，用于测量进料口(2)的加料速度。一称重装置或流量计的使用使得所述加料器可用于一连续加工工艺中，在所述工艺中，大量的微细粒料须按恒速或一定的速度要求输送。
微细粒料通过一在料筒(1)内旋转的螺旋体(4)沿着圆柱料筒(1)长度向前输送，所述螺旋体(4)由一马达驱动以便与所述圆柱料筒同轴地旋转。所述螺旋体可以是一螺旋管(coil)，也可以是一带螺纹的螺杆。当一螺旋管用于输送材料时，它常称为辫子管(pigtail)。当使用一带螺纹的螺杆时，所述带螺纹的螺杆的螺纹可为外凸螺旋(类似于螺旋钻)或内凹螺旋。一些加料器采用一根螺杆，另一些加料器采用两根螺杆，后者的两根螺杆交错并啮合。这种类型的加料器称为“双螺杆”加料器。双螺杆挤出机的两根螺杆能按相同的方向旋转(同向)、或按相反的方向旋转(异向)。而本发明中的加料器，推荐采用具有内凹螺纹的同向旋转的双螺杆。在采用双螺杆时，微细粒料得到多次翻转，更多的粒料表面和隙间空气处于压力差中，本发明推荐采用内凹形螺纹的原因是，相对于外凸形螺杆而言，内凹形螺杆内的粒料受到的圆柱料筒壁法线方向的推力更大。加料器的大小、螺杆的尺寸以及螺杆转动的驱动功率，都由所输送的粒料和所需的输送速度决定。
本发明提供的加料器利用在加料器上施加压缩力来产生压力迫使料间空气从微细粒料排出。当微细粒料在料筒(1)中沿螺旋体(4)向前输送、并通过一出料口(5)——所述出料口抵靠着一逆着微细粒料流保持就位的带压紧螺柱(7)的尾板(6)——排出的过程中，就产生了压缩力。
该压缩力使料筒内部与加料器外部压力——通常为大气压力之间形成一压差。它迫使料间的空气通过一排气口(8)从微细粒料中排出。由此提高了微细粒料的密度。在没有被任何原理束缚的情况下，发明人相信密度的增加随压缩力、排气面积和微细粒料通过加料器的流量而变化。因此应对压缩力的大小进行优化。压缩力过大会造成堵塞、潜在的硅土损伤，以及因排气能力不合适造成的加料不稳定性。压缩力过小又将造成压差不够。排气面积最大时，排气能力也最大，压缩力相应降低。较高流量因增加的空气含量而导致较小的密度改善。欲提高流量，须提高螺杆转速，结果粒料在排气区停留的时间就会缩短，因而较少的空气被排出。为了达到最佳效果，加料器须配备较大直径的螺杆。使用大直径的螺杆可以增加每次旋转输送的添加剂量，导致较低的螺杆转速，并增加了粒料在排气区停留的时间。
在本发明推荐的装置中，出料口(5)位于料筒(1)和尾板(6)之间，微细粒料得以相对螺旋体的轴按径向排出。因此当微细粒料通过出料口后，粒料的流向也可通过任一常规装置进行引导。
尾板(6)由一或多个压缩弹簧固定就位。可通过调整弹簧的压缩量来调整微细粒料的料流阻力。当尾板受到的力增大时，弹簧可以允许尾板作轻微的移动。弹簧的使用可以减少或防止该加料器由于粒料压缩过度造成的停机。其他的增加尾板压力的方法同样适用于本发明，例如凸轮，弹性带，悬重等。
优选的是，在出料口(5)与尾板(6)之间装有节流板(9)。节流板引导从具有螺杆的空腔中出来的微细粒料流，在所述微细粒料从圆柱料筒、通过一锥面例如一部分圆锥、流向所述尾板(6)中心时，减小流动横截面面积。锥面能使压力相对尾板中心分配，在尾板面上产生各向相同的压力梯度。而锥面的角度从料筒(1)的内径到尾板(6)可以是从5°(几乎与料筒的轴线平行)到约85°(几乎与料筒的轴线垂直)。如果采用的角度不够大，微细粒料有压实的趋势。如果角度太窄，(比如太接近90°)，会对出料口造成过大的反向压力，造成出料口堵塞。优选地，锥面是一正确对中的圆锥，具有一从平行于轴线来看角度在5°～60°、优选角度30°～45°的锥面，用于每台机器的最佳角度可以通过简单的实验来确定。
在本发明提供的加料器中，料筒上设有排气口(8)。当保持微细粒料在所述加料器中时，所述排气口可让空气逸出所述加料器。在一优选实施例中，一带有过滤网的常规排气口按垂直于螺杆轴的方式连接到所述加料器的料筒上。在一优选实施例中，所述排气口通过使用如所述料筒段用的料筒材料一样的烧结金属来构成。通过使用一烧结金属的料筒，就会减少微细粒料在排气表面处的堆积。空气穿越某些颗粒物质例如硅土或云母的速度会很慢。排气面积应根据粒料所需的流量及其压缩性来确定。
为了最大限度地排出空气，应对微细粒料的流量进行优化，以便最大化驻留时间和在压差下的暴露，同时维持对运用加料器的处理过程来说是一可接受的流量。太高的流量需要加快加料器螺杆的转速，就会造成排气的驻留时间较短。
当本发明的加料器是利用压缩力迫使料间空气通过排气口排出时，就有可能采用抽真空的方法来帮助空气的流动。在一实施例中，使用抽真空外加压缩力，一个第二料筒要绕圆柱料筒安装。在第二料筒上要有一抽真空口，空气将通过所述抽真空口从所述圆柱料筒和一级料筒间形成的空间中排出。绕所述圆柱料筒安装第二料筒的另外一个好处是经由所述烧结金属通过间歇的反向吹气，使过滤的表面容易清理。
实例1 建造本发明的设备以去除体密度为35-70克/升的硅土中的空气。该设计大约在每0.002m2(3.53in2)施加5N的压缩力，从而形成2.5kPa(0.4psi)的排出压力。当粒料的流量高达45.5kg/hr(100lb/hr)时，大约为0.015m2(24in2)的排气面积产生足够的排气能力从而有效地提高硅土的密度。排气后硅土的密度为100克/升。本实例中的硅土被排向一硅树酯混配机用于制造一可硫化的硅树酯配合物。
实例1中的设备提高了硅土的密度，减小了密度变化范围。如图3所示，粒料经加料器的重填充周期后，平均密度增加了17.8％，加工密度增加了28.5％。加工密度是指混合过程必须在防止所述混配机满溢的条件下操作的密度。混配机的满溢导致浪费和/或产品质量差，因为这会造成停机或者材料的生产随硅土等级而不同。
压缩力 测出本设备中压缩螺杆的压缩力对粒料密度的影响。这些数据来自于根据实例1配置的设备，在实例1的情况下，最佳压缩力是大约5N。图4示出压缩力过大或不足对密度的影响。
排气面积 图5示出，最大化排气面积允许较小的压缩力，并最大化排气能力。
流量 测出M7-D硅土经过实例1的设备的流量对最终密度的影响。其结果如图6所示。
权利要求
1.设备，其包括a.一料筒，包括一排气口；b.一料筒进料口；c.一料筒出料口；d.一螺旋体，可旋转地安装在所述料筒中，所述螺旋体适合于旋转以便将一粒料从所述进料口输送至所述出料口；e.一马达，安装在所述螺旋体上，用于驱动所述螺旋体转动；和f.一压缩组件，安装在所述出料口处，用于压缩通过所述出料口的粒料。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩组件包括a.一尾板，在距所述出料口一定距离处安装到所述出料口，以便让所述粒料排出，同时对所述出料口进行节流，使所述料筒内的压力升高至所述料筒外的压力之上；和b.一压紧装置，安装在所述尾板上，用于将所述尾板推向所述出料口。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压紧装置包括一压紧螺栓。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压紧装置包括一活塞。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压紧装置包括一栓簧。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压缩组件包括一位于所述出料口与所述尾板之间的节流板；所述节流板具有一开口；且所述节流板安装在所述出料口处，垂直于来自所述出料口的粒料排出流。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述开口具有一不一致横截面积；所述横截面积在所述出料口处大于所述尾板处。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述开口形成一圆锥形横截面，并具有从所述出料口到所述尾板的斜度至少为5度左右的表面。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述开口形成一圆锥形横截面，并具有从所述出料口到所述尾板的斜度直至85度左右的表面。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述螺旋体包括一带螺纹的螺杆。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述带螺纹的螺杆的螺纹相对于粒料的流动方向是内凹形的。
12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备还包括一第二带螺纹的螺杆，所述第二带螺纹的螺杆安装在所述料筒中；所述带螺纹的螺杆的螺纹与所述第二带螺纹的螺杆的螺纹交错并且啮合。
13.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述两螺杆适合于按同一方向同向旋转。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述排气口包括在所述料筒上的多个开口；所述开口具有小于粒料的尺寸。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述排气口包括烧结金属。
16.方法，其包括a.从一料筒的一加料口向所述料筒的一出料口输关粒料，所述粒料在在颗粒间有隙间空气；所述料筒包括一排气口；且所述料筒有一内压；b.对所述出料口施加压力，所述压力能够使所述内压力提高至所述料筒的外压力之上，而且c.使隙间空气从排气口逸出。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤b)是通过对粒料流在出料口处进行节流来实现的。
全文摘要
一种用于排出微细粒料间空气的设备包括一带一排气口(8)的料筒(1)；一料筒的进料口(2)；一料筒的出料口(5)；一在所述料筒(1)里旋转的螺旋体(4)；所述螺旋体适合于旋转以将所述粒料从所述进料口(2)输送至所述出料口(5)；一用于驱动所述螺旋体(4)的马达；和一压缩组件(6，7，9)，安装在所述出料口(5)处，用于压缩通过所述出料口的粒料。
文档编号B29B15/08GK1555326SQ02818163
公开日2004年12月15日 申请日期2002年1月17日 优先权日2001年10月1日
发明者史蒂文·多普, 史蒂文 多普, 戈尔德布卢姆, 苏珊·戈尔德布卢姆, 詹森, 贾里·詹森 申请人:陶氏康宁公司