新型气相白炭黑自动包装机设备开发

方卫民 汪建阳 刘国晶 闻 涛 谭 军

（1.浙江富士特硅材料有限公司，浙江 衢州324000；2.嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江 嘉兴314001）

气相白炭黑由硅烷卤化物（主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷）在氢氧火焰中高温水解生成的纳米级白色粉末，学名气相二氧化硅或气溶胶二氧化硅，是极其重要的纳米级无机原材料之一。由于其粒径很小，因此比表面积大、表面吸附力强、表面能大、化学纯度高、分散性能好，热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。气相白炭黑俗称“纳米白炭黑”，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体、脱色剂、消光剂、橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、金属软性磨光剂、绝缘绝热填充剂、高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域，并为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证[1-3]。

国外气相法白炭黑工业经过60多年的发展，已达到很高水平。目前德国Degussa、Wacker等公司、美国Cabot以及日本Tokuyama等少数几家公司控制全球市场[4-5]。气相法白炭黑生产在我国起步较晚，但近10年来发展较快，竞争也日趋激烈。但总体生产能力和产品质量与国外相比仍有较大差距。国内气相法白炭黑2010年市场需求量已超过20 kt/a，2015年初步估计至少达到40 kt/a[6]。

气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子（粒径小于50 nm），有巨大的比表面积（100～400 m2/g，F-Sorb2400比表面积仪BET法测试）。气相法白炭黑的密度小，灌装的时候容易漂浮，灌装环境中污染严重，影响了工人操作的效率[7]。为了解决上述的生产技术问题，笔者等设计制造了1种新型气相白炭黑自动灌装机。

1 自动包装机结构

新型气相白炭黑自动包装机包括机座、白炭黑出料装置，白炭黑出料装置固定设置在机座上。如图1所示。

图1 气相白炭黑自动包装机Fig 1 The schematic diagram of automatic packaging machine of fumed silica

该自动灌装机的机座上设有包装袋支撑座，包装袋支撑座为“L”型，在包装袋支撑座的底部设有滚轮，所述的喷嘴设置在包装袋支撑座的上部。包装袋支撑座还包括称重模块，称量模块连接设有控制模块，喷嘴上设置有气动控制阀门，控制模块控制气动控制阀门关闭并同时控制变频调速电动机工作。

图2为气相白炭黑的自动出料装置结构。

图2 气相白炭黑自动出料装置Fig 2 The schematic diagram of automatic feeding device of fumed silica

其中白炭黑出料装置包括电机、进料斗、旋转箱体、出料箱体、传动轴、减速器和皮带轮；进料斗设置在最右侧，进料斗的上方设置有进料口；旋转箱体固定设置在进料斗的左侧，旋转箱体与进料斗的内腔相通，旋转箱体内设置有螺杆，螺杆的外径与旋转箱体的内侧壁直径相配合，螺杆的一端与传动轴相传动连接，另一端延伸设置在进料斗内；出料箱体固定设置在旋转箱体的左侧，出料箱体与旋转箱体的内腔相通，在旋转箱体内设置有多个旋转叶片，多个旋转叶片均匀呈周向分布，旋转叶片的外径与出料箱体的内侧壁直径相配合，并且多个旋转叶片均与所述的传动轴相传动连接；旋转箱体的侧壁上设置有出料口，出料口上连接设有喷嘴；减速器固定设置在旋转箱体上，减速器与传动轴相传动连接，所述的皮带轮固定的减速器的动力输入轴上，皮带轮与电机通过皮带相连接，电机采用变频调速。

2 工作原理

新型气相法白炭黑自动包装机采用了上述的技术方案，白炭黑粉体由进料口进入进料斗，通过进料斗的螺杆输送至出料箱体，叶片高速旋转产生的离心力使物料迅速沿切线方向被甩出，形成的一股正压（犹如离心风机）迫使物料经喷嘴输送挤压入套在喷嘴口的包装袋中。该自动灌装机可以满足多种密度的粉体包装，同时又可以防止白炭黑的溢出，结构简单，操作方便，极大地改善了气相白炭黑灌装的工作环境，是同时通过称量模块、气动控制阀门和PLC可编程控制系统来实现定量包装的一种粉体包装机。该自动灌装机性能稳定，动行可靠，技术先进，灌装一步到位，提高了产品的包装质量和包装效率[8-10]。

当使用该包装机进行气相白炭黑灌装的时候，白炭黑粉体由进料口进入进料斗，通过进料斗的螺杆输送至出料箱体，在出料箱体的叶片高速旋转将白炭黑粉体经喷嘴输送挤压入套在喷嘴口的包装袋中。在包装袋达到设定量后，称量模块给控制模块信号控制气动控制阀门和电机关闭来实现定量包装。

3 优化改进

为了满足多规格多品种的白炭黑粉料包装，与旧包装机相比，新型气相法白炭黑自动包装机进行了多处改进：

1)新型包装机加大了出料箱体内的叶片直径，由老式机型叶片直径300mm加大到320mm，从而增大了粉料的送料离心力，使粉料进入包装袋的推力增大，粉料进袋容易。老式机型同密度白炭黑粉料包装速度1.5min/包，新机型同密度白炭黑粉料包装速度1.05min/包；

2)加大叶片后，在相同的进料速度下，使主轴转速由原来的2 700 r/min降低到2 200 r/min，延长了主轴轴承的使用寿命。

3)增加了旋转箱体，从螺杆输送至进料箱的粉料不会因为包装袋内的压力升高而停止进料，有强制进料和加大进料压力的作用，因此，老式机型高密度白炭黑粉料不能包装，新机型高密度白炭黑粉料包装速度1.05min/包。

4 结束语

设计和研制了一种新型气相法白炭黑自动包装机，该设备实现了出料、灌装、称量等一系列功能于一体，实现了极高程度的自动化与封闭化，减轻了工人的劳动强度，改善了气相白炭黑灌装的工作环境。该设备具有结构简单，操作方便等优点。目前，该设备已经得到了成功的应用，并取得了满意的效果。

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