摘要：本文通過對(duì)硅微粉進(jìn)行改性的方法、設(shè)備、設(shè)備工作原理、改性劑等方面的分析，得出影響改性硅微粉的白度、電導(dǎo)率，給出并實(shí)施了解決方法，取得的較好的效果。
　　關(guān)鍵詞：硅微粉改性、高速混合機(jī)、陶瓷片、電導(dǎo)率、槳葉、白度
　　前言
　　粉體表面改性設(shè)備較多，應(yīng)用最為廣泛的是高速混合機(jī)（高攪機(jī)）設(shè)備和冷卻系統(tǒng)組成的改性系統(tǒng)，我廠的改性設(shè)備是有高速混合機(jī)（高攪機(jī)）加分級(jí)機(jī)和收塵器，分級(jí)機(jī)和收塵器的主要用途是把改性的粉體分級(jí)并剔除大顆粒假顆粒，同時(shí)由于抽風(fēng)產(chǎn)生負(fù)壓就具備了冷卻的功效。
　　1、硅微粉的改性設(shè)備及工藝
　　⑴、主要工藝流程;
　　填料→加熱、干燥→加入改性劑→打散、降溫→收集改性產(chǎn)品。
　　⑵、主要改性設(shè)備：
　　高速混合機(jī)（高攪機(jī)）是由回轉(zhuǎn)蓋、混合鍋、內(nèi)外夾層、葉輪攪拌裝置、折流板、電機(jī)機(jī)應(yīng)等裝置構(gòu)成，如圖⒈：
　　                                          
　　                                                                                圖⒈
　　高速混合機(jī)組，通過內(nèi)層加熱及葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪表面與物料摩擦和物料與鍋體內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生熱，使粉體干燥脫水，在達(dá)到一定溫度以上后，加入改性劑如硅烷或偶聯(lián)劑溶化霧化使粉體吸附反應(yīng)。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側(cè)面對(duì)物料的推力使物料沿葉輪切向運(yùn)動(dòng)，離心力物料被拋起，重力上升一定高度后由落回，折流板形成窄流區(qū)產(chǎn)生渦流形成分散混合。物料改性后經(jīng)過分級(jí)進(jìn)入收塵器，邊降溫，邊分散，邊打散大顆粒。
　　⑶、改性機(jī)理：表面改性機(jī)理主要是兩個(gè)方面，即表面改性劑同物料表面的相互作用和表面改性劑同有機(jī)樹脂之間的相互作用。
　　其一是改性劑同物料之間的相互作用：硅烷偶聯(lián)劑在無機(jī)物料表面的作用機(jī)理是化學(xué)鍵；氫鍵；物理吸附；形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的覆蓋物質(zhì)；從表面排出水等，這些作用都有助于表面的粘接，一定溫度下加入硅烷的同時(shí)，硅烷在高攪機(jī)內(nèi)與熱空氣接觸發(fā)生水解反應(yīng)；顆粒表面的羥基與硅烷的水解物結(jié)合、脫水；硅烷之間縮聚成低聚合物；低聚合物和無機(jī)表面的羥基形成氫鍵，通過加熱干燥，發(fā)生脫水反應(yīng)，使顆粒表面極性較高的羥基轉(zhuǎn)變成極性較低的醚鍵，于是顆粒表面為-R基（R是能和有機(jī)物相結(jié)合的疏水性集基團(tuán)）所覆蓋，形成界面區(qū)域。鈦酸酯偶聯(lián)劑能與物料表面的自由質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)，從而在物料表面形成有機(jī)單分子層。
　　其二是改性劑同有機(jī)樹脂之間的相互作用：表面改性劑和聚合物作用的機(jī)理是化學(xué)鍵；形成應(yīng)力傳遞的界面層；改善聚合物的浸潤(rùn)性；改善相容性；增加表面粗糙度；形成隔水層。
　　2、高速加熱混合機(jī)(高攪機(jī))的工作原理
　　⑴、混合原理：
　　當(dāng)高攪機(jī)工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪借助表面與物料的摩擦力側(cè)面對(duì)物料的推力使物料沿葉輪切向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)由于離心力的作用，物料被拋向混合室內(nèi)壁，并沿壁面上升到一定高度后因重力作用又回到葉輪中心，接著又被拋起。這種上升運(yùn)動(dòng)與切向運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，使物料實(shí)際上處于連續(xù)的螺旋狀上、下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于葉輪速度很高，物料運(yùn)動(dòng)速度也很快。快速運(yùn)動(dòng)著的物料顆粒之間相互碰撞、摩擦、使得團(tuán)塊破碎物料溫度相應(yīng)升高，同時(shí)迅速的進(jìn)行交叉混合。這種作用促進(jìn)了物料的分散和對(duì)液體添加劑（表面改性劑）的均勻吸附，混合室內(nèi)的折流板進(jìn)一步攪亂物料的流太，使物料形成無規(guī)運(yùn)動(dòng)，并在折流板附近形成很強(qiáng)的渦流。對(duì)于高位安裝的葉輪，物料在葉輪上形成了連續(xù)交叉流動(dòng)，使混合更快、更均勻。混合結(jié)束后物料在葉輪作用下由排料口排除。如圖2.：
　　                                          
　　                                                                                            圖2
　　高速混合機(jī)的表面改性效果與許多因素有關(guān)，主要有葉輪的形狀與旋轉(zhuǎn)速度、物料溫度、物料在混合室的充滿程度（即填充率）、混合時(shí)間、添加劑的加入方式和用量等。高速混合機(jī)是一種間歇式的批量粉體改性設(shè)備，它的處理時(shí)間可長(zhǎng)可短適合中小批量粉體的表面化學(xué)包覆改性。
　　⑵、高攪機(jī)的材質(zhì)、硅微粉的影響：
　　目前國(guó)內(nèi)的高攪機(jī)桶內(nèi)和槳葉壁主要由304型號(hào)的不銹鋼件，夾層裝有發(fā)熱板和導(dǎo)熱油，其主要功能是加熱，通過導(dǎo)熱油傳遞給物料，讓物料升溫。304型號(hào)的不銹鋼具有耐腐蝕、耐沖擊、耐壓和抗收縮膨脹性強(qiáng)。我們?cè)诟男晕锪蠒r(shí)，由于是間歇性的，需要不斷地加熱、冷卻，所以需要抗收縮膨脹性強(qiáng)的材料，但是該材料抗摩擦性能低，用于膨潤(rùn)土、碳酸鈣等硬度低的物料時(shí)，效果相當(dāng)好。用于硅微粉時(shí)有一些問題，硅微粉的礦物是石英，莫氏硬度為7，當(dāng)硅微粉與槳葉及硅微粉與桶壁之間相對(duì)處于高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，他們的相對(duì)線速度相當(dāng)高，粉體與金屬表面產(chǎn)生巨大的摩擦力，除了產(chǎn)生熱量外還產(chǎn)生電荷，它們都是無機(jī)極性物質(zhì)，導(dǎo)致粉體表面吸附大量的金屬分子。當(dāng)加入改性劑后，改性劑包裹著、連接著粉體金屬顆粒，成為一體，導(dǎo)致了兩個(gè)結(jié)果：其一是改性后的粉體電導(dǎo)率增加，其二是白度降低。用1000目白度為95.8的硅微粉進(jìn)行改性，改性劑為KH560，改性后白度為87.5，降低了8.5個(gè)點(diǎn)。如表一（白度對(duì)比圖）
　　表一改性前后對(duì)比表
　                       　　
　　4、改進(jìn)方法
　　為了提高改性物料的白度和不增加電導(dǎo)率，我們采取了如下措施。一是阻止物料與桶壁的直接接觸。二是提高槳葉的硬度（改進(jìn)槳葉）。
　　⑴、阻止物料與桶壁接觸處理方法
　　ⅰ、由于同內(nèi)壁帶有弧形，我們用環(huán)氧樹脂粘貼10×10mm的小陶瓷片，剛開始時(shí)效果很好。但是，由于改性過程中溫度上升較高（最高到186℃）加上間斷地反復(fù)受熱、冷確，加速了環(huán)氧樹脂的老化，粘接力降低,瓷片脫落，損壞槳葉。
　　ⅱ、用10×1mm的薄瓷片粘貼，但環(huán)氧樹脂的老化太快，無法經(jīng)受高溫，任然粘接不牢固，雖然脫落后不容易損壞槳葉，但是物料中夾有瓷片，嚴(yán)重影響質(zhì)量。
　　ⅲ、通過咨詢?cè)S多專家，考察方案，我們從拱橋上獲得靈感，用弧形磚加耐高溫膠粘貼，由于是拱形，它受力時(shí)相互擠壓更緊，不會(huì)脫落。我廠的高攪機(jī)為500型，經(jīng)過多方尋找，山東某一廠商有與我廠桶壁弧度一樣的20×100mm瓷磚。粘貼后，除了排料口受力弱以外，其余的粘接得比較牢固。為了解決排料口受力為題，我們通過研究，發(fā)現(xiàn)底層班上是實(shí)心的不銹鋼鍋底，這樣，我們就焊接上螺帽，作為支撐點(diǎn)。通過以上措施，效果相當(dāng)好。處理后的桶壁圖3.
　　                          
　　
　　                                                                                                       圖3.
　　⑵、槳葉處理
　　ⅰ、為了增加槳葉的硬度，通過技術(shù)手段，在將葉表面滲氮，滲氮后不銹鋼槳葉表面硬度為9，厚度30絲，滲氮后。用400目白度為93.2的硅微粉進(jìn)行改性，改性劑用KH560，第一鍋改性后白度為92.1，降低了1.1個(gè)點(diǎn)。第二鍋改后白度為90.1，降低了2.1個(gè)點(diǎn)。第三鍋改后白度為88.9，降低了5.4個(gè)點(diǎn)。從第三鍋開始，白度逐漸降低，第四鍋后就降低到89以下。取出槳葉發(fā)現(xiàn)，下、中槳葉表面最外部已經(jīng)磨蝕了，帶有細(xì)微條痕溝槽。說明高速旋轉(zhuǎn)的槳葉與微粉之間的表面摩擦力、線速度相當(dāng)大。
　　ⅱ、槳葉表面粘貼陶瓷片，在原來的槳葉通過打磨，迎風(fēng)表面用特殊膠粘貼一層7字型的小陶瓷片，后面粘貼一層陶瓷片。經(jīng)過這樣處理后，開始效果還可以，但是由于槳葉旋轉(zhuǎn)離心力大，與硅微粉摩擦后槳葉升溫過快，只是靠粘接的力量難以承受如此頻繁升溫、降溫及離心力，所以還是脫落。
　　ⅲ、根據(jù)桶體形狀，重新設(shè)計(jì)一套槳葉，槳葉的迎風(fēng)面呈楔形，其上打有螺紋孔，可以用螺絲固定瓷片，背風(fēng)面設(shè)計(jì)有固定卡槽，使陶瓷片卡槽內(nèi)不會(huì)脫落，用耐高溫膠粘貼后再用螺絲固定。
　　5、結(jié)果
　　ⅰ、對(duì)桶壁和槳葉的處理后，先試驗(yàn)一鍋400目白度為93.3的硅微粉進(jìn)行改性，用KH560改性劑來改性，改性后白度為92.3，降低了1.5。用1000目的硅微粉，改性前白度為95.5，改性劑同樣用KH560，改完后白度為94.2，進(jìn)行多鍋次改性，白度降低1-2個(gè)點(diǎn)。同樣的改性劑，用1250目白度為96.6的硅微粉反復(fù)改性幾鍋，改性后的硅微粉白度為95.6，也降低1至2個(gè)點(diǎn)。改性效果如表：
　                                                                         　表二

                        
　　　ⅱ、用1000目白度為95.6的硅微粉，改性劑用KH560和鈦酸酯進(jìn)行復(fù)合改性，改性完后白度為93.2，白度降低2.4個(gè)點(diǎn)。
　　ⅲ、用400目白度為93的硅微粉倒入高攪機(jī)中，不加改性劑進(jìn)行同樣的程序，完后，白度為92.6，降低了0.4個(gè)點(diǎn)。用1000目白度為95.5的硅微粉倒入高攪機(jī)中，不加改性劑進(jìn)行同樣的程序，完后白度為95.0，白度降低0.5個(gè)點(diǎn)。電導(dǎo)率不變。
　　6、總結(jié)
　　由上述試驗(yàn)可以得出，硅微粉改性后，白度的影響主要是改性劑和改性設(shè)備，而改性劑是物料，它不會(huì)對(duì)硅微粉造成二次污染。設(shè)備上的物質(zhì)進(jìn)入物料后，對(duì)硅微粉造成了二次污染，不但嚴(yán)重影響白度，還影響電導(dǎo)率。通過這次對(duì)設(shè)備的技術(shù)改造，克服了這方面的因素，取得了階段性的勝利。但改性工藝是相當(dāng)復(fù)雜的，它涉及到改性溫度臺(tái)階的控制、加入改性劑的時(shí)段、加入方法、加完改性劑后的攪拌時(shí)間等等。我們需要不停地學(xué)習(xí)、探索、總結(jié)、從而找出更好的、節(jié)省成本的、為客戶提供好用的產(chǎn)品的工藝路線，為廠爭(zhēng)取更大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　參考資料：
　　﹝1﹞、張世禮：《啟星機(jī)械手冊(cè)》，2008年
　　﹝2﹞、盧壽慈等：《粉體技術(shù)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社
　　﹝3﹞、蓋國(guó)勝等：《超細(xì)粉碎分級(jí)技術(shù)》，中國(guó)輕工出版社
　　﹝4﹞、張國(guó)旺等:：《超細(xì)粉碎設(shè)備及其應(yīng)用》，冶金工業(yè)出版社