CN1696031B - 气动输送设备在输送具有特殊性质的玻璃纤维中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了根据DE 101 27 427 A1中所述的输送设备的应用，用于上浆的玻璃纤维的气动输送，所述上浆的玻璃纤维具有至多85％，优选至多50％，更优选至多40％的浆料抽提率。
Description
技术领域
本发明关于应用DE101 27 427A1中的气动输送设备来输送具有至多85％的浆料抽提率(size extractability)的玻璃纤维。
背景技术
用于加固塑料的玻璃纤维通常以纤维丝的形式被加工，称为切短玻璃丝束(choppedstrands)。纤维丝比如由2000条平行的单独纤维组成(典型的单独纤维的直径为10至14μm)，具有3-4.5mm的典型长度。玻璃纤维被已知称为浆料(size)的物质包覆，准备销售的切短玻璃丝束的浆料含量通常为0.3至1.5％重量。
玻璃纤维上浆的目的之一是在玻璃纤维和基体聚合物之间建立结合(bond)。包含聚合粘合剂(已知称为薄膜形成物)、耦合剂、滑润剂、抗静电剂和其他辅助成分的组合物通常用作浆料。有机的、水可分散的或可溶的聚乙酸乙烯酯、聚酯、环氧聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烃树脂或其混合物通常被用作结合物。在玻璃纤维的生产过程中，浆料通常以水分散液和/或溶液应用。接着，干燥带有浆料的玻璃纤维。通常选择浆料组分使聚合物基体和浆料之间具有亲合性，从而在玻璃纤维和聚合物基体之间建立的一种机械的结合。
此外，所述浆料的目的是确保玻璃纤维适合于生产和加工。浆料将干燥的个体纤维聚拢在一起成纤维丝，以使它们不会在输送、输送和加工过程中变松，即，通过纤维结合分散(disintigrate)改变它们稠度至与原棉相似的形式。玻璃纤维的过度变松大大提高了在玻璃纤维加工装置(比如压出机进料口、管道、送料斗、输送带、平衡器)中发生阻塞的风险。
现有技术中已知的用于生产工厂对切短玻璃丝束进行断续装料/填料的输送设备包含升降装置和工业电动搬运机器，如叉式升降机或起重机系统。连续输送可以通过例如链斗升降机、稳流输送机、摇动或振动滑槽或输送带的方式进行。
不利的是，所述输送设备在一些状况下非常复杂，并且，由于其构建的方法以及占据的空间，只能困难地与已经存在的生产工厂以及它们的建筑物的物流形成整体。
应用如EP0692441 A1中所描述的设备来进行散装物料(bulk material)的气动输送提供了一种解决方法。在EP0692441 A1中描述的气动输送设备以吸气-压气循环运转，在吸气循环中，该设备部分填充了来自装料容器中的散装物料，并且在压气循环中，填充的原料被输送到所需的目的地。压缩空气的特殊配置可阻止所述设备变得阻塞。
在德国Offenlegungsschrift DE101 27 427 A1中，描述了一种用于气动运输微粒状散装物料特别是玻璃纤维的设备，其具有至少一个装料容器、一个带有第一部分和第二部分的气动输送管道，一个输送气体用的吸气输送装置，其连接到输送管道的第一部分的末端，一个输送气体用的压气输送装置，一条辅助的输送气体通道，许多的位于气动输送管道和辅助输送气体通道之间的关闭阀，以及还有一个卸料点。
与EP 0 692 441 A1中描述的设备相比，DE 101 27 427 A1中的设备没有了这样的缺点，即在输送循环的吸气或填充阶段必需在预期目的地产生贯穿整个设备的负压，而仅在输送管道的第一部分产生。DE 101 27 427 A1中的设备的另一个优点是输送装置能更有效运转，因为输送循环的第一阶段(用玻璃纤维填充部分1)和第三阶段(输送玻璃纤维至部分2)可同时进行。此外，在DE 101 27 427 A1描述的设备中，输送速度可更好地被控制。
然而，气动玻璃纤维输送设备的一个相当大的缺点是玻璃纤维必需承受高的机械应力。在这种类型的高机械负载下，其本质上依赖于玻璃纤维的浆料是否将玻璃纤维丝的玻璃纤维聚拢得足够好。如果聚拢在一起的玻璃纤维仅仅由于浆料而不充分，在输送过程中，被输送的玻璃纤维的比容(specific volume)大大提高。
在体积上的大大提高是变松形成的指示，其一方面可导致装置的阻塞，另一方面使玻璃纤维的进一步加工更困难。因此，需要冒一种风险，针对于该设备的根据DE101 27 427 A1的气动输送的优点被随后平衡器、下流管、输送带和压出机计量中的相当大的缺点而被部分消除了。
在气动输送过程中变松的一个重要因素是，在输送操作中，玻璃纤维的比重(表观密度)降低。这意味着比容的增加。比容的增加通常应该不超过10％，以便于在气动输送后玻璃纤维的进一步加工。
发明内容
目前已经出乎意料地发现，具有至多85％、优选至多50％、并特别优选至多40％的浆料抽提率的玻璃纤维，可由DE 101 27 427 A1所述的设备来很好地输送。
为了本发明的目的，上浆的玻璃纤维的浆料抽提率被理解为：在回流温度(常压下)下，在1.13重量份的甲醇和21.3重量份的氯仿的溶剂混合物中，搅拌1重量份的上浆的玻璃纤维24小时后获得的可溶成分的重量，表示成浆料总量相对于提取前上浆玻璃纤维的重量的百分数。
在本发明中，玻璃纤维的气动输送被理解为：玻璃纤维根据DE 101 27 427 A1所述通过气体流的运送，气体流(通常为空气流)夹带玻璃纤维并以这种途径输送它们。玻璃纤维的运送通常发生在管道、通道或类似物中，其中的气体流通过形成压力差来产生。
玻璃纤维的气动输送可用于比如填充和清空玻璃纤维的运送容器(如袋子，Oktabin容器，固定贮仓，电动搬运车贮仓)，用于在生产工厂中输送玻璃纤维，以及用于在将玻璃纤维加入塑料中的设备中输送。
由于玻璃纤维浆料在玻璃纤维的输送行为中起了决定性的作用，本领域技术人员可预期，在切短玻璃丝束的浆料含量的常规范围中，即0.3至1.5％重量，更高的浆料含量将引起改善的输送行为。
然而，已经出乎意料地发现，不是浆料含量对于输送行为产生了决定性的影响，而是输送行为是随着浆料在有机溶剂混合物中的抽提率的降低而提高。
浆料的抽提率的测定如下进行：在常压回流温度下，在1.13重量份甲醇和21.3重量份氯仿的溶剂混合物中搅拌1重量份的上浆的玻璃纤维24小时。接着，产生的悬浮物被过滤，蒸发滤出液至干燥。浆料的重量通过称量干燥的滤出液残余物来确定。抽提前存在于上浆的玻璃纤维上的浆料的全部量通过依照ISO 3451的灰化方法来确定。然后如下计算浆料的抽提率：
浆料抽提率＝(每重量份玻璃纤维中提取的浆料的重量)/(每重量份玻璃纤维中提取前的浆料重量)×100％
不同厂商的用于加固塑料的短切的、上浆的玻璃纤维可在市场上购买。来自Vetrotex，Chambery，法国的Vetrotex 983；来自Pittsburgh Plate Glass，匹兹堡，宾夕法尼亚州，美国的PPG 3660和PPG 3786；以及来自Bayer，Leverkusen，德国的CS 7928可以以举例的方式被提及。
应用DE 101 27 427 A1所述设备进行浆料抽提率至多85％的玻璃纤维的气动输送具有有利条件，在输送过程中，玻璃纤维的比容增加至多10％。一方面，这意味着显著降低气动输送设备自身的阻塞风险，另一方面，在气动输送步骤后玻璃纤维的可加工能力得到了确保。这使得装置能够安全且无忧地操作。
DE 101 27 427 A1的内容全部引入到本申请中。
DE 101 27 427 A1描述了一种用于气动输送微粒状散装物料的方法，该方法采用了一种设备，该设备具有至少一个装料容器、一个带有第一部分和第二部分的气动输送管道，一个用于输送气体的吸气输送装置，一条辅助(supplementary)的输送气体通道，许多位于气动输送管道和辅助输送气体通道之间的关闭阀，以及还有一个卸料点，其特征在于：
(a)在第一步中，通过吸气输送，使输送管道的第一部分填充输送材料的装料部分以及来自装料容器的输送气体，
(b)在第二步中，通过压力输送的方式，将输送的材料从输送管道的第一部分输送到输送管道的第二部分，并通过压力输送的方式输送到卸料点。
在末端被关闭的或可关闭的辅助输送气体通道以及在输送管道的第二部分中的压力输送用恒定量的用于输送管道和辅助输送气体通道的输送气体进行操作。
在一种优选的实施方案中，DE 101 27 427 A1描述了一种如前所述的方法，并且，通过在倾向于阻塞的输送管部位增加关闭阀的数量来防止阻塞发生，因为当压力丧失时安装在这些位点上的关闭阀开启，并引导输送气体进入到初期阻塞的区域。
在一种特别优选的实施方案中，DE 101 27 427 A1描述了一种如上所述的方法，该方法表现为使用一种二-阶段设计的关闭阀，第一阶段，其连接到输送管，当气动输送管的压力等于或大于辅助输送气体通道时，确保不返回并且关闭。
特别优选的，DE 101 27 427 A1描述了一种如上所述的方法，该方法另外还表现为使用二-阶段设计的关闭阀，第二阶段，其连接到辅助的输送气体通道，形成可进行压力预调整的入口阀，预调节来自辅助输送气体通道的输送气体，当输送管道在不阻塞的情况下运转时，该压力大于输送管道中被预调节的结合点的压力。特别的，DE 10127 427 A1特别优选地描述了如上所述的方法，并且，其中，在关闭阀的第二阶段中，从输送方向来看，压力被预调节为从阀到阀增加。
附图说明
以下以附图为基础，对用于气动输送玻璃纤维的根据DE 101 27 427 A1的设备进行了更详细的描述，其中：
图1 显示了一种根据DE 101 27 427 A1的用于玻璃纤维的气动输送的设备的示意图
其包括至少
(i) 带有关闭装置(15)的输送管道(2)，其将输送管道(2)细分为在输送管道(2)的第一末端和关闭装置(15)之间的第一部分(2a)，以及在关闭装置(15)和输送管道(2)的第二末端之间的第二部分(2b)，
(ii)装料装置(1)，通过关闭装置(11)连接到输送管道(2)的第一末端，
(iii)卸料装置(8)，连接到输送管道(2)的第二末端，
(iv)与输送管道(2)平行连接的辅助输送气体通道(4)，所述辅助输送气体通道(4)通过多个连接通道(5)连接到输送管道(2)，
(v)吸气输送装置(3)，其以通过关闭装置(10)可对第一部分(2a)关闭的方式连接，
(vi)压力输送装置(16)，其以通过关闭装置(12)可对输送管道(2)的第一末端的区域关闭的方式连接，以及通过关闭装置(13)连接到辅助输送气体通道(4)，以及通过关闭装置(14)连接到部分(2b)的第一末端，并且
(vii)在连接通道(5)中的关闭装置(6)。
如DE 101 27 427 A1的描述，关闭装置(6)用这样一种方法来设计，在初始的阻塞或阻塞发生的情况下，通过一组短的管道(5)连接到辅助输送气体通道(4)的关闭阀(6)开启。结果，切短玻璃丝束的装料部分的输送保持在初始阻塞或阻塞发生的下游，并且，如果适宜，阻塞被松开。
图1中显示的仪器通过以下步骤操作(所有的旋塞，即关闭设备(shut-ff device)，最初状态是关闭的)：
(a)关闭设备(11)、(10)和(13)的开启
(b)通过吸气输送设备(3)，从装料装置(1)吸取玻璃纤维到第一部分(2a)
(c)关闭设备(11)和(10)的关闭
(d)关闭设备(12)和(15)的开启
(e)通过压力输送装置(16)，将步骤(b)中吸入到第一部分(2a)的玻璃纤维输送到第二部分(2b)
(f)关闭装置(12)和(15)的关闭
(g)关闭装置(14)的开启
(h)通过压力输送装置(16)，将步骤(e)中输送到第二部分(2b)的玻璃纤维传输到装料容器(8)中
(i)关闭装置(14)的关闭。
对于具有所需的浆料抽提率的玻璃纤维，DE 101 27 427 A1中的方法可进行一次或多于一次。如果进行多于一次，步骤(i)直接在步骤(a)后，这样，步骤(a)到(i)就循环运转了。优选地，步骤(g)、(h)和(i)(输送入2b部分)以及(a)(b)和(c)(2a部分的填充)同时运转。步骤(f)后，当步骤(g)(h)和(i)在进行时，步骤(a)、(b)和(c)已接着进行了。
根据DE 101 27 427 A1所述的气动输送装置的另外的优点是可在其中装料通过散装传输(bulk transport)供应的玻璃纤维。散装传输被理解为从散装物料容器中供应玻璃纤维，基于以下的事实，散装物料容器是重要的，一方面，它们是可移动的(如用卡车或火车运输)，另一方面，它们可接纳大量的玻璃纤维，每个容器多于1.5吨，优选每个容器多于7吨，特别优选的每个容器多于15吨。例如，通过卡车将散装物料容器输送到气动输送装置中，清空以后被运走。
散装运输具有经济和物流上的优点，特别是，由于散装运输使得每单元中相对大量的玻璃纤维被用来提供给气动输送装置。在散装运输中提供相对大量的玻璃纤维也能提供有利条件，即其可以免去转移玻璃纤维的作业，这意味着对于玻璃纤维丝的更小的机械应力。
在一种优选的实施方案中，根据DE 101 27 427 A1的输送设备用至多具有85％浆料抽提率的上浆的玻璃纤维来装料，在气动输送前被散装运输。所述散装运输用特别是至少1.5t的，优选的至少7t，特别优选的至少15t的散装物料容器进行。
具体实施方式
实施例
实施例1
根据ISO3451的灰化(ashing)方法，测定4种不同类型的玻璃纤维(实施例1(a)-(d))的浆料的含量(重量％)。结果显示在表1，列3中。
另外，可从这些玻璃纤维中用氯仿/甲醇提取出来的浆料的比例通过以下方法确定。将以下物料集合在一个4升长颈瓶中，该瓶具有一个与回流冷凝器和机械搅拌器连接的平面。
根据表1的玻璃纤维：175g
氯仿p.a.：3725g
甲醇p.a.：197.5g
加热混合物至回流，搅拌24小时。接着，滤去玻璃纤维，蒸发滤出液。确定这种方法获得的样品重量在玻璃纤维的总重量中的重量％，以及提取出的浆料的比例％。结果同样显示在表1中(列4和5)。
表1
| 实施例 | 玻璃纤维 | 浆料的重量％(ISO3451) | 提取的浆料的重量％(CHCl<sub>3</sub>/甲醇) | 提取的浆料的重量％/浆料的重量％[％] |
| 1a | PPG 3660 | 0.7 | 0.30 | 43 |
| 1b | Vetrotex 983 | 0.7 | 0.17 | 24 |
| 1c | PPG 3768 | 0.7 | 0.63 | 90 |
| 1d | Bayer CS7928 | 0.8 | 0.31 | 39 |
实施例2
在实际输送试验中，用一种根据图2的气动输送设备，针对实施例1中的玻璃纤维，研究和评估输送行为(列举性实施方案2(a)，(b)和(d)；比较实施例2(c))。
在装料点和卸料点之间气动输送管道的全长是120m。待输送的切短玻璃丝束位于装料容器1中，在输送前，从该装料容器1获取玻璃纤维的样品来确定物质的体积。
所有的阀斗关闭。在第一步中，将阀10和11开启，通过鼓风机3在1分钟内，将约150kg的切短玻璃丝束从装料容器1中吸出进入到气动输送管道2的第一部分2a中。阀10和11关闭。
在第二步中，阀12、13和15被开启，在第一步中被输送到输送管道2的第一部分2a中的所述切短玻璃丝束，通过输送气体以压力输送的方式在20秒内被输送到输送管道2的第二部分2b中。在室温下的压缩空气被用作输送气体。用于压缩空气的压力通过鼓风机16产生。关闭阀12和15，保持阀13开启以向辅助的输送气体通道4提供压缩空气。在初期阻塞或阻塞发生情况下，打开关闭阀(shut-off valve)6(该阀通过管道5的短管连接到辅助输送气体通道4)。结果，切短玻璃丝束的填充部分的输送维持在初期阻塞或阻塞发生的下游。
在第三步中，阀14被开启。在第二步中被输送到输送管道2的第二部分2b中的所述切短玻璃丝束然后通过压缩空气穿过输送管道2的第二部分2b至卸料点8。所述输送发生在2分钟内。压缩的空气的量设定为在正常条件下200m3/h，其相当于在空管道中约5m/s的气体速度。接着关闭阀14。在卸料点8，获取玻璃纤维样品来确定在输送后的散装容积(bulk volume)。散装容积的增加从输送前和输送后的物质的体积来计算。结果显示在表2中。在该表中，相应玻璃纤维的浆料的抽提率可从表1中获得。
结果显示，浆料的抽提率高于85％的玻璃纤维(比较实施例2(c))在气动输送期间的体积有相对大的增加，这使得它们的进一步加工变得困难。在具有更低的浆料抽提率的玻璃纤维中，比如抽提率在40-50％，其在体积上的增加显著变少。玻璃纤维的浆料的抽提率低于40％时体现更小的体积增加。最后，玻璃纤维的浆料抽提率低于25％时体现进一步更小的体积增加，并且因而仍然保持好的性质，用于在气动输送后进行进一步加工。
表2
| 实施例 | 玻璃纤维 | 输送前的散装容积 | 输送后的散装容积 | 因输送引起的体积增加[％] | 提取浆料的重量％/浆料的重量％[％] |
| 2a | PPG 3660 | 1.59 | 1.73 | 8.8 | 43 |
| 2b | Vetrotex983 | 1.85 | 1.84 | -0.5 | 24 |
| 2c(比较实施例) | PPG 3768 | 1.54 | 2.01 | 31 | 90 |
| 实施例 | 玻璃纤维 | 输送前的散装容积 | 输送后的散装容积 | 因输送引起的体积增加[％] | 提取浆料的重量％/浆料的重量％[％] |
| 2d | BayerCS7928 | 1.79 | 1.88 | 5.2 | 39 |
Claims (4)
1.气动输送设备在用于输送具有至多85％的浆料抽提率的上浆的玻璃纤维中的应用，所述气动输送设备包含至少：
(i)带有第一关闭装置(15)的输送管道(2)，其将输送管道(2)细分为在输送管道(2)的第一末端和第一关闭装置(15)之间的第一部分(2a)，以及在第一关闭装置(15)和输送管道(2)的第二末端之间的第二部分(2b)，
(ii)装料装置(1)，它通过第二关闭装置(11)连接到输送管道(2)的第一末端，
(iii)与输送管道(2)的第二末端连接的卸料装置(8)，
(iv)压力输送装置(16)，它通过第三关闭装置(12)连接到输送管道(2)的第一末端，
(v)吸气输送装置(3)，它通过第四关闭装置(10)连接到输送管道(2)的第一部分(2a)；
其中所述浆料抽提率通过以下方式确定：在常压回流温度下，在1.13重量份甲醇和21.3重量份氯仿的溶剂混合物中搅拌1重量份的上浆的玻璃纤维24小时，接着，产生的悬浮物被过滤，蒸发滤出液至干燥，浆料的重量通过称量干燥的滤出液残余物来确定，抽提前存在于上浆的玻璃纤维上的浆料的全部量通过依照ISO 3451的灰化方法来确定，然后如下计算浆料的抽提率：
浆料抽提率＝(每重量份玻璃纤维中提取的浆料的重量)/(每重量份玻璃纤维中提取前的浆料重量)×100％。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征为，浆料抽提率为至多50％。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征为，上浆的玻璃纤维在气动输送前进行散装运输。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征为，散装运输通过使用可接纳至少1.5吨的散装物料的容器进行。
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