聚烯烃托辊的原料组合物和制备方法及制备系统与流程

1.本发明涉及聚烯烃托辊制备技术领域，具体地涉及一种聚烯烃托辊的原料组合物和制备方法及制备系统。


背景技术：

2.粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，也是我国当前排量较大的工业废渣之一。目前粉煤灰每年产量约有5亿吨左右，且已有25亿吨存放，其综合利用率只有30-40％，如何处理和资源化利用是一个行业难题。国家能源集团拥有世界最大的火力发电，其每年的粉煤灰产量约在0.45亿吨以上。如何合理利用这些粉煤灰，增加其附加值是国家能源投资集团关心的一个重点。
3.传统的粉煤灰综合利用主要用于回填、铸砖、土壤改性等，或掺入水泥中进行煅烧，存在有效利用率低，经济效益不明显等问题。伴随着粉煤灰深加工技术的发展，特别是超细粉碎技术的突破，超细粉煤灰可用在在橡胶、塑料及复合材料等多个高附加值行业。
4.因此运用电厂的低品位过热蒸汽进行粉煤灰的超微超细粉碎，即是对电厂过热蒸汽的余热利用，提高了其余热高质化利用的新途径，也是增加电厂粉煤灰附加值的有效途径之一。可以显著增加电厂的收益。
5.托辊是带式输送的重要部件，种类多、数量大，其作用是支撑皮带，减少皮带运行阻力，并使皮带的垂直度不超过一定限度以保证皮带的平稳运行，它占一台带式输送机总成本的35％左右，但是产生了70％以上的阻力，因此，托辊的质量显得为尤为重要。
6.cn 101654342a公布了一种综合利用低品位烟气制备微细粉煤灰的方法及其专用设备。它是锅炉燃烧产生烟气将高温干排粉煤灰以气力传输方式送入以低品位过热蒸汽为动力的蒸汽粉碎机内，进行粉碎和分级，再经蒸汽用收尘器收集，得到超细粉煤灰产品，废蒸汽经引风机排出用于养护混凝土产品或保温墙体材料。该发明专利主要介绍了一种利用对由燃煤锅炉产生的低品位过热蒸汽对粉煤灰进行研磨的技术，但是未涉及具体粉煤灰的产品的粒径，用途，以及研磨粉碎后的超细粉煤灰如何改性运用在具体的技术领域等均未涉及。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种聚烯烃托辊的原料组合物和制备方法及制备系统，本发明解决了煤矸石和粉煤灰的处理问题，提高了煤粉在托辊中的添加量，降低聚烯烃托辊的生产成本，提高了煤矸石和粉煤灰的有效利用率。
8.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种聚烯烃托辊的原料组合物，该组合物按重量份数计包括：
9.pvc树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份；
10.其中，所述超细煤粉的粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为
0.5-1。
11.本发明第二方面提供一种聚烯烃托辊的制备方法，包括：
12.1)将粒径≤3mm的含煤原料送入以水蒸气作为工作气的气流磨机进行研磨分散，得到粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1的超细煤粉；
13.2)加入硅烷偶联剂对步骤1)中所述超细煤粉进行改性处理；
14.3)向步骤2)经过改性的超细煤粉中加入pvc树脂、热稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、玻璃纤维，在反应条件下反应后成型，冷却得到聚烯烃托辊；
15.其中，以原料总重用量计，pvc树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份。
16.本发明第三方面提供一种聚烯烃托辊的制备系统，该制备系统包括：
17.超细煤粉加工单元，用于将含煤原料加工成粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1的超细煤粉；
18.所述超细煤粉加工单元包括：依次连通的进料装置、研磨装置和收集装置；
19.所述研磨装置配置气流磨机和分级机，所述分级机连通气流磨机的磨腔，使得符合粒径的煤粉能够被筛选并排出所述磨腔；所述气流磨机的水蒸气进气口设置偶数个周向对称均布在所述磨腔底部的第一喷嘴，每个所述第一喷嘴连通水蒸气进料管线，相对两个所述第一喷嘴之间的距离d2为与磨腔内径d1的关系为1.2-1.5，优选为1.3-1.4，每个所述第一喷嘴与水平面的夹角为0-15
°
；每个所述第一喷嘴的轴线延长线相交形成撞击点，所述气流磨机用于将含煤原料进料到所述磨腔的进料口设置在所述第一喷嘴上方，且所述进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/2距离之内；
20.所述收集装置包括：设置出气管的布袋除尘器和设置在所述出气管管路上的引风机，所述布袋除尘器的物料入口通过管道连通所述分级机的第一出口，使得所述分级机筛选出符合粒径的煤粉后，在所述引风机的抽吸下送入所述布袋除尘器进行收集，得到超细煤粉；
21.与所述布袋除尘器的成品出口连通的改性处理单元，所述改性单元接通硅烷偶联剂进料管线，用于对成品出口出料的所述超细煤粉进行改性处理；
22.制辊单元，所述制辊单元具有反应区和成型区，所述反应区连通所述改性处理单元和制辊原材料进料管线，用于将经过改性的超细煤粉和pvc树脂、热稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、玻璃纤维在反应条件下反应后送入成型区，冷却得到聚烯烃托辊。
23.通过上述技术方案，本发明中采用含煤原料如煤矸石和/或粉煤灰制备超细煤粉作为聚烯烃托辊的填充料，解决了煤矸石和粉煤灰的处理问题，提高了煤粉在托辊中的添加量，降低聚烯烃托辊的生产成本，提高了煤矸石和粉煤灰的有效利用率，且本发明中利用超细煤粉制备的聚烯烃托辊具备很高的耐磨性、很低的摩擦系数，能承受反复冲击、震动且重量轻。
24.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中详细说明。
附图说明
25.图1是本发明一种优选实施方式的超细煤粉加工单元的结构示意图；
26.图2是本发明一种优选实施方式的喷嘴的排布示意图。
27.附图标记说明
28.1气流磨机；11磨腔；2第二喷嘴；3第一喷嘴；31水蒸气进料管线；4分级机；41第一出口；5加料仓；6防堵机构；7螺旋输送机；8布袋除尘器；81物料入口；9引风机；10出气管。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
30.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
31.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
32.本发明第一方面提供一种聚烯烃托辊的原料组合物，该组合物按重量份数计包括：
33.pvc树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份；
34.其中，所述超细煤粉的粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1。
35.根据本发明的一种优选实施方式，所述超细煤粉的粒径为d
97
为≤10μm，小于2μm的占比在50％以上，球形度为0.6-1。采用前述优选的超细煤粉，因经过研磨破碎后的超细煤粉，其表面积得到显著提高，且保证了一定的球形度，避免在煤粉附件产生应力集中而导致托辊发生分层或破损。
36.根据本发明的一种优选实施方式，所述硅烷偶联剂与所述超细煤粉的用量重量比为0.5-10:100，优选0.8-2.5:100。采用前述优选的用量比，具有显著增加了超细粉煤灰的活性，使得超细粉煤灰与聚烯烃能够很好的融合胶黏的优势。
37.根据本发明的一种优选实施方式，所述超细煤粉的制备原料可选范围较宽，常用含煤原料均可以用于本发明，针对本发明，优选所述含煤原料来自煤、煤矸石和粉煤灰中的至少一种。
38.本发明中采用含煤原料如煤矸石和/或粉煤灰制备超细煤粉作为聚烯烃托辊的填充料，解决了煤矸石和粉煤灰的处理问题，提高了煤粉在托辊中的添加量，降低聚烯烃托辊的生产成本，提高了煤矸石和粉煤灰的有效利用率，且本发明中利用超细煤粉制备的聚烯烃托辊具备很高的耐磨性、很低的摩擦系数，能承受反复冲击、震动且重量轻。
39.本发明中，所述抗冲击改性剂可以为常用的抗冲击改性剂，优选选自丙烯酸酯类共聚物(acr)抗冲击改性剂和/或氯化聚乙烯(cpe)抗冲击改性剂。
40.本发明中，所述润滑剂可以为常用的润滑剂，优选选自聚乙烯蜡和/或硬脂酸。
41.本发明中，所述热稳定剂可以为常用的热稳定剂，优选选自复合铅盐和/或脂肪酸皂。
42.本发明第二方面提供一种聚烯烃托辊的制备方法，包括：
43.1)将粒径≤3mm的含煤原料如煤和/或煤矸石和/或粉煤灰送入以水蒸气作为工作气的气流磨机进行研磨分散，得到粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1的超细煤粉；
44.2)加入硅烷偶联剂对步骤1)中所述超细煤粉进行改性处理，优选改性能够达到如下指标：吸附比表面积≥30m2/g，羟基官能团在0.3-0.5％，阿克隆磨耗≥0.113cm3，体积电阻率≥10
^11
ω
·
cm，优选所述硅烷偶联剂与所述超细煤粉的用量重量比为0.5-10:100，优选0.8-2.5:100；
45.3)向步骤2)经过改性的超细煤粉中加入pvc树脂、热稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、玻璃纤维，在反应条件下反应后送入模具压制成型，冷却出模得到聚烯烃托辊；
46.其中，以原料总重用量计，pvc树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份。
47.本发明中采用含煤原料如煤矸石和/或粉煤灰制备超细煤粉作为聚烯烃托辊的填充料，解决了煤矸石和粉煤灰的处理问题，提高了煤粉在托辊中的添加量，降低聚烯烃托辊的生产成本，提高了煤矸石和粉煤灰的有效利用率，且本发明中利用超细煤粉制备的聚烯烃托辊具备很高的耐磨性、很低的摩擦系数，能承受反复冲击、震动且重量轻。
48.根据本发明的一种优选实施方式，步骤1)中所述超细煤粉粒径为d
97
为≤10μm，小于2μm的占比在50％以上，球形度为0.6-1。采用前述优选的超细煤粉，因经过研磨破碎后的超细煤粉，其比表面积得到显著提高，且保证了一定的球形度，避免在煤粉颗粒附近产生应力集中而导致托辊发生分层或破损等优势。
49.本发明中，所述含煤原料可选范围较宽，常用含煤原料均可以用于本发明，针对本发明，优选选自煤和/或煤矸石和/或粉煤灰。
50.根据本发明的优选实施方式，所述硅烷偶联剂选自硅-69(si-69)或氢化钾(kh)。
51.本发明中，所述pvc树脂可选范围较宽，常用的种类均可以用于本发明，针对本发明，优选为5型pvc树脂。
52.本发明中，步骤3)中反应条件包括：反应温度为60-230℃，反应时间≥30min，搅拌速度为50-80r/min。
53.根据本发明的一种优选实施方式，步骤1)中所述水蒸气的压力为0.5-1.2mpa，温度为180-320℃。采用前述蒸气，可以充分利用电厂的低品位过热蒸汽，达到预热充分利用的效果和优势。
54.根据本发明的一种优选实施方式，优选所述水蒸气的压力为0.7-1mpa，温度为260-300℃。采用前述优选所述水蒸气，具有可以在避免煤粉发生热解反应而产生焦油导致无法研磨又可充分保证粉碎原料得到充足的动能而能够顺利进行破碎的优势。
55.本发明中，更优选所述水蒸气来自电厂低品位的过热蒸汽或蒸汽发生器所产生的过热蒸汽。
56.根据本发明的一种优选实施方式，步骤1)中气流磨机磨腔内的压力为-2kpa-0kpa，进入气流磨机磨腔的所述水蒸气的气速为360m/s-1200m/s。
57.根据本发明的一种优选实施方式，优选地，气流磨机磨腔内的压力为-1.2kpa
‑‑
0.3kpa，进入气流磨机磨腔的所述水蒸气的气速为540m/s-1100m/s。前述优选气速相比于现有技术能够避免煤粉发生热解反应而产生焦油导致无法研磨的问题又可保证粉碎原料
得到充足的动能顺利进行破碎。
58.需要说明的是，由于传统的气流粉碎能量的转移过程：燃料的热能
→
蒸汽的势能和热能
→
电能
→
空气势能
→
喷射气流的动能
→
物料颗粒动能，能量的转换流程长，损耗高，导致一次能源用于研磨的能量利用率仅为20％左右，因此这种加工方式能耗高，产能低，极大的限制了气流粉碎的应用。本发明中采用工业余热和/或锅炉加热生成过热水蒸气
→
喷射气流的动能
→
物料颗粒动能，一次能源用于研磨的能量利用率能够达到90％左右，以提高能源利用率的方式节约能源，降低成本。
59.根据本发明的一种优选实施方式，当磨腔内的固体物料密度大于4g/cm3时，向所述磨腔内通入二次风，避免所述磨腔内的物料发生团聚。
60.根据本发明的一种优选实施方式，优选地，所述二次风的风量为使得磨腔内部的固体物料密度降低至2g/cm
3-4g/cm3。
61.本发明中，所述二次风选自水蒸气、氮气和二氧化碳中的至少一种。
62.本发明第三方面提供一种聚烯烃托辊的制备系统，该制备系统包括：
63.超细煤粉加工单元，用于将含煤原料加工成粒径为d
97
为≤10μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1的超细煤粉；
64.如图1-图2所示，所述超细煤粉加工单元包括：依次连通的进料装置、研磨装置和收集装置；所述研磨装置配置气流磨机1和分级机4，所述分级机4连通气流磨机的磨腔11，使得符合粒径的煤粉能够被筛选并排出所述磨腔11；所述气流磨机1的水蒸气进气口设置偶数个周向对称均布在所述磨腔底部的第一喷嘴3，每个所述第一喷嘴3连通水蒸气进料管线31，相对两个所述第一喷嘴3之间的距离d2为与磨腔11内径d1的比为1.2-1.5:1，优选为1.3-1.4:1，每个所述第一喷嘴3与水平面的夹角为0-15
°
；每个所述第一喷嘴3的轴线延长线相交形成撞击点，所述气流磨机1用于将含煤原料进料到所述磨腔11的进料口设置在所述第一喷嘴3上方，且所述进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/2距离之内；通过上述参数配置使得压力为0.5-1.2mpa，温度为180-320℃的水蒸气送入所述磨腔11时，气速达到360m/s-1200m/s；
65.所述收集装置包括设置出气管10的布袋除尘器8和设置在所述出气管10管路上的引风机9，所述布袋除尘器8的物料入口81通过管道连通所述分级机4的第一出口41，使得所述分级机4筛选出符合粒径的煤粉后，在所述引风机9的抽吸下送入所述布袋除尘器8进行收集，得到超细煤粉；
66.与所述布袋除尘器8的成品出口连通的改性处理单元，所述改性单元接通硅烷偶联剂进料管线，用于对成品出口出料的所述超细煤粉进行改性处理；
67.制辊单元，所述制辊单元具有反应区和成型区，所述反应区连通所述改性处理单元和制辊原材料进料管线，用于将经过改性的超细煤粉和pvc树脂、热稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、玻璃纤维在反应条件下反应后送入成型区，冷却得到聚烯烃托辊。
68.传统的煤粉若作为聚烯烃填充料，需要经过分级筛选，常规的分级处理，粉煤灰中符合要求的每吨粉煤灰只有1％左右的质量符合聚烯烃填充料要求，很难达到量产或大量处理粉煤灰的目的，且由于聚烯烃托辊寿命的要求，对其填充料的粉煤灰需要具备严格的粒径及表面属性的要求；
69.本发明的装置采用水蒸气作为加速的工作载气进行煤粉颗粒粉碎，且合理地设置
喷嘴的角度和数量，降低了喷嘴产生的振荡波能耗，将能量集中在煤粉颗粒的破碎分散过程，能够使煤粉颗粒最大被加速至1200m/s，且最大单机处理量可达5t/h，极大地提高了工作效率，研磨后的煤粉粒径可达到0.1μm，使得其在聚烯烃托辊中的添加量由5％提高到35％。
70.本发明中采用煤矸石和/或粉煤灰制备超细煤粉作为聚烯烃托辊的填充料，解决了煤矸石和粉煤灰的处理问题，提高了煤粉在托辊中的添加量，降低聚烯烃托辊的生产成本，提高了煤矸石和粉煤灰的有效利用率，且本发明中利用超细煤粉制备的聚烯烃托辊具备很高的耐磨性、很低的摩擦系数，能承受反复冲击、震动且重量轻。
71.根据本发明的一种优选实施方式，所述第一喷嘴3的数量为2、4、6、8、10或12个，更优选4、6或8个。具有磨腔内气流对称稳定的优势。
72.根据本发明的一种优选实施方式，每个所述第一喷嘴3与水平面的夹角为5
°‑
12
°
。采用前述夹角，具有显著提高产品产量并提高产品球形度的优势。
73.根据本发明的一种优选实施方式，所述进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/4距离之内。采用前述优选可以显著增加研磨产品产率、效率以及产品的品质，避免因由于物料不在气流主运动区域，直接被气流夹带送至分级轮，发生颗粒运动轨迹短路现象，影响整个研磨系统的效率的问题。
74.本发明中，当所述研磨系统的所述超细煤粉出料量为1-5kg/h时，所述磨腔11内径d1为260mm-300mm，优选为275mm-285mm；相对所述第一喷嘴3之间的距离d2为200mm-220mm，优选为205mm-215mm；采用前述参数，具有可以显著克服磨腔内激波的产生，使得蒸汽的能量利用效率最优的优势；每个所述第一喷嘴3的喉径为1.5mm-5mm，优选为1.8mm-3.2mm。采用前述喉径，具有显著提高喷嘴出口气速的优势，需要说明的是，将研磨设备相应放大时，由于不受空压机的限制，将系统相应放大时能够使得超细煤粉的最大单机处理量达到5t/h，极大地提高了工作效率。
75.根据本发明的一种优选实施方式，所述气流磨机1设置二次风机构，用于调节所述磨腔11气流流场，防止所述磨腔11内的物料发生团聚。
76.根据本发明的一种优选实施方式，所述二次风机构位于从所述水蒸气进气口到所述第一出口41之间沿高度方向≥1/2距离处，更优选2/3-3/4距离处；采用前述距离，具有可以显著降低磨腔内物料团聚现象的发生，保证整个系统的稳定运行优势。
77.根据本发明的一种优选实施方式，所述二次风机构包括4-6个周向对称均布且连通所述磨腔11的第二喷嘴2，每个所述第二喷嘴2连通具有阀门的二次风进料管线。
78.根据本发明的一种优选实施方式，每个所述第二喷嘴2与水平面的夹角为0
°‑
15
°
，优选为0
°‑
10
°
。
79.本发明中，所述二次风机构喷嘴的布置与水蒸气进气口喷嘴的布置在结构方面相似。需要说明的是，所述第一喷嘴3和/或所述第二喷嘴2为拉瓦尔喷嘴。
80.本发明中，所述磨腔11内上中下三个位置设置气固浓度传感器，用于检测磨腔内固体物料的密度。
81.本发明中，所述进料单元包括通过进料口连通所述磨腔11的螺旋输送机7，与所述螺旋输送机7连通的加料仓5，以及位于所述加料仓5和所述螺旋输送机7之间的能够防止发生物料堵塞的防堵机构6。
82.本发明中，所述防堵机构6为设置在加料仓出料口的振动装置和/或对加料仓出料口进行冲扫的气泵。
83.本发明中，在所述布袋除尘器物料入口81与分级机第一出口41的物流通道上设置旋风除尘设备，通过多级除尘达到产品的精细化收集，确保布袋除尘系统出口的水蒸气严格符合环保要求，增加布袋除尘器的使用寿命。
84.本发明中，所述气流磨机的底部还设置与所述磨腔连通的排渣口，用于停机后排出磨腔内未完成粉碎的固体物料。
85.本发明中采用现有技术保证物流系统内部压力且与外界气体隔离，例如本发明中布袋除尘器的成品出口采用现有技术中的锁斗机构，当超细煤粉通过进料阀进入锁斗，关闭锁斗的进料阀再打开出料阀将超细煤粉出料，锁斗卸空后关闭出料阀，然后再打开进料阀，这样重复运行，确保系统在有压力的情况下正常运行；本发明的水蒸气物流通道采用现有技术进保温处理，本发明对此无特殊要求，在此不详细描述。
86.本发明的各个部分依据需要可以增加各种管线或阀门以及工业中可能需要用到的部件，本发明对此无特殊要求，在此不详细描述。
87.下面通过实施例和对比例对本发明做进一步阐述，但本发明并不仅限于此。
88.以下实施例采用如下系统制备：
89.该制备系统包括：超细煤粉加工单元、改性处理单元和制辊单元；
90.所述超细煤粉加工单元包括：依次连通的进料装置、研磨装置和收集装置；所述研磨装置配置气流磨机1和分级机4，所述分级机连通气流磨机的磨腔11，所述气流磨机的水蒸气进气口设置偶数个周向对称均布在磨腔底部的第一喷嘴3，每个第一喷嘴连通水蒸气进料管线，每个第一喷嘴的轴线延长线相交形成撞击点；
91.所述收集装置包括：设置出气管10的布袋除尘器8和设置在所述出气管管路上的引风机9，所述布袋除尘器的物料入口81通过管道连通所述分级机4的第一出口；
92.与所述布袋除尘器的成品出口连通的所述改性处理单元，所述改性单元接通硅烷偶联剂进料管线；所述制辊单元具有反应区和成型区，所述反应区连通所述改性处理单元和制辊原材料进料管线，用于将经过改性的超细煤粉和5型pvc树脂、脂肪酸皂、acr、硬脂酸、玻璃纤维在反应条件下反应后送入成型区，冷却得到聚烯烃托辊；
93.所述气流磨机1设置二次风机构；所述二次风机构包括4-6个周向对称均布且连通所述磨腔11的第二喷嘴2，每个所述第二喷嘴连通具有阀门的二次风进料管线；所述进料单元包括连通所述磨腔11进料口的螺旋输送机7，与所述螺旋输送机连通的加料仓5，以及位于所述加料仓和所述螺旋输送机之间的能够防止发生物料堵塞的氮气泵，布袋除尘器物料入口81与分级机第一出口41的物流通道上设置旋风除尘设备；
94.制备聚烯烃托辊的方法包括：
95.1)将粒径≤3mm的粉煤灰送入以水蒸气作为工作气的气流磨机进行研磨分散，得到超细煤粉；
96.2)加入硅烷偶联剂对步骤1)中所述超细煤粉进行改性处理；
97.3)向步骤2)经过改性的超细煤粉中加入以原料总重用量计，5型pvc树脂、脂肪酸皂、acr、硬脂酸、玻璃纤维反应后成型，冷却得到聚烯烃托辊。
98.实施例1
99.水蒸气进气口设置4个第一喷嘴，每个第一喷嘴与水平面的夹角为7
°
，磨腔内径d1与相对两个第一喷嘴之间的距离d2的比值为1.34；气流磨机的磨腔内的压力为-2kpa，来自电厂的低品位过热水蒸气的压力为0.9mpa，温度为300℃；二次风机构位于从水蒸气进气口到第一出口41之间沿高度方向2/3距离处，二次风机构包括4个第二喷嘴2，进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/6距离处；每个第二喷嘴2与水平面的夹角为7
°
，进入气流磨机磨腔的水蒸气的气速为846m/s，经研磨得到粒径为d
97
＝7μm，小于2μm的占比在55％，球形度为0.8的超细煤粉；
100.将si-69硅烷偶联剂与超细煤粉的以用量比为1:100进行改性处理后，以原料重量份数5型pvc树脂100份、改性后的超细煤粉35份、脂肪酸皂6份、acr10份、硬脂酸3份、玻璃纤维30份在反应温度为130℃，反应时间为45min，搅拌速度为70r/min下反应后送入模具压制成型，冷却出模得到聚烯烃托辊；
101.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度58mpa，冲击强度7.2kj/m2，弯曲强度96mpa，表面电阻3x10^8ω，氧指数36。
102.实施例2
103.水蒸气进气口设置6个第一喷嘴，每个第一喷嘴与水平面的夹角为3
°
，磨腔内径d1与相对两个第一喷嘴之间的距离d2的比值为1.47；气流磨机的磨腔内的压力为-1.3kpa，来自电厂的低品位过热水蒸气的压力为0.7mpa，温度为260℃；二次风机构位于从水蒸气进气口到第一出口41之间沿高度方向1/2距离处，二次风机构包括4个第二喷嘴2，进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/4距离处；每个第二喷嘴2与水平面的夹角为7
°
，进入气流磨机磨腔的水蒸气的气速为638m/s，经研磨得到粒径为d
97
＝7.39μm，小于2μm的占比在40％，球形度为0.67的超细煤粉；
104.将si-69硅烷偶联剂与超细煤粉的以用量比为1:100进行改性处理后，以原料重量份数计5型pvc树脂100份、改性后的超细煤粉35份、脂肪酸皂6份、acr10份、硬脂酸3份、玻璃纤维30份在反应温度为130℃，反应时间为45min，搅拌速度为70r/min下反应后送入模具压制成型，冷却出模得到聚烯烃托辊；
105.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度53mpa，冲击强度6.9kj/m2，弯曲强度90mpa，表面电阻3x10^8ω，氧指数36。
106.实施例3
107.水蒸气进气口设置8个第一喷嘴，每个第一喷嘴与水平面的夹角为12
°
，磨腔内径d1与相对两个第一喷嘴之间的距离d2的比值为1.34；气流磨机的磨腔内的压力为-2kpa，来自电厂的低品位过热水蒸气的压力为1.1mpa，温度为310℃；二次风机构位于从水蒸气进气口到第一出口41之间沿高度方向3/4距离处，二次风机构包括6个第二喷嘴2，进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/2距离处；每个第二喷嘴2与水平面的夹角为9
°
，进入气流磨机磨腔的水蒸气的气速为923m/s，经研磨得到粒径为d
97
＝6.1μm，小于2μm的占比在45％，球形度为0.72的超细煤粉；
108.将si-69硅烷偶联剂与超细煤粉的以用量比为9:100进行改性处理后，以原料重量份数计5型pvc树脂100份、改性后的超细煤粉35份、脂肪酸皂6份、acr10份、硬脂酸3份、玻璃纤维30份在反应温度为130℃，反应时间为45min，搅拌速度为70r/min下反应后送入模具压制成型，冷却出模得到聚烯烃托辊；
109.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度58mpa，冲击强度7.2kj/m2，弯曲强度96mpa，表面电阻3x10^8ω，氧指数36。
110.实施例4
111.与实施例1不同的是：水蒸气的压力为0.6mpa，温度为270℃；进入气流磨机磨腔的水蒸气的气速为549m/s，经研磨得到粒径为d
97
＝10μm，小于2μm的占比在46％μm，球形度为0.8的超细煤粉；
112.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度52mpa，冲击强度6.9kj/m2，弯曲强度94mpa，表面电阻3x10^8ω，氧指数36。
113.实施例5
114.与实施例1不同的是：第一喷嘴的数量为2，进入磨腔内的气速为846m/s，得到超细煤粉的粒径为d
97
为13μm，小于2μm的占比在40％，球形度为0.6；
115.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度38mpa，冲击强度5.1kj/m2，弯曲强度77mpa，表面电阻2.3x10^8ω，氧指数32。
116.实施例6
117.与实施例1不同的是：每个第一喷嘴与水平面的夹角为0
°
，进入磨腔内的气速为846m/s，得到超细煤粉的粒径为d
97
为10μm，小于2μm的占比在48％，球形度为0.5；
118.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度42mpa，冲击强度5.3kj/m2，弯曲强度81mpa，表面电阻3x10^8ω，氧指数36。
119.实施例7
120.与实施例1不同的是：进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/3距离处，进入磨腔内的气速为846m/s，得到超细煤粉的粒径为d
97
为9.7μm，小于2μm的占比在45％，球形度为0.7；
121.将制得的聚烯烃托辊进行相关测试，得到测试结果如下：拉伸强度55mpa，冲击强度6.8kj/m2，弯曲强度90mpa，表面电阻3x10^8ω，氧指数35。
122.对比例1
123.采用现有技术将以原料重量份数计5型pvc树脂100份、炭黑35份、脂肪酸皂6份、acr10份、硬脂酸3份、玻璃纤维30份在反应温度为130℃，反应时间为45min，搅拌速度为70r/min下反应后送入模具压制成型，冷却出模得到聚烯烃托辊，测试结果如下：拉伸强度60mpa，冲击强度7.1kj/m2，弯曲强度94mpa，表面电阻3.2x10^8ω，氧指数32。
124.通过上述对比例1，由本发明的超细煤粉代替炭黑制备的聚烯烃托辊的各项指标基本与现有技术中炭黑制备的托辊产品的性能指标相当，说明采用本发明制备的超细煤粉可以替代炭黑，并且由于煤粉价格低于炭黑，能够显著降低聚烯烃托辊的制造成本，同时能够解决粉煤灰和煤矸石的处理问题。
125.对比例2
126.采用现有技术制备的煤粉粒径为d
97
为23μm，小于2μm的占比在5％，球形度为0.6；加入si-69硅烷偶联剂进行改性，si-69与煤粉的用量重量比为4:100，以原料总重用量计5型pvc树脂100份、改性后的煤粉35份、脂肪酸皂6份、acr10份、硬脂酸3份、玻璃纤维30份在反应温度为130℃，反应时间为45min，搅拌速度为70r/min下反应后送入模具压制成型，冷却出模得到聚烯烃托辊；
127.得到的测试结果：拉伸强度25mpa，冲击强度3.3kj/m2，弯曲强度54mpa，表面电阻1.1x10^8ω，氧指数18。
128.通过对比，本发明制备的超细煤粉粒径更细，在托辊中的添加量更多，制得的托辊与现有技术中的煤粉作为添加物制得的托辊相比具备更优异的性能指标。
129.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种聚烯烃托辊的原料组合物，其特征在于，该组合物按重量份数计包括：pvc树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份；其中，所述超细煤粉的粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述超细煤粉的粒径为d
97
为≤10μm，小于2μm的占比在50％以上，球形度为0.6-1；和/或所述超细煤粉的制备原料来自煤、煤矸石和粉煤灰中的至少一种；和/或所述硅烷偶联剂与所述超细煤粉的用量重量比为0.5-10:100，优选0.8-2.5:100；和/或所述抗冲击改性剂选自丙烯酸酯类共聚物抗冲击改性剂和/或氯化聚乙烯抗冲击改性剂；和/或所述润滑剂选自聚乙烯蜡和/或硬脂酸；和/或所述热稳定剂选自复合铅盐和/或脂肪酸皂。3.一种聚烯烃托辊的制备方法，其特征在于，包括：1)将粒径≤3mm的含煤原料送入以水蒸气作为工作气的气流磨机进行研磨分散，得到粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1的超细煤粉；2)加入硅烷偶联剂对步骤1)中所述超细煤粉进行改性处理；3)向步骤2)经过改性的超细煤粉中加入pvc树脂、热稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、玻璃纤维，在反应条件下反应后成型，冷却得到聚烯烃托辊；其中，以原料总重用量计，pvc树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤1)中所述超细煤粉粒径为d
97
为≤10μm，小于2μm的占比在50％以上，球形度为0.6-1；和/或所述含煤原料选自煤和/或煤矸石和/或粉煤灰；和/或步骤2)改性处理：使得超细煤粉的吸附比表面积≥30m2/g，羟基官能团在0.3-0.5％，阿克隆磨耗≥0.113cm3，体积电阻率≥10
^11
ω
·
cm，所述硅烷偶联剂与所述超细煤粉的用量重量比为0.5-10:100，优选0.8-2.5:100；所述pvc树脂为5型pvc树脂；和/或步骤3)中反应条件包括：反应温度为60-230℃，反应时间为≥30min，搅拌速度为50-80r/min。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤1)中所述水蒸气的压力为0.5-1.2mpa，温度为180-320℃；优选所述水蒸气的压力为0.7-1mpa，温度为260-300℃；更优选所述水蒸气来自电厂低品位的过热蒸汽和/或蒸汽发生器所产生的过热蒸汽。6.根据权利要求3-5中任意一项所述的制备方法，其中，步骤1)中气流磨机磨腔内的压力为-2kpa-0kpa，进入气流磨机磨腔的所述水蒸气的气速为360m/s-1200m/s；优选地，气流磨机磨腔内的压力为-1.2kpa
‑‑
0.3kpa，进入气流磨机磨腔的所述水蒸气
的气速为540m/s-1100m/s；和/或向所述磨腔内通入二次风，使得磨腔内部的固体物料密度为2g/cm
3-4g/cm3；优选，所述二次风选自水蒸气、氮气和二氧化碳中的至少一种。7.一种聚烯烃托辊的制备系统，其特征在于，该制备系统包括：超细煤粉加工单元、改性处理单元和制辊单元；所述超细煤粉加工单元，用于将含煤原料加工成粒径为d
97
为≤12μm，小于2μm的占比在40％以上，球形度为0.5-1的超细煤粉；所述超细煤粉加工单元包括：依次连通的进料装置、研磨装置和收集装置；所述研磨装置配置气流磨机(1)和分级机(4)，所述分级机(4)连通气流磨机的磨腔(11)，使得符合粒径的煤粉能够被筛选并排出所述磨腔(11)；所述气流磨机(1)的水蒸气进气口设置偶数个周向对称均布在所述磨腔底部的第一喷嘴(3)，每个所述第一喷嘴(3)连通水蒸气进料管线(31)，相对两个所述第一喷嘴(3)之间的距离d2为与磨腔(11)内径d1的比为1.2-1.5，优选为1.3-1.4，每个所述第一喷嘴(3)与水平面的夹角为0-15
°
；每个所述第一喷嘴(3)的轴线延长线相交形成撞击点，所述气流磨机(1)用于将含煤原料进料到所述磨腔(11)的进料口设置在所述第一喷嘴(3)上方，且所述进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/2距离之内；所述收集装置包括：设置出气管(10)的布袋除尘器(8)和设置在所述出气管(10)管路上的引风机(9)，所述布袋除尘器(8)的物料入口(81)通过管道连通所述分级机(4)的第一出口(41)，使得所述分级机(4)筛选出符合粒径的煤粉后，在所述引风机(9)的抽吸下送入所述布袋除尘器(8)进行收集，得到超细煤粉；与所述布袋除尘器(8)的成品出口连通的所述改性处理单元，所述改性单元接通硅烷偶联剂进料管线，用于对成品出口出料的所述超细煤粉进行改性处理；所述制辊单元具有反应区和成型区，所述反应区连通所述改性处理单元和制辊原材料进料管线，用于将经过改性的超细煤粉和pvc树脂、热稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、玻璃纤维在反应条件下反应后送入成型区，冷却得到聚烯烃托辊。8.根据权利要求7所述的制备系统，其中，所述第一喷嘴(3)的数量为2、4、6、8、10或12个，更优选4、6或8个；和/或每个所述第一喷嘴(3)与水平面的夹角为5-12
°
；和/或所述进料口使得含煤原料落在距所述撞击点d2/4距离之内。9.根据权利要求7或8所述的制备系统，其中，所述气流磨机(1)设置二次风机构，用于调节所述磨腔(11)气流流场，防止所述磨腔(11)内的物料发生团聚；优选地，所述二次风机构位于从所述水蒸气进气口到所述第一出口(41)之间沿高度方向≥1/2距离处，更优选2/3-3/4距离处；进一步优选，所述二次风机构包括4-6个周向对称均布且连通所述磨腔(11)的第二喷嘴(2)，每个所述第二喷嘴(2)连通具有阀门的二次风进料管线；和/或每个所述第二喷嘴(2)与水平面的夹角为0-15
°
，优选为0-10
°
。10.根据权利要求7-9中任意一项所述的制备系统，其中，所述进料单元包括通过所述进料口连通所述磨腔(11)的螺旋输送机(7)，与所述螺旋输送机(7)连通的加料仓(5)，以及位于所述加料仓(5)和所述螺旋输送机(7)之间的能够防止发生物料堵塞的防堵机构(6)；优选地，所述防堵机构(6)为设置在加料仓出料口的振动装置和/或对加料仓出料口进
行冲扫的气泵；和/或所述布袋除尘器物料入口(81)与所述第一出口(41)的物流通道上设置旋风除尘设备。

技术总结
本发明涉及聚烯烃托辊制备技术领域，公开了一种聚烯烃托辊的原料组合物和制备方法及制备系统，包括PVC树脂80-120份、热稳定剂6-12份、抗冲击改性剂0-15份、润滑剂2-5份、玻璃纤维20-40份、超细煤粉25-35份和硅烷偶联剂0.125-3.5份；其中，所述超细煤粉的粒径为D


技术研发人员：李君 刘臻 郭屹
受保护的技术使用者：中国神华煤制油化工有限公司 北京低碳清洁能源研究院 国能包头煤化工有限责任公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2023/9/12