超声波在炭黑分散方面的应用

发布时间：2024-08-27

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【摘要】炭黑是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物（天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。

炭黑是一种常用的高性能填料，广泛应用于橡胶、涂料、塑料等工业领域中。比重1.8-2.1 由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。由于炭黑本身结构松散，易聚集，因此在炭黑分散的过程中需要采用适当的方法来保证其分散度。

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超声分散是一种常用的炭黑分散方法，其原理是利用超声波对炭黑粒子进行机械剪切和冲击，使其分散在溶剂中。在超声分散的过程中，需要将炭黑和溶剂放入一个超声波浴中，使液体中的悬浮颗粒受到超声波的作用，形成微小的气泡，从而产生强烈的机械剪切作用，极大地提高了分散效果。

关键词：炭黑，空化效应，超声分散

一、项目简介

超声波主机纵向放置于不同容量的玻璃搅拌反应釜内，玻璃反应釜支架及外罩采用不锈钢管制作、置于隔音室内，可降低超声空化产生的噪音；超声波驱动电源、触摸屏、通讯管理机及以太网交换机均放置于电气控制柜内，电气柜正面放置10 寸以上触摸屏，可对基本模块内各单元模块进行单独参数设置，如主机功率、系统参数设置等。在电气控制柜面板安装有总运行按钮（带指示灯）、急停按钮和报警指示灯，整体系统具有振子异常报警、电源异常报警、机柜温度异常报警，振动子工具头磨损报警。

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图1项目框架示意图

图2 现场安装图

二、项目技术指标

序号	指标名称	指标范围	备注
1	超声工作频率	20KHz
2	超声工作功率	1KW/3KW/主机	每基本模块含6台主机
3	超声主机异常报警	有	声光报警
4	超声主机工具头异常报警	有	声光报警
5	超声电源异常报警	有	声光报警
6	电气控制柜异常报警	有	声光报警
7	就地控制	有	就地电气控制和就地触摸屏控制
8	远程控制	有	远程操作员站控制
9	基本模块整体控制及单台主机控制切换功能	有	既可对基本模块整体功率进行参数设置，也可对每台主机单独设置参数
10	参数保存功能	有	对于用户设置的参数可快速保存及读取
11	历史数据记录功能	有	可对超声主机及流量运行参数进行历史记录，记录时间可达1年以上。

三、项目运行实施

本项目所实施的方案已在国内知名材料企业得到实际现场应用，取得良好的超声分散效果。

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图3 现场安装图

四、项目应用体会

炭黑分散在乙醇中需要根据炭黑粒子大小和浓度不同而定。一般来说，当炭黑的浓度较低时，超声分散的时间较短，可以在10分钟以内完成；当炭黑的浓度较高或粒子较大时，超声分散的时间需要较长，大约在30分钟左右。但是，超声时间过长可能会导致炭黑表面发生氧化或者烷基化反应，降低其分散性能。除了超声时间之外，超声功率也是影响炭黑分散效果的重要因素。一般来说，超声功率越大，分散效果越好，但超声功率过高也会引起颗粒的损伤和破碎。

本设备采用杭州国彪超声设备有限公司生产的智能数控超声波GBS-SCF10A/GBS-SCF30A液体分散设备，通过系统集成设计达到用户要求。此系统具有自动开机频率搜索，运行过程中自动跟踪频率，功率可调整等，如果设备出现问题可以及时断电，避免对整体控制系统造成影响。整个设备操作方面，无需设备开机前进行设置，全自动实现控制要求，系统稳定、可靠。