水处理材料:填料




填料泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中,填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等,其作用是增大气-液的接触面,使其相互强烈混合。在化工产品中,填料又称填充剂,是指用以改善加工性能、制品力学性能并(或)降低成本的固体物料。在污水处理领域,主要用于接触氧化工艺,微生物会在填料的表面进行累积,以增大与污水的表面接触,对污水进行降解处理。

填料也称作填充剂、增量剂。某些填料同时又是体质颜料。微纽的填料具有良好的遮盖力,常用于涂料行业。

填料可用于多种聚氨酯制品,例如聚氨酯涂料、密封胶:聚氨酯浆料、特殊弹性体聚氨酯泡沫塑料。三聚氰胺植物纤维聚合,皂参多元醇等,有机填料可用于聚氨酯泡沫塑料;碳酸钙高岭土(陶土、瓷土),分子筛粉末滑石粉硅灰石滟技钛白粉重晶石粉(硫酸钡)等微细无机粉末二般可用作聚氨酯密封胶,聚氨酯软泡聚氨酯弹性体,胶黏剂,聚氨酯涂料等的填料。

泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中,填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等,其作用是增大气-液的接触面,使其相互强烈混合。在化工产品中,填料又称填充剂,是指用以改善加工性能、制品力学性能并(或)降低成本的固体物料。其中可显著提高制品强度的填料,如长纤维和晶须等常专称增强材料,炭黑称补强填充剂。药品片剂、化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂,但其目的是调节剂量和浓度而不是改善性能,所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等,虽可改善性能,也能影响成本,但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。

在高分子化工中,填料(填充剂)是用量最大的添加剂,几乎所有的塑料(包括热塑性和热固性塑料)、天然橡胶和涂料都使用大量填料。例如,制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等,不仅能改善制品力学性能,增加硬度,而且还可降低成本;用石墨、磁粉或云母作填料,可提高塑料的导电、通磁和耐热性;橡胶中加入炭黑或二氧化硅(白炭黑)可显著提高制品的物性;纺丝液中加入钛白粉(二氧化钛)可以遮光和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料(如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等)以改善涂料的光学、物理和化学性能,这类用途的填料(填充剂)称为体质颜料或展色料。

填料性能优劣

主要取决于:

①有较大的比表面积(m2/m3填料层);

②液体在填料表面有较好的均匀分布性能;

③气流能在填料层中均匀分布;

④调料具有较大的空隙率(m3/m3填料层)。

另外,选择填料时还应考虑其机械强度、来源、制造及价格等因素。

填料作用

填料使得物料黏度增加,特别是纤维填料使黏度明显增加。添加前的填料需经过脱水处理,以避免消耗掉部分异氰酸酯。必须注意生成二氧化碳会导致树脂出现发泡现象,影响聚氨酯树脂的物性。

为了能够加快填料润湿速度,同时降低体系黏度或者在聚氨酯树脂中添加更多的填料,有时需预先在树脂中添加润、湿分散剂。

模内漆是具有涂料、色浆和脱模剂三种功能的助剂。它均匀喷涂在模具内,漆膜干燥后,即可模塑聚氨酯鞋底、自结皮泡沫塑料、聚氨酯软泡、硬泡制品脱模后,色漆附着在成型周化的制品上。

填料的作用机理:填料作为添加剂,主要是通过它占据体积发挥作用,由于填料的存在,基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间,使得相连的链段在某种程度上被固定化,并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性,在填充的聚合物中,聚合物界面区域内的分子链运动受到限制,而使玻璃化温度上升,热变形温度提高,收缩率降低,弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。

填料的作用:

①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;

②树脂粘度有效的调节剂;

③可满足不同性能要求,提高耐磨性、改善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度;

④可提高颜料的着色效果;

⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性;

⑥有增容作用,可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力。

环氧地坪漆中填料的目的

环氧地坪漆中的填充剂也称为填料,一般是指添加到环氧树脂液体中,作为环氧地坪漆其中的组份,以改变环氧树脂胶液的性能和降低成本的材料。

在环氧地坪漆中使用填料的目的有以下几个方面:

1.降低成本,抑制反应热,绚丽颜色。

2.延长树脂混合物的适用期。

3.降低树脂固化物的收缩性。

4.改善树脂固化物的耐热性。

5.降低树脂固化物的热膨胀系数,降低树脂固化物的吸水性,改善固化物的耐老化性及耐化学品性。

6.提高树脂固化物的抗压强度,但抗拉强度及抗冲韧性会降低。

7.改善树脂固化物的耐电弧性及提高其它电性能。

8.改善树脂固化物的耐磨损性。

填料选用准则

对于某种特殊应用,填料填料的最佳标准是根据复合材料所期望达到的性能而定,但必须考虑到下述基本原则。

1、填料在加工过程中必须保持其原有结构,并保持惰性、不溶性、热稳定性、不挥发性、无催化活性和低的吸附性。

2、填料必须与基材能够相容,无腐蚀性。

3、容易处理,堆积密度高,水分含量低,低尘,无毒性。

4、必须易得,货源充足,价格适中,质量稳定。

填料的种类

填料的种类很多,铝粉、锌粉铜粉、银粉等金属粉末可用作导电填料。水泥、粉煤灰等也可用作填料。木粉、淀粉等植物性粉末也可用作填料。氟化钙可少量用于聚氨酯胶黏剂和密封胶体系;兼具二氧化碳吸收剂的作用。

一般来说,微细的粉末填料或改性的微细填料,以及纤维状、片状填料,少量使用可提高其整体性能,例如对弹性聚合物(如橡胶、聚氨酯弹性体)有一定的补强作用,增加模量、强度、耐磨性、耐热性,改善其尺寸稳定性,对硬质制品也能适当提高强度、耐老化性。但使用量过大则使得物性降低,并且填料掺量大时操作困难。填料有以下几种:根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料

水处理材料填料

散装填料

是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等

现介绍几种较为典型的散装填料:

拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料

(1)拉西环填料

于1914年由拉西(F.Rashching)发明,为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差,传质效率低,阻力大,通量小,工业上已较少应用。

(2)鲍尔环填料

是对拉西环的改进,在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶,诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率,气流阻力小,液体分布均匀。与拉西环相比,鲍尔环的气体通量可增加50%以上,传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。

(3)阶梯环填料

是对鲍尔环的改进,与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为所使用的环形填料中最为优良的一种。

(4)弧鞍填料

属鞍形填料的一种,其形状如同马鞍,一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开,不分内外,液体在表面两侧均匀流动,表面利用率高,流道呈弧形,流动阻力小。其缺点是易发生套叠,致使一部分填料表面被重合,使传质效率降低。弧鞍填料强度较差,容破碎,工业生产中应用不多。

(5)矩鞍填料

将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面,且两面大小不等,即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠,液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成,其性能优于拉西环。国内绝大多数应用瓷拉西环的场合,均已被瓷矩鞍填料所取代。

(6)金属环矩鞍填料

环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料,该填料一般以金属材质制成,故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体,其综合性能优于鲍尔环和阶梯环,在散装填料中应用较多。

(7)球形填料

一般采用塑料注塑而成,其结构有多种。球形填料的特点是球体为空心,可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性,填料装填密度均匀,不易产生空穴和架桥,所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合,工程上应用较少。

除上述几种较典型的散装填料外,不断有构型独特的新型填料开发出来,如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。

规整填料

规整填料是按一定的几何构形排列,整齐堆砌的填料。规整填料种类很多,根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等

(1)格栅填料

是以条状单元体经一定规则组合而成的,具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等,其中以格里奇格栅填料最具代表性。

格栅填料的比表面积较低,主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。

(2)波纹填料

在工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料,它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料,波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种,组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内,相邻的两盘填料间交错90°排列。

波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类,其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。

金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式,它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低,分离效率很高,特别适用于精密精馏及真空精馏装置,为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高,但因其性能优良仍得到了广泛的应用。

金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔,可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹,可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。

金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔,而是刺孔,用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4~0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料,但抗堵能力比网波纹填料强,并且价格便宜,应用较为广泛。

波纹填料的优点是结构紧凑,阻力小,传质效率高,处理能力大,比表面积大(常用的有125、150、250、350、500、700等几种)。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清理困难,造价高。

(3)脉冲填料

是由带缩颈的中空棱柱形个体,按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段,气速最高,湍动剧烈,从而强化传质。在扩大段,气速减到最小,实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复,实现了“脉冲”传质过程。

脉冲填料的特点是处理量大,压降小,是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别适用于大塔径的场合。

四氟填料

聚四氟乙烯阀杆填料是以聚四氟乙烯细粉料为原料,采用全新的工艺加工而成的一种柔软制品。白色,连续绳状,截面呈圆形。它具有高度的柔顺性,极好的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。

技术参数:

使用温度-260~+260

使用压力<20MPa

适用介质除元素氟、熔融碱金属以外的一切化学物质。

优点:

装填方便快捷。装填时一般不必拆卸阀门,只需将绳状填料绕在阀杆上,推入填料函,上紧函盖帽,填料即被压成一个密实的整体。

密封性能优异。膨胀聚四氟乙烯独特的微观结构赋予该产品极佳的柔韧性和模塑性,使它能轻易地将填料函内部空隙,甚至阀杆、函体上的所有凹坑和沟槽填密,这也使腐蚀、磨损的旧阀门避免更换或修理。

使用寿命长。因它长期保持的柔软塑性,使泄漏缺口随时被填塞,还因它不被腐蚀,不会老化,可保长期使用。

阀门开闭灵活轻便。因为聚四氟乙烯具有最低的摩擦系数和优异的自润滑性。

不污染管道中的流体。因为它洁白干净,不会因腐蚀老化而脱落,使它特别适用于医药、精细化工、食品等行业。

规格通用性好,减少填料储存量,节约开支。只需备置几种粗细规格的阀杆填料,就能满足大多数阀门之需求。一般选用能用手嵌入的最大号这种填料,但较细的该种填料,也可用于大规格的阀门中,压紧后,也会塑变成型,得到密实的封填体。

塑性填料

塑性填料是经模具压制成型的填料,使用时不需要像编结填料那样切断后盘成环状,而且是根据轴颈大小制成环形。塑性填料有棉状和积层两种形式。

(1)绵状填料

绵状填料是把纤维、石墨、云母、金属粉(或金属鳞片)、油脂与弹性粘结剂相混合后,模压成环形,再在外层编结一层石棉纱(根据需要也可用金属丝)。还有一种使用方式是将混合物直接放人填料腔,经压盖压紧后直接使用,由于填料没有固定尺寸,填料装填不当容易影响密封性能所以该方法较少使用。可以根据工作条件调节绵状填料中各种混合料的种类和配比,例如高压蒸汽密封加人铜粉、酸性介质密封加人铅粒或铅片、轴有振动时可加添较多的弹性良好的粘结剂等。由于这种填料不含润滑剂,所以高压下其体积变化很小,可用于高速泵类和高压阀门密封。如加人固体润滑剂,则可以保证良好的自润滑性能,且结构致密,有助于提高密封性。另外,绵状填料有塑性流动性,还可以与金属填料组合使用。

(2)积层填料

这种填料是在石棉布或帆布的表面上涂敷橡胶,经叠合或者卷绕后热压硫化成型,还可以内夹橡胶芯等软质填料或嵌人弹簧,几种积层填料的结构。积层填料密封性良好,可用于120℃以下的低压蒸汽、水和氨液,主要用作往复运动的轴封和阀杆的密封,无接口的圈装积层填料还可以用作往复泵活塞环。由于积层填料中所含润滑剂不足,使用过程中需添加润滑剂。

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