专利名称：锥形螺旋喷头及制备和模具的制作方法
技术领域：
本发明是对申请人在前的中国专利02112991.6和200420027147.1的进一步发展和改进，尤其涉及一种使用寿命长，抗结垢性好，成型简单，生产效率高的锥形螺旋喷头及制备和模具。
背景技术：
锥形螺旋喷头在许多场合得到应用，尤其在燃煤量较大的烟尘湿式脱硫中得到特别重视。原来一直使用金属材质锥形螺旋喷头，金属喷头存在一些难以克服的不足，为此申请人对其进行了改进，提出了如中国专利02112991.6所述，采用陶瓷制造锥形螺旋喷头。陶瓷锥形螺旋喷头虽然克服了金属喷头的不足，成为金属喷头理想替代品，但经几年实际使用，发现仍有许多不足需要改进。
例如，陶瓷喷头由于材质原因存在一些固有缺点例如韧性较差，脆性较大，导致抗冲击性能较差，在运输、安装及使用中均容易因碰撞造成喷头的破损和断裂；其次，抗冲击强度差，尤其在喷淋液起动初始阶段产生的水锤，较大冲击力会造成喷头的断头损坏。喷头经常损坏，需停机更换，又会影响脱硫的正常进行。再就是，喷头在长时间使用过程中，喷淋液中结垢物质(例如硫酸钙)会在喷头流道产生结晶性结垢，由于陶瓷喷头为钢性缺乏弹性变形，结垢不能自行脱落，结垢长时间堆积会造成喷头流道变小，降低喷淋效果，严重会造成喷头堵塞，丧失功能。此外，陶瓷虽然有较好的耐磨性，但因脱硫喷淋液中夹杂较大量的质硬颗粒，使用中仍然极易磨损，一般使用一年左右就必须更换，使用寿命仍然不够长。陶瓷喷头耐碱性能较差，不适宜在碱性介质中使用，因而限制了使用范围。
另外，由于锥形螺旋喷头形状异型复杂，陶瓷成型唯一选用注浆成型，需经脱腊、烧结二次烧成，并且生产周期长效率不高；尤其在加工制造及烧结过程中，损坏及螺旋体变形，成品率较低，尤其是烧成成品率极低，一般成品率不足70％，大规格型号(例如喷头口径在50mm或以上)成品率不足50％，上述原因使得制造成本较高。如通过增大喷雾槽间螺旋体宽度来提高强度，又会使螺旋喷雾槽圈数减少，这样不仅喷雾槽缝被减少，而且喷雾槽间距增大，会造成喷雾严重不均匀及分层变形，喷淋成雾性能降低，影响实际使用效果。
针对上述问题，申请人曾对其进行了改进，如中国专利CN200420027147.1所述，提出在非金属喷头喷雾槽中设置螺旋体支撑块，以此增强喷头螺旋体强度和刚度，提高制造成品率，降低使用中断裂等不足。但不仅前述某些缺点还依然客观存在，并没有因增加螺旋体支撑块而得到改进和克服；而且在喷雾槽中设置支撑块，还会牺牲喷雾性能，同样也会影响喷淋效果。
因此至今，技术人员虽然对锥形螺旋喷头在制造和使用过程中的缺陷了解十分清楚，并且改进心情也十分迫切，但由于受专业及知识面的限止，至今未有人能作出更好的改进，导致事实上仍只有申请人提出的两种螺旋喷头。而寻找一种更理想既有优良综合性能，同时又有较好的工艺加工性材料制造锥形螺旋喷头，克服客观存在的缺陷，成为行业中技术人员一直想解决而未解决的悬念。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种耐磨、耐腐优良，韧性好、强度高，使用寿命长，并且制造简单，生产效率高，成本低，尤其是抗结垢和自清性好的锥形螺旋喷头。
本发明的另一目的在于提供一种上述锥形螺旋喷头的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种制造上述锥形螺旋喷头的模具。
本发明第一目的实现，主要改进是经大量试验筛选，选择采用浇注型聚氨酯材料制造喷头，使所得喷头能够克服现有技术的不足，实现本发明目的，而成为目前最理想的锥形螺旋喷头。具体说，本发明锥形螺旋喷头，包括由相间喷槽的锥形螺旋喷头和连接基部，其特征在于至少锥形螺旋喷头体为浇注型聚氨酯弹性体。
本发明所述锥形螺旋喷头，可以是喷头全部(包括连接基部)由浇注型聚氨酯制作，也可以是仅是锥形螺旋喷头体由浇注型聚氨酯材料制作，连接基部也可以采用金属制作的混合结构。此外，为适合在更高压力喷淋场合使用，至少聚氨酯喷头体中还可以内衬金属螺旋芯增强，所述金属螺旋芯可以采用例如金属丝或金属条制成与螺旋体同形缩小的内芯。
本发明锥形螺旋喷头螺旋喷槽迎水面，根据成雾需要可以是平面(与轴线呈90°)，但其中尤以与轴线呈锥角(例如15-50°)为好。通过设计喷槽迎水面与轴线不同夹角，可以获得不同角度的伞状雾冠。本发明一种更好是，喷头螺旋喷槽迎水面与轴线夹角，自喷头尖锥向基部增大，尖锥部呈小夹角例如15°，最未端螺旋喷槽迎水面呈大夹角例如50°，这样喷头喷出雾冠形成不重叠也无间隙伞状雾冠分布，可以获得很好的气、水接触混合效果，还有利于节约用水。
本发明所述浇注型聚氨酯，可以采用现有市售浇注型聚氨酯材料(预聚体和扩链剂)，预聚体与扩链剂的配合比，按通常聚氨酯预聚体中NCO％游离酸氰氨含量计算确定，无特别要求。为使喷头能适应较高温度介质例如100-150℃，以及有更好的耐磨性，本发明一种较好为采用由聚己内酯与异氰酸酯反应得到预聚体，加入占预聚体总量的7.5-30wt％、且至少包括1，4-丁二醇、氢醌-双(β-羟乙基)醚和间苯二酚-双(β-羟乙基)醚三种的复合扩链剂扩链固化聚氨酯；此外，为提高喷头的耐酸性，聚氨酯喷头所用预聚体，可以采用ε-己内酯与4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)聚合。
本发明聚氨酯锥形螺旋喷头的制备，其特征是分别将组成聚氨酯弹性体的预聚体加热，扩链剂加热至熔融，将喷头浇注模具加热至与料温大致接近；将加热的预聚体和扩链剂充分混合，浇注并充盈于加热的有锥形螺旋喷头型腔模具，加温固化，硫化。
如果采用聚己内酯与异氰酸酯反应合成预聚体，扩链反应则采用占预聚体总量7.5-30wt％的，且至少由1，4-丁二醇(1，4-BD)、氢醌-双(β-羟乙基)醚(HOEE)和间苯二酚-双(β-羟乙基)醚(HER)三种复合扩链剂。其中一种更好是扩链剂至少分二次加入，第一次加入扩链剂总量10-30wt％且至少包括1，4-丁二醇，第二次加入剩余的一种或多种扩链剂，并使扩链反应大约在1分钟内完成。所述聚己内酯与异氰酸酯的量比，与通常制备浇注型聚氨酯预聚体相仿，无特别要求。
本发明所述浇注成型，可以是常压浇注、加压浇注、真空浇注、旋转浇注等，为增加喷头聚氨酯密度，进一步提高耐磨性能，本发明较好采用加压浇注，即浇注充盈模具型腔后，再加压使浇注料压缩。
本发明聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，包括同轴套合的内模、外模，其特征在于所说内外模成型面呈与喷头同形锥形，内外模成型面间有成型螺旋芯。
本发明所说内外模成型面间有成型螺旋芯，可以有二种基本结构形式一种为锥型螺旋模芯与内、外模分离，即内模外锥面与螺旋喷头内锥面吻合，外模内锥面与螺旋喷头外锥面吻合，套合内外模间有锥型螺旋模芯；一种为锥型螺旋模芯直接设置于内或外模面上，即内外模锥面吻合，其中内模外周面或外模内周面加工有锥型螺旋凹槽，且至少外模采用分瓣组合结构。如果是内模外周面加工有锥型螺旋凹槽，为方便脱模内模采用中空填芯分辩组合结构。
为使成型锥形螺旋喷头螺旋喷槽迎水面有与轴线平角，一种较好是在螺旋模芯成型喷槽迎水面加工有与轴线呈15-50°夹角，此夹角还可以依螺旋呈渐变，如夹角自喷头尖锥向基部增大，这样成型喷头可以不再需要另行加工喷雾角，省略了后续加工工作量。
为确保模具的同心套合，模具基部设置有一或若干同心定位环。
此外，为适应加压浇注，所说模具进料口外有外接料腔。
本发明模具材料无特别要求，金属、非金属、陶瓷等均可以。
本发明锥形螺旋喷头，由于至少螺旋体采用聚氨酯制作，从而克服了现有技术金属及陶瓷喷头的不足，具有韧性好、强度高，不易碎裂，具有极好的运输、安装性能；抗冲击能力强，不易受水锤冲击损坏，使用寿命长；内衬金属芯，可以确保喷头在较高水压中使用；耐磨性更优，测试比较在线速度8m/s、固含量15％，料液冲击耐磨较陶瓷喷头提高3-4倍，喷雾性能维持好；耐腐优良，尤其可在碱性介质中使用，扩大了使用范围；并且制造简单，批量生产效率和成品率高，成本低，只有陶瓷喷头的1/4左右；尤其是其具有的微弹性，不仅结晶结垢难以形成，而且即使产生结垢，由于喷头微量伸长变形，也会导致粘结在流道内表面无伸缩变形的结垢层与喷头产生变形性松动，在水流冲击下也会自行脱落，因而抗结垢和自洁性好，彻底解决了喷头行业性难题——结垢堵塞，有效保证了长期稳定使用；聚己内酯预聚体材料，更是提高了喷头使用温度，可以确保在100-150℃温度下正常使用；ε-己内酯预聚体，使得喷头耐酸性能有大大提高，可以耐磷酸、氟硅酸及浓度为50％以下的硫酸。
以下结合几个非限定性具体实施方式
，进一步说明本发明。
图1为本发明一种带法兰连接螺旋喷头外形示意图。
图2为显示内衬金属加强芯螺旋喷头示意图。
图3为图2A-A截面示意图。
图4为显示内衬金属加强芯另一种螺旋喷头示意图。
图5为图2增强金属芯示意图。
图6为图4增强金属芯示意图。
图7为内模、外模、成型芯三体组合模具示意图。
图8为图7外模示意图。
图9为图7螺旋模芯示意图。
图10为图7内模示意图。
图11为另一种模具结构示意图。
图12为一种有增强填芯浇注模具示意图。
具体实施例方式
实施例1无内衬金属芯浇注型聚氨酯锥形螺旋喷头。分别加工与螺旋喷头内锥面吻合的锥形内模7(图10)，内锥面与螺旋喷头外锥面吻合的外模5(图8)，螺旋模芯6(图9)，三者同轴套合组合成浇注模具(图7)，并在模具大开口端(基部)设置有同心定位环8和9组合定位。分别将聚醚型聚四氢呋喃醚二醇浇注型聚氨酯预聚体加温至100℃；MOCA扩链剂(3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷)，加温至120℃使其熔融；模具组件加温至100℃左右。然后将加温后的聚氨酯预聚体及扩链剂(用量按聚氨酯预聚体中NCO％游离酸氰氨含量计算确定)混合，带温由顶部浇注口注入并充盈加热模具型腔；浇注完毕带模加温100℃经1-2小时固化成型，脱模后，再经80-105℃硫化20-30小时，得到聚氨酯锥形螺旋喷头1。
实施例2浇注模具还可以采用如图11结构，内外模锥面吻合(其中内模外锥面与螺旋喷头内锥面吻合)，外模内锥面加工有与喷头螺旋同形的螺旋成型凹槽10，并且外模采用纵向分瓣组合结构。
实施例3内衬金属芯浇注型聚氨酯锥形螺旋喷头。如前述1，参见图12，在组合模具螺旋凹槽中加入内衬不锈钢螺旋模芯3(图5、6)，即可得到具有内衬金属芯的聚氨酯锥形螺旋喷头1如(图2、图4)。
实施例4如前述，将模具螺旋模芯成型喷槽迎水面，加工成与轴线夹角自喷头尖锥向基部依渐变增大，可以得到具有喷槽迎水面4夹角渐变增大的喷头。
实施例5如前述，浇注聚氨酯预聚体由聚己内酯与异氰酸酯(MDI)聚合所得，加入预聚体总量13％的复合扩链剂，其中第一次加入扩链剂量12％的1，4-丁二醇、3.6％的三羟甲基丙烷，第二次加入59.4％的氢醌-双(β-羟乙基)醚(HOEE)，和25％的间苯二酚-双(β-羟乙基)醚，一分钟内完成搅拌反应，注入模具。可以获得使用温度可达130℃，耐磨性更好的聚氨酯螺旋喷头。
实施例6如实施例1-3，聚氨配预聚体采用ε-己内酯与4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)聚合。所得喷头可以耐磷酸、氟硅酸及浓度为50％以下的硫酸。
实施例7如实施例1-3，聚氨配预聚体采用ε-己内酯与甲苯二异氰酸酯(TDI)预聚体，扩链剂采用3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺。所得喷头可以耐磷酸、氟硅酸及浓度为50％以下的硫酸。
按聚氨酯现有技术，调整异氰酸酯和/或扩链剂用量，可以获得不同硬度聚氨酯螺旋喷头。
权利要求
1.锥形螺旋喷头，包括由相间喷槽的锥形螺旋喷头和连接基部，其特征在于至少锥形螺旋喷头体为浇注型聚氨酯弹性体。
2.根据权利要求1所述锥形螺旋喷头，其特征在于喷头螺旋喷槽迎水面与轴线夹角为15-50°。
3.根据权利要求2所述锥形螺旋喷头，其特征在于喷头螺旋喷槽迎水面与轴线夹角自喷头尖锥向基部增大。
4.根据权利要求1、2或3所述锥形螺旋喷头，其特征在于锥形螺旋喷头体内衬有金属螺旋芯。
5.根据权利要求4所述锥形螺旋喷头，其特征在于聚氨酯由聚己内酯与异氰酸酯聚合预聚体，与占预聚体总量7.5-30wt％、且至少包括1，4-丁二醇、氢醌-双(β-羟乙基)醚和间苯二酚-双(β-羟乙基)醚三种复合扩链剂扩链固化而成。
6.根据权利要求4所述锥形螺旋喷头，其特征在于聚氨酯预聚体由ε-己内酯与4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯聚合。
7.聚氨酯锥形螺旋喷头制备，其特征是分别将组成聚氨酯弹性体的预聚体加热，扩链剂加热至熔融，将喷头浇注模具加热至与料温大致接近；将加热的预聚体和扩链剂充分混合，浇注并充盈于加热的有锥形螺旋喷头型腔模具，加温固化，硫化。
8.根据权利要求7所述聚氨酯锥形螺旋喷头制备，其特征在于预聚体由聚己内酯与异氰酸酯聚合而成，扩链反应采用占预聚体总量7.5-30wt％，且至少包括1，4-丁二醇(1，4-BD)、氢醌-双(β-羟乙基)醚和间苯二酚-双(β-羟乙基)醚三种复合扩链剂。
9.根据权利要求8所述聚氨酯锥形螺旋喷头制备，其特征在于扩链剂至少分二次加入，第一次加入扩链剂总量10-30wt％且至少包括1，4-丁二醇，第二次加入剩余的一种或多种扩链剂，并使扩链反应大约在1分钟内完成。
10.聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，包括同轴套合的内模、外模，其特征在于所说内外模成型面为与喷头同形的锥形，内外模成型面间有成型螺旋芯。
11.根据权利要求10所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于内模外锥面与螺旋喷头内锥面吻合，外模内锥面与螺旋喷头外锥面吻合，套合内外模间有锥型螺旋模芯。
12.根据权利要求10所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于内外模锥面吻合，其中内模外周面或外模内周面加工有锥型螺旋凹槽，且至少外模采用分瓣组合结构。
13.根据权利要求12所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于外模内周面加工有锥型螺旋凹槽。
14.根据权利要求10、11、12或13所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于螺旋模芯凹槽中有金属螺旋填芯。
15.根据权利要求10、11、12或13所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于螺旋模芯成型喷槽迎水面与轴线呈15-50°夹角。
16.根据权利要求15所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于螺旋模芯成型喷槽迎水面与轴线夹角自喷头尖锥向基部增大。
17.根据权利要求10、11、12或13所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于模具基部有同心定位环。
18.根据权利要求10、11、12或13所述聚氨酯锥形螺旋喷头浇注模具，其特征在于模具进料口外有外接料腔。
全文摘要
本发明是对螺旋喷头、制备和成型模具的进一步发展和改进，其特征是至少锥形螺旋喷头体为浇注型聚氨酯弹性体。克服了现有技术金属及陶瓷喷头的不足，具有韧性好、强度高，不易碎裂，具有极好的运输、安装性能，抗冲击能力强，不易受水锤冲击损坏，耐磨性更优，喷雾性能维持好，耐腐优良，制造简单，批量生产效率和成品率高，尤其是其具有的微弹性，具有很好的抗结垢和自洁性，彻底解决了喷头行业性难题——结垢堵塞，有效保证了长期稳定使用。
文档编号B29C39/00GK1817477SQ20061003895
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者蒋龙福 申请人:蒋龙福