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聊一聊超细粉体包装的那些事儿……

超细粉体具有异于其原固体材料的体积效应及表面效应，其在光学、力学、电学和磁学等方面展现出的优异特性，拓展了新功能复合材料的应用发展前景，并迅速地被应用于国民经济的各个领域。

根据其粒径的大小，超细粉体可分为微米粉体、亚微米粉体和纳米粉体。粒径大于1μm的粉体称为微米粉体，粒径处于0.1~1μm之间的粉体称为亚微米粉体，粒径处于0.001~0.1μm之间的粉体称为纳米粉体。

由于超细粉体具有极小的粒径，在对其进行包装的过程中易发生多种问题。超细粉体技术虽发展于20世纪八九十年代，但相应的包装自动化技术一度难以跟进，手工粗放式的充填计量包装体系是当时的主流包装方式，以至当前国内仍有少许的超细粉加工企业采用较为原始的包装手段。相对于飞速发展的超细粉体制备技术，超细粉体的包装技术发展显得尤其缓慢。

江南大学的研究人员针对超细粉体的包装工艺曾做过系统的综述，本文据此做了以下梳理。

超细粉体的包装要求

基于超细粉区别于普通粉末的特性，在其包装过程中也有相应的要求，而由超细粉粒径小、含气量大等物性所导致的扬尘、“炸袋”等问题也是目前国内超细粉包装产线上的实际问题。为解决这些问题，超细粉体对包装有以下要求：

（1）清洁化包装：在超细粉包装过程中，尽量减少扬尘产生，并尽量减少作业人员处于扬尘环境之中。

（2）降低包装材料成本：有效降低超细粉中含气量，减少包装材料的空隙成本，也能减少“炸袋”事故的发生。

（3）提高包装效率：在满足前两项要求的情况下，有效提高包装速度和包装精度，也能减少原材料的浪费。目前市场常见的超细粉包装为中袋包装，每袋25kg，生产速度在50包/小时，精度5‰。

超细粉体的包装形式

据介绍，目前市场常见的两种超细粉包装形式为敞口袋包装和阀口袋包装。敞口袋为直筒开口包装袋，包装产品通过倾倒或重力作用装入袋中，在此过程中极易产生扬尘，而直筒大开口难以避免扬尘浮出袋体造成污染，同时多扬尘的产生亦是超细粉材料的浪费。

阀口袋开有阀口，包装产品的装入仅通过袋底部或袋顶部阀口，而且需使用专门灌装设备进料，封包后成规整长方体，便于后期堆包及仓储运输。在包装过程中，阀口袋仅开有阀口，且其阀口紧附于灌装口上，落料产生的扬尘难以浮出袋口，最终落于袋底。

因此，选择阀口袋的包装形式更符合超细粉物性及其清洁化包装要求。

那么，阀口袋如何取袋套袋呢？

目前国内的超细粉包装企业，多数中小型企业采用半自动化包装产线，阀口袋的取袋套袋由人工完成，这样的工艺手段一方面对人力资源要求高，长期生产必将提高包装成本，另一方面取袋套袋员工常年暴露于含有大量超细粉的空气中，也极易导致“尘肺”等职业病。因此，阀口袋自动取袋套袋机构也开始成为研究热点。

国内开袋手段基本参考了国外，通过连接有负压系统的吸嘴实现阀口袋吸取开袋，负压吸嘴吸附提起阀口袋，同时运用一对左右两排负压吸嘴向相反两个方向运动，则可完成取袋开袋操作。

另外，套袋机构多采用机械爪套袋方式，机械爪抱抓住已开口阀口袋，并保持住袋口形状，在机械臂或者传送链带的工作下，将阀口袋套入充填下料口。在这一套工序中，以简化整个套袋机构节省机构所占空间，提高套袋准确性和单台套袋机构服务于多台超细粉包装机为目的，水平滑轨左右滑移机构，曲柄连接的平行四边形连杆摆动上袋机构等都有研发。

超细粉体充填计量工艺

充填计量是超细粉包装过程中的重要工艺，目前企业采用的具有较高精度的超细粉充填计量方式主要有以下四种：

（1）水平星转子

水平星转子的工作原理是由多层水平星转轮将从下料料仓中下来的物料大致均匀等量取出的机构。它分为四个部分：物料取出区、物料整理区、物料均压区和物料计量区。超细粉通过搅拌及重力作用下落进入物料取出区，然后在水平星转子叶片的作用下搅拌进入物料均压区。在物料均压区，设有简易螺旋搅拌叶片，螺旋旋转使超细粉得以充分分散，降低了超细粉堆积密度对计量精度的影响。此外，由于水平星转子多层多区，因此其机构相对复杂，空间占有量大同时不利于后期的维修养护。

（2）螺旋给料

螺旋送料的工作原理是通过螺旋叶片的旋转推动来完成超细粉物料输送工作，同时，由于每一圈螺旋的容积固定，在已知超细粉物料密度的情况下则可实现超细粉物料的容积定量。螺旋输送机构由螺旋套筒、螺旋叶片和螺旋轴三个部分组成。一般来说，螺旋给料的输送能力较大，螺旋套筒内槽及螺旋叶片对超细粉物料的摩擦力驱动超细粉物料的输送，可完成小空间、大运输量的输送工作。

螺旋给料机构拥有结构简单，空间占有量小，而且简单控制，易于安装及拆卸维修，且其输送能力稳定可长时间使用的特点，同时，套筒密封避免了输送过程中超细粉“逸散”产生扬尘，保证环境清洁。但是太长的输送距离容易导致超细粉物料堵塞，因此，螺旋给料机构不适用于较长距离的超细粉物料输送。

（3）组合秤

组合秤是新开发的精密计量设备，其工作原理是通过多个数字组合完成最终称重。其工作需要多个称重传感器（一般大于等于八个），每个传感器获得的重量信号将被发送至计算机控制系统，计算机通过对每个称重传感器重量数据进行不同排列组合计算，最终获得一个组合最近似于其目标重量值，如果此组合所获得的重量数据精确度符合要求，即将该组合对应的称重传感器料斗中超细粉物料下料进包装袋中，并进行合格标记。如果其获得的重量数据精确度过低，则将此次标记不合格。

（4）气吹式给料

气吹式给料方式是国外近年来采用的一种超细粉物料阀口袋包装送料方式，其工作原理是通过正压气吹物料，超细粉物料在风力作用下包装进入阀口袋内，再在阀口袋封袋之前振动排气或封袋后负压排气处理。其机械结构简单，输送能力大，但是对阀口袋包装材料要求极高，国内阀口袋生产企业难以达到其要求，同时封袋后包装内空间利用率不高，浪费包装材料。

近十年来，为响应国家政策，超细粉清洁化、全自动化包装成为超细粉充填计量技术发展的新方向。此外，考虑不同物料特性，并对机械结构参数进行微调以实现更好的超细粉包装是超细粉充填计量技术研究的一个新趋势。同时，在超细粉全自动化包装的进程中，实现整机的模块化设计，使各工位模块间可独立使用亦可对接成整机使用，是利于超细粉生产企业和包装机械企业发展的新趋势。

阀口袋封合工艺

阀口袋封合是超细粉包装过程中的后道工序，一般来说，封合之后通过复检的产品则会离开超细粉生产企业进入超细粉应用企业，封合效果在后期仓储转运过程中有着至关重要的影响，常见的热封方式有：

（1）高频热封法

高频热封的工作原理是通过电子管自激荡器工作产生高频电场，阀口袋内膜塑料分子在高频电场作用下产生热量开始熔融，再对阀口施加压力完成热封。高频热封机一般由电气控制部分，机械传动部分和高频振荡部分组成，在使用过程中对频率和电压的控制要求较高，否者容易击穿内膜材料。

（2）热板热封法

热板热封的工作原理是依靠外部加热两块热板，将阀口置于两块热板之间使其内膜塑料开始熔融，再对阀口施加压力完成热封。热板热封装置结构简单，成本低，使用寿命长。

（3）脉冲热封法

脉冲热封的工作原理是使用镍铬带作为加热元件，并将其置于搭接好的热封内膜之上，对镍铬带通电，强热能脉冲导致塑料熔融并在压力下完成热封。

（4）红外线辐射热封法

红外线辐射热封的工作原理是使用碳化硅黏土棒作为加热元件并在末端镀上金属用于电气接触。此法一般用于LDPE和PVC材料的热封。

（5）超声波热封法

超声波热封法的工作原理是通过一个换能器将高频的电流转变为机械振动，其产生的振动波会在塑料内膜上产生效应以致塑料内膜软化熔融，再在振动头和支撑台的压力作用下完成热封，其热封效果相对较好。

（6）热空气热封法

热空气热封法的工作原理是将加热的空气吹向待热封的塑料内膜使其表面开始软化熔融，再在压力的作用下完成热封。

超细粉自动化包装工艺流程图

参考来源：

周丹，超细粉阀口袋包装中负压充填与计量技术研究，江南大学

周丹等，超细粉的充填计量技术综述，江南大学

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