用于制备高填料比和高粘度的聚合物的反应装置及聚合物的制备方法

摘要

本发明公开了一种制备高填料比和高粘度的聚合物的反应装置及聚合物的制备方法。本发明的反应装置包括釜盖、釜体、搅拌单元和液压单元，所述的釜盖、釜体和搅拌单元为分体式组装，所述釜盖与搅拌单元连接，所述液压单元用于驱动釜盖和搅拌单元的升降，能够使釜盖和搅拌单元与釜体分离。本发明为封闭式混料系统，解决了敞开式混料系统在混合轻质填料时出现的污染大、操作环境恶劣的问题；分体式组合设计方便了反应釜体和搅拌单元的清理；搅拌单元确保了聚合物与填料快速、均匀度混合，能大幅缩短混料时间，提高聚合物的质量和性能稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物制备领域，涉及一种制备聚合物的反应装置和方法，具体涉及一种用于制备高填料比和高粘度的聚合物的反应装置及聚合物的制备方法。

背景技术

酚醛树脂(PF)是世界上最早实现工业化的合成树脂，迄今已有逾百余年的历史。由于该树脂具有耐热性好、残碳率高、尺寸稳定性优良以及成本低廉等一系列优点，其成为航空、航天及国防等高技术领域最为常用的烧蚀防热复合材料基体树脂。

近年来，随着现代宇航技术的飞速发展，防热复合材料的应用环境愈发苛刻，要求其基体树脂具有更加优良的耐高温、抗氧化性能，同时要求基体树脂实现轻量化，以降低防热材料的消极质量，提升其整体效能。

针对上述技术需求，以酚醛树脂作为主体，通过在其中引入低密度的空心填料，如玻璃空心微球、酚醛空心微球以及碳空心微球等，以大幅降低树脂的本征密度，实现基体树脂的轻量化，进一步通过在上述树脂中加入无机陶瓷粉体，研制适合干法热熔成型的有机无机杂化的改性酚醛树脂，成为解决上述问题可行的技术方案。

常用的热固性酚醛树脂本体粘度非常大，为了改善其与高体积分数填料组分的共混均匀性，一般需要将其预热到60℃以上，才能降低树脂的粘度，以满足高比例空心填料和陶瓷填料加入的技术要求。但是，工业上常用的螺带式混料机缺少加热和保温单元，无法实现物料的加热，而且出料难度较大，难以满足上述改性酚醛树脂制备的使用要求。

现有技术为将预热好的热固性酚醛树脂趁热加入混料桶，借助高速分散机将玻璃微珠等轻质填料混入树脂，然后再将混完填料的树脂趁热倒出。但是，由于热固性酚醛树脂中含有大量高活性的反应基团，在60℃以上保温的情况下，树脂的粘度会快速增加，尤其是保温时间过长时，树脂的工艺稳定性大幅下降，给树脂后续的储存和使用带来极大的不便。因此，为了尽量缩短物料的受热时间，实现快速混合与出料，现有技术在添加填料时多采用敞开体系，导致空心微珠等轻质填料到处飞扬，操作环境非常恶劣，对操作人员的健康损伤较大，既不环保，也不安全，而且树脂的制备能力较低，其质量和性能稳定性难以保障。

针对上述技术问题，如何在较低的温度下实现高粘度的酚醛树脂和高比例的轻质填料组份的高效、充分共混，如何在保障物料质量均匀的情况下，尽量缩短共混时间，成为提升改性酚醛树脂及其预浸布的质量和性能稳定性亟待解决的技术难题，也成为制约高质量、高性能的改性酚醛树脂干法预浸布制备发展的瓶颈问题。

发明内容

为了改善现有技术的上述缺陷，本发明提出一种用于制备高填料比和高粘度聚合物的反应装置及聚合物的制备方法。

本发明提供一种用于制备聚合物的反应装置，包括釜盖、釜体、搅拌单元、和液压单元，所述的釜盖、釜体和搅拌单元为分体式组装，所述釜盖与搅拌单元连接，所述液压单元用于驱动釜盖和搅拌单元的升降，能够使釜盖和搅拌单元与釜体分离。

根据本发明的实施方案，所述釜盖和所述釜体采用密闭连接，例如采用法兰连接。

根据本发明的实施方案，所述液压单元包括液压电机、液压柱和导向柱，当所述液压电机提供动力驱使液压柱抬起时，所述釜盖和搅拌单元沿着导向柱的设置方向提升，实现釜盖和搅拌单元与釜体分离，便于加料及釜体与搅拌单元的维护与清理。

优选地，所述导向柱的设置方向平行于所述釜体的轴向。

根据本发明的实施方案，所述釜盖上设置固体加料口。优选地，所述固体加料口的口径至少为200mm。优选地，所述釜盖上还可以设置视镜口、安全阀和泄压口等中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述釜体可以设置夹套层，所述夹套层内通入加热介质(例如蒸汽、热水或者导热油等加热介质)，实现对釜体内物料加热的目的。

根据本发明的实施方案，所述搅拌单元包含搅拌轴、搅拌部和双驱动电机，所述搅拌部固定于搅拌轴上，所述搅拌部由框式结构部、螺带结构部和搅拌盘组成。

根据本发明的实施方案，所述框式结构部的外缘与釜体内壁与釜体径向方向的间距为2-8毫米。优选地，所述框式结构部为不锈钢材质，优选为316L不锈钢。优选地，所述框式结构部的外缘采用耐磨、耐腐蚀的塑料包边，如聚氨酯或聚四氟乙烯等，优选为聚四氟乙烯。

根据本发明的实施方案，所述螺带结构部设置在所述框式结构部旋转所围成的立体空间内。

根据本发明的实施方案，所述螺带结构部沿釜体径向方向的最大宽度略小于所述框式结构部的外缘与釜体内壁与釜体径向方向的间距。

优选地，所述螺带结构部的高度与所述框式结构部的高度相同。

优选地，所述搅拌盘位于所述搅拌单元的下部，例如位于所述搅拌轴的下端且远离所述框式结构部。

根据本发明的实施方案，所述双驱动电机包括第一电机和第二电机；所述第一电机为高速电机，用于带动搅拌盘的高速混合运动；所述第二电机为低速电机，用于带动所述框式结构部和螺带结构部的运动。

优选地，所述第一电机和第二电机均为三相异步防爆电机。

优选地，所述第一电机的转速至少为1000转/分钟，功率为18-25kW(优选为20kW)；

优选地，所述第二电机的功率为10-15kW，更优选为15kW。

根据本发明的实施方案，所述釜体的底部还可以设置测温单元。优选地，所述测温单元为测温探头。

根据本发明的实施方案，所述釜盖、所述釜体和所述搅拌单元均采用耐腐蚀的金属材质制成。优选地，所述金属材质为不锈钢，优选为316L不锈钢。

优选地，所述釜体的内壁采用抛光处理的金属材质。

根据本发明的实施方案，所述反应装置还包括出料单元，所述出料单元包括加压机构、出料通道，通过出料单元可实现粘稠物料的快速出料，缩短物料在釜体中的停留时间，提高树脂的工艺稳定性。

优选地，所述加压机构设于所述釜盖上。优选地，所述加压机构为气体加压口。优选地，所述气体为氮气。

优选地，所述出料通道设于釜体底部。优选地，所述出料通道的口径为40-125mm，优选100mm。优选地，在所述出料通道上还设有大口径球阀。

根据本发明的实施方案，所述反应装置还包括电控单元。

优选地，所述电控单元还与搅拌单元、测温单元、液压单元等电连接。

优选地，所述电控单元包括电控箱。优选地，所述电控箱采用防爆设计，电控箱用于接收控温、搅拌等的信号。优选地，所述电控箱的控制面板上设有按钮，通过其控制面板上的按钮实现反应装置的启动、运行和停止。

根据本发明优选的实施方案，所述反应装置包括釜盖、釜体、搅拌单元、液压单元、加热单元和出料单元；

所述的釜盖、釜体和搅拌单元为分体式组装；所述釜盖与搅拌单元连接；所述液压单元用于驱动釜盖和搅拌单元的升降，能够使釜盖和搅拌单元与釜体的分离；所述加热单元设置于所述釜体上；

所述搅拌单元包含搅拌轴和搅拌部和双驱动电机，所述搅拌部固定于搅拌轴上，所述搅拌部由框式结构部、螺带结构部和搅拌盘组成。

根据本发明的实施方案，所述聚合物可以选自改性酚醛树脂、环氧酚醛树脂等聚合物中的任一种，优选为高填料比和高粘度的改性酚醛树脂。

根据本发明的实施方案，所述高填料比指树脂原料(即聚合物原料)与填料的质量比为100:(80-150)，例如质量比为100:(90-130)。其中，所述填料包括轻质空心填料和高密度无机粉体原料。

根据本发明的实施方案，所述高粘度指加工温度下聚合物的粘度为20-100Pa.s，例如30-80Pa.s。

本发明还提供一种制备聚合物的生产系统，所述生产系统含有上述反应装置。

根据本发明的实施方案，所述聚合物可以选自改性酚醛树脂、环氧酚醛树脂等聚合物中的任一种，优选为高填料比和高粘度的改性酚醛树脂。

本发明还提供上述反应装置或上述生产系统在制备高填料比和高粘度聚合物中的应用。

根据本发明的实施方案，所述聚合物可以选自改性酚醛树脂、环氧酚醛树脂等聚合物中的任一种。

优选地，所述反应装置或上述生产系统在制备高填料比和高粘度的改性酚醛树脂中的应用。

本发明还提供一种高填料比和高粘度聚合物的制备方法，所述制备方法采用上述反应装置或生产系统。

根据本发明的实施方案，所述聚合物可以选自改性酚醛树脂、环氧酚醛树脂等聚合物中的任一种，优选为改性酚醛树脂。

根据本发明的实施方案，所述聚合物的制备原料包含轻质空心填料、高密度无机粉体原料和聚合物原料。

优选地，所述轻质空心填料可以选自玻璃空心微球、酚醛空心微球和碳空心微球中的至少一种。

优选地，所述高密度无机粉体原料可以选自蒙托土、云母粉、纳米碳管和石墨粉等，优选蒙托土和云母粉中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述改性聚合物的制备方法包括在上述反应装置中加入上述改性聚合物的制备原料共混得到。

优选地，所述聚合物原料可以为酚醛树脂。优选地，所述酚醛树脂选自热固性酚醛树脂，包括但不限于钡酚醛树脂、氨酚醛树脂、钠酚醛树脂和镁酚醛树脂中的一种、两种或更多种，优选常用的耐烧蚀钡酚醛树脂和/或氨酚醛树脂，如中科院化学所商品化的B80酚醛树脂和/或616氨酚醛树脂等。

根据本发明示例性的实施方案，上述改性酚醛树脂的制备方法包括在上述反应装置中加入热固性酚醛树脂，预热到工艺温度，加入轻质空心填料和高密度无机粉体原料，开动搅拌系统，混合均匀后，出料，得到所述改性酚醛树脂。所述热固性酚醛树脂具有如上所述含义。示例性地，采用上述方法制备得到的改性酚醛树脂具有至少一项如下性能：

(a)固体含量为91.22％-93.43％；

(b)80℃下的旋转粘度为31-68Pa.s；

(c)150℃凝胶时间为106-145秒。

本发明的有益效果

本发明提供的用于制备改性聚合物的反应装置及制备方法，通过反应装置结构、加料单元、搅拌单元以及加热单元等的合理的设计及其配套装置的高效组合，突破改性聚合物低温度、高效率和高质量制造的关键技术，为其质量和性能的稳定性提供保障。该反应装置和制备方法尤其适用于制备高填料比、高粘度的改性酚醛树脂。

1.本发明提供的适用于制备高填料比和高粘度的改性酚醛树脂的反应装置，采用釜体与釜盖和搅拌单元分体式组装，通过液压单元驱动，可控制釜体与釜盖和搅拌单元分离，方便了反应釜体和搅拌单元的维护和清理，确保反应釜体的正常高效运行，且能防止残留的废料混入新制备的树脂之中，为树脂的质量稳定性提供保障。

2.本发明提供的适用于制备高填料比和高粘度改性酚醛树脂的反应装置，搅拌单元优选含有框式结构部、螺带结构部和搅拌盘的组合搅拌叶片和双电机驱动通过螺带结构的挤压效应促使物料形成上下翻腾的运动模式，为高比例填料的加入奠定基础，从宏观层面确保树脂与填料的均匀混合；通过搅拌盘的高速搅拌，借助其剪切的作用，从微观层面确保填料在酚醛树脂中的快速均匀混合。

3.本发明提供的适用于制备高填料比和高粘度改性酚醛树脂的反应装置，在釜体外设置加热单元(夹套)，通过在加热单元内通入加热介质，实现对釜体内物料加热的目的，确保了共混过程中釜体内物料的加热和温度的稳定，促使树脂保持合适的粘度，提高树脂与轻质填料共混的高效率和高质量。

4.本发明提供的适用于制备高填料比和高粘度改性酚醛树脂的反应装置，采用了大出料口、氮气加压辅助的快速出料，在出料的时候，通过设于釜盖上的加压机构，提高粘稠物料的出料效率。

5.本发明提供的适用于高填料比和高粘度改性酚醛树脂制备的反应装置，所采用的电机和电控箱采用防爆设计，安全性大幅提升；且反应装置为封闭式混料系统设计，解决了现有技术使用敞开式混料系统在混合轻质填料时填料飞扬引起的对操作环境的污染、对人员健康损害的问题，更环保、更安全。

附图说明

图1为实施例1聚合物制备反应装置的整体结构示意图；

其中，釜盖1、固体加料口11、第一视镜口12、第二视镜口13、安全阀14、氮气加压口15；釜体2；搅拌单元：搅拌轴3、框式结构部4、螺带结构部5、搅拌盘6、高速电机7、低速电机8；电控箱10；液压单元9、液压电机16、液压柱17和导向柱18。

图2为实施例2制备的改性B80酚醛树脂的实物照片。

图3为实施例2制备的改性B80酚醛树脂的流变曲线。

图4为对比例1制备的改性B80酚醛树脂的流变曲线。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

下述实施例和对比例中相应的测试条件如下：

流变曲线测试条件：采用美国TA公司的AD2000型流变仪，测试温度范围为30-180℃，升温速率为5℃/min。

如下实施例中检测树脂固含量均采用GJB 1059.1A-2020标准中记载的测试方法。

如下实施例中检测树脂80℃下旋转粘度均采用GJB 1059.2A-2020标准中记载的测试方法。

如下实施例中检测树脂150℃下的凝胶时间均采用GJB 1059.4A-2020标准中记载的测试方法。

实施例1制备聚合物的反应装置

如图1所示的用于制备聚合物的反应装置，包括釜盖1、釜体2、搅拌单元和液压单元。其中，釜盖1和釜体2采用升降的分体式组合设计，釜体2与釜盖1采用法兰连接，釜体2采用耐腐蚀的不锈钢材质，内壁进行抛光处理，提升物料的流动性，促进物料的均匀混合。

釜盖1上留有直径为200mm的固体加料口11，方便轻质填料的快速加入，通过釜盖1上的第一视镜口12和第二视镜口13，可以方便观察釜体2内物料的混合状态，釜盖1还设有安全阀14，用于确保釜体2内的压力正常。釜盖1上还设置氮气加压口15，方便粘稠物料的快速出料。

反应装置的搅拌单元采用由搅拌轴3、框式结构部4、螺带结构部5、搅拌盘6、高速电机7和低速电机8组成的组合，高速电机7用于带动搅拌盘6的高速混合运动，低速电机8用于带动框式结构部4和螺带结构部5的运动。高速电机的转速至少为1000转/分钟，功率20kW；低速电机的功率为15kW。高速电机和低速电机均为三相异步防爆电机。

通过螺带结构部5实现物料的上下翻腾式流动，实现高粘度物料的快速混合，借助搅拌盘6的快速剪切作用提高物料的均匀性，依靠框式结构部4的刮壁作用，解决粘稠物料对釜体2的“粘壁”问题，从多角度、多维度同步提升物料的混合效率和混合质量。框式结构部4的外缘与釜体2内壁在釜体径向方向上的间距为5±3毫米。框式结构部的材质4为不锈钢材质，优选为316L不锈钢。框式结构部4的外缘采用耐磨、耐腐蚀的塑料包边，如聚氨酯、聚四氟乙烯等，优选为聚四氟乙烯。

釜体2的外部还设有夹套，夹套与釜体2的外壁形成中空结构，在夹套中通入蒸气或者热水等加热介质，为釜内物料加热和保温提供保障，通过釜底测温，确保物料温度合适，提升混合效率，缩短混料时间。

釜体2的底部还能够设置测温探头。

在釜体2的底部采用内径为50-125mm的大口径的出料口(内径优选为100mm)，在出料时，通过釜盖1上设置的氮气加压口15进行氮气加压，其内径为8-12mm，优选10mm，实现高粘度物料的快速出料，缩短物料加热时间，提高改性聚合物的工艺稳定性。

电控箱10为反应装置的控制单元，与搅拌单元、测温单元、液压单元等电连接，用于接收釜盖、釜体和搅拌单元分离控制、接收釜内物料控温、搅拌控制等的信号，通过电控箱10的控制面板上的按钮实现反应装置的启动、运行和停止。

反应装置的釜盖1、搅拌单元和釜体2采用分体式组装设计，釜盖与搅拌单元连接，釜盖1和搅拌单元通过液压单元9控制，同时上下移动实现釜盖1和搅拌单元的提升，方便釜体2和搅拌单元的维护和清理。液压单元9为包括液压电机16和液压柱17和导向柱18组成的升降单元，当液压电机16提供动力驱使液压柱抬起时，釜盖1和搅拌单元沿着导向柱18的设置方向提升，实现釜盖和搅拌单元与釜体分离，便于加料及釜体与搅拌单元的维护与清理。导向柱18的设置方向平行于釜体的轴向。

在物料混合完成，出料结束后，停止搅拌，启动液压电机16，液压系统开始工作，液压柱17抬起，釜盖1和搅拌沿导向柱18抬升，实现釜盖1与釜体2的分离，此时，操作人员可以方便地对残留在搅拌浆和釜体2内壁的物料进行清除和洗涤，防止残留的废料混入新制备的聚合物之中，从而提升制备的聚合物的质量，为聚合物的质量和性能稳定性提供保障。

实施例2改性B80酚醛树脂的制备

使用实施例1提供的反应装置制备改性酚醛树脂，制备过程如下：

称取商业化的B80酚醛树脂300公斤，从加料口11倒入反应釜，启动低速电机8，带动框式结构部4和螺带结构部5，搅拌物料，并启动反应釜加热部件，预设温度为60℃。当B80酚醛树脂达到60℃±2℃时，从加料口11加入空心玻璃球90公斤，加入蒙托土180公斤。继续搅拌，通过视镜口12和13观察釜内物料状态，搅拌20分钟，粉体物料与B80酚醛树脂基本混合完全，无粉体物料浮在物料表面。进一步，启动高速电机7，保持搅拌盘6高速旋转，转速1200转/分钟，借助其剪切分散作用，搅拌15分钟，实现粉体在树脂中的均匀分散。停止搅拌，打开氮气加压阀15，调整阀门大小，确保出料快而稳，20分钟出料完成，最终制备出改性B80酚醛树脂(实物图如图2所示)472公斤。

本实施例制备的改性B80酚醛树脂的流变曲线如图3所示，其基本性能如下：

固体含量为93.43％；80℃下的旋转粘度为31Pa.s；150℃凝胶时间为145秒。

实施例3改性616氨酚醛树脂的制备。

使用实施例1提供的反应装置制备改性酚醛树脂，制备过程如下：

称取616氨酚醛树脂200公斤，从加料口11倒入反应釜，启动低速电机8，带动框式结构部4和螺带结构部5，搅拌物料，并启动反应釜加热部件，预设温度为70℃。当氨酚醛树脂达到70℃±2℃时，从加料口加入酚醛空心微球80公斤，云母粉130公斤，石墨粉40公斤，碳纳米管10公斤。继续搅拌，通过视镜口12和13观察釜内物料状态，搅拌30分钟，粉体物料与616氨酚醛树脂基本混合完全，无粉体物料浮在物料表面。进一步，启动高速电机7，保持搅拌盘6高速旋转，转速1400转/分钟，借助其剪切分散作用，搅拌20分钟，实现粉体在树脂中的均匀分散。停止搅拌，打开氮气加压阀15，调整阀门大小，确保出料快而稳，25分钟出料完成，最终制备出改性616氨酚醛树脂445公斤。

本实施例制备的改性616氨酚醛树脂的基本性能：

固体含量为91.22％；加工温度80℃下的旋转粘度为68Pa.s；150℃凝胶时间为106秒。

实施例4改性环氧树脂的制备

使用实施例1提供的反应装置制备改性环氧树脂，制备过程如下：

称取商品化的凤凰牌F-51环氧树脂400公斤，从加料口11倒入反应釜，启动低速电机8，带动框式结构部4和螺带结构部5，搅拌物料，并启动反应釜加热部件，预设温度为80℃。当F-51环氧树脂达到80℃±2℃时，从加料口加入云母粉280公斤，玻璃空心微球40公斤。继续搅拌，通过视镜口12和13观察釜内物料状态，搅拌25分钟，粉体物料与F51环氧树脂基本混合完全，无粉体物料浮在物料表面。进一步，启动高速电机7，保持搅拌盘6高速旋转，转速1300转/分钟，借助其剪切分散作用，搅拌25分钟，实现粉体在树脂中的均匀分散。停止搅拌，打开氮气加压阀15，调整阀门大小，确保出料快而稳，30分钟出料完成，最终制备出改性F-51环氧树脂660公斤。

本实施例制备的改性F-51环氧树脂的基本性能：

固体含量为96.22％；加工温度80℃下的旋转粘度为21.5Pa.s。

对比例1

采用与实施例1具有如下区别的反应装置：与实施例1反应装置相比，反应釜搅拌仅采用框式结构部件，釜盖上有便于观察物料的视窗，直径200mm的大口径加料口，但釜盖上没有涉及氮气加压口，釜体能实现物料的加热，出料为DN100球阀。

使用上述反应装置制备与实施例2相同的改性环氧树脂，制备过程如下：称取商业化的B80酚醛树脂300公斤，从加料口倒入反应釜，启动搅拌，并启动反应釜加热部件，预设温度为60℃。当B80酚醛树脂达到60℃±2℃时，从加料口加入空心玻璃球90公斤，加入蒙托土180公斤。继续搅拌，通过视镜口观察釜内物料状态，搅拌50分钟，粉体物料与B80酚醛树脂基本混合完全，无粉体物料浮在物料表面。停止搅拌，将出料阀开到最大，确保快速出料，由于物料粘度高，耗用65分钟才出料完毕，最终制备出改性B80酚醛树脂455公斤。

制备的改性B80酚醛树脂的流变曲线如图4所示，其基本性能如下：

固体含量为94.32％；80℃下的旋转粘度为65.2Pa.s；150℃凝胶时间为95秒。

将实施例2和对比例1制备的改性B80酚醛树脂的定型参数和性能的情况，进行了对比，结果如表1所示。

表1

由表1的数据可以看出，相对于采用传统搅拌釜制备的改性B80酚醛树脂，采用本发明公开的反应装置制备的改性B80酚醛树脂，其共混时间和出料时间明显缩短，这受益于其框式、螺带和高速搅拌盘的组合式搅拌结构的创新型设计大幅提升了物料的混和效率，而且刮壁式结构，降低了高粘度物料粘附反应釜内壁的物料损失，提高了树脂产率。

从制备的改性B80酚醛树脂的工艺性能角度讲，采用本发明提出的反应装置制备的树脂，其粘度明显低，凝胶时间较长，加工窗口更宽，这对于使用该树脂进行后续干法预浸料的制备是非常有利的，说明了通过本发明提出的反应装置能明显降低因共混时间和出料时间过长对酚醛树脂性能损伤的不利影响。

从图3和图4流变性能测试的结果可以看出，实施例2制备的B80树脂的流变行为比较稳定，加工窗口较宽，而对比例1制备的改性B80酚醛树脂的流变曲线，出现了不稳定现象，也可以看出采用传统搅拌釜制备的树脂与填料间的混合存在不均匀的问题。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。