用於粘性粉末材料的混合器的製作方法

2024-03-23 09:29:05

專利名稱：用於粘性粉末材料的混合器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於混合粘性粉末材料的方法和一種混合器。
在多種工業領域中，很多工業過程中都包含有以一種方式或另一種方式將作為原材料或中間產品的不同材料相混合的過程。從用簡單裝置實現混合物中的理想的均勻度的很簡單的方法到在設備和循環過程上有更多要求的很複雜的方法，這樣的工業混合過程混合方法的複雜程度變化很大。
混合方法一般可分為兩類，即液體、氣體、固體在液體中的混合，或它們的結合，以及微粒材料即乾燥狀態下的粉末或具有低於其飽和狀態界限的溼度的粉末的混合。在粉末材料的混合中，與可由擴散或布朗運動而產生移動的流體相反，微粒在沒有外力作用的情況下，不會產生移動。在混合過程中，粉末在微粒的物理性能如大小尺寸、密度、形態、表麵條件等方面產生大幅度的變化。而且，粉末團中的單個粒子的大小尺寸要比流體中的粒子的尺寸高几個數量級。
由於以上所述在選擇混合設備和混合循環中是未知的或尚未引起充分重視的特性的差異，使得在各種類型的混合過程中出現了很多問題。因此而出現的問題例如利用設計用來混合液體或乾燥粉末材料的設備來混合其它類的材料而導致的失敗。不適當的混合過程會給使用者帶來極大的損失，損失表現在原材料的不必要的高消費，產生大量的次品，隨後的成品的生產中的問題，消費者不滿意及市場佔領上的失敗等。
在含有一種或多種粘性粉末的相同的混合物中，需要有從零上升至圓周速度的變化的速度梯度，同時，微小平面內的剪切力要大於滑脫力(slip force)。
滑脫力是單個粒子要脫離粒子團或粒子堆或粒子塊所必需具有的力，而粒子團或粒子堆或粒子塊是單個粒子的聚集體作為一個結合粒子，以便它可以單獨起作用。滑脫力使得整個表面而不僅是一小側面對於混合物的最終目標都是可得到的，它可以是顏料的染色。為了更好地理解，假設顏料粒子為在一足球場上的大球，但足球場看起來仍是綠色的。如果將球分成具有紅顏色的2μm大的粒子，則整個的足球場看起來就是紅色的了。
申請人在試驗中發現，將顏料作為一粒子聚集體，例如包括2μm大的十個粒子，則顏色上的效果經常是僅一半是紅的，因為顏料粒子是一個位於另一個的上面，而不是彼此相鄰。
我們理解到，對於顏料的混合過程，其方法是應將粒子的聚集體轉化為單個粒子。例如，在瀝青混合料產品中，石子材料必須是其最小的單個石子，以便與乳化液之間得到理想的活動性。這裡重要的是特定的表面，因為活動性的效率涉及暴露在反應之下的可得到的表面的面積。通常填料(filler)是1mm的聚集體，顯然如果粒子的尺寸是大約10μm的話，則最終產品是完全不同的。粘性粒子由於一些力的內部變化傾向於以單個粒子的聚集體的形式出現，因為團塊不夠大不能分解結塊。
對於藥品，採用本發明填充材料的數量可能被降低，因為需要的溶液較少。物質被分解成單個粒子中以便可以生產出更小的藥片，並且使藥片吞咽起來更安全更容易。
一般說來，粉末的混合，特別是乾燥粉末的混合，比液體和氣體的混合更困難。利用現有技術中的結構，消耗時間、產品和成本，經常是不可能達到理論上的最優狀態。選擇可以實現多種作業的合適的設備對混合器設備的使用者能否獲得良好的經濟效益是至關重要的。另一方面，有很多設備乍一看似乎是相同的，但考慮到在混合過程中出現的很多問題，它們卻是多種不同類型的。
固體的混合通過擴散、對流或剪切力的作用來實現。很多方法和設備都是以一種機理為基礎、上述這些機理的組合。
粉末材料的物理性能隨著粒子尺寸的不同而變化很大。如果一種粉末具有大約100μm的平均尺寸的粒子，則這種粉末物質通常是一種具有限定的滑動角的自由流動的物質，而沒有粘結在一起的傾向。該物質在外界壓力的作用下不會獲得內部結合力，也不會承受更大的壓力作用而不被壓碎。要得到這樣的物質的充分混合，應該採取擴散或對流的方式。
另一方面，如果粒子的尺寸較小，即粒子的主要部分基本上小於100μm，則粉末物質將從一種自由流動的物質變成一種粘性物質。它將得到一不確定的但很大的、也可能是負的的滑動角，並且在外界力的作用下，該物質還將獲得相對較大的結合力。物理性能的變化還表現在粉末具有更強的能力形成聚集體，也就是會出現大的粉末塊，每一個都具有很多小的粒子。物質性能變化的原因在於當粒子的尺寸減小時，粒子間的作用力將變成粉末中的主導作用力，該力的功能是將粒子相互結合在一起。粒子間的作用力可以是範德華作用力，靜電作用力，化學、磁或毛細作用力。這意味著與這些力相比重力作用的影響是很小的。因此，重力的作用不能將粉末分解成單個粒子，而分解成單個粒子又是得到精細的混合物所必需的。所以，必須以摩擦或高動力能量的方式向粉末或聚集體施加剪切力的作用。
高動力能量，例如由快速旋轉刀得到的能量的利用是已知的，並已經被廣泛應用。它是一種很有效的方法，但如果刀很容易變形或不能勝任較粗糙的工作環境，則會損壞相關的材料。而且，還存在其它的問題，如旋轉刀工具變形磨損而帶來的對粉末的汙染。如果粉末是粘性的，那麼結果很容易是工具上很快就粘滿粉末，使其不能有效地發揮作用。
本發明使提供沒有上述缺點的粉末剪切力成為可能。這由本發明的方法和混合裝置來實現，本發明方法和混合裝置由在權利要求書中提出的特徵來限定。
本發明與現有技術相比具有很多優點。由於在微小平面內的精細分布，分離性能被顯著地提高了。混合過程可以進行細緻的整理，以便使用極少量的有害材料，使混合環境得到良好改善。
昂貴部件的消耗量很少，使得成本大幅度地降低。在此方面，會提到顏料混合方法，如粉末狀漆的生產，本發明可以節省15％的顏料消耗，顏料的成本要大大地高於添加劑的成本。其它的優點還包括往復工作的可靠性、簡便性的增加，同時混合過程控制得以改進，並具有良好的計劃編制工具，而且輸送更可靠。
本發明的附圖包括

圖1是一具有兩個轉子的混合器的剖視圖，該混合器的實施例中帶有摩擦輪(rubbing wane)，圖2是摩擦輪的另一實施例的一局部剖視圖，圖3示出與圖2相當的摩擦輪的第三實施例的視圖，圖4示出了圖1所示的混合器的一平面視圖，和圖5示出了混合器的一實施例，其中靠在混合器的端壁上進行摩擦的過程。
通過在規則的攪拌輪3之間提供具有特殊形狀的摩擦輪1、4、5，在混合器殼體6內進行輸送和混合，可以實現在多個剪切平面內將粉末擊碎，因此當在微小平面內進行混合時，同時粉碎成塊的粉末。摩擦輪1、4、5藉助於轉子2的旋轉運動，將材料壓靠在殼體6的底部壁面上進行摩擦，進而施加足夠的剪切力擊碎成塊的粉末之間的粘結。摩擦過程還可以由摩擦輪7在殼體6的端壁8上摩擦材料來提供，如圖5中所示。
可以在低速下進行這一混合過程，因此可以使粉末團的移動更輕柔一些。本發明的方法和混合器裝置可以與其它的混合原理相結合，以便可以同時實現三組機構的混合，因為混合是經過在微小平面內的剪切來實現，同時整個的粒子團利用擴散和對流被攪拌和混合。
本發明方法的實施例中的混合器殼體6可以利用固定在兩個轉動方向相反的平行的轉子2上的摩擦輪1、4、5，摩擦輪擠壓粉末團的一部分，並在固定殼體6上摩擦它。在應力的作用下，在粉末團內將出現多處破碎。由於剪切應力的作用，在破碎平面的每一側面之間將產生一相對移動，而這一移動將帶來在破碎區域自身內的相對塊狀輸送。在該破碎區域內的成塊粉末將在剪切壓力的作用下被擊碎，而成塊粉末的各個部分在被擊碎之後將由於在剪切平面的兩個側面之間出現的相對移動而彼此相分離輸送。這就實現了在低速下進行的細微的混合過程。
可以在其中有一種活性介質被均勻地分布在一粉末團內的包括精細材料的混合，粘性粉末材料的混合的所有的混合過程中利用本發明的方法和混合裝置。在多種工業領域中都存在著這樣的混合過程，例如藥品的生產，塗料中的各種原材料中的顏料的混合，化學反應物和催化劑，麵粉混合物，有色粉筆，煤或粘結料，調色劑和複印機的粉末等。
本發明的方法和混合裝置還可以用於少量液體在乾粉內的混合，或糊狀產品的混合。
摩擦輪可具有如圖1所示的形狀，即包括一彎成如圖所示形狀的管。如此彎曲的管狀的摩擦輪1被緊固到轉子2上，在混合器的攪拌輪3之間在轉子的長度上分布。
在圖2示出的另一實施例中，其中摩擦輪4被彎曲，以便產品沿摩擦輪4被摩擦同時產品沿徑向向外拋出。圖3所示的實施例中的摩擦輪5具有橢圓盤形狀，如此的形狀使得產品將在壁6上被摩擦。
摩擦輪1、4、5、7靠近壁6、8的寬度根據要被混合的材料來選擇，或者適合特殊的條件。可以以板狀或管狀生產出摩擦輪。
所示的本發明特別適合於低圓周速度如0至3米/秒的輕型混合器，它能夠帶來良好的效益。
權利要求
1.用於一種特別適用於粘性粉末材料的混合器的方法，其特徵在於用至少一個位於每一個轉子上的摩擦輪在混合器的壁(6，8)上摩擦粘性材料，以便使粘性材料在摩擦輪和壁(6，8)之間在被摩擦的過程中受到剪切力的作用。
2.用於混合特別是粘性粉末材料的混合器，包括具有多個攪拌輪(3)的轉子，這些攪拌輪(3)沿轉子位於一空間內，其特徵在於除了混合器的攪拌輪(3)之外，還在每一個轉子上提供至少一個摩擦輪(1，4，5，7)，其中摩擦輪的布置使得粘性材料在混合器殼體內在摩擦輪和壁(6，8)之間被摩擦。
3.如權利要求2所述的混合器，其特徵在於，在轉子(2)上，在轉子的攪拌輪(3)之間安裝有多個摩擦輪(1，4，5)，其中摩擦輪的形狀為沿徑向向外延伸的杆，具有與粒子接觸的最好為圓形的表面，並且至少摩擦輪的外端彎曲至確定程度，使粒子在摩擦輪上在每一個摩擦輪的每一側和其周邊上被摩擦，以便由它們提供將聚集體擊碎的剪切力，使粒子相混合。
4.如權利要求3所述的混合器，其特徵在於，摩擦輪(5)是沿徑向布置的圓盤，該圓盤具有圓形的邊緣，軸向方向上為橢圓形或類似形狀。
5.如權利要求2至4所述的混合器，其特徵在於摩擦輪(1，4)為沿徑向外端彎曲的管。
6.如權利要求2所述的混合器，其特徵在於每一個轉子(2)在每一端具有一個摩擦輪(7)，用於在混合器的端壁(8)上摩擦粘性材料。
全文摘要
本發明公開了用於一種特別適用於粘性粉末材料的混合器的方法,用至少一個位於每一個轉子上的摩擦輪在混合器的壁(6,8)上摩擦粘性材料,以便在摩擦過程中在摩擦輪和壁(6,8)之間向粘性材料施加剪切力的作用。混合器包括具有多個攪拌輪(3)的兩個轉子,這些攪拌輪(3)沿轉子間隔布置,並且除了混合器的攪拌輪(3)之外,在每一個轉子上還提供至少一個摩擦輪(1,4,5,7),摩擦輪的布置使得粘性材料在混合器殼體內在摩擦輪和壁(6,8)之間被摩擦。
文檔編號B01F7/04GK1249699SQ98803144
公開日2000年4月5日 申請日期1998年3月6日 優先權日1997年3月6日
發明者蓋爾·諾達爾 申請人:蓋爾·諾達爾