專利名稱：用于粘性粉末材料的混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于混合粘性粉末材料的方法和一種混合器。
在多種工業(yè)領(lǐng)域中，很多工業(yè)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(chǎn)品的不同材料相混合的過程。從用簡單裝置實(shí)現(xiàn)混合物中的理想的均勻度的很簡單的方法到在設(shè)備和循環(huán)過程上有更多要求的很復(fù)雜的方法，這樣的工業(yè)混合過程混合方法的復(fù)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(jié)合，以及微粒材料即干燥狀態(tài)下的粉末或具有低于其飽和狀態(tài)界限的濕度的粉末的混合。在粉末材料的混合中，與可由擴(kuò)散或布朗運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生移動(dòng)的流體相反，微粒在沒有外力作用的情況下，不會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。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(tài)、表面條件等方面產(chǎn)生大幅度的變化。而且，粉末團(tuán)中的單個(gè)粒子的大小尺寸要比流體中的粒子的尺寸高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
由于以上所述在選擇混合設(shè)備和混合循環(huán)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(xiàn)了很多問題。因此而出現(xiàn)的問題例如利用設(shè)計(jì)用來混合液體或干燥粉末材料的設(shè)備來混合其它類的材料而導(dǎo)致的失敗。不適當(dāng)?shù)幕旌线^程會(huì)給使用者帶來極大的損失，損失表現(xiàn)在原材料的不必要的高消費(fèi)，產(chǎn)生大量的次品，隨后的成品的生產(chǎn)中的問題，消費(fèi)者不滿意及市場占領(lǐng)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(shí)，微小平面內(nèi)的剪切力要大于滑脫力(slip force)。
滑脫力是單個(gè)粒子要脫離粒子團(tuán)或粒子堆或粒子塊所必需具有的力，而粒子團(tuán)或粒子堆或粒子塊是單個(gè)粒子的聚集體作為一個(gè)結(jié)合粒子，以便它可以單獨(dú)起作用?；摿κ沟谜麄€(gè)表面而不僅是一小側(cè)面對于混合物的最終目標(biāo)都是可得到的，它可以是顏料的染色。為了更好地理解，假設(shè)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(gè)的足球場看起來就是紅色的了。
申請人在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將顏料作為一粒子聚集體，例如包括2μm大的十個(gè)粒子，則顏色上的效果經(jīng)常是僅一半是紅的，因?yàn)轭伭狭Ｗ邮且粋€(gè)位于另一個(gè)的上面，而不是彼此相鄰。
我們理解到，對于顏料的混合過程，其方法是應(yīng)將粒子的聚集體轉(zhuǎn)化為單個(gè)粒子。例如，在瀝青混合料產(chǎn)品中，石子材料必須是其最小的單個(gè)石子，以便與乳化液之間得到理想的活動(dòng)性。這里重要的是特定的表面，因?yàn)榛顒?dòng)性的效率涉及暴露在反應(yīng)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(chǎn)品是完全不同的。粘性粒子由于一些力的內(nèi)部變化傾向于以單個(gè)粒子的聚集體的形式出現(xiàn)，因?yàn)閳F(tuán)塊不夠大不能分解結(jié)塊。
對于藥品，采用本發(fā)明填充材料的數(shù)量可能被降低，因?yàn)樾枰娜芤狠^少。物質(zhì)被分解成單個(gè)粒子中以便可以生產(chǎn)出更小的藥片，并且使藥片吞咽起來更安全更容易。
一般說來，粉末的混合，特別是干燥粉末的混合，比液體和氣體的混合更困難。利用現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)，消耗時(shí)間、產(chǎn)品和成本，經(jīng)常是不可能達(dá)到理論上的最優(yōu)狀態(tài)。選擇可以實(shí)現(xiàn)多種作業(yè)的合適的設(shè)備對混合器設(shè)備的使用者能否獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益是至關(guān)重要的。另一方面，有很多設(shè)備乍一看似乎是相同的，但考慮到在混合過程中出現(xiàn)的很多問題，它們卻是多種不同類型的。
固體的混合通過擴(kuò)散、對流或剪切力的作用來實(shí)現(xiàn)。很多方法和設(shè)備都是以一種機(jī)理為基礎(chǔ)、上述這些機(jī)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(zhì)通常是一種具有限定的滑動(dòng)角的自由流動(dòng)的物質(zhì)，而沒有粘結(jié)在一起的傾向。該物質(zhì)在外界壓力的作用下不會(huì)獲得內(nèi)部結(jié)合力，也不會(huì)承受更大的壓力作用而不被壓碎。要得到這樣的物質(zhì)的充分混合，應(yīng)該采取擴(kuò)散或?qū)α鞯姆绞健?br> 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于100μm，則粉末物質(zhì)將從一種自由流動(dòng)的物質(zhì)變成一種粘性物質(zhì)。它將得到一不確定的但很大的、也可能是負(fù)的的滑動(dòng)角，并且在外界力的作用下，該物質(zhì)還將獲得相對較大的結(jié)合力。物理性能的變化還表現(xiàn)在粉末具有更強(qiáng)的能力形成聚集體，也就是會(huì)出現(xiàn)大的粉末塊，每一個(gè)都具有很多小的粒子。物質(zhì)性能變化的原因在于當(dāng)粒子的尺寸減小時(shí)，粒子間的作用力將變成粉末中的主導(dǎo)作用力，該力的功能是將粒子相互結(jié)合在一起。粒子間的作用力可以是范德華作用力，靜電作用力，化學(xué)、磁或毛細(xì)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(gè)粒子，而分解成單個(gè)粒子又是得到精細(xì)的混合物所必需的。所以，必須以摩擦或高動(dòng)力能量的方式向粉末或聚集體施加剪切力的作用。
高動(dòng)力能量，例如由快速旋轉(zhuǎn)刀得到的能量的利用是已知的，并已經(jīng)被廣泛應(yīng)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(huán)境，則會(huì)損壞相關(guān)的材料。而且，還存在其它的問題，如旋轉(zhuǎn)刀工具變形磨損而帶來的對粉末的污染。如果粉末是粘性的，那么結(jié)果很容易是工具上很快就粘滿粉末，使其不能有效地發(fā)揮作用。
本發(fā)明使提供沒有上述缺點(diǎn)的粉末剪切力成為可能。這由本發(fā)明的方法和混合裝置來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明方法和混合裝置由在權(quán)利要求書中提出的特征來限定。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)。由于在微小平面內(nèi)的精細(xì)分布，分離性能被顯著地提高了。混合過程可以進(jìn)行細(xì)致的整理，以便使用極少量的有害材料，使混合環(huán)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(huì)提到顏料混合方法，如粉末狀漆的生產(chǎn)，本發(fā)明可以節(jié)省15％的顏料消耗，顏料的成本要大大地高于添加劑的成本。其它的優(yōu)點(diǎn)還包括往復(fù)工作的可靠性、簡便性的增加，同時(shí)混合過程控制得以改進(jìn)，并具有良好的計(jì)劃編制工具，而且輸送更可靠。
本發(fā)明的附圖包括

圖1是一具有兩個(gè)轉(zhuǎn)子的混合器的剖視圖，該混合器的實(shí)施例中帶有摩擦輪(rubbing wane)，圖2是摩擦輪的另一實(shí)施例的一局部剖視圖，圖3示出與圖2相當(dāng)?shù)哪Σ凛喌牡谌龑?shí)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(shí)施例，其中靠在混合器的端壁上進(jìn)行摩擦的過程。
通過在規(guī)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(nèi)進(jìn)行輸送和混合，可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)剪切平面內(nèi)將粉末擊碎，因此當(dāng)在微小平面內(nèi)進(jìn)行混合時(shí)，同時(shí)粉碎成塊的粉末。摩擦輪1、4、5借助于轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將材料壓靠在殼體6的底部壁面上進(jìn)行摩擦，進(jìn)而施加足夠的剪切力擊碎成塊的粉末之間的粘結(jié)。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(jìn)行這一混合過程，因此可以使粉末團(tuán)的移動(dòng)更輕柔一些。本發(fā)明的方法和混合器裝置可以與其它的混合原理相結(jié)合，以便可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三組機(jī)構(gòu)的混合，因?yàn)榛旌鲜墙?jīng)過在微小平面內(nèi)的剪切來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)整個(gè)的粒子團(tuán)利用擴(kuò)散和對流被攪拌和混合。
本發(fā)明方法的實(shí)施例中的混合器殼體6可以利用固定在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的平行的轉(zhuǎn)子2上的摩擦輪1、4、5，摩擦輪擠壓粉末團(tuán)的一部分，并在固定殼體6上摩擦它。在應(yīng)力的作用下，在粉末團(tuán)內(nèi)將出現(xiàn)多處破碎。由于剪切應(yīng)力的作用，在破碎平面的每一側(cè)面之間將產(chǎn)生一相對移動(dòng)，而這一移動(dòng)將帶來在破碎區(qū)域自身內(nèi)的相對塊狀輸送。在該破碎區(qū)域內(nèi)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(gè)部分在被擊碎之后將由于在剪切平面的兩個(gè)側(cè)面之間出現(xiàn)的相對移動(dòng)而彼此相分離輸送。這就實(shí)現(xiàn)了在低速下進(jìn)行的細(xì)微的混合過程。
可以在其中有一種活性介質(zhì)被均勻地分布在一粉末團(tuán)內(nèi)的包括精細(xì)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(fā)明的方法和混合裝置。在多種工業(yè)領(lǐng)域中都存在著這樣的混合過程，例如藥品的生產(chǎn)，涂料中的各種原材料中的顏料的混合，化學(xué)反應(yīng)物和催化劑，面粉混合物，有色粉筆，煤或粘結(jié)料，調(diào)色劑和復(fù)印機(jī)的粉末等。
本發(fā)明的方法和混合裝置還可以用于少量液體在干粉內(nèi)的混合，或糊狀產(chǎn)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(zhuǎn)子2上，在混合器的攪拌輪3之間在轉(zhuǎn)子的長度上分布。
在圖2示出的另一實(shí)施例中，其中摩擦輪4被彎曲，以便產(chǎn)品沿摩擦輪4被摩擦同時(shí)產(chǎn)品沿徑向向外拋出。圖3所示的實(shí)施例中的摩擦輪5具有橢圓盤形狀，如此的形狀使得產(chǎn)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(jù)要被混合的材料來選擇，或者適合特殊的條件?？梢砸园鍫罨蚬軤钌a(chǎn)出摩擦輪。
所示的本發(fā)明特別適合于低圓周速度如0至3米/秒的輕型混合器，它能夠帶來良好的效益。
權(quán)利要求
1.用于一種特別適用于粘性粉末材料的混合器的方法，其特征在于用至少一個(gè)位于每一個(gè)轉(zhuǎn)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.用于混合特別是粘性粉末材料的混合器，包括具有多個(gè)攪拌輪(3)的轉(zhuǎn)子，這些攪拌輪(3)沿轉(zhuǎn)子位于一空間內(nèi)，其特征在于除了混合器的攪拌輪(3)之外，還在每一個(gè)轉(zhuǎn)子上提供至少一個(gè)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(nèi)在摩擦輪和壁(6，8)之間被摩擦。
3.如權(quán)利要求2所述的混合器，其特征在于，在轉(zhuǎn)子(2)上，在轉(zhuǎn)子的攪拌輪(3)之間安裝有多個(gè)摩擦輪(1，4，5)，其中摩擦輪的形狀為沿徑向向外延伸的桿，具有與粒子接觸的最好為圓形的表面，并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(gè)摩擦輪的每一側(cè)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(quán)利要求3所述的混合器，其特征在于，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(quán)利要求2至4所述的混合器，其特征在于摩擦輪(1，4)為沿徑向外端彎曲的管。
6.如權(quán)利要求2所述的混合器，其特征在于每一個(gè)轉(zhuǎn)子(2)在每一端具有一個(gè)摩擦輪(7)，用于在混合器的端壁(8)上摩擦粘性材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于一種特別適用于粘性粉末材料的混合器的方法,用至少一個(gè)位于每一個(gè)轉(zhuǎn)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?；旌掀靼ň哂卸鄠€(gè)攪拌輪(3)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子,這些攪拌輪(3)沿轉(zhuǎn)子間隔布置,并且除了混合器的攪拌輪(3)之外,在每一個(gè)轉(zhuǎn)子上還提供至少一個(gè)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(nèi)在摩擦輪和壁(6,8)之間被摩擦。
文檔編號(hào)B01F7/04GK1249699SQ98803144
公開日2000年4月5日 申請日期1998年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月6日
發(fā)明者蓋爾·諾達(dá)爾 申請人:蓋爾·諾達(dá)爾