一種制備多尺度固相混合物的噴動流化機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于噴動流化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料因充分發(fā)揮了各組分間的協(xié)同作用，極大地提高了其相應(yīng)的力學(xué)與物理性能，從而在各領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是復(fù)合材料家族中的重要成員。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備中，根據(jù)工藝要求需要將各種形態(tài)與織態(tài)的纖維與被增強(qiáng)的基體(簡稱基體)進(jìn)行浸漬并定型，其中的一類產(chǎn)品則需要將連續(xù)纖維切斷成一定長度即切斷纖維用于制備復(fù)合材料。而這一過程需要將纖維切斷、分散并與基體混合后再完成浸漬并定型。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，這一過程都能夠和需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的連續(xù)化。
[0003]中國專利CN1259183C公開了一種采用攪拌一噴動流化床制備纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的方法與裝置，以空氣為流化介質(zhì)，在流化床中通過流化和攪拌實(shí)現(xiàn)聚合物基體與纖維的充分混合，并將纖維束分散為吸附了聚合物基體的單絲，實(shí)現(xiàn)了纖維單絲與基體界面充分浸漬，壓制成GMT片材后，GMT片的機(jī)械性能十分優(yōu)異。中國專利CN102416717A、CN102416718A、CN102350254A公開了一種團(tuán)簇狀纖維氣動攪拌分散成網(wǎng)裝置，纖維被切斷后通過負(fù)壓輸送至氣動分散混合室、在沉降室中進(jìn)行靜電噴粉混合后再成網(wǎng)輸送。中國專利CN203765822U公開了一種攪拌噴動流化床，其采用了喇叭形導(dǎo)流筒及導(dǎo)流筒內(nèi)的多層攪拌槳來改善纖維分散及與基體粉末的混合。所公開的專利中存在著噴動流化的流場協(xié)同作用受限、多層攪拌功耗大、進(jìn)料輸送動力不足問題，影響了多尺度固相的分散混合效果和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
[0004]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備中，根據(jù)工藝要求需要將連續(xù)纖維切斷成一定長度的纖維即切斷纖維，在后續(xù)的裝備中完成基體對增強(qiáng)體纖維即切斷纖維的浸漬并定型得到復(fù)合材料。在制備復(fù)合材料的這一過程中需要將連續(xù)纖維切斷并分散，同時(shí)還需要將纖維輸送至下游裝備中使之成氈并與基體膜一起完成浸漬；或分散的短切纖維與粉狀基體預(yù)混合，再或是短切纖維與纖維狀基體預(yù)混合成氈，然后在下游裝備中完成浸漬得到復(fù)合材料。而上述過程都有將連續(xù)纖維切斷、分散進(jìn)而與基體混合并輸送的要求，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生工藝的連續(xù)化。
[0005]中國專利CN203795284U實(shí)用新型了一種車載纖維剪切刀盤，其所述的剪切刀盤可以在纖維微表處鋪攤機(jī)的纖維剪切設(shè)備上使用，具有機(jī)動靈活性。中國專利CN201981413U實(shí)用新型了一種多用途纖維切割機(jī)，所述的纖維切割機(jī)刀片定位準(zhǔn)確、切割精度高，被切割的纖維收集在料斗中。中國專利CN104355537A實(shí)用新型了一種玻璃纖維切割分散機(jī)，所述的玻璃纖維切割分散機(jī)采用打散輪分散切割的行為，并由輸送帶向下游輸送。中國專利CN203794788U實(shí)用新型了一種玻璃纖維切割結(jié)構(gòu)，采用打散輪及打散輥分散切斷的纖維，由集料斗收集、輸送帶輸送。中國專利公開了 CN203505055U —種玻璃纖維切割裝置，所述的切割裝置由刀輥與橡膠輥配合完成玻纖切割。上述公開的纖維切割機(jī)均是利用纖維的重力作用將經(jīng)切短后的纖維收集起來，然后在再喂入流化設(shè)備進(jìn)行分散，由于切短后纖維重力較輕，不容易從切割機(jī)中分離，造成堵塞現(xiàn)象；另外，若短切后纖維長徑比較大，還容易造成纖維之間相互纏繞、打結(jié)的現(xiàn)象，不利于后續(xù)流化分散。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)中噴動流化床分散混合效果的不足，提供一種多尺度固相噴動流化機(jī)及一種制備多尺度固相混合物的方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:一種多尺度固相噴動流化分散混合裝置，包括筒體、錐形分布器、攪拌裝置、出料系統(tǒng)和管線切割機(jī)；
[0008]所述的筒體上部設(shè)置有封頭，其側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)料口和出料口，所述的出料口位于進(jìn)料口的上方，所述出料系統(tǒng)與所述出料口接連；
[0009]所述的錐形分布器安裝在筒體下部，為雙層結(jié)構(gòu)，包括外錐形殼體和內(nèi)錐形體，所述的外錐形殼體和內(nèi)錐形體之間形成通氣室，所述的內(nèi)錐形體上開設(shè)有若干分布?xì)怏w的分布孔，所述的外錐形殼體下端連接有流化氣管路，所述內(nèi)錐形體的下端連接有噴動氣管路，所述的噴動氣管路設(shè)置在所述流化氣管路內(nèi)，并與之同軸；
[0010]所述攪拌裝置包括貫穿筒體封頭的攪拌軸和分別設(shè)置在攪拌軸兩端的電機(jī)與圓形攪拌輪，所述攪拌輪設(shè)置在筒體內(nèi)，所述的攪拌輪位于所述進(jìn)料口和出料口之間；所述的筒體內(nèi)還設(shè)置有噴動管，所述噴動管上端位于所述攪拌輪正下方，下端延伸至內(nèi)錐形體錐形腔內(nèi)，所述的噴動管與噴動氣管路同軸；所述的噴動氣管路與所述管線切割機(jī)連接。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述的出料系統(tǒng)包括順次連接的物料出口管、物料接管、物料沉降室、成網(wǎng)箱、剝離打手、壓輥和輸送簾；所述的物料出口管與所述的出料口連接，所述的物料接管和物料沉降室豎直向下設(shè)置，所述物料接管與物料出口管通過內(nèi)壁光滑的彎頭連接，所述的物料沉降室由上至下呈一維或二維擴(kuò)張狀，所述物料沉降室下部尺寸與所述的成網(wǎng)箱的入口相配合，沉降室呈一維擴(kuò)張時(shí)物料沉降室截面呈長圓形，沉降室呈二維擴(kuò)張時(shí)物料沉降室截面呈橢圓形；
[0012]所述的成網(wǎng)箱中安裝有塵籠，所述塵籠中心設(shè)置有開口向上的吸風(fēng)槽，所述塵籠還設(shè)置有與所述吸風(fēng)槽連通的吸風(fēng)出口管。
[0013]作為優(yōu)選，所述物料沉降室擴(kuò)張的輪廓線與豎直線夾角γ為3°?15°，優(yōu)選6°?10°。來自筒體內(nèi)的物料氣流速度較高，具有射流特性。射流速度分布穩(wěn)定均勻的擴(kuò)張角在15°以內(nèi)。角度過小則如同在管內(nèi)流動，且將其下部擴(kuò)張與成網(wǎng)箱配合需要的沉降室會太高，不利于設(shè)備設(shè)計(jì)與布置。
[0014]進(jìn)一步地，所述進(jìn)料口內(nèi)設(shè)置有雙螺桿。
[0015]作為優(yōu)選，所述的噴動管直徑為所述筒體直徑的0.2?0.35倍，優(yōu)選0.25?0.3倍，噴動管內(nèi)的氣速要求較高，以便繼續(xù)對多尺度固相進(jìn)行湍流分散，同時(shí)在噴動管內(nèi)外形成速度差，產(chǎn)生從噴動管底部向上的升力、噴動管外產(chǎn)生與進(jìn)料口物料重力同向的下降力，由此構(gòu)成物料的循環(huán)，進(jìn)而使物料經(jīng)受多次的湍流分散混合?？刂频膰妱庸軆?nèi)外的速度比為5?20，優(yōu)化的速度比為10?15 ;所述流化氣管路直徑是噴動管直徑的0.4?1.2倍，優(yōu)選0.8?I倍；所述圓形攪拌輪的直徑為噴動管直徑的1.1?1.5倍，優(yōu)選1.2?1.4倍。攪拌輪的作用是對噴動流化床內(nèi)流場進(jìn)行分區(qū)，其功能為:避免來自噴動管的高速物料流直接沖頂，物流短路流出進(jìn)入沉降室，這種物料并未達(dá)到很好的分散，且未與來自進(jìn)料口的固相充分混合；同時(shí)還需能夠使分散混合好的物料流出，直徑太小，則前一作用不能發(fā)揮，太大，則后一作用得不到保證。
[0016]進(jìn)一步地，若干所述的分布孔均勻分布在內(nèi)錐形體上形成分布孔陣列，所述分布孔直徑為I?5mm，優(yōu)選1.5?3mm?？讖教t流化氣阻力降大，氣路功耗加大；太大則氣體分布不均勻，有可能導(dǎo)致顆粒物料的局部浮力不足而落入管路，影響生產(chǎn)運(yùn)行。
[0017]進(jìn)一步地，所述的錐形分布器的錐角α為20°?160°，優(yōu)選30°?120°，此角度用于調(diào)整流場分布，避免產(chǎn)生氣流速度低速區(qū)而使得需要分散混合的多尺度固相不能離開底部。角度過大會與平板相似，在邊角處產(chǎn)生明顯的低速區(qū)，影響運(yùn)行，過小則會影響循環(huán)空間及路徑；內(nèi)錐形體下緣與噴動管下緣間的距離為噴動氣管路內(nèi)徑的3?10倍，調(diào)整噴動管與分布器底部的距離，保證噴動流化循環(huán)空間路徑和來自噴動氣管路來料氣流的射流張角和射流卷吸空間，這一距離太短物流的循環(huán)失穩(wěn)，太長則在噴動管入口段也會失穩(wěn)，兩者都會產(chǎn)生無用功耗。
[0018]進(jìn)一步地，所述的流化氣管路下端連接有流化氣進(jìn)口管，所述錐形分布器下端至流化氣進(jìn)口管之間長度為所述流化氣管路直徑的8?20倍，優(yōu)選10?15倍。保證流化氣流穩(wěn)定，過小則不穩(wěn)定，過大則浪費(fèi)設(shè)備空間。
[0019]作為優(yōu)選，所述的噴動管的氣流速度為5?200m/s，優(yōu)選30?120m/s，過低沒有輸送和湍流分散能力，過高會嘯叫、產(chǎn)生振動甚至損壞；所述的流化氣管路中氣體流速為0.5?20m/s，優(yōu)選2?8m/s，流化氣在分布器底部產(chǎn)生均勾的速度場，給可能沉底的物料適當(dāng)?shù)耐苿恿?，但又要避免物料落入管路，根?jù)不同尺度及密度固相的最低沉降速度進(jìn)行設(shè)置。這一速度適用于大多數(shù)直徑Imm以下的顆粒。
[0020]所述的管線切割機(jī)，包括機(jī)架、分別通過軸承安裝在機(jī)架兩端的傳動管和轉(zhuǎn)動管、設(shè)置在傳動管和轉(zhuǎn)動管之間的轉(zhuǎn)盤刀架、壓緊機(jī)構(gòu)、纖維張力器、進(jìn)氣管路和動力機(jī)構(gòu)；
[0021]所述的轉(zhuǎn)盤刀架包括分別設(shè)置在傳動管和轉(zhuǎn)動管相對一端的兩個(gè)接口管、分別安裝在兩個(gè)接口管兩端，并與接管口傳動連接的一對刀盤和用于固定該對刀盤的固定桿，所述接管口與刀盤之間的空間連通；所述刀盤上開設(shè)有嵌槽，所述嵌槽內(nèi)安裝有刀片組，所述的兩個(gè)接口管分別與傳動管和轉(zhuǎn)動管連通，并傳動連接；所述進(jìn)氣管路和噴動氣管路分別與轉(zhuǎn)動管和傳動管密封轉(zhuǎn)動連接；所述動力機(jī)構(gòu)與所述傳動管傳動連接；所述的纖維張力器用于將纖維引入到所述刀盤之間，所述壓緊機(jī)構(gòu)用于壓緊纏繞在刀盤之間的纖維。利用動力機(jī)構(gòu)帶動傳動管轉(zhuǎn)動，進(jìn)氣管路通入氣流，從而帶動轉(zhuǎn)盤刀架轉(zhuǎn)動，利用纖維張力器將纖維