PVA纖維分散機工作性能試驗設計與研究

王凡宇

摘 要：為了研究聚乙烯醇纖維分散機殘余率的影響因素，通過改變纖維料的投放量和攪拌時間來制定試驗方案來確定影響因素，分析試驗結果并提出改進分散機工作性能的方案。

關鍵詞：聚乙烯醇纖維； 纖維分散機；投放量； 攪拌時間

纖維增強水泥基復合材料將會是21世紀最熱門的復合材料之一。目前比較流行的有PP纖維和已經得到廣泛研究的玻璃纖維、碳纖維及鋼纖維等纖維，PVA纖維以其價格低廉，兼之高彈模和高強度的物理性能，近年來越來越受到重視。

PVA（聚乙烯醇）纖維，也稱維綸纖維，是以高聚合度的優質聚乙烯醇為原料，采用特定的先進技術加工而成的一種合成纖維。生產PVA纖維的原料聚乙烯醇是一種水溶性高聚合物，性能介于塑料和橡膠之間，用途廣泛。我國的聚乙烯醇的生產能力和產量均居世界第一，其后依次是日本、英國和朝鮮[1.2]。國產的PVA纖維在分散性上較差，纖維團聚嚴重，在道路工程上與碎石集料混合攪拌之前往往要先進行一道分散工藝。道路工程中大多數都是以人工分散纖維，人工分散耗時耗力，并且在投放時無法保證纖維及時足量的投入，如果人工投放纖維不及時，纖維就可能分散不均；一旦漏投，則可能影響鋪筑的水泥穩定碎石基層性能，為了避免人工投入的弊病，使用機械分散纖維團就顯得十分必要[3-5]。

一、 PVA纖維攪拌分散機工作原理：

鑒于PVA纖維具有很高強度和彈性模量，可承受較強的剪切拉力，故纖維分散機采用傳統的強制式雙臥軸攪拌機結構。

電機通過連接二級減速器以得到所需攪拌轉速，攪拌軸與二級減速器輸出動力連接，以確保有穩定的動力輸入到攪拌機中。攪拌槳葉與攪拌軸通過焊接相連，攪拌軸轉動時帶動槳葉旋轉產生剪切力，作用于纖維團，以達到分散作用。攪拌葉片的排列應保證物料在整個拌筒空間內的大范圍循環流動，同時在中央主攪拌區內相互交錯穿叉，最大限度地摩擦、碰撞。物料由頂部緩緩加入，在完成攪拌分散后再從底部的卸料門取出。

二、 攪拌性能試驗

試驗所用PVA原料由安徽皖維高新材料股份有限公司產的30mm混凝土用改性聚乙烯醇（PVA）纖維。

動力源采用山東力邦電機有限公司所產的型號YLL21-4型電動機，該電動機額定功率380V，頻率50Hz，最大轉速為1440r/min；

分散機體積：980mm×480mm×500mm；

攪拌軸長1000mm，攪拌軸直徑70mm；

槳葉選型：雙臥軸直葉型，雙臥軸犁型，四臥軸直葉型+雙臥軸，每根軸七排槳葉，每排四片槳葉，交錯排列。

三、 實驗結果與分析

1kg、2kg、3kg、4kg纖維料的殘余率與攪拌時長的變化規律如下圖：

縱向看，隨著投放量增加，即設備內纖維體積分數的增加，同等攪拌時間下纖維殘余率也會跟著增加。

橫向看，纖維料殘留率隨著攪拌時長增長而不斷增加，但是當纖維料的投放量繼續增加，殘余率在攪拌時長增長的情況下漸漸趨于穩定。

計算各投放量下最大殘余量，發現在0.27～0.32kg內，再延長攪拌時間與投放量不會影響殘余量。這是因為攪拌軸和槳葉上纏繞的纖維料越來越多，漸漸趨于飽和，殘余率漸漸穩定，所以當纖維料體積分數增大一定程度時，最大殘余率反而漸漸減小。結果顯示殘余率并沒有太大的變化，下方的直葉型雙臥軸上纏繞有大量的纖維料，而上方的犁型雙臥軸上并沒有多少纖維料纏附，這說明纖維料在落下與犁型雙臥軸在短時間接觸內并沒有明顯的纏附，纖維主要是攪拌軸與纖維料在反復攪拌過程中才發生纏縛的。

四、 問題解決方案

無論是犁型槳葉，直葉型槳葉，或者是混合型槳葉都不可避免的會出現大量的纖維料殘余在攪拌機內，這與纖維料的體積分數有很大關系。所以減小纖維料體積分數可以增加設備的工作性能。

（1）將分散機設計成開放式，即一端以一定的速度進料，另一端同時出料，這樣可以減小單位時間內攪拌分散機內纖維料的體積分數，不但能減小殘余率，對纖維料分散效果也有幫助，可以大大增加設備的工作性能。

（2）增多槳葉排數，設備一旦做成開放型，纖維料受槳葉剪切作用時間勢必會減少，為達到工程上的分散要求就必須增加槳葉排數，前面四軸混合攪拌軸試驗說明，減少單個攪拌軸與纖維料攪拌時間可以減少纖維殘余率。

（3）改變槳葉安裝角，增大設備內流場湍流強度，可以減小纖維料的殘余率，同時湍流剪切強度也能增強纖維分散的效果。

參考文獻：

[1] 劉建忠，張麗輝，李長風和劉加平.聚乙烯醇纖維在水泥基復合材料中的分散性表征及調控[J].硅酸鹽學報，2015，8.

[2] 林 暉.摻 PVA 纖維混凝土的力學及變形性能研究[D].南京航空航天大學.2006.12

[3] 劉衛軍，李占民，文顯武.基于GPS的遠程監拉系統在工程機械上的應用[J]，筑路機械與施工機械化，2007，24（6）：62-64.

[4] 王興華，陳麗萍.機械設備現場管理淺析日，.筑路機械與施工機械化[J]，2006，23（10）：63-64.

[5] 劉波，余建輝，韓宗興.瀝青混合料攪拌設備遠程監控系統研究與應用[J]，工程機械，2010，41（10）：13-15.