PVA纖維分散機(jī)工作性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究

王凡宇

摘 要：為了研究聚乙烯醇纖維分散機(jī)殘余率的影響因素，通過改變纖維料的投放量和攪拌時(shí)間來制定試驗(yàn)方案來確定影響因素，分析試驗(yàn)結(jié)果并提出改進(jìn)分散機(jī)工作性能的方案。

關(guān)鍵詞：聚乙烯醇纖維； 纖維分散機(jī)；投放量； 攪拌時(shí)間

纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料將會(huì)是21世紀(jì)最熱門的復(fù)合材料之一。目前比較流行的有PP纖維和已經(jīng)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(jià)格低廉，兼之高彈模和高強(qiáng)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(yōu)質(zhì)聚乙烯醇為原料，采用特定的先進(jìn)技術(shù)加工而成的一種合成纖維。生產(chǎn)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(guó)的聚乙烯醇的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量均居世界第一，其后依次是日本、英國(guó)和朝鮮[1.2]。國(guó)產(chǎn)的PVA纖維在分散性上較差，纖維團(tuán)聚嚴(yán)重，在道路工程上與碎石集料混合攪拌之前往往要先進(jìn)行一道分散工藝。道路工程中大多數(shù)都是以人工分散纖維，人工分散耗時(shí)耗力，并且在投放時(shí)無法保證纖維及時(shí)足量的投入，如果人工投放纖維不及時(shí)，纖維就可能分散不均；一旦漏投，則可能影響鋪筑的水泥穩(wěn)定碎石基層性能，為了避免人工投入的弊病，使用機(jī)械分散纖維團(tuán)就顯得十分必要[3-5]。

一、 PVA纖維攪拌分散機(jī)工作原理：

鑒于PVA纖維具有很高強(qiáng)度和彈性模量，可承受較強(qiáng)的剪切拉力，故纖維分散機(jī)采用傳統(tǒng)的強(qiáng)制式雙臥軸攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)。

電機(jī)通過連接二級(jí)減速器以得到所需攪拌轉(zhuǎn)速，攪拌軸與二級(jí)減速器輸出動(dòng)力連接，以確保有穩(wěn)定的動(dòng)力輸入到攪拌機(jī)中。攪拌槳葉與攪拌軸通過焊接相連，攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切力，作用于纖維團(tuán)，以達(dá)到分散作用。攪拌葉片的排列應(yīng)保證物料在整個(gè)拌筒空間內(nèi)的大范圍循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)在中央主攪拌區(qū)內(nèi)相互交錯(cuò)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?gòu)牡撞康男读祥T取出。

二、 攪拌性能試驗(yàn)

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

動(dòng)力源采用山東力邦電機(jī)有限公司所產(chǎn)的型號(hào)YLL21-4型電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)額定功率380V，頻率50Hz，最大轉(zhuǎn)速為1440r/min；

分散機(jī)體積：980mm×480mm×500mm；

攪拌軸長(zhǎng)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(cuò)排列。

三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1kg、2kg、3kg、4kg纖維料的殘余率與攪拌時(shí)長(zhǎng)的變化規(guī)律如下圖：

縱向看，隨著投放量增加，即設(shè)備內(nèi)纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，同等攪拌時(shí)間下纖維殘余率也會(huì)跟著增加。

橫向看，纖維料殘留率隨著攪拌時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng)而不斷增加，但是當(dāng)纖維料的投放量繼續(xù)增加，殘余率在攪拌時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng)的情況下漸漸趨于穩(wěn)定。

計(jì)算各投放量下最大殘余量，發(fā)現(xiàn)在0.27～0.32kg內(nèi)，再延長(zhǎng)攪拌時(shí)間與投放量不會(huì)影響殘余量。這是因?yàn)閿嚢栎S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(wěn)定，所以當(dāng)纖維料體積分?jǐn)?shù)增大一定程度時(shí)，最大殘余率反而漸漸減小。結(jié)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(shí)間接觸內(nèi)并沒有明顯的纏附，纖維主要是攪拌軸與纖維料在反復(fù)攪拌過程中才發(fā)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(huì)出現(xiàn)大量的纖維料殘余在攪拌機(jī)內(nèi)，這與纖維料的體積分?jǐn)?shù)有很大關(guān)系。所以減小纖維料體積分?jǐn)?shù)可以增加設(shè)備的工作性能。

（1）將分散機(jī)設(shè)計(jì)成開放式，即一端以一定的速度進(jìn)料，另一端同時(shí)出料，這樣可以減小單位時(shí)間內(nèi)攪拌分散機(jī)內(nèi)纖維料的體積分?jǐn)?shù)，不但能減小殘余率，對(duì)纖維料分散效果也有幫助，可以大大增加設(shè)備的工作性能。

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

（3）改變槳葉安裝角，增大設(shè)備內(nèi)流場(chǎng)湍流強(qiáng)度，可以減小纖維料的殘余率，同時(shí)湍流剪切強(qiáng)度也能增強(qiáng)纖維分散的效果。

參考文獻(xiàn)：

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