一種新型復(fù)合材料物料混合處理裝置設(shè)計(jì)研究*

王秀麗，魏永輝

(鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450000)

?

一種新型復(fù)合材料物料混合處理裝置設(shè)計(jì)研究*

王秀麗，魏永輝

(鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450000)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)材料的性能要求越來(lái)越高，復(fù)合材料以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為人們研究的熱點(diǎn)。研究設(shè)計(jì)了一種新型的復(fù)合材料物料混合裝置, 可實(shí)現(xiàn)固料、粉料和液體材料等3種材料互相交叉自由選擇比例混合。應(yīng)用該裝置，可有效地將物料充分混合，提高產(chǎn)品性能，材料制備的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

復(fù)合材料；物料混合；裝置

復(fù)合材料是用2種或2種以上的不同性能、不同形態(tài)的組分材料，通過(guò)復(fù)合手段組合而成的一種多相材料[1]。通過(guò)復(fù)合，不僅保留了原組成材料的主要性能，又可以通過(guò)材料的設(shè)計(jì)和復(fù)合效應(yīng)的利用，使各組分的性能互相補(bǔ)充，互相關(guān)聯(lián)，獲得新的性能[2]，以滿足各種不同的需求。與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料最顯著的優(yōu)點(diǎn)是具有可設(shè)計(jì)性。復(fù)合材料的熱、聲、光、電、防腐、力學(xué)、抗老化和機(jī)械等物理、化學(xué)性能都可按制件的使用要求和環(huán)境條件要求，通過(guò)組分材料的選擇和匹配以及界面控制等，最大限度地達(dá)到預(yù)期目的，以滿足工程設(shè)備的使用性能。復(fù)合材料在許多工業(yè)部門(mén)得到了實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展，是當(dāng)今高科技發(fā)展中新材料開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域。

粉體制備技術(shù)是研制和開(kāi)發(fā)復(fù)合材料的先導(dǎo)，是制備復(fù)合材料的第1步，也是關(guān)鍵的一步，其直接影響復(fù)合材料的性能；因此，選擇正確物料混合裝備，制備出高純、超細(xì)、組分均勻分布和無(wú)團(tuán)聚的粉體是至關(guān)重要的。

1　設(shè)計(jì)背景

目前，復(fù)合材料主要分為2類：一類是以金屬為基體的復(fù)合材料；另一類是以非金屬為基體的復(fù)合材料[3]。金屬基復(fù)合材料常用的制備工藝包括：1)粉末冶金法，將金屬或合金的基體粉末與增強(qiáng)相混合均勻后，裝入模具，經(jīng)過(guò)冷壓、出氣、熱壓燒結(jié)和二次加工等工序而獲得所需形狀的復(fù)合材料的工藝方法；2)鑄造法，將顆粒增強(qiáng)相直接加入到液態(tài)合金熔體中，并使顆粒均勻分布在基體中的一種制備方法。常用的非金屬基復(fù)合材料為聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。聚合物基復(fù)合材料制備工藝方法是預(yù)浸料/預(yù)混料的制造、成型和固化；陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝為先將增強(qiáng)材料摻入未固結(jié)(或粉末狀)的基體材料中，排列整齊或混合均勻，再運(yùn)用各種加工條件在盡量不破壞增強(qiáng)材料和基體性能的前提下，制成復(fù)合材料制品。

在加工制備復(fù)合材料時(shí)，常常需要把基體和增強(qiáng)相進(jìn)行機(jī)械混合，對(duì)于大顆粒的基體還應(yīng)進(jìn)行粉粹；因此，選擇合理的粉粹、混合與攪拌的工藝與設(shè)備是非常關(guān)鍵的。本文設(shè)計(jì)了一種新型的復(fù)合材料物料混合處理裝置，可以將不同成分的材料均勻的混合在一起，不僅能夠增加物料接觸的表面積，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，還可以加快物理變化速度，比如粒狀溶質(zhì)加入溶劑使用本裝置可以加速溶解并使之混合均勻。應(yīng)用該裝置，可以自由選擇混合比例，工序簡(jiǎn)單，使用方便，并可節(jié)約成本。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置可適用于固料、粉料和液體材料等3種材料互相交叉混合。首先將固體材料粉碎成粉末狀或合適粒徑的顆粒，在攪拌腔里充分混合，然后由出料管排出。該裝置分為上料、碾壓和攪拌等3個(gè)部分：1)上料，采用垂直螺旋提升，可提升各種粉狀、粒狀和塊狀物料，運(yùn)行平穩(wěn)，操作維修方便，易損件少，維護(hù)費(fèi)用少；2)碾壓，采用2個(gè)電動(dòng)機(jī)分別控制搗碎柱和擠壓輥輪，搗碎柱作用主要是將直徑較大的物料加工至直徑較小的顆粒狀物料，擠壓輥輪作用是將顆粒狀的物料加工至需要直徑的中細(xì)度粉體，以便進(jìn)行后續(xù)處理或作為產(chǎn)品成品；3)攪拌，采用臥式單螺帶攪拌，底部出料方式，混合時(shí)間短，質(zhì)量高，排料迅速，殘留物量少。

裝置結(jié)構(gòu)示意圖[4]如圖1所示，其包括提升腔，提升腔左側(cè)上部連接有供料腔，供料腔下部連接有多個(gè)供料管，供料腔下部設(shè)置有粉碎腔，粉碎腔下部設(shè)置有過(guò)濾板，過(guò)濾板下部設(shè)置有下料腔，下料腔下部連接有攪拌腔，攪拌腔下部中間位置連接有出料管；提升腔上部設(shè)置有第一電動(dòng)機(jī)，第一電動(dòng)機(jī)下部連接有第一電動(dòng)機(jī)軸，第一電動(dòng)機(jī)軸側(cè)面設(shè)置有螺旋葉片，粉碎腔右側(cè)上下部分別設(shè)置有第二電動(dòng)機(jī)和第三電動(dòng)機(jī)，第二電動(dòng)機(jī)和第三電動(dòng)機(jī)左側(cè)分別連接有第二電動(dòng)機(jī)軸和第三電動(dòng)機(jī)軸，第二電動(dòng)機(jī)軸上下部均連接有多個(gè)搗碎柱，第三電動(dòng)機(jī)軸中間位置設(shè)置有擠壓輥輪，攪拌腔左側(cè)設(shè)置有第四電動(dòng)機(jī)，第四電動(dòng)機(jī)右側(cè)連接有第四電動(dòng)機(jī)軸，第四電動(dòng)機(jī)軸側(cè)面設(shè)置有攪拌葉片。提升腔下部與攪拌腔上部右側(cè)相連接，提升腔下部設(shè)置有過(guò)濾膜。粉碎腔左側(cè)上部設(shè)置有第一軸承，第二電動(dòng)機(jī)軸穿過(guò)第一軸承設(shè)置。攪拌腔右側(cè)設(shè)置有第二軸承，第四電動(dòng)機(jī)軸穿過(guò)第二軸承設(shè)置。攪拌腔下部左右兩側(cè)均設(shè)置有移動(dòng)輪。

圖1　物料混合裝置結(jié)構(gòu)示意圖

該裝置具有如下特點(diǎn)：1)提升腔下部與攪拌腔上部右側(cè)相連接，提升腔下部設(shè)置有過(guò)濾膜，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)混合物料為液體時(shí)的混合，擴(kuò)大了該裝置的適用范圍；2)粉碎腔左側(cè)上部設(shè)置有第一軸承，第二電動(dòng)機(jī)軸穿過(guò)第一軸承，起動(dòng)第二電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)第二電動(dòng)機(jī)軸和第一軸承，實(shí)現(xiàn)對(duì)固料進(jìn)行碾壓；3)攪拌腔右側(cè)設(shè)置有第二軸承，第四電動(dòng)機(jī)軸穿過(guò)第二軸承，起動(dòng)第四電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)第四電動(dòng)機(jī)軸和第二軸承，完成對(duì)物料的混合；4)攪拌腔下部左右兩側(cè)均設(shè)置有移動(dòng)輪，方便裝置的移動(dòng)。

3　工作原理

該裝置是一臺(tái)多功能的物料混合裝置，不僅適用于固體、粉體之間的混合，還適用于固體、粉體和液體之間的混合。混合比例易于控制，物料的顆粒大小也可以控制，并增加了物料之間的接觸面，使物料能更好地溶解。具體實(shí)施過(guò)程如下。

1)將不同的物料依次從進(jìn)料腔倒入提升腔，液體物料經(jīng)過(guò)過(guò)濾膜的過(guò)濾后直接進(jìn)入攪拌腔，固體物料則留在提升腔內(nèi)。起動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)，第一電動(dòng)機(jī)軸帶動(dòng)螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)固體物料進(jìn)行提升。

2)當(dāng)固體物料到達(dá)提升腔的上部時(shí)，固體物料進(jìn)入供料腔，再?gòu)墓┝瞎苈淙敕鬯榍粌?nèi)。起動(dòng)第二電動(dòng)機(jī)和第三電動(dòng)機(jī)，第二電動(dòng)機(jī)軸和第三電動(dòng)機(jī)軸分別帶動(dòng)搗碎柱和擠壓輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，利用搗碎柱和擠壓輥輪的相互配合將固體物料粉碎。

3)粉碎后的固體物料落在過(guò)濾板上，利用過(guò)濾板對(duì)固體物料進(jìn)行過(guò)濾，使符合粒徑要求的顆粒物料進(jìn)入下料腔，不符合要求的物料則留在粉碎腔內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行粉碎。下料腔內(nèi)的顆粒物料進(jìn)入攪拌腔，起動(dòng)第四電動(dòng)機(jī)，使第四電動(dòng)機(jī)軸帶動(dòng)攪拌葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，利用攪拌葉片對(duì)顆粒物料和液體物料進(jìn)行攪拌，使復(fù)合材料的物料相互混合。

4　結(jié)語(yǔ)

該裝置是一個(gè)多功能的物料混合裝置，適用范圍廣、易于操作和節(jié)省人力。應(yīng)用該裝置，可有效地將物料充分混合，提高產(chǎn)品的性能，并提高生產(chǎn)效率，其可用于大規(guī)模復(fù)合材料的生產(chǎn)。

[1] 于春田. 金屬基復(fù)合材料[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[2] 王建文，王麗.復(fù)合材料共混性的增韌機(jī)理研究[J].塑料制造，2012(5):51-53.

[3] 孫麗轉(zhuǎn)，張?bào)w磊.復(fù)合材料制造的傳統(tǒng)工藝研究[J].黑龍江科學(xué)，2015(6)：118.

[4] 王秀麗.復(fù)合材料物料混合處理裝置：中國(guó)，ZL201520921643.X[P].2016-04-06.

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51401182, 51275485)

航空科學(xué)基金項(xiàng)目(2014ZC55003)

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(162102210086，162102210243)

河南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(15A460011 )

責(zé)任編輯馬彤

Research on a New Type of Composite Material Mixing Processing Equipment

WANG Xiuli， WEI Yonghui

(Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou 450000， China)

With the rapid development of modern science and technology, people have increased their demand in the composite material, and the composite material with its unique advantage has become the research hot spot of people.Design a new type of composite material mixing device, which can mix solid material, powder, and liquid material to cross the freedom to choose three kinds of material mixing ratio. With this device, We can improve the quality of the material preparation and production efficiency, reduce the production cost, and improve the quality of the material preparation and production efficiency.

composite materials， material mix， device

TB 33

A

王秀麗(1983-), 女，碩士，助教/技師，主要從事耐磨材料和干摩擦等方面的研究。

魏永輝

2016-05-27