专利名称：用于粘性粉末材料的混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混合粘性粉末材料的方法和一种混合器。
在多种工业领域中，很多工业过程中都包含有以一种方式或另一种方式将作为原材料或中间产品的不同材料相混合的过程。从用简单装置实现混合物中的理想的均匀度的很简单的方法到在设备和循环过程上有更多要求的很复杂的方法，这样的工业混合过程混合方法的复杂程度变化很大。
混合方法一般可分为两类，即液体、气体、固体在液体中的混合，或它们的结合，以及微粒材料即干燥状态下的粉末或具有低于其饱和状态界限的湿度的粉末的混合。在粉末材料的混合中，与可由扩散或布朗运动而产生移动的流体相反，微粒在没有外力作用的情况下，不会产生移动。在混合过程中，粉末在微粒的物理性能如大小尺寸、密度、形态、表面条件等方面产生大幅度的变化。而且，粉末团中的单个粒子的大小尺寸要比流体中的粒子的尺寸高几个数量级。
由于以上所述在选择混合设备和混合循环中是未知的或尚未引起充分重视的特性的差异，使得在各种类型的混合过程中出现了很多问题。因此而出现的问题例如利用设计用来混合液体或干燥粉末材料的设备来混合其它类的材料而导致的失败。不适当的混合过程会给使用者带来极大的损失，损失表现在原材料的不必要的高消费，产生大量的次品，随后的成品的生产中的问题，消费者不满意及市场占领上的失败等。
在含有一种或多种粘性粉末的相同的混合物中，需要有从零上升至圆周速度的变化的速度梯度，同时，微小平面内的剪切力要大于滑脱力(slip force)。
滑脱力是单个粒子要脱离粒子团或粒子堆或粒子块所必需具有的力，而粒子团或粒子堆或粒子块是单个粒子的聚集体作为一个结合粒子，以便它可以单独起作用。滑脱力使得整个表面而不仅是一小侧面对于混合物的最终目标都是可得到的，它可以是颜料的染色。为了更好地理解，假设颜料粒子为在一足球场上的大球，但足球场看起来仍是绿色的。如果将球分成具有红颜色的2μm大的粒子，则整个的足球场看起来就是红色的了。
申请人在试验中发现，将颜料作为一粒子聚集体，例如包括2μm大的十个粒子，则颜色上的效果经常是仅一半是红的，因为颜料粒子是一个位于另一个的上面，而不是彼此相邻。
我们理解到，对于颜料的混合过程，其方法是应将粒子的聚集体转化为单个粒子。例如，在沥青混合料产品中，石子材料必须是其最小的单个石子，以便与乳化液之间得到理想的活动性。这里重要的是特定的表面，因为活动性的效率涉及暴露在反应之下的可得到的表面的面积。通常填料(filler)是1mm的聚集体，显然如果粒子的尺寸是大约10μm的话，则最终产品是完全不同的。粘性粒子由于一些力的内部变化倾向于以单个粒子的聚集体的形式出现，因为团块不够大不能分解结块。
对于药品，采用本发明填充材料的数量可能被降低，因为需要的溶液较少。物质被分解成单个粒子中以便可以生产出更小的药片，并且使药片吞咽起来更安全更容易。
一般说来，粉末的混合，特别是干燥粉末的混合，比液体和气体的混合更困难。利用现有技术中的结构，消耗时间、产品和成本，经常是不可能达到理论上的最优状态。选择可以实现多种作业的合适的设备对混合器设备的使用者能否获得良好的经济效益是至关重要的。另一方面，有很多设备乍一看似乎是相同的，但考虑到在混合过程中出现的很多问题，它们却是多种不同类型的。
固体的混合通过扩散、对流或剪切力的作用来实现。很多方法和设备都是以一种机理为基础、上述这些机理的组合。
粉末材料的物理性能随着粒子尺寸的不同而变化很大。如果一种粉末具有大约100μm的平均尺寸的粒子，则这种粉末物质通常是一种具有限定的滑动角的自由流动的物质，而没有粘结在一起的倾向。该物质在外界压力的作用下不会获得内部结合力，也不会承受更大的压力作用而不被压碎。要得到这样的物质的充分混合，应该采取扩散或对流的方式。
另一方面，如果粒子的尺寸较小，即粒子的主要部分基本上小于100μm，则粉末物质将从一种自由流动的物质变成一种粘性物质。它将得到一不确定的但很大的、也可能是负的的滑动角，并且在外界力的作用下，该物质还将获得相对较大的结合力。物理性能的变化还表现在粉末具有更强的能力形成聚集体，也就是会出现大的粉末块，每一个都具有很多小的粒子。物质性能变化的原因在于当粒子的尺寸减小时，粒子间的作用力将变成粉末中的主导作用力，该力的功能是将粒子相互结合在一起。粒子间的作用力可以是范德华作用力，静电作用力，化学、磁或毛细作用力。这意味着与这些力相比重力作用的影响是很小的。因此，重力的作用不能将粉末分解成单个粒子，而分解成单个粒子又是得到精细的混合物所必需的。所以，必须以摩擦或高动力能量的方式向粉末或聚集体施加剪切力的作用。
高动力能量，例如由快速旋转刀得到的能量的利用是已知的，并已经被广泛应用。它是一种很有效的方法，但如果刀很容易变形或不能胜任较粗糙的工作环境，则会损坏相关的材料。而且，还存在其它的问题，如旋转刀工具变形磨损而带来的对粉末的污染。如果粉末是粘性的，那么结果很容易是工具上很快就粘满粉末，使其不能有效地发挥作用。
本发明使提供没有上述缺点的粉末剪切力成为可能。这由本发明的方法和混合装置来实现，本发明方法和混合装置由在权利要求书中提出的特征来限定。
本发明与现有技术相比具有很多优点。由于在微小平面内的精细分布，分离性能被显著地提高了。混合过程可以进行细致的整理，以便使用极少量的有害材料，使混合环境得到良好改善。
昂贵部件的消耗量很少，使得成本大幅度地降低。在此方面，会提到颜料混合方法，如粉末状漆的生产，本发明可以节省15％的颜料消耗，颜料的成本要大大地高于添加剂的成本。其它的优点还包括往复工作的可靠性、简便性的增加，同时混合过程控制得以改进，并具有良好的计划编制工具，而且输送更可靠。
本发明的附图包括
图1是一具有两个转子的混合器的剖视图，该混合器的实施例中带有摩擦轮(rubbing wane)，图2是摩擦轮的另一实施例的一局部剖视图，图3示出与图2相当的摩擦轮的第三实施例的视图，图4示出了图1所示的混合器的一平面视图，和图5示出了混合器的一实施例，其中靠在混合器的端壁上进行摩擦的过程。
通过在规则的搅拌轮3之间提供具有特殊形状的摩擦轮1、4、5，在混合器壳体6内进行输送和混合，可以实现在多个剪切平面内将粉末击碎，因此当在微小平面内进行混合时，同时粉碎成块的粉末。摩擦轮1、4、5借助于转子2的旋转运动，将材料压靠在壳体6的底部壁面上进行摩擦，进而施加足够的剪切力击碎成块的粉末之间的粘结。摩擦过程还可以由摩擦轮7在壳体6的端壁8上摩擦材料来提供，如图5中所示。
可以在低速下进行这一混合过程，因此可以使粉末团的移动更轻柔一些。本发明的方法和混合器装置可以与其它的混合原理相结合，以便可以同时实现三组机构的混合，因为混合是经过在微小平面内的剪切来实现，同时整个的粒子团利用扩散和对流被搅拌和混合。
本发明方法的实施例中的混合器壳体6可以利用固定在两个转动方向相反的平行的转子2上的摩擦轮1、4、5，摩擦轮挤压粉末团的一部分，并在固定壳体6上摩擦它。在应力的作用下，在粉末团内将出现多处破碎。由于剪切应力的作用，在破碎平面的每一侧面之间将产生一相对移动，而这一移动将带来在破碎区域自身内的相对块状输送。在该破碎区域内的成块粉末将在剪切压力的作用下被击碎，而成块粉末的各个部分在被击碎之后将由于在剪切平面的两个侧面之间出现的相对移动而彼此相分离输送。这就实现了在低速下进行的细微的混合过程。
可以在其中有一种活性介质被均匀地分布在一粉末团内的包括精细材料的混合，粘性粉末材料的混合的所有的混合过程中利用本发明的方法和混合装置。在多种工业领域中都存在着这样的混合过程，例如药品的生产，涂料中的各种原材料中的颜料的混合，化学反应物和催化剂，面粉混合物，有色粉笔，煤或粘结料，调色剂和复印机的粉末等。
本发明的方法和混合装置还可以用于少量液体在干粉内的混合，或糊状产品的混合。
摩擦轮可具有如图1所示的形状，即包括一弯成如图所示形状的管。如此弯曲的管状的摩擦轮1被紧固到转子2上，在混合器的搅拌轮3之间在转子的长度上分布。
在图2示出的另一实施例中，其中摩擦轮4被弯曲，以便产品沿摩擦轮4被摩擦同时产品沿径向向外抛出。图3所示的实施例中的摩擦轮5具有椭圆盘形状，如此的形状使得产品将在壁6上被摩擦。
摩擦轮1、4、5、7靠近壁6、8的宽度根据要被混合的材料来选择，或者适合特殊的条件。可以以板状或管状生产出摩擦轮。
所示的本发明特别适合于低圆周速度如0至3米/秒的轻型混合器，它能够带来良好的效益。
权利要求
1.用于一种特别适用于粘性粉末材料的混合器的方法，其特征在于用至少一个位于每一个转子上的摩擦轮在混合器的壁(6，8)上摩擦粘性材料，以便使粘性材料在摩擦轮和壁(6，8)之间在被摩擦的过程中受到剪切力的作用。
2.用于混合特别是粘性粉末材料的混合器，包括具有多个搅拌轮(3)的转子，这些搅拌轮(3)沿转子位于一空间内，其特征在于除了混合器的搅拌轮(3)之外，还在每一个转子上提供至少一个摩擦轮(1，4，5，7)，其中摩擦轮的布置使得粘性材料在混合器壳体内在摩擦轮和壁(6，8)之间被摩擦。
3.如权利要求2所述的混合器，其特征在于，在转子(2)上，在转子的搅拌轮(3)之间安装有多个摩擦轮(1，4，5)，其中摩擦轮的形状为沿径向向外延伸的杆，具有与粒子接触的最好为圆形的表面，并且至少摩擦轮的外端弯曲至确定程度，使粒子在摩擦轮上在每一个摩擦轮的每一侧和其周边上被摩擦，以便由它们提供将聚集体击碎的剪切力，使粒子相混合。
4.如权利要求3所述的混合器，其特征在于，摩擦轮(5)是沿径向布置的圆盘，该圆盘具有圆形的边缘，轴向方向上为椭圆形或类似形状。
5.如权利要求2至4所述的混合器，其特征在于摩擦轮(1，4)为沿径向外端弯曲的管。
6.如权利要求2所述的混合器，其特征在于每一个转子(2)在每一端具有一个摩擦轮(7)，用于在混合器的端壁(8)上摩擦粘性材料。
全文摘要
本发明公开了用于一种特别适用于粘性粉末材料的混合器的方法,用至少一个位于每一个转子上的摩擦轮在混合器的壁(6,8)上摩擦粘性材料,以便在摩擦过程中在摩擦轮和壁(6,8)之间向粘性材料施加剪切力的作用。混合器包括具有多个搅拌轮(3)的两个转子,这些搅拌轮(3)沿转子间隔布置,并且除了混合器的搅拌轮(3)之外,在每一个转子上还提供至少一个摩擦轮(1,4,5,7),摩擦轮的布置使得粘性材料在混合器壳体内在摩擦轮和壁(6,8)之间被摩擦。
文档编号B01F7/04GK1249699SQ98803144
公开日2000年4月5日 申请日期1998年3月6日 优先权日1997年3月6日
发明者盖尔·诺达尔 申请人:盖尔·诺达尔