CN104174323B - 一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于乳化混合设备领域，具体涉及一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备。本发明至少包括定子和转子，定子和转子间构成转动配合且两者转动配合面间形成的间隙构成物料的乳化搅拌间隙；乳化搅拌设备还包括弹性碾片，弹性碾片的一端布置于转子和/或定子处以构成铰接端，其另一端向定子和/或转子的转动配合面处顺延并抵靠上述转动配合面处以形成悬置端；在定子径向方向上，弹性碾片长度大于其铰接端至与其悬置端所抵靠配合的转动配合面间的最小间距；弹性碾片上还设置有回复单元，回复单元所提供的回复力方向与转子的转动方向同向布置。本发明结构合理而搅拌效率更高，可有效提升细微材料甚至纳米级材料的高效分散、均质、混合效果。

Description

一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备

技术领域

本发明属于乳化混合设备领域，具体涉及用于细微物料尤其是纳米级物料的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备。

背景技术

石化工业、食品、生物制药、电化行业、纺织印染、农药化肥、新能源等各行各业的生产制作过程，都离不开混合、均质、分散、乳化步骤。乳化机就是通过与发动机连接的均质头的高速旋转，对多种不同相的物料产生剪切、分散、撞击效果，从而达到物料整体更加细腻和促使多相相融的目的。

随着社会技术的不断发展，物料颗粒越来越小，对于物料的混合、均质、分散、乳化效果的苛求程度也就越来越高，传统的搅拌、乳化、分散的乳化方式已经越来越难以满足现今的高品质产品需求。尤其是细微材料甚至是纳米级的新材料不断涌现后，由于纳米材料的比表面积大，团聚效果强。特别是很多电子化工类的纳米级材料，如构成锂离子电池的正负极材料等，结构更为敏感，传统搅拌方式的问题也就表现的更加明显。究其原因，在于目前的针对纳米级物料进行搅拌的高剪切分散乳化机，其搅拌原理在于依靠其内转子高速平稳的旋转，形成高频、强烈的圆周切线速度、角向速度等综合动能效能。在定子的作用下，定、转子间的上述互动会形成强烈、往复的液力剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应，物料在容器中循环往复以上工作过程，从而获得产品。考虑到目前机械加工工业的精度和水平，高剪切分散乳化机的定、转子的配合间隙往往数以毫米计，该间隙对于万分之一毫米范围的纳米级物料而言犹如广阔无比的通道；因此纳米级物料在进行上述乳化搅拌时的分散效果往往差强人意，搅拌时间更是长达数小时乃至数十小时。如何克服上述现有技术不足的基础上，研发出一种结构合理而实用的乳化搅拌设备，从而能部分甚至完美解决传统乳化、搅拌、分散设备所不能解决的细微材料甚至纳米级材料的分散、均质、混合问题，为本领域近十年来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而搅拌效率更高的具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，以有效提升细微材料甚至纳米级材料的高效分散、均质、混合效果。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，至少包括彼此同轴布置的定子和转子，定子和转子间构成转动配合且两者转动配合面间形成的间隙构成物料的乳化搅拌间隙；其特征在于：所述乳化搅拌设备还包括可沿转子转动方向做摆动动作的弹性碾片，所述弹性碾片的一端布置于转子和/或定子处以构成铰接端，其另一端向定子和/或转子的转动配合面处顺延并抵靠上述转动配合面处以形成悬置端；在定子径向方向上，弹性碾片长度大于其铰接端至与其悬置端所抵靠配合的转动配合面间的最小间距；所述弹性碾片上还设置有用于提供自身以回复力，以使弹性碾片的悬置端抵靠于相应转动配合面上的回复单元，所述回复单元所提供的回复力方向与转子的转动方向同向布置。

定子外形呈圆环状且由其一端环面处轴向凸设有凸齿，凸齿为多个并沿定子环面环绕均布，所述转子位于上述凸齿围合成的区域内且转子上相应凸设若干与凸齿內缘面间配合的顶块，顶块外缘面与凸齿內缘面配合构成上述定子和转子的转动配合面；弹性碾片的铰接端固接于转子的顶块处，其悬置端向凸齿內缘面处顺延并与其构成抵靠配合。

所述顶块外缘面处内凹设置有沉槽，沉槽槽长方向与转子轴向同向布置，弹性碾片的铰接端嵌设于沉槽槽底处，其悬置端向沉槽槽口处延伸并与凸齿內缘面间构成抵靠配合。

所述弹性碾片为氟化橡胶片；弹性碾片的铰接端外形呈圆柱状，其悬置端为沿圆柱状铰接端径向向外顺延的长方片状构造，悬置端厚度小于铰接端直径；沉槽外形呈槽口逐渐外扩的“八”字槽状，其槽底凹设有供弹性碾片铰接端卡嵌的与其铰接端外形轮廓吻合的嵌槽，所述嵌槽沿沉槽槽长方向顺延布置，且嵌槽槽口宽度小于弹性碾片铰接端直径。

弹性碾片包括构成其铰接端的固定板以及与固定板间构成固接配合的构成其顺延端的氟化橡胶片，弹性碾片的铰接端位于固定板的相对于安装氟化橡胶片的另一端处；沉槽外形呈槽口逐渐外扩的“八”字槽状，其槽底与弹性碾片的铰接端间形成铰接配合，所述回复单元为复位弹簧，所述回复单元固接于沉槽的一侧槽壁处且其另一端与固定板板面间构成固接配合。

所述固定板外形呈板面平行转子轴线布置的条板状，其用于安装氟化橡胶片的一端端面内凹布置有用于插接氟化橡胶片的插接槽，插接槽外形轮廓与氟化橡胶片外形吻合且其布置方向平行转子轴线，插接槽的槽壁处贯穿板体开设有用于安设紧钉螺钉以固接氟化橡胶片的螺纹孔。

所述回复单元固接于沉槽的位于转子转动方向的一侧槽壁处。

所述沉槽的一侧槽壁与转子轴线同平面布置，其另一侧槽壁的倾斜方向与转子转动方向反向布置。

所述凸齿的位于弹性碾片进入端所在的一侧棱边呈圆滑过渡的倒圆角结构。

本发明的主要优点在于：

1)、基于传统的高剪切乳化分散设备的基础上，以独特的弹性碾片的布置，用以实现转子相对于定子或定子相对于转子的转动配合面的碾、搓、磨效果。与传统的效率低下的仅依靠上述转动配合面间的液流碰撞效应来达到物料乳化搅拌目的不同，本发明立足于纳米级物料自身万分之一毫米颗粒直径的基本前提下，充分利用了碾、搓、磨的工作效应机理，通过弹性碾片对于相应转动配合面的抵压式结构，从而完善的解决了传统乳化分散设备所不能达到的对于纳米级物料的乳化分散效果。传统的数以小时乃至十小时计的搅拌时间，在本发明的设备作用下，数十分钟乃至数分钟即可完成其均匀的乳化搅拌分散效果，其搅拌效率可得到极大提升。

在实际工作时，传统设备所存在的定子和转子间的转动配合面间，所形成的相对纳米级物料而言的“巨大”配合间隙，被弹性碾片的悬置端整体的抵靠覆盖起来。在回复单元的作用力下，弹性碾片相对于转动配合面的抵紧效果使上述配合间隙急剧减小。同时的，在微观上，实际上弹性碾片的悬置端和相应抵靠配合的转动配合面间实际上还是存在极其细微的间隙的。转子转动时，弹性碾片不断拍击和抵靠相应的转动配合面并持续的捕捉物料，随着转子不断转动和弹性碾片的悬置端不断刷过相应转动配合面，从而也就不断的将物料带入上述弹性碾片和转动配合面之间的细微间隙内。由于上述细微间隙极小，小到纳米级物料都能够在其内不断的实现其碾、搓、磨的乳化效果，其乳化效果显然更高，后期的分散搅拌功能也就更强。其乳化时间更是能够从原先的数十小时惊人的缩短为数十分钟乃至数分钟，最终也就使细微材料甚至纳米级材料的分散、均质、混合效果得到了进一步的提升。

2)、转子上的沉槽的布置，具体化的实现了弹性碾片的可靠安置效果。转子上布置顶块，物料经由转子端部涌入，再经过顶块与顶块之间的间隙，在弹性碾片的拍击和抵压作用下，物料渗透至顶块与定子上的凸齿的转动配合面处，进而依靠弹性碾片的碾、搓、磨效应而随凸齿之间的间隙排出其外，以达成整体的乳化搅拌分散效果。

3)、对于弹性碾片的具体实施结构，具体操作时甚至可直接将其固接于转子的顶块侧部处，只需实现弹性碾片相对于相应转动配合面的抵紧作用即可，而本发明则具体有以下两种实现方式：

其一为通过单纯的具备耐磨性的氟化橡胶形成弹性碾片，以其自身的弹性材质构成上述回复单元，并以其弹性力作为上述回复单元的回复力。实际使用时，由于其铰接端的独特结构，弹性碾片的铰接端沿转子轴向可靠的插接在沉槽上的嵌槽内。在转子转动过程中，弹性碾片不断的在自身弹性回复力作用下复位-刮擦定子转动配合面-复位-刮擦…，弹性碾片的悬置端始终紧密而可靠的抵靠在定子的转动配合面处，从而提供纳米级物料以碾、搓、磨的平台，最终确保高效率的纳米级材料的乳化搅拌分散效果。

第二种实现方式，则是依靠复位弹簧如拉伸或压缩弹簧作为回复单元，以复位弹簧与固定板间的机械固接配合，从而保证固定板在作为氟化橡胶与转子的连接组件的同时，实现了固定板基于转子的摆动和弹性复位效果。复位弹簧与固定板构成组合件，通过将弹簧的另一端以螺栓或其他方式固接于顶块上，同时再以固定板底端与沉槽底部间行程合页铰接配合，以其固定板的悬置端处的插接槽来实现氟化橡胶的插接和可更换功能，从而保证其整体工作性能的可靠性和工作效率的高效性。而其工作流程则同理第一种方案，此处就不再赘述。

4)、沉槽的“八”字形开口角度，此处也是一处重点。作为弹性碾片的安置槽，一方面，沉槽的与转子轴线同平面布置的一侧槽壁，保证了在弹性碾片复位时其铰接端始终处于与定子的转动配合面的最小间距处。从而即使在弹性碾片因磨损而在转子径向上的长度逐渐缩短时，只要其长度不会小于或等于上述最小间距，其可使用性和对于纳米级物料的碾、搓、磨特性就仍然存在，其使用寿命就仍能得到有效保证。另一方面，沉槽的倾斜方向与转子转动方向反向布置的一侧槽壁，通过与前述槽壁之间的开口度而限定和保证了弹性碾片的摆动范围。同时的，弹性碾片在转子转动而抵紧定子时，必然会受到定子上的凸齿的反作用力，通过合理布置，也可依靠该倾斜槽壁作为承力载体，从而使弹性碾片的位于沉槽内的某一侧面始终能在受到凸齿作用里时面贴靠的抵合在其倾斜槽壁处。而弹性碾片的位于沉槽外的悬置端部则更可靠的实现对于定子上相应凸齿內缘面的抵靠效果，进而进一步提升弹性碾片的工作可靠性，一举多得。

附图说明

图1为本发明其中一种转子结构的立体结构示意图；

图2为图1的I部分局部放大图；

图3为图1所示结构的转子的立体结构示意图；

图4为本发明的另一种转子结构的立体结构示意图；

图5为图4所示结构的转子端面视图；

图6为图4所示结构的定子端面视图；

图7-8为图4结构的凸齿和顶块的工作状态配合示意图；

图9-10为弹性碾片的受力摆动图；

图11为回复单元为拉伸弹簧时的弹性碾片结构示意图；

图12为回复单元为压缩弹簧时的弹性碾片结构示意图。

图示中各标号与本发明的各部件名称对应关系如下：

10-定子11-凸齿

20-转子21-顶块22-沉槽23-嵌槽

30-弹性碾片31-固定板32-复位弹簧

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-12对本发明的结构及具体工作流程作以下进一步阐述：

本发明的结构如图1-12所示，具体包括彼此间构成同轴转动配合的定子10和转子20，定子10上沿其轴向凸设有多个凸齿11，且各凸齿11沿定子10轴线周向环绕构成整圆环状；而转子20则或直接容纳于定子的圆环状凸齿11内。在转子20转动时，转子20的外缘面则与各凸齿11的內缘面间彼此相对动作。

本发明的设计要点，即在定子10和转子20的转动配合面也即转子20外缘面与凸齿11內缘面间，在保证低成本和满足高效率乳化搅拌分散效果的前提下，以可摆动且具备一定弹性回复力的弹性碾片30，来确保对于上述转动配合面所构成间隙的填充和实现弹性碾片30基于相应转动配合面的、搓、磨功能。

实际上，无论何种乳化设备的转子20，都不可避免存在与定子10的凸齿11內缘面间构成配合的顶块21。其顶块21或呈现与定子10上凸齿11外形一致的弧面板状，或呈现如图1-3所示的螺旋块状。本发明通过在上述顶块21的外缘面处直接内凹布置沉槽22，以沉槽22的底面铰接弹性碾片30，利用弹性碾片30自身的固有长度来确保其悬置端对于定子10的凸齿11內缘面的抵靠目的。再以回复单元提供弹性碾片30以弹性回复力，从而保证弹性碾片30在抵靠凸齿11內缘面时能够始终保持紧密的贴合效果。而具体则存在以下两种优化的实现方式：

其第一种实现方式，通过通过单纯的具备耐磨性的氟化橡胶片直接形成弹性碾片30，具体如图1-10所示，此时其自身的弹性材料即构成提供其以回复力的回复单元。弹性碾片30呈悬置端为条板状而铰接端呈圆柱体状的组合结构，且铰接端的直径明显的大于悬置端的板厚。实际操作时，将槽口逐渐外扩的“八”字槽状沉槽22的槽底处内凹布置外形与弹性碾片30铰接端轮廓一直的嵌槽23，嵌槽23的槽长平行转子20轴线且其槽长贯穿转子20的轴向布置(也即嵌槽23为贯穿槽)。通过将弹性碾片30直接沿转子轴向插入嵌槽23内，即可实现弹性碾片30的固接目的。一旦转子20转动，弹性碾片30撞击定子10的凸齿11內缘面边沿而产生抵压受力，由于弹性碾片30的铰接端固定于沉槽22内，因此其悬置端即可产生相对于沉槽22的摆动效果。而当该弹性碾片30转过凸齿11，进入凸齿11之间的间隙而导致上述低压外力去除时，在自身弹性回复力作用下，弹性碾片30的悬置端即可自身回复原始位置，以方便继续与下一道定子10的凸齿11內缘面的可靠抵靠效果。

本发明的第二种弹性碾片30与转子20间的配合结构，则是以则是依靠拉伸或压缩弹簧作为回复单元，具体如图11-12所示。其以弹簧与固定板31间的机械固接配合，从而保证固定板31在作为氟化橡胶片与转子的连接组件的同时，实现了固定板31基于转子20的摆动和弹性复位效果。弹簧与固定板31构成组合件，通过将弹簧的另一端以图中的螺栓固接或其他方式固接于顶块21上，同时再以固定板31底端与沉槽22底部间构成铰接配合；以其固定板31的悬置端处的插接槽来实现氟化橡胶片的插接和可更换功能，从而保证其整体工作性能的可靠性和工作效率的高效性。一旦弹性碾片30上的氟化橡胶片受力，在力的传导下，固定板31产生沿其与沉槽22铰接处的铰接端产生摆动趋势。直至氟化橡胶片的受力达到一定程度时，固定板31克服弹簧的弹力而真正产生摆动动作，此时氟化橡胶片也始终紧密的抵靠在某一凸齿11的內缘面处。在该氟化橡胶片脱出凸齿11范围，进入凸齿11之间的间隙处而不再受力时，在弹簧的弹力作用下，固定板31带动氟化橡胶片回缩至初始位置，等待下一次氟化橡胶片与凸齿11的拍击碰撞。

本发明在实际操作时，一方面，在宏观上，传统设备所存在的定子10和转子20间的转动配合面间，所形成的相对纳米级物料而言的“巨大”配合间隙，被弹性碾片30的悬置端整体的抵靠覆盖起来；在回复单元的作用力下，弹性碾片30相对于定子10的凸齿11內缘面的抵紧效果使上述转动配合间隙急剧减小。而在微观上，实际上弹性碾片30的悬置端和定子10的凸齿11內缘面间实际上还是存在极其细微的间隙的，其细微的间隙已经达到了纳米级甚至更小，随着转子转动时，弹性碾片30不断拍击凸齿11內缘面并持续的捕捉物料，再不断刷过凸齿11內缘面，纳米级物料被在上述两者的细微间隙内摩擦碾压，从而实现其碾、搓、磨的乳化效果。本发明乳化效果显然更高，其乳化时间更是能够从原先的数十小时惊人的缩短为数十分钟乃至数分钟，乳化效率极高。

本发明的各构成部件采用软硬机械式接触力来细化混合，通过柔性元件，通过以柔克刚的原理，特别适用于对表面结构敏感的材料，以及容易团聚的纳米级材料的乳化分散搅拌。也就是说：本发明的乳化、搅拌、分散设备即使在高速运行状态下，由于弹性碾片所具备的弹性的碾、搓、磨特殊的独特功效，在同等搅拌质量下，对搅拌时间的要求大大降低，甚至对于更低的搅拌速度和更高的搅拌质量的要求均可胜任，同时，对敏感物料的表面几乎没有损害，且设备的耐用性高而能耗低。在制造行业，均质、分散、混合对产品的质量起着至关重要的影响，本发明的结构，对提升行业的制造能力，尤其是对于石化行业、精细化工行业乃至电化学行业等精细工业，具有现实和深远的影响。

Claims (9)

1.一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，至少包括彼此同轴布置的定子(10)和转子(20)，定子(10)和转子(20)间构成转动配合且两者转动配合面间形成的间隙构成物料的乳化搅拌间隙；其特征在于：所述乳化搅拌设备还包括可沿转子(20)转动方向做摆动动作的弹性碾片(30)，所述弹性碾片(30)的一端布置于转子(20)和/或定子(10)处以构成铰接端，其另一端向定子(10)和/或转子(20)的转动配合面处顺延并抵靠上述转动配合面处以形成悬置端；在定子径向方向上，弹性碾片(30)长度大于其铰接端至与其悬置端所抵靠配合的转动配合面间的最小间距；所述弹性碾片(30)上还设置有用于提供自身以回复力，以使弹性碾片(30)的悬置端抵靠于相应转动配合面上的回复单元，所述回复单元所提供的回复力方向与转子(20)的转动方向同向布置。

2.根据权利要求1所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：定子(10)外形呈圆环状且由其一端环面处轴向凸设有凸齿(11)，凸齿(11)为多个并沿定子(10)环面环绕均布，所述转子(20)位于上述凸齿(11)围合成的区域内且转子(20)上相应凸设若干与凸齿(11)內缘面间配合的顶块(21)，顶块(21)外缘面与凸齿(11)內缘面配合构成上述定子(10)和转子(20)的转动配合面；弹性碾片(30)的铰接端固接于转子(20)的顶块(21)处，其悬置端向凸齿(11)內缘面处顺延并与其构成抵靠配合。

3.根据权利要求2所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：所述顶块(21)外缘面处内凹设置有沉槽(22)，沉槽(22)槽长方向与转子(20)轴向同向布置，弹性碾片(30)的铰接端嵌设于沉槽(22)槽底处，其悬置端向沉槽(22)槽口处延伸并与凸齿(11)內缘面间构成抵靠配合。

4.根据权利要求3所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：所述弹性碾片(30)为氟化橡胶片；弹性碾片(30)的铰接端外形呈圆柱状，其悬置端为沿圆柱状铰接端径向向外顺延的长方片状构造，悬置端厚度小于铰接端直径；沉槽(22)外形呈槽口逐渐外扩的“八”字槽状，其槽底凹设有供弹性碾片(30)铰接端卡嵌的与其铰接端外形轮廓吻合的嵌槽(23)，所述嵌槽(23)沿沉槽(22)槽长方向顺延布置，且嵌槽(23)槽口宽度小于弹性碾片(30)铰接端直径。

5.根据权利要求3所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：弹性碾片(30)包括构成其铰接端的固定板(31)以及与固定板(31)间构成固接配合的构成其顺延端的氟化橡胶片，弹性碾片(30)的铰接端位于固定板(31)的相对于安装氟化橡胶片的另一端处；沉槽(22)外形呈槽口逐渐外扩的“八”字槽状，其槽底与弹性碾片(30)的铰接端间形成铰接配合，所述回复单元为复位弹簧(32)，所述回复单元固接于沉槽(22)的一侧槽壁处且其另一端与固定板(31)板面间构成固接配合。

6.根据权利要求5所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：所述固定板(31)外形呈板面平行转子(20)轴线布置的条板状，其用于安装氟化橡胶片的一端端面内凹布置有用于插接氟化橡胶片的插接槽，插接槽外形轮廓与氟化橡胶片外形吻合且其布置方向平行转子(20)轴线，插接槽的槽壁处贯穿板体开设有用于安设紧钉螺钉以固接氟化橡胶片的螺纹孔。

7.根据权利要求5所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：所述回复单元固接于沉槽(22)的位于转子(20)转动方向的一侧槽壁处。

8.根据权利要求4或5所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：所述沉槽(22)的一侧槽壁与转子(20)轴线同平面布置，其另一侧槽壁的倾斜方向与转子(20)转动方向反向布置。

9.根据权利要求2或3或4或5或6或7所述的一种具有碾、搓、磨功能的乳化搅拌设备，其特征在于：所述凸齿(11)的位于弹性碾片(30)进入端所在的一侧棱边呈圆滑过渡的倒圆角结构。