CN107350009B - 一种可施加电场的辊压机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可施加电场的辊压机，本发明的特点是辊压机的辊面为导电材质，辊与辊之间为电绝缘，工作时可通过电刷摩擦辊面等方式在辊间施加直流电场或交流电场。常规的辊压机主要利用辊间的剪切力、碾压力，实现颗粒的粉碎和分散；本发明提出的辊压机除了具有常规辊压机的功能，还能在辊间施加交、直流电场，通过引入电化学作用，诱导体系中的颗粒或溶液发生物理、化学变化，增加彼此之间的相互作用力，提高研磨、分散效率。本发明可实现固液分散体系的高效研磨和快速混合，如油墨、涂料、化妆品等固液体系中固体颗粒的粉碎、均质以及液液两相的混合、分散。

Description

一种可施加电场的辊压机

技术领域

本发明涉及液液或固液两相分散体系的分散、研磨领域，具体为一种可施加电场的辊压机。

背景技术

纳米技术可使许多传统产品发生根本性的改变，把纳米颗粒或纳米材料添加到传统的材料中，可改进或获得一系列功能，如在油漆、油墨或涂料中应用纳米技术，不但极大的提高遮盖率，延长材料的老化时间，而且节省原料。在化纤布料中加入少量的金属纳米颗粒就可以摆脱因摩擦而产生的静电现象。在食品、药品、化妆品中加入纳米材料将极大地提高人体对有效物质的吸收率。纳米陶瓷已广泛应用于计算机、航天、军事领域。因此纳米技术已经悄悄给人类生活带来了种种变化，并将成为一种革命性技术。

纳米技术首先要通过一定的方法制备具有纳米尺度的粉体材料，当粉体粒子尺寸由10um减小到10nm时，其粒径改变为1000倍，换算成体积改变则将有10⁹倍，所以两者的物理、化学性质有很大的差异，体现出纳米粒子奇特的表面效应、量子尺寸效应以及高化学反应活性。而且其领域涉及到化学、物理学、材料科学和分子生物学等领域。纳米粉体巨大的表面积和表面能，使其极易团聚，在具体应用时产生流动性差、不易分散等困难，只有根据所应用介质的性质，对其表面进行相应的改性，才能使纳米粉体均匀的分散到介质中去，发挥纳米材料的效应。

微纳米颗粒材料的制造方法有化学法和机械法等。研磨能使材料通过机械法破碎至纳米级。

辊压机是工业上常用的物料混合研磨装置，主要应用于油漆油墨、颜料涂料、化妆品、橡胶等液体浆料及膏状物料的混合、研磨与分散。对于两相分散体系（如固体颗粒和溶剂构成的固液两相体系，或者油水两相分散体系），物料在辊压机辊面的传送过程可以视为流体在辊间及辊面的流动，而压辊对分散相的挤压和摩擦主要集中在辊与辊之间的缝隙处，此时压辊的转动造成分散体系中的颗粒在辊间相互挤压与摩擦，同时辊之间的速度差异会对物料施加摩擦剪切力，从而达到混合、研磨及分散的目的。

然而在实际使用过程中，有些情况下由于两相体系之间表面能、极性或亲疏性等的不匹配，颗粒和溶剂之间的相互作用较弱，压辊转动过程中产生的摩擦剪切力难以传导到固体颗粒上，粉碎或分散效果较差。若能在辊间施加交、直流电场，通过引入电化学调控作用，诱导体系中的颗粒或溶液发生界面极化、粘度变化等物理变化，甚至是发生化学插层或化学反应，增加彼此之间的相互作用力，将有助于提高研磨、分散效率。同时，对于有取向的颗粒，如一维的纤维、二维的层片状材料，其电场作用下，能产生取向排列，这有助于剪切力针对性地作用于某一方向，产生独特的研磨效果。

发明内容

本发明针对以上存在的问题，提出了一种可施加电场的辊压机，辊压机的辊面为导电材质，工作时可通过电刷摩擦辊面等方式在辊间施加直流电场或交流电场。常规的辊压机主要利用辊间的剪切力、碾压力，实现固体颗粒的粉碎和固液分散；本发明提出的辊压机除了具有常规辊压机的功能，还能在辊间施加交、直流电场，通过引入电化学作用，诱导体系中的颗粒或溶液发生物理、化学变化，增加彼此之间的相互作用力，提高研磨、分散效率。

实现本发明的技术方案是：一种可施加电场的辊压机，包括底座、机架、压辊、压辊间距调节装置、速度调节装置、电压施加装置、进料挡板及出料装置，压辊的辊面为导电材料制成。

为实现能在压辊间形成电场，可通过如下几种方式：1）压辊通过轴承固定在机架上，所述轴承为绝缘材料制成；2）压辊表面层为导电材料制成，内层的中心轴为绝缘材料制成；压辊为三层复合结构，包括由导电材料制成的外层的辊面、中间的绝缘夹层及内层的中心轴，所述绝缘夹层由绝缘材料制成。

辊压机一般包含至少两个压辊，将轴承、中心轴或绝缘夹层设计为绝缘材料制成的目的是防止压辊表面的电荷转移到辊压机的其他部位，保证电荷只分布在压辊的表面。

所述机架上还设有电刷固定装置，电刷固定装置上设有Y形电刷支架，Y形电刷支架下端设有石墨电刷，石墨电刷与压辊的辊面相接触。

所述导电材料为铁基合金、镍铬合金、碳化铬合金、高锰合金、碳化钨合金、镍钨合金、钛合金、铝合金、镁合金、铜合金、镍合金。

所述绝缘材料为聚酰胺、聚四氟乙烯、聚乙烯、耐热环氧树脂、酚醛树脂、聚甲醛、氟塑料、聚酰亚胺、有机硅/聚苯硫醚、氯化聚醚、氧化锆或氧化铝。

所述压辊的数量至少为2个，相邻压辊之间施加电压，形成交流或直流电场。电压施加方式可以有如下几种：如辊数目为偶数，如2辊机，施加电压方式为正、负。4辊机施加电压方式为正、负、正、负；如辊数目为奇数，如3辊机，施加电压方式为正、负、正，或负、正、负；也可以是正、零、负。

所述压辊通过轴承安装在机架上，机架上设有进料装置和出料装置，进料装置上设有进料挡板，进料挡板位于压辊的两侧，所述出料装置包括出料板和刮刀组成，刮刀固定在出料板的上端，物料经压辊的相互挤压后经出料端的压辊带出、经刮刀刮取后经出料板流出。

所述进料挡板与压辊的辊面相垂直、且进料挡板的下端与辊面相贴合。

所述刮刀与出料端的压辊成一定夹角，夹角为10^o~45^o。

本发明所述的在辊间施加电场，具体是通过设计一种绝缘的电刷固定装置，将Y形电刷支架压紧贴合在压辊的一端表面，使得电刷与辊面相互贴合，所述电刷为常规石墨电刷，用导线将碳刷接线柱与直流电源或交流电源的输出端相连接即可。

本发明的有益效果是：1.通过设计三层复合结构的压辊，可实现在辊压机的辊间施加直流电场或交流电场，同时保证了辊面与压辊机主体结构的绝缘，使压辊上的电荷只分布在辊的表面而不发生转移。

2.可施加电场的压辊机，在电场作用下，固液分散体系中的颗粒产生极化，增强了分散相与溶剂相的相互作用，提高了研磨效率。

3.在电场作用下，固液分散体系中的颗粒被极化而产生取向，可以使得颗粒取向与其在压辊机辊面的运动方向相匹配，从而增强剪切效应。

4. 通过优选反应体系，在辊压过程中能同时发生电化学反应，将机械力和电化学作用力叠合在一起，产生独特的研磨效果。

附图说明

图1是辊压机压辊的三层复合结构示意图。

图2是辊压机的结构示意图。

图3是辊压机的进料挡板示意图。

图4是辊压机的出料板结构示意图。

具体实施方式

如图2、3、4所示，本发明提供了一种可施加电场的辊压机，包括底座、机架12、压辊、压辊间距调节装置11、速度调节装置122、电压施加装置、进料挡板19及出料装置，相邻压辊之间电绝缘，且压辊的辊面为导电材料制成。

所述压辊通过轴承安装在机架12上，机架上设有进料装置和出料装置，进料装置上设有进料挡板19，进料挡板19位于压辊的两侧，所述出料装置包括出料板53和刮刀51组成，刮刀51固定在出料板53的上端，物料经压辊的相互挤压后经出料端的压辊带出、经刮刀51刮取后经出料板53流出。

压辊通过机械轴承安装在机架12上，压辊的转速通过矢量型变频器121来调节，压辊之间的间距通过与机架12紧密接触的旋转手柄调节。进料挡板19为两个，分别放置在进料处压辊的两侧，与辊面垂直且下端与辊面相贴合。进料挡板19为聚四氟乙烯材质，厚度为通过固定螺丝固定在钢架上，其下端双侧加工成内凹弧形边缘，使其刚好与辊面紧密贴合。

所述刮刀51与出料端的压辊成一定夹角，夹角为10^o~45^o。

所述所述机架上还设有电刷固定装置32，电刷固定装置32上设有Y形电刷支架33，Y形电刷支架33下端设有石墨电刷34，石墨电刷34与压辊的辊面35相接触。

石墨电刷34可压到辊面上，当然也可压到辊侧面上，甚至如果是上面说的单层设计，还可压到支撑轴上。

使用时，向石墨电刷34通电，电刷与压辊接触，可以像压辊施加直流电场，同时压辊的绝缘设计可以使得压辊上的电荷只分布在压辊的表面而不发生转移。

实施例1

所述压辊的数量至少为2个，相邻压辊之间施加不同极性的电荷。

根据压辊数量的不同可以有多种电场施加方式，如具有2个以上压辊时，可以在相邻压辊上施加极性相反的电荷，如具有4个压辊，则第1和3个压辊施加正电荷，2和4个压辊上施加负电荷。

实施例2

所述压辊的数量至少为n+1个，其中n为除0以外的偶数，第n个压辊上不施加电荷，与第n个压辊相邻的两个压辊上分别施加不同极性的电荷。

当压辊的数量为3、5、7、9……时，施加电场的方式可以为+、0、-、0、+、0、-，0表示不施加电场，即第1、3、5等奇数辊上施加正电荷，2、4等偶数辊上施加负电荷。

当然施加电场的方式，也可以同实施例1，在相邻两个压辊之间设置不同极性的电场。

实施例3

以三辊机为例，相邻压辊之间电绝缘，且压辊的辊面为导电材料制成。为实现相邻压辊之间电绝缘，所述压辊通过轴承固定在机架上，所述轴承为绝缘材料制成。

电场施加方式可以为+、-、+，即第1和第3个压辊上施加正电荷，第二个压辊上施加负电荷。

三辊机的电场施加方式还可以为：+、0、-，即第二个压辊上不施加电场，只在第1和第3个压辊上施加极性相反的电场，使得压辊上具有不同的电荷。

实施例4

如图1所示，所述压辊为三层复合结构，包括由导电材料制成的外层的辊面35、中间的绝缘夹层37及内层的中心轴36，所述绝缘夹层37由绝缘材料制成。

实施例5

所述压辊包括由导电材料制成的外层的辊面35和内层的中心轴36，所述中心轴36为绝缘材料制成。

优选的，所述导电材料为铁基合金、镍铬合金、碳化铬合金、高锰合金、碳化钨合金、镍钨合金、钛合金、铝合金、镁合金、铜合金、镍合金。

优选的，所述绝缘材料为聚酰胺、聚四氟乙烯、聚乙烯、耐热环氧树脂、酚醛树脂、聚甲醛、氟塑料、聚酰亚胺、有机硅/聚苯硫醚、氯化聚醚、氧化锆或氧化铝。

Claims (6)

1.一种可施加电场的辊压机，包括底座、机架（12）、压辊、压辊间距调节装置（11）、速度调节装置（122）、电压施加装置、进料挡板（19）及出料装置，其特征在于：压辊的辊面为导电材料制成，在压辊上施加电压，形成电场；

所述压辊包括由导电材料制成的辊面（35）和内层的中心轴（36），所述中心轴（36）为绝缘材料制成；或者所述压辊为三层复合结构，包括由导电材料制成的外层的辊面（35）、中间的绝缘夹层（37）及内层的中心轴（36），所述绝缘夹层（37）由绝缘材料制成；

所述压辊的数量至少为2个，相邻压辊之间施加电压，形成交流或直流电场；或者所述压辊的数量至少为n+1个，其中n为除0以外的偶数，第n个压辊上不施加电压，与第n个压辊相邻的两个压辊上施加电压，形成交流或直流电场。

2.根据权利要求1所述的可施加电场的辊压机，其特征在于：所述压辊通过轴承固定在机架上，所述轴承为绝缘材料制成。

3.根据权利要求1所述的可施加电场的辊压机，其特征在于：所述机架上还设有电刷固定装置（32），电刷固定装置（32）上设有Y形电刷支架（33），Y形电刷支架（33）下端设有石墨电刷（34），石墨电刷（34）与压辊的辊面（35）相接触。

4.根据权利要求1或3所述的可施加电场的辊压机，其特征在于：所述导电材料为铁基合金、镍铬合金、碳化铬合金、高锰合金、碳化钨合金、镍钨合金、钛合金、铝合金、镁合金、铜合金或镍合金。

5.根据权利要求2或3所述的可施加电场的辊压机，其特征在于：所述绝缘材料为聚酰胺、聚乙烯、耐热环氧树脂、酚醛树脂、聚甲醛、氟塑料、聚酰亚胺、有机硅/聚苯硫醚、氯化聚醚、氧化锆或氧化铝。

6.根据权利要求1所述的可施加电场的辊压机，其特征在于：所述压辊通过轴承安装在机架（12）上，机架上设有进料装置和出料装置，进料装置上设有进料挡板（19），进料挡板（19）位于压辊的两侧，所述出料装置包括出料板（53）和刮刀（51）组成，刮刀（51）固定在出料板（53）的上端，物料经压辊的相互挤压后经出料端的压辊带出、经刮刀（51）刮取后经出料板（53）流出。