專利名稱：碾磨系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于碾磨或粉碎顆粒材料的設(shè)備，具體的但非限定性的顆粒材料是液體懸浮液中的材料。本發(fā)明還涉及用于形成乳劑或精細(xì)劃分 不同液體混合物的設(shè)備。本發(fā)明還涉及用于材料活性處理的設(shè)備，例如聚 合體或單體的活性混合，以產(chǎn)生精細(xì)劃分的活性混合物，例如在納米尺度。
背景技術(shù)：
球磨機(jī)、珠磨機(jī)和膠體磨機(jī)都是公知的。這些一般包括具有光滑內(nèi) 表面的滾筒，在其中放置研磨介質(zhì)。這些磨機(jī)可具有內(nèi)部葉片，其具備帶 有各種形狀和半徑的刃口，允許研磨介質(zhì)的高速運(yùn)動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，碾磨設(shè)備包括徑向?qū)ΨQ的、具有上游是入口及下游是 出口(反之亦然)的軸向通道的套筒，位于該套筒中的徑向?qū)ΨQ的轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)子和套筒之一可相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)在每個(gè)軸向位置處，轉(zhuǎn)子的直徑小于套筒的直徑，以在轉(zhuǎn)子和套筒間 限定出環(huán)形通道，轉(zhuǎn)子和套筒的表面之一或全部具有適于增加從入口到出口的流體流 動(dòng)中的顆粒接觸表面積的成形結(jié)構(gòu)。些不使用珠?；蚱渌w粒介質(zhì)的替代性實(shí)施例。
在優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子與套筒共軸地定位。在替代性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子的軸線可布置得與套筒的軸線平行。
當(dāng)珠?；蚱渌心ソ橘|(zhì)被使用時(shí)，環(huán)形通道的徑向?qū)挾瓤纱蠹s是珠 ?；蚱渌心ソ橘|(zhì)直徑的兩倍。單一尺寸的珠粒或其他研磨介質(zhì)是優(yōu)選 的。
轉(zhuǎn)子和套筒優(yōu)選是截頭圓錐體。或者，他們可以是凹下或凸起的鐘 型。截頭圓錐體配置是優(yōu)選的?；蛘撸D(zhuǎn)子的橫截面可以是卵形或橢圓形。
在優(yōu)選實(shí)施例中，入口的直徑小于出口的直徑。在替代性實(shí)施例中， 入口的直徑大于出口的直徑。
當(dāng)轉(zhuǎn)子是截頭圓錐體時(shí)，展開(kāi)角的范圍可以是10-140。，優(yōu)選為 20-90°。與具有相同入口直徑的傳統(tǒng)磨機(jī)相比，更大的角度提供了各種好 處，而并不增加設(shè)備的長(zhǎng)度。更大的角度提供了從入口到出口的表面積的 更大的增加，并在顆粒穿過(guò)系統(tǒng)時(shí)增加了停留時(shí)間和碾磨范圍?？傮w積以 及進(jìn)而磨機(jī)的容量也有所增加。更大的角度對(duì)于高粘性應(yīng)用及納米顆粒的 生產(chǎn)都是優(yōu)選的，其減少了在小尺度上的阻塞傾向。[OOIO]轉(zhuǎn)子和套筒的之一是可轉(zhuǎn)動(dòng)的。或者，轉(zhuǎn)子和套筒兩者能夠以相反 方向4爭(zhēng)動(dòng)。
進(jìn)一步的替代性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子和套筒可以相同方向、不同速度轉(zhuǎn) 動(dòng)。這種安排可被用在根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)或更多的裝置被串聯(lián)連接時(shí)，以 控制穿過(guò)設(shè)備的泵送速率。
轉(zhuǎn)子相對(duì)于套筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速率可為2-3600 rpm,例如900-1600 rpm。
沿著所述設(shè)備的軸線，轉(zhuǎn)子和套筒之間的間隔優(yōu)選是恒定不變的。 可使用的間隔范圍是0.00001 mm-200mm,優(yōu)選使用為0.05-10 mm。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，磨才幾的轉(zhuǎn)子和套筒之間的間隔為O.OOOOlmm 量級(jí)。優(yōu)選地，碾磨系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子和套筒不包含凹缺部。；f皮碾磨的材料(一 種或多種)在壓力下凈皮添加到碾磨系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子和套筒之間，壓力為0.1-2000 bar(巴)poise(泊)，優(yōu)選地是100-500 bar,更優(yōu)選地是1-10 bar。
或者，可通過(guò)將轉(zhuǎn)子軸布置得與套筒軸有一定距離而改變轉(zhuǎn)子和套 筒之間的間隔，從而為高粘性應(yīng)用或沒(méi)有使用珠粒的情況提供空化。
在轉(zhuǎn)子和套筒之一或全部上提供凹缺部陣列。根據(jù)被碾磨的材料的 需要，凹缺部及轉(zhuǎn)子和套筒的配置和布置可以是相同的或不同的。凹缺部 可被布置成沿轉(zhuǎn)子和/或套筒的軸線縱向擺放的多個(gè)圓形陣列，相鄰圓 形陣列優(yōu)選地被布置成軸向偏移配置，以使得相鄰陣列的相應(yīng)部分不重 合。
在優(yōu)選實(shí)施例中，珠?；蚱渌w粒的直徑為10-2000 優(yōu)選為 50-800 nm,更優(yōu)選為50-200 pm (毫微尺寸)。
凹缺部的深度是珠粒直徑的至少4倍。
在替代性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子可攜帶圖案或提升表面突出部。該突出部 優(yōu)選被布置形成通道，從而一起清除珠?；蝾w粒，并引起所使用的珠粒的 旋轉(zhuǎn)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可提供4-100個(gè)圓形陣列，優(yōu)選提供8個(gè)圓 形陣列。
每個(gè)凹缺部可包括楔形溝槽，其橫截面是大致三角形的，并在相對(duì) 旋轉(zhuǎn)方向前緣處具有最大深度，朝向位于后緣處的環(huán)形空腔逐漸減少。
或者，每個(gè)凹缺部可包括從轉(zhuǎn)子的圓周徑向向內(nèi)延伸的第一表面， 以及結(jié)合到徑向表面的最內(nèi)邊緣的切向表面，以形成半脊索切除部分部 分。
或者，凹缺部可在設(shè)備的縱向方向上彎曲，以使得每個(gè)凹缺部為槽 形或杯形，其在前緣處具有陡峭表面并在后緣處逐漸變緩。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具有以下不需要單獨(dú)泵的方便的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)將液體從入口泵送至出口 ，以便于使材料流穿過(guò)設(shè)備。
在使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備期間，空化影響使得珠粒在腔室內(nèi)循環(huán)和 再分布。這是通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的凹缺部和設(shè)備所獲得的一個(gè)重要的效 果。沒(méi)有凹缺部或突出部的設(shè)備將允許珠粒被收集在出口處，阻礙了有效碾磨。
在優(yōu)選實(shí)施例中，珠?；蝾w粒占據(jù)了高達(dá)98%的腔室體積，優(yōu)選地 為10-95 % ,更優(yōu)選地為75-95 % 。
兩個(gè)或更多才艮據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可被連接在一起，以使液體可連續(xù)地 從一個(gè)設(shè)備流向另一個(gè)設(shè)備。第一設(shè)備的較大直徑的出口可連接到后續(xù)設(shè) 備較小直徑的入口。或者，第二設(shè)備可以被連接成相反配置，其具有較大 直徑入口和較小直徑出口，相鄰設(shè)備的較大直徑部分^皮連接在一起。該設(shè) 備還可纟皮連接到傳統(tǒng)的球磨機(jī)或珠磨機(jī)。統(tǒng)珠磨機(jī)形成對(duì)比，在傳統(tǒng)珠磨機(jī)中重力的影響會(huì)限制珠磨機(jī)被使用的朝 向。
可使用該設(shè)備來(lái)處理各種不同物理和化學(xué)性質(zhì)的材料。諸如橡膠或 油灰的高粘性材料可被處理，所述高粘性材料的粘性達(dá)到4000泊。通過(guò) 為轉(zhuǎn)子和套筒合適地選擇配置，可處理具有高固體成分達(dá)到95%或低固 體成分達(dá)到1%的材料。與傳統(tǒng)球磨機(jī)相比，獲得了受控制的顆粒尺寸分 布、更高程度的碾磨效率和結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可被用來(lái)生產(chǎn)油墨，例如納米油墨、噴墨打印機(jī)、 醫(yī)藥品粉末、陶瓷、食品、農(nóng)用化學(xué)品以及用于涂敷的、諸如用于保護(hù)服 裝和身體護(hù)具的聚合體。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)備，可在轉(zhuǎn)子的下游面處具有一個(gè)或多個(gè)葉 片、刀片或其他成形結(jié)構(gòu)，適于促使被碾磨的材料穿過(guò)出口網(wǎng)狀物或?yàn)V網(wǎng)。 這提供了泵送動(dòng)作，并特別在操控粘性流體材料時(shí)是有益的。
下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，該描述是示例性的而非 限制性的
圖1是根據(jù)本發(fā)明的磨機(jī)轉(zhuǎn)子的透視圖；
圖2是示于圖1的轉(zhuǎn)子的替代性透視圖；
圖3是示于圖1和2的轉(zhuǎn)子的端視圖；
圖4是轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖；
圖5是容納在套筒內(nèi)的轉(zhuǎn)子的透視圖；以及
圖6是示于圖5的轉(zhuǎn)子和套筒的剖視圖。
具體實(shí)施方式
圖l-6示出了根據(jù)本發(fā)明的碾磨設(shè)備。示于圖1-4中的轉(zhuǎn)子呈大致 截頭圓錐體形，并且包括具有比笫二端(2)更小直徑的第一端(1)。轉(zhuǎn) 子的截頭圓錐體表面具有10-140° (優(yōu)選為20-90°)的展開(kāi)角。轉(zhuǎn)子的軸 段(3)界定了相鄰的多組凹缺部或壓痕(4)(或稱凹缺部陣列)。每個(gè)凹 缺部(4)包括例如圖2中示為(5)的、徑向向內(nèi)延伸的表面，其鄰接切 向延伸脊索表面(6)和徑向端部分(7)。凹缺部在轉(zhuǎn)子的表面中形成了 直角切除部分。相鄰陣列中的凹缺部適當(dāng)?shù)仄疲瑥亩峁┮粭l延伸路徑， 以便顆粒沿轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度前進(jìn)。
轉(zhuǎn)子的大直徑端(2)包括四個(gè)剖切部分，其界定了軸向泵，以驅(qū) 動(dòng)流體經(jīng)由珠粒保持網(wǎng)狀物或網(wǎng)(未示出)穿過(guò)碾磨設(shè)備。圖5和6顯示了容納在圓錐形套筒(9)中的轉(zhuǎn)子，該套筒具有光滑的截 頭圓錐體內(nèi)表面。使用中，轉(zhuǎn)子和套筒之間的間隔在設(shè)備長(zhǎng)度上是恒定不 變的，并可具有0.00001-200 mm的范圍。
權(quán)利要求
1.一種碾磨設(shè)備，包括徑向?qū)ΨQ的、具有上游入口及下游出口或者具有上游出口及下游入口的軸向通道的套筒，位于所述套筒內(nèi)的徑向?qū)ΨQ的轉(zhuǎn)子；所述轉(zhuǎn)子和所述套筒之一可相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)；在每個(gè)軸向位置處，所述轉(zhuǎn)子的直徑小于所述套筒的直徑，以在所述轉(zhuǎn)子和所述套筒間限定出環(huán)形通道；所述轉(zhuǎn)子和所述套筒的表面之一或兩者都具有成形結(jié)構(gòu)，所述成形結(jié)構(gòu)適于增加與所述入口到所述出口的流體流動(dòng)中的顆粒相遇的表面積。
2. 如權(quán)利要求1所述的碾磨設(shè)備，包括使用珠粒或其他顆粒介質(zhì) 的珠磨機(jī)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子與所述套筒共 ^由;也《4立。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子的軸線被布置 成平行于所述套筒的軸線。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子和所述 套筒是截頭圓錐體。
6. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子和所述 套筒的橫截面是卵形或橢圓形。
7. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子的橫截 面是卵形或橢圓形-8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備,其中所述 入口的直徑小于所述出口的直徑。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述入口的直徑 大于所述出口的直徑。
9. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子是截頭 圓錐體，且展開(kāi)角的范圍是10-140°,優(yōu)選為20-90。。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述套筒和所述 轉(zhuǎn)子的至少之一是可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，優(yōu)選地所述套筒和所述轉(zhuǎn)子都是可自由 轉(zhuǎn)動(dòng)的。
11. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述套筒和所述 轉(zhuǎn)子是可在相反方向中自由轉(zhuǎn)動(dòng)的。
12. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述套筒和所述 轉(zhuǎn)子適于以相同方向、不同的速度自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
13. 如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子相對(duì) 于所述套筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速率范圍為300-3600 rpm，優(yōu)選為900-1600 rpm。
14. 如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中沿著所述設(shè)備 的軸線，轉(zhuǎn)子和套筒之間的間隔為恒定不變的，所述間隔的范圍優(yōu)選是 0.01 mm-90 mm,更優(yōu)選為0.05-1 mm。
15. 如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子和所 述套筒至少之一包括凹缺部陣列。
16. 如權(quán)利要求15所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子和所述套筒都包 括凹缺部陣列。
17. 如權(quán)利要求16所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子和所述套筒上的 凹缺部的布置是相同的。
18. 如權(quán)利要求16所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子和所述套筒上的凹缺部的布置是不同的。
19. 如權(quán)利要求15-18中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中至少一個(gè)凹缺 部陣列包括多個(gè)相鄰圓形陣列，所述陣列優(yōu)選被布置成軸向偏移配置，使 得相鄰圓形陣列的相應(yīng)部分不重合。
20. 如權(quán)利要求19所述的碾磨設(shè)備，其中所述凹缺部陣列包括4-100 個(gè)圓形陣列，優(yōu)選為8個(gè)圓形陣列。
21. 如權(quán)利要求15-20中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中至少部分的凹 缺部包括楔形溝槽。
22. 如權(quán)利要求21所述的碾磨設(shè)備，其中所述凹缺部的橫截面為大 致三角形。
23. 如權(quán)利要求21或22所述的碾磨設(shè)備，其中所述凹缺部的最大 深度位于相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向的所述凹缺部的前緣處，并朝向位于所述后緣處的 環(huán)形空腔逐漸減少。
24. 如權(quán)利要求15-23中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中至少部分的所 述凹缺部包括笫一表面和切向表面，所述第一表面從所述轉(zhuǎn)子的圓周徑向 向內(nèi)延伸，所述切向表面結(jié)合所述徑向表面的最內(nèi)邊緣以形成半脊索切除 部分。
25. 如權(quán)利要求15-24中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中至少部分的所 述凹缺部在所述設(shè)備的縱向方向上彎曲，以使得每個(gè)所述凹缺部為槽形或 杯形，其在前緣處具有陡峭表面并在后緣處逐漸變緩。
26. 如權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子可包 括一個(gè)或多個(gè)位于所述轉(zhuǎn)子下游面上的成形結(jié)構(gòu)，以適于促使被碾磨的材 料穿過(guò)出口網(wǎng)狀物或?yàn)V網(wǎng)。
27. 如權(quán)利要求1-26中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子攜帶 了升高的表面突出部的圖案。所述突出部?jī)?yōu)選被布置形成通道。
28. —種組合碾磨設(shè)備，包括權(quán)利要求1-27中任一項(xiàng)所述的第一和 第二碾磨設(shè)備，其中所述第一碾磨設(shè)備的出口與所述第二碾磨設(shè)備的入口 相連。
29. 如權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的碾磨設(shè)備，其中被碾磨的材料 在壓力下被添加到轉(zhuǎn)子和套筒之間，優(yōu)選地所述壓力的范圍是10-20000 psi,優(yōu)選地是1000-5000 psi,更優(yōu)選地是100-1000 psi。
全文摘要
為了獲得可被豎直或水平或任意方便的角度布置的碾磨設(shè)備，以及為了獲得更高程度的效率，本發(fā)明的碾磨設(shè)備包括徑向?qū)ΨQ的、具有上游入口及下游出口(反之亦然)的軸向通道的套筒，位于該套筒中的徑向?qū)ΨQ的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和套筒之一可相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)，在每個(gè)軸向位置處轉(zhuǎn)子的直徑小于套筒的直徑，以在轉(zhuǎn)子和套筒間限定出環(huán)形通道，轉(zhuǎn)子(2)和套筒(9)的表面之一或兩者都具有成形結(jié)構(gòu)(4)，成形結(jié)構(gòu)(4)適于增加與入口到出口的流體流動(dòng)中的顆粒相遇的表面積。
文檔編號(hào)B02C17/16GK101277766SQ200680036763
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者A·K·索利曼, 布賴恩·蘇萊曼 申請(qǐng)人:布賴恩·蘇萊曼