随着科学技术的发展,对纤维类材料的超细化提出了越来越紧迫的要求。例如,造纸业纸浆的细粉碎,化纤、轻工业中精制棉的细粉碎,CMC的细粉碎,军民两用硝化纤维素的细粉碎以及植物麻秆和中药材的细粉碎等。这些材料采用上述各章节所介绍的方法都很难达到理想的要求,采用低温深冷冻粉碎时,其成本太高,很难被工业界接收。为此,各国科技工作者在这方面开展了大量的研究,希望寻找出能在常温下使这类材料超细化的较理想的方法。

  在这方面研究卓有成效的是前苏联、德国、美国及英国和日本。尤其是前苏联在这方面开展了系统的研究。研究出了 PK圆锥形细断机、ДMK型环片形式细断机及 MЛ型圆盘细断机。这些粉碎机都可将纤维类材料粉碎到微米级。德国在这方面的研究也较系统全面,有一种蓝框式粉碎机可在常温干燥状态下将精制棉粉碎到百微米级。国内南京理工大学超细粉体及表面科学技术研究所在这方面也开展了大量研究,最典型的有水-【型和水-Ⅱ型强剪切研磨细断机。还有浙江丰利粉碎设备有限公司生产的0纤维粉碎机。研究发现,对于纤维的粉碎最有效的力场是剪切力及研磨力。

  在常温下冲击力场对它是无能为力的。为此,粉碎设备的设计必须保证机器在工作过程中产生强烈的剪切力和研磨力。为了达到上述效果,最有效的方法是将粉碎机的粉碎件制成刀刃形。刀具可分为定刀具和动刀具,刀具的设计应适当。图14-1给出了纤维材料在动定刀具间被剪切的情况。

  无论用于纤维粉碎的剪切粉碎机型如何,其剪切细碎作用过程都可以用上图来简化描述。无论是哪种剪切机型,动刀具和定刀具的组合都可用图(c)表示。若动刀与定刀配合精密适当,当动刀从图(a)中1处运动到2处时,纤维被切断。这种状态下刀刃对纤维以切断为主,且切断效果良好。若动定刀间有较小间隙,当动刀从图(b)中1处运动到2处时,两刀缝隙间的纤维不能被有效切断,只能被两刀面疏理或磨碎。当动刀与定刀间有较大间隙时,刀刃只能对动刀与定刀间的纤维产生疏理作用,无剪切和碾碎作用。对于希望以剪切为主的粉碎,定刀及动刀在保证强度足够的情况下,两刀间的缝隙应尽可能小,刀刃应尽可能窄,刀片应尽可能多。

  对于希望以碾磨粉碎为主的情况,定刀与动刀在设计允许的前提下应尽可能加宽,两刀面应尽可能平滑。刀具和刀具间的距离,应根据被粉碎材料的性能及产品的细度要求决定。产品细度要求越细,刀具间的距离应尽可能减小(即刀片数量增多)。刀具间的距离及定刀与动刀间的间隙必须适当,若距离太大将会形成图(c)的现象。即两刀具间纤维形成团块滚动,并形成涡流,这样会使纤维覆盖住刀刃,使剪切效果降低。剪切型粉碎机设计的另一个关键是刀具材质的选择。用于制造刀具的材料应具有适当硬度和良好的韧性和耐磨性。制造刀具的材料并非越硬越好,众所周知,材料太硬往往具有脆性。对于高速运动的刀具若操作不当易发生碎裂,后果将不堪设想,有可能造成整台粉碎机毁坏。