PVA纤维分散机工作性能试验设计与研究

王凡宇

摘 要：为了研究聚乙烯醇纤维分散机残余率的影响因素，通过改变纤维料的投放量和搅拌时间来制定试验方案来确定影响因素，分析试验结果并提出改进分散机工作性能的方案。

关键词：聚乙烯醇纤维； 纤维分散机；投放量； 搅拌时间

纤维增强水泥基复合材料将会是21世纪最热门的复合材料之一。目前比较流行的有PP纤维和已经得到广泛研究的玻璃纤维、碳纤维及钢纤维等纤维，PVA纤维以其价格低廉，兼之高弹模和高强度的物理性能，近年来越来越受到重视。

PVA（聚乙烯醇）纤维，也称维纶纤维，是以高聚合度的优质聚乙烯醇为原料，采用特定的先进技术加工而成的一种合成纤维。生产PVA纤维的原料聚乙烯醇是一种水溶性高聚合物，性能介于塑料和橡胶之间，用途广泛。我国的聚乙烯醇的生产能力和产量均居世界第一，其后依次是日本、英国和朝鲜[1.2]。国产的PVA纤维在分散性上较差，纤维团聚严重，在道路工程上与碎石集料混合搅拌之前往往要先进行一道分散工艺。道路工程中大多數都是以人工分散纤维，人工分散耗时耗力，并且在投放时无法保证纤维及时足量的投入，如果人工投放纤维不及时，纤维就可能分散不均；一旦漏投，则可能影响铺筑的水泥稳定碎石基层性能，为了避免人工投入的弊病，使用机械分散纤维团就显得十分必要[3-5]。

一、 PVA纤维搅拌分散机工作原理：

鉴于PVA纤维具有很高强度和弹性模量，可承受较强的剪切拉力，故纤维分散机采用传统的强制式双卧轴搅拌机结构。

电机通过连接二级减速器以得到所需搅拌转速，搅拌轴与二级减速器输出动力连接，以确保有稳定的动力输入到搅拌机中。搅拌桨叶与搅拌轴通过焊接相连，搅拌轴转动时带动桨叶旋转产生剪切力，作用于纤维团，以达到分散作用。搅拌叶片的排列应保证物料在整个拌筒空间内的大范围循环流动，同时在中央主搅拌区内相互交错穿叉，最大限度地摩擦、碰撞。物料由顶部缓缓加入，在完成搅拌分散后再从底部的卸料门取出。

二、 搅拌性能试验

试验所用PVA原料由安徽皖维高新材料股份有限公司产的30mm混凝土用改性聚乙烯醇（PVA）纤维。

动力源采用山东力邦电机有限公司所产的型号YLL21-4型电动机，该电动机额定功率380V，频率50Hz，最大转速为1440r/min；

分散机体积：980mm×480mm×500mm；

搅拌轴长1000mm，搅拌轴直径70mm；

桨叶选型：双卧轴直叶型，双卧轴犁型，四卧轴直叶型+双卧轴，每根轴七排桨叶，每排四片桨叶，交错排列。

三、 实验结果与分析

1kg、2kg、3kg、4kg纤维料的残余率与搅拌时长的变化规律如下图：

纵向看，随着投放量增加，即设备内纤维体积分数的增加，同等搅拌时间下纤维残余率也会跟着增加。

横向看，纤维料残留率随着搅拌时长增长而不断增加，但是当纤维料的投放量继续增加，残余率在搅拌时长增长的情况下渐渐趋于稳定。

计算各投放量下最大残余量，发现在0.27～0.32kg内，再延长搅拌时间与投放量不会影响残余量。这是因为搅拌轴和桨叶上缠绕的纤维料越来越多，渐渐趋于饱和，残余率渐渐稳定，所以当纤维料体积分数增大一定程度时，最大残余率反而渐渐减小。结果显示残余率并没有太大的变化，下方的直叶型双卧轴上缠绕有大量的纤维料，而上方的犁型双卧轴上并没有多少纤维料缠附，这说明纤维料在落下与犁型双卧轴在短时间接触内并没有明显的缠附，纤维主要是搅拌轴与纤维料在反复搅拌过程中才发生缠缚的。

四、 问题解决方案

无论是犁型桨叶，直叶型桨叶，或者是混合型桨叶都不可避免的会出现大量的纤维料残余在搅拌机内，这与纤维料的体积分数有很大关系。所以减小纤维料体积分数可以增加设备的工作性能。

（1）将分散机设计成开放式，即一端以一定的速度进料，另一端同时出料，这样可以减小单位时间内搅拌分散机内纤维料的体积分数，不但能减小残余率，对纤维料分散效果也有帮助，可以大大增加设备的工作性能。

（2）增多桨叶排数，设备一旦做成开放型，纤维料受桨叶剪切作用时间势必会减少，为达到工程上的分散要求就必须增加桨叶排数，前面四轴混合搅拌轴试验说明，减少单个搅拌轴与纤维料搅拌时间可以减少纤维残余率。

（3）改变桨叶安装角，增大设备内流场湍流强度，可以减小纤维料的残余率，同时湍流剪切强度也能增强纤维分散的效果。

参考文献：

[1] 刘建忠，张丽辉，李长风和刘加平.聚乙烯醇纤维在水泥基复合材料中的分散性表征及调控[J].硅酸盐学报，2015，8.

[2] 林 晖.掺 PVA 纤维混凝土的力学及变形性能研究[D].南京航空航天大学.2006.12

[3] 刘卫军，李占民，文显武.基于GPS的远程监拉系统在工程机械上的应用[J]，筑路机械与施工机械化，2007，24（6）：62-64.

[4] 王兴华，陈丽萍.机械设备现场管理浅析日，.筑路机械与施工机械化[J]，2006，23（10）：63-64.

[5] 刘波，余建辉，韩宗兴.沥青混合料搅拌设备远程监控系统研究与应用[J]，工程机械，2010，41（10）：13-15.