[00104697]高效行星砂磨技术、连续行星球磨技术

项目简介：

1、本项目技术与目前市场上的行星球磨机的机理不同，现有行星球磨机都是冲击式粉碎的机理，而我们的行星研磨技术是纯研磨型的，以研磨粉碎为理论基础，靠强大的正压力与摩擦力使粉体产生静压粉碎与表面疲劳后成小片从粉体表面剥离，粉体越细小研磨时所接触到的表面积越大，研磨效率越高，粉料在挤压、摩擦作用下新生表面积大，没有细度极限，能量利用率高，粉碎效率更高，细度更细，可快速达到纳米级；而且可实现连续湿法与干法研磨。是现有的行星球磨技术进行升级的产品。

2、本项目技术的研磨粉碎也与现有的砂磨技术不同，目前的砂磨技术以旋转搅拌研磨和离心抛射研磨为理论基础，由于磨珠和粉体只占浆料的一部分，其强力搅拌对液体部分的搅动消耗了大部分能量，而且由于磨珠与粉体分散在浆料中，对其的捕集作用次数也较低，所以用于研磨的有效能量较小，能量利用率较低，而且其研磨力度、细度受研磨介质的粒径影响相互制约，也限制了效率的提高，较高的能量消耗，与过滤摩擦还导致浆料发热，使散热成为砂磨的关键技术。而我们的行星研磨技术能量通过公转离心力、自转离心力、哥氏力直接作用于磨球，而且受研磨的粉体也集中在磨球所在的研磨区，其能量几乎全部作用于研磨介质，而且研磨介质的研磨力与研磨参数可调控，其研磨粉碎速度远高于砂磨技术，而且能量利用率高，细度更细，研磨温度较低，不存在散热问题，不用过滤，是现有砂磨技术的升级产品。

3、本项目技术制备的粉体为纳米鳞片状，是一种新型纳米结构材料，这种材料厚度小于100纳米，而长、宽尺寸为微米级的鳞片状材料，具备纳米材料的表面效应与小尺寸效应，具备高的活性，又具备鳞片材料的特性，我们定义为纳米鳞片。纳米鳞片的微观结构是由纳米粒状、线状材料排列成片状。纳米鳞片材料具备以下特点：

（1）纳米鳞片材料具备与纳米粒状材料相同的活性作用，能用做涂料、塑料、橡胶等材料的补强剂、偶联剂，使材料形成立体网状的整体结构，提高材料的性能；

（2）纳米鳞片材料具备与纳米粒状材料相同的光、电、磁、热等功能，能用于涂料涂料、塑料、橡胶等材料的功能化改性。

（3）纳米鳞片材料具备与普通鳞片材料相同的功效，具有迷宫效应可提高涂层、塑料、橡胶等材料的抗渗透能力；具有鳞片层叠效应能减小或消除材料内应力，提高强度与附着力。对提高材料寿命起到至关重要的作用。

特别是在涂料行业使用本技术，可使涂料产品强度、抗渗透性、防腐寿命得到极大提高，使涂料产品得到革命性的变化。

项目核心创新点：

1、理论创新点

（1）研磨力与频率方面：现有的行星球磨技术的磨球作用力一般为磨球自身重力的10－40倍，而作用频率为10～15次/s。

我们开发的研磨式行星球磨技术的磨球作用力是磨球自身重力的150－300倍，作用频率为20～40次/s。

（2）将研磨粉碎理论应用于研磨式行星球磨技术：物料的强度有整体强度和表面强度之分，从破碎形式来说，它们分别对应于整体破碎和表面磨损，分为静强度破碎和疲劳破碎。当物料中的应力超过静强度极限时，物料立即破碎；小于静压强度而大于疲劳强度极限的应力对物料多次反复作用后，使其表面受损并逐步积累，最终导致表面剥落，通常称为磨损。冲击式粉碎，靠冲击力达到粉体的压缩强度而粉碎粉体，随着粉体的细化，冲击区的磨球接触区的粉体数量增加，这样粉体对磨球的支撑点显著增加，当分散到每个粒子上的冲击力小于其强度时，就不能再细化了，所以现有的冲击式行星球磨存在粉体细度的极限。另外冲击粉碎对于脆性材料效果较好，对于韧性材料和弹性材料效果不显著；而研磨式粉碎，在研磨过程中靠摩擦力使粉体表面产生疲劳，而后成小片从粉体表面剥离，粉体越细小研磨时所接触到的表面积越大，研磨效率越高，所以没有细度极限。粉料在挤压、摩擦作用下新生表面积大，能量利用率高；而在冲击作用下新生表面积小，能量利用率只为挤压、研磨的二分之一。

（3）将公转离心力、自转离心力、哥氏力三力叠加的合力研磨理论用于研磨式行星球磨技术：现有的冲击式行星球磨机传动关系中，为了实现抛落，哥式力、自转离心力、公转离心力方向不一致，相互抵消，很难达到最佳的研磨力；我们开发的研磨式行星球磨技术实现公转离心力、自转离心力、哥氏力的同向叠加来增加研磨力，克服抛落行星球磨机哥氏力对公转离心力、自转离心力的反向制约的缺陷。

（4）我们开发的研磨式行星球磨技术不存在最高临界转速的限制：与泻落式球磨机的临界条件一样，现有的冲击式行星球磨机磨筒转速的临界状态，存在着高速自转的极限，当自转速度超过一定范围时，磨球就不能抛出（这是冲击式研磨自转速度受限的主要原因）。我们开发的研磨式行星球磨机，磨球始终贴壁运动，研磨力不受高自转速度的制约，可以提高公转与自转转速或增加公转半径、磨筒半径来大大增加研磨力，研磨力可提高到抛落行星球磨力的十倍以上，可针对不同的研磨材料和要达到的细度要求来任意调整研磨力和研磨速度，实现研磨效果的优化；

（5）为了增强研磨的效果，引入了自激振动研磨机理，通过研磨过程磨球的振动冲击来加速粉体受力后的疲劳，提高研磨效率；

（6）连续行星研磨通过研磨力与研磨速度的优化，并通过分级研磨，可实现研磨粉体质量精准控制，并实现粉体质量的在线控制，在线控制的内容包括机械力化学的化学作用深度的在线控制、行星研磨新合成材料杂化深度的在线控制、粉体细度的在线控制、研磨温度与压力的在线控制；

（7）将串联供料式分级研磨的新理论用于研磨式行星球磨技术，该供料系统为封闭循环式供料，能扩大研磨粉体的应用范围，比如连续真空研磨、连续惰性气体保护研磨，使粉体研磨更安全、更清洁。

（8）对于现有的冲击式行星球磨机，在磨筒中的磨球与填入物料不宜过多，否则会增加碰撞阻尼，过多地削弱冲击力。而对于密封式湿法循环连续行星球磨，液体是充满整个磨筒的，这样现有的的抛落冲击式行星球磨，磨球在研磨液中受到较大的阻力，冲击力大幅度下降，很难达到理想的研磨效果，所以不能应用于磨筒密封充满物料的循环研磨。而我们开发的研磨式行星球磨机，不论是干法还是湿法，都不受装料量的限制。

2、设备创新点

（1）间歇机：设计了两筒、三筒、四筒、六筒多种机型；采用卧式结构方便维护、保养；

带有研磨测压装置，对于研磨反应不确定的材料或配方，可先进行研磨测压，以确保研磨的安全。配套的研磨罐为可更换内衬型，方便用户根据不同材料的要求，更换不同的研磨筒内衬，具有很好的经济实用性。

（2）连续机：有两筒、三筒、四筒、六筒，四种机型，物料温度可控，对物料精准反应更有利；研磨与外部连通，可释放研磨压力，对研磨安全更有利；研磨质量可在线监测控制，对研磨产品质量的精准控制更有利，是产品实现量产的前提，是与后续工序配合实现自动化、高收率、高质量、零污染的有利保证。实现一台机器上，不同磨筒之间的分级研磨，更有利于材料快速细化或快速反应。研磨罐为可更换内衬型，方便用户根据不同材料的要求，更换不同的研磨筒内衬，具有很好的经济实用性。配备具有防腐性能的湿法供料系统，供料量无级可调，送料、出料连续、均匀稳定，并且可调，保证进、出各磨筒内的物料可控、均衡一致。自制专利旋转供、出料装置保证动、静密封的严密性与长周期运行的可靠，工作现场无扬尘、无漏液。采用了降噪防护罩，具有较好的降噪效果。

3、研磨产品创新点

利用本行星研磨技术开发了纳米鳞片材料技术。

项目详细用途：

1、能用于现有行星球磨技术与砂磨技术的所有工况，提高其效率与能量利用率，升级现有的行星球磨技术与砂磨技术。

2、用于涂料、油墨、塑料、橡胶粉体材料的研磨，其制备的纳米鳞片状材料的纳米改性特征与鳞片抗渗透特征，能使现有涂料、油墨、塑料、橡胶性能得到较大范围的改性，提高其性能，发生革命性的转变。

3、还可用于以下范围：

①　药物、营养品、保健品、金属、非金属无机物、有机材料的纳米级超细化粉碎、分散、混合；

②　制备有机与无机纳米复合材料；

③　颜料、填料及其他材料的纳米鳞片化改性，提高其遮盖率、抗渗透性，实现改性；

④　用于分子断链活化、矿物肥料活性化、水泥熟料活性化；

⑤　生物陶瓷原料的合成制备、控制陶瓷材料烧结性；

⑥　矿物和废物处理；分离稀有金属；

⑦　晶型转变；

⑧　实现材料微观结构的可控化；对材料作性能“裁剪”实现其功能化

预期效益说明：

1、现有行星球磨试验机技术升级效益：

目前，行星球磨机的年产量约为1万台，而各科研院校、科研机构、公司实验、科研室现有的冲击式行星球磨机约有20万台，如果全部进行升级，以连续行星研磨机与间歇行星研磨机的平均价为10万元，则总产值为200亿元左右，利润在100亿元左右。而且，可扩展到纳米粉体加工的更多科研机构，所以，总产值会远高于以上估算值。

2、取代现有球磨机产品的大型行星研磨生产机效益：

目前，球磨机产品广泛用于水泥、矿粉等粉体行业，各行业拥有的球磨机不少于1万台，取代球磨机的行星研磨机以每台1000万元计算，总产值为1000亿元左右，利润在500亿元左右。

还可用于其它超细粉体、纳米粉体的连续化生产行业的生产用行星研磨，所以，大型生产机的总产值远高于以上估算值。

3、现有砂磨机技术升级的效益：

目前涂料、油墨等行业用砂磨机的企业有几万家，总砂磨机拥有量不少于50万台，以平均价30万元一台，进行换代，则总产值为1500亿元左右，利润在750亿元左右。

可配套其它生产设备形成连续化，自动化涂料生产线，其总产值更高。

4、浆料带理加工的效益：

培训自己的设备操作技术团队，形成自己的纳米鳞片浆料生产基地，为涂料、塑料等行业加工高品质纳米鳞片浆料，每年加工5000吨纳米鳞片浆料，每吨20万元，则每年浆料产值为10亿元，利润在5亿元左右。

还可扩展到其它纳米材料的加工，其总加工效益更高。