Để chế tạo vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều thành phần thì nhiệm vụ đầu tiên cần thực hiện là phải tiến hành phối trộn các thành phần với nhau để tạo thành hỗn hợp đồng nhất.
Phương pháp phối trộn được lựa chọn dựa trên trạng thái, độ nhớt và hình dạng của các loại vật liệu thành phần.
Trong trường hợp cụ thể của nghiên cứu này, nhiệm vụ cần thực hiện là phối trộn vật liệu rắn có cấu trúc xơ và kích thước nhỏ (xơ da) vào môi trường lỏng có độ nhớt cao (latex). Theo lý thuyết, hai pha thuộc thể lỏng và thể rắn có thể phối trộn theo một trong hai phương pháp cơ bản là:
- Trộn theo nguyên lý nghiền (trộn trên thiết bị nghiền hành tinh) - Trộn theo nguyên lý khuấy cơ học
Từ cơ sở đó, ban đầu đề tài thử nghiệm phối trộn bằng thiết bị nghiền kiểu hành tinhvới các tốc độ và thời gian nghiền khác nhau:
- Thời gian nghiền: 10 phút – 2h
- Tốc độ đảo trộn: 50 vòng/phút – 300 vòng/phút Quan sát các mẫu sau nghiền thu được nhận thấy: - Xơ da phân tán không đều trên nền latex
- Mẫu bị vón thành cục lớn có lớp ngoài cùng được bọc bởi một lớp cao su - Mẫu có hiện tượng tự lưu
Từ các thử nghiệm nêu trên có thể nhận định phương pháp nghiền không phù hợp để tiến hành phối trộn xơ da vào môi trường latex lỏng. Điều này có thể lý giải là do trong quá trình nghiền bằng thiết bị nghiền hành tinh thì hỗn hợp chỉ chủ yếu chịu lực ép, đập mà không chịu lực cắt, xé. Với cấu trúc pha rắn là dạng xơ có chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính nên dễ có hiện tượng bện xoắn vào nhau. Khi đó các lực ép, nén, đập trong thiết bị nghiền không đủ khả năng phân tách các búi xơ thành các thành tố nhỏ hơn và do vậy làm hạn chế khả năng phối trộn.
Trước tình hình trên đề tài đã tiến hành lựa chọn, thiết kế và chế tạo máy khuấy cơ học để phối trộn hỗn hợp nguyên liệu. Các cơ sở lựa chọn thiết kế là:
- Thiết bị phải không có góc chết và có khả năng khuấy đều trên toàn bộ thể tích khuấy.
- Cánh khuấy phải có cấu tạo phù hợp tránh hiện tượng cuốn và mắc xơ gây kẹt hoặc giảm hiệu suất khuấy.
- Phải có tốc độ khuấy cao để có thể khuấy các dung dịch có độ nhớt cao. (cụ thể là Latex)
- Tốc độ khuấy có thể thay đổi và điều chỉnh dễ dàng.
- Cánh khuấy có thể tháo lắp dễ dàng để thuận lợi cho các nghiên cứu tiếp theo. - Giá đỡ cốc linh hoạt phù hợp với nhiều loại cốc khuấy có kích cỡ khác nhau. Từ các cơ sở trên, đã tiến hành chế tạo loại máy khuấy cơ học có các đặc điểm như sau:
- Cánh khuấy dạng xoắn hở với chu vi hoạt động bằng 70% chu vi của cốc khuấy.
- Cánh khuấy được hàn gắn trên trục khuấy và có khả năng kết nối linh hoạt vào bộ phận truyền động của động cơ.
- Động cơ khuấy có thể hoạt động ở hai tần số dòng điện khác nhau và ứng với mỗi tần số dòng điện là 5 mức tốc độ từ thấp đến cao.
- Hệ thống giá đỡ cốc vững chắc, tránh hiện tượng rung lắc và có thể điều chỉnh bộ gá để phù hợp với các cốc khuấy có kích thước khác nhau.
Hình ảnh về thiết bị cũng như các bộ phận và cơ cấu chính được thể hiện trong hình 3.1
(a) (b)
(c ) (d)
Hình 3.1: (a) máy khuấy; (b) Cánh khuấy;(c) Hệ thống điều tốc
(d) Gá đỡ cốc và cốc khuấy