多功能黑板擦的设计优化

◎马彦强 张创东 赵莹莹 李海军

引言：粉笔灰是由石膏制成的，其化学成分主要为硫酸钙，化学式为CaSO4,熔点1450度，相对密度2.96，难溶于水，它的二水化合物CaSO42H2O，俗称石膏，硫酸钙性能稳定，没有毒性，颗粒较大多在100微米上较重落下较快，空中漂浮时间较短。粉笔粉尘中含有二氧化硅，被吸入肺部，在肺部游离的二氧化硅含量在百分之一以上形成肺纤维化的粉尘，从而使肺泡纤维化，导致肺部呼吸功能下降）。

据相关数据表明，师生在上课时吸入的粉尘约每学期每人200g，每年导致肺部疾病和呼吸道等疾病的的人数中约占20%。因此可以看出粉尘对师生的危害极大，而且粉尘灰对环境污染也极大，对于师生个人卫生危害极大。

本论文首先对多功能黑板擦的整体结构进行设计，然后分析了粉笔灰细微颗粒的分离级提纯方法进行分析研究。在实现黑板擦正常运转工作的同时，对粉笔灰通过酸洗过滤后形成氯化钙溶液，并加以利用。

一、整体结构

1.吸尘部件设计。

吸尘器采用4种工作状态：1挡，采用软启动减少各类原件的损耗，吸尘率65%；2挡：由于其转速较慢，适用于电量不足情况；3挡：快速运转，使其远离粉尘，吸尘效98%；4挡为停止。

粉尘并且在擦拭的过程中容易散落在空气中，不利于吸入，因而在吸尘器的选用上要偏向大功率，但又存在使用时间短的问题。基于安全性考虑以及使用的供电方式：设定的电压≤12V；基于噪声的方面：选择离心型电机；设计工作时长：电池额定容量/变压器电流=1600mA/80mA=20h；设计功率：4W。

2.外部材料。

采用塑料作为外壳材料。塑料性能稳定，减磨耐磨性好，且密度小，质地轻。不易与周围物质发生物理或者化学反应，最主要的是塑料加工性能良好，熔融后的熔体可以根据实际情况做成各类零件，从而满足板擦外部需求。

3.擦拭部分。

通过多次实验进行对比，多功能黑板擦毛层采用羊毡毛层。由于羊毡毛柔软易变形，可以适应不同角度的全方位擦除。相比传统黑板擦的化纤毛层，羊毡毛稠密程度适当，擦拭过程中有较大摩擦阻力，不容易打滑。羊毡毛中可夹杂少许杂质毛絮和麻布，可以降低成本增大摩擦，起到良好的擦拭效果。

4.多功能黑板擦结构图。

多功能板擦装置由U型磁铁，烘干机，吸尘器，小型电动机，导电丝，喷水机，集水箱毛刷电池盒和后盖9等构成，如图1所示。

图1吸尘器黑板擦内部Solidworks结构图

二、粉笔灰分析提纯方法

粉笔主要成分为硫酸钙，碳酸钙，将这两种难溶性物质通过初步酸洗，过滤，并调节其PH，将其形成氯化钙溶液，并通过气体收集装置，产生的二氧化碳可直接分离出来压缩再利用，由于技术受限，本创新所产生新药品主要运用到融雪剂当中，融雪剂主要成分为二水氯化钙晶体，产生的氯化钙溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，形成二水氯化钙晶体，作为融雪剂应用到生活当中。研究中涉及到的相关方程式如下：

CaCO3+2HCL=CaCL2+H2O+CO2

CaSO4+Na2CO3=CaCO3+Na2SO4

三、结束语

本研究对现有的板书粉笔灰收集及处理工艺进行调查，分析其现有技术的缺陷，针对上述缺陷进行改造，设计合理的粉笔灰收集处理工艺，为解决“白色污染”问题提供技术支持，为实现课堂绿色化、教学环境文明化提供可行性。