Смеситель для полимерных материалов

 

Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов. Оно м„б. использовано для непрерывного смешения полимерполимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для крашения, грануляции , получения и переработки Изобретение относится к переработке полимерных материалов и может быть использовано для непрерывного смешения полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов. полимерных материалов. Цель изобретения - повышение смесительной эффективности . Смеситель для полимерных материалов содержит корпус с входным и выходным отверстиями и полостью . В полости установлены неподвижные диски, закрепленные на корпусе и образующие между собой смесительные секции. В каждой секции расположено по одному диску, закрепленному на основном валу, и по меньшей мере одному дополнительному диску , закрепленному на дополнительном валу. В дисках выполнены сквозные отверстия. Диски установлены с возможностью вращения в одну сторону. Перерабатываемый материал, проходя через отверстия вращающихся дисков, подвергается частому разделу и слиянию потоков, в результате чего осуществляется автоматическое регулирование сопротивления смесителя. Это обеспечивает работу смесителя без деструкции и понижения качества смеси полимера. 2 з.п.ф-лы, 6 ил. Цель изобретения - повышение эффективности смешения. На фиг. 1 изображен смеситель с одной смесительной секцией; на фиг.2 вариант выполнения смесителя с выточкой и прорезями в смесительных дискахj на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2} на фиг. 4 - вариант выполнения смесителя с направляющим диском, на фиг. 5 - развертка сквозных отS Р 4 Р Ьо i «Ј

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1I) щ)g В 29 В 7/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ASTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4612011/05 (22) 02 „12.88 (46) 07.05.91.Бюл. И- 17 (71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.С.Сахаров, В.И.Сивецкий, С.О. Пристайлов, Д.Д. Рябинин, А.И.Чубенко и С.В.Пахолюк (53) 678.053.3(088.8) (56) Патент Англии Р 787764, кл. В 01 E 1957.

Патент США 4330215 кл. В 29 В 1/06, 1982, (54) СИЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов. Оно м.б. использовано для непрерывного смешения полимерполимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для крашения, грануляции, получения и переработки

Изобретение относится к перера. ботке полимерных материалов и может быть использовано для непрерывного смешения полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных ч материалов.

2 полимерных материалов. Цель изобретения — површение смесительной эффективности. Смеситель для полимерных материалов содержит корпус с входным и выходным отверстиями и полостью. В полости установлены неподвижные диски, закрепленные на корпусе и образующие между собой смесительные секции. В каждой секции расположено по одному диску, закрепленному на основном валу, и по меньшей мере одному дополнительному диску, закрепленному на дополнительном валу. В дисках выполнены сквозные отверстия. Диски установлены с возможностью вращения в одну сторону.

Перерабатываемый материал, проходя через отверстия вращающихся дисков, подвергается частому разделу и слиянию потоков, в результате чего осуществляется автоматическое регулированйе сопротивления смесителя. Это обеспечивает работу. смесителя без . деструкции и понижения качества сме. си полимера. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

Цель изобретения — повышение эффективности смешения.

На фиг. 1 изображен смеситель с одной смесительной секцией; на фиг.2 -,) вариант выполнения смесителя с выточкой и прорезями в смесительных дисках, на фиг. 3 — разрез А-А на фиг.2; на фиг. 4 — вариант выполнеб ния смесителя с направляющим диском, на фиг. 5 - развертка сквозных оч1646879 верстий дисков, расположенных под углом друг к другу, на фиг. 6 — диски с выступами и впадинами.

Смеситель для полимерных матерна" лов содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и с полостью

4 (фиг.1). В полости 4 устаноь;....,ы неподвижные диски 5 и 6, закрепленные на корпусе 1 и образующие между 10 собой смесительную секцию 7, в кото. рой расположены основной и дополнительный смесительные диски 8 и 9, причем в неподвижных дисках 5 и 6. и смесительных дисках 8 и 9 BMIoJI ". 15 иены соответственно сквозные отверстия 10-13. Смесительные диски 8 и

9 установлены на валах 14 и 15 с возможностью вращательного движения относительно друг друга. 20

В смесительной секции 7 (фиг.2 и

3), образованной неподвижными дисками 5 и 6, в смесительном диске 8, размещенном со стороны входного отверстия 2 корпуса 1, мож т быть выполнена выточка 16 в которой установлен другой смесительный диск 9, размещенный со стороны выходного отверстия 3 корпуса. 1, причем на наружной периферийной поверхности 17 сме- ЗО сителъного диска 9, установленного в выточке 16 и на обращенной к ней внутренней поверхности 18 смесительного диска 8 с выточкой 16, могут быть выполнены прорези 19 и 20. Прорези 19 и 20 могут быть выполнены переменной высоты, причем высота прорези 19 уменьшается в направлении от входного отверстия 2 к вьжодному .от-. верстию 3, а высота прорези 20 умень- 40 шается в противоположном направлении (от выходного отверстия 3 к входному отверстию 2).

В варианте конструкции в смеситель"ной секции 7,,образованной неподвиж- 45 ными дисками 6 и 5, между смесительными дисками 8 и 9 установлен направ=-. ,ляющий диск 21 со сквозными отверстиями 22, закрепленный на корпусе 1 (фиг.4). Сквозные отверстия 22 направ=-50 ляющего диска 21 расположены под углом к сквозным отверстиям 12 смесительного диска 9, размещенного со стороны выходного отверстия 3 корпуса 1. 55

Сквозные отверстия. 10-13 и 22 не=подвижных дисков 5 и 6, смеситель--ных дисков 8 и 9 направляющего диска 21 могут располагаться под углом друг к другу (фиг.5) как в пределах одного диска, что показано для диска 5, так и относительно сквозных отверстий других дисков. Положение сквозных отверстий 22, обеспечивающее вращение смесительного диска 9 в направлении, противоположном вращению смесительного диска 8, показа-. но штриховой линией.

Поверхности неподвижных дисков 5 и 6, поверхности смесительных дисков

8 и 9 и поверхности направляющего диска 21 могут быть выполнены профиль-" ными и образованы чередующимися выступами 23-25 и впадинами 26-29 (фиг.6).

В смесительной секции 7, образованной неподвижными дисками 5 и 6., смесительные диски 8 и 9 (фиг.4) мо-гут быть установлены с возможностью осевого перемещения относительно ва= лов 14 и 15 и связаны с ними разьемными соединениями 30,например резьбовыми. Между смесительным диском 9 и валом 15 установлено регулировочное кольцо 31, определяющее возможную величину осевого перемещения смесительного диска 9 относительно вала 15.

В варианте конструктивного исполнения смесителя в смесительной секции 7 (фиг.4), образованной непод.-вижными дисками 5 и 6, смесительный диск 8, размещенный со стороны входного отверстия 2 корпуса i, установлен с возможностью поступательного движения и "снабжен устройством 32 для его перемещения, выполненным в виде привода 33 поступательного дви= жения, соединенного с валом 14 смесительного диска 8, Привод ЗЗ поступательного движения состоит из цилиндра 34, в котором перемещается поршень 35, связанный с валом 14.

На валу 1 4 установлена шестерня 36, образующая зубчатое зацепление с зубчатым колесом 7 и установленная с возможностью поступательного движения относительно зубчатого колеса

37 вместе с поршнем 35, валом 14 и смесительным дискет 8. Зубчатое колесо 37 приводится во вращение от электродвигателя 38.

В варианте конструкции аналогичным устройством 39 перемещения может быть снабжен смесительный диск 9, размещенный со стороны выходного os= верстия 3 корпуса 1.

40

16468

Смеситель работает следующим образом.

Расплав полимера, состоящий из раз.личных компонентов, через входное отврстие 2 поступает в полость 4 кор5 пуса 1 (фиг.1) и проходит через сквозные отверстия 10 неподвижного диска 5, закрепленного на корпусе 1, разделяясь на большое количество по10 токов, что приводит к увеличению повехности раздела массы полимера. На выходе из сквозных отверстий 10 расплав полимера попадает из смесительной секции 7 в зону интенсивных сдви- 15 говых деформаций и среза между неподвижным диском 5 и смесительным диском 8, вращающимся на валу 14, коTopblH соедннен с источником вращения (не показан), В зазоре между дисками 20

5 и 8 проявляется эффект Вайссенберга, обуславливающий поперечное пере-. мещение полимера к развитие поверхностей контакта между отдельными струями полимера, выходящими из сквозных 25 отверстий 10 неподвижного диска 5.

Слияние отдельных струй расплава полимера происходит в сквозных отверстиях f! смесительного диска 8. Выходящие из одного и того же отверстия 10 струи полимера попадают в различные отверстия ff в виде малых поррий полимера. Площадь поперечного сечения струй расплава полимера, выходящих из отверстий 10, уменьшается по их длине от площади поперечного сечения отверстия 10 до нуля в момент среза. Таким образом, в отверстии

11 накапливаются порции расплава полимера из различных отверстий 10, расположенных в различных местах и смещенных относительно друг друга по окружности и в плоскости неподвижного диска 5. Интенсивные сдвиговые деформации, многократное разделение 45 и слияние малых порций полимера улучшает смешение.

Иэ сквозных отверстий 11 смесительного диска 8 расплав полимера перетекает в сквозные отверстия 12 50 смесительного диска 9, вращающегося на валу 15 относительно смесительного диска 8. В этом случае возможны два варианта вращения смесительного диска 9. Первый вариант — вращение 55 от привода (фиг.2) и второй - вращение смесительного диска 9 гидродинамическим путем через расплав полимера, перетекающий из сквозных отвер< стий 11 в сквозные отверстия 12. В обоих случаях происходит повышение эффективности смешения. Механизм смешения в основном аналогичен описанному вьппе. При вращении смесительного диска 9 от привода повьш)ение эффективности смешения достигается за счет того, что смесительный диск 9 может вращаться с частотой вращекия, отличной от частоты вращения смесительного диска 8, а также в противоположном направлении. При этом происходит увеличение поверхности раздела и улучшение распределения поверхностей контакта по всему объему смеси. Однако этот режим смешения является технологически .жестким, так как отсутствует какаялибо возможность регулирования сопротивления смесителя и поэтому возможна деструкция полимера как следствие превьппекия критических напряжений сдвига в нем, что снижает качество смеси. Этот режим также отличается повьппенным потреблением энергии, так как необходимо расходовать энергию на вращение смесительного диска 9. Увеличиваются и габариты смесителя из-эа необходимости установки привода смесительного диска 9. С этих точек зрения гидродинамический механизм передачи движения предпочтителен, так как лишен указанных вьппе недостатков и обладает рядом преимуществ, улучшающих качество смеси. Реализуется он с одновременным смешением следующим образом, Расплав полимера, перетекая иэ сквозных отверстий 11 смесительного диска 8 в сквозные отверстия 12 смесительного диска 9, образует между смесктельными дисками 8 и 9 нежесткую (частичную) связь иэ струй по лимера, которая не нарушается до тех пор, пока не произойдет разрыв струи, определяемый прочностными характеристиками расплава. Наличие этой связи приводит к тому, что смесительный диск 9 на валу 15 вращается вместе со смесительным диском

8. Если бы не быпо сопротивления расплава полимера вращению смесительного диска 9, то он бы вращался с такой же частотой вращения как и смесительный диск 8. Однако в реаль/

I ном процессе сопротивление вращению смесительного диска 9 приводит к то-.

1646879 му, что он отстает от смесительного диска 9 и происходит разрыв струй и их срез. Затем этот процесс повторяется. Поэтому смесительный диск 9

5 проскальзывает относительно смесительного диска 8 и вращается с частотой вращения меньшей, чем частота вращения смесительного диска 8. Это обеспечивает распределение расплава 10 полимера между различными отверстиями. Так как частота вращения смесительного диска 9 зависит от сопротивления смесителя, то в процессе смешения в зависимости от физико-хи- 15 мических свойств расплава полимера происходит автоматическое регулирование (саморегулирование) сопротивления смесителя, что позволяет избежать превышения критических напряжений и деструкции материала. При неретекании расплава полимера из сквозных отверстий 11 в сквозные отверстия 12 происходит релаксация напряжений в расплаве полимера, что приводит к повышению давления между смесительнымн дисками 8 и 9 и улучшению их гидродинамического сцепления и качества смеси, так как повышение давления приводит к развитию 30 поперечных течений и взаимопроникновению одних струй или потоков расплава в другие. Из сквозных отверстий 12 расплав полимера перетекает в сквозные отверстия 13 неподвижного .диска 6 и направляется к выходному отверстию 3 смесителя. При этом следует отметить, что величина сдвиговых деформаций снижается по длине смесителя и происходит релаксация напряжений А0 в процессе смешения, приводящая к местному повышению давления и усилению поперечных потоков полимера. Таким образом, повышается эффективность смешения и улучшается качество смеси.

В варианте конструкции (фиг.2 и 3) расплав полимера из сквозных отверстий 11 смесительного диска 8 может поступать в прорезь 19, выполненную по внутренней поверхности 18 выточки 16 смесительного диска 8. Так как высота прорези 19 уменьшается в направлении выходного отверстия

3 смесителя, расплав полимера перетекает в прорезь 20 с высотой, уменьшающейся в направлении, противоположном уменьшению высоты прорези

19 на наружной поверхности 17. Расплав полимера, перетекая в прорезь

20, выполненную на наружной периферийной поверхности 17 смесительного диска 9, расположенного в выточке 16, образует дополнительный гидродинамический элемент привода вращения смесительного диска 9, что повышает надежность его работы и силовое взаимодействие, приводящее к вращению смесительный диск 9 при вращении смесительного диска 8 относительно его. Наличие прорезей 19 и 20 улучшает условия перемешивания полимера в периферийной зоне смесительного диска 9 и улучшаются условия предотвращения образования застойных зон.

В варианте конструкции (фиг.4) можно достичь значительной разницы в частотах вращения смесительных дисков 8 и 9, установив между ними направляющий диск 21, закрепленный на корпусе 1. При этом поток расплава полимера, проходя через сквозные отверстия ?, теряет часть своей энер,гии на преодоление их сопротивления.

При этом уменьшается энергия расплава полимера, расходуемая на вращение смесительного диска 9. Расплав

I полимера, последовательно поступая из сквозных отверстий 11 в сквозные отверстия 2, расположенные под углом к сквозным отверстиям 12, втекает в сквозные отверстия 12 под углом, обеспечивая тем самым появление составляющей силы, приводящей к вращению смесительного диска 8 (фиг.5), который в зависимости от угла наклона отверстий 22 относительно отверстий

12 может вращаться в одном направлении со смесительным диском 8 или в противоположном направлении. Для вращения смесительного диска 9 в направлении, противоположном вращению смесительного диска 8, отверстия 22. направляющего диска 21 должны пово-. рачивать поток полимера и обеспечивать его движение в направлении, противоположном вращению смесительного диска 8 (для этого случая отверстия

22 показаны штрихами на фиг.5). Полимер, вытекая из отверстий 2 и втекая в сквозные отверстия 12, заставляет смесительный диск 9 вращаться в ннправлении, в котором он движется на выходе из отверстий 2, т.е. в направлении, противоположном врашению смесительного диска 8.

1646879

Как в первом, так и во втором описанных вариантах конструкции расплав полимера может двигаться через сквозные отверстия 10-13 и 2, расположенные под углом друг к другу.

Это повышает эффективность смешения, так как струи, выходящие из сквозных отверстий одного и того..же диска, будут предварительно пересекаться между собой до слияния в сквозных отверстиях другого диска. На фиг.5 оасплав полимера, двигаясь в отверстиях 10 диска 5, расположенных под углом друг к другу, сливается на выходе из указанных отверстий.

Эффективность смешения повьппается и в том случае„ когда расплав полимера последовательно движется чсрез отверстия 11„ 22., 12 и 13, расположенные под углами друг к другу . В этом случае эффективность смешения

/ повышается из-за частого изменения направления движения полимера, что увеличивает поверхность контакта полимера.

При движении расплава полимера (фиг.6) между профильными поверхностями дисков 5, 6,, 8, 9 и 16, вращающимися относительно друг друга, расплав полимера перетекает между чередующимися выступами.и впадинами и дополнительно перемешивается.

Расплав полимера через сквозные отверстия 12 смеси-ельного диска 8 поступает во впадины 26 и 27 с выступом 13.

Из двух впадин 26 и 27 полимер поступает во впадину 28 диска 6, перемешивается и переворачиваешься в ней, что существенно повьппает качество смешения, и вытекает через сквозное отверстие 13. Часть полимера из впадины 28 поступает соот- ветственно во впадину 29 и вытекает через отверстия 13. Выступы 25 и 24 используются для разделения полимера между впадинами 28 и 29.

Интенсивность сдвиговых деформаций, среза и частоту вращения смесительного диска 9 можно регулировать путем осевого перемещения смесительных дисков 8 и 9 и установки их в фиксированном положении, которое не изменяется во время работы, относительно дисков 5, 21 H 6 (фиг.4). Например, для регулирования и установки смесительного диска

9 необходимо повернуть вал 15 и пе5

55 ремещать его относительно смесительного диска 9 с помощью разъемного соединения 30, например, резьбового. Вал 15 может быть полностью вывернут, регулировочное кольцо 31 заменено другим, обеспечивающим определенное положение смесительного диска 9 относительного вала 15.

При этом изменится и положение диска смесительного 9 относительно дисков 21 и 6. При использовании упругого регулировочного кольца 31 отпадает необходимость в рассоединении смесительного диска 9 и вала

15. Меняя степень сжатия кольца 31, можно осуществить описанную выше регулировку.

Регулировать положение смесительных дисков 8 и 9 можно с помощью устройств 32 и 39 для их перемеще-ния (фиг.2). Смесительный диск 8 вращается от электродвигателя 38 через зубчатое колесо 37 и шестерню

36, а его поступательное движение осуществляет привод 33 поступательного движения, в котором поршень 35 под действием рабочей жидкости перемещается в цилиндре 34 и перемещает шестерню 36 относительно зубчатога колеса 37 на валу 14 и.смесительньп диск 8. Привод 33 поступательного движения может быть испольа зован без всяких изменений в качестве гидравлического вибратора, генерирующего осевые низкочастотные колебания. В этом случае существенно улучшается смешивание из-за виброгомогенизации, связанной с увеличением суммарной сдвиговой деформации за счет осцилляции смесительных дисков 8 и 9 и диссипативных тепловыделений.- Смешение улучшается в том случае, если приводом 33 поступательного движения снабжен только смесительный диск 8, однако технологические возможности оборудования расширяются и наблюдается дальнейшее повьппение эффективности смешения при использовании,смесительного диска 9, снабженного устройством

37 для его перемещения.

Предлагаемая конструкция смесителя позволяет организовать процесс частого разделения и слияния потоков расплава полимера, интенсифицировать смешение в зонах сдвиговых деформаций, образовывать малые порции полимера, в том числе и переменных по длине размеров, и подавать их в зону

11

164 смешения, осуществлять автоматическое регулирование сопротивления смесителя, обеспечивающее работу смесителя без деструкции и понижения качества смеси полИмера, выбирать рациональное положение дисков смесителя при их осевом перемещении, осуществлять виброгомогенизацию полимера. При этом увеличивается поверхность раздела полимера и интенсифицируется распределение поверхностей контакта по всему объему смеси.

Таким образом, в предлагаемом смесителе для полимерных материалов достигается повышение эффективности смешения.

Формула изобретения

1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и полостью, в которой установлены неподвижные диски, закрепленные на корпусе и образующие между собой смесительные секции, в каждой из которых расположено по одному основному смесительнбму диску, закрепленному на основном валу, установленном с возможностью вращения, причем в дис6879 ках выполнены сквозные отверстия для прохода полимера, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения, каждая смесительная секция снабжена по меньшей мере одним дополнительным смесительным диском, закрепленным на дополнительном валу и установлен1 ным с возможностью вращения в направлении основного смесительного диска.

2. Смеситель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что один из смесительных дисков установлен в выточке, выполненной в другом смесительном диске, установленном со стороны входного отверстия, причем по наружной периферийной поверхности

20 смесительного диска, установленного в выточке, и на обращенной к ней внутренней поверхности смесительного диска с выточкой выполнены йрорези.

3. Смеситель по и. 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что прорези обращенных друг к другу поверхно= стей смесительных дисков выполне30 ны с высотой, уменьшающейся во взаимно противоположных направлениях..

Л юг. 1

1646879

1646879

В21г

72

36

33

Составитель Л. Ливенцова

Техред Л. Олийнык . Корректор С,Шекмар

Редактор E. Папп

Заказ 1372 Тираж 391 Подписное

ВЯИЦПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101