Устройство и способ смешивания жидкой краски, а также способ окрашивания пластмасс жидкой краской

Изобретение относится к смешиванию жидкой краски и может использоваться для окрашивания пластмасс. Смеситель имеет смесительную трубу, вращающийся смесительный орган с системой подачи жидких красок через стенку смесительной трубы в зону смесительного органа. При однонаправленном вращении смесительного органа одна часть смесительных элементов перемещает содержимое смесителя в направлении выходного отверстия, а другая часть - в противоположном направлении. Технический результат состоит в возможности равномерного смешения жидких красок разной вязкости даже при их подаче в смеситель в тактовом или импульсном режиме. Использование подобного смесителя для смешения исходных жидких красок при их объемном дозировании позволяет непосредственно дозировать смешанную жидкую краску в машину для переработки пластмасс. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к смесителю для приготовления жидких красок и к осуществляемому с его использованием способу смешения жидких красок, пригодному для подачи жидких красок в необходимых дозированных количествах в машины для переработки пластмасс.

При переработке пластмасс в виде их расплавов пластмассу обычно окрашивают с использованием так называемых маточных смесей. Маточные смеси представляют собой пластмассовые грануляты с высоким содержанием красителей, добавляемые в пластмассу для ее окрашивания при ее переработке в виде расплава. Недостаток, связанный с применением подобных маточных смесей, состоит в необходимости приготавливать для каждого типа пластмассы и для каждого цвета краски отдельную маточную смесь и хранить ее на складе для использования при переработке пластмассы. При этом быстрая смена одной краски на другую или быстрая замена одного цветового тона на другой невозможны из-за необходимости каждый раз приготавливать новую маточную смесь.

Для окрашивания пластмасс вместо маточных смесей можно также использовать жидкие краски, которые либо подают в машину для переработки пластмасс совместно с не окрашенным пластмассовым гранулятом, либо смешивают в машине для переработки пластмасс с уже расплавленной пластмассой. При окрашивании пластмасс этими способами используют жидкую краску, приготавливаемую смешением соответствующих компонентов в необходимых для получения требуемого цветового тона пропорциях, из-за чего для "окрашивания пластмассы в каждый требуемый цвет необходимо приготавливать и хранить на складе соответствующую жидкую краску. В этом случае быстрая смена одной краски на другую или быстрая замена одного цветового тона на другой также невозможны из-за необходимости каждый раз приготавливать новую жидкую краску.

В WO 02/087849 было предложено по отдельности подавать несколько жидких красок в машину для переработки пластмасс и изготавливать пластмассы разных цветовых тонов путем регулируемой в соответствии с заданной рецептурой подачи отдельных жидких красок в необходимых дозированных количествах. Однако недостаток этого способа состоит в том, что в случае рецептур со значительно различающимися между собой соотношениями между отдельными жидкими красками в их смесях во многих машинах для переработки пластмасс не обеспечивается достаточно однородное смешение жидких красок с пластмассой, из-за чего получаемые изделия имеют неравномерную окраску.

Учитывая сказанное выше, существует потребность в смесителе и способе смешения, которые позволяли бы приготавливать из отдельных жидких красок даже при предусмотренных рецептурой значительных различиях в относительном содержании жидких красок в их смеси однородно смешанные жидкие краски для окрашивания пластмасс непосредственно перед началом процесса переработки пластмассы в соответствии с потребностями в них машины для переработки пластмасс. Смеситель должен при этом обеспечивать надежное смешение даже тиксотропных жидких красок, которые начинают течь лишь по достижении определенного приложенного к ним сдвигового усилия.

В WO 99/34905 описан смеситель для получения пигментированных лакокрасочных материалов, в котором отдельные жидкие краски и один или несколько основных лаковых компонентов в дозированных количествах подают в общую камеру смесителя и смешивают в последующем турбинном смесителе, после чего полученную смесь выгружают из смесителя. Однако для смешения жидких красок с различной вязкостью и плотностью без добавления основного лакового компонента в больших количествах, что необходимо для окрашивания пластмасс, такой смеситель малопригоден, поскольку в противном случае смесь жидких красок остается неполной.

В US 3664638 описаны статические смесители, которые предназначены для смешения жидкостей и в которых в трубе последовательно расположено несколько винтовых смесительных элементов с попеременно чередующимся правым и левым направлением винтовой линии. Статические смесители этого конструктивного типа известны специалистам в данной области под названием "винтовые смесители" или как смесители "Kenics" и обычно используются для смешения реакционноспособных компонентов при изготовлении двухкомпонентных пластмасс или двухкомпонентных клеев.

Для изготовления двухкомпонентных пластмасс используют также динамические смесители, в которых в смесительной трубе вращаются известные по применению в винтовых смесителях смесительные элементы. В таких смесителях оба смешиваемых компонента, как и в статических смесителях, подают в смесительную трубу в осевом направлении через один ее конец.

Однако известные статические винтовые смесители и смесители с вращающимся винтовым смесительным элементом с осевой подачей компонентов не пригодны для смешения жидких красок с разными реологическими свойствами, используемых для окрашивания пластмасс, при значительно различающихся между собой соотношениях отдельных жидких красок в смеси. При смешении между собой жидких красок с разной вязкостью происходит, например, неравномерное вмешивание более вязкого компонента, что приводит к получению смесей с неравномерным цветовым тоном. Аналогичные проблемы возникают и при использовании жидких красок разной плотности либо жидких красок, одна или несколько из которых обладают тиксотропными свойствами.

В JP-A 3-60727 описан статический смеситель, который по своей конструкции соответствует винтовым смесителям и в котором в стенке смесительной трубы расположены форсунки или сопла для примешения одной текучей среды к движущемуся по трубе потоку другой текучей среды. Согласно этой публикации подобный смеситель должен обладать высокой эффективностью смешения, когда к проходящему в больших объемах по смесительной трубе потоку одной текучей среды примешивается подаваемая через сопла в стенке смесительной трубы в небольших количествах другая текучая среда.

В ЕР 0090257 описан смеситель для изготовления многокомпонентных пластмасс, имеющий смесительную камеру с вращающимся в ней поршнем, между боковой поверхностью которого и стенкой смесительной камеры образуется щель, в которой создается сдвиговое усилие. Отдельные компоненты дозируются в эту щель в радиальном направлении и выходят из смесителя через расположенное напротив поршня выходное отверстие. Подобный смеситель обеспечивает ламинарное течение жидких материалов в указанной щели и не имеет никаких устройств, которые перемещали бы находящиеся в щели материалы в направлении от выходного отверстия.

Задачу по обеспечению равномерного смешения жидких красок даже при значительно различающихся между собой относительных количествах отдельных жидких красок и при разных их реологических свойствах позволяют решить предлагаемый в изобретении смеситель и осуществляемый с его помощью способ смешения жидких красок.

В соответствии с этим объектом изобретения является смеситель жидких красок, имеющий смесительную трубу с выходным отверстием в ее конце, установленный в смесительной трубе с возможностью вращения вокруг ее продольной оси смесительный орган с по меньшей мере двумя смесительными элементами, одна часть которых при однонаправленном вращении смесительного органа перемещает содержимое смесителя в направлении выходного отверстия, а другая их часть перемещает содержимое смесителя в противоположном направлении, и по меньшей мере два входных отверстия, предназначенных для подачи через них жидких красок и расположенных в стенке смесительной трубы между ее концами в зоне смесительного органа.

Объектом изобретения является далее способ смешения жидких красок, заключающийся в том, что в предлагаемом в изобретении смесителе смешивают по меньшей мере две жидкие краски, которые подают в смеситель через предназначенные для этого входные отверстия, вращая при этом смесительный орган вокруг продольной оси смесительной трубы и отбирая смешанную жидкую краску из смесителя через выходное отверстие в конце смесительной трубы.

Объектом изобретения является, кроме того, способ окрашивания пластмасс, заключающийся в том, что предлагаемым в изобретении способом смешения жидких красок смешивают по меньшей мере две жидкие краски при их объемном дозировании и смешанную жидкую краску непосредственно подают в машину для переработки пластмасс.

Под жидкими красками согласно изобретению подразумеваются текучие составы или композиции, содержащие один или несколько пигментов в диспергированном виде и/или одну либо несколько красок в растворенном виде. Жидкие краски могут иметь жидкую или пастообразную консистенцию, и к ним относятся также тиксотропные композиции, которые начинают течь лишь при воздействии на них сдвигового усилия, превышающего их предел текучести. Содержание пигментов в жидких красках в предпочтительном варианте достигает 10 мас.%, прежде всего 5 мас.%.

Предлагаемый в изобретении смеситель имеет смесительную трубу с выходным отверстием в ее конце для отбора смешанной жидкой краски. Смесительную трубу предпочтительно выполнять закрываемой на время смешения на ее противоположном по отношению к выходному отверстию конце, чтобы смешанная в смесительной трубе жидкая краска могла выходить из нее только через выходное отверстие. В выходном отверстии при необходимости можно дополнительно установить регулирующий клапан постоянного давления, исключающий вытекание смешанной жидкой краски из выходного отверстия на время, в течение которого в смеситель не подаются никакие жидкие краски. Смесительная труба в предпочтительном варианте имеет круглое поперечное сечение и может иметь цилиндрическую или коническую форму, а наиболее предпочтительно выполнять ее цилиндрической формы.

Расположенный в смесительной трубе смесительный орган установлен в ней с возможностью вращения вокруг ее продольной оси. Смесительный орган имеет при этом по меньшей мере два смесительных элемента, одна часть которых при однонаправленном вращении смесительного органа перемещает содержимое смесителя в направлении выходного отверстия, а другая их часть перемещает содержимое смесителя в противоположном направлении. Благодаря такому разному воздействию смесительных элементов на содержимое смесителя в нем в результате завихрения возникает эффект обратного смешения его содержимого. Смесительные элементы предпочтительно выполнять таких размеров, чтобы за один оборот смесительного органа смесительные элементы при своем движении "обегали" или перекрывали по меньшей мере 80%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 90%, площади поперечного сечения смесительной трубы. При таких размерах смесительных элементах обеспечивается перемешивание по всему поперечному сечению смесительной трубы. Смесительный орган предпочтительно выполнять сменным, прежде всего с возможностью его извлечения из смесительной трубы без разборки.

Смесительные элементы смесительного органа предпочтительно выполнять в виде винтовых спиралей с чередующимся правым и левым направлением (подъемом) винтовой линии аналогично известным смесительным элементам винтовых смесителей. Однако можно использовать и смесительные элементы иной формы, как, например, у мешалок с наклоненными во взаимно противоположные стороны лопастями. Смесительный орган предпочтительно должен иметь по меньшей мере 5, наиболее предпочтительно по меньшей мере 9, смесительных элементов с разным воздействием каждым из них на содержимое смесителя.

Смесительный орган можно приводить в движение любым способом. Предпочтительно же приводить смесительный орган в движение двигателем. В наиболее предпочтительном варианте смесительный орган приводят в движение валом, ось которого совпадает с продольной осью смесительной трубы и который в свою очередь приводится во вращение со стороны противоположного по отношению к выходному отверстию конца смесительной трубы. Смесительный орган может приводиться приводом в колебательное или вращательное движение, а предпочтительно приводить его во вращательное движение. Для смесительного органа, несколько из смесительных элементов которого оканчивается вблизи стенки смесительной трубы и для приведения которого в движение используется вал, ось которого совпадает с продольной осью смесительной трубы, нет необходимости предусматривать дополнительные опоры в смесительной трубе.

Помимо этого предлагаемый в изобретении смеситель имеет по меньшей мере два входных отверстия, предназначенных для подачи через них жидких красок и расположенных в стенке смесительной трубы между ее концами в зоне смесительного органа. В соответствии с этим жидкие краски подаются в смесительную трубу в радиальном направлении через входные отверстия в ее стенке, а не в осевом направлении в конце смесительной трубы. При этом входные отверстия для подачи жидких красок предпочтительно располагать на таком удалении от выходного отверстия, чтобы протяженность расположенного между входными отверстиями и выходным отверстием в конце смесительной трубы участка смесительного органа составляла по меньшей мере 60%, наиболее предпочтительно более 80%, от всей его длины. Входные отверстия для подачи жидких красок предпочтительно располагать в одной-трех плоскостях, наиболее предпочтительно только в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси смесительной трубы. Входные отверстия дополнительно можно снабдить запорными или обратными клапанами во избежание обратного перетекания смешанной жидкой краски из смесителя в ведущие к входным отверстиям трубопроводы.

Входные отверстия для подачи жидких красок и смесительный орган предпочтительно располагать таким образом, чтобы при движении смесительного органа по меньшей мере один его смесительный элемент проходил на малом расстоянии, предпочтительно на расстоянии менее 1 мм, прежде всего менее 0,5 мм, от каждого входного отверстия. При соблюдении этого условия у входных отверстий для подачи жидких красок создается высокое сдвиговое усилие и повышается эффективность перемешивания жидких красок.

Предлагаемый в изобретении смеситель, кроме того, может иметь еще одно или несколько дополнительных входных отверстий для подачи через них промывочной жидкости и/или сжатого воздуха, предпочтительно и промывочной жидкости, и сжатого воздуха, для возможности опорожнения и очистки смесителя при смене краски. Дополнительно смеситель может также иметь еще одно или несколько выходных отверстий, обеспечивающих возможность опорожнения смесительной трубы независимо от выходного отверстия в ее конце. Входные отверстия для подачи промывочной жидкости и/или сжатого воздуха и дополнительные выходные отверстия при их наличии предпочтительно ориентировать в радиальном направлении при их расположении вблизи конца смесительной трубы или в осевом направлении при их расположении в конце смесительной трубы.

Предлагаемый в изобретении способ смешения жидких красок осуществляют в предлагаемом в изобретении смесителе. При этом жидкие краски подают в смеситель через предназначенные для этого входные отверстия, вращая при этом смесительный орган вокруг продольной оси смесительной трубы и отбирая смешанную жидкую краску из смесителя через выходное отверстие в конце смесительной трубы. В процессе смешения жидких красок все отверстия, за исключением входных отверстий для подачи жидких красок и выходного отверстия в конце смесительной трубы, предпочтительно должны оставаться закрытыми, чтобы поданные через входные отверстия жидкие краски могли после их смешения выходить из смесительной трубы только через выходное отверстие в ее конце. При этом закрытым в процессе смешения жидких красок должен оставаться прежде всего противоположный по отношению к выходному отверстию конец смесительной трубы.

При подаче жидких красок в смеситель смесительный орган можно приводить в колебательное или вращательное движение, а предпочтительно приводить его во вращательное движение. Смесительный орган наиболее предпочтительно приводить во вращение с в основном постоянной частотой. В принципе же скорость движения смесительного органа можно варьировать в широких пределах в зависимости от свойств смешиваемых жидких красок. Скорость движения смесительного органа должна быть по меньшей мере настолько высокой, чтобы обеспечивалось равномерное перемешивание жидких красок. Верхний предел скорости движения смесительного органа ограничивается лишь величиной, при которой начинает проявляться эффект кавитации вблизи смесительных элементов. В том случае, когда в смесителе присутствует также газ, например воздух, смесительный орган предпочтительно приводить в движение с невысокой скоростью во избежание примешивания газа к смеси жидких красок и образования в ней включений в виде газовых пузырьков.

Предлагаемый в изобретении способ смешения жидких красок предпочтительно осуществлять в непрерывном или периодическом режиме. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа в непрерывном режиме жидкие краски подают в смеситель в заданных объемных соотношениях, отбирая в результате с выхода смесителя непрерывный поток смешанной жидкой краски. При осуществлении же предлагаемого в изобретении способа в периодическом режиме в каждом цикле подача в смеситель жидких красок в заданных объемных соотношениях в течение первого временного интервала чередуется с отсутствием их подачи в смеситель в течение последующего второго временного интервала. В периодическом режиме смешанную жидкую краску отбирают из смесителя только в течение первого, но не второго временного интервала.

Жидкие краски предпочтительно подавать через предназначенные для этого входные отверстия путем объемного дозирования (дозирования по объему). При этом жидкие краски подают с заданным объемным расходом и с заданным объемным соотношением, определяемым рецептурой краски требуемого цвета. Для подобного объемного дозирования жидких красок предпочтительно использовать насосы с принудительной подачей, принудительное перекачивание которыми жидкости обеспечивается за счет совершения их рабочим органом или рабочими органами механического движения. В качестве примера пригодных для применения в указанных целях насосов с принудительной подачей можно назвать поршневые насосы, роторные насосы и шестеренные насосы. Для дозирования жидких красок предпочтительно использовать двухпоршневые насосы, в которых поочередно один из двух поршней нагнетает жидкую краску, а другой поршень в это время всасывает краску, что обеспечивает дозирование жидкой краски с постоянным объемным расходом. Использование насосов с принудительной подачей для объемного дозирования жидких красок позволяет получать смешанную жидкую краску постоянно воспроизводимого одинакового состава и исключить возможные изменения цвета или цветового тона смешанной жидкой краски вследствие колебаний в процессе регулирования дозированной подачи смешиваемых жидких красок. Помимо этого объемное дозирование жидких красок позволяет с высокой точностью регулировать количественный расход выходящей из смесителя жидкой краски, которую благодаря этому можно сразу же после ее смешения предлагаемым в изобретении способом непосредственно дозировать в машину для переработки пластмасс. При этом смешанную жидкую краску можно в непрерывном режиме дозировать в машину для переработки пластмасс непрерывного действия, такую, например, как экструдер. Равным образом смешанную жидкую краску можно также в периодическом режиме дозировать в машину для переработки пластмасс периодического действия, такую, например, как машина для литья под давлением.

В предпочтительном варианте объемным дозированием жидких красок в предлагаемый в изобретении смеситель управляет машина для переработки пластмасс, что позволяет непосредственно дозировать в нее смешанную жидкую краску, не предусматривая промежуточную емкость. Этот вариант с управлением дозированной подачей жидких красок в предлагаемый в изобретении смеситель со стороны машины для переработки пластмасс наиболее предпочтительно использовать для дозирования смешанной жидкой краски в машины для переработки пластмасс периодического действия, такие, например, как машины для литья под давлением.

Непосредственное дозирование смешанной предлагаемым в изобретении способом жидкой краски в машину для переработки пластмасс обеспечивает возможность быстрой смены одной краски на другую или быстрой замены одного цветового тона на другой при переработке пластмассы без необходимости предварительного приготовления для этого смешанной краски или замены емкости с одной краской на емкость с другой краской на машине для переработки пластмасс.

Для дозирования жидких красок наиболее предпочтительно использовать насосы с принудительной подачей и с приводом от шаговых двигателей. Преимущество подобных насосов перед насосами с непрерывным приводом от двигателя с переменной частотой вращения состоит в возможности высокоточного регулирования скорости дозирования в существенно более широких пределах и в возможности поддержания постоянной отрегулированной скорости дозирования. В отличие от двигателя с переменной частотой вращения, который позволяет изменять скорость дозирования в диапазоне с соотношением между минимальной и максимальной скоростями дозирования, обычно не превышающим 1:100, привод от шаговых двигателей позволяет регулировать скорость дозирования в диапазоне с соотношением между минимальной и максимальной скоростями дозирования, превышающим 1:1000. В соответствии с этим соотношение между жидкими красками в их смеси, а тем самым и цветовые тона или градации цветовых тонов получаемых смешанных красок можно варьировать в более широких пределах. Для дозирования жидких красок наиболее пригодны автоматические поршневые бюретки с электромеханическим приводом от шаговых двигателей.

При смешении жидкой краски предлагаемым в изобретении способом исходные жидкие краски можно подавать через предназначенные для этого входные отверстия в непрерывном или тактовом (импульсном) режиме. Благодаря обратному смешению, происходящему в смесительной трубе предлагаемого в изобретении смесителя, в нем даже при тактовой подаче одной или нескольких жидких красок можно добиться равномерного их перемешивания без колебаний состава смешанной краски во времени при условии, что соотношение между средней продолжительностью пребывания смешиваемой жидкой краски в смесителе и длительностью одного периода смешения жидкой краски в смесителе превышает 5:1, предпочтительно превышает 10:1. Под длительностью одного периода при этом согласно изобретению подразумевается интервал времени, складывающийся из длительности одной отдельной стадии подачи жидких красок в смеситель и длительности паузы между двумя такими стадиями подачи жидких красок в смеситель. Благодаря возможности подачи жидких красок в смеситель в тактовом режиме предлагаемым в изобретении способом можно воспроизводимо получать также смешанные краски со значительно различающимся соотношением используемых исходных жидких красок без колебаний при этом цвета получаемой смешанной жидкой краски.

Для смены одной краски на другую при смешении жидких красок предлагаемым в изобретении способом процесс смешения предпочтительно прерывать и очищать смеситель путем его промывки промывочной жидкостью с целью максимально быстрого получения смешанной жидкой краски другого и гомогенного состава и минимизации количества отходов, образующихся при смене одной краски на другую. Для этого сначала прекращают подачу жидких красок в смеситель и его смесительную трубу опорожняют путем ее продувки сжатым воздухом. Далее смесительную трубу по меньшей мере однократно заполняют промывочной жидкостью и приводят в движение смесительный орган для смывания промывочной жидкостью с его поверхностей и со стенок смесительной трубы остатков смешанной жидкой краски. Затем смесительную трубу вновь опорожняют путем ее продувки сжатым воздухом и после этого возобновляют подачу жидких красок при другом их соотношении. При дозировании смешанной жидкой краски в процессе ее приготовления предлагаемым в изобретении способом непосредственно в машину для переработки пластмасс содержимое смесительной трубы, удаленное из нее в процессе ее очистки сжатым воздухом, и первую порцию смешанной жидкой краски с измененным соотношением использованных для ее получения исходных жидких красок целесообразно направлять в отдельный сборник и лишь после этого начинать дозирование смешанной жидкой краски непосредственно в машину для переработки пластмасс. В качестве промывочной жидкости в принципе можно использовать любую жидкость, способную растворять или диспергировать компоненты жидкой краски.

При промывке смесителя предпочтительно, чтобы в конце процесса промывки промывочной жидкостью были заполнены все сообщающиеся со смесительной трубой трубопроводы. Соблюдение этого условия позволяет избежать образования газовых пробок в подводящих трубопроводах и тем самым получить на выходе смесителя после возобновления процесса смешения более равномерный поток смешанной жидкой краски.

В том случае, когда через одно из входных отверстий не требуется подавать жидкую краску для получения фактически необходимой смеси жидких красок, ведущий к этому входному отверстию подводящий трубопровод, предназначенный для подачи по нему жидкой краски, предпочтительно по меньшей мере частично заполнять смешанной жидкой краской из смесительной трубы после начала подачи в нее жидких красок. Для этого используемый для подачи жидкой краски к этому входному отверстию насос предпочтительно кратковременно переключать на режим перекачивания в обратном направлении. По меньшей мере частичное заполнение подводящего трубопровода уже смешанной жидкой краской позволяет избежать загрязнения фактически смешанной жидкой краски нежелательной жидкой краской из фактически не используемого входного отверстия. В другом варианте ведущие к фактически не используемым входным отверстиям подводящие трубопроводы можно также по меньшей мере частично заполнять промывочной жидкостью в процессе промывки смесителя.

При смешении жидких красок предлагаемым в изобретении способом в дополнение к по меньшей мере двум жидким краскам в смеситель через расположенные в стенке смесительной трубы входные отверстия можно также подавать дополнительные текучие компоненты или составы. При приготовлении предназначенных для окрашивания пластмасс жидких красок к ним можно также примешивать, например, УФ-стабилизаторы, антиоксиданты, антипирены, пластификаторы или повышающие ударную вязкость добавки и таким путем вводить их в пластмассу совместно со смешанной жидкой краской.

На фиг.1 схематично показан выполненный по предпочтительному варианту предлагаемый в изобретении смеситель со смесительными элементами в виде винтовых спиралей, с дополнительными входными отверстиями для подачи через них промывочной жидкости и сжатого воздуха, а также с системой объемного дозирования жидких красок с двухпоршневыми насосами.

На фиг.2 в графическом виде показан расход жидких красок в функции времени t при работе смесителя в непрерывном режиме с непрерывным дозированием в него первой жидкой краски с расходом F₁ и с тактовым (импульсным) дозированием в него второй жидкой краски с расходом F₂ и длительностью одного периода t₁.

На фиг.3 в графическом виде показан расход жидких красок в функции времени t при работе смесителя в периодическом режиме с непрерывным дозированием в него первой жидкой краски с расходом F₁ и с тактовым (импульсным) дозированием в него второй жидкой краски с расходом F₂. При работе смесителя в периодическом режиме дозирование обеих жидких красок в смеситель происходит в течение первого временного интервала t₂ и прерывается на второй временной интервал t₃.

На фиг.4 показан выполненный по предпочтительному варианту предлагаемый в изобретении смеситель с двумя смесительными трубами.

В показанном на фиг.1 варианте смеситель имеет цилиндрическую смесительную трубу 1 с выходным отверстием 2 в ее нижнем конце. В смесительной трубе 1 расположен установленный с возможностью вращения вокруг ее продольной оси смесительный орган 3, приводимый в движение через вал 8 от двигателя. Смесительный орган 3 имеет в общей сложности пять смесительных элементов 3а, 3b в виде винтовых спиралей с попеременно чередующимся правым и левым направлением (подъемом) винтовой линии, которые за один оборот смесительного органа 3 при своем движении "обегают" или перекрывают по меньшей мере 80% площади поперечного сечения смесительной трубы 1. При однонаправленном вращении смесительного органа 3 первая часть смесительных элементов 3а перемещает содержимое смесителя в направлении выходного отверстия, а вторая часть смесительных элементов 3b перемещает содержимое смесителя в противоположном направлении. Смеситель имеет также два входных отверстия 4, 5, предназначенных для подачи жидких красок 6, 7 и расположенных между концами смесительной трубы 1 в ее стенке в зоне смесительного органа 3 в плоскости, перпендикулярной продольной оси смесительной трубы 1, и на таком удалении от выходного отверстия в конце смесительной трубы, что протяженность расположенного между входными отверстиями 4, 5 и выходным отверстием 2 в конце смесительной трубы 1 участка смесительного органа 3 превышает 60% от всей его длины. Входные отверстия 4, 5 для подачи через них жидких красок 6, 7 и смесительный орган 3 расположены при этом таким образом, что при вращении смесительного органа его смесительный элемент 3b проходит на расстоянии менее 0,5 мм от каждого входного отверстия 4, 5. Смеситель имеет, кроме того, дополнительное входное отверстие 9 для подачи через него промывочной жидкости 10 и сжатого воздуха 11.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа в смесительную трубу 1 двухпоршневыми насосами 13, 14 через входные отверстия 4, 5 подают две жидкие краски 6, 7, приводя при этом смесительный орган 3 во вращение вокруг продольной оси смесительной трубы 1. Дальний от выходного отверстия 2 конец смесительной трубы 1 и дополнительное входное отверстие 9 остаются при этом закрытыми, и поэтому все поданное через входные отверстия 4, 5 количество жидких красок 6, 7 выходит из смесителя через выходное отверстие 2 и клапан 15 в виде смешанной жидкой краски 12. Двухпоршневые насосы 13, 14 приводятся при этом в действие шаговыми двигателями, что обеспечивает возможность подачи жидких красок 6, 7 в смеситель в тактовом режиме при соотношении между длительностью одного периода смешения жидкой краски в смесителе и средней продолжительностью пребывания смешиваемой жидкой краски в смесителе более 1:10. Смешанную жидкую краску 12 подают непосредственно в машину для переработки пластмасс, которая при этом управляет объемным дозированием жидких красок 6, 7 в смеситель.

Для смены одной краски на другую показанный на фиг.1 смеситель подвергают очистке, для чего в наиболее предпочтительном варианте сначала прекращают дозирование в него жидких красок 6, 7 и закрывают клапан 15, через который смешанная жидкая краска 12 подается в машину для переработки пластмасс. Затем через дополнительное входное отверстие 9 в смеситель подают сжатый воздух 11 и через клапан 15 удаляют содержимое смесительной трубы 1, которое в виде потока 16 отходов направляют в сборник. После этого смесительную трубу 1 при закрытом клапане 15 полностью заполняют через дополнительное входное отверстие 9 промывочной жидкостью 10, приводя при этом смесительный орган 3 во вращение и выпуская воздух из смесительной трубы 1 через не показанное на чертеже вентиляционное или продувочное отверстие в верхнем конце смесительной трубы 1. По истечении примерно 30 с, на протяжении которых смесительный орган 3 продолжают приводить во вращение, через дополнительное входное отверстие 9 в смеситель подают сжатый воздух 11 и через клапан 15 удаляют содержимое смесительной трубы 1, которое в виде потока 16 отходов направляют в сборник. Такой процесс промывки и продувки смесительной трубы затем повторяют еще дважды. После этого уменьшают частоту вращения смесительного органа 3 и в смеситель начинают дозировать жидкие краски 6, 7 при новом их соотношении, сначала оставляя при этом клапан 15 открытым для выпуска через него первых порций смешанной жидкой краски в виде потока 16 отходов в сборник. После подачи в смеситель жидких красок 6, 7 в количестве, соответствующем вместимости смесительной трубы 1, и вытеснения из нее тем самым воздуха частоту вращения смесительного органа 3 вновь повышают до первоначальной величины. После подачи в смеситель жидких красок 6, 7 в количестве, которое в два-три раза превышает вместимость смесительной трубы 1, клапан 15 переключают в положение, в котором возобновляется подача через него смешанной жидкой краски 12 в машину для переработки пластмасс.

В показанном на фиг.4 варианте смеситель имеет две смесительные трубы 1, каждая из которых имеет по выходному отверстию 2, по смесительному органу 3 и по два входных отверстия 4, 5. В смесительные трубы через входные отверстия 4, 5 подают жидкие краски 6, 7 двухпоршневыми насосами 13, 14, в каждом из которых их поршни могут приводиться в действие независимо друг от друга и каждый из двух поршней каждого из которых может независимо от другого поршня подавать через соответствующим образом расположенные клапаны жидкую краску в дозированных количествах в каждую из двух смесительных труб. Обе смесительные трубы соединены между собой выполненным в виде четырехходового клапана клапаном 15 таким образом, что по выбору одна из смесительных труб соединяется трубопроводом с устройством, в которое дозируется смешанная жидкая краска 12, а другая смесительная труба в это же время соединена со сборником, в который подается поток 16 отходов. Наряду с входными отверстиями 9 для подачи через них промывочной жидкости 10 смеситель в предпочтительном варианте имеет также клапаны 17, через которые промывочную жидкость 10 или сжатый воздух 11 можно также подавать через выходное отверстие 2 в смесительную трубу 3, и дополнительные выходные отверстия 18 для выпуска потоков 19 отходов с дальнего от выходного отверстия 2 конца смесительной трубы 3. Наличие подобных дополнительных клапанов 17 и выходных отверстий 18 позволяет промывать и/или продувать смесительную трубу в обоих направлениях и тем самым повысить эффективность ее очистки при смене одной краски на другую.

В смесителе, выполненном по предпочтительному, показанному на фиг.4 варианту, при смене одной краски на другую можно во второй смесительной трубе предварительно приготавливать жидкую краску из исходных жидких красок с новым, измененным соотношением между ними в их смеси и одновременно с этим дозировать из первой смесительной трубы в машину для переработки пластмасс смешанную жидкую краску еще с прежним соотношением между исходными жидкими красками в их смеси. Подобный подход позволяет сократить продолжительность простоя смесителя при смене одной краски на другую, поскольку для такой смены красок необходимо лишь промыть или заменить трубопровод, ведущий от клапана 15 к устройству, в которое по этому трубопроводу подается смешанная жидкая краска 12, тогда как очистку смесительной трубы можно выполнять без прерывания процесса дозирования жидкой краски. В то время, когда в первую смесительную трубу дозируют жидкие краски 6, 7 с еще прежним соотношением между ними, а через клапан 15 отбирают смешанную жидкую краску с прежним соотношением в ней между исходными жидкими красками, вторую смесительную трубу описанным выше путем промывают/продувают и опорожняют с помощью промывочной жидкости 10 и сжатого воздуха 11. Наряду с подачей в смесительную трубу промывочной жидкости и сжатого воздуха через входное отверстие 9 и с ее опорожнением через клапан 15 ее предпочтительно также дополнительно промывать/продувать в противоположном направлении путем подачи промывочной жидкости и сжатого воздуха через клапан 17 и опорожнения через выходное отверстие 18. Затем во вторую смесительную трубу описанным выше путем возобновляют подачу жидких красок 6, 7 с новым соотношением между ними, тогда как в первую смесительную трубу продолжают дозировать жидкие краски с прежним соотношением между ними. С этой целью оба поршня двухпоршневого насоса 13, 14 приводят в действие в таком режиме, в котором один из поршней подает в первую смесительную трубу жидкую краску в соответствии с прежним соотношением между смешиваемыми жидкими красками, а другой поршень подает во вторую смесительную трубу жидкую краску в соответствии с новым соотношением между смешиваемыми жидкими красками. В том случае, когда в ходе этого процесса пространство перед одним из поршней, подающих жидкие краски в первую смесительную трубу, необходимо заполнить следующей порцией жидкой краски, подачу жидких красок во вторую смесительную трубу прерывают, для обеспечения непрерывного дозирования жидкой краски в первую смесительную камеру подачу в нее жидкой краски переключают на подачу вторым поршнем с еще заполненным жидкой краской пространством перед ним, заполняют жидкой краской пространство перед первым поршнем и далее возобновляют подачу жидкой краски во вторую смесительную трубу, обеспечивая таким путем непрерывное дозирование жидкой краски в первую смесительную трубу. В предпочтительном варианте перед подачей жидкой краски во вторую смесительную трубу в каждом из двухпоршневых насосов жидкой краской заполняют пространство перед тем поршнем, который в данный момент не используется для дозированной подачи жидкой краски в первую смесительную трубу, затем все насосы переключают на дозированную подачу жидких красок в первую смесительную трубу теми их поршнями, пространства перед которыми заполнены жидкими красками, далее жидкой краской заполняют также пространство перед не используемым в данный момент для дозированной подачи жидкой краски в первую смесительную трубу вторым поршнем и после этого начинают подачу жидких красок во вторую смесительную трубу. Подобный подход позволяет обычно завершить подачу жидких красок во вторую смесительную трубу до того момента, когда для дозирования жидких красок в первую смесительную трубу потребуется переключение между поршнями одного двухпоршневого насоса.

Примеры

Эксперименты проводили в показанном на фиг.1 смесителе со смесительной трубой 1, имевшей внутренний диаметр 8,3 мм и длину 10 см. Смесительная труба имела два расположенных на расстоянии 8 см от выходного отверстия 2 входных отверстия 4, 5 диаметром по 1,5 мм. В качестве смесительного органа 3 использовали винтовой смеситель типа MR 08-12 диаметром 8 мм и длиной 93 мм фирмы Mixpac с 12-ю смесительными элементами в виде винтовых спиралей с попеременно чередующимся правым и левым направлением винтовой линии. Смесительный орган приводили во вращение двигателем со скоростью 1500 об/мин. Для дозирования жидких красок в качестве поршневых насосов 13, 14 использовали автоматические поршневые бюретки модели PSD/8 фирмы Hamilton.

Пример 1

Через два разных входных отверстия 4, 5 в смеситель в периодическом режиме в радиальном направлении подавали красную и белую жидкие краски Polytrend 700 фирмы Colortrend в соотношении 10:9 при общем объемном расходе 1,8 мл/мин. Длительность временного интервала подачи жидких красок в смеситель и длительность паузы в подаче жидких красок в смеситель составляли по 10 с. Для оценки качества смешения отдельные капли смешанной жидкой краски, отбираемой из выходного отверстия 2, распределяли тонким слоем по предметному стеклу для исследования под микроскопом и анализировали визуально. В смешанной жидкой краске не было обнаружено никаких неоднородностей или колебаний цветового тона.

Пример 2 (сравнительный)

В этом примере работали аналогично примеру 1 за исключением того, что обе жидкие краски подавали в смеситель не в радиальном направлении через входные отверстия 4, 5, а в осевом направлении через входные отверстия в противоположном по отношению к выходному отверстию 2 конце смесительной трубы. Смешанная жидкая краска имела четко различимую разнотонность.

1. Смеситель жидких красок, имеющий а) смесительную трубу (1) с выходным отверстием (2) в ее конце, б) установленный в смесительной трубе с возможностью вращения вокруг ее продольной оси смесительный орган (3) с, по меньшей мере, двумя смесительными элементами (3а, 3b), и, в) по меньшей мере, два входных отверстия (4, 5), предназначенных для подачи через них жидких красок (6, 7), отличающийся тем, что при однонаправленном вращении смесительного органа одна часть (3а) смесительных элементов перемещает содержимое смесителя в направлении выходного отверстия, а другая их часть (3b) перемещает содержимое смесителя в противоположном направлении, входные отверстия (4, 5) расположены в стенке смесительной трубы между ее концами в зоне смесительного органа, и при движении смесительного органа, по меньшей мере, один его смесительный элемент (3a, 3b) проходит на расстоянии менее 1 мм, прежде всего менее 0,5 мм, от каждого входного отверстия.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что смесительная труба (1) имеет цилиндрическую форму.

3. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что смесительные элементы (3a, 3b) смесительного органа (3) выполнены в виде винтовых спиралей с чередующимся правым и левым направлением винтовой линии.

4. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что смесительные элементы (3a, 3b) смесительного органа (3) за один оборот смесительного органа при своем движении перекрывают по меньшей мере 80% площади поперечного сечения смесительной трубы (1).

5. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что входные отверстия (4, 5) для подачи жидких красок расположены на таком удалении от выходного отверстия (2), при котором протяженность расположенного между входными отверстиями и выходным отверстием (2) в конце смесительной трубы (1) участка смесительного органа (3) составляет, по меньшей мере, 60% от всей его длины.

6. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что входные отверстия (4, 5) для подачи жидких красок (6, 7) расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси смесительной трубы (1).

7. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что смесительный орган (3) приводится в движение валом (8), ось которого совпадает с продольной осью смесительной трубы (1) и который, в свою очередь, приводится во вращение со стороны противоположного по отношению к выходному отверстию (2) конца смесительной трубы.

8. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет одно или несколько дополнительных входных отверстий (9) для подачи через них промывочной жидкости (10) и сжатого воздуха (11).

9. Смеситель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет две смесительные трубы (1), выходные отверстия (2) которых через клапан (15) сообщаются с общим трубопроводом для отбора смешанной жидкой краски (12).

10. Смеситель по п.9, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, два двухпоршневых насоса (13, 14), оба поршня каждого из которых позволяют независимо друг от друга подавать жидкую краску в дозированных количествах в каждую из двух смесительных труб.

11. Способ смешения жидких красок, отличающийся тем, что в смесителе по одному из пп.1-10 смешивают, по меньшей мере, две жидкие краски, которые подают в смеситель через предназначенные для этого входные отверстия (4, 5), вращая при этом смесительный орган (3) вокруг продольной оси смесительной трубы и отбирая смешанную жидкую краску (12) из смесителя через выходное отверстие (2) в конце смесительной трубы.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что смесительный орган (3) приводят во вращение вокруг продольной оси смесительной трубы (1).

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что в процессе смешения жидких красок противоположный по отношению к выходному отверстию (2) конец смесительной трубы (1) остается закрытым.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одну из жидких красок (6, 7) подают в смеситель в тактовом режиме, в котором соотношение между средней продолжительностью пребывания смешиваемой жидкой краски в смесителе и длительностью одного периода смешения жидкой краски в смесителе превышает 5:1, предпочтительно превышает 10:1.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одну из жидких красок (6, 7) подают в смеситель насосом с приводом от шагового двигателя.

16. Способ по п.11, отличающийся тем, что жидкие краски (6, 7) подают в смеситель с их объемным дозированием.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что объемное дозирование жидких красок (6, 7) обеспечивают путем их принудительной подачи в смеситель, предпочтительно двухпоршневыми насосами (13, 14).

18. Способ по п.11, отличающийся тем, что через, по меньшей мере, одно входное отверстие (5) в смеситель жидкую краску не подают, а ведущий к этому входному отверстию (5) подводящий трубопровод после начала подачи жидких красок, по меньшей мере, частично заполняют смешиваемой жидкой краской из смесительной трубы.

19. Способ по п.11, отличающийся тем, что для смены одной краски на другую а) прекращают подачу жидких красок (6, 7) в смеситель, б) смесительную трубу (1) опорожняют путем ее продувки сжатым воздухом (11), в) смесительную трубу заполняют промывочной жидкостью (10) и приводят в движение смесительный орган (3), г) смесительную трубу (1) опорожняют путем ее продувки сжатым воздухом (11), д) возобновляют подачу жидких красок (6, 7) при другом их соотношении.

20. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют смеситель с двумя смесительными трубами (1), в одну из которых подают, по меньшей мере, две жидкие краски (6, 7), тогда как в другой смесительной трубе для смены одной краски на другую выполняют следующие стадии: а) смесительную трубу опорожняют путем ее продувки сжатым воздухом (11), б) смесительную трубу заполняют промывочной жидкостью (10) и приводят в движение смесительный орган (3) и в) смесительную трубу опорожняют путем ее продувки сжатым воздухом (11).

21. Способ окрашивания пластмасс, отличающийся тем, что способом по одному из пп.16-20 смешивают, по меньшей мере, две жидкие краски (6, 7) и смешанную жидкую краску (12) непосредственно подают в машину для переработки пластмасс.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что объемным дозированием жидких красок (6, 7) управляет машина для переработки пластмасс.