СПОСОБ СМЕШЕНИЯ ГОРЮЧЕГО ПОРОШКА С РАСПЛАВОМ ПОЛИМЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B01F13/00 B29B7/18 

Изобретение относится к обработке порошка, например к введению порошкообразных добавок к материалам, перерабатываемым методом экструзии и, в особенности, к введению способных к возгоранию и взрывоопасных порошков, таких как красный фосфор, в горючие жидкости, такие как горючие полимеры, перерабатываемые методом экструзии.

Красный аморфный фосфор известен с 1965 г. как эффективный ингибитор горения полимеров. Однако ранние способы введения его в такие полимеры не были успешными из-за проблем, возникающих при работе с порошкообразным красным фосфором, связанных с его горючестью и взрывоопасностью.

Необходимо отметить, что термин "порошок" применяется здесь к таким материалам, размеры частиц которого достаточно малы для того, чтобы возник риск уноса или суспеннирования их в воздухе или газе при работе с ними, причем, это относится как к порошкам, полученным из исходных порошкообразных материалов, так и к порошкам, получаемым в процессе работы с ними.

Изобретение обеспечивает, во-первых, способ введения горючего порошка в горячий расплав, причем, упомянутый горячий расплав находится в движении от места введения упомянутого горючего порошка; упомянутый способ включает следующие этапы:
перемещение упомянутого горючего порошка в переходную зону;
перемещение упомянутого горючего порошка из упомянутой переходной зоны в зону смешивания упомянутого горючего порошка и смешивание упомянутого горючего порошка с упомянутым горячим расплавом в упомянутой зоне смешивания;
введение инертного газа в упомянутую переходную зону и сохранение избыточного по сравнению с атмосферным давлением инертного газа в упомянутой переходной зоне, охлаждение упомянутой переходной зоны до температуры, при которой не происходит возгорания упомянутого порошка.

Изобретение также включает вещество, полученное способом, описанным в предыдущем параграфе.

Изобретение включает устройство для введения горючего порошка в горячий расплав, упомянутое устройство включает:
промежуточную камеру, снабженную устройством для ввода упомянутого порошка;
устройства для впуска инертного газа в упомянутую переходную камеру для создания там давления, избыточного по сравнению с атмосферным;
устройства, обеспечивающие подачу упомянутого порошка через входное отверстие против избыточного давления;
смеситель;
устройства, обеспечивающие прохождение потока упомянутого расплава через упомянутый смеситель;
транспортер, приспособленный для перемещения упомянутого порошка из промежуточной камеры в упомянутый смеситель; причем упомянутый смеситель приспособлен для транспортировки и смешивания упомянутого горючего порошка и упомянутого горячего расплава.

Изобретение обеспечивает вещество, полученное при помощи аппаратуры, описанной в предыдущем параграфе.

Предпочтительными признаками устройства данного изобретения являются следующие:
Смеситель может быть любым из известных в технике и приспособленным для перемещения материалов под воздействием сжатого газа, таким как экструдер.

В предпочтительном способе воплощения смеситель включает двухшнековый смесительный экструдер с одновременно вращающимися шнеками, с отношением длины к диаметру в пределах от 15:1 до 35:1, например от 28:1 до 31:1 или от 20: 1 до 24: 1, предпочтительно 22:1, причем, упомянутый смеситель приспособлен как к перемещению материалов, так и для их смешивания под давлением для предотвращения газопритока, посредством составляющих его чередующихся секций, со шнеком с крупными или мелкими выступами, с помощью которых происходит перемещение или смешивание двух компонентов, например устройство, состоящее из трех секций.

Транспортер может быть аналогичен тем, которые применяются в технике и способным к перемещению материалов, находящихся в атмосфере сжатого газа. Наиболее предпочтительным является боковой питатель для добавления порошка, обычно применяемый в технике, и который питает смеситель.

В наиболее предпочтительном воплощении данного изобретения упомянутый транспортер снабжен отверстием, над которым прочно прикреплена упомянутая промежуточная камера, причем месторасположение упомянутой промежуточной камеры по отношению к отверстию выбрано таким образом, что клапан находится рядом с упомянутым отверстием. Промежуточную камеру желательно изготавливать из структурно-жесткого материала, такого как легкий металл, и она может иметь кожух в форме параллелепипеда. Промежуточная камера может быть снабжена устройством для поддержания давления, способном уменьшать избыточное давление.

Обычно кожух содержит корпус и крышку, причем упомянутая крышка приспособлена для того, чтобы уменьшать давление внутри корпуса, когда его величина достигает опасной величины, например, упомянутая крышка может быть присоединена к упомянутому корпусу с помощью предварительно напряженных пружинных зажимов. В наиболее предпочтительном осуществлении данного изобретения упомянутая промежуточная камера имеет устройство, позволяющее осматривать ее изнутри. Например, крышка может быть изготовлена из обычного прозрачного материала, такого как полиметилметакрилат (промышленно выпускаемый под зарегистрированной торговой маркой PERSPEX). Желательно, чтобы промежуточная камера была заземлена.

Инертная атмосфера может быть создана с помощью любого газа, который не реагирует с порошком, типичным примером является газообразная двуокись углерода и/или азот, однако двуокись углерода предпочтительнее. Устройство для подачи инертного газа в упомянутую промежуточную камеру обычно имеет впускное отверстие для сжатого газа в упомянутую промежуточную камеру, причем входное отверстие имеет питательную трубу для подачи упомянутого инертного газа. Упомянутая питательная труба обычно может быть изготовлена из пластичного материала, например, пластичной меди, обычно пригодной для подачи инертного газа, например, диоксида углерода к ближайшему транспортеру, например шнековому экструдеру, который может быть использован для этой цели. Количество подаваемого инертного газа зависит от вместимости и производительности аппарата. Обычная скорость подачи составляет от 6 до 12 л в минуту инертного газа.

Предпочтительно, чтобы переходная камера имела устройство для поддержания давления, причем упомянутое устройство для поддержания давления может включать регулятор давления, прикрепленный к устройству для сжатия газа на входе в переходную камеру. Обычно упомянутой устройство для поддержания давления включает стеклянный расходомер Вентури или более предпочтительно масляный или водяной затвор, обычно высотой около 5 мм и предпочтительно расположенный таким образом, чтобы обеспечивать выход инертного газа из переходной камеры, причем из высшей точки упомянутой камеры.

Предпочтительно, чтобы устройство для подачи порошка в переходную камеру и транспортер были расположены таким образом, чтобы разница по высоте между ними была сведена к минимуму. Это может уменьшить пылевые скопления горючего порошка.

Упомянутое охлаждение достигается при помощи водяной рубашки, причем упомянутая рубашка предпочтительно размещается между упомянутой переходной камерой и смесителем таким образом, чтобы охлаждение горючего порошка внутри упомянутой переходной камеры достигалось без сопутствующего охлаждения горячего металла, находящегося внутри смесителя.

Предпочтительно, в соответствии с данным изобретением обеспечить создание инертной атмосферы в других частях аппарата, кроме переходной камеры и смесителя, особенно когда упомянутые части включают дозирующее устройство для подачи горючего порошка к переходной камере, особенно, когда упомянутый горючий порошок состоит из порошкообразного красного фосфора. В соответствии с этим предпочтительно, чтобы инертный газ, например, диоксид углерода подавался к упомянутым устройствам, обычно к дозирующему бункеру приемлемой конструкции, создавая одеяло над горючим порошком, например красным фосфором.

Предпочтительно, чтобы способ данного изобретения осуществлялся в аппарате, имеющем один или более описанных выше отличительных признаков.

Изобретение обеспечивает способ введения порошкообразного красного фосфора в термопластичные полимеры или термопластичные эластомеры, такие как полиэтилен, полипропилен, этилен винилацетат, полиамиды (например, нейлон 6, 66 и 12), стироловые полимеры (например, сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол и высокопрочный полистирол).

Осуществление данного изобретения проиллюстрировано с помощью примера и соответствующих чертежей (где одинаковые цифры соответствуют одинаковым частям):
на фиг. 1 приведена схема, показывающая взаимодействие между переходной камерой данного изобретения и остальной аппаратурой;
на фиг. 2 поперечный разрез промежуточной камеры;
на фиг. 3 вид сверху, с отсоединенными частями.

Смеситель (10) состоит из компаундирующего экструдера, который снабжен двумя одновременно вращающимися шнеками (50), проходящими через всю длину, устройством для загрузки полимера (20) в начальной части полимерного потока и отверстием для отвода летучих продуктов (23) в конце полимерного потока и перфорированной головкой (40) в самом конце полимерного потока.

Смеситель (10) также включает устройство для загрузки порошка (21), которое находится ниже по течению расплава полимера по отношению к устройству для загрузки полимера (20).

Аппарат включает питатель порошка, смонтированный поперечно по отношению к смесителю (10) и включает водяную рубашку переходной камеры (29) и водяную рубашку шнекового транспортера (25) из переходной камеры (29) к устройству для загрузки порошка (21).

Переходная камера имеет отверстие (26) на линии для подвода сжатого газа к шнековому транспортеру (25), крышку (28), свободно лежащую на камере (29), устройство для ввода порошка (27), причем, упомянутое устройство для ввода порошка должно минимально возвышаться над шнековым транспортером (25), шнековый транспортер (30) из дозатора порошка (33), содержащего сжатый газ, в упомянутое устройство для загрузки (27). Переходная камера (29) включает устройство для ввода инертного газа (31) и вмонтированный в упомянутую крышку (28) кольцевой ввод (35), фланец (36), фильтр (37), над которым смонтировано устройство для поддержания давления и регулирующее устройство (38). В данном случае упомянутое устройство (38) является водным затвором.

Одновременно вращающиеся двойные шнеки (50) проходят через смеситель (10) и включают секцию (51) с крупными выступами на винтовой поверхности шнеков, которая находится в начале потока смесителя (10) в зоне устройства для загрузки полимера (20) и за которой находится зона смешивания двух компонентов с помощью шнеков с мелкими выступами, расположенная ниже по течению расплава полимера по отношению к месту ввода полимера и заканчивающаяся непосредственно перед устройством для ввода порошка (21).

Следующая секция с крупными выступами на винтовой поверхности шнека (53) находится в зоне ввода порошка (21), переходит в секцию смешивания двух компонентов, находящуюся за зоной ввода порошка (21) и заканчивающуюся непосредственно перед выпускным отверстием (23).

Шнековая секция (54) переходит в последнюю секцию с крупными выступами (55), которая находится в зоне выпускного отверстия (23) и которая предшествует последней секции смешивания двух компонентов (56), секция (56) находится в самом конце полимерного потока смесителя (10) и завершается перфорированной головкой (40).

При осуществлении данного изобретения порошок попадает на шнековый транспортер (30) из дозатора порошка (33), в котором находится инертный газ, поступающий через подающую трубку (34) и поступает в охлаждаемую с помощью водяной рубашки переходную камеру (29), посредством чего он предохраняется от перегрева за счет тепла, образующегося в смесителе (10), и, кроме того, где он находится в инертной атмосфере, благодаря инертному газу, поступающему через впускное устройство (31) и сохраняемому при помощи крышки (28), причем давление упомянутого инертного газа регулируется с помощью водяного затвора (38).

Шнековый транспортер (25) перемещает порошок из переходной камеры (29) через устройство для ввода порошка (21) в смеситель (10), после чего смешивается с горячим расплавом. Горячий расплав образуется из полимерных гранул, которые поступают в смеситель (10) через устройство для ввода полимера (20) и перемещается вдоль смесителя (10) при помощи шнека с крупными выступами в секции (51), после чего полимерные гранулы спрессовываются для предотвращения газопритока и перемешиваются в зоне тонкого перемешивания секции (52), образовывая горячий расплав, который перемещается дальше вдоль смесителя (10) в секции (53) с помощью шнека с крупными выступами и смешивается с порошком, поступающим в смеситель (10) через устройство для ввода порошка (21). Полимер и порошок компаундируются и сдавливаются для предотвращения газопритока в секции смешивания компонентов перед дальнейшим перемещением вдоль смесителя (10) при помощи шнека с крупными выступами в секции (55). Сброс давления осуществляется выходом испарений через выпускное отверстие (23). В секции смешивания двух компонентов с помощью шнеков с мелкими выступами происходит окончательное повышение давления компаундированных порошка и полимера, которые затем экструдируются через перфорированную головку, охлаждаются, нарезаются, сушатся и собираются.

Сущность изобретения: способ и устройство для введения горючего порошка, такого, как красный фосфор, в горячий расплав, такой, как экструдируемый полимер. Отличием способа является предварительное помещение порошка в переходную камеру с подачей в нее инертного газа. Устройство характеризуется наличием переходной камеры, имеющей средства для ввода порошка и инертного газа и шнековый транспортер для перемещения порошка из камеры в смеситель. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ смешения горючего порошка с расплавом полимера, включающий введение порошка в поток расплава полимера в смесителе, отличающийся тем, что порошок предварительно помещают в переходную камеру, вводят в нее инертный газ и поддерживают избыточное по сравнению с атмосферным давление, переходную камеру охлаждают до температуры, исключающей возгорание порошка. 2. Устройство для смешения горючего порошка с расплавом полимера, содержащее смеситель со средством для обеспечения прохода расплава через смеситель, патрубки подачи полимера и порошка, отличающееся тем, что оно снабжено переходной камерой, имеющей узел ввода порошка со средством для его транспортировки, средство для ввода инертного газа и шнековый транспортер для перемещения порошка из переходной камеры в смеситель. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что переходная камера снабжена крышкой, свободно лежащей на камере, размещенным в крышке с помощью кольцевого элемента фильтром и смонтированным на фильтре устройством для поддержания и регулирования давления, при этом последнее выполнено в виде водяного затвора, узел ввода порошка размещен на минимальной высоте по отношению к шнековому транспортеру, а средство для ввода инертного газа в переходной камере подведено к отверстию, сообщающему переходную камеру с шнековым транспортером. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что смеситель выполнен в виде компаундирующего экструдера, снабженного перфорированной головкой, размещенной на выходе, и системой для выпуска летучих продуктов, установленной вблизи выхода смесителя, патрубок подачи порошка расположен ниже патрубка подачи полимера, а средство для обеспечения прохода расплава через смеситель выполнено в виде параллельно расположенных шнеков, проходящих по всей длине смесителя. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что шнеки имеют три участка, каждый из которых выполнен с различным чередующимся шагом витков, при этом витки, выполненные с большим шагом, расположены в зоне патрубков подачи полимера, порошка и системы выпуска летучих продуктов. 6. Устройство по пп.2 5, отличающееся тем, что оно снабжено дозатором порошка с впускной трубой, установленным на входе в узел ввода порошка.