Смеситель для полимерных материалов Советский патент 1992 года по МПК B29B7/38 

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

Известен смеситель д/-я полимерных материалов, содержащий корпус с размещенным внутри него вращающимся валом, причем на корпусе и на валу установлены

диски с прорезями, образующие каналы для течения полимера.

Недостатком данной конструкции является неэффективное смешение полимеров, В конструкции не предусмотрены возможности неоднократного разделения и слияния потока полимера путем продавливания через отверстия, выполненные в дисках, подачи в зону смешения небольших порций полимера, создания градиента давления в направлении, перпендикулярном основному направлению движения массы полимера.

VJ го ю

4 О О

Известен смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с полостью, в которой установлен вращающийся вал, а на корпусе закреплены диски, образующие между собой зазоры, в которые вхо- дят диски, установленные на валу, причем в дисках выполнены сквозные отверстия.

Недостатком данной конструкции является неэффективное смешение из-за отсутствия в смесителе смесительных элементов, совершающих колебательные движения вокруг собственных осей, в результате которых происходят торможения и замедления потока с усилением поперечных перемещений полимера и ряд других эффектов, улуч- шающих смешение.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с входным отверстием и полостью, в которой установлен вал, а на внутренней поверхности корпуса закреплены смесительные элементы со сквозными отверстиями, в зазорах между которыми расположены смесительные элементы со сквозными отверстиями и прорезями, установленные на валу, причем в полости установлен по меньшей мере один подвижный элемент.

Недостатком данной конструкции явля- ется неэффективное смешение из-за отсутствия продольных колебаний смесительных элементов, торможений и замедлений потока полимера, его пульсаций, поворотов и поперечных перемещений и большие поте- ри энергии, затрачиваемой на приведение в движение смесительных элементов при использовании индивидуальных приводов.

Цель изобретения - повышение эффективности смешения при снижении потерь энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в смесителе для полимерных материалов, содержащем корпус с входным отверстием и полостью, в которой установлен вал, а на внутренней поверхности корпуса закреплены смесительные элементы со сквозными отверстиями и прорезями, в зазорах между которыми расположены смесительные элементы со сквозными отверстиями и проре- зями, установленные на валу, причем в полости установлен по меньшей мере один подвижный смесительный элемент, смесительный элемент, установленный на валу, снабжен толкателем, закрепленным на его поверхности, и по меньшей мере один подвижный смесительный элемент снабжен опорными элементами, закрепленными на его поверхности и выполнен с выступами, расположенными между опорными элементами, при этом выступы размещены в пазах, выполненных на внутренней поверхности корпуса, причем подвижные элементы и смесительные элементы, установленные на валу, размещены с возможностью контакта толкателя и опорных элементов.

Смесительные элементы, установленные на валу, могут быть размещены по длине смесителя с чередованием с подвижными смесительными элементами.

Пазы по длине смесителя могут быть смещены относительно друг друга по окружности. Подвижные смесительные элементы могут быть кинематически связаны между собой.

На фиг. 1 показан смеситель для полимерных материалов, продольный разрез; на фиг. 2-то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - вариант конструктивного выполнения смесителя.

Смеситель для полимерных материалов содержит корпус 1 с входным отверстием 2 и полостью 3, В полости 3 установлен вал 4, а на внутренней поверхности 5 корпуса 1 закреплены смесительные элементы 6 со сквозными отверстиями 7 и прорезями 8. В зазорах 9 между смесительными элементами 6 расположены смесительные элементы 10, установленные на валу 4 и выполненные со сквозными отверстиями 7 и прорезями 8, и подвижные смесительные элементы 11 со сквозными отверстиями 7 и прорезями 8. Подвижные смесительные элементы 11 снабжены опорными элементами 12, закрепленными на их поверхностях 13, и выполнены с выступами 14, расположенными между опорными элементами 12. Выступы 14 размещены в пазах 15, выполненных на внутренней поверхности 5 корпуса 1. Подвижные смесительные элементы 11 установлены подвижно относительно корпуса 1 и вала 4 с возможностью ограниченного поворота. Смесительные элементы 10 снабжены толкателями 16, закрепленными на поверхности 17 смесительных элементов 10. При этом подвижные смесительные элементы 11 и смесительные элементы 10, установленные на валу 4, размещены с возможностью контакта толкателя 16 и опорных элементов 12. Смесительные элементы 10 и подвижные смесительные элементы 11 могут быть размещены с чередованием по длине смесителя. По длине смесителя пазы 15 могут быть смещены относительно друг друга по окружности с образованием углов (р , На поверхностях смесительных элементов могут быть установлены стержни (например, стержни 18 смесительных элементов 10). Подвижные смесительные элементы 11 могут быть кинемагически связаны между собой (например, тягами 19). Подвижные смесительные элементы 11 при движении образуют с внутренней поверхностью 5 корпуса 1 каналы 20 и 21.

Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем.

Расплав полимера, состоящий из различных компонентов, поступает через входные отверстия 2 корпуса 1 в полость 3. Проходя через сквозные отверстия 7 и прорези 8 подвижного смесительного элемента 11 смесительного элемента 10, установленного на валу 4, в зазоре 9 расплав полимера участвует во вращательном движении вместе со смесительным элементом 10, что обеспечивает поперечный перенос массы полимера, улучшающий смешение. Из сквозных отверстий 7 и прорезей 8 смесительного элемента 10 расплав полимера поступает в сквозные отверстия 7 и прорези 8 подвижного смесительного элемента 11. Подвижный смесительный элемент 11 совершает непрерывные повороты вокруг выступов 14 в пазах 15. Между ним и внутренней поверхностью 5 корпуса 1 образуются каналы 20 и 21 для течения полимера, проходное сечение которых непрерывно изменяется. При этом изменяется скорость движения расплава полимера в указанных каналах. Кроме того, при повороте смесительного элемента 11 его части, образующие каналы 20 и 21, расположенные по разные стороны от выступов 14, совершают поворот в противоположные стороны. Например, часть смесительного элемента 11, образующего канал 21, движется по направлению к входному отверстию 2, а часть смесительного элемента 11, образующая канал 20, - от него. При этом в канале 20 создается область пониженного сопротивления и преимущественного движения полимера. В то же время противоположная часть смесительного элемента 11 движется в сторону входного отверстия 2 навстречу потоку полимера и замедляет его движение, создавая область повышенного сопротивления. При этом создаются поперечные потоки полимера из области повышенного давления в канале 21 в область пониженного давления в канале 20. При повороте смесительного элемента 11 направление поперечых потоков изменяется на противоположное, что приводит к созданию пульсаций в потоке полимера и интенсивных вторичных течений, закруток потока, которые, как известно, существенно улучшают смешение. Сквозные отверстия 7 и прорези 8 поворотного смесительного элемента 11 разделяют поток полимера на значительное число непрерывно

изменяющих направление движения струйных потоков, которые сливаются при повороте смесительного элемента с основными пульсирующими потоками. Так как скорость

и направление движения полимера в каналах 20, 21 и сквозных отверстиях 7 и прорезях 8 непрерывно изменяется, то изменяется продолжительность и частота контактов элементарных объемов полиме0 ра, участвующих в смешении, и интенсивность молекулярных взаимодействий. Наличие струйного движения малых порций полимера и сложного пульсирующего движения полимера в условиях знакоперемен5 кого поперечного градиента давления и воздействие вращающегося струйного потока полимера интенсифицирует процессы массопереноса, слияния и разделения полимера при увеличении поверхности его раз0 дела и интенсифицирует распределение поверхностей контакта по всему объему смеси.

Поворот подвижных смесительных элементов 11 осуществляется следующим об5 разом.

При вращении смесительного элемента 10 толкатель 16 на его поверхности 17 поочередно воздействует на опорные элементы 12 на поверхности 13 смесительных элемен0 тов 11, установленные по обе стороны от выступов 14, и вызывает их поворот соответственно в направлении к входному отверстию 2 и от него. При движении расплава полимера в варианте конструкции, в кото5 рой по длине смесителя чередуются вращающиеся 10 и подвижные 11 смесительные элементы, можно организовать колебание подвижных смесительных элементов 11 так, чтобы они поворачивались в протиополож0 ных направлениях. При этом интенсифицируются поперечные потоки полимера из-за резких поворотов полимера и образования диффузионных потоков в поперечном сечении смесителя.

5 Эффективность смещения еще более повышается в варианте конструкции, в котором пазы 15 смещены относительно друг друга по окружности на угол р. При этом на описанный выше процесс смешения накла0 дываются повороты потока, приводящие к появлению винтообразных или зигзагообразных течений по длине смесителя. Расплав полимера при этом движется в каналах 20 и.21, которые смещены по окружности

5 относительно друг друга по длине смесителя.

В варианте конструкции, где подвижные смесительные элементы 11 кинематически связаны между собой, несколько подвижных смесительных элементов 11 могут быть расположены непосредственно один за другим и при вращении смесительного элемента 10 автоматически осуществляется поворот нескольких смесительных элементов 11, связанных между собой тяга- ми 19. Это позволяет снизить величину сдвиговых деформаций и обеспечить релаксацию напряжений в смесителе путем уменьшения числа вращающихся смесительных элементов 10, а следовательно, и трения расплава между вращающимися и колеблющимися поверхностями смесительных элементов без ухудшения эффективности смешения. Отсутствует необходимость устанавливать вал на всей длине смесителя. снижается гидравлическое сопротивление смесителя и потери энергии на его преодоление.

В варианте конструкции эффективность смешения можно повысить путем совместного действия на расплав полимера стержней 18, неподвижно закрепленных на смесительных элементах 10, 6 и 11, под действием которых увеличивается поверхность раздела полимера и улучшается смешение.

В данном смесителе механическая энергия, затрачиваемая на процесс смешения, уменьшается, так как практически ис- пользуется только один привод для вращения вала 4,

Предлагаемая конструкция смесителя позволяет значительно усилить поперечные потоки, пульсации и колебания расплава полимера, существенно увеличить поверхность раздела и обеспечить интенсивное распределение поверхностей контакта по всему объему смеси, что обеспечивает повы- шение эффективности смешения при снижении потерь энергии.

Формула изобретения

1.Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с входным отверстием и полостью, в которой установлен вал, а на внутренней поверхности корпуса закреплены смесительные элементы со сквозными отверстиями и прорезями, в зазорах между которыми расположены смесительные элементы со сквозными отверстиями и прорезями, установленные на валу, причем в полости установлен по меньшей мере один подвижный смесительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения при снижении потерь энергии, смесительный элемент, установленный на валу, снабжен толкателем, закрепленным на его поверхности, и по меньшей мере один подвижный смесительный элемент снабжен опорными элементами, закрепленными на его поверхности, и выполнен с выступами, расположенными между опорными элементами, при этом выступы размещены в пазах, выполненных на внутренней поверхности корпуса, причем подвижные смесительные элементы и смесительные элементы, установленные на валу, размещены с возможностью контакта толкателя и опорных элементов.

2.Смеситель по п. 1,отличающийся тем, что смесительные элементы, установленные на валу, размещены по длине смесителя с чередованием с подвижными смесительными элементами.

3.Смеситель по пп. 1и 2, отличающий с я тем, что пазы по длине смесителя смещены относительно друг друга по окружности.

4.Смеситель по пп. 1 и 3, отличающий с я тем, что подвижные смесительные элементы кинематически связаны между собой.

Щи г. 2

Использование:смещение полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами и высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания грануляции, получения и переработки полимерных материалов в смесителях повышенной эффективности. Сущность: снабжение подвижных смесительных элементов опорными элементами, а смесительных элементов, установленных на валу; - толкателями. Смесительные элементы размещены с возможностью контакта толкателя и опорных элементов. Вал установлен в корпусе смесителя. На внутренней поверхности корпуса закреплены смесительные элементы с образованием зазоров. В зазорах размещены подвижные смесительные элементы и смесительные элементы, установленные на валу. Подвижные смесительные элементы выполнены с выступами. Выступы расположены между опорными элементами и размещены в пазах, выполненных на внутренней поверхности корпуса. При работе смесителя усиливаются поперечные потоки, пульсации и колебания расплава полимера, увеличивается поверхность раздела и обеспечивается интенсивное распределение поверхностей контакта .по всему объему смеси. 3 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л