Смеситель для полимерных материалов Советский патент 1992 года по МПК B29B7/40 

личения поверхности раздела и интенсификации распределения поверхностей контакта в смеси на входе и выходе полимеров из углублений.

Наиболее близким к предлагаемому является смеситель для полимерных материалов, содержащий полый цилиндрический статор и цилиндрический ротор, смонтированный с возможностью вращения внутри статора, причем на контактирующих поверхностях ротора и статора выполнены углубления с конфузорными и диффузорными участками.

Недостатком известной конструкции является недостаточно эффективное смешение из-за того, что конфузорные и диффу- зорные участки, разделяющие поток полимера, размещены в пределах углублений и, следовательно, возможность разделения полимера зависит от размеров углубления и ограничена ими. Отсутствует возможность увеличения поверхности раздела и интенсификации распределения поверхностей контакта в смеси с помощью элементов конструкции, расположенных вне углублений.

Целью изобретения является повышение эффективности смешения материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции смесителя для полимерных материалов, содержащей полый цилиндрический статор и цилиндрический ротор, смонтированный с возможностью вращения внутри статора, причем на контактирующих поверхностях ротора и статора выполнены углубления и конфузорные и диффузорные участки, конфузорные и диф- фузорные участки размещены соответственно за выходом из углублений и перед входом в них.

Конфузорные и диффузорные участки соединены по меньшей мере с одним углублением посредством переходных каналов, выполненных на контактирующих поверхностях статора и ротора.

Конфузорные и диффузорные участки по меньшей мере одного углубления соединены между собой посредством обводных каналов, выполненных на контактирующих поверхностях статора и ротора.

По меньшей мере два переходных канала соединены между собой посредством обводных каналов.

При этом у одного углубления по меньшей мере один переходный канал соединен с конфузорными и диффузорными участками с помощью по меньшей мере одного обводного канала.

По меньшей мере один переходной канал соединен по меньшей мере одним обводным каналом с конфузорными и диффузорными участками по меньшей мере двух углублений.

Углубления ротора и статора по высоте

могут быть выполнены из двух частей, одна из которых размещена на контактирующих поверхностях ротора и статора, а другая образует внутреннюю часть углублений, причем размещенные на контактирующих

0 поверхностях ротора и статора части углублений выполнены ромбической формы и образованы соединением конфузорных и диффузорных участков.

На чертеже схематически изображен

5 предлагаемый смеситель.

Смеситель для полимерных материалов содержит полый цилиндрический статор 1 и цилиндрический ротор 2, вращающийся внутри статора 1, причем на контактирую0 щих поверхностях 3 и 4 соответственно статора 1 и ротора 2 выполнены углубления 5 и 6 с конфузорными и диффузорными участками 7-29, размещенными за выходом из углублений 5 и 6 и перед входом в них с

5 образованием каналов для течения полимера. Конфузорные и диффузорные участки могут быть непосредственно соединены с углублениями. Например, диффузорный участок 8 и конфузорный участок 9 могут

0 быть непосредственно соединены с углублением 6 ротора 2. Конфузорные и диффузорные участки могут быть соединены с углублениями переходными каналами 30- 35. Переходные каналы, конфузорные и

5 диффузорные участки могут быть соединены между собой с помощью обводных каналов 36-42. Например, переходной канал 30 одного углубления соединен с конфузорным каналом 10 того же углубления непосредст0 венно и с диффузорным каналом 8 другого углубления обводным каналом 37. Переходной канал 34 соединен непосредственно с диффузорным каналом 21 и обводным каналом 40 - с конфузорным каналом 20 одного

5 и того же углубления. Кроме того, переходной канал 30 соединен вторым обводным каналом 38 с конфузорным участком 17 третьего углубления, а переходной канал 34 соединен вторым обводным каналом 41 с

0 диффузорным каналом 18 второго углубления. Углубления ротора 2 и статора 1 по высоте могут быть выполнены из двух частей 43 и 44, одна из которых 43 размещена на контактирующих поверхностях 3 и 4 ро5 тора 2 и статора 1, а другая 44 образует внутреннюю часть углублений в телах ротора 2 и статора 1, причем размещенные на контактирующих поверхностях 3 и 4 части 43 углублений выполнены ромбической формы и образованы при непосредственном соединении конфузорных 12 и диффу- зорных 11 участков.

Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем.

Расплав полимера, состоящий из раз- личных компонентов, поступает между контактирующими поверхностями 3 и 4 вращающегося ротора 2 и неподвижного статора 1. При совмещении углублений 5 и 6 статора 1 и ротора 2 расплав полимера протекает по длине смесителя из углублений 5 в углубления 6 и наоборот, разделяясь на большое число элементарных струй, которые пересекаются друг с другом, сливаясь в углублениях и вновь разделяясь на выходе из них. При слиянии происходит релаксация напряжений в расплаве полимера. В процессе движения полимер испытывает интенсивные сдвиговые деформации, срез и переворачивание. Все это повышаетэффек- тивность смешения.

По сравнению с известными устройствами происходит увеличение числа струйных потоков, так как конфузорные и диффузорные участки располагаются за пределами углублений 5 и б, что позволяет увеличить их число (при сохранении тех же размеров, что и в прототипе) по сравнению с их размещением в углублениях из-за увеличения площади поверхностей ротора и статора, на которых они располагаются, например участки 22 и 23. Из-за того, что конфузорные и диффузорные участки вынесены за пределы углублений увеличиваются размеры углублений, а следовательно, зоны смешения в них, что интенсифицирует процессы среза и переворачивания полимера и улучшает смешение. Появляется возможность существенного увеличения длины конфузорных и диффузорных участков и переноса элементарных масс полимера, движущихся в них на значительные расстояния. Так, например, диффузорные и конфузорные участки 8, 10,11,19,20,21,17,18,28,29,25,27,24,26 и т.д. располагаются между углублениями со- седнего ряда, что при движении полимера в процессе смещения обеспечивает (без перехода из углубления в углубление) его перенос на расстоянии, превышающие длину углубления на сумму длин конфузорного и диффузорного участков. Как известно, такие перестроения потока улучшают смешение. В зависимости от длины, числа и ориентации конфузорных и диффузорных участков можно организовать зоны ускоренного и замедленного движения полимера в осевом и окружном направлениях. Увеличение скоростей поперечных потоков в окружном направлении обеспечивают конфузорные и

диффузорные участки, ориентированные поперек потока, например, 13,14,16,25 и 27. Участки 24 и 26 увеличивают скорость движения струй полимера в осевом направлении из-за увеличения числа участков и уменьшения площади их проходного сечения. Полимер может ускоряться или замедляться только, например, со стороны входа или выхода из.углублений, двигаясь на участках 7, 10, 13, 15 и т.д. При этом повышается эффективность массопереноса и усреднений в значительно больших объемах композиции.

В варианте конструкции расплав полимера может двигаться через углубления, конфузорные и диффузорные участки, соединенные между собой переходными каналами 30-35. При этом эффективность смешения повышается из-за того. Что увеличивается число перестроений потоков и дальность переноса элементарных масс полимера, что обуславливает выравнивание концентрации компонентов во всем объеме смеси. Переходные каналы могут быть выполнены профильными, например конфу- зорными 31 или диффузорными 35, и образовывать с конфузорными и диффузорными участками, например 17 и 18, системы конфузорно-диффузорных каналов, улучшающих смешение из-за развития поперечных перемещений полимера.

Конфузорный участок 9 и диффузорный участок 8 могут быть соединены между собой обводным каналом 36. При этом часть расплава полимера переносится через канал 36 непосредственно с 8 на 9 участок, а другая часть движется через углубление 6. При этом одновременно на процесс смешения положительно влияют два фактора: переворачивание и срез части полимера в углублении и ускоренный перенос части полимера с его поперечным вводом на участок 9. Учитывая то, что движение полимера на этих участках при вращении ротора 2 начинается не одновременно, интенсивность указанных процессов непрерывно изменяется. Поочередно превалирует влияние то одного, то другого фактора.

Расплав полимера может двигаться в варианте конструкци через обводные каналы 42, соединяющие переходные каналы 31 и 35. При этом интенсифицируются процессы смешения в указанных переходных каналах одного углубления. Поперечные потоки, улучшающие смещение, усиливаются при соединении обводным каналом 39 переходных каналов 32 и 33.

При движении полимера переходной канал 30 может одновременно соединяться непосредственно с конфузорным каналом

10 одного углубления 6 и обводными каналами 37 и 38 и диффузорным участком 8 и конфузорным участком 17 других углублений. Переходной канал 34 аналогичным образом соединяется обводными каналами 40 и 41 с конфузорным участком 20 и диффузорным участком 18. При этом существенно увеличивает объем материала, участвующего в образовании микропотоков, число их перестроений и слияний, что существенно улучшает эффективность смешения.

При движении расплава полимера в углублениях, состоящих из двух частей 43 и 44, повышение эффективности смешения объясняется следующим. В этом случае ром- бическая часть 43 достаточно велика по сравнению с внутренней частью углублений 44, чтобы при движении расплава полимера обеспечить на диффузорном участке 11 формирование профиля скоростей, характерно- го для плоского диффузорного прямолинейного потока. При движении полимера в области внутренней части 44 углуб- лений часть полимера движется в углубление, замедляя скорость, а другая часть полимера продолжает двигаться прямолинейно, ускоряясь на конфузорном участке 12 части 43. При выходе полимера из внутренней части 44 углублений происходит его слияние с прямолинейным ускоренным потоком части 43 и его деформация в условиях продольного растяжения и поперечного сжатия расплава полимера.

Данная конструкция смесителя для полимерных материалов позволяет осуще- ствить увеличение поверхности раздела и интенсифицировать распределение поверхностей контакта в смеси путем разделения потока на струи, их пересечения, слияния и разделения потока в условиях его перестроений, интенсивного сдвига, среза и переворачивания полимера, кон- фузорно-диффузорных движений, ускорения и замедления потока в осевом и окружном направлениях. При этом повы- шается эффективность смешения.

Формула изобретения

1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий полый цилиндрический

статор и цилиндрический ротор, смонтированный с возможностью вращения внутри статора, причем на контактирующих поверхностях ротора и статора выполнены углубления и конфузорные и диффузорные участки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения материалов, конфузорные и диффузорные участки размещены за пределами углублений.

2.Смеситель по п. 1,отличающийся тем, что конфузорные и диффузорные участки соединены по меньшей мере с одним углублением посредством переходных каналов, выполненных на контактирующих поверхностя|{ статора и ротора.

3.Смеситель по пп.1 и 2, отличающий с я тем, что конфузорные и диффузорные участки по меньшей мере одного углубления соединены между собой посредством обводных каналов, выполненных на контактирующих поверхностях статора и ротора.

4.Смеситель по п.З, отличающий- с я тем, что по меньшей мере два переходных канала соединены между собой посредством обводных каналов.

5.Смеситель по пп.З и 4, отличающий с я тем, что у одного углубления по меньшей мере один переходный канал соединен с конфузорным и диффузорным участками посредством по меньшей мере одного обводного канала.

6.Смеситель по пп. 3-5, отличающийся тем, что по меньшей мере один переходный канал соединен по меньшей мере одним обводным каналом с конфузор- ными и диффузорными участками по меньшей мере двух углублений.

7. Смеситель по пп, 1-4, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что углубления ротора и статора по высоте выполнены из двух частей, одна из которых размещена на контактирующих поверхностях ротора и статора, причем размещенные на контактирующих поверхностях ротора и статора части углублений выполнены ромбической формы и образованы соединением конфузорных и диффузорных участков.

Использование: смешение полимер- полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов в смесителях повышенной эффективности. Сущность: размеИзобретение относится к переработке полимерных материалов и может быть использовано для не прерьш ого 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 для полимерных материалов, содержащий полый цилиндрический статор и цилиндрический ротор, установленный с возможностью вращения щение конфузорных и диффузорных участков за выходом из углублений и перед входом в них. Смеситель содержит полый цилиндрический статор и цилиндрический ротор. Ротор смонтирован с возможностью вращения внутри статора. На контактирующих поверхностях ротора и статора выполнены углубления. Конфузорные и диффузорные участки могут быть соединены с углублениями посредством переходных каналов. Переходные каналы, конфузорные и диффузорные участки могут быть соединены между собой посредством обводных каналов. При переработке полимера смеситель позволяет увеличить поверхность раздела и интенсифицировать распределение поверхностей контакта в смеси путем разделения потока на струи, их пересечения, слияния и разделения за счет интенсивного сдвига, среза и переворачивания полимера, конфузорно-диффузорных движений, ускорения и замедления потока в осевом и окружном направлениях. 6 з.п.ф- лы, 1 ил. внутри статора, причем на контактирующих поверхностях ротора и статора выполнено несколько параллельно идущих по окружности рядов углублений, расположенных так, что углубления соседних рядов на поверхностях ротора и статора смещены по окружности, а ряды углубления на роторе и статоре взаимно смещены в осевом направлении. Недостатком данной конструкции является недостаточно эффективное смешение. В ней не предусмотрена возможность повышения эффективности смешения путем увесо С vi го о VI |0 Si