Смеситель для полимерных материалов Советский патент 1993 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 высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов.

Целью изобретения является повышение эффективности смешения материалов.

На фиг. 1 изображен продольный разрез смесителя; на фиг.2,3 - варианты конструктивного выполнения смесителя.

Смеситель для полимерных материалов (фиг.1) содержит корпус 1 с полостью 2, в которой установлен с возможностью вращения вал 3. На внутренней поверхности 4 корпуса 1 закреплены диски 5 с образованием между ними зазоров 6 для смесительных элементов, выполненных в виде продольных лопастей 7, расположенных по окружности и установленных на валу 3, 8 дисках 5 и продольных лопастях 7 выполнены сквозные отверстия 8. Продольные лопасти 7 образуют между собой продольные каналы 9 для течения полимера. Вал 3 в зазоре 6 установлен эксцентрично относительно центральной оси 10 смесителя (фиг,2). Продольные лопасти 7 размещены с пересечением в поперечном сечении смесителя их больших осей 11с центральной осью смесителя 10, которая совмещена с осью вращения 12 вала 3.;

XI

ю о о ю

Продольные лопасти 7 (фиг, 1,2) могут быть выполнены с переменными по окружности высотами, а их периферийные части 13 могут сопрягаться с внутренней поверхностью А корпуса 1.

В варианте конструкции продольные лопасти 14 и 15 (фиг.1), а также продольные лопасти 16, 17 и расположенная между ними продольная лопасть 7 (фиг,2) могут быть выполнены соответственно с одинаковыми по окружности высотами, а периферийные части 18-20 продольных лопастей 14-17 могут образовывать с внутренней поверхностью 4 корпуса 1 смесительные полости 21-23.

Вал 2 может быть выполнен составным и образован из эксцентрично установленных относительно центральной оси 10 смесителя частей 24-28 (фиг.1) и 29-32 (фиг.З), центры 33-36 которых смещены относительно друг друга по окружности.

В варианте конструкции длина по меньшей мере одной продольной лопасти 15 (фиг. Т) может превышать длину по меньшей мере одной эксцентрично установленной относительно центральной оси 10 смесителя части 25 вала 3, образуя со смежной частью 26 вала 3 смесительную полость 37.

Вал 3 может быть выполнен по меньшей мере с одной сквозной продольной прорезью 38 (фиг. 1), в которой с возможностью вращения вместе с валом 3 относительно корпуса 1 размещена продольная лопасть 39.

В варианте конструкции по длине смесителя могут быть выполнены по меньшей мере две сквозные продольные прорези 40 и 41 (фиг.1), в которых е возможностью вращения вместе с валом 3 относительно корпуса 1 размещены продольные лопасти 42 и 43, смещенные относительно друг друга по окружности. Кроме того, продольная прорезь 40 смещена относительной прорези 38 по окружности на угол, равный 90°.

Продольная лопасть 43 (фиг.1, 3) установлена в продольной прорези 41 с возможностью поступательного перемещения в радиальном направлении и контакта ее периферийных частей 44 и 45 с внутренней поверхностью корпуса 1, которая выполнена на длине участка контакта 46 с периферийными частями 44 и 45 волнообразной с диаметрально противоположно размещенными выступами 47 относительно впадин 48.

В поперечном сечении смесителя по меньшей мере две смежные продольные лопасти 49 и 50 выполнены загнутыми в направ- лении друг к другу. При этом периферийная часть 51 лопасти 49 размещена над периферийной частью 52 лопасти 50.

Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем.

Расплав полимера, состоящий из различных компонентов, поступает в полость 2

корпуса 1 (фиг. 1) и проходит через сквозные отверстия 8 диска 5, закрепленного на внутренней поверхности 4 корпуса 1, разделяясь на большое количество осевых струйных потоков, что приводит к увеличению поверхности раздела массы полимера. На выходе из сквозных отверстий 8 расплав полимера поступает в зону интенсивных сдвиговых деформаций и среза между диском 5 и вращающимися на валу 3 продольными лопа5 стями 7, которые перемешивают полимер в зазоре 6 между дисками 5. Затем расплав полимера перетекает в продольные каналы 9 (фиг.2) между продольными лопастями 7. Продольные каналы 9 при своем вращении

0 запутываются полимером из различных сквозных отверстий 8, который перемешивается при слиянии в продольных каналах 9. Одновременно продольные лопасти 7, набегая при вращений на поток полимера, за5 ставляют его разделяться на большое число поперечных окружных струйных потоков, вытекающих из сквозных отверстий 8 продольных лопастей 7. В продольных каналах 9 происходит слияние осевых и поперечных

0 окружных струйных потоков, улучшающее смешение.

В предлагаемой конструкции полимер подвергается воздействию вала 3 (фиг.2), установленного эксцентрично относительно

5 центральной оси 10 смесителя. Так как в поперечном сечении смесителя большие оси симметрии 11 поперечного сечения продольных лопастей 7 пересекаются с центральной осью смесителя 10, совпадающей с

0 осью вращения 12 вала 3, рабочая часть продольных лопастей 7 и их высоты по окружности разные. При вращении продольных лопастей 7 расплав полимера разделяется на большое число поперечных

5 окружных струйных потоков, которые втекают в продольные каналы 9 (фиг.2). При движении расплава полимера в окружном направлении из одного канала в другой его поперечные окружные струйные потоки на0 чннают перестраиваться и ускоряться, испытывая сжимающее воздействие эксцентричного вала 3, занимающего все большую часть продольных каналов. Наибольшее ускорение получают окружные по5 перечные струйные потоки полимера в наименьших каналах 9, расположенных со- ответственно между лопастями 16 и 7 и 7 и 16. Затем поперечные окружные струйные потоки полимера перестраиваются, замедляя свое движение из-за увеличения проходных сечений продольных каналов 9, так как эксцентричный вал 3 занимает все меньшую площадь проходного сечения продольных каналов 9. Изменяется скорость движения, и происходит перестроение пол- имера в указанных продольных каналах и осевых струйных потоков из сквозных отверстий 8 диска 5. При этом движение происходит при переменном градиенте давления, который обеспечивает контакты различных элементарных объемов полимера, образующихся при его разделении. Сопряжение периферийных частей 13 продольных лопастей 7 с внутренней поверхностью 4 корпуса 1 обеспечивает возможность разделения всей массы полимера, находящейся в продольных каналах 9, предотвращая его утечки между указанными поверхностью и лопастями. Различные элементарные объемы полимера в зависимости от места образования струйных потоков и их разделения двигаются в условиях, при которых вектор их скорости изменяется по величине и направлению. Интенсифицируются их контакты в условиях ускорения, замедления и перестроения потоков. Перестроение потоков полимера, их разделение и слияние обеспечивает увеличение поверхности раздела и интенсификацию распределения поверхностей контакта по всему объему смеси, а следовательно, усреднение

распределения компонентов смеси по всему объему композиции и повышение эффективности смешения.

В вариантах конструкции предусмотрена возможность повышения эффективности смешения.

При выполнении продольных лопастей 14 и 15 (фиг.1), а также 1.6 и 17 (фиг.2) с одинаковыми по окружности высотами появляется возможность создать ускоренное вижение полимера в смесительных полостях 21-23, образованных внутренней поверхностью 4 корпуса 1 и периферийными частями 18-20 продольных лопастей 14, 16

и 17. В этом случае часть полимера, двигаясь, например, через смесительную полость 22, опережает в своем окружном движении асти полимера, участвующие в образовании поперечных окружных струйных потоков, и натекает на продольную лопасть 7 с. большой скоростью, которая гасится при орможении потока в области твердой поерхности продольной лопасти 7,что привоит к усилению радиального градиента авления, направленного от периферии к ентру смесителя. Кроме того, ускоренный перенос части массы полимера позволяет овысить, наряду с вышеуказанным фактоом, эффективность смешения.

В варианте конструкции с составным валом 3, образованным из эксцентричных частей 24-28 (фиг.1) и 29-32 (фиг.З), центры которых 33-36 смещены относительно друг 5 друга по окружности, интенсифицируется сжатие-расширение потоков расплава полимера по длине смесителя, так как процесс сжатия и расширения многократно повторяется с помощью каждой части составного 0 вала 3. Возникают и радиальные потоки в поперечном сечении смесителя, образующиеся при натекании осевых потоков полимеров на торцы эксцентричных частей, образующихся при смещении по окружно5 сти. Кроме того, потоки полимера закручиваются, и возникает винтообразное движение по длине смесителя. Все это улучшает смешение.

Процесс смешения интенсифицируется

0 в варианте конструкции со смесительной полостью 37, образованной продольной лопастью 15 и частью 26 вала. В этом случае возникают ускоренные потоки полимера в центральной части смесителя, усиливаю5 щие перестроение потоков из-за радиального градиента давления, обусловливающего движение полимера от центра к периферии, а также его ускоренное перетекание по длине смесителя.

0 Повышение эффективности смешения для различных композиций полимеров достигается в конструкции смесителя со сквозной продольной прорезью 38, в которой размещена продольная лопасть 39

5 (фиг. 1). В этом случае легко обеспечить смену продольных лопастей 39, правильный выбор их размеров и размеров сквозных отверстий 8 для каждой конкретной композиции и, как следствие, обеспечить наибо0 лее эффективный режим смешения конкретной композиции.

В варианте конструкции с двумя продольными прорезями 40 и 41 (фиг.1) и продольными лопастями 42 и 43, смещенными

5 относительно друг друга по окружности, увеличивается число разделений потоков полимера, улучшающее смешение. Возникает возможность использовать одну из продольных лопастей в качестве направля0 ющего аппарата для перераспределения потока и придания ему определ.енного..на- правления движения. Увеличивается число возможных вариантов сочетания размеров продольных лопастей и их взаимного распо5 ложения. Таким образом, создаются возможности для повышения эффективности смешения.

Эти возможности наиболее полно реализуются s вариантах конструкции смесителя с продольными лопастями, которые

поступательно перемещаются в радиаль-. ном направлении. При этом перемещении усиливается поперечный перенос массы полимера, возникают пульсации его потоков. Поступательное движение продольной лопасти 43 в прорези 41 (фиг.З)для интенсификации смешения можно осуществить, например, в варианте конструкции, в котором периферийные части 44 и 45 обегают при вращении выступы 47 и впадины 48 на участке контакта 46.

При выполнении смежных продольных лопастей 49 и 50 загнутыми в направлении друг к другу реализуется возможность обеспечить вращательное движение потока между лопастями. В этом случае выступающая над частью 52 лопасти 50 часть 51 лопасти 49 при вращении по часовой стрелке обеспечивает захват полимера и его подачу в межлопастное пространство, а также движение по криволинейным траекториям, что вызывает закрутку потока и его вращение. В этот процесс непрерывно вовлекаются новые порции полимера, так как часть его вытекает через сквозные отверстия 8 и уносится осевыми потоками.

При этом повышается эффективность смешения.

Данная конструкция смесителя для полимерных материалов позволяет достичь повышения эффективности смешения путем интенсификации перестроений потоков полимеров, их сжатия и расширения, ускорения и замедления, слияния и разделения, создания интенсивных поперечных движений, пульсаций, винтообразных и вращательных движений, что приводит к увеличению поверхности раздела полимера и интенсификации распределения поверхностей контакта по всему объему смеси и повышению эффективности смешения. Формул а изо брётени я 1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с полостью, в которой установлен с возможностью вращения вал, а на внутренней поверхности корпуса закреплены диски с образованием между собой зазоров для смесительных элементов, установленных на валу, причем в дисках и смесительных элементах выполнены сквозные отверстия/а смесительные элементы выполнены в виде продольных лопдстей, расположенных по окружности с образованием между собой продольных каналов для течения полимера, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения материалов, вал установлен эксцентрично относительно центральной оси смесителя, а продольные лопасти размещены с пересечением в поперечном сечении смесителя их больших осей симметрии с центральной

осью смесителя, которая совмещена с осью вращения вала.

2. Смеситель по п.1, отличающий- с я тем, что продольные лопасти выполнены с переменными по окружности высотами.

3. Смеситель по пп. 1и 2, отличающий с я тем, что по меньшей мере две продольные лопасти выполнены с одинаковыми по окружности высотами.

4. Смеситель по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что вал выполнен составным из эксцентрично установленных относительно центральной оси смесителя частей, центры которых смещены относительно друг друга по окружности,

5. Смеситель по пп.1-4, отяичающий- с я тем, что по меньшей мере одна продольная лопасть выполнена с длиной, большей длины по меньшей мере одной эксцентрично установленной относительно центральной оси смесителя части вала, и размещена с образованием по меньшей мере с одной смежной частью вала смесительной полости.

6. Смеситель по пп. 1-5, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что вал выполнен по меньшей мере.

с одной сквозной продольной прорезью,

при этом продольная лопасть размещена в

этой прорези.

7. Смеситель по пп. 1-6, о т л ич а ющ и йс я тем. что по длине смесителя выполнены по меньшей мере две сквозные продольные прорези, при этом продольные лопасти размещены в прорезях со смещением одна относительно другой по окружности.

8. Смеситель по пп. 1 6 и 7, отличаю- щ и и с я тем, что по меньшей мере одна продольная лопасть установлена в продольной прорези с возможностью поступательного перемещения в радиальном

направлении и с возмбжностью контакта ее периферийных частей с внутренней поверхностью корпуса, которая выполнена волнообразной с диаметрально противоположно размещенными выступами-относительно

впадин.

9. Смеситель по пп., отличаю щи й- с я тем, что в поперечном сечении смесителя по меньшей мере две смежные продольные лопасти выполнены загнутыми в

направлении одна к другой, при этом периферийная часть одной лопасти размещена над периферийной частью другой лопасти.

Фи.Ъ

СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Использование: непрерывное смешение полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, гранулирования, получения и переработки полимерных материалов. Сущность изобретения: вал установлен эксцентрично относи- тельно центральной оси смесителя. Продольные лопасти размещены с пересечением в поперечном сечении смесителя их больших осей симметрии с центральной осью смесителя. Центральная ось смесителя совмещена с осью вращения вала. Лопасти могут быть выполнены с переменными по окружности высотами. Вал может быть выполнен составным из эксцентрично установленных относительно центральной оси смесителя частей. Центры частей смещены относительно друг друга по окружности. Вал может быть выполнен по меньшей мере с одной сквозной продольной прорезью. При этом продольная лопасть размещена в этой прорези. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.