Смеситель для полимерных материалов Советский патент 1993 года по МПК B29B7/30 

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 настоящего изобретения является повышение эффективности смешения.

На фиг.1 изображен продольный разрез смесителя; на фиг.2 и 3 - выполнение сопряженных поверхностей смесительных элементов с винтовыми каналами; на фиг. 4 - вариант конструктивного выполнения цилиндра:

Смеситель для полимерных материалов содержит корпус 1 (фиг.1) и последовательно расположенные в нем смесительные элементы в виде дисков 2,3,4,5с продольными каналами 6 для прохода полимера и поло00

о

V4

-N О

тями 7 между дисками 2, 3, 4 и 5; Причем олость 7 между смежными дисками 2 и 3 набжена переходным смесительным элеентом, состоящим из двух частей 8 и 9 со квозными отверстиями 10, и цилиндричекой полостью 11.

Последняя образована при соединении бращенных друг к другу вогнутых торцовых поверхностей частей 8 и 9 переходного смесительного элемента. Продольная ось цилиндрической полости 11 расположена под глом к оси смесителя, например, перпендикулярно к ней и располагается в горизонтальной плоскости. В полости 11 размещен подвижный смесительный элемент, выполненный в виде цилиндра 12 со смесительными каналами 13, которые соединены между

собой коллектором 14, Причем смесительные каналы 13 расположены с возможностью соединения с продольными каналами 6 дисков 2 и 3 посредством сквозных отверстий 10 частей 8 и 9 переходного смесительного элемента.. В варианте конструкции противолежащие торцовые поверхности 15 и 16 (фиг,1) смежных дисков 4 и 5 могут быть выполнены вогнутыми и.образовывать при их соединении цилиндрическую полость 17, продольная ось которой располагается под углом к оси смесителя. При этом подвижный цилиндр 1.8 размещен в цилиндрической полости 17, с возможностью непосредственного соединения каналов 19, 20, 21, 22, 23; 24, при его вращении или повороте с продольными каналами 6 дисков 4 и 5. Подвижные цилиндры 12 и 18 соединены с приводами

25 и 26 для их вращения или поворота. На внутренней боковой поверхности 27 (фиг.2) смесительных элементов и наружной боковой поверхности 28 (фиг.З) подвижного цилиндра 12 могут быть выполнены винтовые каналы 29 и 30 соответственно.

Подвижный цилиндр 18 может быть вы- полнен с каналами параллельными оси смесителя 16 и наклонными к ней 20 и 21, которые могут быть выполнены с переменными по длине размерами проходного сечения, например, конфузорными (фиг, 1} входы 31,32 и выходы 33,34 которых расположены на боковой поверхности 35 подвижного цилиндра 18 и выполнены соответственно с наибольшими и наименьшими размерами. Каналы 22, 23 и 24 подвижного цилиндра 18 могут быть выполнены с различной длиной (фиг.4). Подвижные цилиндры 12 и 18Јфиг,1) размещены с центральными осями повернутыми относительно друг друга по окружности и их . поперечные сечения располагаются, например, во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Работа смесителя, для полимерных материалов заключается в следующем.

Расплав полимера, состоящий из различных компонентов, поступает в продольные каналы 6 диска 2, расположенного в корпусе 1. Продольные каналы 6 разделяют полимер на большое число струйных потоков, которые двигаются через сквозные отверстия 10 части 8 переходного

0 смесительного элемента в направлении подвижного цилиндра 12, размещенного в цилиндрической полости 11, Подвижный цилиндр 12 вращается (или поворачиваясь) с помощью привода 26 непрерывно изменя5 ет положение своих смесительных каналов 13, которые запитываются полимером из неподвижных сквозных отверстий 10 части 8 переходного смесительного элемента и обеспечивает непрерывное изменение на0 правления движения полимера, движущегося в каналы 13, При переходе полимера иа сквозных отверстий 10 в смесительные каналы 13 происходит формирование элементарных порций полимера, интенсивный

5

сдвиг полимера и его срез при полном перекрытии сквозных отверстий 10 и их рассоединении со смесительными каналами 13, В смесительные каналы 13 поступают элементарные порции полимера из различных

0 сквозных отверстий 10. При этом обеспечи. вается образование большого количества

поверхностей раздела и интенсифицирует-ся распределение поверхностей контакта,

что повышает эффективность смешения.

5 Эффективность смешения повышается также из-за того, что сквозные отверстия 10 имеют различную длину и полимер движется в них с различной скоростью. Струйные потоки полимера пульсируют,так как проис0 ходит кратковременное полное перекрытие сквозных отверстий 10 и затем их-полное открытие. Смесительные каналы 13 могут соединяться и рассоединяться со сквозными отверстиями 10 все одновременно (как

5 показано на фиг.1). Изменится расстояние между смесительными каналами 13 (можно обеспечить неодновременное их соединение и рассоединение). При этом всегда по меньшей мере один смесительный канал 13

0 будет соединен со сквозным отверстием 10 (не показано). Из смесительных каналов 13, - соединяющихся со сквозными отверстиями 10 части 8 переходного смесительного элемента, струйные потоки полимера поступа5 ют в коллектор 14, в котором при смешении потоков происходит их дополнительное перемешивание и релаксация напряжений в полимере. Из коллектора 14 полимер, разделяясь на отдельные потоки смесительными каналами 13, поступает в скеозные

отверстия 10 части 9 переходного смесительного элемента. При переходе из каналов 13 в отверстия 10 полимер подвергается интенсивному сдвигу и срезу и в виде элементарных порций из различных каналов 13 сливается в отверстия 10. Происходит дальнейшее повышение эффективности смешения. Из сквозных отверстий 10 расплав полимера поступает в продольные каналы 6 диска 3 и из них в полость 7 между дисками 4 и 3. Движение струйных потоков и их слияние приводит к дальнейшему перемешиванию полимера и усреднению ингредиентов в объеме смеси. Из полости 7 расплав полимера поступает в продольные каналы б диска 4 и снова разделяется на большое число струйных потоков, обеспечивающих обра- зование новых поверхностей раздела. Затем потоки полимера из продольных каналов 6 поступают в каналы 19,20,21,22, 23, 24, которые соединяются с каналами 6 при вращении или поворотах подвижного цилиндра 18, размещенного в цилиндрической полости 17 между торцовыми поверхностями 15 и 16 смежных дисков 4 и 5. Подвижный цилиндр 18 приводится в движение приводом 25. Также как и в случае подвижного цилиндра 12 происходят процессы непрерывного перераспределения потоков полимера, изменения скорости и направления их движения, пульсации расплава, формирование микропорций полимера, сдвиг расплава и срез его порций. Кроме того.-каналы 20 и 21 выполнены пересекающимися и с переменными по длине размерами и имеют входы 31 и 32 и 35 подвижного цилиндра 18. Причем входы 31 и

32 и выходы 33 и 34 выполнены соответст- венно с наибольшими и наименьшими размерами и обеспечивают образование конфузорных и диффузорных потоков полимера. На фиг.1 показано, что расплав полимера двигается в конфузорных каналах 20 и 21, причем и входы 31 и 32 соединены с продольными каналами 6 диска 4, а выходы

33 и 34 с продольными каналами 6 диска 5. При вращении подвижного цилиндра 18 происходит преобразование конфузорных каналов 20 и 21 в диффузорные. При этом повороте каналов входы 31 и 32 меняются местами с выходами 33 и 34. Изменяется и их функциональное назначение, т.е. входы становятся выходами и наоборот. При этом из-за изменения сопротивления каналов и смены направления и скорости движения в них развиваются микропульсации расплава. Конфузорно-диффузорные потоки в сочетании с микропульсациями, возбуждаемыми их чередованием, и пульсациями от их периодического полного перекрытия и открытия существенно повышают эффективность смешения полимера. Для повышения эффективности смешения могут быть использованы не только внутренние 5 каналы подвижных цилиндров, но и каналы выполненные на их боковых поверхностях сопрягающихся с поверхностями цилиндрических полостей.

Так происходит повышение эффектив0 ности смешения полимера, который одновременно двигается поперек смесителя в винтовых каналах, образованных винтовыми нарезками 29 и 30 противоположного направления, выполненными на сопрягаю5 щихся поверхностях 27 и 28 цилиндрической полости 11 и подвижного цилиндра 12 и в соевом направлении через смесительные каналы 13, выполненные в теле подвижного цилийдра 12 и сквозные отверстия 10.

0 В таком варианте конструкции кроме смешения с помощью каналов 13 и отверстий 10, расплав полимера интенсивно перемешивается при сдвиге, слиянии и разделении каналов винтовых нарезок 29 и 30 противо5 положного направления. Кроме того, происходит обмен элементарными порциями полимера между каналами винтовых нарезок 29 и 30, каналами 13 подвижных цилиндров и сквозными отверстиями 10 частей 8

0 и 9 переходного смесительного элемента.

При работе смесителя с повернутыми относительно друг друга по окружности, например на 90°, подвижными цилиндрами 12 и 18 упорядоченное распределение полиме5 ра последовательно происходит в разно- направленных (в данном случае в двух взаимно перпендикулярных) (в данном случае в двух взаимно-перпендикулярных) плоскостях. Кроме того, при переходе полимера

0 от подвижных цилиндров к дискам и наоборот происходит последовательное сжатие и расширение потоков, что непрерывно изменяет скорости их движения и способствует массопереносу по всему объему смеситель5 ной камеры.

Таким образом, данная конструкция смесителя для полимерных материалов позволяет осуществить усреднение ингредиентов путем увеличения поверхности

0 раздела полимера и интенсификации распределения поверхностей контакта, проис- ходящих в результате процессов непрерывного перераспределения потоков полимера, изменяя скорости и направления

5 их движения, пульсаций расплава, интенсивного сдвига и среза полимера при формировании достаточно малых для эффективного смешения микропорций полимера, смены преимущественных направлёний перераспределения полимера по длине смесителя.

Формул а изо бретени я

1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус и последовательно расположенные в нем смесительные элементы в виде дисков с продольными каналами для прохода полимера и полостями между дисками, причем по меньшей мере в одной полости размещен один подвижный .смесительный элемент со смесительными каналами, соединенный с приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения, по меньшей мере одна полость между смежными дисками снабжена переходным смесительным элементом со сквозными отверстиями и цилиндрической полостью, продольная ось которой расположена под углом к оси смесителя, при этом подвижный смесительный

элемент выполнен в виде цилиндра и размещен в цилиндрической полости, причем сме- сительные каналы расположены с возможностью соединения с продольными каналами смежных дисков посредством сквозных .отверстий переходного смесительного элемента.

2. Смеситель по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с я. тем, что по меньшей мере на одной из сопряженных поверхностей переходного смесительного элемента и цилиндра выполнены винтовые каналы.

3. Смеситель по пп.1 и 2, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что по меньшей мере один смесительный канал цилиндра выполнен по длине с переменными размерами проходного сечения.

4. Смеситель по пп.1 -3, отличающий с я тем, что по меньшей мере два цилиндра размещены с центральными осями, повернутыми относительно одна другой по окружности.

(Due.3

Использование: переработка полимер ных материалов при непрерывном смешении полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания грануляции, получения и переработки полимерных материалов. Сущность: по меньшей мере одна полость между смежными дисками снабжена переходным смесительным элементом со сквозными отверстиями и цилиндрической полостью. Продольная ось этой полости расположена под углом к оси смесителя. При этом подвижный смесительный элемент выполнен в виде цилиндра и размещен в цилиндрической полости. Причем смесительные каналы расположены с возможностью соединения с продольными каналами смежных дисков посредством сквозных отверстий переходного смесительного элемента. По меньшей мере на одной из сопряженных поверхностей переходного смесительного элемента и цилиндра могут быть выполнены винтовые каналы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. ел С

/////У777/