Устройство для получения тонкого порошка из полимерного материала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ОПИСЛНИК ИЗОБРКтКНИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГО СПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21).3592602/05 (22) 17.02.83 (46) 151193 Бюа Мя 41-42 (71) Институт химической физики АН СССР; Научно-праизводственное объединение "Норпласт" (72) Ениколопов Н.C. Никольский В.Г„Бражников (19): SU (11) 1120587 AI (51) 5 8 29 8 13 10

ЕИ; Акопян ЕЛ„Непомнящий АИ.; Трубников Г,Р.;

Черепнина 00. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОГО

ПОРОШКА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (57) 1120587

Изобретение относится к .области пол- этим в технологической линии по получению имерного машиностроения и направлено на порошков полимерных материалов после усовершенствованиеустройствдлятонкого . шнекового смесителя, расплавляющего и измельчения полимерных материалов, на- смешивающего компоненты, устанавливапример полиэтилена и композиций на его 5 ютформующую головку для придания мате:. основе.: ....... риалу формы ..стержней или листа, . Известно устройство для тонкого из-. устройство для охлаждения формованного мельчения полимерных материалов, содер- материала, резательное устройство, придажа.щее корпус . с, загрузочным и. ющее материалу форму; пригодную.для.за равгрузрчнйм патрубками и с расположен-. 10 грузки в устройства для измельчения. ным в йем мелющим ротором. " . : Повторное плавление и разогревание

Ротор имеет мелющие органы режуще- полимерных материалов приводит к.ухуд. го или ударного типа, расположенные вбли- шению их физйко-химических. свойств, т.е. к зи Стенок камеры; В загрузочном патрубке . ухудшенйю качества конечных продуктов. установлен шнековый питатель, в который 15 Кромеtoro, при этомувеличиваются энергеподается. криогенный газ, охлаждающий тическиезатраты. полймерные гранулы до температуры, при Известно устройство для получения покоторой полимер. становится хрупким и лег- рошков полимера непосредственно из рас-. чеподдаетсяизмельчению,: .. плава, содержащее сопло с каналами для

Использование криогенных газов удо- 20. ввода расйлава и сжатого газа, резервузр, рожает производство порошка и требует . вход в который соединен с выходом иэ со-. специального оборудования и материалов, пла, а выход с циклоном; . способных работать при низких температу- Под действием турбулентных потоков, рах.::: .. - . - .: возникан)щихнавыходесоплз,рзсплавполИзвестйо также устройство для получе- 25 имера диспергируется потоком газа в микния тонкого порошка полиэтилена путем су- ..;рочастицй, образующйе: после остывания мого истирания полймера в гемпературном порошок. интервале от Щ С до точки плавления, .. Устройство требуег.значительных эйерЭто устройство содержит мельницу, гегических затрат и не позволяет получить обычйо используемую для помола пласт-. ® высокодисперснйй порошок. Кроме того, с . масс; содержащую корпус с загрузочным и помощью этого устройства: вообще не уда: рззгруэочным патрубкзми и расположен- ется получать порошковый материал с по-. ный в нем мелющий ротор. Мельница снаб- мощью полиэтилена и других.полимеров, жена нагревателем и средством для . имеющих.нйзкий индекс расплава. размягчения и разрыхлеййя полиэтилена Ф Известнотакже.устройстводля получеперед подачей его в мельйицу, выполнен- ния тонкого порошка из полимерных матеным в виде обогреваемых валков.. риалов, содержащее - корпус с

Материал в виде гранул, листов и т.п; расположенной внутри него цйлиндриче3-4 раза пропускают через разогретые вал- окой камерой; внутрй которой коаксиально ки(наэтотребуетсяот2до10мин);Приэтом 40 смонтирован мелющий ротор. материал разогревается и превращается s Между боковойповерхностьюмелющерыхлую массу, которая теплой подается в ro ротора и сопряженной с ней внутренней разогретую мельницу, где истирается в по- поверхностью цилийдрической камеры, ." рошок. расположена зона помола. Мелющий ротор

Такое устройство из-зз низкой произво-,45 снабжен мелющими элементами режущего дитеаьности. валков и плохой автоматиза- или ударного:типа; а сопряженная с ним .. ции процесса вальцевания не нашло поверхность цилийдрической камеры выприменения в промышленности; Кроме то- полнена с продольными рифлениями треу го,от25до 40 получаемого порошка имеет гольной формы, имеющими мелкие дисперсйость, превышзюы ую дойустимую 60 отверстия для прохода: порошка;: Корпус для порошков, используемых для покрытий, снабжен загрузочнйм и разгрузочным патт.е, не проходит через сите с 200 отверсти- рубками. ями на 1 см ; . .Недостаток,этого устройства состоит в

К недостаткам устройства следует так- том, что отверстия в стенках камеры часто же отнести, что оно позволяет перерабаты- . 55 забиваются полимером,:в результате чего

: вать лишь твердый полимер определенного высйпание порошка прекращается. Увелигранулометрического состава ii не может чениедиаметра отверстий встенк4хснижаперерзбатыватьвпорошокматериал, посту- ет. вероятность .забивания,их, но пзющий в виде расплава, тлзпример из шне- - одновремейно приводит к увеличению разкового смесителя или экструдера. B связи с . мера частиц порошка; Позтомусредний раз1120587 мекр частиц получаемого на этом устройст- Истирание полимерного материала в ве порошкового полиэтилена не менее 120 узкоМ кольцевом зазоре производится .мкм. Кроме того, устройство требует значи- практически при температуре. затвердевательных удельных энергозатрат (420.кВт.ч ния илй незначительно ниже температуры на 1 т порошка полиэтилена низкой плотно- 5 затвердевания, т.е. в условиях, когда работа сти). разрушения минимальна. В устройстве тон. Наиболее близким к изобретению по . кодисперсный порбшок (10-100 мкм) полтехнической сути и достигаемому эффекту учается непосредственно из расплава является устройство для получения тонкого полимерного материала, минуя стадию гра-порошка из полимерного материала, содер- 10 нулирования, при этом удельные знергозатжащее корпус с загрузочным и разгруэоч-: раты на получение порошка в несколько раэ

:ным патрубками, внутри которого снижены по сравнению с известными устразмещен ротор в виде тела вращения с ройствами. кольцевымзазоромквнутреннейповерхно- . На фиг; 1 показан продольный разрез сти Корпуса. - ..: 15 предлагаемогоустройства: на фиг. 2-тоже, Под действием гравитационных сил.: но с двумя:последовательно установленныполимерный. материал в виде гранул из за-..: ми роторами, имеющими отдельные привогрузочного патрубка поступает в кольцевой -: ды; на фиг. 3 †. развертка цилиндрической зазор, где истирается в порошок, поверхности ротора на фиг. 1; на фиг. 4—

Устройство может перерабатывать pac-..20 разрез А-:А подлине развертки на фиг. 3; на плавленный материал и поэтому не может . фиг. 5- развертка цилиндрической. поверх-. быть непосредственно соединено со шнеко- . ности ротора (вариант выполнения). вым смесителем или экструдером, в кото-: Устройство содержйт корпус 1, внутри

pblx готовится:заданная композицйя, которого размещен концентрично ротор 2: в содержащая полимер, стабилизаторй и дру-. 25 виде тела вращения; С одной стороны коргие функциональные добавки, Истирание пус имеет торец 3 с герметично присоеди.: гранул полимерного материала проводится неннйм загрузочным патрубком 4, а с при температуре,. близкой к комнатной; что другой стороны — фланец 5 и разгрузочный требует значительных энергозатрат, и не . патрубок6. позволяет получать. высокодисперсные по- 30 . Торец ротора 2 орразует:с торцем 3 коррошки с размером 10-100 мкм., ., пуса 1 радиально-кольцевую щель 7, являю,щуюся распределительным каналом, через

Цельюизобретения являетсяобеспече-: который производится подача расплава в ниевоэможностиполучениятонкогопорош-....: "кольцевой зазор. 8,:. образованный сопряка из расплава. полимерного материала при 35 женными цилийдрическими поверхностями повышении степени дисперсности порошка "; корпуса 1 и ротора 2. .: - и снижении удельных энергозатрат. . :: : ". Цилийдрическая поверхность ротора 2

Поставленная цель достигается тем, что: .: образована нвсадной гильзой 9. . ":устройство для получения тонкого порошка :: Для предотвращения затвердевания из полимерного материала; содержащее: 40 расплава, например, в период пуска, корпус . корпус с загрузочным и разгрузочным пат.- : 1 в зоне радиально- кольцевой щели 7 снабрубками, внутри которого размещен ротор .. жен нагревательным элементом 10 и термов виде тела вращения с кольцевым зазором :: парами 11.и 12 для измерения температуры к внутренней поверхности, снабжено сред-- .: расплава,на входе и выходе радиальноствами охлаждения ротора и/или вйутрен- 45 кольцевой щели 7. ней поверхности корпуса, при этом эагрузочнййпатрубокгерметичносоединен Корпус 1 снабжен Средством охлаждес корпусом с образованием между торцем - ния внутренней поверхности, выполненным

: ротора и.корпуса. радиально-кольцевой ще-,: в виде четырех проточных кольцевых камер ли, сообщающейся с кольцевйм зазором; а 50 13 со штуцерами 14 и 15 для подачи и вывокорпус: в зоне радиально-кольцевой щели - да охлаждающей-среды, Ротор 2 также выснабженнагревательнымэлементом. ., : полнен- с внутренними. каналами 16 для

Такое выполнейие устройства обеспе- прохода охлаждающей среды, поступаючивает полное заполнение кольцевого заза- . щей по трубке 17, размещенной в валу 18 ра полимерным материалом, который в 55 ротора 2, осевому каналу 19й радиальному начале. находится.в состоянии расплава, а к. — каналу .20. Отвод охлаждающей среды иэ концу в результате одновременного дейст- ротора осуществляется по радиальному кавия охлаждения, давления и сдвиговых,на- :. налу 21 и кольцевой щели 22, образованной пряжений затвердевает и истирается s " . внутренней поверхностью вала 18 и наружтонкодисперсный порошок..:. ной поверхностью трубки 17.

1120587

Вал 18 соединяется с трубопроводами (на чертеже не показаны), йодающими и отводящими охлаждающую среду посредством узла 23 ввода и вывода охлаждающей среды. Вал 18 ротора 2 установлен в корпусе привода 24 на двух радиальных подшипниках 25 и 26 и одном упорном подшипнике

27 и снабжен червячной шестерней 28, находящейсяя в зацеплении с червяком 29. Корпус 1 прикреплен фланцем 5 к корпусу

10 привода 24 болтами 30 через регулировочное кольцо 31, с помощью которого осуществляется регулирование величины зазора радиально-кольцевой щели 7, что позволяет в случае необходимости управлять переме-. шиванием расплавленного полимерного материала в данной щели. Для контроля давления расплава на входе в устройство загрузочный патрубок 4 снабжен датчиком

32 давления

Предлагаемое устройство работает следующим образом(на примере получения парашка из расплава полиэтилена низкой плотности).

Расплав полиэтилена низкой плотности, содержащий стабилизатор, подается иэ

25 шнековаго смесителя или экструдера через загрузочный патрубак 4 в радиально-кольцевую щель 7. При этом привод 24 абеспечивает вращение ротора с постоянной частотой 30 об/мин. Температура расплава в радиально-кольцевой щели 7, контролируемая термопарами 11 и 12, поддерживается на уровне 95-110 С с помощью нагревателя

10. Давление расплава контролируется па 35 показаниям датчика 32 давления.

Из радиально-кольцевой щели 7 расплав. непрерывным потоком поступает в кольцевой зазор 8, где ан.интенсивно охлаждается с двух сторон да температуры

90 С при одновременном воздействии сдвиговых деформаций, вызываемых вращением ротора. В затвердевающем палимер«ом материале . образуются многочисленные микратрещины.

При дальнейшем продви>кении полимерного материала по кольцевому зазору

8 происходит ега полное разрушение и образование тонкодисперснога порошка, ко- 50 тарый через разгрузочный патрубок 6 выводится из устройства, При. измельчении полиэтилена низкой плотности с индексом расплава, равным 7, средний. размер образующегося порошка 55 равен 20 мкм, причем частицы с размером

0-50 мкм составляли 92, 50-100 мкм—

6 бо, . Удельные энергозатраты не превышали

80 кВт.ч на 1 т порошка, При измельчении полиэтилена низкой плотности с индексам расплава, равным 2, средний размер полученных частиц составил 55 мкм.

Устройство, показанное на фиг, 2, содержит снабженный загрузочным патрубком 33 корпус 34; внутри которого размещен ротор 35 в виде тела вращения с кольцевым . зазором 36 к внутренней поверхности корпуса. Ротор 35 полым валом 37 соединен с приводом 38. Ввод полога вала 37.через торец 39 корпуса 34 герметизируется уплотнительным устройством 40. Радиальнокольцевая щель 41 выполнена сужающейся по ходу движения расплава. Загрузочный патрубок 33 присоединен герметично к корпусу 34 в широкой части радиально-кольцевой щели .41, узкая часть которой сообщается с кольцевым зазором 36.

Устройство дополнительно снабжено вторым корпусом 42 с разгрузочным патрубкам 43 и вторым ротором 44, установленным внутри корпуса 42 также с образованием кольцевого зазора.

Корпуса 34 и 42 герметично соединены друг с другом болтами 45. Ротор 44 установлен соасно с ротором 35 на некотором расстоянии от него и снабжен индивидуальным приводом 46; конструктивное решение которого аналогично приводу 24, показанному на фиг, 1.

Роторы 35 и 44 и корпуса 34 и 42 имеют средства охлаждения; такие же, как .у устройства, показанного на фиг. 1. Торец 39 корпуса 34 также снабжен нагревательным элементом и термопарами для контроля за температурой расплава. а к загрузочному патрубку 33 подсоединен датчик давления.

Устройство с двумя роторами, каждый из Которых имеет. индивидуальный привод; позволяет подбирать оптимальную частоту и направление вращения их. Это создает возможность выбора оптимальных режимов в зоне кристаллизации расплава и зоне помола при измельчении различных полимерных материалов. Однако такое устройство более сложно, чем показанное на фиг 1.

Устройство, показанное на фиг. 2, работает так же образом, как и устройство, изображенное на фиг. 1.

Взаимодействующие цилиндрические поверхности корпуса и ротора на фиг, 1 и 2 выполняются гладкими или с многоходавыми спиральными пазами 47, например, шестиэаходными„как это иллюстрируется на фиг. 3 разверткой цилиндрической поверхности ротора 2, показанного на фиг. 1. Направление спиральных пазов 47 выбрано левое. В зависимости от. направления вращения ротар продвигает полимерный мате1120587

9 10 риал к разгрузочному патрубку 6 или тормо- рывном процессе. минуя гранулирование, зит его продвижение. Как правило, спираль- . расплава, позволяет многократно снизить ные каналы способствуют резкому удельные:энергозатраты(в5разпосравнеувеличению производительности устройства . ниюс устройством, описанном в источнике). и очищают кольцевой зазор от полимерного: .5,: Порошок. получаемый при этом, имеет материала по окончании работы. Для предот.- высокую степень дисперсности, при кото:вращения проскока расплава спиральные па- рой средний размер частиц достигает 10-20: зы вьгполняются неглубокими. или с, мкм. переменной глубиной, которая периодически изменяется от. максимального. значения до,10 (56) Патент США ЬЬ 3777729, кл. 241-65, нуля, например,:по синусоидальному закону, ; опубликЛ 973. как показано йв фиг. 4.: .:: . Патент ФРГ М 1229709,. кл. 39 а, 1/12, Эксперименты показали эффективность -: опублик. 1966. роторов. выполненных с: перекрещивающи- .:. - Патент ФРГ N. 1454760, кл. 39а, 1/12, мися спиральными пазами правого: и левого 15 опублик. 1973. направлений, как иллюстрируется на фиг. 5... Патент Швейцарии N. 412294, кл. 39 а, 1

Возможность переработки расплава 1/12; опублик..1963. полимерного материала в порошок в непре- . Патент ФРГ М 1225027, кл. 50с7,.1966.

Ф o P.м у л а и з о б р е т е н и я:: степени дисперсности порошка. и снижеygyppj4g+f3Q.äóù ПОпуц =дрщ -ГОН . .: w Удельных энеРГозатрат.:oHo,снаожено . КОГО ПЮРОЩКА N3.ПОЛИУЕРНОГО МА- .. сРедствами охлажд ниЯ Р р

: ХЕРИЛА содержащее корпус с загрузоч- внУтРеннеи поверхности корпУса ПРИ этом

:ным и Разгрузочным патрубками; внутри загрузочн и ру р д, кбтОрого размещен ротор в виде тела вра- .. нен с корпусом с образо жду Р ла в . нен с ко и сом с образованием между торщения с кольцевым зазором к внутренней цом ротора р у ротора и .: корпуса

-,пОверхноСти корпуса. отличающееся тем . Радиа ьно-кольцевои ще, соо щ щ я „а иально- кольцевой щели, сообщающейчто, с-целью-обеспечения возможности 30 ся с кольцевым зазоро, а ор у ся с кольцевым зазором, а корпус в зоне . получения тонкого порошка из распла а Радиально-кольцевойщелиснабженнагРенолимерйого материала при повышении вательным элементом.

1120587

Пюроапк

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор О.Юркова

Заказ 3240

/ 4 Ф//Г. 2

Техред M. Моргентал Корректор С.Лисина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5