Смеситель для полимерных материалов

 

Использование: переработка полимерных материалов при непрерывном смешении полимер-полимерных композиций, полимеров с различными ингредиентами с пигментами в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов . Сущность изобретения: по меньшей мере одна из боковых поверхностей с углублениями не менее одного из смесительных элементов размещена со смещением в радиальном направлении и относительно оси смесителя и с возможностью контакта по образующей обращенной к ней боковой поверхности другого смесительного элег -ента. По меньшей мере на одной поверхности углубления могут быть размещены на ее части , входящей в зону контакта. По меньшей мере одна из поверхностей, размещенных со смещением, выполнена по меньшей мере из двух последовательно расположенных вдоль центральной оси смесителя участков. Продольные оси симметрии этих участков параллельны центральной оси смесителя и могут быть смещены друг относительно друга в радиальном и окружном направлении. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

М 3

О (Ь фь

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827407/05 (22) 21.05,90 (46) 23.02,93. Бюл. t4 7 (71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В,И.Сивецкий, Д.Д.Рябинин, А.Я.Малкин и С,B.Ñèaåöêèé (56) Патент Великобритании

В 930339, кл. 87(2)17, опублик, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1537546, кл, В 29 С 7/40, опублик. 1990. (54) СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование; переработка полимерных материалов при непрерывном смешении полимер-полимерных композиций, полимеров с различными ингредиентами с пигментами в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных матеИзобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов и может быть использовано для непрерывного диспергирующего смешения полимерполимерных композиций, полимеров с различными ингредиентами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов.

Целью изобретения является повышение эффективности смешения.

На чертеже показан предлагаемый смеситель, ° Смеситель для полимерных материалов содержит смвсительную камеру 1, образо:ванную расположенными друг в друге с че„„5U„„ l796470 At риалов, Сущность изобретения: по меньшей мере одна из боковых поверхностей с углублениями не менее одного из смесительных элементов размещена со смещением в радиальном направлении и относительно оси смесителя и с возможностью контакта по образующей обращенной к ней боковой поверхности другого смесительного зле .ента.

По меньшей мере на одной поверхности уг. лубления могут быть размещены на ее части, входящей в зону контакта, По меньшей мере одна из поверхностей, размещенных со смещением, выполнена по меньшей мере. из двух последовательно расположенных вдоль центральной оси смесителя участков.

Продольные оси симметрии этих участков параллельны центральной оси смесителя и могут быть смещены друг относительно друга в радиальном и окружном наг(равлении, 3 з,п. ф-лы, 1 ил. редованием между собой подвижными 2 и 3 (вращающимися относительной центральной оси 4 смесителя) и неподвижными 5 и 6 смесительными элементами. Подвижный 2 и неподвижный 6 смесительные элементы выполнены полыми и располагаются в неподвижном смесительном элементе 5 и друг в друге соответственно. Неподвижные смесительные элементы 5 и 6 соединены между собой и являются элементами корпуса смесителя. Подвижный смесительный элемент

3 содержит ступицу Y. предназначенную для подсоединения привода, на которой установлен смесительный элемент 2. Обращенные друг к другу боковые поверхности 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13 смесительных элементов 5, 2, 6 и 3 соответственно выполнены в виде

1796470 тел вращения (цилиндрических поверхно; стей) с углублениями 14. Наружные боковые поверхности 9, 11, 13 подвижных 2 и 3 и неподвижных 6 смесительных элементов размещены со смещением в радиальном направлении относительно оси 4 смесителя и возможностью контакта по образующей с обращенными к ним боковыми поверхностями 8, 10; 12 смесительных элементов 5, 2, 6 соответственно в зонах контакта А, Б. 8, при этом смесительные элементы 3, 5 и 6 размещены с образованием свгментальных полостей Г, Д и Е.

В зонах контакта А, Б и В углубления 14 на боковых поверхностях 8-13 образуют волнообразные каналы 15-17 для течения полимера.

На смещенных боковых поверхностях 8, 11 и 13 смесительных элементов 2, 6 и 3 соответственно углубления 14 могут быть размещены только на частях этих поверхностей, входящих в зоны контакта А, Б и В, а свободные от контакта смещенные части боковых повеохностей 18-20 выполнены без углублений..

Смещенные боковые поверхности 11 и

13 смесительных элементов 6 и 3 соответственно могут быть выполнены из последовательно расположенных вдоль оси 4 смесителя участков 21.и 22, а также участков

23 — 25 диаметрами d>. б, d3. б4 и бе соответственно, з продольные оси симметрии 2630 этих участков параллельны оси 4 смесителя и смещены друг относительно друга в радиальном направлении, образуя с осью 4 смесителя эксцентриситеты I3, Ь, I3, 1а и Is соответственно (IS на чртеже не показано, так как ось ЗО участка 25 смесительного элемента 3 совпадает с осью 4 смесителя), 8 варианте конструкции смещенные друг относительно друга в радиальном направлении оси 28-30 участков соответственно 23-25 боковой поверхности 13 смесительного элемента 3 могут быть смещены друг относительно друга в окружном направлении. В рассматриваемом варианте конструкции смесителя ось 29 участка 24 смещена в окружном направлении таким образом, что располагается диаметрально по отношение к оси 28 участка 23, то есть оси 28 и 29 смещены относительно друг друга в окружном направлении на 180

Имеющиеся нз чертеже смесителя совпадения оси 30 участка 25 с осью 4 смесителФ свидетельствует о том, что при наличии параллельного радиального смещения оси

ЗОна величину Is Ф О относительно оси5 они смещены друг относительного друга и в окружном направлении на 90О, Радиальное параллельное смещение осей 26 и 27 участков 21 и 22 боковой поверхности 11 смесительного элемента 6 обусловливает образование общей линии сопряжения в зоне контакта Б поверхностей 10 и 11, а на диа5 метрально противостоящей стороне — ступеньки 29, максимальная величина которой в радиальном направлении равна разности диаметров смежных смещенных участков:

xt-di-dz. При наличии, наряду с радиальными, окружного, параллельного оси 4 смеси. теля, смещения осей 28-30 участков 23 25 боковой поверхности 13 смесительного элем ента 3 боковые поверхности участков 2325 не имеют общей линии сопряжения с

15 контактирующей с. ними боковой поверхностью 12 смесительного элемента 6, а образуке в зонах контакта В и Ж самостоятельные линии сопряжения и ступеньки перехода xz и, хз смежных участков боковых поверхно20 стей 23 и 24, 24 и 25 соответственно. Максимальная величина ступеньки перехода между смежными участками равна большей разности диаметров контактирующих поверхностей по двум смежным участкам. На25 пример, максимальный размер ступеньки перехода между участками 23 и 24 при диаметрах их боковых поверхностей d3>d4

X2D о4.

В вариантах конструкции смесителя flo

30 меньшей мере две обращенные друг к другу боковые поверхности в виде тел вращения или участки Этих боковых поверхнос1 ей 31 и

32 с углублениями 14 могут быть в«. олнены со смещением относительно оси 4 смесите35 ля, образуя зону контакта 3 с в л нообразными каналами ЗЗ и зону, свободную от него; в виде сегментальной полости И, Смещенные в радиальном направлении участки боковой поверхности могут чередоваться с

40 участками, в которых продольные оси симметрии боковых поверхностей совпадают с осью смесителя и обращенные друг к другу боковые поверхности с углублениями образуют зону контакта с волнообразными кана45 лами по. всему их периметру.

В теле подвижного 2 и неподвижного 6 полых смесительных элементов могут быть выполнены отверстия 34 и 35 и прорези 36 и 37 соответственно. Торцовые поверхности

50 подвижного 2 и неподвижного 5, а также неподвижного 6 и подвижного 3 смесительных элементов образуют соответственно соединительные каналы 38 и 39 и выходной канал 40, Подвижйые смесительные элемен55 ты 2 и 3 могут быть не связаны друг с другом и иметь раздельный привод. обеспечивающий разные скорости или направления их врзщения.

Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем.

1796470

Полимерная композиция, состоящая полости Д поток из соединительного канала из различных компонентов, в вязкотеку- 38 сливается и усредняется с элементарнычем состоянии поступает под давлением в ми подпотоками, поступающими через отсмесительную камеру 1 и разделяется на верстия 34 из волнообразных каналов 33 и подпотоки, движущиеся по волнообра гным 5 15 зон контакта 3 и А. 8 зоне контакта Б каналам 15 зоны контакта А и по сегмен- материал из каналов 38движется вдоль канатальной полости Г. При этом часть материа- лов 16, перетекает через отверстия 34 и 35 ла, движущегося по волнообразным в полости Г, Е и зону контакта В с волнообканалам 15, поступает в сегментальную по- разными каналами 17, а также переносится лость И, а часть остается в углублениях 14 10 при вращении смесительного элемента 2 угна боковых поверхностях 8 и 9 смеситель- лублениями 14 на боковых поверхностях 10 ных элементов 5 и 2, твк как в результате и 11 в полость Д, а затемчастично и обратно смещения углублений на одной образую- в зону контакта Б. Испытывая такое многощей боковой поверхности 9 относительно образие форм смесительного воздействия, углублений на неподвижнойбоковой повер- 15 материал из полости Д и волнообразных хности 8 каналы 15 перекрываются. В сле- каналов 16 поступает через прорези 37 и дующий момент вращения смесительного соединительные каналы 39 в сегментальную элемента 2 углубления 14, располагающие- полость Е и волнообразные каналы 17 зоны ся на рассматриваемой образующей боковой контакта Ж и далее в выходной канал 40. поверхности 9, совместятся с углублениями 20 При этом часть материала из волнообраз14, расположенными в следующих по направ- ных каналов 17 под действием повышеннолению вращения смесительного элемента го давления перетекает через отверстия 35 рядах на боковой поверхности 8 неподвиж- в смесительную полость Д, а из волнообразного смесительного элемента 5. Оставшая- ных каналов 16 — в смесительную полость Е ся в углублениях 14 часть материала 25 и наоборот, что обеспечиваетинтенсивный смешивается с материалом, находящимся в массоперенос в радиальном направлении и непрерывно совмещенных с ними других дополнительное расчленение основного углублениях, и частично поступает в полость продольного потока на поперечные подпоИ, а частично переносится в сегментальную токи. полость Г. 8 полости Г часть элементарных 30 Такое многократное разделение потообъемов материала, находящегося в углуб- ков материала на отдельные подпотоки и лениях 14, смешивается с основным объек- последующее их слияния с рекомбинацией, том материала, движущегося в зону наряду с эффектами местного повышения контакта 3, давления интенсивного сдвигового воздейПри этом часть материала, находящего- 35 ствия и растирания материала в сужающихся в полостях Г и И, увлекается смещенной ся сегментальных зазорах в зонах контакта боковой поверхностью 9 вращающегося боковых поверхностей смесительных зле-. смесительного элемента 2 в сужающийся ментов, способствует как интенсивному сегментальный зазор между ней и непод- массопереносу и образов нию новых повижной боковой поверхностью 8 и далее в 40 верхностей раздела между жидкими композону контакта А с волнообразными канала- нентами, так и диспергированию агрегатов ми 15.Аналогичный механизм движения ма- и агломератов порошкообразных ингредитериала происходит и в полости И. 8 ентов. С целью упрощения технологии изгосужающихся сегментальных зазорах и в зо- товления смесителя свободные от контакта нах контакта А и 3 материал испытывает и 45 части 18-20, 31, 32 смещенных боковых повысокие сдвиговые напряжения, и повы- верхностей смесителъных элементов могут шенное давление, в результате чего он час- быть выполнены без углублений. Отсутсттично перетекает по отверстиям 34 и. вие углублений на части боковых поверхнопрорезям 36 в теле вращающегося смеси- . стей способствует изменению эффекта тельного элемента 2 в полость Д и волнооб- 50 задержания элементарных объемов материразные каналы 16 и наоборот, что ала этими участками боковых поверхностей обусловливаетдополнительный массопере- и позволяет разнообразить механизм маснос по объему смесительной камеры 1. Из сопереноса в отдельных зонах смесительволнообраэныхканаловЗЗисегментальной ной камеры, что также способствует полости И материал поступает s соедини- 55 повышению. смесительной эффективности тельные каналы 38, где оба потока объеди- смесителя. няются, усредняются, а затем разделяются Эффект изменения механизма массопенаподпотокиипоступаютв волнообразные реноса и сдвигового разделительного возканалы 16 зоны контакта Б и ступенчатую действия на перерабатываемый материал сегментальную полость Д. 8 сегментальной может быть усилен путем выполнения сме7

1796470 щенных боковых поверхностей смеситель. ных элементов из последовательно расположенных вдоль оси 4 смесителя участков .21 и 22, а также 23-25, продольные оси

26-30 которых параллельны оси смесителя и смещены друг относительно друга в радиальном (оси 26 и 27) или в радиальном и окружном направлениях (оси 28-30) с образованием ступенек перехода х, х2 и хз, При этом материал, проходя через зону сочленения разносмещенных в радиальном направлении боковых поверхностей 21 и 22, претерпевает в зоне ступеньки перехода х1 и в полости Денезапное расширение(сужение), в результате чего изменяются скорость течения и давление в перерабатываемом материале. Это, в свою очередь, обусловливает различный характер течения материала через отверстия 34 и 35 как в зоне ступеньки перехода х1, так и в начале и в конце полости Д,в следовательно, изменяет и смесительное воздействие в целом, При этом механизм смесительного воздействия волнообразных каналов 16 в зоне контакта

5 для смещенных участков боковой поверхности 21 и 22 также существенно изменяется, так как длины областей их контакта в окружном направлении различны и определяются их диаметра и б1 и б2.

Поток материала, выходящий из части волнообразных каналов 16 зоны «онтвкта Б на участке боковой поверхности 21, поступает в сегментальный зазор. расположенный по направлению вращения перед зоной контакта участка поверхности 22, и, подвергаясь интенсивному сдвигу и растиранию, повторна увлекается в нее. что способствует повышению качества смешения. Усиление эффекта многократного попадания перерабвтываемого материала в зоны контакта, разделения нз подпотоки и последующего слияния а общий поток способствует выполнение смещенных в радиальном направле5

40 нии участков 23-25 смещеннымидруг . относительно друга и в окружном нвпрввле- 45 нии. Это позволяет обеспечить последовательное воздействие нв перерзбзтываемый материал scex рассмотренных механизмов смесительного воздействия. Смещенные в радиальном иокружном напрввленииучаст- 50 ки боковой поверхности 23-25 способствуют последовательному разделению общего потоке нв подпотоки, поступающие в волнообразные каналы и сегментальную полость, с последующей. их рекомбинвцией и частичными перетеканиями материала иэ полости

K в смежные полости Е и Л через ступенчатые переходы х2 и хз с повторным вовлечением s сегментальные сужающиеся зазоры и зоны контакта В и Ж. Увеличение числа смещенных зон способствует обеспечению многократного разделения общего потока. материала на элементарные подпотокй и последующего последовательного пропускания их через сегментальные сужающиеся зазоры и волнообразные каналы. в также усреднению смеси за счет объединения элементарных подпотоков с основными объемами смеси, находящимися в сегментальных полостях. Усиление этого эффектз достигается при выполнении смещенных в радиальном направлении участков, чередующихся с участками, смещенными в окружном направлении, з также с участками, продольные оси симметрии контактирующих боковых поверхностей которых совпадают с осью смесителя, а углубления на контактирующих боковых поверхностях образуют волнообразные каналы по всему их периметру. При этом весь перерабатываемый материал не только проходит через волнообразные каналы, в которых он подвергается интенсивному сдвигу с разделением на элементарные подпотоки, но и испытывает эффекты среза, перетирания, рекомбинации, многократного слияния и разделения элементарных потоков в соединяющихся между собой сегментальных смесительно-усреднительных полостях, что предопределяет высокое качество смешения полимерных композиций.

Данная конструкция смесителя для полимерных материалов позволяет интенсифицировать процесс смешения квк зз счет расширения числа эффектов смесительного воздействия на перерабатывземый материап, так и зз счет изменения механизмов их воздействия, Особое значение имеет интенсификация массопереноса полимера в окружном и радиальном направлениях по всему объему смесительной камеры, что наряду с увеличением числа механизмов сдвигово-разделительного смесительного воздействия предопределяет значительное. повышение смесительной эффективности смесителя. Многократное разделение общего потока полимера нв элементарные подпотоки, их пропускзние через сужающи- . еся сегментальные сдвиговые зазоры и зоны среза с рекомбинзцией и последующим слиянием образующихся элементарных подпотоков с основными объемами материала, находящегося s сегментзльных и концентричных смесительно-усредненных полостях. располагающихся в различных точках объема смесительной камеры, обусловливает высокую степень диспергироввния и усреднения распределения компонентов по всему объему смеси, 10

1796470

2. Смеситель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения технологии его изготовления, по меньшей мере на одной поверхности углубления размещены на ее части, входящей в зону контакта.

Составитель Л,Ливенцова

Техред М.Моргентал Корректор НЛ лободяник

Редактор Г,бельская

Заказ 622 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий неподвижные и подвижные смесительные элементы, установленные друг в друге с чередованием между собой; при 5 этом по меньшей мере в одной паре неподвижного и подвижного смесительных элементов обращенные одна к другой боковые поверхности смесительных элементов выполнены с углублениями. размещенными с 10 образованием каналов для течения расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения, по меньшей мере одна боковая поверхность с углублениями по меньшей мере одного 15 смесительного элемента размещена со смещением в радиальном направлении отноСительно центральной оси смесителя и воэможностью контакта по образующей обращенной к ней боковой поверхности дру- 20 гого смесительного элемента.

3, Смеситель по пп.1 и 2, от л и ч а юшийся тем, что по меньшей мере одна из поверхностей, размещенных по смещением, выполнена по меньшей мере иэ двух последовательно расположенных вдоль центральной оси смесителя контактов, продольные оси симметрии которых параллельны центральной оси смесителя и смещены друг относительно друга в радиальном направлении.

4. Смеситель no n.3, о т л и ч а ю щ и йс я твм, что по меньшей мере два участка размещены со смещением их продольных осей симметрии друг относительно друга в окружном направлении.