Смеситель для полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (3 БРЕТ 4 0 едлагаемый сменых материалов меру 1, образоруг в друге с чеГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Патент ВеликобританииЬ 930339, кл. 87(2)17, опублик, 1985.Авторское свидетельство СССР М 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 полимер- полимерных 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 пр ситель,Смеситель для поли содержит смвсительную :ванную расположенным 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 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. 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 7, 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 видетел вращения (цилиндрических поверхно; стей) с углублениями 14. Наружные боковыеповерхности 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, В, 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 14на 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 и13 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 б 1, ба бз, б 4 и б 5 соответственно, з продольные оси симметрии 26- 30 этих участков параллельны оси 4 смесителя и смещены друг относительно друга в радиальном направлении, образуя с осью 4 смесителя эксцентриситеты 11,2, 1 з, И и 5 соответственно (1 З на ч,ртеже не показано, так как ось ЗО участка 25 смесительного элемента 3 совпадает с осью 4 смесителя),Б варианте конструкции смещенныедруг 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 тзким 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 О.,Имеющиеся нз чертеже смесителя совпадения оси ЗО участка 25 с осью 4 смесите- лФ свидетельствует о том, что при наличии параллельного радиального смещения оси ЗО на величину Ь Ф О относительно оси 5 они смещены друг относительного друга и в окружном направлении на 9 ОО, Радиальное параллельное смещение осей 26 и 27 участков 21 и 22 боковой поверхности 11 смеси- тельного элемента 6 обусловливает образование общей линии сопряжения в зоне контакта Б поверхностей 10 и 11, а на диа метрально противостоящей стороне - ступеньки 29, максимальная величина которой в радиальном направлении равна разности диаметров смежных смещенных участков: х 1-б 1-б 2. При наличии, наряду с радиальными, окружного, параллельного оси 4 смеси. теля, смещения осей 28-30 участков 23-25боковой поверхности 13 смесительного элемента 3 боковые поверхности участков 23- 25 не имеют общей линии сопряжения с 15 контактирующей с. ними боковой поверхностью 12 смесительного элемента 6, а образук)т в зонах контакта В и Ж самостоятельные линии сопряжения и ступеньки перехода х 2 и, хз смежных участков боковых поверхно 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, На пример, максимальный размер ступенькиперехода между участками 23 и 24 при диаметрах их боковых поверхностей бзба Х 2 О б 4.В вариантах конструкции смесителя по ЗО меньшеймередве обращенныедругкдругубоковые поверхности в виде тел вращения или участки Этих боковых поверхнос 1 ей 31 и 32 с углублениями 14 могут быть в. олнены со смещением относительно оси 4 смесите ля, образуя зону контакта 3 с в лнообразными 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 кана лами по. всему их периметру.В теле подвижного 2 и неподвижного 6полых смесительных элементов могут быть выполнены отверстия 34 и 35 и прорези 36 и 37 соответственно, Торцовые поверхности 50 подвижного 2 и неподвижного 5, а такженеподвижного 6 и подвижного 3 смесительных элементов образуют соответственно соединительные каналы 38 и 39 и выходной канал 40, Подвижйые смесительные элемен ты 2 и 3 могут быть не связаны друг с другоми иметь раздельный привод. обеспечивающий разные скорости или направления их врзщения.Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем.Полимерная композиция, состоящая полости Д поток из соединительного канала из различных компонентов, в вязкотеку 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. В зоне контакта Б каналам 15 зоны контакта А и по сегмен- материал из каналов 38 движется вдоль канатальной полости Г. При этом часть материе- 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 затем частично 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 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 волнообраз, 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 обеспечивает интенсивный 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 подпо- И, а частично переносится в сегментальную токи.полость Г. 8 полости Г часть элементарных 30 Такое многократное разделение пото- объемов 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 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 механизмдвижения ма- и агломератов пороакообразных ингредитериела 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 по- высокие сдвиговые напряжения, и повы- верхностей смесительных элементов могут щенное давление, е 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 задержания элементарных объемов матери- разные каналы 16 и наоборот, что ала этими участками боковых поверхностей обусловливаетдополнительный массопере- и дозволяет разнообразить механизм маснос по объему смесительной камеры 1. Из сопереноса в отдельных зонах смесительволнообраэныхканаловЗЗисегментальной ной камеры, что также способствует полости И материал поступает в соедини 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 сме 7 1796470щенных 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 1, х 2 и хз, При этом материал, проходя через зону сочленения разносмещенных в радиальном направлении боковых поверхностей 21 и 22, претерпевает в зоне ступеньки перехода х 1 и в полости Денезапное расширение(сужение), в результате чего изменяются скоростьтечения и давление в перерабатываемом материале. Это, в свою очередь, обусловливает различный характер течения материала через отверстия 34 и 35 как в зонеступеньки перехода х 1, так и в начале и вконце полости Д,а следовательно, изменяет и смесительное воздействие в целом, При этом механизм смесительного воздействия волнообразных каналов 16 в зоне контакта Б для смещенных участков боковой поверхности 21 и 22 также существенно изменяется, так как длины областей их контакта в окружном направлении различны и определяются их диаметрами б 1 и б 2,Поток материала, выходящий из частиволнообразных каналов 16 зоны контакта Б на участке боковой поверхности 21, поступает а сегментальный зазор, расположенный по направлению вращения перед зоной контакта участка поверхности 22, и, подвергаясь йнтенсивному сдвигу и растиранию, повторна увлекается в нее. что способствует повышению качества смешения, Усиление эффекта многократного попадания перерабатываемого материала в зоны контакта,разделения на подпотоки и последующего слияния а общий поток способствует выполнение смещенных в радиальном направле 5 10 40 нии участков 23-25 смещеннымидруг.относительно друга и в окружном направлении. Это позволяет обеспечить последовательное воздействие на перерабатываемый материал всех рассмотренных механизмовсмесительного воздействия, Смещенные врадиальном иокружном направлении участки боковой поверхности 23-25 способствуют последовательному разделению общего потока на подпотоки, поступающие в волнообразные каналы и сегментальную полость, с последующей. их рекомбинацией и частичными перетеканиями материала иэ полости К в смежные полости Е и Л через ступенчатые переходы х 2 и хз с повторным вовлечением в сегментальные сужающиеся зазорыи 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, а также усреднению смеси за счет объединения элементарных подпотоков с основными объемами смеси, находящимися в сегментальных полостях. Усиление этого эффекта достигается при выполнении смещенных в радиальном направлении участков, чередующихся с участками, смещенными в окружном направлении, а 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 смещения как за счет расширения числа эффектов смесительвого воздействия на перерабатываемый материал, так и за 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 на элементарные подпотоки, их пропускание через сужающи- . еся сегментальные сдвиговые зазоры и зоны среза с рекомбинацией и последующим слиянием образующихся элементарных подпотоков с основными объемами материала, находящегося в сегментальных и концентричных смесительно-усредненных полостях, располагающихся в различных точках объема смесительной камеры, обусловливает высокую степень диспергироьания и усреднения распределения компонентов по всему объему смеси,10 1796470 Составитель Л,ЛивенцоТехред М.Моргентал ваРедактор Г,бельская Корректор Н,Слободян Заказ 622 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 11 ЗОЭ 5, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формула изобретения1. 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 возможностью контакта по образующей обращенной к ней боковой поверхности дру гого смесительного элемента. 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. 3, Смеситель по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я 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 по п,З, 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.