Смеситель для полимерных материалов

)5 В 29 В ТЕН одной скПри этом и той проре э.п. ф-лы, 3 ил. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский политехнический институтим,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции. (57) СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование: непрерывное смешение полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а такжевысокодисперснымиминеральными наполИзобретение относится к переработкеполимерных материалов. и может быть использовано для непрерывного смешенияПолимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а такжевысокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных .материалов.Целью изобретения является повышение эффективности смешения материалов,На фиг.1 изображен продольный разрезсмесителя; на фиг.2,3 - варианты конструктивного выполнения смесителя,Смеситель для полимерных материалов(фиг.1) содержит корпус 1 с полостью 2, вкоторой установлен с возможностью вращенителями в линиях для окрашивания, гранулирования, получения и переработки полимерных материалов. Сущность изобретения: вал установлен эксцентрично относительно 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, ф Вал может быть выполнен по меньшей мере знои продольнои прорезью, дольная лопасть размещена в ния 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, расположенных по окружности и установленных на валу 3., В 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 11 с центральной осью смесителя 10, которая совмещена с осью вращения 12 вала 3.Продольные лопасти 7 (фиг,1,2) могутбыть выполнены с переменными по окружности высотами, а их периферийные части13 могут сопрягаться с внутренней поверхностью 4 корпуса 1. 5В варианте конструкции продольныелопасти 14 и 15 (фиг,1), а также продольныелопасти 16, 17 и расположенная между ними продольная лопасть 7 (фиг,2) могут бытьвыполнены соответственно с одинаковыми 10по окружности высотами, а периферийныечасти 18 - 20 продольных лопастей 14-17 могут образовывать с внутренней поверхностью 4 корпуса 1 смесительные полости21 - 23. 15Вал 2 может быть выполнен составными образован иэ эксцентрично установленных относительно центральной оси 10 смесителя частей 24-28 (фиг.1) и 29-32 (фиг.3),центры 33-36 которых смещены относительно друг друга по окружности.В варианте конструкции длина по меньшей мере одной продольной лопасти 15(фиг.1) может превышать длину по меньшеймере одной эксцентрично установленной 25относительно центральной оси 10 смесителя части 25 вала 3, образуя со смежной частью 26 вала 3 смесительную полость 37.Вал 3 может быть выполнен по меньшеймере с одной сквозной продольной прорезью 3038 (фиг.1), в которой с возможностью вращения вместе с валом 3 относительно корпуса 1размещена продольная лопасть 39,В варианте конструкции по длине смесителя могут быть выполнены по меньшей 35мере две сквозные продольные прорези 40и 41 (фиг.1), в которых с возможностью вращения вместе с валом 3 относительно корпуса 1 размещены продольные лопасти 42 и43, смещенные относительно друг друга по 40окружности, Кроме того, продольная прорезь 40 смещена относительной прорези 38по окружности на угол, равный 90 О.Продольная лопасть 43 (фиг,1, 3) уста новлена 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 50 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 55 меньшей мере две смежные продольные лопасти 49 и 50 выполнены загнутыми в направлении друг к другу. При этом периферийнаячасть 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 лопастями 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 запитываются полимером из различных сквозных отверстий 8, который перемешивается при слиянии в продольных каналах 9. Одновременно продольные лопасти 7, набегая при вращении на поток полимера, заставляют.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 окружных струйных потоков, улучшающее смешение.В предлагаемой конструкции полимер подвергается воздействию вала 3 (фиг.2), установленного эксцентрично относительно 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 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 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 начинают перестраиваться и ускоряться, испытывая сжимающее воздействие эксцентричного вала 3. занимающего все большую часть продольных каналов. Наибольшее ускорение получают окружные поперечные струйные потоки полимера в наименьших каналах 9, расположенных соответственно 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 перестроениеполимера 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 16 и 17 (фиг.2) с одинаковыми по окружности высотами появляется возможность создать ускоренное движение .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 части полимера, участвующие в образовании поперечных окружных. струйных потоков, и натекает на продольную лопасть 7 с. большой скоростью, которая гасится при торможении потока в области твердой поверхности продольной лопасти 7, что приводит к усилению радиального градиейта давления, направленного от периферии к центру смесителя. Кроме того, ускоренный перенос части массы полимера позволяет повысить, наряду с вышеуказанным фактором, эффективность смешения. В варианте конструкции с составнымвалом 3, образованным из эксцентричныхчастей 24 - 28 (фиг,1) и 29-32 (фиг,3), центрыкоторых 33 - 36 смещены относительно друг5 друга по окружности, интенсифицируетсясжатие-расширение потоков расплава полимера по длине смесителя, так как процесссжатия и расширения многократно повторяется с помощью каждой части составного10 вала 3, Возникают и радиальные потоки впоперечном сечении смесителя, образующиеся при натекании осевых потоков полимеров на торцы эксцентричных частей,образующихся при смещении по окружно 15 сти. Кроме того, потоки полимера закручиваются, и возникает винтообразноедвижение по длине смесителя. Все это улучшает смешение,Процесс смешения интенсифицируется20 в варианте конструкции со смесительнойполостью 37, образованной продольной лопастью 15 и частью 26 вала, В этом случаевозникают ускоренные потоки полимера вцентральной части смесителя, усиливаю 25 щие перестроение потоков из-за радиальногоградиента давления, обусловливающего движение полимера от центра к периферии, атакже его ускоренное перетекание по длинесмесителя.30 Повышение эффективности смешениядля различных композиций полимеров достигается в конструкции смесителя сосквозной продольной прорезью 38, в которой размещена продольная лопасть 3935 (фиг,1). В этом случае легко обеспечить смену продольных лопастей 39, правильный выбор их размеров и размеров сквозныхотверстий 8 для каждой конкретной композиции и, как следствие, обеспечить наибо 40 лее эффективный режим смешенияконкретной композиции,В варианте конструкции с двумя продольными прорезями 40 и 41 (фиг.1) и продольными лопастями 42 и 43, смещенными45 относительно друг друга по окружности,увеличивается число разделений потоковполимера, улучшающее смешение. Возникает возможность использовать одну изпродольных лопастей в качестве направля 50 ющего аппарата для перераспределенияпотока и придания ему определенного направления движения. Увеличивается числовозможных вариантов сочетания размеровпродольных лопастей и их взаимного распо 55 ложения. Таким образом, создаются возможности для повышения эффективностисмешения,Эти возможности наиболее полно реализуются в вариантах конструкции смесителя с продольными лопастями, которыепоступательно перемещаются в радиальном направлении, При этом перемещенийусиливается поперечный перенос массы полимера, возникают пульсации его потоков. Поступательное движение продольнойлопасти 43 в прорези 41(фиг.3) для интенсификации смешения можно осуществить, например, в вариантеконструкции, в котором периферийные части 44 и 45 обегают привращении 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, 8 этом случае выступающая над частью 52 лопасти 50 часть 51 лопасти 49 при вращении по часовой стрелке обеспечивает захват полимера и его подачув 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 пбверхности раздела полимера и интенсификации распределения поверхностей контакта по всему обьему смеси и повышению эффективности смешения.формула изобретения 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 сквозныее отверстия, а смесительные элементы выполнены в виде продольных лопастей, расположенных по окружности с образованием между собой продольных каналов для течения полимера, отл и ч а ю щи йс я тем,что, с целью повышения эффективности смешения материалов, вал установлен эксцентрич 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 но относительно центральной оси смесителя, а продольные лопасти размещены с пере" сЕчением в поперечном сечении смесителя их больших осей симметрии с центральной осью смесителя, которая совмещена с осью вращения вала.2. Смеситель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что продольные лопасти выполнены с переменными по окружности высотами.3. Смеситель по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что по меньшей мере две продольные лопасти выполнены с одинаковыми по окружности высотами.4, Смесительпопп,1-3,отличаю щи 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, о т л и ч а ю щ и йс 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; Смесительпопп,1-5,отличающийс я тем, что вал выполнен по меньшей мере, с одной сквозной продольной прорезью, при этом продольная лопасть размещена в этой прорези; .7. Смесительпопп,1-6,отличающи йс я тем, что по длине смесителя выполнены по меньшей мере две скаозныв продольные прорези, при этом продольные лопасти размещены в прорезях со смещеяием одна относительно другой по окружности.8. Смеситель по пп,1 6 и 7, о т л и ч а ющ и й ся тем; что по меньшей мере одна продольная лопасть установлена в продольной прорези с возможностью посту- дательного перемещения в радиальном направлении и с возможностью контакта ее периферийных частей с внутренней поверхностью корпуса. которая выполнена волнообразной с диаметрально противоположно размещенными выступами .относительно впадин,9. Смеситель по пп.1-8. отлич а ю щи йс 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.1796469Составитель Л,Ливенцовадактор Г.Бельская Техред М,Моргентап орректор Н,Слободяник аказ 622 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Производст