Смеситель для полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1785908 А 1 Ы 51)5 В 29 В 7/38 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ институт им. социалисти 6 ереработке ет быть иссмешения ий, полимеа также выральными рашивания, аботки поллимерных внутри коренней поАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский политехнический50-летия Великой Октябрьскойческой революции(54) СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование: переработка полимерных материалов при непрерывном смешении полимер-полимерных композиций,полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания,грануляции, Сущность; снабжение смесителя дополнительными зубчатыми дисками сосквозными отверстиями, размещенными собразованием зубчатой передачи с зубчатыИзобретение относится к и полимерных материалов и мож пользовано для непрерывного полимер-полимерных композиц ров с различными пигментами, сокодисперсными мине наполнителями в линиях для ок грануляции, получения и перер имерных материалов,Известен смеситель для и материалов, содержащий корйус торого установлен вал, а на внут ми венцами. Соединение всех зубчатых дисков с валом посредством соединительных элементов, связанных с осями, на которых закреплены зубчатые диски. Расположение в каждом зазоре по меньшей мере двух торцовых поверхностей зубчатых дисков в одной плоскости, перпендикулярной центральной оси смесителя. Выполнение по меньшей мере двух смежных зубчатых дисков одного зазора с различными диаметрами и смещение их осей в радиальном направлении на различные расстояния относительно центральной оси смесителя. Смещение по длине смесителя зубчатых дисков с одинаковыми диаметрами относительно друг друга по окружности, При работе смесителя значительно интенсифицируется образование радиальных и окружных потоков полимера, которые, взаимодействуя с основными осевыми потоками, существенно увеличивают поверхность раздела и интенсифицируют распределение поверхностей контакта по всему объему смесителя, 3 з.п.ф-лы, 3 ил. верхности корпуса закреплены диски с образованием между собой зазоров, в которых размещены диски, установленные на валу, причем в дисках выполнены сквозные отверстия.Недостатком данной конструкции является недостаточное эффективное смешение из-за отсутствия поперечного перемещения полимера, улучшающего смешение.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус, размещенный внутри него вал и неподвижно закрепленные на внутренней поверхности корпуса диски, установленные с образованием рабочих зазоров, в каждом из которых размещен основной зубчатый диск с образованием зубчатой передачи с зубчатыми венцами, выполйенными йа внутренней поверхности корпуса, при этом в дисках выполненысквозные отверстия для прохода полимера. 10 Недостатком этой конструкции является недостаточное эффективное смешение, так как из-за установки между дисками, закрепленными на корпусе, только одного диска, закрепленного на валу, значительная часть полимера минует сквозные отверстия диска, закрепленного на валу и поступает непосредственно из сегментальной смеси- тельной полости в сквозные отверстия следующего по длине смесителя диска, закрепленного на корпусе. Размеры сегментальной полости достаточно велики и не изменяются при ее перемещении по окружности при вращении диска. При этом уменьшается поверхность раздела полимера, а следовательно ухудшается эффективность смещения.Целью изобретения является повышение эффективности смешения.Поставленная цель достигается тем, что, смеситель снабжен дополнительными зубчатыми дисками со сквозными отверстиями, размещенными с образованием зубчатой передачи с зубчатыми венцами, все зубчатые диски соединены с валом посредством соединительных элементов связанных с осями, на которых закреплены зубчатые диски, при этом в каждом зазоре по меньшей мере две торцовые поверхности зубчатых дисков расположены в однойплоскости перпендикулярной центральной оси смесителя, причем по меньшей мере два смежных зубчатых диска одного зазора выполнены с различными диаметрами и ихоси смещены в радиальном направлении на различные расстояния относительно центральной оси смесителя, а зубчатые диски с одинаковыми диаметрами смещены по длине смесителя относительно друг друга по окружности. В одном зазоре может быть установлено по меньшей мере два зубчатых диска со смещением относительно друг друга вдоль центральной оси смесителя. Соединительные элементы могут быть выполнены в виде дисков со сквозными отверстиями, для прохода полимера, расположенными эксцентрично относительно центральной оси смесителя. Оси и соединительные элементы соединены между собой с образованием вала,152030 354045 50 55 На фиг.1 показано продольное сечение смесителя; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг,3 - варианты конструктивного выполнения смесителя.Смеситель для полимерных материалов (фиг.1) содержит корпус 1 с полостью 2, в которой установлен вращающийся вал 3. На внутренней поверхности 4 корпуса 1 закреплены диски 5,6,7 и 8 со сквозными отверстиями 9, установленные с образованием рабочих зазоров 10,11,12. В зазорах 10,11 и 12 размещены основные и дополнительные зубчатые диски 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 со сквозными отверстиями для прохода полимера с образованием зубчатой передачи с зубчатыми венцами 25, выполненными на внутренней поверхности корпуса 1, Например, в зазоре 10 размещены зубчатые диски 13 и 14, а в зазоре 11 (фиг,1 и 2) размещены зубчатые диски 15,16,17,18,21,22,23 и 24, Зубчатые диски 13 - 24 соединены с валом 3 посредством соединительных элементов,связанных с осями 26, на которых закреплены зубчатые диски 13 - 24. Соединительные элементы выполнены в виде стоек 27 или дисков 28 со сквозными отверстиями 9 для прохода полимера, расположенными эксцентрично относительно центральной оси 29 смесителя. При этом в каждой зазоре по меньшей мере две торцевые поверхности зубчатых дисков 13 - 24 расположены в одной плоскости перпендикулярной центральной оси 29 смесителя. Причем по меньшей мере два смежных зубчатых диска в пределах зазоров 10, 11 и 12 выполнены с различными диаметрами и их оси 26 смещены в радиальном направлении на различные расстояния А,В,С и Д (фиг.2) относительно центральной оси 29 смесителя, По длине смесителя зубчатые диски с одинаковыми диаметрами смещены относительно друг друга по окружности, например, зубчатый диск 13 в зазоре 10 и зубчатый диск 16 в зазоре 11, Зубчатые диски 13 - 24 размещены с образованием смесительных полостей: у корпуса - 30, у вала - 31 и между ними переходная зона 32 (фиг,2).По длине смесителя в пределах одного зазора, например 11, на одной оси 26 могут быть установлены по меньшей мере два зубчатых диска, например 15 и 17 или 16 и 18, смещенные относительно друг друга вдоль . центральной оси смесителя.По меньшей мере два зубчатых диска 33 и 34 со сквозными отверстиями 9, смещенные относительно друг друга вдоль центральной оси смесителя, могут быть установлены на различных осях 26, связанных с валом 3, выполненным составным из отдельных частей 35 и 36 (фиг,3),Оси 26 и соединительные элементы могут быть соединены между собой с образованием коленчатого вала, при этом зубчатые диски 37,38,39,40,41 могут быть установлены на шейках 42 (осей), причем в щеках 43 (соединительных элементах) коленчатого вала выполнены сквозные отверстия 9 для прохода полимера.Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем,Расплав полимера, состоящий из различных компонентов,поступает в полость 2 корпуса 1 (фиг.1). Затем расплав полимера проходит через сквозные отверстия 9 диска 5, закрепленного на внутренней поверхности 4 корпуса 1, На диске 5 расплав полимера разделяется на большое количество осевых струйных потоков и поступает в зазор 10 между диском 5 и диском 6 со сквозными отверстиями 9. Образованный на диске 5 осевой струйный поток натекает на вращающиеся на осях 26, соединенных стойками 27 с валом 3, зубчатые диски, например 13 и 14 со сквозными отверстиями 9. Такие же вращающиеся зубчатые диски, например 15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 (фиг,2), установлены и в других зазорах 11 и 12 между дисками 6,7,8. Пройдя указанные зазоры с зубчатыми дисками, полимер выходит из смесителя.При натекании осевых струйных потоков полимера, выходящего из сквозных отверстий 9 дисков 5,6,7 на зубчатые диски 13,14,15,16,19,20,21,22,23,24 в зазорах 10,11 и 2 происходит следующие процессы смещения. Рассмотрим их на примере процесса смещения в зозоре 11 (фиг.2). В пределах одного зазора зубчатые диски и их оси 26 смещены относительно друг друга по окружности и относительно центральной оси на различные расстояния А,В,С,Д, Смежные зубчатые диски 15,21,22,16,23,24 выполнены различного диаметра, Указанные зубчатые диски различного диаметра, например, 15,21,22,16 вращаются с различной частотой вращения и их периферийные части обладают различной окружной скоростью. При вращении зубчатых дисков образуется в пределах одного зазора, например, 11, несколько непрерывно перемещающихся по окружности достаточно малых смеси- тельных полостей у корпуса 30 и у вала 31. Между смесительными полостями у корпуса 30 и у вала 31 располагается переходная зона 32. Размеры смесительных полостей и переходных зон изменяются по окружности, так как изменяются диаметры зубчатых дисков, образующих их, В переходной зоне 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 32 расплав полимера подвергается интенсивной сдвиговой деформации между зубьями дисков, вращающимися в противоположных направлениях и с различными окружными скоростями, зубчатых дисков, например 16 и 22. Полимер, заполняющий впадины между зубьями переносится в пределах одной переходной зоны зубчатым диском 16 в смесительную полость у вала 31 и зубчатым диском 22 в смесительную полость у корпуса 30 (при условии вращения вала 3 по часовой стрелке, фиг.2). Таким образом, в одной и той же смесительной полости, например 30, происходят процессы отбора полимера и опорожнения полости зубчатым диском 16 и заполнения полости зубчатым диском 22. В результате часть расплава полимера из осевого струйного потока вовлекается в циркуляционное движение, возникающее в указанной смесительной полости, и интенсивно перемешивается, Аналогичный процесс происходит и в смесительной полости 31. Кроме того происходит интенсивное движение полимера в радиальном направлении. Интенсифицируются также и поперечные окружные потоки из-за того, что в окружном направлении отличается давление в смесительных зонах, так как различны их размеры и скорости вращения движущихся поверхностей, образующих их, Кроме того, зубчатые диски 13 - 20 своими сквозными отверстиями 9 разделяют основной осевой поток полимера на дополнительные осевые струйные потоки, Совместное действие на расплав полимера указанных факторов существенно повышает эффективности смешения полимеров. Также как по окружности, так и по длине смесителя смесительные полости с различной интенсивностью сдвига и различным давлением смещены относительно друг друга из-за того, что по длине смесителя смещены по окружности зубчатые диски одинакового диаметра, В этом случае полимер совершает дополнительные радиальные и окружные перемещения при переходе из одного зазора в другой, например, из зазора 10 в зазор 11, что улучшает смещение,В варианте конструкции в одном и том же зазоре, например в зазоре 11, расплав полимера после зубчатых дисков 15, 16 поступает на зубчатые диски, например 17,18, установленные на тех же осях 26, что и предшествующие им указанные зубчатые диски 15 и 16, Зубчатым дискам 17 и 18 вращение передается с помощью зубчатых дисков 15 и 16 и они все вместе,с осями 26 вращаются относител ьно вала 3. Переход расплава полимера от одних зубчатых дисков к другимружные движения полимера, улучшающие смешение.На фиг,З показаны смешанные вдоль центральной оси смесителя зубчатые диски 33 и 34, установленные на различных осях26, прикрепленных к частям 35 и 36 составного вала 3. При этом зубчатые диски 33 и 34 вращаются с различной частотой вращения, частично перекрывая друг друга. Расплав полимера, поступая из сквозныхотверстий 9 зубчатого диска 34 в сквозные отверстия 9 зубчатого диска 34 дополнительно перемешивается в зоне перекрытия дисков ичастично увлекается во вращательное движение, так как зона перекрытия перемещается по окружности вместе с зубчатым диском 34 . Перемещения расплава полимера в области действия нескольких вращающихся зубчатых дисков приводит к повышению эффективности смешения.В варианте конструкции, в которой оси 26 соединены с валом 3 диском 28 со сквозными отверстиями 9 (фиг,1), расположенным эксцентрично относительноцентральной оси смесителя, в дополнение кописанным выше процессам смешения добавляются смесительные процессы в непрерывно перемещающейся области между диском 28 и корпусом 1 (в основном авт,св.эта область названа сегментальной смеси- тельной полостью) вследствие переворачивания, слияния и сложных поперечных движений полимера. Наличие области пониженного сопротивления между диском 28 и корпусом 1, непрерывно премещающейся по окружности усиливает поперечные потоки полимера в пределах зазора, например 12, Расплав полимера из всех смесительных полостей 30 и 31 и переходных зон 32 будетстремиться в область наименьшего сопротивления, которой является область между диском 28 и корпусом 1,Эффективность смешения полимеров повышается в варианте конструкции, в котором используется коленчатый вал 43. Зуб 15202530354045 5055 осуществляется с существенными радиальными и поперечными перемещениями расплава полимера из-за того, что по длине смесителя в области зубчатых дисков 17 и 18 образуются смесительные полости 30 и 31 и переходные зоны 32, сопротивление которых отлично от сопротивления аналогичных полостей и зон в области зубчатых дисков 15 и 16. Из-за наличия по длине смесителя в пределах одного зазора, например1011, смесительных полостей и переходных зон с различной интенсивностью сдвиговых, вихревых и других гидродинамических процессов усиливаются радиальные и окчатые диски 37,38,39,40 и 41 установлены на шейках 42 вала 43. Повышение эффективности смешения достигается путем использования щек 44 вала 43 по новому назначению - для смешения полимера. Щеки 44 играют роль смесительных кулачков, обеспечивающих разделение полимера и его ускоренное поперечное движение при вращении щек 44, Щеки 44 снабжены сквозными отверстиями 9 и обеспечивают образование струйных осевых потоков, улучшающих смешение. С помощью щек 44 можно обеспечить образование зон пониженного сопротивления на периферии смесителя между ними и корпусом 1 (аналогично диску 28) и усилить боперечноедвижение полимера.Данная конструкция смесителя позволяет значительно интенсифицировать образование радиальных и окружных потоков полимера в поперечном сечении и по длине смесителя, которые взаимодействуют с основными осевыми потоками, существенно увеличивают поверхность раздела и обеспечивают более интенсивное распределение поверхностей контакта по всему объему смеси. Формула изобретения 1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус, размещенный внутри него вал и неподвижно закрепленные на внутренней поверхности корпуса диски, установленные с образованием рабочих зазоров, в каждом из которых размещен основной зубчатый диск с образованием зубчатой передачи с зубчатыми венцами, выполненными по внутренней поверхности корпуса, при этом в дисках выполнены сквозные отверстия для прохода полимера,отл ич а ю щий с я тем, что, с целью повышения эффективности смешения, смеситель снабжен дополнительными зубчатыми дисками со сквозными отверстиями, размещенными с образованием зубчатой передачи с зубчатыми венцами, все зубчатые диски соединены с валом посредством соединительных элементов связанных с осями, на которых закреплены зубчатые диски, при этом в каждом зазоре по меньшей мере две торцевые поверхности зубчатых дисков расположены в одной плоскости, перпендикулярной центральной оси смесителя, причем по меньшей мере два смежных зубчатых диска одного зазора выполнены с различными диаметрами и их оси смещены в радиальном направлении на различные расстояния относительно центральной оси смесителя, а зубчатые диски с одинаковыми диаметрами смещены по длине смесителя относительно друг друга по окружности.2. Смеситель поп.1,отличающийся тем, что в одном зазоре на одной оси установлено по меньшей мере два зубчатых ди ска со смещением относительно друг друга вдоль центральной оси смесителя.3. Смеситель по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что соединительнье элементы выполнены в Виде дискОв СО сквозными отверстиями для прохода полимера, расположенными эксцентрично относительноцентральной оси смесителя. 4, Смеситель поп.З,отл ича ющийся тем, что оси и соединительнье элементы соединены между собой с образованием коленчатого вала.