Смеситель для полимерных материалов

СОК)3 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 792836 А 119) ПАТЕНТНОЕ 1)5 В 29 В 7/38 СРСР)ИСАНИЕ ИЗОБРЕ ВЕДОМ ВО С РОСПАТЕНТ СС фф фемафс Щ".ф Я-Щ-щами.щ ЕН т.д, Сущность: снабжение по меньшей мере двух смесительных элементов; установленных йа валу, опорными элементами, Размещение опорных элементов на боковых поверхностях смесительных элементов, Выполнение опорных элементов с центральными отверстиями, Выполнение вала с выступами, размещенными по длине смесителя; Установка смесительных элементов с возможностью радиального перемещения относительно вала и корпуса посредством размещенйя выступов вала в центральных отверстиях, а опорных элементов - в направляющих. Выполнение направляющих по внутренней поверхности корпуса. Выполнение йри этом выступов вала по длине смесителя со смещением относительно друг друга по окружности. При работе смесителя значительно интенсифицируются процессы , поперечного переноса массы полимера, его пульсации, перестройка потоков, их слияние и разделение, изменение размеров элементарных обьемов потока и образование винтообразных потоков в центре и на периферии смесителя. 6 з.п,ф-лы, 2 ил. тановлен каналы дл ре работке т быть иссмешения й, полиметакже выми наполия, грану- полимерлимерных с размеся валом,Недостатко ется недостато полимеров. В к ны возможност ния и слияни продавливаний ные в дисках, небольших пор являшение отре- делепутем лнен- щения ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(21) 4828003/05 (22) 05,03,90 (46) 07,02,93, Бюл, 3 Ф 5 (71) Киевский политехнический институт и . 50-летия Великой Октябрьской социалис ической революции ( 2) Д,Д.Рябинин, В,И.Сивецкий, Т,А.Андрее а, А,С,Колеров, С.Н.Нармухомедов, И.П.Гладченко, В.И.Иноземцев, С,В,Сивецк й и Ю.П,Ерастов ( 6) Патент Великобритании 787764, кл. В 01 Р, 1957.Патент США . 4330215, кл. В 29 В 1/06, 1982.Авторское свидетельство СССР1500483, кл. В 29 В 7/38, 1989.(54) СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИЛОВ(57) Использование; переработка полимерн 1 х материалов при смешении полимерпЬлимерных композиций, полимеров сразличными пигментами, а также высокодйсперсными минеральными наполнителя-м в линии для окрашивания, грануляции й Изобретение относится к пе п лимерных материалов и може и льзовано для непрерывного и лимер-полимерных композици ров с различными пигментами, а с) кодисперсными минеральны нетелями в линиях для окрашиван ляции, получения и переработки н х материалов.Известен смеситель для по материалов, содержащий корпус щеннйм внутри него вращающимф причем на корпусе и на валудиски с прорезями, образующитечений полимера. м данной конструкциично эффективное смеонструкции не предусми неоднократного разя потока полимерачерез отверстия, выпои подачи в зону смеций полимера,Известен смеситель для полимерныхматериалов, содержащий корпус с полостью, в которой установлен вращающийсявал, а на корпусе закреплены диски, образующие между собой зазоры, в которые входят диски, установленные на валу, причем вдисках выполнены сквозные отверстия.Недостатком данной конструкции является недостаточно эффективное смешениеиз-за отсутствия поперечных перемещенийполимера и изменения в процессе смешения размеров элементарных объемов полимера.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является смесительдля полимерных материалов, содержащийкорпус с входным отверстием и полостью, вкоторой установлен вал, а по внутреннейповерхности корпуса закреплены смесительные элементы со сквозными отверстиями, в зазорах между которымирасположены смесительные элементы сосквозными отверстиями, установленные навалу.Недостатком данной конструкции является недостаточно эффективное смешениеиз-за недостаточно развитых процессов поперечных колебаний и поперечного переноса масси полимера, пульсаций полимера иего перестроений из-за отсутствия поступательно перемещающихся смесительйыхэлементов и большие потери энергии, затрачиваемой на- приведение в движениесмесительных элементов при использовании индивидуальных приводов.Целью изобретения является повышение эффективности смешения,Поставленная цель достигается тем,что, по меньшей мере, два смесительныхэлемента, установленных на валу, снабжены опорными элементами, размещеннымина боковых поверхностях смесительныхэлементов, и выполнены с центральнымиотверстиями, а вал выполнен с выступами,размещенными по длине смесителя. Приэтом смесительные элементы с центральными отверстиями установлены с возможностью радиального перемещенияотносительно вала й корпуса посредствомразмещения выступов вала в центральныхотверстиях смесительных элементов, аопорных элементов - в направляющих, выполненных по внутренней поверхности корпуса. При этом выступы вала выполнены подлине смесителя со смещением относительно друг друга по окружностй, Направляющие могут быть выполнены по длинесмесителя со смещением относительно другдруга по окружности. Смесительные элементы, установленные с возможностью радиального перемещения, могут быть размещены по длине смесителя с чередованием со смесительными элементами, установленными неподвижно на валу и корпусе, Смеси тельные элементы могут быть снабженывкладышами, выполненными с дополнительными сквозными и центральными отверстиями, при этом вкладыши размещены с воэможностью поступательного переме щения в направляющих, выполненных наповерхностях смесительных элементов, а вал выполнен с дополнительными выступами, причем дополнительные выступы размещены в дополнительных центральных 15 отверстиях и выполнены со смещением поокружности относительно выступов вала.Центральные отверстия смесительных элементов и вкладышей могут быть расположены эксцентрично относительно осей 20 симметрии смесительных элементов и вкладышей, Смесительные элементы, установленные на валу; и размещенные на них вкладыши выполнены со сквозными отверстиями; диаметры которых увеличиваются в радиальном направлении от центра к периферии, а смесительчые элементы, закрепленные на кОрпусе и размещенные на них вкладыши, выполнены со сквозными отверстиямидиаметры которых увеличиваются в 30 противоположном направлении, Смесительные элементы и вкладыши могут быть выполнены с зубцеобраэными выступами, размещенными на их поверхностях,На фиг, 1 показан смеситель, продоль ный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечныйразрез.Смеситель для полимерных материалов(фиг, 1) ррдержит корпус 1 с входным отвер стием 2 и полостью 3, в которой установлен 40 вал 4, на внутренней поверхности 5 корпуса1 закреплены смесительные элементы 6, 7, 8 со сквозными отверстиями 9, в зазорах 10, 11 между которыми расположены смеси- тельные элементы 12, 13, 14, 15, 16 со сквоз ными отверстиями 9, установленные на валу4, причем смесительные элементы 13, 14, 15, 16 установлены подвижно относительно корпуса 1 и вала 4. Смесительные элементы могут быть выполнены различной формы: 50 чашеобразные (в прототипе), выпукловогнутые, Я-образной формы и т.д. Для предлагаемой конструкции наиболее технологичными при изготовлении являются диски. Они же обеспечивают минималь ные установочные зазоры между смесительными элементами, что улучшает смешение при деформировании полимера в этих зазорах.Смесительные элементы 13, 14, 15 и 16,установленные на валу 4, снабжены опортельные центральные отверстия 27 соответственно смеситепьных элементов 13, 14, 15 и 16 и вкладышей 25 могут быть выполнены ЗЗ оси, Причем размеры отверстий 19 и 27 вдоль больших осей превышают их размеры вдоль малых, то-есть 112, и превышают удвоенное расстояние от оси вала 4 до максимально удаленных от нее точек В выступов 20, 21, 22, 23, 30 и 31, а оси симметрий направляющих 24, например, ось 34, перпендикулярны большим осям 32 центральных отверстий 19 и 27, Центральные отверстия 19 и 27 смесительных элементов 13, 14, 15, 16 и вкладышей 25 могут быть расположены эксцентрично относительно осей симметрии смесительных элементов и вкладышей. Например, центральное отверстие 19 смесительного элемента 13 на фиг. 1, Смесительные элементы 13, 14, 15,16, установленные на валу 4, и размещенные на них вкладыши 25 могут быть выполнены со сквозными отверстиями 9 и 26, диаметры которых увеличиваются в ради альном направлении от центра к,периферии, а смесительные элементы 6, 7, 8, закрепленные на корпусе 1, и размещенные на них вкладыши (не показаны) выполнены со сквозными отверстиями, диаметры кото рых увеличиваются в противоположном направлении. Смесительные элементы и вкладыши могут быть выполнены с зубцеобразными выступами 35, размещенными на их поверхностях. При поступательном пере мещении смесительных элементов 13, 14,15, 16 между ними и корпусом 1 образуются зоны пониженного сопротивления 36, изменяющие во времени свои размеры и положение, Аналогичные зоны 37 образуются 40 между вкладышами 25 и корпусом 1,Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем,Расплав полимера, состоящий из различных компонентов, поступает через вход ное отверстие 2 корпуса 1 в полость 3, Затемрасплав полимера проходит через сквозные отверстия 9 смесительных элементов 6,7, 8, 12, 13, 14, 15, 16 и через дополнительные сквозные отверстия 26 их вкладышей 25 и 50 выходят из смесителя. По длине смесителяпо меньшей мере два смесительных элемента, а в данном варианте смесительные элементы 13, 14, 15, 16 совершают радиал ьн ы е поступательные перемещения под 55 действием выступов 20, 21, 22, 23 вала 4,вращяющйхся в их центральных отверстиях 19 и оказывающих силовое воздействие на сопряженные поверхности смесительных элементов 13, 14, 15, 16, При этом смеси- тельные. элементы совершают поступатепьными элементами 17, размещенными на боковых поверхностях 18 смесительных элементов 13, 14, 15 и 16, Смесительные лементы 13, 14, 15 и 16 выполнены с цент- овальной формы и иметь большую 32 и малую альными отверстиями 19, Вал 4 выполнен 5 выступами 20, 21, 22 и 23, размещенными о длине смесителя. При этом смесительые элементы 13, 14, 15 и 16 с центральны- и отверстиями 19 установлены созможностью .радиального пеоемещения 10 тносительно вала 4 и корпуса 1 посредстом размещения выступов 20, 21, 22 и 23 в ентральных отверстиях 19 элементов 13, 14, 15 и 16, а опорных элементов 17 - в аправляющих 24, выполненных по внут енней поверхности корпуса 1. При этом ыступы 20, 21, 22 и 23 вала 4 выполнены по лине смесителя со смещением относительо друг друга по окружности. Например, на иг. 1 выступ 20 занимает крайнее нижнее 20 оложение. выступ 21 - крайнее верхнее, а выступы 22 и 23 могут занимать промежуточные положения, Направляющие 24 корпуса 1 могут быть выполнены по длине , смесителя со смещением относительно друг друга по окружности, Например, направляющие 24 смесительного элемента 16 могут быть смещены относительно направляющих 24 смесительного элемента 15 на угол р (фиг, 2). Смесительные элементы, установленные с возможностью радиального перемещения, могут быть размещены по длине смесителя с чередованием на валу 4 1 и корпусе 1, Например, смесительные элементы 12, 13, 7 и 14, Смесительные элементы, например, 15 и 16 могут быть снабжены 1 вкладышами 25, выполненнь 1 ми с допол нительными сквозными 26 и центральными27 отверстиями, Вкладыши 25 размещены с возможностью поступательного перемещения в направляющих 28, выполненных на поверхностях 29 смесительных элементов,Вал 4 выполнен с дойолнительными выступами, например, 30 и 31, причем ониразмещены в дополнительных центральных отверстиях 27 и выполнены со смещением ",поокружности относительно выступов 22 и23 вала 4. Так, выступ 22 находится на фиг. 11 в крайнем нижнем положении, выступ 22 -в крайнем верхнем, а выступы 30 и 31 - , наоборот (см, фиг, 1 и 2), Высота выступов20, 21, 22, 23, 30 и 31 вала 4 может бытьвыполнена переменной и изменяться от ми-нимальной, например, равной нулю в тачкеА до максимальной величины, равной и вточке Б. Причем точки А и Б размещены на валу 4 диаметрально противоположно. При этом центральные отверстия 19 (на фиг, 2 показаны штриховой линией) и дополниные перемещения в поперечном сечении смесителя в направляющих 24 с помощью опорных элементов 17, выполненных на боковой поверхности 18. и образуют с корпусом 1 зоны пониженного сопротивления 36 (сопротивление которых меньше, чем сопротивление сквозных отверстий) для преимущественйого движения расплава полимера. Это обеспечивает частую смену направлений движения полимера в поперечном сечений смесителя; пульсирующие поперечные потоки полимера смешиваются со струями полимера; выходящими из сквозных отверстий 9, которые также вместе со смесительными элементами совершают колебательные движения; непрерывно изменяя поверхности контакта с различнычи элементарными объемами йолимера в поперечном потоке. Зоны 36 непрерывно изменяют свои размеры и положение, перемещаясь при движении смесительных элементов в диаметрально противоположные положения, Между смесительными элементами 6, 7, 8; закрепленнымипо внутренйей поверхности 5 корпуса 1, в зазорах 10 и 11 также интенсифицируются процессысдвиговых деформаций между неподвижными и совершающими поступательные перемещения смесительными элементами, Так как вы. ступы 20,21, 22, 23 по длине смесителясмещены относительно друг друга по окружйости, они при вращении вала 4 обеспечивают неодинаковые перемещения смесительных элементов в поперечном сечении смесителя, а следовательно; и различные по размерам . и положению зоны 36, Таким образом, подлине смесителя образуются пульсирующие потоки, движущиеся с ускорениями и замедлениями на отдельных участках по длине смесителя. Эти эффекты существенно улучшают эффективность смешения.В варианте конструкции происходитдальнейшее повышение эффективности смешения. В нем смссительные элементы 13, 14, 15, 16 йеремещаются в направляющих 24, смещениях относительно другдруга по окружности (на угол р для Смесительных элементов 15 и 16). При этом зоны 36, образованные по длине смесителя различными смесительными элементами; также окаэйваются смещенными относительно друг друга по окружности, что обеспечивает образование винтообразного потока, приводящего к закручиваниюи перевоначиванию полимера в смесителе, Повышение эфективност) смешения обусловлено наложением винтообразного потока на вышеописанное течение полимера с пульсациями, сменой направлений движения, слияниями и разделениями.Существенно интенсифицируется процесс поперечного переноса и сдвиговых деформаций при совместном использовании чередующихся по длине смесителя смеси- тельных элементов, неподвижно закрепленных на валу и корпусе, и совершающих поступательные перемещения. Например, в зазоре 10 вращающийся смесительный элемент 12 взаимодействует с перемещающим 10 ся смесительным элементом 13 и неподвижным 6. В этом варианте по разные стороны смесительного элемента 12 реализуются различные сдви-.овце деформации, обеспечивается перенос элементарных объемов полимера через сквозные отверстия 9 из дисковой эоны между элементами 6 и 12 в зону растяжения-сжатия расплава в условиях сдвига между элементами 12 и 13 и затем в зону растяжения-сжатия расплава 20 между элементами 13 и 7.Из зазора 10 полимер через сквозные отверстия 9 смесительного элемента 7 поступает в зазор 11, В зазоре 11 смешение расплава пблимера интенсифицируется изза того, что происходит. интенсификация процесса поперечного переноса, непрерывное изменение размеров струй полимера, выходящих из сквозных отверстий 9, их срез для разделения полимера, выходящих из ния полимера на элементарные объемы, Это достигается тем, что в направляющих 28,выполненных на поверхностях 29 смеси- тельных элементов, перемещаются вкладыши 25под силовым воздействием 35 дополнительных выступов 30 и 31. Дополнительные выступы 30 и 31 смещены по окружности относительно выступов 22 и 23, что обеспечивает при вращении вала 4, асинх 40 ронное колебание смесительных элементов и их вкладышей. Так, в один и тот же момент времени смесительные элементы 15 и 16 могут оказаться соответственно в крайних нижнем и верхнем положениях, а их вклады 45 ши 25 - наоборот, Перемещение вкладышей может осуществляться в противоположных направлениях, при этом расплав полимера,движущийся из сквозных отверстий 9 смесительных элементов в дополнительные сквозные отверстия 26 вкладышей.разделяется на элементарные объемы переменных по длине размеров, т.к, указанные сквозные отверстия при относитвльном движении вкладышей и смесительных элементов элементов перемещаются относительно друг 55 друта, уменьшая поперечное сечение активного потока вплоть до его полного перекрытия в момент среза элементарного объема полимера. При этом существенно увеличивается поверхность раздела расплава пол 30 сквозных отверстий 9, их срез для разделеимера и улучшается смешение, Кроме того, вк адыши 25 образуют с корпусом 1 зоны и ниже н но го с оп ротивл ения 37. Потоки и лимера из зон 37 взаимодействуют с потоками полимера в зонах 36, тормозя или 5 ускоряя их.Оптимальные условия с точки зрения и вышения эффективности смешения, и авности перемещения вкладышей и устр нения возможности их заклинивания 10 о еспечиваются в варианте конструкции, в к тором центральные отверстия 19 и 27 смес тельных элементов и вкладышей выполн ны овальной формы и имеют большую 32 и алую 33 оси и их размеры вдоль больших 15 осей превышают их размеры вдоль малых о ей и удвоенное расстояние от оси вала до м ксимально удаленных от нее точек В выс. пов, причем оси симметрии направляющих 24, например 34, перпендикулярны к 20 б льшим осям 32 центральных отверстий 19 и 7, При этом высота выступов 20, 21, 22, 2, 30 и 31 вала 4 выполнена переменной в поперечном сечении смесителя и изменяется от минимальной в точке А до максималь н й в точке Б. Так как увеличение высоты в ладышей по окружности происходит пос кипенно, то и поступательное перемещение смесительных элементов и вкладышей будет происходить без резких скачков и ме стных повышений давления, а следовательн, напряжений в расплаве, что гарантирует допустимый докритический уровень напряжений в расплаве и не вызовет ухудшений его свойств, Не произойдет и заклинивания 35 в ладыша в направляющих, т,к. в наиболее о асной с этой точки зрения области (вдоль б лысой оси центрального отверстия) межд поверхностями центральных отверстий и выступов всегда будет гарантированный за зсфср а =(11/2)-Ь+(О/2, где б - диаметр вала. Сннизятся потери энергии на трение. выступа о вкладыши или смесительные элементы, т.к, в этой области они не контактируют, Расплав полимера, движущийся через цен тральные отверстия 19 и 27, подвергается воздействию вращающихся .выступов 20, 21, 22, 23, 30 и 31, которые периодически сжимают расплав полимера. заставляя его ускоряться. При этом образуется винтообр зный пульсирующий поток в области центральных отверстий по длине. смесителя, который улучшает смешение и предотвращает образование застойных зон.5 При эксцентричном расположении центральных отверстий 19 и 27 относительноосей симметрии смесительных элементови вкладышей ускоряется движение пблимера в области зон 36, 37, т,к. на перифериисмесителя образуются гарантированныезазоры, т,е, часть зон 36 и 37 полностьюне перекрывается. При этом усиливаетсявинтообразное движение расплава полимера.В варианте конструкции поперечныеперемещения усиливаются из-зэ того, чтосопротивление сквозных отверстий 9 и 26смесительных элементов, установленных навалу 4, и их вкладышей увеличивается в направлении, противоположной направлению увеличейия сопротивления сквозныхотверстий 9 смесительных элементов, закрепленных на корпусе, и их вкладышей,например смесительных элементов и вкладышей 13-16, 25, 6, 7, 8.Улучшающее смешение полимера егоразделение на значительное количествоэлементарных масс осуществляется привоздействии на него зубцеобразных выступов 35,При работе смесителя происходит существенное снижение потерь энергии из-затого, что энергия, необходимая для колебания смесительных элементов и вкладышей,сообщается им не от индивидуального привода, а от вала смесителя, который используется для преобразования механическойэнергии двигателя в энергию колебательного и вращательного движения потока расплава полимера и его пульсаций. При этомтакже снижается пусковая мощность привоТаким образом, в смесителе значительно интенсифицйруются процессы поперечного переноса массы полимера, пульсации полимера, перестройки его потоков, их слияния и разделения, изменение размеров элементарных объемов полимера, участвующих в смешении, сдвигового деформирования, образования винтообразных потоков в центре и на периферии смесителя, которые существенно увеличивают поверхность раздела и обеспечивают более интенсивное распределение поверхностей контакта по всему обьему смеси,что обеспечивает повышение эффективности смешения при снижении потерь энергии,Ф ар мула изобретения 1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с входным отверстием и полостью, в которой установлен вал, на внутренней поверхности корпуса закреплены смесительные элементы со сквозными отверстиями, в зазорах между которыми расположены смесительные элементы со сквоэнымк отверстиями, установленные на валу, отличающийся тем,что,сцелью повышения эффективности смешения, по меньшей. мере два смесительных элемента, установленных на валу, снабжены опорными элементами, размещенными на боковых поверхностях смесительных элементов, и выполнены с центральными отверстиями, а вал выполнен с выступами, размещенными по длине смесителя, при этом смеси- тельные элементы с центр.альными отверстиями установлены с возможностью радиального перемещения относительно вала и корпуса посредством размещения выступов вала в центральных отверстиях смесительных элементов, а опорных элементов - в направляющих, выполненных по внутренней поверхности корпуса, при этом выступы вала выполнены по длине смесителя со смещением относительно друг друга по окружности.2, Смеситель по и. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что направляющие выполнены по длине смесителя со смещением одна относительно другой по окружности.3, Смеситель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что смесительные элементы, установленные с возможностью радиального перемещения, размещены по длине смесителя с чередованием со смесительными элементами, установленными неподвижно на валу и корпусе.4. Смеситель по пп, 1 и 3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что смесительные элементы снабжены вкладышами, выполненными с дополнительными сквозными и центральными отверстиями, при этом вкладыши размещены с возможностью поступательного перемещения в направляющих. выполненных на поверхностях смесительных элементов, а вал выполнен с дополнительными выступами; причем дополнительные выступы размещены в дополнительных центральных отверстиях и выполнены со смещением по окружности относительно вйступов вала.5. Смеситель по пп, 1 - 4, о т л и ч а ю - . щ и й с я тем, что центральные отверстия смесительных элементов и вкладышей расположены эксцентрично относительно осей симметрии смесительных элементов и вкладышеи,6, Смеситель по пп. 1-5, о т л и ч а ющ и й с я тем, что смесительные элементы, установленные на валу, и размещенные на них вкладыши выполнены со сквозными отверстиями, диаметры которых увеличиваются в радиальном направлении от центра к периферии, а смесительные элементы, закрепленные на корпусе, и размещенные на них вкладыши выполнены со сквозными отверстиями, диаметры котОрых увеличиваются в противоположном направлении.7. Смеситель по пп. 1 - 6, о т л и ч а ющ и й с я тем, что смесительные элементы и вкладыши выполнены с зубцеобразными выступами, размещенными на их поверхностях.1792836 Ре эктор С. Кулаков ГКНТ СССР ВПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101,каз 475 ВНИИПИ Гос оставитель Л, Ливенцоваехред М.Моргентал Корректор М, Максимишин Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытия13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5