Смеситель для полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН 19) И) А 1 1)5 В 29 В 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ2полимерных материалов. Цель изобретения - повышение смесительной эффективности. Смеситель для полимерных материалов содержит корпус с входным и выходным отверстиями и полостью, В полости установлены неподвижные диски, закрепленные на кор" пусе и образующие между собой смесительные секции, В каждой секции расположено по одному диску, закрепленному на основном валу, и по меньшей мере одному дополнительному диску, закрепленному на дополнительном валу. В дисках выполнены сквозные отверстия. Диски установлены с возможностью вращения в одну сторону. Перерабатываемый материал, проходя через отверстия вращающихся дисков, подвергается частому разделу и слиянию потоков, в результате чего осуществляется автоматическое регулированйе сопротивления смесителя. Это обеспечивает работу. смесителя без деструкции и понижения качества смеси полимера. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.(21) 4612 (22) 02.1 (46) 07.0 (71) Киев нстико Цель изофективности На фиг.одной смеси меситель сей; на фиг.2 теля с выизображеельной се е лне вариант вылточкой и прдисках; нафиг.2; на фния смесителна фиг. 5 еэями в смесительных г. 3 - разрез А-А на 4 - вариант выполнеющим диском возных от аправл азвертка ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССР 5,91.Бюл. У 17ский политехнический итут им.50-летия Великой Октябрьссоциалистической революции(54) СИЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИАЛОВ(57) Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерныхматериалов. Оно м.б, использованодля непрерывного смешения полимерполимерных композиций, полимеров сразличными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для крашения, грануляции, получения и переработки Изобретение относится к переработке полимерных материалов и может быть использовано для непрерывного смешения полимер-полимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсны ми минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов. етения - повышение эфмешения.верстий дисков, расположенных подуглом друг к другу, на Фиг. 6 - диски с выступами и впадинами.Смеситель для полимерных матерна"лов содержит корпус 1 с входным 2 ивыходным 3 отверстиями и с полостью 4 (Фиг.1). В полости 4 устаноь;,;,ынеподвижные диски 5 и б, закрепленные на корпусе 1 и образующие между 10собой смесительную секцию 7, в кото. Рой расположены основной и дополнительный смесительные диски 8 и 9, причем в неподвижных дисках 5 и б, и смесительных дисках 8 и 9 вьпчол-. 15 иены соответственно сквозные отверстия 10-13. Смесительные диски 8 и 9 установлены на валах 14 и 15 с возможностью вращательного движенияотносительно друг друга 20В смесительной секции 7 (Фиг,2 и 3), образованной неподвижными дисками 5 и б, в смесительном диске 8, размещенном со стороны входного отверстия 2 корпуса 1, мож т быть выполнена выточка 16, в которой установлен другой смесительный диск 9, размещенный со стороны выходного отверстия 3 корпуса 1, причем на наружной периферийной поверхности 17 сме сителъного диска 9, установленного в выточке 16 и на обращенной к не.л внутренней поверхности 18 смесительного диска 8 с выточкой 16, могут быть вьп 1 олнены прорези 19 и 20, Про рези 19 и 20 могут быть выполнены переменной высоты, причем высота прорези 19 уменьшается в направлении от входного отверстия 2 к вьжодному .от-. верстию 3, а высота прорези 20 умень шается в противоположном направлении (от выходного отверстия 3 к входному отверстию 2).В варианте конструкции в смесительной секции 7 образованной неподвиж ными дисками б и 5, между смесительными дисками 8 и 9 установлен направ= .ляющий диск 21 со сквозными отверстиями 22, закрепленный на корпусе 1 (фиг.4), Сквозные отверстия 22 направ.=50 ляющего диска 21 расположены под углом к сквозным отверстиям 12 смеси- тельного диска 9, размещенного со стороны выходного отверстия 3 корпуса 1, 55Сквозные отверстия.0-13 и 22 не: - подвижных дисков 5 и б, смеситель ных дисков 8 и 9 направляющего диска 21 могут располагаться под углом друг к другу (фиг,5) как в пределах одного диска, что показано для диска 5, так и относительно сквозных отверстий других дисков, Положение сквозных отверстий 22, обеспечивающее вращение смесительного диска 9 в направлении, противоположном вращению смесительного диска 8, показано штриховой линией.Поверхности неподвижных дисков 5 и б, поверхности смесительных дисков 8 и 9 и поверхности направляющего диска 21 могут быть выполнены профиль ными и образованы чередующимися выступами 23-25 и впадинами 26-29 (Фиг.б).В смесительной секции 7, образованной неподвижными дисками 5 и б смесительные диски 8 и 9 (Фиг.4) могут быть установлены с возможностью осевого перемещения относительно валов 14 и 15 и связаны с ними разьемными соединениями 30,например резьбовыми, Между смесительным диском 9 и валом 15 установлено регулировочное кольцо 31, определяющее возможную величину осевого перемещения смесительного диска 9 относительно вала 15.В варианте конструктивного исполнения смесителя в смесительной секции 7 (Фиг.4), образованной непод. вижными дисками 5 и б, смесительный диск 8, размещенный со стороны входного отверстия 2 корпуса 1, установлен с возможностью поступательного движения и "снабжен устройством 32 для его перемещения, выполненным в виде привода 33 поступательного дви= жения, соединенного с валом 14 смесительного диска 8, Привод 33 поступательного движения состоит из цилиндра 34, в котором перемещается поршень 35, связанный с валом 14, На валу 14 установлена шестерня 36, образующая зубчатое зацепление с зубчатым колесом 7 и установленная с возможностью поступательного движения относительно зубчатого колеса 37 вместе с поршнем 35, валом 14 и смесительным дискет 8. Зубчатое колесо 37 приводится во вращение от электродвигателя 38.В варианте конструкции аналогичным устройством 39 перемещения может быть снабжен смесительный диск 9, размещенный со стороны выходного от= верстия 3 корпуса 1.79 40 164 б 8Смеситель работает следующим образом.Расплав полимера, состоящий из различных компонентов,через входное отврстие 2 поступает в полость 4 кор 5пуса 1 (фиг.1) и проходит черезсквозные отверстия 10 неподвижногодиска 5, закрепленного на корпусе 1,разделяясь на большое количество по 10токов, что приводит к увеличению повехности раздела массы полимера. Навыходе из сквозных отверстий 10 расплав полимера попадает из смесительной секции 7 в зону интенсивных сдвиговых деформаций и среза между неподвижным диском 5 и смесительнымдиском 8, вращающимся на валу 14, который соедннен с источником вращения(не показан), В зазоре между дисками 205 и 8 проявляется эффект Вайссенберга, обуславливающий поперечное пере-.мещение полимера н развитие поверхностей контакта между отдельными струями полимера, выходящими из сквозных 25отверстий 10 неподвижного диска 5.Слияние отдельных струй расплава полимера происходит в сквозных отверстиях 1 смесительного диска 8. Выходящие из одного и того же отвер- З 0стия 10 струи полимера попадают в различные отверстия 11 в виде малых поррий полимера. Площадь поперечногосечения струй расплава полимера, выходящих из отверстий 10, уменьшаетсяпо их длине от площади поперечногосечения отверстия 10 до нуля в моментсреза. Таким образом, в отверстии11 накапливаются порции расплава полимера из различных отверстий 10,расположенных в различных местах исмещенных относительно друг друга поокружности и в плоскости неподвижного диска 5. Интенсивные сдвиговыедеформации, многократное разделение 45и слияние малых порций полимера улучшает смешение,Иэ сквозных отверстий 11 смесительного диска 8 расплав полимераперетекает в сквозные отверстия 12 50смесительного диска 9, вращающегосяна валу 15 относительно смесительного диска 8. В этом случае возможныдва варианта вращения смесительногодиска 9, Первый вариант - вращениеот привода (фиг.2) и второй - вращение смесительного диска 9 гидродинамическим путем через расплав полимера, перетекающий из сквозных отверстий 11 в сквозные отверстия 12. В обоих случаях происходит повьппекие эффективности смешения. Механизм смешения в основном аналогичен описанному вьппе. При вращении смеси- тельного диска 9 от привода повьш)ение эффективности смешения достигается за счет того, что смесительный диск 9 может вращаться с частотой вращекия, отличной от частоты вращения смесительного диска 8, а также в противоположном направлении. При этом происходит увеличение поверхности раздела и улучшение распределения поверхностей контакта по всему объему смеси. Однако этот режим смешения является технологически ,жестким, так как отсутствует какая- либо возможность регулирования с.опротивления смесителя и поэтому возможна деструкция полимера как следствие превышения критических напряжений сдвига в нем, что снижает качество смеси, Этот режим также отличается повьппенным потреблением энергии, так как необходимо расходовать энергию на вращение смеси- тельного диска 9. Увеличиваются и габариты смесителя из-эа необходимости установки привода смесительного диска 9. С этих точек зрения гидродинамический механизм передачи движения предпочтителен, так как лишен указанных вьппе недостатков и обладает рядом преимуществ, улучшающих качество смеси. Реализуется он с одновременным смешением следующим образом,Расплав полимера, перетекая иэ сквозных отверстий 11 смесительного диска 8 в сквозные отверстия 12 смесительного диска 9, образует между смесктельными дисками 8 и 9 нежесткую (частичную) связь иэ струй полимера, которая не нарушается до тех пор, пока не произойдет разрыв струи, определяемый прочностными характеристиками расплава. Наличие этой связи приводит к тому, что смесительный диск 9 на валу 15 вращается вместе со смесительным диском 8, Если бы не быпо сопротивления расплава полимера вращению смеси- тельного диска 9, то он бы вращался с такой же частотой вращения как и смесительный диск 8. Однако в реальном процессе сопротивление вращению смесительн 6 го диска 9 приводит к то-.му, что он отстает от смесительного диска 9 и происходит разрыв струй и их срез. Затем этот процесс повторяется. Поэтому смесительный диск 95 проскальзывает относительно смеси- тельного диска 8 и вращается с частотой вращения меньшей, чем частота вращения смесительного диска 8. Это обеспечивает распределение расплава 10 полимера между различными отверстиями. Так как частота вращения смеси- тельного диска 9 зависит от сопротивления смесителя, то в процессе смешения в зависимости от Физико-хи мических свойств расплава полимера происходит автоматическое регулирование (саморегулирование) сопротивления смесителя, что позволяет избежать превышения критических напряжений и деструкции материала. При неретекании расплава полимера из сквозных отверстий 11 в сквозные отверстия 12 происходит релаксация напряжений в расплаве полимера, что приводит к повышению давления между смесительными дисками 8 и 9 и улучшению их гидродинамического сцепления и качества смеси, так как повышение давления приводит к развитию 30 поперечных течений и взаимопроникновению одних струй или потоков расплава в другие, Из сквозных отверстий 12 расплав полимера перетекает в сквозные отверстия 13 неподвижного .диска 6 и направляется к выходному отверстию 3 смесителя. При этом следует отметить, что величина сдвиговых деФормаций снижается по длине смесителя и происходит релаксация напряжений А 0 в процессе смешения, приводящая к местному повышению давления и усилению поперечных потоков полимера. Таким образом, повышается эФФективность смешения и улучшается качество смеси.В варианте конструкции (Фиг.2 и 3) расплав полимера из сквозных отверстий 11 смесительного диска 8 может поступать в прорезь 19, выполненную по внутренней поверхности 18 выточки 16 смесительного диска 8. Так как высота прорези 19 уменьшается в направлении выходного отверстия 3 смесителя, расплав полимера перетекает в прорезь 20 с высотой, уменьшающейся в направлении, противоположном уменьшению высоты прорези 19 на наружной поверхности 17. Расплав полимера, перетекая в прорезь 20, выполненную на наружной периферийной поверхности 17 смесительно" го диска 9, расположенного в выточке 16, образует дополнительный гидродинамический элемент привода вращения смесительного диска 9, что повышает надежность его работы и силовое взаимодействие, приводящее к вращению смесительный диск 9 при вращении смесительного диска 8 относительно его. Наличие прорезей 19 и 20 улучшает условия перемешивания полимера в периФерийной зоне смесительного диска 9 и улучшаются условия предотвращения образования застойных зон.В варианте конструкции (Фиг,4)можно достичь значительной разницыв частотах вращения смесительныхдисков 8 и 9, установив между ниминаправляющий диск 21, закрепленный накорпусе 1. При этом поток расплаваполимера, проходя через сквозные отверстия 2, теряет часть своей энер,гии на преодоление их сопротивления.При этом уменьшается энергия расплава полимера, расходуемая на вращение смесительного диска 9. Расплав полимера, последовательно поступая из сквозных отверстий 11 в сквозные отверстия 2, расположенные под углом к сквозным отверстиям 12, втекает в сквозные отверстия 12 под углом, обеспечивая тем самым появление составляющей силы, приводящей к вращению смесительного диска 8 (фиг.5), который в зависимости от угла наклона отверстий 22 относительно отверстий 12 может вращаться в одном направлении со смесительным диском 8 или в противоположном направлении. Для вращения смесительного диска 9 в направлении, противоположном вращению смесительного диска 8, отверстия 22. направляющего диска 21 должны пово-. рачивать поток полимера и обеспечивать его движение в направлении, противоположном вращению смесительного диска 8 (для этого случая отверстия 22 показаны штрихами на Фиг.5). Полимер, вытекая из отверстий 2 и втекая в сквозные отверстия 12, заставляет смесительный диск 9 вращаться в ннправлении, в котором он движется на выходе из отверстий 2, т.е. в направлении, противоположном врашению смесительного диска 8.Как в первом, так и во второмописанных вариантах конструкции расплав полимера может двигаться черезсквозные отверстия 10-13 и 2, расположенные под углом друг к другу.Это повьппает эФФективность смешения,так как струи, выходящие из сквозных отверстий одного и того.же диска, будут предварительно пересекаться между собой до слияния в сквозныхотверстиях другого диска. На фиг.5оасплав полимера, двигаясь в отверстиях 10 диска 5, расположенныхпод углом друг к другу, сливаетсяна выходе.из указанных отверстий.ЭФФективность смешения повьппается ив том случае когда расплав полимера последовательно движется чсрезотверстия 11 22 12 и 13, расположенные под углами друг к другу . Вэтом случае эФФективность смешения/повьппается из-за частого изменениянаправления движения полимера, чтоувеличивает поверхность контакта полимера.При движении расплава полимера(Фиг.б) между проФильными поверхностями дисков 5, 6 8, 9 и 16, вращающимися относительно друг друга,расплав полимера перетекает междучередующимися выступами.и впадинами и дополнительно перемешивается.Расплав полимера через сквозные отверстия 12 смеси-ельного диска 8поступает во впадины 26 и 27 с выступом 13,Из двух впадин 26 и 27 полимерпоступает во впадину 28 диска 6,перемешивается и переворачиваешьсяв ней, что существенно повьппает качество смешения, и вытекает черезсквозное отверстие 13. Часть полимера из впадины 28 поступает соот-ветственно во впадину 29 и вытекает через отверстия 13. Выступы 25и 24 используются для разделения полимера между впадинами 28 и 29.Интенсивность сдвиговых деФормаций, среза и частоту вращения смеситгльного диска 9 можно регулировать путем осевого перемещения смесительных дисков 8 и 9 и установкиих в Фиксированном положении, которое не изменяется во время работы,относитеьн дио 5, 21 и 6(фиг.4). Например, для регулирования и установки смесительного диска9 необходимо повернуть вал 15 и пе 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 ремещать его относительно смесительного диска 9 с помощью разъемного соединения 30, например, резьбового. Вал 15 может быть полностьювывернут, регулировочное кольцо 31заменено другим, обеспечивающимопределенное положение смесительного диска 9 относительного вала 15.При этом изменится и положениедиска смесительного 9 относительнодисков 21 и 6. При использовании упругого регулировочного кольца 31отпадает необходимость в рассоединении смесительного диска 9 и вала15. Меняя степень сжатия кольца 31,можно осуществить описанную выше регулировку.Регулировать положение смесительных дисков 8 и 9 можно с помощьюустройств 32 и 39 для их перемеще ния (Фиг.2). Смесительный диск 8вращается от электродвигателя 38через зубчатое колесо 37 и шестерню36, а его поступательное движениеосуществляет привод 33 поступательного движения, в котором поршень 35под действием рабочей жидкости перемещается в цилиндре 34 и перемещает шестерню 36 относительно зубчатога колеса 37 на валу 14 и.смесительньп диск 8. Привод 33 поступательного движения может быть испольазован без всяких изменений в качестве гидравлического вибратора, генерирующего осевые низкочастотные колебания, В этом случае существенно улучшается смешивание из-за виброгомогенизации, связанной с увеличением суммарной сдвиговой деФормации за счет осцилляции смесительных дисков 8 и 9 идиссипативных тепловыделенийа Смешение улучшается в том случае, еслиприводом 33 поступательного движенияснабжен только смесительный диск 8,однако технологические возможностиоборудования расширяются и наблюдается дальнейшее повьппение эФФективностисмешения при использовании,смесительного диска 9, снабженного устройством37 для его перемещения,Предлагаемая конструкция смесителя позволяет организовать процессчастого разделения и слияния потоковрасплава полимера, интенсиФицироватьсмешение в зонах сдвиговых деФормаций, образовывать малые порции полимера, в том числе и переменных подлине размеров, и подавать их в зону1116 ц смешения, осуществлять автоматическое регулирование сопротивления смесителя, обеспечивающее работу смесителя без деструкции и понижения качества смеси полИмера, выбирать рациональное положение дисков смесителя при их осевом перемещении, осуществлять виброгомогенизацию полимера. При этом увеличивается поверхность раздела полимера и интенсифицируется распределение поверхностей контакта по всему объему смеси.Таким образом, в предлагаемом смесителе для полимерных материалов достигается повышение эффективности смещения.Формула изобретения1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и полостью, в которой установлены неподвижные диски, закрепленные на корпусе и образующие между собой смеси- тельные секции, в каждой из которых расположено по одному основному смесительному диску, закрепленному на основном валу, установленном с возможностью вращения, причем в дис 6879ках выполнены сквозные отверстиядля прохода полимера, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности смешения, каждая смесительная секция снабжена поменьшей мере одним дополнительнымсмесительным диском, закрепленнымна дополнительном валу и установлен ным с возможностью вращения в направлении основного смесительногодиска,2. Смеситель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что один из 15, смесительных дисков установлен в выточке, выполненной в другом смесительном диске, установленном со стороны входного отверстия, причем понаружной периферийной поверхности 20 смесительного диска, установленногов выточке, и на обращенной к нейвнутренней поверхности смесительного диска с выточкой выполнены йрорези.253. Смеситель по и. 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что прорези обращенных друг к другу поверхно-.стей смесительных дисков выполне ны с высотой, уменьшающейся во взаимно противоположных направлениях.1,7 8 21 2 Составитель Л. Ливенцова Техред Л.Олийнык. Корректор С,Шекмар омитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5