PL194990B1 - Mieszarka zamknięta do mieszania elastomerów i podobnych do nich tworzyw - Google Patents

Abstract

1. Mieszarka zamknieta do mieszania elasto- merów i podobnych do nich tworzyw, zawierajaca komore mieszania ograniczona scianami, podzie- lona na dwie pólkomory, z których kazda miesci w sobie wewnetrzny wirnik majacy jedna czesc o wiekszej dlugosci w kierunku osiowym, zwana lopatka przepychajaca, i druga czesc o mniejszej dlugosci w kierunku osiowym, zwana lopatka przeciwdzialajaca przepychaniu, przy tym oba wirniki sa przesuniete w fazie w stosunku do sie- bie, znamienna tym, ze zarówno lopatka przepy- chajaca (6) jak i lopatka przeciwdzialajaca prze- pychaniu (7) maja okreslona szerokosc (B) grzbietu, kat plastyfikacji mechanicznej (C) i kat wyjscia z mieszaniny (D), a co najmniej jedna z tych lopatek, przepychajaca (6) albo przeciw- dzialajaca przepychaniu (7), ma kat skrecenia (ß, d) zmieniajacy sie wzdluz dlugosci tej lopatki. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszarka zamknięta do mieszania elastomerów i podobnych do nich tworzyw.

W dziedzinie przeróbki gumy i tworzyw sztucznych, do otrzymywania mieszaniny dającej się formować w produkt końcowy lub w półprodukt, są stosowane maszyny mieszalnicze zwane „mieszarkami wewnętrznymi. Maszyny te mają wewnątrz komorę mieszalniczą (podzieloną na dwie półkomory), wewnątrz której znajdują się dwa wirniki o wzajemnie równoległych osiach obrotu. Wirniki mogą być styczne do siebie lub zazębiające się wzajemnie.

Wirniki te mają spełniać następujące funkcje:

- łączenie różnych składników tworzących materiał przerobowy, który, dla uproszczenia, będzie nazywany mieszaniną;

- rozproszenie, to jest zmniejszenie średnicy wypełniaczy, takich jak sadza lub krzemionka, wprowadzonych do mieszaniny, oraz

- rozprowadzenie/ujednorodnienie wypełniaczy wewnątrz mieszaniny, tak żeby uczynić ją jednolitą w całej jej masie, w takim stopniu jak tylko to jest możliwe.

Jak wiadomo, rozproszenie zależy od właściwości pola prądu, takich jak siła tnąca i gradient odkształcenia, które wirniki wytwarzają podczas wirowania w mieszaninie. Rozproszenie wypełniaczy w podłożu polimerowym zależy także od pola prędkości wewnątrz komory mieszania, w szczególności, od zdolności wirników do przemieszczania mieszaniny bez wytwarzania punktów zastoju i jednocześnie wymuszania przepływu mieszaniny z jednej półkomory do drugiej.

Różne konfiguracje i różne kształty geometryczne wirników, powodują dwa różne rodzaje mieszania:

- mieszanie dyspersyjne polegające na wprowadzaniu drobin wypełniacza do podłoża elastomerowego i zmniejszanie średnicy drobin poszczególnych wprowadzonych składników, oraz

- mieszanie rozprowadzające polegające na jednolitym rozprowadzaniu i homogenizacji drobin w mieszaninie.

W celu uzyskania mieszania rozprowadzającego, niezbędne jest by mieszanina była poddawana dwóm różnym parciom, to jest parciu w kierunku osiowym, które powoduje przepływ drobin mieszaniny w kierunku osiowym wewnątrz wspominanej półkomory, oraz parciu poprzecznemu, które powoduje przechodzenie mieszaniny z jednej półkomory do drugiej.

Wiadomo jest również, że jest zbyt trudno maksymalizować jednocześnie te dwie różne funkcje mieszania, ponieważ te konfiguracje i kształty geometryczne wirników mieszarki (zamkniętych wewnątrz odpowiednich półkomór mieszarki), które decydują o poprawieniu mieszania dyspersyjnego, powodują pogorszenie właściwości procesu mieszania rozprowadzającego i odwrotnie.

Wykonywano wiele prób projektowania konfiguracji wirników, które miałyby wytworzyć możliwą do zaakceptowania równowagę pomiędzy dwoma różnymi rodzajami mieszania i jednocześnie zoptymalizowałyby te procesy.

Z opisu patentowego GB 2 024 635 znany jest wirnik podzielony w kierunku osiowym na dwie sekcje o różnej długości, mający, odpowiednio, łopatkę przepychającą (o większej długości) i łopatkę przeciwdziałającą przepychaniu (o mniejszej długości). Wirnik ten posiada stałe kąty nachylenia linii śrubowej i dlatego pracuje w identyczny sposób we wszystkich strefach pola prądu, wewnątrz komory mieszania. Nie pozwala to na jednoczesną maksymalizację obu rodzajów mieszania, dyspersyjnego i rozprowadzającego, w całym polu prądu komory.

Mieszarka zamknięta do mieszania elastomerów i podobnych do nich tworzyw, zawierająca komorę mieszania ograniczoną ścianami, podzieloną na dwie półkomory, z których każda mieści w sobie wewnętrzny wirnik mający jedną część o większej długości w kierunku osiowym, zwaną łopatką przepychającą, i drugą część o mniejszej długości w kierunku osiowym, zwaną łopatką przeciwdziałającą przepychaniu, przy tym oba wirniki są przesunięte w fazie w stosunku do siebie, według wynalazku jest charakterystyczna tym, że zarówno łopatka przepychająca jak i łopatka przeciwdziałająca przepychaniu mają określoną szerokość grzbietu, kąt plastyfikacji mechanicznej i kąt wyjścia z mieszaniny. Co najmniej jedna z tych łopatek, przepychająca albo przeciwdziałająca przepychaniu, ma kąt skręcenia zmieniający się wzdłuż długości tej łopatki.

Kąt przesunięcia fazowego między dwoma wirnikami zawiera się w granicach od 70° do 125°.

Korzystnie, kąt przesunięcia fazowego między dwoma wirnikami zawiera się w granicach od 85° do 120°.

PL 194 990 B1

Stosunek minimalnej odległości grzbietu wirnika od ścianki komory do średnicy samego wirnika zawiera się w granicach 0,01 < A/D5 < 0,015.

Stosunek minimalnej odległości grzbietu wirnika od ścianki komory do szerokości samego grzbietu zawiera się w granicach 0,10 < A/B < 0,5.

Korzystnie, stosunek minimalnej odległości grzbietu wirnika od ścianki komory do szerokości samego grzbietu zawiera się w granicach 0,15 < A/B < 0,25.

Kąt skręcenia łopatki zmienia się w sposób ciągły albo w sposób nieciągły.

Kąt skręcenia pierwszej części łopatki przepychającej lub łopatki przeciwdziałającej przepychaniu zawiera się w granicach od 15° do 75°.

Korzystnie, kąt skręcenia pierwszej części łopatki przepychającej lub łopatki przeciwdziałającej przepychaniu zawiera się w granicach od 30° do 60°.

Kąt skręcenia drugiej części łopatki przepychającej lub łopatki przeciwdziałającej przepychaniu zawiera się w granicach od 15° do 75°.

Korzystnie, kąt skręcenia drugiej części łopatki przepychającej lub łopatki przeciwdziałającej przepychaniu zawiera się w granicach od 25° do 60°.

Zarówno łopatka przepychająca jak i łopatka przeciwdziałająca przepychaniu każdego wirnika ma kąt skręcenia zmieniający się wzdłuż jej długości.

Stosunek długości osiowej łopatki przeciwdziałającej przepychaniu do długości osiowej łopatki przepychającej zawiera się w granicach 0,05 < L2/L1 < 0,5.

Kąt plastyfikacji mechanicznej wirnika mieści się w granicach od 15° do 35°.

Korzystnie, kąt plastyfikacji mechanicznej wirnika mieści się w granicach od 20° do 25°.

Kąt wyjścia łopatki wirnika z mieszaniny mieści się w granicach od 25° do 70°.

Korzystnie, kąt wyjścia łopatki wirnika z mieszaniny mieści się w granicach od 35° do 60°.

Zastosowanie mieszarki do mieszania produktów elastomerowych, według wynalazku, pozwala na jednoczesną maksymalizację działań w zakresie mieszania dyspersyjnego i mieszania rozprowadzającego, w każdym punkcie pola prądu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mieszarkę wewnętrzną typu konwencjonalnego, w przekroju; fig. 2 - wirnik według wynalazku, w widoku perspektywicznym; fig. 3 - wirnik z fig. 2, w widoku z boku; fig. 4 - wirnik z fig. 2 obrócony o 90°, w widoku z boku; fig. 5 - profil wirnika według wynalazku, w rozwinięciu płaskim; fig. 6 - komorę mieszania, z powiększonym szczegółem zewnętrznej krawędzi wirnika, w przekroju poprzecznym; fig. 7 - komorę mieszania mieszarki wyposażonej w dwa wirniki, w widoku z góry; fig. 8 - komorę z fig. 7, w przekroju wzdłuż płaszczyzny oznaczonej VIII-VIII, zaś fig. 9 przedstawia profil wirnika według drugiego przykładu wykonania wynalazku, w rozwinięciu płaskim.

Mieszarka wewnętrzna 1 ma górną część załadowczą 1a, komorę mieszania 2 oraz podstawę 1b z lukiem 20 służącym do otwierania komory mieszania 2 podczas wyładunku mieszaniny przy końcu cyklu technologicznego.

Komora mieszania 2 jest uformowana przez dwie ściany 3a, 3b i dwa progi (tylko próg 4b jest widoczny na fig. 1), które wyznaczają typową konfigurację obwodu komory mieszania 2 w postaci zamkniętej krzywej. Komora mieszania 2 jest podzielona na dwie półkomory 2a i 2b mieszczące w swych wnętrzach odpowiednie wirniki 5, które, w tym przykładzie, są styczne i obracają się wokół osi wzdłużnych 5a, 5b.

Wirniki 5 mają właściwie kształt cylindryczny, o całkowitej długości L i średnicy D5, ale są podzielone w kierunku wzdłużnym na dwie oddzielne części, z których jedna, o większej długości L1, stanowi łopatkę przepychającą 6 mieszaninę, a druga, o mniejszej długości L2, stanowi łopatkę przeciwdziałającą przepychaniu 7 mieszaniny.

Ponadto, te dwa wirniki 5 są zamontowane wewnątrz komory 2 przeciwnie do siebie (figury 1,7) tak, że każda łopatka przepychająca 6 ma, odpowiadającą jej, łopatkę przeciwdziałającą przepychaniu 7 drugiego wirnika, po to by wytworzyć gradient ciśnienia pomiędzy tymi dwoma wirnikami 5. Ułatwia to przechodzenie mieszaniny z jednej półkomory do drugiej, pozwalając na zamknięcie drogi przesuwania się cząstek mieszaniny, które w ten sposób krążą wewnątrz komory, przechodząc z jednej półkomory do drugiej i powodując pożądane mieszanie rozprowadzające.

Jak pokazano na figurach 2 i 3, wirniki 5 mają łopatkę przepychającą 6 o kącie skręcenia β (to jest kącie pomiędzy osią obrotu wirnika 5 i styczną do grzbietu linii śrubowej w jakimkolwiek punkcie) zmieniającym się wzdłuż długości linii śrubowej łopatki przepychającej 6.

Ta zmienność może mieć charakter ciągły lub nieciągły.

PL 194 990 B1

Łopatka przepychająca 6 (figura 3 i 5) ma pierwszą część 6a, o długości osiowej L3, tworzącą kąt skręcenia β3 o wielkości od 15° do 75°. Korzystne jest, gdy ten kąt skręcenia β3 mieści się w granicach od 15° do 60°. Łopatka przepychająca 6 ma też drugą część 6b, o długości osiowej L4, tworzącą kąt skręcenia b4 o wielkości od 15° do 75°. Korzystne jest, gdy ten kąt skręcenia b4 mieści się w granicach od 25° do 60°.

Stosunek pomiędzy długościami osiowymi L2 i L1, łopatki przeciwdziałającej przepychaniu 7 i łopatki przepychającej 6, korzystnie, mieści się w granicach 0,05 do 0,5.

Dodatkowo, oprócz zmienności kąta skręcenia b łopatki przepychającej 6, zostało zademonstrowane na podstawie doświadczeń, że polepszenie mieszania dyspersyjnego można uzyskać przez zapewnienie odpowiedniego przekroju poprzecznego wirnika 5. Przedstawiono to na fig. 6, gdzie parametry oznaczone literami A, B, C, D, określają:

A = minimalną odległość pomiędzy grzbietem wirnika 5 a wewnętrzną ścianką komory mieszania 2;

B = szerokość grzbietu wirnika 5;

C = kąt plastyfikacji mechanicznej mieszaniny;

D = kąt wyjścia łopatki wirnika 5 z mieszaniny.

W szczególności korzystne jest, gdy geometria przekroju poprzecznego wirnika 5 charakteryzuje się następującymi zależnościami:

- stosunek minimalnej odległości A grzbietu wirnika 5 od ścianki komory 5 do średnicy D5 mieści się w przedziale wartości,

0,01 < A/D5 < 0,015

- stosunek minimalnej odległości A grzbietu wirnika 5 od ścianki komory do szerokości B samego grzbietu, mieści się w przedziale wartości:

0,10 < A/B < 0,5;

a korzystnie

0,15 < A/B < 0,25

Poza tym, kąt plastyfikacji mechanicznej C mieszaniny mieści się pomiędzy 15° a 35°, a korzystnie pomiędzy 20° a 25°, zaś kąt wyjścia D łopatki wirnika 5 z mieszaniny mieści się pomiędzy 25° a 70°, a korzystnie pomiędzy 35° a 60°.

Istnieje, zatem, tendencja do powiększania parametru D, ponieważ większa jego wartość oznacza większą przestrzeń pomiędzy łopatką przeciwdziałającą przepychaniu 7 a łopatką przepychającą 6 dwu wirników 5, która zwiększa gradient ciśnienia w strefie, gdzie mieszanina przechodzi z jednej półkomory do drugiej, a to sprzyja polepszeniu mieszania rozprowadzającego.

Figura 9 przedstawia płaski profil wirnika według drugiego rozwiązania konstrukcyjnego. W tym przypadku łopatka przeciwdziałająca przepychaniu 7 ma kąt skręcenia σ zmieniający się wzdłuż długości linii śrubowej.

Łopatka przeciwdziałająca przepychaniu 7 ma pierwszą część 7a, o długości osiowej L6, tworzącą kąt skręcenia s3 o wielkości od 15° do 75°. Korzystnym jest, gdy ten kąt skręcenia s3 mieści się w granicach od 30° do 60°. Łopatka przeciwdziałająca przepychaniu 7 ma też drugą część 7b, o długości osiowej L7, tworzącą kąt skręcenia s4 o wielkości od 15° do 75°. Korzystnym jest, gdy ten kąt skręcenia s4 mieści się w granicach od 25° do 60°.

Można dobierać różne kombinacje zmian kątów skręcenia w stosunku do obu łopatek, to jest w stosunku do łopatki przepychającej i łopatki przeciwdziałającej przepychaniu. Można również wprowadzać więcej niż jedną zmianę kąta skręcenia tej samej łopatki, i to zarówno pojedynczo jak i w powiązaniu z jedną lub wieloma zmianami kąta skręcenia w drugiej łopatce.

Jeżeli dwa wirniki zostały już zamontowane wewnątrz komory mieszania 2 mieszarki 1, konieczne jest by zapewnić, żeby wirniki były przesunięte w fazie w stosunku do siebie. Kąt przesunięcia fazowego a (fig. 8) między wirnikami 5 musi być tak, aby umożliwiał osiągnięcie optymalnego mieszania rozprowadzającego tej części materiału, która znajduje się pomiędzy dwoma półkomorami mieszania 2a i 2b. Zalecana wielkość kąta przesunięcia fazowego a pomiędzy dwoma wirnikami 5, zamontowanymi równolegle jeden względem drugiego wewnątrz mieszarki, mieści się w granicach 70° do 125°, a korzystnie w granicach 85° do 120°.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   I. Mieszarka zamknięta do mieszania elastomerów i podobnych do nich tvw^rzyvw zawierająca komorę miszanyin dgzsyiaadyc śaisysmi, odOaisIdyc ns Owis oółkdmdry, a noóryah nsżOs misśai w tdnis wswyęOrayc wirnik msjcac jsOnc aaęść o więkzasj Oługdśai w kisruyku dzidwcm, awsnc łdosOkc orasocahsjcac, i Orugc aaęść d myisjzasj Oługdśai w kisruyku dzidwcm, awsnc łdosOkc orasaiwOaisłsjcac orasocahsyiu, orac Ocm dbs wirniki zc oraszuyięOs w fsais w zOdzunku Od zisnis, znamienna tym, żs asrówyd łdosOks orasocahsjcas (6) jsk i łdosOks orasaiwOaisłsjcas orasocahsyiu (7) msjc dkrsśldyc zasrdkdść (B) granisOu, kcO olszOcfiksaji msahsyiaaysj (C) i kcO wcjśais a miszasninc (D), s ad nsjmnisj jsOns a Ocah łdosOsk, or'asocahsjcas (6) slbd or'asaiwOaisłsjcas or'asocahsniu (7), ms kcO zkręasnis (β, O) amisnisjcac zię waOłuż Oługdśai Osj łdosOki.
2. 2. Miszasrks wsOług asztra. 1, znamienna tym, żs kct (a) oryszunięais fsadwsgd mięOac Owdms wirniksmi (5) aswisrs zię w grsniasah dO 70° Od 125°.
3. 3. Miszasrks wsdług asztra. 2, znamienna tym, żs kct (m) oryszunięais fsadwsgd mięOac Owdms wirniksmi (5), kdraczOnis, aswisrs zię w grsniasah dO 85° Od 120°.
4. 4. Miszasrks wsOług asztra. 1, znamienna tym, żs zOdzunsk minimslnsj dOIsgłdśai (A) granisOu wirniks (5) dO śaisnki kdmdrc (2) Od śrsOniac (D5) zsmsgd wirniks aswisrs zię w grsniasah 0,01 < A/D5 < 0,015.
5. 5. Miszasrks wsOług asztra. 1, znamienna tym, żs zOdzunsk minimslnsj dOIsgłdśai (A) granisOu wirniks (5) dO śaisnki kdmdrc (2) Od zasrdkdśai (B) zsmsgd granisOu aswisrs zię w grsniasah 0,10 < A/B < 0,5.
6. 6. Mieszarka według 5, znamienna tym. że stosunekminimalnej odległości (A) grzbieOu wirniks (5) dO śaisnki kdmdry (2) Od zasrdkdśai (B) zsmsgd granisOu, kdi-aczOnis, aswisrs zię w grsniasah 0,15 < A/B < 0,25.
7. 7. Misszsrks wsOług asztra. 1, znamienna tym, żs kct zkręasnis (n, O) łdostki amisnis zię w zodzón aicgłc.
8. 8. Miszasrka wsdług asztrz. 1, znamienna tym, żs kct zkręasnis (n, O) łdostki amisnis zię w zodzón nisaicgłc.
9. 9. Mieszarka według zaszi-z. t, znamienna tym, że kąt skręceń na (β3, 53) pierrvsze- części t<3a, 7a) łdosOki orasocahsjcasj (6) lun łdosOki orasaiwOaisłsjcasj orasocahsniu (7), aswisrs zię w grsniasah dO 15° Od 75°.
10. 10. Mieszarka według zastaz. 9, zr^^r^i^r^n^ tym, że kąt sycenia (β3, 53) pierwszej części t6a, 7^) łdosOki orasocahsjcasj (6) lun łdosOki orasaiwOaisłsjcasj orasocahsniu (7), kdraczOnis, aswisrs zię w grsniasah dO 30° Od 60°.

    II. Mieszarka według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt skręcenia (f34, 5-4) drugiej części (6b, 7n) łdosOki orasocahsjcasj (6) lun łdosOki orasaiwOaisłsjcasj orasocahsniu (7) aswisrs zię w grsniasah dO 15° Od 75°.
11. 12. Mieszarka według zίn^tr^. 11, znamienna tym, że kąt skręcenia (β4, 54) drugieS częśca (6b, 7b) łdosOki orasocahsjcasj (6) lun łdosOki orasaiwOaisłsjcasj orasocahsniu (7), kdraczOnis, aswisrs zię w grsniasah dO 25° Od 60°.
12. 13. Miszasrks wsOług asztra. 1, znamienna tym, żs asrównd łdostks orasocahsjcas (6) jsk i łdosOks orasaiwOaisłsjcas orasocahsniu (7) ksżOsgd wirniks ms kcO zkręasnis amisnisjcac zię waOłuż jsj Oługdśai.
13. 14. Miszasrks wsOług asztra. 1, znamienna tym, żs zOdzunsk Oługdśai dzidwsj (L2) łdostki orasaiwOaisłsjcasj orysocahsniu (7) Od Oługdśai dzidwsj (L1) łdosOki orasocahsjcasj (6) aswisrs zię w grsniasah 0,05 < L2/L1 < 0,5.
14. 15. Mieszarka według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt plastyfikacji mechanicznej (C) wir^rnł^a (5) misśai zię w grsniasah dO 15° Od 35°.
15. 16. Miszasrks wsOług asztra. 15, znamienna tym, żs kct olsztcfiksaji msahsniaansj (C) wirniks (5), kdraczOnis misśai zię w grsniasah dO 20° Od 25°.
16. 17. Mieszarka według zastoz. 1, znamienna tym, że kąt wyjścia (D) łooatki wirnika (5) z miszasninc misśai zię w grsniasah dO 25° Od 70°.
17. 18. Mieszarka według zastrry 17, znamienna tym. że kąt wyjścas (D) (opatki wirnika (55 z miezasninc, kdraczOnis, misśai zię w grsniasah dO 35° Od 60°.