CN101259750B - 拉伸流动静态混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉伸流动静态混合器，主要用于高分子材料熔体等高黏度熔体的塑化、混合。本发明由一个螺旋分配器(1)、一对间隙周期性变化的盘状结构，即上盘(3)和下盘(4)，和一个机体(2)组成。螺旋分配器上有一个入口，下盘(4)上有一个出口。上盘和螺旋分配器用螺钉连接在一起，形成一个整体，圆筒状的机体用螺钉固定在螺旋分配器的外面，下盘与机体用螺纹连接在一起。螺旋分配器和上盘组成的整体与机体形成物料流道的上半部分，上、下盘的盘棱一一对应，形成间隙周期性变化的流道，物料经过此流道由于能够产生明显的速度梯度，进而产生拉伸作用，使粒子破碎，达到混合的效果。

Description

拉伸流动静态混合器

技术领域

本发明涉及一种拉伸流动静态混合器，主要应用于高黏度液体的混合，如聚合物熔体的混合。对于黏度变化范围较宽的聚合物熔融和黏度相差较大的两种聚合物的共混效果显著。

背景技术

在塑料加工中，静态混合器是一种常用的塑炼和混合元件。在一般单螺杆挤出机中利用静态混合器，可以解决如粉料造粒中着色剂或填料分散不均匀和挤出速度不稳定的问题。在异型材挤出中，可使得物料温度分布均匀而提高制品质量。同时，静态混合器的工作性能不受螺杆规格和转速的限制，熔体流动阻力小，对挤出机的生产能力影响小，在某种程度上静态混合器的应用还能够提高螺杆转速，进而增大挤出量。

静态混合器通常设在挤出机口模和螺杆之间或注射机喷嘴中。由螺杆来的熔体及添加物在压力作用下通过这些元件时会被不断地分割成若干股，每股物料不断地改变其流动方向和空间位置，然后汇合在一起进入口模。在这一流动过程中产生混合、搅拌及分散，从而使物料进一步混合和塑化。目前对静态混合器混合机理的研究主要集中在混合元件对流体的分流、置换与合并以及剪切混合等方面。然而这些传统的静态混合器有一个显著的缺点，在混合过程中界面调整比较困难，同时剪切作用，主要是用于黏度比较接近的流体之间的共混，对于黏度相差比较大的两种流体，不能够取得很好的混合性能。

现代混合理论的研究表明：拉伸流动在混合过程中起着很重要的作用，足够的拉应力可降低流体液滴尺寸，实现有效分散。达到良好的分散混合效果的重要途径是让所有流体重复的经过高的拉伸应力区。拉伸流动即是液体流动的速度梯度方向与流动方向相平行，产生了纵向的速度梯度，此时流动速度沿流动方向改变。拉伸流动使物料产生变形，减少料层厚度和堆积体积，使物料界面更新，增加物料交换的界面，有利于混合的进行。

然而，目前拉伸流动对混合性能的影响仅限于理论研究阶段，尚未投入实践。关键问题是，在有限的几何空间内很难实现较大的变形，来实现拉伸流动。

发明内容

本发明的主要目的是实现静态混合器的结构在空间上几何尺寸较小的情况下实现流道的较大变形，进而使流体流经此混合器时产生拉伸流动作用，使粒子破碎，达到混合的效果。本发明涉及了一个适用于挤出机，注射机等聚合物加工设备的拉伸流动静态混合器。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。包括有机体2和自上而下依次设置在机体2内部的螺旋分配器1、上盘3和下盘4。螺旋分配器1上设置有一入口A，下盘4上设置有一出口F，上盘3和螺旋分配器1固定连接，圆筒状的机体2固定在螺旋分配器1的外面，下盘4与机体2通过螺纹连接，螺旋分配器1和上盘3组成的整体与机体2之间留有用于物料流过的间隙，在上盘3的下表面和下盘4的上表面设置有一一对应的圆环形盘棱3a且上盘3和下盘4的盘棱之间留有用于物料流过的间隙δ，形成间隙周期性变化的流道，上盘3和下盘4之间的间隙与出口F相联通。

所述的上盘3和下盘4的盘棱之间留有用于物料流过的间隙δ大于0且小于3mm。

所述的机体2上还设置有用于放置热电偶的热电偶孔7。

所述的机体2上还设置有用于放置压力传感器的孔10。

所述的下盘4上设置有用于放置调节扳手的孔8

下盘4与机体2用螺纹连接，此处采用螺纹连接的目的是：1)实现下盘与机体的连接；2)螺纹连接可以通过调整螺纹的旋入深度来调整两盘型结构的间隙，以使得该混合器能够适应不同物料的加工。螺旋分配器和上盘组成的整体与机体形成物料流道的上半部分，上、下盘上设置一系列高度相等、半径逐渐减小、与上下盘的外表面同心的环形盘棱，且保证装配好后，上、下两盘的盘棱是正对的，形成间隙周期性变化的流道。

本发明的拉伸流动静态混合器的主要特点有：

1)将吹模机头中常用的的螺旋分配器引入本设计，来实现物料流道由轴向到径向的转变；为实现后面较大的流道形变做准备，同时保证物料在温度、压力、流量等均匀的分配到后面的拉伸流动区域；

2)上、下两盘型结构盘棱一一对应，形成间隙周期性变化的流道，聚合物熔体流经该周期性变化的流道的过程中，会产生一定的速度梯度，进而产生拉伸作用；

3)由于盘型结构的盘棱是沿径向上一圈一圈的周期性分布的，故聚合物熔体可以重复多次经过拉伸区；

4)两盘之间的间隙是可调的，上、下盘之间的间隙可以通过下盘4与机体2之间的连接螺纹8来实现，通过调节给连接螺纹的选入深度来调节两盘之间的间隙；

5)上、下盘可以自由拆装更换的，可以根据不同需要，选择不同盘棱高度的盘形结构。

附图说明

图1本发明的装配图

图2本发明的俯视图

图3上盘的主视图

图4上盘的俯视图

图5下盘的主视图

图6两盘形结构形成的拉伸区示意图

图中：1、螺旋分配器，2、机体，3、上盘，3a、盘棱，4、下盘，5、第一连接螺钉，6、第二连接螺钉，7、热电偶孔，8、用于放调节扳手的孔，9、下盘与机体的连接螺纹，10、压力传感器的孔。

具体实施方式

下面结合图1～7详细说明本实施例：

本实施例包括有一个螺旋分配器1、一对间隙周期性变化的盘状结构，即上盘3和下盘4、一个机体2。其中，上盘3和螺旋分配器1通过第二螺钉螺钉连接在一起，形成一个整体。圆筒状的机体2通过第一螺钉5固定在螺旋分配器1的外面。下盘4与机体2通过螺纹9连接在一起，下盘4的底部设置有用于放置调节扳手的孔8，通过调节扳手旋转下盘4来调节上下盘之间的间隙δ。

上盘3的下表面和下盘的上表面设置一系列高度相等、半径逐渐减小、与上下盘的外表面同心的环形盘棱3a，且保证装配好后，上、下两盘的盘棱是正对着的，且盘棱之间留有用于物料流过的间隙，δ大于0且小于3mm，形成间隙周期性变化的流道。聚合物熔体在流经该区域时，首先经过流道较宽的E1区，然后进入较窄的E2区，然后再次重复经过E1区和E2区，直至流到出口。

上盘3和下盘4之间的间隙与出口F相连通。螺旋分配器1和上盘3组成的整体的外表面与机体2之间留有间隙，形成物料流道的上半部分。该间隙是由螺旋分配器与机体相配合的最上端的0渐变到上盘侧面与机体之间的1mm，螺旋分配器为锥角斜度是20∶1的锥形体。上盘3和下盘4的盘棱3a一一对应，形成间隙周期性变化的流道。

机体2上还设置有用于放置热电偶的热电偶孔7。和用于放置压力传感器的孔10。

本实施例中的拉伸流动静态混合器和其他静态混合器一样，设在挤出机的螺杆和口模之间或注射机的喷嘴中，与成型设备的连接可以根据需要而改变，可以用螺钉连接，也可用销钉或其他方式来连接。入口A和出口F的结构可以根据实际需要加以改变。

具体工作原理是：

由螺杆出来的熔体，由入口A进入，通过径向的分流道B流到螺旋分配器的螺槽C，进入螺旋分配器和机体形成的流道D中，在此过程中，熔体既沿螺旋槽作旋转流动，同时又在螺旋分配器与机体的环隙中做轴向流动，并逐渐从螺旋流动为主过渡到轴向流动为主，从而使熔体沿环隙周向的流率、温度分布和压力趋向均匀，故螺旋分配器的主要作用是使熔料在压力、温度和速度分布等均匀的分配到盘状结构圆周上，同时在一定程度上使得熔体得到进一步充分有效的混合。

盘棱正对的上盘和下盘形成一个间隙周期性变化的流道E，由螺旋分配器和机体形成的流道D过来的流体，进入能够形成重复高拉伸的流道E，产生拉伸作用，然后物料由出口F流出拉伸流动静态混合器，进入成型机头等设备。

Claims (5)

1.拉伸流动的静态混合器，其特征在于：包括有机体(2)和自上而下依次设置在机体(2)内部的螺旋分配器(1)、上盘(3)和下盘(4)；螺旋分配器(1)上设置有一入口(A)，下盘(4)上设置有一出口(F)，上盘(3)和螺旋分配器(1)固定连接，机体(2)固定在螺旋分配器(1)的外面，下盘(4)与机体(2)通过螺纹连接，螺旋分配器(1)和上盘(3)组成的整体的外表面与机体(2)之间留有用于物料流过的间隙，在上盘(3)的下表面和下盘(4)的上表面设置有一一对应的圆环形盘棱(3a)且上盘(3)和下盘(4)的盘棱之间留有用于物料流过的间隙δ，上盘(3)和下盘(4)之间的间隙与出口(F)相连通。

2.根据权利要求1所述的拉伸流动的静态混合器，其特征在于：所述的上盘(3)和下盘(4)的盘棱之间留有用于物料流过的间隙δ大于0且小于3mm。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的拉伸流动的静态混合器，其特征在于：所述的机体(2)上还设置有用于放置热电偶的孔(7)。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的拉伸流动的静态混合器，其特征在于：所述的机体(2)上还设置有用于放置压力传感器的孔(10)。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的拉伸流动的静态混合器，其特征在于：所述的下盘(4)上设置有用于放置调节扳手的孔(8)。

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