CN106584691A - 一种磨盘式混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磨盘式混合器，属于聚合物共混装备领域。混合器由混合器主体、动力系统、传动部件、料条输送装置和机架组成；其中，混合器主体用于熔融、塑化、混炼和挤出；动力系统为混合器主体提供动力；传动部件将动力系统的动力传递给混合器主体；料条输送装置将混合器主体挤出料条进行输送和冷却；机架具有支撑和定位功能；混合器主体工作时，其内螺杆和定盘不动，动盘旋转体旋转。螺杆起到输送压实物料的作用，动盘旋转体和定盘相对运动起到混炼作用。经混炼后物料流入动盘集料槽，由定盘出料口挤出成条。磨盘间隙可由调隙装置或垫片调节。混合器主体考虑了轴承密封，且具有温度控制功能。可用于聚合物基物料的共混改性加工过程。

Description

一种磨盘式混合器

技术领域

本发明提出了一种磨盘式混合器，可用于聚合物基物料的熔融、塑化、混炼和挤出加工，属于聚合物共混装备领域。

背景技术

在聚合物加工过程中，混炼是一项必不可少的工艺过程。随着对高性能、高质量的高分子材料需求的加大，对混炼装备也提出了进一步提升的要求。近十几年来，设计人员将传统石磨和螺杆挤出机巧妙结合，研发出多种类型的具有较高剪切分散能力的连续混炼装备。经过资料检索，用到这一设计思路的混炼设备主要有如下几种：

1黄丽萍等公开了标题为“一种端面混炼挤出机”（1993年3月发表于《中国塑料》第7卷第1期），该挤出机在其螺杆头的位置安装研磨磨盘，在动盘对面固定结构上安装定盘。工作时候，螺杆上的动盘随螺杆转动，螺杆起到输送、熔融和建压的作用，动盘和定盘相对运动起到剪切、分散的混炼作用，可见，该挤出机具有较好的分散混合性能。但是，从挤出机螺杆的整体结构来看，螺杆为悬臂式安装，且在悬臂端又安装了直径较大的定盘，增加了螺杆的重量，加剧了螺杆和机筒之间的磨损。同时，动盘和定盘之间物料的粘着作用产生较大的摩擦力，进而转换为扭矩传递给螺杆。由于定盘直径较大，相同摩擦力作用下，转换到螺杆上的扭矩也就较大。从而对螺杆的力学性能提出了较高的要求，并且在一定程度上限制了螺杆转速和产量的提高。

2 李翱、江波和毕超三人申请的中国发明专利：“一种异径不等间隙螺槽容积变化的串联式磨盘挤出机”（申请号：CN201410004634，申请日2014年1月6日），公开了一种串联型挤出机，该挤出机采用异径不等间隙螺槽容积变化的结构，使得该串联式磨盘挤出机解决了填料不能均匀地分布到聚合物基体中的问题。该挤出机的磨盘元件结构复杂，容易产生物料残留，且多级磨盘的串联结构，在更换物料清洗机器时较为困难。同时，由于螺杆上磨盘直径大于输送螺纹块直径，所以在机组安装时机筒上定盘和螺杆上动盘要交替依次安装，不利于机器的解体清洗。

3徐僖和王琪申请的已授权中国发明专利：“力化学反应器”（申请号：CN 95111258.9，1995年3月申请，2001年6月授权），公开了一种力化学反应器，该反应器通过磨盘的剪切和挤压作用，实现对物料的研磨。根据专利附图可见，加工过程中，物料先进入第一级磨盘进行研磨，经动盘和定盘的间隙流出，通过输料软管流入第二级磨盘，再次研磨后经出口流出。从整个结构看，该力化学反应器适合于附着力较小的固态或黏度较小的液态物料研磨，而不适合聚合物基物料的熔融、塑化、混炼和挤出加工。主要体现在a.聚合物基物料熔融后黏度较大，流动性差，易附着在磨盘盘体上；b.两级磨盘之间采用输料软管连接，没有推进物料流动的动力来源，易造成管道堵塞；c.物料从第二级动盘和定盘之间的间隙流出，无法收敛挤出成条，影响后续切粒；d.混合器结构相对复杂，特别是当熔融的聚合物附着在磨盘或管道表面上时，设备清理较为困难。

4周海英的“多级磨盘式强剪切分散混炼器对聚烯烃及其碳酸钙填充体系流变行为和分散性能影响的研究”（2006年四川大学硕士论文），公开了一种多级磨盘式强剪切分散混合器，该混合器包括分散和剪切两种功能元件，具有较好的混合性能。但是该混合器无法单独工作，需要与螺杆挤出机相连，由挤出机以一定压力进行供料，且物料必须为已经熔融塑化的物料。

5张军申请的中国发明专利：“磨盘式高速挤出机”（申请号：CN03102852.7，申请日2003年1月24日），公开了一种磨盘式挤出机。该发明中，螺杆、定盘和转轴为一体，通过径向轴承与机架进行径向定位，通过磨盘下面的推力轴承进行轴向定位。该发明一定程度上改善了悬臂磨盘式挤出机螺杆的受力转态。但是从整体结构上来看，该发明仍存在如下待解决的问题：a）挤出建压问题，虽然专利提及采用蜗壳离心泵结构来进行熔体输送建压，但考虑聚合物为高黏度物料，加工基本理论中是忽略惯性力影响的，而蜗壳离心泵结构正是利用物料的惯性来进行建压的，故此推断该熔体输送结构存在一定的设计缺陷；b）没有考虑动盘和定盘间隙调整的问题；c）当物料流过动盘和定盘之间的间隙，进入具有蜗壳离心泵结构形式的熔体输送段后，专利中没有考虑如何防止物料进入磨盘底面的推力轴承，同时也没有考虑如何防止轴承的润滑油进入物料输送空间。

6 刘勇、雒焕禄和李秀红三人申请的中国发明专利： “一种用于微量物料共混的新型磨盘挤出机”（申请号：CN201310402782.7，申请日2013年9月8日），公开了一种磨盘挤出机，该设备把辊筒压片装置和磨盘混合器组合在一起，物料经磨盘混合器混合后，被挤压到双辊压片装置上，进行压片。但从整体结构来看，该设备在设计上存在一定的问题。A）该混合器无法拆卸，根据发明结构分析：两组定盘和动盘交替布置，定盘通过焊接与机筒固定在一起，装配时需先焊接第一个定盘，然后安装相邻动盘，随后再焊接第二个定盘，之后再安装动盘，最后焊接第三个定盘，这样就造成混合器不能拆卸的问题。B）混合器驱动轴上安装螺纹块和动盘，安装后为一个整体。该整体通过联轴器与电机相连。该发明中没有提及如何将驱动轴进行轴向定位的问题，这样就会造成由于重力作用整体下滑、动盘和定盘盘面接触的问题，从而导致盘面磨损。C）该混合器不具有调整动盘和定盘之间间隙大小的结构。D）润滑油的密封问题，从该发明附图中可以看出，联轴器和电机之间安装有轴承，该设计没有考虑密封结构，在工作过程中，轴承里的润滑油（脂）容易进入到机筒内，污染物料。

7 日本B-H工业有限会社的山冈岸泰申请的中国发明专利：“连续捏和机”（申请号：CN92108894.9，申请日1995年6月21日），公开了一种连续捏和机。该发明中，在一个旋转螺杆上交替安装了数个圆盘，其中，旋转圆盘的两侧面形成沿圆周方向交替的成放射状延伸突起和凹部，并且旋转圆盘和固定圆盘的凹深度随着旋转轴中心的距离成比例的增大。该发明在一定程度上提供了压缩、剪切作用，同时能防止物料局部滞留。但连续捏和机没有调节磨盘间隙的结构。

8 V. N. Bondarenko, P. P. Demin, V. L. Kocherov, Yu. E. Lukach and A. I. Rog发表的标题为：“A screw-disk extruder for processing polycaproamide”（1977年1月发表在《化工和石油机械制造Khimicheskoie i Neftyanoe Mashinostroenie》杂志第一期第7到9页：UDC分类号：678057:678.5）的文章中指出：乌克兰基辅理工学院开发的一种盘式挤出机，该挤出机可通过移动法兰和其他辅助装置来调节磨盘的工作间隙H1和H2，物料由螺杆输送到螺杆上的固定齿和可移动齿内，然后进入到磨盘之间进行充分混合。但从整体结构看，由于螺杆顶端没有螺纹，物料由螺杆进入到固定齿和可移动齿之间需要螺杆提供很大的压力，对螺杆强度要求较高。并且该挤出机结构复杂，不便于拆卸清洗。

9 Elmer S. Scott和Dallas, Tex申请的已授权美国发明专利：“Disk Grinder and Mixer”，（申请号：US2550301，申请日 1948年7月6日），公开了一种磨盘混合器。该专利中介绍一个输送螺杆将物料推动到两个磨盘之间，物料在两磨盘的相对运动下完成混合。该专利发明的设备没有给出螺杆或磨盘温控的介绍，仅适合于低粘度流体或固体颗粒的研磨，而不适合于需要高温条件才能完成熔融塑化的高分子材料的混合加工。同时，物料从两磨盘的外径之间的缝隙流出，无法完成实现后续步骤中聚合物的挤出成条和切粒。

综上所述，上述各种基于磨盘原理开发的混炼设备存在以下问题：螺杆悬臂布置，且磨盘安装在螺杆头部，容易加剧螺杆和机筒磨损的同时增加螺杆所承受的扭矩，限制了螺杆转速和产量提高；不便于或无法拆卸清洗；需要其他设备以一定压力提供熔融物料；磨盘间隙无法调整；没有考虑物料空间密封；不适合聚合物基物料熔融、塑化、混炼和挤出加工使用。

本申请致力于改进和解决上述问题，旨在开发一种可用于聚合物基物料熔融、塑化、混炼和挤出的磨盘式混合器。

发明内容

本发明的目的在于改进传统混合器，使其机械性能更加优异、便于拆卸清洗、可调磨盘间隙、物料密封可靠、可独立工作且可应用于聚合物基物料熔融、塑化、混炼和挤出，提出了一种磨盘式混合器。

本发明的一种磨盘式混合器由混合器主体、动力系统、传动部件、料条输送装置和机架组成；其中，混合器主体具有熔融、塑化、混炼和挤出的功能；动力系统提供混合器主体工作所需动力；传动部件将动力系统的动力传递给混合器主体，可以使用带轮传动、链轮传动、齿轮传动或减速器直连等多种传动方式；料条输送装置将混合器主体挤出料条进行输送和冷却；所述的机架具有支撑和定位功能。

其中，所述的混合器主体包括料斗、动盘旋转体、螺杆、螺杆安装螺钉、轴承一、间隔环、轴承二、轴承锁紧螺母、轴承外壳、定盘、定盘回料环、压盖、压盖安装螺钉、密封件、底座、定盘加热器、挤出喷嘴、机筒、机筒加热器、定盘安装螺钉、机筒安装螺钉、定盘加热器安装螺钉、深度表和调隙螺栓；所述的动力系统包括电机和减速器；所述的料条输送装置包括输送滚筒、隔板、传送带、滚筒支架、料条输送装置电机和风机；

其中，所述混合器主体中动盘旋转体的端面上开设有分配槽和动盘研磨槽：动盘研磨槽可为臼目型、菊型和扇型等形式；分配槽深度大于动盘研磨槽深度；侧面开设有反胶螺纹槽；动盘旋转体相对于定盘上开设的定盘集料槽位置安装有多个排料销钉，排料销钉插入到定盘集料槽内，排料销钉的底面相对于定盘集料槽底面具有一定倾斜角度；

其中，所述混合器主体中定盘上端面开设有定盘研磨槽和定盘集料槽：定盘研磨槽可为臼目型、菊型和扇型等形式；定盘集料槽和定盘研磨槽相通，定盘集料槽深度不小于定盘研磨槽深度；定盘集料槽上开设有一个或多个定盘出料口；定盘底侧开设有定盘冷却介质通道，并与堵板焊接，从而实现密封；定盘冷却介质通道中可通过冷却介质，对定盘进行冷却；定盘冷却介质通道的入口和出口均开设在堵板上；定盘底侧还开设有若干热电偶安装孔，底座上安装定盘加热器，对定盘进行加热，且定盘温度可控；

其中，所述混合器主体中定盘回料环上表面开设有螺旋回料槽，该螺旋回料槽与定盘集料槽相通；

其中，所述混合器主体中机筒开设有机筒冷却介质通道，其中可通入冷却介质对机筒进行冷却，机筒上开设有若干热电偶安装孔，机筒上开设有机筒冷却介质通道的入口和机筒冷却介质通道出口。机筒外安装机筒加热器，对机筒进行加热，且机筒温度可控；

其中，所述混合器主体中螺杆压缩比大于等于1，螺纹头数大于等于1。

其中，所述混合器主体的轴承外壳上开设有螺纹孔，安装调隙螺栓，可调节动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙；深度表可测量轴承外壳与机筒的相对位移，以表征动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙大小。

本发明“一种磨盘式混合器”的连接关系为：动力系统通过传动部件与混合器主体相连；动力系统、混合器主体、料条输送装置和机架相连；料条输送装置位于混合器主体的下方与机架相连。

本发明“一种磨盘式混合器”的安装关系为：

其中，混合器主体的安装过程为：1）用定盘安装螺钉将定盘安装到底座上后，把定盘回料环套到定盘上，保证定盘和定盘回料环上表面等高平行，用螺杆安装螺钉将螺杆固定到定盘上；2）在动盘旋转体上依次安装轴承外壳、密封件、轴承一、间隔环、轴承二、轴承锁紧螺母，并将排料销钉安装到动盘旋转体上；3）用机筒安装螺钉将机筒安装到底座上，并压紧定盘回料环；4）将步骤2）组装的部件套到螺杆上，轴承外壳与机筒台阶面接触，起到支撑作用；5）安装压盖；6）把料斗安装到动盘旋转体上；7）用定盘加热器安装螺钉将定盘加热器安装到底座上；8）安装机筒加热器；9）将挤出喷嘴通过底座和定盘加热器相应位置开设的安装孔安装到定盘上；10）利用调隙螺栓和深度表调整动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙后，拧紧压盖安装螺钉。

本发明“一种磨盘式混合器”的混合器主体的工作过程为：混合器主体工作时，传动部件将动力系统的动力传递给混合器主体中的动盘旋转体；混合器主体中螺杆和定盘固定不动，动盘旋转体转动；物料通过料斗进入到动盘旋转体内壁和螺杆之间所形成的输送通道内；由于动盘旋转体和螺杆的相对运动，物料依靠动盘旋转体内壁和螺杆表面的摩擦作用向下输送，螺杆具有足够压缩比，以保证螺杆内物料能够被充分压实，并以一定压力挤压物料进入动盘旋转体端面上的分配槽内；在螺杆的挤压、机筒温控和定盘温控的综合作用下，物料在分配槽内可以达到一定程度的熔融；由分配槽进入到动盘旋转体的动盘研磨槽和定盘上的定盘研磨槽内，在动盘旋转体端面和定盘上端面之间实现混炼，完成分布和分散混合；经混炼后的物料流入定盘集料槽；动盘旋转体端面相对于定盘集料槽位置安装的多个排料销钉插入到定盘集料槽内，排料销钉的底面相对于定盘集料槽底面具有一定倾斜角度，动盘旋转体旋转过程中，排料销钉有利于促使物料从定盘出料口流出；从定盘出料口流出的物料，经过挤出喷嘴挤出成料条，并落到料条输送装置上，在风机吹风的作用下，完成冷却和输送；所得料条可在后续工序中切粒。

本发明“一种磨盘式混合器”的混合器主体中，动盘旋转体端面和定盘上端面之间间隙调整的具体过程为：1.将调隙螺栓拧入轴承外壳上开设的螺纹孔；2.转动其中一个调隙螺栓，使调隙螺栓向下运动，轴承外壳被向上推起；3.调整过程中使用深度表测量轴承外壳的上升距离，从而精确地调整动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙；4.拧紧压盖安装螺钉；5.拧紧全部调隙螺栓。

其中，动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙还可以通过放置垫片来调整。

本发明“一种磨盘式混合器”的混合器主体具有两套加热/冷却装置，分别为定盘加热/冷却装置和机筒加热/冷却装置；

其中，定盘加热/冷却装置对定盘的温度进行控制，具体步骤为：

（a1）设定定盘工作温度的上限和下限；

（a2）由安装在定盘上的温度传感器读取定盘的当前温度；

（a3）判断定盘当前温度是否达到设定工作温度，并根据判断结果进行（a3.1）、（a3.2）或（a3.3）的相应操作，具体为：

（a3.1）当定盘当前温度低于设定工作温度下限时，开启定盘加热器进行加热；

（a3.2）当定盘当前温度高于设定工作温度上限时，冷却介质从定盘底部焊接的堵板上开设的定盘冷却介质通道入口流入定盘冷却介质通道，带走热量，进行冷却，然后从定盘冷却介质通道出口流出；

（a3.3）当定盘当前温度介于设定温度上限和下限之间时，停止加热和冷却。

其中，机筒加热/冷却装置对机筒的温度进行控制，具体步骤为：

（b1）设定机筒工作温度的上限和下限；

（b2）由安装在机筒上的温度传感器读取机筒的当前温度；

（b3）判断机筒当前温度是否达到设定工作温度，并根据判断结果进行（b3.1）、（b3.2）或（b3.3）的相应操作，具体为：

（b3.1）当机筒当前温度低于设定工作温度下限时，开启机筒加热器进行加热；

（b3.2） 当机筒当前温度高于设定工作温度上限时，冷却介质从机筒上开设的机筒冷却介质通道入口流入机筒冷却介质通道，带走热量，进行冷却，然后从机筒冷却介质通道出口流出；

（b3.3）当机筒当前温度介于设定温度上限和下限之间时，停止加热和冷却。

单独使用定盘加热/冷却装置或机筒加热/冷却装置时，混合器同样可以完成熔融、塑化、混炼和挤出加工。

有益效果

本发明提出了一种磨盘式混合器，可用于聚合物基物料的熔融、塑化、混炼和挤出加工，具有如下有益效果：

（1）本发明采用定盘和螺杆固定不动、动盘旋转体运动的工作方式，且采用竖直布置的结构形式，减少了机筒和螺杆的磨损，改善了螺杆的受力状态；

（2）本磨盘式混合器结构简单、紧凑、便于拆卸清洗，且在线物料比较少，清洗机器时浪费物料较少；

（3）螺杆起到输送、压实物料的作用，物料在螺杆根部开始塑化，在动盘旋转体端面和定盘上端面之间完成熔融、塑化、混炼和挤出；

（4）本混合器安装有调隙螺栓可调整动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙，深度表可以测量间隙大小；

（5）本发明中定盘外套有定盘回料环，动盘旋转体上开设有反胶螺纹槽，且在动盘旋转体及轴承外壳之间安装密封件，可有效密封物料空间；

（6）通过合理的几何构型设计，可保证动盘研磨槽和定盘研磨槽具有一定的输送能力，且在动盘旋转体上安装的排料销钉增加了混合器的排料性能，可将物料以一定的挤出压力、且以料条形式从混合器内排出，方便后续料条切粒；

（7）本发明采用磨盘结构，能够提供较大的剪切作用力，具有较好的分布和分散混合性能；

（8）本发明具有较好的适应范围，一方面通过调整动盘旋转体端面和定盘上端面之间间隙，对需要高剪切力的物料采用小间隙，对剪切敏感的物料采用大间隙，有效提升了设备的适用范围；另一方面，通过更换具有不同形状动盘研磨槽和定盘研磨槽的动盘旋转体和定盘，

也可以有效地改善混合器的混合性能，从而可满足不同物料的加工要求。

附图说明

图1 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中的结构示意图；

图2为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中混合器主体的结构示意图；

图3 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中定盘和定盘回料环的示意图；

图4 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中不同定盘研磨槽花纹示意图；

图5 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中定盘底侧示意图；

图6 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中动盘旋转体示意图；

图7 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中料条输送装置示意图；

图8为本发明 “一种磨盘式混合器”及实施例中机筒冷却介质通道展开图；

图9 为本发明“一种磨盘式混合器”及实施例中加垫片进行调隙的结构示意图；

图10为本发明“一种磨盘式混合器” 实施例中以80r/min转速制备PET/PP不相容体系的SEM照片；

图11为本发明“一种磨盘式混合器” 实施例中的对比试验中利用同向双螺杆挤出机以180r/min转速制备PET/PP不相容体系的SEM照片；

图12为本发明“一种磨盘式混合器”实施例中以转速为60r/min制备PET/PP不相容体系的SEM照片；

图13为本发明“一种磨盘式混合器”实施例中对比试验中利用串联式磨盘挤出机以50r/min转速制备PET/PP不相容体系的SEM照片；

图14为本发明“一种磨盘式混合器”实施例中的实物照片；

附图标记说明：

图1： 1是混合器主体、2是动力系统、3是传动部件、4是料条输送装置、5是机架；

图2： 6是料斗、7是动盘旋转体、8是螺杆、9是螺杆安装螺钉、10是定盘、11是定盘回料环、12是轴承外壳、13是密封件、14轴承一、15是间隔环、16是轴承二、17是轴承锁紧螺母、18是压盖、19是机筒、20是深度表、21是调隙螺栓、22是底座、23是定盘加热器、24是挤出喷嘴、25是机筒加热器、26是压盖安装螺钉、27是机筒安装螺钉、28是定盘加热器安装螺钉、29是定盘安装螺钉；

图3：30是定盘出料口、31是定盘研磨槽、32是定盘集料槽、33是螺旋回料槽；

图5：34是定盘冷却介质通道、35是堵板、36是定盘冷却介质通道入口、37是定盘冷却介质通道出口、38是热电偶安装孔；

图6：39是动盘研磨槽、40是分配槽、41是排料销钉、42是反胶螺纹槽；

图7：43是料条输送装置电机、44是输送滚筒、45是隔板、46是传送带、47是滚筒支架、52是风机；

图8：48是机筒冷却介质通道入口、49是机筒冷却介质通道、50是机筒冷却介质通道出口；

图9：51是垫片。

下面根据附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

应当指出，本申请的实施并不局限于下面的实施例，对本申请所做的任何形式上的变通或改变将落入本发明保护范围。

实施例 1

如图1所示，本发明的一种磨盘式混合器，包括混合器主体1、动力系统2、传动部件3、料条输送装置4和机架5；其中，传动部件3将动力系统2提供的动力传递给混合器主体1。混合器主体1和动力系统2安装到机架5上。料条输送装置4位于混合器主体1下方，且安装到机架5上。

如图2所示，本发明的一种磨盘式混合器中的混合器主体1（序号见图1）的连接和安装关系如下：

动盘旋转体7内套有螺杆8，螺杆8通过螺杆安装螺钉9固定在定盘10上。定盘10上套有定盘回料环11。动盘旋转体7上依次安装有轴承外壳12、密封件13、轴承一14、间隔环15、轴承二16、轴承锁紧螺母17、压盖18和料斗6。轴承外壳12外套有机筒19，轴承外壳12内装有深度表20和调隙螺栓21。底座22和定盘加热器23相连。挤出喷嘴24安装到定盘10上，正对定盘出料口30（序号见图3），并从底座22和定盘加热器23上开设的喷嘴安装孔伸出。机筒19外装有机筒加热器25。其中，压盖18由压盖安装螺钉26固定。在压盖安装螺钉26拧紧前，需要使用调隙螺栓21调整动盘旋转体7端面和定盘10上端面之间的间隙，并用深度表20进行测量，达到预定间隙后，取下深度表20，并用压盖安装螺钉26将压盖18压紧。机筒安装螺钉27将机筒19连接到底座22上。定盘加热器安装螺钉28将定盘加热器23连接到底座22上。定盘安装螺钉29将定盘10连接到底座22上。

如图3所示，定盘10（序号同图2）表面加工有定盘研磨槽31和定盘集料槽32，定盘集料槽32和定盘研磨槽31相连接，物料在定盘研磨槽31内作发散运动到达定盘集料槽32，通过在定盘集料槽32内的定盘出料口30挤出。定盘10（序号同图2）外套有定盘回料环11（序号同图2），定盘回料环11（序号同图2）上开设有螺旋回料槽33，可有效防止物料流入轴承一14（序号同图2）和轴承二16（序号同图2）组成的空间内。

如图4所示，为了满足不同物料的加工工艺要求，定盘研磨槽31的形状可为臼目型（如图4中a所示）、菊型（如图4中b所示）及扇型（如图4中c所示）。

如图5及图5中A-A剖视图所示，定盘10（序号同图2）底侧开设有定盘冷却介质通道34。堵板35起到了密封的作用。堵板35和定盘10（序号同图2）之间为焊接关系。堵板35上开设定盘冷却介质通道入口36和定盘冷却介质通道出口37。定盘底侧开设有三个热电偶安装孔38，可以分别采集定盘三个径向位置的温度。

图6的主视图和图6中K向视图分别描绘了动盘旋转体7（序号同图2）的主视半剖和底部仰视结构；动盘旋转体7（序号同图2）端面开设有动盘研磨槽39和分配槽40。其中分配槽40的深度是动盘研磨槽39的1.8倍；动盘旋转体7（序号见图2） 的端面上对应定盘10 （序号见图2）的定盘集料槽32（序号见图3）位置还安装有多个排料销钉41。动盘旋转体7（序号同图2） 侧面开设有反胶螺纹槽42，可有效防止物料流入轴承一14（序号同图2）和轴承二16（序号同图2）组成的空间内。

如图7所示，本发明还包括料条输送装置4（序号见图1），该装置上设有料条输送装置电机43、输送滚筒44、隔板45、传送带46、滚筒支架47，料条输送装置电机43通过输送滚筒44带动传送带46转动，从挤出喷嘴24（序号见图2）挤出的料条落到传送带46上，在风机52吹风的作用下，完成冷却和输送。

图8给出了机筒19（序号见图2）的机筒冷却介质通道展开示意图。机筒19上开设机筒冷却介质通道49，机筒冷却介质通道49为串联联通方式，在机筒冷却介质通道49的两端分别开设有机筒冷却介质通道入口48和机筒冷却介质通道出口50。

所述传动部件3采用带传动，两带轮分别安装到混合器主体1的动盘旋转体7上和动力系统2的减速器输出轴上。可通过调节混合器主体1和动力系统2的距离来调节皮带张紧力。

所述混合器主体1的工作过程如下：

混合器主体1内螺杆8和定盘10固定不动，动盘旋转体7转动。物料通过料斗6进入到动盘旋转体7内壁和螺杆8之间所形成的输送通道内。由于动盘旋转体7和螺杆8的相对运动，物料依靠动盘旋转体7内壁和螺杆8表面的摩擦作用向下输送，螺杆8压缩比为2.8，螺纹头数为1头，可保证螺杆8内物料能够被充分压实，并以一定压力将物料挤压入动盘旋转体7端面的分配槽40内。经螺杆8的挤压、机筒19温控和定盘10温控的综合作用，物料在分配槽40内可以达到一定程度的熔融。由分配槽40进入到动盘旋转体7的动盘研磨槽39和定盘10上的定盘研磨槽31内，在动盘旋转体7端面和定盘10上端面之间的进行混炼，完成分布和分散混合。经混炼后的物料流入定盘10上的定盘集料槽32。动盘旋转体7端面相对于定盘10定盘集料槽32的位置有多个排料销钉41，排料销钉41插入到定盘集料槽32内，排料销钉41的表面相对于定盘集料槽32底面具有45°倾斜角度，动盘旋转体7旋转过程中，排料销钉41有利于促使物料从定盘出料口30流出。从定盘出料口30流出的物料，经过挤出喷嘴24挤出，落到料条输送装置4的传送带46上，在风机52吹风的作用下，完成冷却和输送。所得料条可在后续工序中切粒。

所述的混合器主体1具有两组加热/冷却装置。

第一组为定盘10加热/冷却装置，其工作过程为：（a1）设定定盘10工作温度的上限和下限；（a2）由安装在定盘10上的温度传感器读取定盘10的当前温度；（a3）判断定盘10当前温度是否达到设定工作温度，并根据判断结果进行（a3.1）、（a3.2）或（a3.3）的相应操作，具体为：（a3.1）当定盘10当前温度低于设定工作温度下限时，开启定盘加热器23进行加热；（a3.2）当定盘10当前温度高于设定工作温度上限时，冷却介质从定盘10底部焊接的堵板35上开设定盘冷却介质通道入口36流入定盘冷却介质通道34，带走热量，进行冷却，然后从定盘冷却介质通道出口37流出。（a3.3）当定盘10当前温度介于设定温度上限和下限之间时，停止加热和冷却。

第二组为机筒19加热/冷却装置，其工作过程为：（b1）设定机筒19工作温度的上限和下限；（b2）由安装在机筒19上的温度传感器读取机筒19的当前温度；（b3）判断机筒19当前温度是否达到设定工作温度，并根据判断结果进行（b3.1）、（b3.2）或（b3.3）的相应操作，具体为：（b3.1）当机筒19当前温度低于设定工作温度下限时，开启机筒加热器25进行加热；（b3.2） 当机筒19当前温度高于设定工作温度上限时，冷却介质从机筒19上开设的机筒冷却介质通道入口48流入机筒冷却介质通道49，带走热量，进行冷却，然后从机筒冷却介质通道出口50流出；（b3.3）当机筒19当前温度介于设定温度上限和下限之间时，停止加热和冷却。

实施例 2

如图2所示，为了能够精确调整动盘旋转体7端面和定盘10上端面之间的间隙，以适应不同物料的加工要求，本发明主体中还包含了调隙装置。下面，本实施例将详细描述调隙装置的组成及具体调隙的工作过程。

首先，调隙装置包括深度表20和调隙螺栓21。本发明及实施例中，轴承锁紧螺母17的锁紧使得动盘旋转体7和轴承外壳12、密封件13、轴承一14、间隔环15、轴承二16成为一个整体。具体调隙过程如下：

在压盖安装螺钉26拧紧前，使用调隙螺栓21调整动盘旋转体7端面和定盘10上端面之间的间隙，转动调隙螺栓21，调隙螺栓21向下运动，轴承外壳12向上升起带动动盘旋转体7及其上各零件整体上升，调隙过程中使用深度表20测量轴承外壳12上升的距离S，此时动盘旋转体7端面和定盘10上端面之间的间隙为。达到预定间隙后，取下深度表20，并用压盖安装螺钉26将压盖18压紧。

其中：为动盘旋转体7端面和定盘10上端面之间的初始间隙；为轴承外壳12上升的距离。

实施例 3

本发明还可通过采用增加垫片来调节动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙，具体实施如本发明及实施例中的图9所示。

具体采用增加垫片51的方法调节动盘旋转体7（序号同图2）端面和定盘10（序号同图2）上端面之间的间隙，其过程具体为：

把若干垫片放置在机筒19（序号同图2）和轴承外壳12（序号同图2）之间的凸台上，随着垫片数量和高度的增加，轴承外壳12（序号同图2）向上升起，带动动盘旋转体7（序号同图2）及其上各零件整体上升，此时得到的动盘旋转体7（序号同图2）端面和定盘10（序号同图2）上端面之间的间隙为；

其中： 为动盘旋转体7（序号同图2）端面和定盘10（序号同图2）上端面之间的初始间隙；为每片垫片的厚度，为垫片的总个数。当时，动盘旋转体7（序号同图2）端面和定盘10（序号同图2）上端面之间的间隙为动盘旋转体7（序号同图2）端面和定盘10（序号同图2）上端面之间的初始间隙。

实施例 4

如图2所示，为防止聚合物熔体流入轴承一14和轴承二16组成的空间以及轴承润滑油（脂）流入物料空间，本实施例具体阐述本发明提出的一种磨盘式混合器中的密封结构。

本发明主体及实施例中所叙述的密封结构，具体体现在如下三个环节：

（1）物料进入到定盘回料环11时会随着动盘旋转体7和定盘回料环11之间的相对转动做收敛流动，定盘回料环11上的螺旋回料槽33与定盘10的定盘集料槽32相通，物料流回到定盘10的定盘集料槽32内；

（2）动盘旋转体7的侧面加工了反胶螺纹槽42，进入到动盘旋转体7侧面的物料会随动盘旋转体7的转动通过动盘旋转体7侧面反胶螺纹槽42流回到定盘回料环11内的螺旋回料槽33内；

（3）在动盘旋转体7上还安装有密封件13。

实施例 5

针对PET/PP不相容体系，本实施例将本发明提出的一种磨盘式混合器和同向双螺杆挤出机的混炼性能进行对比。

实验中的原料采用聚丙烯PP（PA14D-1，熔融指数0.3g/10min，密度0.9g/m3，中国石化大庆炼化公司生产）、聚对笨二甲酸乙二醇脂PET（CB608，密度1.4g/m3，台湾远东纺织公司生产）、聚丙烯接枝马来酸酐PP-g-MAH（KT-1，沈阳科通塑料有限公司生产）、抗氧剂采用抗氧剂A（168，德国巴斯夫）及抗氧剂B（1010，德国巴斯夫）。本实施例中采用的PET/PP不相容体系配方见表1。

表 1 PET/PP不相容体系配方

物料组分	PET	PP	PP-g-MAH	抗氧剂A	抗氧剂B
						质量分数/%	10	82	7	0.5	0.5

实验中，采用本发明提出的磨盘式混合器，其中，螺杆直径30mm，螺杆长径比8，磨盘直径120mm，温度275℃，动盘旋转体转速80r/min。

实验中，采用某机械有限公司生产的KS20同向双螺杆挤出机，其中，螺杆直径为20mm，长径比25，挤出机各段沿挤出方向温度依次为250、260、275、275、270℃。螺杆转速为180r/min。

图10和图11分别是本发明提出的磨盘式混合器和同向双螺杆挤出机制备的PP/PET不相容体系的SEM照片。可见，磨盘式混合器低转速时可以达到和同向双螺杆相同的挤出效果。然而，本发明提出的磨盘式混合器的体积更小，物料在线更小，更节省人力。

实施例 6

针对PET/PP不相容体系，本实施例将本发明提出的一种磨盘式混合器和串联式磨盘挤出机的混炼性能进行对比，其物料选用和配方与实施例5相同。

实验中，采用本发明提出的磨盘式混合器，其中，螺杆直径30mm，螺杆长径比8，磨盘直径120mm，温度275℃，动盘旋转体转速60r/min。

试验中，采用型号为CPJ30/70(6)的串联式磨盘挤出机，其中，螺杆直径30，磨盘直径70，磨盘数量为6个。串联式磨盘挤出机沿挤出方向各段温度依次为249、250、257、250、252、249、198℃，螺杆转速50r/min。

图12和图13分别是本发明提出的磨盘式混合器和CPJ30/70(6)型串联式磨盘挤出机制备的PP/PET不相容体系的SEM照片。虽然本发明磨盘式混合器只配有一对定盘和动盘，但是可以达到具有6对磨盘的串联式磨盘挤出机的混炼效果。同时，本发明混合器更便于拆卸和清理残余物料。

实施例 7

本发明提出的一种磨盘式混合器，电机和减速器的动力，还可以经过链轮传动、齿轮传动或减速器直连的方式传递给混合器主体，驱动动盘旋转体转动，完成熔融、塑化、混炼和挤出加工。

实施例 8

本发明提出的一种磨盘式混合器，在仅使用机筒加热/冷却装置（即仅包括机筒加热器和机筒冷却系统）的情况下，同样可以完成熔融、塑化、混炼和挤出加工。

实施例 9

本发明提出的一种磨盘式混合器，在仅使用定盘加热/冷却装置（即仅包括定盘加热器和定盘冷却系统）的情况下，同样可以完成熔融、塑化、混炼和挤出加工。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (17)

1. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征在于：

由混合器主体、动力系统、传动部件、料条输送装置和机架组成；

其中，所述的混合器主体包括料斗、动盘旋转体、螺杆、螺杆安装螺钉、轴承一、间隔环、轴承二、轴承锁紧螺母、轴承外壳、定盘、定盘回料环、压盖、压盖安装螺钉、密封件、底座、定盘加热器、挤出喷嘴、机筒、机筒加热器、定盘安装螺钉、机筒安装螺钉、定盘加热器安装螺钉、深度表和调隙螺栓；所述的动力系统包括电机和减速器；所述的料条输送装置包括输送滚筒、隔板、传送带、滚筒支架、料条输送装置电机和风机。

2. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的混合器主体中动盘旋转体的端面上开设有分配槽和动盘研磨槽：动盘研磨槽可为臼目型、菊型和扇型等形式；分配槽深度大于动盘研磨槽深度；侧面开设有反胶螺纹槽；动盘旋转体相对于定盘上开设的定盘集料槽位置安装有多个排料销钉，排料销钉插入到定盘集料槽内，排料销钉的底面相对于定盘集料槽底面具有一定倾斜角度。

3. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的混合器主体中定盘回料环上表面开设有螺旋回料槽，该螺旋回料槽与定盘集料槽相通。

4. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的混合器主体中定盘上端面开设有定盘研磨槽和定盘集料槽：定盘研磨槽可为臼目型、菊型和扇型等形式；定盘集料槽和定盘研磨槽相通，定盘集料槽深度不小于定盘研磨槽深度；定盘集料槽上开设有一个或多个定盘出料口；定盘底侧开设有定盘冷却介质通道，并与焊接的堵板相连，从而实现密封；定盘冷却介质通道中可通过冷却介质，对定盘进行冷却；定盘冷却介质通道的入口和出口均开设在堵板上；定盘底侧还开设有若干热电偶安装孔，底座上安装定盘加热器，对定盘进行加热，且定盘温度可控。

5. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的混合器主体中机筒开设有机筒冷却介质通道，其中可通入冷却介质对机筒进行冷却，机筒上开设有若干热电偶安装孔，机筒上开设有机筒冷却介质通道的入口和机筒冷却介质通道出口；机筒外安装机筒加热器，对机筒进行加热，且机筒温度可控。

6. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的混合器主体中螺杆压缩比大于等于1，螺纹头数大于等于1。

7. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的传动部件将动力系统的动力传递给混合器主体，可以使用带轮传动、链轮传动、齿轮传动或减速器直连等多种传动方式。

8. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的混合器主体的轴承外壳上开设有螺纹孔，安装调隙螺栓，可调节动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙；深度表可测量轴承外壳与机筒的相对位移，以表征动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙大小。

9. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的一种磨盘式合器的各组成部分连接关系为：动力系统通过传动部件与混合器主体相连；动力系统、混合器主体、料条输送装置和机架相连；料条输送装置位于混合器主体的下方与机架相连。

10. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的一种磨盘式合器的混合器主体的安装过程为：1）用定盘安装螺钉将定盘安装到底座上后，把定盘回料环套到定盘上，保证定盘和定盘回料环上表面等高平行，用螺杆安装螺钉将螺杆固定到定盘上；2）在动盘旋转体上依次安装轴承外壳、密封件、轴承一、间隔环、轴承二、轴承锁紧螺母，并将排料销钉安装到动盘旋转体上；3）用机筒安装螺钉将机筒安装到底座上，并压紧定盘回料环；4）将步骤2）组装的部件套到螺杆上，轴承外壳与机筒台阶面接触，起到支撑作用；5）安装压盖；6）把料斗安装到动盘旋转体上；7）用定盘加热器安装螺钉将定盘加热器安装到底座上；8）安装机筒加热器；9）将挤出喷嘴通过底座和定盘加热器相应位置开设的安装孔安装到定盘上；10）利用调隙螺栓和深度表调整动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙后，拧紧压盖安装螺钉。

11. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的一种磨盘式合器的混合器主体的工作过程为：混合器主体工作时，传动部件将动力系统的动力传递给混合器主体中的动盘旋转体；混合器主体中螺杆和定盘固定不动，动盘旋转体转动；物料通过料斗进入到动盘旋转体内壁和螺杆之间所形成的输送通道内；由于动盘旋转体和螺杆的相对运动，物料依靠动盘旋转体内壁和螺杆表面的摩擦作用向下输送，螺杆具有足够压缩比，以保证螺杆内物料能够被充分压实，并以一定压力挤压物料进入动盘旋转体端面上的分配槽内；在螺杆的挤压、机筒温控和定盘温控的综合作用下，物料在分配槽内可以达到一定程度的熔融；由分配槽进入到动盘旋转体的动盘研磨槽和定盘上的定盘研磨槽内，在动盘旋转体端面和定盘上端面之间实现混炼，完成分布和分散混合；经混炼后的物料流入定盘集料槽；动盘旋转体端面相对于定盘集料槽位置安装的多个排料销钉插入到定盘集料槽内，排料销钉的底面相对于定盘集料槽底面具有一定倾斜角度，动盘旋转体旋转过程中，排料销钉有利于促使物料从定盘出料口流出；从定盘出料口流出的物料，经过挤出喷嘴挤出成料条，并落到料条输送装置上，在风机吹风的作用下，完成冷却和输送；所得料条可在后续工序中切粒。

12. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的一种磨盘式合器的混合器主体中，动盘旋转体端面和定盘上端面之间间隙调整的具体过程为：1)将调隙螺栓拧入轴承外壳上开设的螺纹孔；2)转动其中一个调隙螺栓，使调隙螺栓向下运动，轴承外壳被向上推起；3)调整过程中使用深度表测量轴承外壳的上升距离，从而精确地调整动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙；4)拧紧压盖安装螺钉；5)拧紧全部调隙螺栓。

13. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

权利要求1中所述的一种磨盘式合器的混合器主体中，动盘旋转体端面和定盘上端面之间的间隙还可以通过放置垫片来调整。

14. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

从属权利要求4中所述的定盘温度调节功能由定盘加热/冷却装置来完成。

15. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

从属权利要求5中所述的机筒温度调节功能由机筒加热/冷却装置来完成。

16. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

从属权利要求4中所述的定盘加热/冷却装置单独被使用，而不使用机筒加热/冷却装置，同时保持本发明所述的其他组成部分不变，混合器同样可以完成熔融、塑化、混炼和挤出加工。

17. 本发明的一种磨盘式混合器，其特征还在于：

从属权利要求5中所述的机筒加热/冷却装置单独被使用，而不使用定盘加热/冷却装置，同时保持本发明所述的其他组成部分不变，混合器同样可以完成熔融、塑化、混炼和挤出加工。