CN1190303C - 一种双转子连续混炼机的转子 - Google Patents

Abstract

一种双转子连续混炼机的转子，它由一对相对回转的转子构成，各转子沿轴向由后向前依次设计有螺纹状的进料段、有两对螺旋方向相反螺棱的第一混炼段、螺纹状的输送段、设有沿径向凸起螺棱的第二混炼段及卸料段，其特征在于：第一混炼段和第二混炼段上的沿径向凸起的螺棱的数量为沿转子周向间隔分布的三个至五个，各螺棱之间周向均具有一个沿转子径向凹入的形自由空间，转子的各螺棱靠向其回转工作面一侧的顶缘有一榫状楔入角。

Description

一种双转子连续混炼机的转子

技术领域

本发明涉及一种高聚物加工机械，特别是一种双转子连续混炼机的转子。

背景技术

双转子连续混炼机，是由美国Farrel公司于六十年代中期，在其名牌产品Banbury密炼机的基础上开发制造的新型连续密炼机械。该机器的外型很象双螺杆挤出机，而加料与出料方式则并不相同。该机器主要由料筒、转子、卸料装置等部分组成。料筒上的混炼腔为相互贯通的、横截面为∞形的孔。物料在混炼腔中受到转子的剪切、粉碎、捏合、混合作用。料筒上还开有冷却水孔，并备有电加热器，可以根据工艺的需要，对物料进行加热和冷却。转子根据其功能可以划分为加料段、混炼段和出料段。其中，加料段如同两根非啮合的双螺杆，由加料口加入的物料，在转子混炼段螺纹的推动下，到达混炼段；混炼段则更象一对密炼机转子，其表面有两对旋转方向相反、螺旋角各不相等的螺纹，物料在此受到挤压、粉碎，从而被捏合、熔融、混合、塑化；出料段通常为圆柱体，或为螺纹段。卸料装置由卸料门和调节装置所组成，通过调节卸料调节装置，可以控制卸料门的开启度，达到控制物料在混炼腔中的的停留时间的目的。由于该机器维护方便，因此倍受人们的关注。尤其是在大型石油化工行业，被广泛地应用于合成高分子材料的混合。德国西门子公司和W&P公司、日本制钢所和神户制钢所等国外著名的企业都相继开发和制造了各种类型的连续混炼机。其中，日本制钢所则开发了带有新型转子结构的CIM、CMP系列连续混炼机；美国Farrel公司则将混炼机与热喂料挤出机装在一个机架上，制成CP系列连续混炼造粒机组，并开发出了适应不同混炼工艺要求的7#、15#、22#、24X#转子，被广泛应用于对各种高分子材料的混合与造粒。意大利Pomini公司在FCM系列连续混炼机的基础上，向国际市场推出了带有双混炼腔、双加料口、转子拥有两个混炼段的LCM系列连续混炼机，该机器的可变操作参数更多，工艺适应性更强，最大产量可达每小时十二吨，具有较高的填充混合能力。

现有双转子连续混炼机转子工作部分的形状如图1所示，根据其功能的不同，可以分为加料段A、第一混炼段B、输送段C、第二混炼段D和卸料段E。转子的加料段为螺纹段，主要将由加料口加入的物料输送到转子的第一混炼段；转子的第一混炼段一般有两对螺旋方向相反的螺棱B1，该四根螺棱的螺旋角度各不相同，物料在此螺棱的作用下，经历了往返重叠的捏合混合作用，使物料得以分散、混炼；与转子的加料段一样，输送段也为螺纹段，将第一混炼段的物料输送至具有两对旋向相反螺棱D1的第二混炼段，进行进一步的混炼、混合；转子的卸料段的横截面一般为椭圆或圆柱形，主要将混炼后的物料经卸料口排出筒体混炼腔。

目前的双转子连续混炼机转子的第一混炼段B和第二混炼段D的横截面形状一般采用椭圆形(如图2所示)，等深螺槽，对物料的适应性较差，尤其是对于熔融指数较高和较低的物料的适应性和产量波动的适应性较差，影响了该类设备的推广使用。

双转子连续混炼机的加工能力与其料筒内的自由体积的大小成正比。目前的连续混炼机的转子端面形状通常为椭圆形。该种转子断面的面积较大，所占的料筒空间较大，料筒内的自由体积相对较小，导致物料在料筒中的停留时间受到了限制，转子每转一圈，转子对物料只剪切两次，使混合效率较低。另有研究表明，物料在加入混炼机的初期，是呈块状的弹性体，料块与料块间的牵带性很小，常常为相互独立的块团，现有椭圆形转子组构成的自由体积相对较小，导致了加料量偏小，松散的物料在混炼过程中有相当一部分随转子在混炼腔内空转，而造成物料随转子空转而并未被实际剪切混合。未被剪切混合的另一原因是由于转子螺棱顶部的平面状设计，参见图3。正是由于这种平面状设计，使其对加工初期的团块状物料以及加工一定时间后的具一定弹性的面团状物体牵带楔入效果差。即并没有通过转子螺棱顶部参与剪切混合，即导致物料在由转子螺棱推进面流入到转子螺棱顶部与混炼腔内壁之间的间隙的过程中，部分物料并没有牵带进入该高剪切区，而是产生了返流，在转子螺棱推进面形成了螺旋转动，使部分物料与转子一道在混炼腔内旋转，因而降低了混炼效率。白白地消耗了功率，影响了混合效率和混合效果。

另从理论上分析，双转子连续混炼机的转子混炼段的螺棱对物料并没有太大的推进作用，混炼机的出料量主要取决于进料量，但由于目前的双转子连续混炼机的转子采用等深螺槽结构，当产量较低时，卸料段的混炼腔不能被物料完全充满，混合过程不够稳定，致使出料不连续。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有混炼机转子的上述技术问题，而提供一种既具有很好剪切、楔带效果，又具有较大的自由空间体积，且具有很好的混合效果和高的生产能力的一种双转子连续混炼机的转子。本发明的技术方案如下：

一种双转子连续混炼机的转子，它由一对相对回转的转子构成，各转子沿轴向由后向前依次设计有螺纹状的进料段、有螺旋方向相反螺棱的第一混炼段、螺纹状的输送段、设有沿径向凸起螺棱的第二混炼段及卸料段，其特征在于：第一混炼段和第二混炼段上的沿径向凸起的螺棱的数量为沿转子周向间隔分布的三个至五个，各螺棱之间周向均具有一个沿转子径向凹入的勺形自由空间，转子的各螺棱靠向其回转工作面一侧的顶缘有一榫状楔入角。

由上可见，本发明的显著效果如下：通过改变双转子连续混炼机转子非工作表面的形状，将转子的非工作表面挖掉一块，并使其成为榫状的三棱或四棱转子，由于其断面的面积减小，而料筒内的自由体积增大，提高了设备的混合能力与产量。将转子螺棱靠向其回转工作面一侧顶部的平面改成具有榫状楔入角斜面等一系列新设计，一方面增加转子顶部对物料的剪切速率，另一方面也可以提高物料在混合过程中对物料牵带楔入的作用，既提高了物料通过螺棱顶部的比例，又有效地防止物料在混炼腔内随转子一起空转的现象。

本发明将转子混炼段的螺棱数由两对增加至3-5对，使转子每转一圈，便可以对物料剪切3-5次，提高了剪切混合的效率。

本发明在第二混炼段的螺纹交汇点至卸料段之间设置一变径段D5，将卸料段的长度由原来的1D增长为1.2D-1.5D。该变径段的存在和卸料段的增长，使得物料能够充满转子的卸料段与混炼室之间的间隙，能够保证混合时物料的界面更新和分散混合的顺利进行以及卸料时的连续性。

附图说明

图1为现有双转子连续混炼机转子的结构图；

图2为图1中A-A和A′-A′剖面图。

图3为图2所示转子的螺棱部位放大图。

图4为本发明转子的结构图。

图5为图4的B-B和B′-B′剖面图。

图6为图5中转子螺棱部位放大图。

图7为本发明转子工作时的物料横向流动状态图。

图8为本发明转子工作时的物料轴向流动状态图。

具体实施例

下面将结合附图4至8对本发明的具体结构进行详细的说明。

一种双转子连续混炼机的转子，它由一对相对回转的转子构成，各转子沿轴向由后向前依次设计有螺纹状的进料段A、有螺旋方向相反螺棱的第一混炼段B、螺纹状的输送段C、设有沿径向凸起螺棱的第二混炼段D及卸料段E，其特征在于：第一混炼段B和第二混炼段D上的沿径向凸起的螺棱B2和D2的数量为沿转子周向间隔分布的三个至五个，各螺棱B2和D2之间周向均具有一个沿转子径向凹入的勺形自由空间B3和D3，转子的各螺棱B2和D2靠向其回转工作面一侧的顶缘有一榫状楔入角B4和D4。参见图4至图6所示。

第一混炼段B和第二混炼段D上沿径向凸起的螺棱B2和D2为沿转子周向等间隔分布的四个，在第二混炼段D的螺纹交汇点至卸料段E起点之间的轴向为一变径段D6。参见图4和图6所示。

各转子螺棱B2和D2之间的周向自由空间B3和D3沿转子横截面呈勺形，其回转工作面一侧的自由空间的轮廓线B31和D31均呈沿径向外凸的勺把状曲线段，而剩余的自由空间轮廓线段B32和D32为沿径向内凹的勺头状曲线段。参见图5所示。

内凹勺头状轮廓曲线段B32和D32位于转子各螺棱的非工作面一侧，而外凸勺把状曲线段B31和D31则形成了与其相邻的下一个螺棱的回转工作曲面，勺状自由空间B3和D3与转子自身回转外轮廓线之间构成一外表面为圆弧、内表面为勺状的弧楔形空间B5和D5。参见图5所示。

轴向变径段D6的压缩比在1.2-3之间，卸料段E的长径比为1.2D-1.6D。参见图5所示。

榫状楔入角B4和D4楔入的斜面角度α在10度至35度之间，其楔入宽度为各螺棱顶部自身宽度的35％至70％，参见图6所示。

榫状楔入角B4和D4楔入的斜面角度α在16度至25度之间，其楔入宽度为各螺棱顶部自身宽度的45％至60％。参见图6所示。

下面结合图7和图8对本发明的工作原理及设计思想作进一步详述。

物料在双转子连续混炼机中的混合过程分三个方面，即物料在混炼腔内由于转子混炼螺棱的推进面的推动作用而产生的沿轴线方向的流动(如图8所示)，以及通过在两个混炼腔之间的交叉重叠流动所导致的横向分布混合(如图7所示)，以及通过转子螺棱顶部与混炼腔内壁之间的间隙时所经历的高速剪切混合过程。

物料在双转子连续混炼机中的停留时间与混炼腔内的自由体积成正比而与加料量成反比。本新型通过改变转子混炼螺棱非工作表面的形状、增加螺棱的数量，使整个转子的横断面形状呈三棱、四棱或五棱的榫形，并因此而减小了转子的断面面积，提高混炼腔内的自由体积，增加了转子在旋转一周过程中对物料的剪切次数(如图7所示)，另外，螺棱数量的增加也同时增加了物料在混炼段螺棱的作用下在螺棱交汇区所经历的往返重叠捏合的次数(如图8所示)。这样，转子每转一圈，便可以对物料剪切3-5次，提高了剪切的效率。每段螺棱的螺旋角各不相同，这样，各对螺棱的交汇点的轴向位置也各不相同，在混炼段的中部，便形成了一个由对螺棱交汇点共同形成的螺棱交汇区。当螺棱的对数由两对增加至3-5对时，转子每旋转一圈，物料的轴向运动将由原来的一次循环运动(如图8所示)变为多次的轴向循环流动，提高了物料的轴向混合的次数和效率。物料在混炼机中所经历的混合效果的好坏，与其所经历的剪切混合过程有很大的联系，物料经历的高剪切次数越多，越有利于团状物料的打散，也越有利于不同组份物料之间的混合与分散。研究表明，物料所经历的高剪切通常发生于螺棱顶部与料筒内壁之间的间隙之中，因此，物料进入螺棱顶部与料筒内壁之间的间隙的次数越多，混合的效果也就越好。另在加料量相同的条件下，本发明加长了物料在混炼腔内的停留时间，增加了物料所经历的剪切混合与分散混合的次数，提高了混炼效果；在控制物料在混炼腔内的停留时间和混合次数一定的前提下，可以较大的提高双转子连续混炼机的产量和混合质量。

在第二混炼段的螺纹交汇点至卸料段之间设置一变径段D6(如图4所示)，并根据物料的物性之间的不同，将其压缩比控制在1.2-3之间，与此同时，将卸料段的长度由原来的1D加长为1.2D-1.6D。这样一来，使得物料能够充满转子的卸料段，连续地从卸料口排料。

物料在混炼段的混合效果还取决于物料的填充率，填充率太低，各部分物料相互之间的剪切、摩擦、分散作用较弱，混合效果不好。但是，填充率太高，物料的界面更新比较困难，团块不容易打散，分散混合的效果也较差。本发明在第二混炼段B的螺纹交汇点至卸料段之间设置一变径段D6(如图4所示)，一方面使得物料能够充满转子的卸料段，从卸料口连续地排料；另一方面，也可以保证物料在混炼室内拥有一定的填充率，进而保证混合、混炼过程的正常进行，提高了该类设备的工艺适应性和使用范围。本发明将转子螺棱顶部宽度的一半左右削去一块，形成一个楔入角度在10度至35度之间的斜面(如图6所示)。该斜面的形成，并配合相应外凸勺把状形状的转子推进面，一方面提高了物料在经过高剪切区时所经受的剪切速率，同时还有效的提高物料流经高剪切区的比例，防止物料随转子在混炼腔内的空转、返流。

下面是本发明的转子与现有转子的实验数据比较。

采用装有本发明的转子的连续混炼机混合物料的性能与采用原转子的连续混炼机混合无卤阻燃后所得混合物的性能比较如表1所示，物料的组分为：

LLDPE     10份

EVA       30份

Al(OH)    100份

添加剂

表1

	原转子	新型转子
			断裂强度	11Mpa	14Mpa
断裂延伸度	80％	150％
			产量	100kg/h	150kg/h

实验表明，采用新型转子的连续混炼机具有较强的填充分散混合能力，混合的物料的分散效果较好，料的质量较高，性能较好，连续混炼机的产量提高了50％，而一般情况下，其产量最少可提高20％-40％。

Claims (6)

1、一种双转子连续混炼机的转子，它由一对相对回转的转子构成，各转子沿轴向由后向前依次设计有螺纹状的进料段、有螺旋方向相反螺棱的第一混炼段、螺纹状的输送段、设有沿径向凸起螺棱的第二混炼段及卸料段，其特征在于：第一混炼段和第二混炼段上的沿径向凸起的螺棱的数量为沿转子周向间隔分布的三个至五个，各螺棱之间周向均具有一个沿转子径向凹入的勺形自由空间，转子的各螺棱靠向其回转工作面一侧的顶缘有一榫状楔入角，榫状楔入角楔入的斜面的角度α在10度至35度之间，其楔入宽度为各螺棱顶部自身宽度的35％至70％。

2、根据权利要求1所述的双转子连续混炼机的转子，其特征在于：第一混炼段和第二混炼段上沿径向凸起的螺棱为沿转子周向等间隔分布的四个，在第二混炼段的螺纹交汇点至卸料段起点之间的轴向为一变径段。

3、根据权利要求1或2所述的双转子连续混炼机的转子，其特征在于：各转子螺棱之间的周向自由空间沿转子横截面呈勺形，其回转工作面一侧的自由空间的轮廓线均呈沿径向外凸的勺把状曲线段，而剩余的自由空间轮廓线段为沿径向内凹的勺头状曲线段。

4、根据权利要求3所述的双转子连续混炼机的转子，其特征在于：内凹勺头状轮廓曲线段位于转子各螺棱的非工作面一侧，而外凸勺把状曲线段则形成了与其相邻的下一个螺棱的回转工作曲面，勺状自由空间与转子自身回转外轮廓线之间构成一外表面为圆弧、内表面为勺状的弧楔形空间。

5、根据权利要求1或2所述的双转子连续混炼机的转子，其特征在于：轴向变径段的压缩比在1.2-3之间，卸料段的长径比为1.2D-1.6D。

6、根据权利要求1所述的双转子连续混炼机的转子，其特征在于：榫状楔入角楔入的斜面角度α在16度至25度之间，其宽度为各螺棱顶部自身宽度的45％至60％。

Images