ES2202538T3 - Maquina para mezclar caucho de forma continua provista de rotores parcialmente tangenciales interpenetrantes. - Google Patents

Maquina para mezclar caucho de forma continua provista de rotores parcialmente tangenciales interpenetrantes.

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ES2202538T3 ES97201134T ES97201134T ES2202538T3 ES 2202538 T3 ES2202538 T3 ES 2202538T3 ES 97201134 T ES97201134 T ES 97201134T ES 97201134 T ES97201134 T ES 97201134T ES 2202538 T3 ES2202538 T3 ES 2202538T3
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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA MEZCLAR CONTINUAMENTE MATERIALES POLIMERICOS MEDIANTE UNA MAQUINA DE MEZCLA CONTINUA QUE LLEVA UNA CAMARA DE MEZCLA (5) PROVISTA CON AL MENOS UNA ABERTURA (4A, 6A) PARA SUMINISTRAR EL POLIMERO Y AL MENOS UNA BOCA (5D) PARA DESCARGAR LA MEZCLA Y QUE TIENE DISPUESTOS EN SU INTERIOR UN PAR DE ROTORES (7) PARALELOS UNO RESPECTO A OTRO, INCLUYENDO DICHO METODO LAS ETAPAS DE: MATERIAL Y CUALQUIER ADITIVO A LA CAMARA DE MEZCLA (5) A TRAVES DE DICHA BOCA DE ALIMENTACION; TORES (7), LOS MATERIALES SUMINISTRADOS PARA SU MEZCLA Y SU ALIMENTACION HACIA DICHA SALIDA (5D); E IMPLICA LO QUE SIGUE: AL MENOS UNA PRIMERA FASE DE PREMEZCLA REALIZADA MEDIANTE SECCIONES AXIALES (7B) DE DICHOS ROTORES (7) QUE GIRAN TANGENCIALMENTE UNO RESPECTO DE OTRO, Y ESIVA REALIZADA MEDIANTE SECCIONES AXIALES (7C) DE DICHOS ROTORES QUE GIRAN DE UNA MANERA DE INTERPENETRACION MUTUA.

Description

Máquina para mezclar caucho de forma continua provista de rotores parcialmente tangenciales interpenetrantes.
La presente invención se refiere a un procedimiento para mezclar caucho de forma continua y a una máquina de rotores paralelos asociada, el procedimiento comprende por lo menos una etapa de premezcla realizada por medio de partes axiales correspondientes de dichos rotores que giran tangencialmente entre sí seguida por lo menos de una etapa de mezcla realizada por medio de partes axiales correspondientes de dichos rotores que giran de manera interpenetrante.
En el sector de la técnica relativo a la mezcla de materiales polímeros se conoce la posibilidad de realizar dicha operación de mezcla por medio de ciclos de producción en régimen continuo o discontinuo.
Los procedimientos continuos ofrecen numerosas ventajas con relación a los procedimientos discontinuos, tanto desde el punto de vista tecnológico como desde el punto de vista del diseño de la planta de producción.
Desde el punto de vista tecnológico, los procedimientos continuos permiten controlar de forma continua las variables más importantes del procesado, asegurando de forma constante la calidad del producto procesado, con una reducción consiguiente en número de rechazos de producto por estar fuera de tolerancias.
Además, con el procesado en continuo es posible eliminar totalmente los tiempos muertos que son característicos del procesado discontinuo y que se producen particularmente durante la carga de materia prima y la descarga de la mezcla, y también en las operaciones relacionadas con la limpieza de las tolvas de carga.
Además de las ventajas mencionadas anteriormente y haciendo referencia al control, en el procesado continuo también se puede corregir más fácilmente y sin complicaciones los parámetros que se controlan, ya que las correcciones tienen efecto de forma inmediata sin que les afecte la variable tiempo, que por otro lado, tiene una importancia fundamental en los ciclos discontinuos en los cuales durante el ciclo se deben respetar secuencias lógicas y de tiempo.
Desde el punto de vista del diseño de la planta de producción, una línea de procesado continuo ofrece ventajas debido a que se puede instalar maquinaria menos potente, tanto en lo que se refiere a la mezcladora como al equipo auxiliar (unidades de control, compresores, elementos de medida, etc.), presentando por consiguiente menores dimensiones y menor peso.
La tecnología para mezclar caucho de forma continua, está sin embargo todavía en sus primeras etapas de desarrollo habida cuenta del cúmulo de dificultades en las que está inmersa para conseguir, simultáneamente, buenos resultados tanto en la calidad en términos de dispersión de los componentes que forman la mezcla como de baja temperatura de descarga de la propia mezcla, necesaria para evitar que la acción prematura de los agentes aglutinantes presentes en la mezcla, produzca un "achicharramiento" de la mezcla, que impida que pueda ser utilizada en operaciones posteriores de procesado, como por ejemplo extrusión, moldeo y otras similares.
Además de lo mencionado anteriormente, son manifiestos otros problemas relacionados con el suministro continuo de materiales en forma de lotes ya que, durante la dosificación, realizada con medios de dosificación gravimétricos, se introduce una gran cantidad de aire en la cámara de mezcla, que hace que se incremente el volumen aparente de la mezcla, que dificulta la alimentación correcta de la mezcla de las zonas de mezcla posteriores.
Se han intentado solucionar dichos problemas, equipando las máquinas continuas con un par de rotores de tipo tangencial, y se ha demostrado que con dichos rotores se obtienen buenos resultados en la zona situada inmediatamente adyacente a la zona de carga, pero que sin embargo tienen una eficiencia limitada en otras zonas de la máquina situadas corriente abajo en las que se necesita incorporar una carga de relleno a la matriz del elastómero, y mantener un buen control sobre la temperatura de la mezcla.
También se han equipado máquinas con un par de rotores de tipo ínter penetrante, la elección de uno u otro tipo de máquina depende del grado de viscosidad de la mezcla a procesar, de su estado físico y de las dimensiones de la materia prima a utilizar.
También existen máquinas que comprenden un único husillo con una configuración especial que gira en el interior de un cilindro cuyas paredes están provistas de tacos o piezas fijas de formas diversas, diseñadas para distribuir los flujos de material en varias direcciones y crear un efecto de cizalladura.
Este último tipo de máquinas se utiliza para una amplia gama de productos de diferentes viscosidades, pero únicamente son eficaces para mezclar los productos si la viscosidad del material es baja y si los materiales presentan un comportamiento puramente termoplástico.
En el caso de materiales de viscosidad elevada, estos husillos simples solamente son capaces de ejercer una acción de distribución y homogenización del material, sin que sin embargo sean capaces de aplicar las fuerzas de cizalladura necesarias para realizar una correcta acción de mezclado.
En otras palabras, no se conoce en el sector de la técnica de procesado continúo de caucho la posibilidad de obtener, con una única máquina, una mezcla completa que cumpla los siguientes requisitos:
-
reducir en el promedio del diámetro de las partículas de los componentes individuales de la mezcla e incorporar las partículas así reducidas a la matriz de elastómero (mezcla de dispersión); y
-
distribuir y homogenizar de forma uniforme las partículas dentro de la mezcla (mezcla de homogenización);
-
mantener un control óptimo de la temperatura de la mezcla durante todas las etapas de mezclado.
El citado estado de la técnica anterior se describe en el documento GB-1.468.481.
En el documento EP-A-513.742 se describen rotores mezcladores de diferentes diámetros en una mezcladora de husillos gemelos.
Por consiguiente, el problema técnico que se pretende resolver es proporcionar un procedimiento para mezclar caucho de forma continua y proporcionar una máquina provista de un único par de rotores diseñada para procesar cualquier tipo de mezcla, independientemente de su mayor o menor grado de viscosidad.
Dentro del alcance de dicho problema técnico se requiere además que dicha máquina comprenda rotores con los que sea posible:
-
transportar un gran volumen en la primera zona situada inmediatamente corriente abajo de la tolva de carga;
-
empujar suficientemente el material hacia el orificio de salida, para que el material emerja sin que se produzcan efectos de flujo pulsante;
-
mezclar de forma óptima todos los ingredientes de la mezcla, tanto sólidos como líquidos, a través de operaciones que produzcan sobre los materiales un efecto óptimo tanto en términos de mezcla de dispersión como en términos de mezcla de homogenización:
-
controlar de forma eficiente la temperatura de la mezcla, particularmente en la zona final de la máquina cerca del punto de descarga.
Dichos resultados se obtienen con la presente invención, que proporciona una máquina según las características de la reivindicación 1.
Otros detalles se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción de un ejemplo de realización de la invención, proporcionada haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que:
- La Figura 1 representa una vista lateral de la máquina mezcladora según la presente invención.
- La Figura 2 representa una vista en planta de la máquina representada en la Figura 1, abierta por la parte superior;
- La Figura 3 ha sido suprimida,
- La Figura 4 representa una sección transversal según el plano IV-IV de la Figura 2;
- Las Figuras 5a, 5b representan una vista en perspectiva asociada con la correspondiente vista desarrollada en plano de la parte de interpenetración de los dos rotores;
- Las Figuras 6a, 6b son vistas, análogas a las Figuras 5a, 5b que corresponden al otro rotor de dicho par de rotores;
- La Figura 7 representa una vista esquemática y parcialmente seccionada de la zona final de la máquina en otra realización del dispositivo de la invención para ajustar la descarga de material; y
- La Figura 8 representa una sección parcial según el plano VIII-VIII de la Figura 7.
En las Figuras se representa, una máquina 1 para mezclar caucho 2 de forma continua que comprende una carcasa 3 apoyada sobre unas bases 3a que descansan sobre el suelo y una tapa 4 que puede abrirse haciéndola girar alrededor de unas articulaciones asociadas no representadas.
El interior de dicha carcasa está formado para proporcionar una cámara 5 que presenta una sección transversal configurada sustancialmente en forma de ocho volcado que se extiende a todo lo largo de la longitud axial de la máquina.
En la parte de extremo de la cámara 5 se halla una boca 5d para la descarga hacia abajo del material, cuya abertura se puede ajustar por medio de dispositivos que se describirán más adelante.
La superficie superior de dicha tapa 4 comprende por lo menos una abertura 4a a la que está asociada una tolva 6a, para cargar el polímero 2 y los aditivos necesarios para obtener las características químico-físicas específicas que se requieran para cada tipo específico de mezcla.
La cámara 5 comprende en su interior un par de rotores mezcladores 7 accionados por motores coaxiales 8 dispuestos en uno de los extremos del contenedor 3; cada uno de dichos rotores 7 presenta unos sectores en la superficie exterior que se extienden axialmente desde dicha zona de carga hasta la boca 5d para la descarga de la mezcla 2 provistos de formas diferentes en función de las diferentes condiciones de las operaciones del procesado en la parte correspondiente de la cámara.
Más específicamente la primera parte del rotor 7a, que corresponde a la zona de la cámara 5a próxima a la tolva 6 que abastece el polímero 2, tiene forma de husillo diseñado para empujar la mezcla hacia la siguiente zona 5b de la cámara 5 dentro de la cual los rotores 7 presentan partes 7b con una superficie exterior tal que los dos rotores se mantienen tangenciales uno respecto al otro y que por consiguiente aseguran tanto una alta capacidad para alimentar material como una alta capacidad para mezclar. En dicha parte de cámara 5a se obtiene, por consiguiente, una eficiente premezcla de los componentes a presión ambiente y con condiciones controladas de temperatura, de forma que dicha temperatura se mantiene por debajo de los 80ºC para evitar el efecto de achicharramiento de la mezcla.
Por otro lado, en la última parte 7c de su extensión axial, los rotores 7 presentan una superficie exterior tal que los dos rotores se interpenetran mutuamente y por consiguiente favorece tanto la dispersión de la mezcla como la homogenización de la mezcla.
En correspondencia con el mayor tamaño de los rotores 7 en la zona final de procesado, la cámara 5 presenta también una parte 5c con una longitud axial que corresponde sustancialmente a la de la parte 7c de los rotores interpenetrantes, pero con una sección transversal aumentada.
Dicho incremento de tamaño de la cámara 5 en dicha parte final 5c determina un correspondiente incremento de la superficie de contacto de la mezcla con la superficie metálica de la cámara 5 dentro de la cavidad de la cual fluye el líquido refrigerante, lo cual favorece tanto el control como la disminución de la temperatura de la mezcla antes de que salga de la cámara 5 a través de la boca de descarga 5d.
Dicha boca 5d para la descarga de la mezcla de la máquina comprende dispositivos para ajustar su abertura, que substancialmente consisten en una válvula de compuerta 9 que se puede controlar para que realice un movimiento de translación a través de medios de actuación asociados conocidos por si mismos y que por consiguiente no han sido representados con detalle.
Por medio de dicho ajuste de la abertura de descarga de la mezcla además es posible controlar el llenado de la cámara de mezcla y por consiguiente la energía transferida a la propia mezcla.
Tal como se representa en las Figuras 5a, 5b y 6a, 6b, la parte del rotor 5c provista de una configuración interpenetrante presenta, en una realización preferida, un reborde 7d, que se proyecta radialmente desde el núcleo del rotor, dispuesto en forma de hélice con su eje inclinado alrededor de 15º respecto al eje longitudinal del rotor. Dicho ángulo de inclinación, sin embargo, puede estar comprendido entre 10º y 25º dependiendo de las características diferentes del caucho mezclar.
Los rotores 5 que se describen y representan en las figuras con contrarrotativos y presentan una configuración simétrica respecto al eje longitudinal de la máquina; sin embargo, durante el proceso de montaje los rotores se separan por un ángulo adecuado uno del otro, para evitar que las partes interpenetrantes entren en contacto y dañen la máquina.
Adicionalmente, la configuración de las hélices a derechas o a izquierdas está obviamente relacionada con el sentido de giro del rotor corresopndiente para asegurar una correcta alimentación del material desde la boca de carga a la boca de descarga.
En las Figuras 7 y 8, se representa una variante de realización de los medios para ajustar la abertura de descarga 5d.
En dicha realización dichos medios comprenden un elemento cilíndrico 109, hueco interiormente por lo menos en una parte longitudinal adecuada, donde una abertura 109a está prevista en la superficie lateral del cilindro.
Dicho cilindro está dispuesto transversalmente respecto a dicha boca de descarga 5d de la mezcla y está provisto, en uno de sus extremos, de dispositivos de actuación giratorios 109c conocidos por si mismos y que por consiguiente se han representado únicamente de forma esquemática en las figuras.
Por medio de la operación de dicho cilindro y su giro es posible alinear total o parcialmente la abertura 109a del cilindro 109 con la boca de descarga 5d de la cámara 5, de forma que esta última quede abierta total o parcialmente y permita la salida de material de forma controlada.
Tal como se representa en la Figura 7, la sección transversal de la abertura de descarga 5d presenta una forma troncocónica con la parte más ancha orientada hacia abajo para favorecer la descarga del material.

Claims (7)

1. Máquina para mezclar caucho de forma continua que comprende una cámara de mezcla (5) provista de por lo menos una abertura (4a, 6a) para abastecer el polímero y de por lo menos una boca (5d) para descargar la mezcla (2) que presenta dispuesto en su interior un par de árboles contrarrotativos (7) que atraviesan la cámara (5), en la que dicha cámara esta dividida en partes longitudinales en el sentido de flujo del material, definiendo cada parte de cámara
-
una primera parte inicial con una predeterminada sección transversal en la que el árbol (7) está configurado a modo de husillos tangenciales (7a);
-
por lo menos una parte intermedia con una sección transversal que corresponde a la de la parte inicial, en la que dichos árboles (7) están configurados a modo de rotores tangenciales (7b);
-
una parte final con una sección transversal aumentada respecto a las anteriores, en la que los árboles están configurados a modo de rotores interpenetrantes (7c) con una sección transversal mayor que la de las zonas anteriores.
2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas partes de rotor interpenetrante presentan rebordes (7d) en forma de rosca helicoidal con ángulos de inclinación de entre 10 y 25 grados respecto al eje longitudinal.
3. Máquina según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque dichos ángulos están preferentemente comprendidos entre 12 y 18 grados.
4. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha boca (5d) para descargar la mezcla (2) presenta una abertura que se puede ajustar por medio de medios de ajuste asociados (9; 109).
5. Máquina según las reivindicaciones 1 y 4, caracterizada porque dichos medios de ajuste de la abertura de descarga de la mezcla (2) consisten substancialmente en una válvula de compuerta (9) que puede ser accionada para realizar un movimiento de translación para entrar/salir dentro/de de/dentro la propia boca de descarga.
6. Máquina según las reivindicaciones 1 y 4, caracterizada porque dichos medios de ajuste de la abertura de descarga de la mezcla (2) consisten substancialmente en un cilindro (109) por lo menos parcialmente hueco y dispuesto transversalmente respecto a dicha boca de descarga y que presenta en su superficie lateral una abertura (109a) diseñada para que quede alineada con dicha boca de descarga por medio de un giro de dicho cilindro realizado por medio de medios de actuación asociados (109c).
7. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha boca de descarga presenta una sección vertical substancialmente troncocónica con la base mayor dispuesta debajo de la base menor.
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