FI89775C

FI89775C - BLANDNINGS- OCH FORMSPRUTNINGSANORDNING OCH -FOERFARANDE SAMT ANVAENDNING AV ANORDNINGEN

Info

Publication number: FI89775C
Application number: FI920162A
Authority: FI
Inventors: Jukka Laakso; Toivo Kaernae; Esko Savolainen; Matti Jussila
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1993-11-25
Also published as: FI89775B; FI920162A0

Description

8 7 7 7 58 7 7 7 5

Sekoitus- ja ruiskupuristuslaite ja -menetelmä sekä laitteen käyttö - Blandnings- och formsprutningsanordning och -förfa-rande samt användning av anordningen 5Mixing and injection molding equipment and method and use of the equipment - Blandnings- och formsprutningsanordning och -förfa-rande samt användning av anordningen 5

Keksintö koskee laitetta ja menetelmää polymeerien ja/tai korkeaviskoosisten nesteiden sekoittamiseksi tai ruiskupuristamiseksi laitteen sisältäessä sylinterimäisen sekoitus-pesän, sekoituspesässä pyörivän ja akselinsa suunnassa lii-10 kutettavan sekoitusmännän, ainakin yhden sekoituspesään yhteydessä olevan apusylinterin sekä kussakin apusylinterissä liikkuvan apumännän seoksen palauttamiseksi ainakin sekoituspesään.The invention relates to an apparatus and method for mixing or injection molding polymers and / or high viscosity liquids, the apparatus comprising a cylindrical mixing housing, a mixing piston rotating and axially movable in the mixing housing, at least one auxiliary cylinder connected to the mixing housing and at least one auxiliary piston moving in each auxiliary cylinder.

15 Suomalaisessa patentissa 83843 on kuvattu laite, jossa sekoitus tapahtuu vuorotellen pumppaamalla ja leikkaavalla sekoituksella ja joka erityisesti sopii pienten muovierien sekoittamiseen ja varsinkin johtavien polymeerien valmistukseen. Mäntämäisellä sekoituselimellä varustettuja sekoitti-20 mia, joissa on yhdistetty useampia sekoitustapoja, tunnetaan myös patenttijulkaisuista US-3 623 703, WO-89/00536 ja US-3 370 754. Tämän lisäksi erityisesti polymeerien sulatuksen yhteydessä esimerkiksi ruiskupuristusta varten on tunnettua sekoittaa sulatettavaa massaa sekoitusruuvilla.Finnish patent 83843 describes an apparatus in which the mixing takes place alternately by pumping and shear mixing and which is particularly suitable for mixing small plastic rolls and in particular for the production of conductive polymers. Mixers with a piston-like mixing element, in which several mixing methods are combined, are also known from U.S. Pat. No. 3,623,703, WO-89/00536 and U.S. Pat. No. 3,370,754. In addition, it is known to mix the melt with a mixing screw, especially for melting polymers. .

.‘.25. '. 25

Varsinainen ongelma polymeerien ja korkeaviskoosisten nesteiden sekoittamisessa on mm. siinä, että kyseiset aineet · käyttäytyvät usein ei-newtonisten nesteiden kaltaisesti, jolloin sekoittimien pintakerroksiin muodostuu kalvo, jossa .30 kaikki sekoittuminen tapahtuu pääosan raaka-aineesta jäädessä sekoittumatta. Tällöin sekoituslaitteesta tai vastaavasti ruiskupuristimesta saatava massa ei ole riittävän hyvin sekoittunutta ja homogeenista tai ei ole tasaisessa lämpötilassa. Toinen tavanomaisissa muovien sekoittamiseen tarkoi-- -35 tetuissa laitteissa, kuten mainitussa ruuvisekoittimessa, esiintyvä ongelma on se, että tarvitaan yleensä varsin suuri muovierä laitteen täyttämiseksi, koska sekoitusruuvin on tehokkaan sekoituksen aikaansaamiseksi oltava erittäin pit- 2 -\ -- r-· r—ι r-The real problem in mixing polymers and high viscosity liquids is e.g. in that the substances in question · often behave like non-Newtonian liquids, forming a film on the surface layers of the mixers in which .30 all mixing takes place without leaving most of the raw material unmixed. In this case, the mass obtained from the mixing device or the injection press, respectively, is not sufficiently mixed and homogeneous or is not at a uniform temperature. Another problem with conventional equipment for mixing plastics, such as said screw mixer, is that a fairly large batch of plastic is usually required to fill the device, since the mixing screw must be very long to achieve efficient mixing. 2 - \ - r- · r— ι r-

'» J / D'»J / D

kä. Tämä tuottaa ongelmia, kun kyseessä on pieni näyte-erä, kun sekoitetaan erikoispolymeeria tai käytettävät raaka-aineet ovat kalliita. Kolmas ongelma ilmenee sekoitettavan massan tai ainakin sen jonkin komponentin ollessa joko kiin-5 teätä tai erittäin korkeaviskoosista nestettä. Tällöin massan kulkeminen sekoittimessa tarkoitetulla tavalla useinkin varsin pieniläpimittaisten reikien tai kanavien kautta vaikeutuu tai sitä ei tapahdu lainkaan tai laitteen sisällä voiman lisäämisestä aiheutuva paine nousee kohtuuttoman kor-10 keaksi.available in public areas. This poses problems in the case of a small sample batch, when a special polymer is mixed or the raw materials used are expensive. A third problem occurs when the mass to be mixed, or at least some of its components, is either a solid or a very high viscosity liquid. In this case, the passage of the pulp in the manner intended in the mixer, often through rather small-diameter holes or channels, is made more difficult or does not take place at all, or the pressure due to the increase in force inside the device becomes unreasonably high.

Keksinnön tavoitteena on saada aikaan laite ja menetelmä sen käyttämiseksi, jolla saadaan tehokkaasti sekoitettua korkea-viskoosisia nesteitä, kuten muoviraaka-aineita, tai vieläpä 15 kiinteässä olomuodossa olevia polymeerejä tai kiinteää ja nestemäistä ainesosaa. Keksinnön tavoitteena on myös tällainen laite ja menetelmä, jolla voidaan polymeeri tai polymeerien seos saattaa sulaan tilaan ja homogeeniseksi massaksi sulatyöstöä, kuten ruiskupuristusta varten. Tämän lisäksi 20 keksinnön tavoitteena on saada aikaan tällainen laite, jossa hukkaan menevä materiaaliosuus olisi suhteellisesti mahdollisimman pieni.It is an object of the invention to provide an apparatus and method for using it for efficiently mixing high-viscosity liquids, such as plastic raw materials, or even solid state polymers or solid and liquid ingredients. It is also an object of the invention to provide such an apparatus and method by which a polymer or mixture of polymers can be brought into a molten state and into a homogeneous mass for melt processing, such as injection molding. In addition, it is an object of the invention to provide such a device in which the proportion of material wasted would be relatively small.

Edellä määritellyt tavoitteet saavutetaan ja edellä kuvatut .'25 haitat eliminoidaan keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa, ja menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 16 tunnusmerkki-osassa sekä käytöllä, jolle on tunnusomaista se, mitä on mää-30 ritelty patenttivaatimuksen 14 tunnusmerkkiosassa.The objects defined above are achieved and the disadvantages described above are eliminated by the device according to the invention, which is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 1, and by the method characterized by what is defined in the characterizing part of claim 16 and by the use characterized by what is defined in the characterizing part of claim 14.

Keksinnön tärkeimpänä etuna on se, että sen mukaisella lait teella ja menetelmällä voidaan sekoittaa kaksi tai useampia materiaalikomponentteja, jotka voivat olla nesteitä tai :--35 kiinteitä. Etuna on myös se, että samalla laitteella seos • ^ voidaan sulattaa tasaiseen lämpötilaan ja syöttää ruiskupu ristusmuottiin. Vielä keksinnön etuna on se, että sekoitus saadaan toteutettua tehokkaasti samanaikaisesti, kun paine sekoitustilassa voidaan ylläpitää halutulla tasolla. Vielä keksinnön etuna on se, että laite on suhteellisen yksinker tainen ja siten kustannuksiltaan edullinen.The main advantage of the invention is that with the device and method according to it, two or more material components can be mixed, which can be liquids or: solid. Another advantage is that with the same device, the mixture can be melted to a uniform temperature and fed into a cross mold. A further advantage of the invention is that the mixing can be carried out efficiently at the same time as the pressure in the mixing space can be maintained at the desired level. A further advantage of the invention is that the device is relatively simple and thus inexpensive.

3 ' .: :τ 53 '.:: Τ 5

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti ohei-5 siin piirustuksiin viittaamalla.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

Kuvio 1 esittää pitkittäisleikkausta yhdestä keksinnön mukaisen sekoituslaitteen toteutusmuodosta.Figure 1 shows a longitudinal section of one embodiment of a mixing device according to the invention.

10 Kuviot 2a-2f kuvaavat kaaviomaisesti keksinnön mukaisen laitteen erään menetelmävaiheketjun.Figures 2a-2f schematically illustrate a process step chain of a device according to the invention.

Kuviot 3a-3f kuvaavat keksinnön mukaisen laitteen erään toisen menetelmävaiheketjun.Figures 3a-3f illustrate another method step chain of the device according to the invention.

1515

Seuraavassa selostuksessa käytetään samoista tai vastaavista rakenneosista samoja viitenumerolta. Laite materiaalien sekoittamiseksi tai ruiskupuristamiseksi sisältää sylinteri-mäisen sekoituspesän 1 sekä tässä sekoituspesässä pyörivän 20 ja akselinsa 10 suunnassa liikutettavan sekoitusmännän 2.In the following description, the same or equivalent components are used with the same reference numerals. The device for mixing or injection molding materials comprises a cylindrical mixing housing 1 and a mixing piston 2 rotating in this mixing housing and moving in the direction of its axis 10.

Keksinnön mukaisesti sekoitusmännän 2 pinnassa on sekoitus-pesän 1 pituudelle L ulottuva pykälöinti 3 sekoitusmännän muodostamiseksi sinänsä tunnetuksi sekoitusruuviksi. Tämä sekoitusmännän pykälöinti 3 voi muodostua yhtenäisestä tai 25 pätkittäisestä spiraalista, yksi- tai useampipäisestä jatkuvasta tai epäjatkuvasta ruuvikierteestä tai ei-ruuvimaisesti järjestetyistä tapeista, harjanteista tai urista, mahdollisesti myös rei’ista tai näiden yhdistelmistä. Pykälöinti 3 siis tyypillisesti vastaa muotoilultaan suulakepuristimien 30 syöttö- tai sekoitusruuveissa tai levittimissä käytettäviä muotoja, mutta voi poiketakin niistä. Siinä tapauksessa, että sekoitusmännän ruuvikierre on oikeakätinen, kuten kuvioissa on esitetty, on männän yksi pyörimissuunta Rl edullisesti vastapäivään, jolloin sekoitusruuvi pyrkii siirtämään 35 massaa 4 sekoituspesässä sekoitusmännän ei-esitetyistä käyttölaitteista poispäin olevaa vapaata päätä 20 kohti ja toinen pyörimissuunta R2 myötäpäivään, jolloin sekoitusruuvi pyrkii siirtämään massaa 4 päinvastaiseen suuntaan. Keksin- L . 7" 5 4 nön mukaisesti sekoitusmäntä 3 on siis pyöritettävissä kumpaankin suuntaan Rl ja R2. Tämän lisäksi laitteessa on keksinnön mukaisesti ainakin kaksi apusylinteriä 5, 6, joissa on apumännät 7, 8. Apusylinterit 5, 6 voivat sijaita joko 5 kohtisuorassa sekoituspesän akseliviivaa 10 vasten, kuten kuvioissa 2 ja 3 tai ne voivat olla oleellisessa kulmassa 9 tähän sekoituspesän akselilinjaan 10 nähden, kuten kuviossa 1. Apusylinterit 5, 6 voivat vaihtoehtoisesti olla myös ainakin likimain akselilinjan 10 suuntaisia, jota toteutusmuo-10 toa ei kuvioissa ole esitetty.According to the invention, the surface of the mixing piston 2 has a notch 3 extending along the length L of the mixing housing 1 to form a mixing piston into a mixing screw known per se. This agitation of the mixing piston 3 may consist of a single or intermittent spiral, single or multi-headed continuous or discontinuous screw threads or non-screw-like pins, ridges or grooves, possibly also holes or combinations thereof. Thus, the notch 3 typically conforms in shape to, but may deviate from, the shapes used in the feed or mixing screws or spreaders of the extruders 30. In the case that the screw piston of the mixing piston is right-handed, as shown in the figures, one direction of rotation R1 of the piston is preferably counterclockwise, the mixing screw tending to move 35 masses in the mixing housing 4 towards the free end 20 away from the actuators of the mixing piston, and the other direction of rotation R2 to move the mass 4 in the opposite direction. Inventive- L. The mixing piston 3 is thus rotatable in both directions R1 and R2. In addition, according to the invention the device has at least two auxiliary cylinders 5, 6 with auxiliary pistons 7, 8. The auxiliary cylinders 5, 6 can be located either 5 perpendicular to the axis 10 of the mixing housing. , as in Figures 2 and 3, or may be at a substantial angle 9 to this mixing housing axis 10, as in Figure 1. Alternatively, the auxiliary cylinders 5, 6 may also be at least approximately parallel to the axis 10, an embodiment not shown in the figures.

Keksinnön mukaisesti apumännät 7 ja 8 on järjestetty tekemään edestakaista työjaksoaan oleellisesti erivaiheisina sekoitettavan massan 4 siirtämiseksi apusylinterien 5 ja 6 15 ja sekoituspesän 1 välillä samalla kun sekoitusmäntä pyörii sekoituspesässä. Kuvion 2A kuvaamassa vaiheessa sekoitettava massa 4 on ensimmäisessä apusylinterissä 5 ja sekoitusmäntä 2 pyörii suuntaan Rl. Tämän jälkeen ensimmäisen apusylinte-rin apumäntä 7 painetaan eteentyöntösuuntaan E, jolloin se-20 koitettava massa työntyy pykälöinnin 3 kautta sekoituspesään 1 samalla kun sekoitusmäntä 2 peräytyy iskupituuden 16 mitan suuntaan T massan edellyttämän tilavuuden verran, kuten on esitetty kuviossa 2B. Seuraavassa vaiheessa sekoitusmäntä 2 pyörii suuntaan R2 ja se painetaan eteen suuntaan S, jolloin 25 sekoitettava massa 4 työntyy sekoituspesästä 1 pykälöinnin 3 kautta toiseen apusylinteriin 6 samalla kun tämän toisen apusylinterin apumäntä 8 peräytyy suuntaan P sekoitettavan — massan edellyttämää tilavuutta vastaavan mitan 15 verran. Tämä vaihe on esitetty kuviossa 2C. Sekoitus jatkuu edelleen ..30 painamalla toinen apumäntä 8 eteen suuntaan E, jolloin sekoitusmäntä 2 jälleen peräytyy suuntaan T, jolloin massa siirtyy toisesta apusylinteristä sekoituspesään kuvioissa ei-esitetysti. Tämän jälkeen sekoitusmäntä työntyy taas eteen suuntaan S ja painaa sekoitettavan massan ensimmäiseen 35 apusylinteriin 5 edellä kuvatulla tavalla sekoitusmännän — pykälöinnin 3 kautta samalla kun toinen apumäntä 7 peräytyy suuntaan P mitan 15 verran, kuten on esitetty kuviossa 2D. Näitä kuvattuja vaiheita kuvion 2A tilasta samaan lähtötilaa .-/ . 5 5 vastaavaan kuvion 2D tilaan kutsutaan sekoitusjaksoksi ja naita toistetaan kyseisen seoksen tehokkaaksi sekoittamiseksi, halutun reaktion toteuttamiseksi tai massan sulamisen aikaansaamiseksi kulloinkin tarvittava kertamäärä. Joissain 5 tapauksissa saattaa sekoittamiseksi, reaktion toteuttamiseksi tai massan sulattamiseksi riittää yksi mainitunlainen sekoitusjakso, mutta useimmiten on tarpeen käyttää vähintään kolmea sekoitusjaksoa ja yleensä viittä tai useampaa. Kokeissa käytetty suurin sekoitusjaksojen lukumäärä oli 20.According to the invention, the auxiliary pistons 7 and 8 are arranged to make their reciprocating working cycle in substantially different stages for transferring the mass 4 to be stirred between the auxiliary cylinders 5 and 6 15 and the mixing housing 1 while the mixing piston rotates in the mixing housing. In the step illustrated in Fig. 2A, the mass 4 to be mixed is in the first auxiliary cylinder 5 and the mixing piston 2 rotates in the direction R1. The auxiliary piston 7 of the first auxiliary cylinder is then pressed in the forward pushing direction E, whereby the mass to be mixed is pushed through the notch 3 into the mixing housing 1 while the mixing piston 2 retracts in the direction T of the stroke length 16 by the volume required by the mass. In the next step, the mixing piston 2 rotates in the direction R2 and is pushed forward in the direction S, whereby the mass 4 to be mixed protrudes from the mixing housing 1 through the notch 3 into the second auxiliary cylinder 6 while the auxiliary piston 8 of this second auxiliary cylinder retracts in the direction P. This step is shown in Figure 2C. The mixing continues .30 by pushing the second auxiliary piston 8 forward in the direction E, whereby the mixing piston 2 retracts in the direction T, whereby the mass moves from the second auxiliary cylinder to the mixing housing, not shown in the figures. The mixing piston then pushes forward again in the direction S and presses the mass to be mixed into the first auxiliary cylinder 5 as described above via the mixing piston - notch 3 while the second auxiliary piston 7 retracts in the direction P by a dimension 15, as shown in Fig. 2D. These described steps from the state of Figure 2A to the same initial state .- /. The corresponding state of Fig. 2D is called the mixing period and is repeated as many times as necessary to effectively mix the mixture in question, to carry out the desired reaction or to bring about the melting of the mass. In some cases, one such mixing cycle may be sufficient to mix, carry out the reaction or melt the pulp, but in most cases it is necessary to use at least three mixing cycles and usually five or more. The maximum number of mixing cycles used in the experiments was 20.

1010

Apumäntien eteentyöntöliikkeellä E tarkoitetaan apumäntien sitä liikesuuntaa, jolla ne painavat massaa 4 sekoituspesää 1 kohti ja peräytymisliikkeellä P vastaavasti apumäntien sitä liikesuuntaa, jolla ne ottavat massan 4 vastaan sekoi-15 tuspesästä 1 päin. Kuvioiden 2 ja 3 tapauksessa kohdistuvat ensimmäisen ja toisen apumännän eteentyöntöliikkeet E siis toisiaan vasten ja peräytymisliikkeet vastaavasti toisistaan poispäin. Kuvion 1 rakenteessa suunnat ovat periaatteessa samantyyppiset vain kulmassa 9 sekoituspesän akselilinjaan 20 10 nähden. Sekoitusmännän 2 eteentyöntöliike S taas kohdis tuu sekoitusmännän vapaan pään 20 suuntaan, ts. sekoitus-pesän 1 sitä päätyä 17 kohti, johon on muodostettu sekoitetun massan poistoaukko 18a tai vaihtoehtoisesti suulakepu-ristussuulake 18b. Sekoitusmännän peräytymissuunta T taas on 25 kohdistunut poispäin mainitusta päädystä 17, ts. kohti sekoitusmännän 2 käyttölaitteita. Edellä kuvattua apumäntien 7 ja 8 ja sekoitusmännän 2 eteentyöntöliikettä E, S ja erityisesti peräytymisliikettä P, T ohjataan hydraulisilla tai pneumaattisilla kuvioissa ei-esitetyillä elimillä, jotka 30 sisältävät paineensäätövälineet ennalta asetetun paineen ylläpitämiseksi kulloisenkin männän 2, 7, 8 peräytymisliik-keen aikana. Esimerkiksi ensimmäisen männän 7 painaessa massaa 4 sekoituspesään 1 peräytyy sekoitusmäntä, jolloin sekoitusmännän paineensäätövälineet pitävät sekoituspesässä 35 halutun paineen. Kun sekoitusmäntä esimerkiksi painaa massan 4 toiseen apusylinteriin 6, ylläpitävät toiseen apumäntään 8 liittyvät paineensäätövälineet paineen tässä toisessa apusy-linterissä halutulla tasolla. Vastaavasti sekoitusmännän 6 ' ·' ~ rThe forward pushing movement E of the auxiliary pistons means the direction of movement of the auxiliary pistons in which they press the mass 4 towards the mixing housing 1 and the retraction movement P correspondingly the direction of movement of the auxiliary pistons in which they receive the mass 4 from the mixing housing 1. In the case of Figures 2 and 3, the forward pushing movements E of the first and second auxiliary pistons are thus directed against each other and the reversing movements away from each other, respectively. In the structure of Figure 1, the directions are basically of the same type only at an angle 9 with respect to the axis 20 20 of the mixing housing. The forward pushing movement S of the mixing piston 2, on the other hand, is directed in the direction of the free end 20 of the mixing piston, i.e. towards the end 17 of the mixing housing 1 in which the mixed mass outlet 18a or alternatively the extrusion nozzle 18b is formed. The retraction direction T of the mixing piston, on the other hand, is directed away from said end 17, i.e. towards the actuators of the mixing piston 2. The forward pushing movement E, S of the auxiliary pistons 7 and 8 and the mixing piston 2 described above, and in particular the reversing movement P, T, is controlled by hydraulic or pneumatic means, not shown in the figures, including pressure control means for maintaining a preset pressure during the return of the respective piston 2, 7, 8. For example, when the first piston 7 presses the mass 4 into the mixing housing 1, the mixing piston is returned, whereby the pressure control means of the mixing piston maintain the desired pressure in the mixing housing 35. For example, when the mixing piston presses the mass 4 into the second auxiliary cylinder 6, the pressure control means associated with the second auxiliary piston 8 maintain the pressure in this second auxiliary cylinder at the desired level. Correspondingly, the mixing piston 6 '·' ~ r

·· · ' O·· · 'O

painaessa massan ensimmäiseen apusylinteriin 5 ylläpitävät ensimmäiseen apumäntään 7 liittyvät paineensäätövälineet paineen tässä ensimmäisessä apusylinterissä halutussa arvossa. Muissa toimintavaiheissa on sekoitusmännän ja apumäntien 5 toiminta vastaava. Tämä koskee myös seuraavassa selitettävää hieman toisen tyyppistä sekoitusjaksoa.when the mass is pressed into the first auxiliary cylinder 5, the pressure control means associated with the first auxiliary piston 7 maintain the pressure in this first auxiliary cylinder at the desired value. In the other operating steps, the operation of the mixing piston and the auxiliary pistons 5 is similar. This also applies to the slightly different type of mixing cycle explained below.

Edellä kuvioiden 2A-2D yhteydessä kuvatussa toimintajaksossa pyöritetään sekoitusmäntää 2 ensimmäiseen suuntaan Rl tai 10 toiseen suuntaan R2 riippuen siitä, virtaako sekoitettava massa sekoituspesään 1 vai sieltä pois. Kulloinkin edullinen pyörityssuunta riippuu esim. pykälöinnin 3 tyypistä, joka kuvioiden 2A-2D tapauksessa on ruuvikierteen tyyppinen, sekä massan juoksevuudesta. Pyörimissuunnalla voidaan vaikuttaa 15 siis massan em. siirtymistä edistävästi, mutta myös samalla tai vaihtoehtoisesti massan sekoittumista edistävästi. On selvää, että sekoitusmäntä voidaan panna pyörimään koko se-koitusjakson tai toiminnan ajaksi pelkästään yhteen suuntaan, kuten kuvioiden 3A-3D tapauksessa.In the operating cycle described above in connection with Figures 2A-2D, the mixing piston 2 is rotated in the first direction R1 or 10 in the second direction R2, depending on whether the mass to be mixed flows into or out of the mixing housing 1. The preferred direction of rotation in each case depends, for example, on the type of notching 3, which in the case of Figures 2A-2D is of the screw thread type, and on the fluidity of the mass. The direction of rotation can thus be used to promote the above-mentioned transfer of the mass, but also at the same time or alternatively to promote the mixing of the mass. It is clear that the mixing piston can be made to rotate in only one direction during the whole mixing period or operation, as in the case of Figures 3A-3D.

2020

Kuvioissa 3A-3C kuvattu sekoitusjakso eroaa kuvioissa 2A-2D kuvatusta sekoitusjaksosta siinä, että sekoitusmäntä 2 ei tee lainkaan sinä aikana peräytymisliikettä eikä siten tietenkään eteentyöntöliikettäkään, vaan se pelkästään pyörii 25 suuntaan Rl sekoitusjakson aikana. Kuvion 3A toimintatilassa on sekoitettava massa 4 ensimmäisessä apusylinterissä 5. Kun ensimmäistä apumäntää 7 työnnetään eteen suuntaan E, pysyy — sekoitusmäntä tässä tapauksessa paikallaan pyörivänä ja masThe mixing cycle illustrated in Figures 3A-3C differs from the mixing cycle described in Figures 2A-2D in that the mixing piston 2 does not make any retraction movement during that time and thus of course no forward pushing movement, but only rotates in the direction R1 during the mixing period. In the operating mode of Fig. 3A, the mass 4 must be agitated in the first auxiliary cylinder 5. When the first auxiliary piston 7 is pushed forward in the direction E, the agitating piston in this case remains rotating and

sa työntyy sekoitusmännän pykälöinnin 3 kautta toiseen apu-30 sylinteriin 6 samalla kun sen apumäntä 8 peräytyy suuntaan P vaaditun tilavuuden edellyttämän mitan 15, kuten on nähtävissä kuviosta 3B. Seuraavassa kuvion 3C toimintavaiheessa toinen apumäntä 8 toisessa sylinterissä 6 tekee eteentyöntö-liikkeen E ja samanaikaisesti ensimmäisen apusylinterin apu-35 mäntä 7 tekee vastaavan mitan 15 suuruisen peräytymisliik-keen P, jolloin massa siirtyy toisesta apusylinteristä sekoitusmännän pykälöinnin 3 kautta ensimmäiseen apusylinteriin. Näin on muodostunut yksi sekoitusjakso ja kuviossa 3Dsa protrudes through the notch 3 of the mixing piston into the second auxiliary cylinder 30 while its auxiliary piston 8 retracts in the direction P by the dimension 15 required by the required volume, as can be seen in Fig. 3B. In the next operating step of Fig. 3C, the second auxiliary piston 8 in the second cylinder 6 makes a forward pushing movement E and at the same time the auxiliary piston 7 of the first auxiliary cylinder 35 makes a reciprocating movement P of a corresponding dimension 15, the mass moving from the second auxiliary cylinder to the mixing piston 3. Thus, one mixing cycle is formed and in Figure 3D

' ' 11*- ,— • - J 7 on kuvattu vielä seuraavan sekoitusjakson seuraava toimintavaihe. Apumäntien ja sekoitusmäntien liikkeitä ja vastapai-netta säädetään kuten edellisessä kappaleessa on kuvattu hydraulisilla tai pneumaattisilla elimillä ja niihin sisäl-5 tyvillä paineensäätövälineillä.'' 11 * -, - • - J 7 describes the next operating step of the next mixing cycle. The movements and back pressure of the auxiliary pistons and mixing pistons are controlled as described in the previous paragraph by hydraulic or pneumatic means and the pressure control means included therein.

Keksinnön mukaisesti on apusylinterit 5 ja 6 yhdistetty se-koituspesään 1 ainakin likimain kokonaan eteentyönnetyn se-koitusruuvin pykälöinnin 3 päättymisreunan 21 kohdalla, jos-10 ta lähtien käyttölaitteeseen päin seuraa tiivistysosuus 22 ja akseli käyttölaitteeseen. Sekoitusmännän iskupituus 16 on sellainen, että apusylinterit 5 ja 6 pysyvät sekoitusmännän 2 koko peräytymisliikkeen T ja eteentyöntöliikkeen S aikana pykälöinnin pituuden L kohdalla. Pykälöinnin 3 pituus samoin 15 kuin sekoituspesän 1 pituus vastaavat siten pykälöinnin pituutta sen vapaasta päästä 20 apusylinterien liittymispoik-kimitan sekoituspesän päädystä 17 poispäin olevaan reunaan. Sekoituspesän mitta on tyypillisesti sama kuin pykälöinnin mitta, koska sekoitusmännän vapaa pää 20 on täysin eteen-20 työnnetyssä asennossa oleellisesti kiinni sekoituspesän päädyssä 17. Kuvion 1 toteutusmuodossa on apusylinterit 5 ja 6 yhdistetty sekoituspesään 1 kuristuksien tai supistuksien 11 välityksellä. Tällainen rakenne sopii nestemäisten materiaalien sekoitukseen. Keksinnön mukaisesti voivat apusylinterit 25 olla yhdistettynä sekoituspesään 1 myös apusylinterien koko halkaisijan 12 mitalta, kuten kuvioissa 2 ja 3 on kaaviomai-sesti kuvattu.According to the invention, the auxiliary cylinders 5 and 6 are connected to the mixing housing 1 at least approximately completely at the end edge 21 of the notching of the mixing screw 3, if from 10 to the drive the sealing portion 22 and the shaft to the drive follow. The stroke length 16 of the mixing piston is such that the auxiliary cylinders 5 and 6 remain at the pitch length L during the entire reversing movement T and the forward pushing movement S of the mixing piston 2. The length of the notch 3 as well as the length of the mixing housing 1 thus correspond to the length of the notch at its free end 20 to the edge 17 of the mixing crossing of the auxiliary cylinders away from the end 17 of the mixing housing. The dimension of the mixing housing is typically the same as the dimensioning of the notch, because the free end 20 of the mixing piston is substantially closed at the end of the mixing housing 17 in the fully forward-pushed position 17. In the embodiment of Figure 1, the auxiliary cylinders 5 and 6 are connected to the mixing housing 1 by chokes or constrictions. Such a structure is suitable for mixing liquid materials. According to the invention, the auxiliary cylinders 25 can also be connected to the mixing housing 1 along the entire diameter 12 of the auxiliary cylinders, as schematically illustrated in Figures 2 and 3.

Edellä kuvatussa rakenteessa on apusylintereitä kaksi, mutta 30 niitä voi olla myös jokin suurempi lukumäärä ja edullisesti parillinen lukumäärä. Tällöin kullakin ensimmäisellä apusy-linterillä on tavallaan toinen vastinsylinteri, johon ja josta sekoitettava massa pykälöinnin 3 kautta pääsee työntymään. Voidaan tietenkin ajatella, että apusylintereitä on 35 myös pariton lukumäärä, jos sylinterit ovat joko halkaisijaltaan erisuuruisia tai iskupituudeltaan 15 eri suuruisia siten, että sekoitettava massa pääsee joistakin apusylinte-reistä toisiin apusylintereihin ja taas takaisin. Sekoitus- 8 ' · ^ pesän kehän suunnassa ovat apusylinterit tyypillisesti sijoitettuja aina toisiaan vastapäätä, ts. 180°:n kehäkulman päähän toisistaan. Apusylinterit voidaan kuitenkin sijoittaa kehäsuunnassa myös toispuoleisesti, vieläpä kehäsuunnassa 5 vierekkäin. Eräs mahdollinen kuvioissa ei esitetty toteutus-muoto on sellainen, jossa apusylinterit ovat sekoituspesän akselilinjan 10 suunnassa perättäin, ts. apusylinterien keskilinjat ovat akselilinjan 10 suunnassa välimatkan päässä toisistaan. Tällöin apusylinterit voivat olla kehäsuunnassa 10 samalla kohdalla, jolloin niiden voidaan sanoa olevan akse-lisuunnassa vierekkäin, tai ne voivat olla jonkin kehäkulman päässä toisistaan.The structure described above has two auxiliary cylinders, but there may also be a larger number and preferably an even number. In this case, each of the first auxiliary cylinders has in its own way a second counter-cylinder into which and from which the mass to be mixed can be pushed through the notching 3. It is, of course, conceivable that there are also an odd number of auxiliary cylinders 35 if the cylinders are either of different diameters or of different stroke lengths so that the mass to be mixed passes from some auxiliary cylinders to other auxiliary cylinders and back again. In the circumferential direction of the mixing housing, the auxiliary cylinders are typically always located opposite each other, i.e. at a circumferential angle of 180 ° from each other. However, the auxiliary cylinders can also be arranged one-sided in the circumferential direction, even side by side in the circumferential direction. A possible embodiment not shown in the figures is one in which the auxiliary cylinders are successively in the direction of the axis 10 of the mixing housing, i.e. the center lines of the auxiliary cylinders are spaced apart in the direction of the axis 10. In this case, the auxiliary cylinders can be at the same point in the circumferential direction 10, in which case they can be said to be adjacent in the axial direction, or they can be at some circumferential angle from each other.

Kuvioissa 2E-2F ja 3E-3F on kuvattu sekoitetun massan poisto 15 sekoituslaitteesta. Olipa kyse sitten kuvioiden 2A-2D tai 3A-3D mukaisesta sekoitusjaksosta, tapahtuu massan poisto sekoittimen samoilla toimenpiteillä. Kuvioista 2E ja 3E on nähtävissä, että molemmissa apusylintereissä 5 ja 6 työnnetään apumännät 7 ja 8 eteen suuntaan E, jolloin apusylinte-20 reissä ei ole lainkaan massaa 4. Tällöin sekoitusmäntä 2 tekee joka tapauksessa peräytymisliikkeen suuntaan T iskupi-tuuden 16 verran, joka vastaa materiaalitilavuuden edellyttämää määrää. Kuviossa 3F on sekoitusmännän vapaan pään 20 puoleinen pääty 17 muodostettu massan poistoaukoksi 18a, 25 joka aukaistaan esimerkiksi venttiilitapilla 19. Tällöin on sekoitettu massa poistettavissa sekoituslaitteesta sekoitus-männän eteentyöntöliikkeellä S, jolloin massa purkautuu vapaaseen tilaan, kuten sopivaan säiliöön. Kuvioissa 2F ja 1 ... on kuvattu laitteen käyttö suulakepuristimena. Tällöin on 30 sekoitusmännän vapaan pään 20 puoleinen pääty 17 muodostettu suulakepuristussuulakkeeksi 18b ja sen lähtöpuolelle on järjestetty sinänsä tunnettu muottirakenne 23. Kun suulakepu-ristussuulakkeen sulkutappi 19 tai muu vastaava sinänsä tunnettu venttiilirakenne aukaistaan ja sekoitusmäntä 2 suorit-35 taa eteentyöntöliikkeen S, puristuu sula massa suulakkeen 18b läpi muottirakenteeseen 23. Laitteen toiminta vastaa tältä osin muutoin tavanomaista suulakepuristusta, joten sitä ei selosteta tässä yksityiskohtaisemmin.Figures 2E-2F and 3E-3F illustrate the removal of the mixed mass from the mixing device. Whether it is a mixing cycle according to Figures 2A-2D or 3A-3D, the pulp is removed by the same operations of the mixer. It can be seen from Figures 2E and 3E that in both auxiliary cylinders 5 and 6 the auxiliary pistons 7 and 8 are pushed forward in the direction E, whereby there is no mass 4 in the auxiliary cylinders. In this case, the mixing piston 2 makes a retraction in the direction T of 16 the amount of material required. In Fig. 3F, the end 17 on the free end 20 of the mixing piston is formed as a pulp outlet 18a, 25 which is opened, for example, by a valve pin 19. The pulp can be removed from the mixing device by Figures 2F and 1 ... illustrate the use of the device as an extruder. In this case, the free end 20 on the free end 20 side of the mixing piston 30 is formed as an extrusion nozzle 18b and a mold structure 23 known per se is arranged on its outlet side. 18b to the mold structure 23. The operation of the device in this respect otherwise corresponds to conventional extrusion, so it will not be described in more detail here.

99

Γ ” Τ · .· / . JΓ ”Τ ·. · /. J

Sekoitettavan massan mahdolliset kuumennuselimet 13 ja/tai 14 on sijoitettu ainakin sekoituspesän 1 vaippaan ja edullisesti myös apusylinterien 5, 6 vaippaan siten, että lämpö leviää apumäntien 7, 8 liikematkan 15 pituudelle ja sekoi-5 tusmännän 2 pykälöinnin 3 pituuden L ja ainakin likipitäen iskupituuden 16 yhteenlasketulle pituudelle. Kuviossa 2F on esitetty rakenne, jossa kuumennuselimet on sijoitettu juuri näille pituuksille, ja kuviossa 1 rakenne, jossa käytetään vain yhtä kuumennuselintä 13, jolloin riittävä lämmönjohtu-10 minen pitää huolen siitä, että lämpö leviää myös apusylinterien osuudelle. Apumäntien ja sekoitusmännän näistä mainituista pituuksista sekoituspesästä 1 poispäin olevat osuudet ovat jäähdytetyissä vaipparakenteissa, millä varmistetaan rakenteen tiiviys huolimatta erittäin korkeista, jopa yli 15 1000 baarin, sekoitus- ja ruiskupuristuspaineista. Erityi sesti sekoitusmännän tiivistysosuus 22, mutta edullisesti myös apumäntien tiivistysosuudet, ulottuvat ainakin osittain laitteen vaipparakenteen 24 kylmien tai jäähdytettyjen alueiden kohdalle. Tällöin kuumalta alueelta mahdollisesti vuo-20 tava massa 4 jähmettyy tällä kylmällä osuudella muodostaen tiivistävän materiaalivyöhykkeen. Mäntien tiivistys on tärkeää erityisesti sähköä johtavien muovien valmistuksessa, sekoituksessa ja työstössä, koska tällöin käytettävät materiaalit ovat ainakin osittain syövyttäviä tai muuten haital-25 lisiä. Tavanomaiset muovit taas ovat harmittomia, jolloin esim. niiden ruiskupuristuksessa ei ole ollut tarpeen kiinnittää paljonkaan huomiota tiivistykseen. Keksinnön lait-.. teessä on erityisesti sekoitusmännän tiivistykseen kiinni tettävä huomiota, koska se tekee sekä edestakaista liikettä 30 S, T että pyörivää liikettä Rl ja/tai R2. Em. tiivistystä voidaan vielä tehostaa käyttämällä sekoitusmännän 22 ja vaipparakenteen 24 välissä erittäin pientä välystä 0,01 mm -2 mm.Possible heating means 13 and / or 14 of the mass to be mixed are arranged at least in the jacket of the mixing housing 1 and preferably also in the jacket of the auxiliary cylinders 5, 6 so that heat spreads over the travel 15 of the auxiliary pistons 7, 8 and the length L and at least approximately the stroke length 16 for the total length. Figure 2F shows a structure in which the heating means are disposed, to these lengths, and Figure 1 structure, in which a single heating means 13, whereby a sufficient lämmönjohtu 10 takes care of the fact that the heat spreads to the portion of the auxiliary cylinders. The portions of the auxiliary pistons and the mixing piston away from said mixing housing 1 of these lengths are in cooled jacket structures, which ensures the tightness of the structure despite very high mixing and injection pressing pressures, up to more than 15 1000 bar. In particular, the sealing portion 22 of the mixing piston, but preferably also the sealing portions of the auxiliary pistons, extend at least in part to the cold or cooled areas of the jacket structure 24 of the device. In this case, the mass 4 possibly flowing from the hot area solidifies on this cold section, forming a sealing material zone. Sealing of pistons is particularly important in the manufacture, mixing and processing of electrically conductive plastics, since the materials used in this case are at least partially corrosive or otherwise harmful. Conventional plastics, on the other hand, are harmless, so that, for example, in their injection molding, it has not been necessary to pay much attention to sealing. In the device according to the invention, special attention must be paid to the sealing of the mixing piston, since it makes both a reciprocating movement 30 S, T and a rotating movement R1 and / or R2. Em. the sealing can be further enhanced by using a very small clearance of 0.01 mm -2 mm between the mixing piston 22 and the jacket structure 24.

•35 Keksinnön mukainen laite soveltuu erinomaisen hyvin käytettäväksi sähköä johtavien muovien valmistukseen, sekoitukseen ja työstöön, ja siinä erityisesti johdepolymeerin ja sen dooppausaineen sekoittamiseen, tämän seoksen lämpökäsittele- Γ. - --7,- 10 ’ ' ' ' ' miseen ja kiinteytetyn johdepolymeerin ja matriisimuovin sekoittamiseen. Laite siis soveltuu erityisesti suomalaisessa patenttihakemuksessa 915760 kuvattujen materiaalien käsittelyyn ja erityisesti siinä kuvatuilla menetelmillä. Kyse 5 on siis erityisesti polyaniliinin ja sulfonihapon, kuten dodekyylibentseenisulfonihapon, reaktiotuotteesta, mutta keksinnön mukaisen laitteen käyttöä ei kuitenkaan sinänsä rajoiteta millään tavoin juuri tähän. Keksinnön mukainen laite soveltuu edelleen edellä kuvatulla tavalla saadun mas-10 san samoin kuin muiden vastaavien massojen sulatyöstöön ruiskupuristustuotteeksi.The device according to the invention is excellently suited for use in the manufacture, mixing and processing of electrically conductive plastics, and in particular for the mixing of a conductive polymer and its dopant, for the heat treatment of this mixture. - - 7, - 10 '' '' 'and for blending the solidified conductive polymer and the matrix plastic. The device is therefore particularly suitable for handling the materials described in Finnish patent application 915760 and in particular by the methods described therein. Thus, in particular, it is a reaction product of polyaniline and a sulfonic acid, such as dodecylbenzenesulfonic acid, but the use of the device according to the invention is not in itself limited in this way. The device according to the invention is further suitable for the melt processing of the pulp obtained as described above, as well as other corresponding pulps, into an injection molding product.

Claims

Apparatus for mixing or spraying polymers and / or high viscous liquids, comprising a cylindrical mixing cup (1), a mixing piston (2) rotating in the mixing cup 5 and being axially movable, at least one auxiliary cylinder connected to the mixing cup and a auxiliary piston moving in the respective auxiliary cylinder to return the mixture at least to the mixing cup, characterized in that on the surface of the mixing piston (2) there is a tooth (3) corresponding to the length of the mixing cup (1) to form a mixing screw known per se; there are at least two auxiliary cylinders (5, 6) in which the auxiliary pistons (7, 8) are arranged to carry out their pendulum mixing cycle in substantially different steps to move the mixed mass (4) between the auxiliary cylinders (5, 6) and the mixing cup (1). , in which the mixing piston (2) rotates simultaneously (R1, R2).

2. Device according to claim 1, characterized in that the pistons (7, 6) of the auxiliary cylinders (5, 6) are arranged in the counter-phase rear end (P) and protruding (E) and the mixing piston (2) is substantially stationary rotating (R1, R2). so that when the mixed mass (4) is advanced by the auxiliary piston (7 or 8) of the first (5) or the second auxiliary cylinder (6) is pushed through the mixing cup (1) into the second (6) and first auxiliary cylinder (5), the auxiliary piston is pulled (8 and 7, respectively) of this .25 second cylinder back corresponding to a required volume while maintaining a predetermined pressure.

Device according to Claim 1, characterized in that the pistons (7, 8) of the auxiliary cylinders (5, 6) and the mixing piston (2) are arranged in a reciprocating rear (P, T) and forward-facing (E, S) so that the the mixed mass (4) advanced by the auxiliary piston (7 or 8) of the first (5) or the second auxiliary cylinder (6) is pressed into the mixing cup (1), the mixing piston (2) is withdrawn corresponding to a necessary volume while it is poured a predetermined pressure, that when the mixing piston (2) is then pushed forward, the cowl (8 and 7), respectively, of the second (6) and the first (5) auxiliary cylinder is withdrawn, corresponding to a necessary volume while it maintains a predetermined pressure.

Device according to claim 1, characterized in that the auxiliary cylinders (5, 6) lie either in a substantial angle (9) to the shaft line (10) of the mixing cup or alternatively at least almost parallel to the shaft line (10).

Device according to claim 1, characterized in that the auxiliary cylinders are in the direction of the axis (10) of the mixing cup at a mutual distance and at a substantial angle to the axis.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the auxiliary cylinders (5, 6) are connected to the mixing cup (1) either with a choke (11) or alternatively over the entire diameter (12) of the auxiliary cylinders.

Device according to claim 1, characterized in that the first (5) and the second auxiliary cylinder (6) are located at least substantially opposite to the shaft line (10) of the mixing cup.

Device according to claim 1 or 7, characterized in that an even number of auxiliary cylinders is provided.

Device according to Claim 1, characterized in that the optional means (13, 14) for heating the mixed mass are preferably placed in men of the auxiliary cylinders (5, 6) so that heat is passed over the length (15) of the distance of movement of their pistons from the mixing cup and / or in the casing of the mixing cup (1), such that heat is passed over the composite length of the length (L) of the mixing piston (2) and the shock length (16), the parts of the auxiliary pistons (7, 8) and the mixing piston (2) facing away from these lengths from the mixing cup is in cooled casing portions. 17 ''> I - »I— · f— '· .. · / J

Device according to claim 1 or 9, characterized in that the at least sealing part (22) of the mixing piston (2) extends at least partially to the cooled jacket parts, the mixed mass (4) possibly leaking from the hot area on this cold. area and forms a sealing material zone.

11. Device according to claim 1, characterized in that the end (17) of the mixing cup (1) towards the free end (20) of the mixing piston (2) is designed as an outlet (18a) for the mixed mass or alternatively as an extruder orifice. (18b) and that the end contains a valve (19) or equivalent structure controlled for this AndamAl.

12. Device according to any of claims 1-3, characterized in that the retraction (P, T) and the projection (E, S) of the auxiliary pistons (7, 8) and the mixing piston (2) are controlled by hydraulic or pneumatic means, which contain means. for controlling the pressure to maintain said predetermined pressure during the withdrawal (P, T).

Device according to any of claims 1-3, characterized in that the mixing piston Ar is arranged to rotate in turn in a first direction (R1) and a second direction (R2). '25

Use of the device according to claim 1 for mixing or spraying polymers and / or high viscous liquids, the device containing a cylinder-shaped mixing cup (1), a mixing piston (2) rotating in the mixing cup and being axially movable, at least one auxiliary cylinder connected to the mixing cup, and an auxiliary piston moving in respective auxiliary cylinder to return the mixture at least to the mixing cup, characterized in that the use relates to the manufacture of conductive polymers, in particular for the mixing of electrically conductive polymer and its dopant, for heat treating the mixture and for mixing the solidified electrically conductive polymer with the matrix plastic and 18. ., -, -. Processing of the obtained pulp into an injection molding product.

Use according to claim 14, characterized in that the electrically conductive polymer is the reaction product of polyaniline and sulfonic acid, such as dodecylbenzenesulfonic acid.

Method for mixing or spraying polymers and / or high viscous liquids with a device according to claim 1, comprising a cylindrical mixing cup (1), a mixing piston (2) rotating in the mixing cup and being axially movable, at least one auxiliary cylinder in connection to the mixing cup and an auxiliary piston moving in the respective auxiliary cylinder to return the mixture at least to the mixing cap, characterized in that the mixed mass (4) is pressed from the first auxiliary cylinder (5) through the mixing cup (1), in which the mixing piston ( 2) rotates (R1, R2), to the second auxiliary cylinder (6) by means of the first auxiliary piston (7) and / or the mixing piston and analogously back to the first auxiliary cylinder (5) by means of the second auxiliary piston (8). ) and / or mixing flask and repeating this mixing cycle to effectively mix the mixture or to obtain a uniform temperature in the pulp or to carry out the required reaction as required. number of times. 25

17. A method according to claim 16, characterized in that there are at least three, preferably at least five mixing cycles of the above-mentioned kind. 30

Method according to claim 16, characterized in that during the respective mixing cycle the mixing piston (2) is rotated while ... the mixed mass (4) is moved between the auxiliary cylinders (5, 6 and the mixing cup (1) in a first (R1) or second direction. (R2) which promotes the transfer and / or mixture of the pulp.