PL172917B1

PL172917B1 - Sposób i urzadzenie do ciaglego przygotowywania mieszanki kauczuku PL PL

Info

Publication number: PL172917B1
Application number: PL93301307A
Authority: PL
Inventors: Michel Deal; Daniel Laurent
Original assignee: Sedepro
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1997-12-31
Also published as: EP0605781B1; ATE155386T1; DE69312246D1; JP3575553B2; US5626420A; US5758961A; CZ288535B6; RU2123932C1; BR9304937A; CN1092350A; JPH06210627A; PL301307A1; EP0605781A1; MX9307607A; DE69312246T2; CA2110850C; CN1039978C; KR940013767A; AU672244B2; CA2110850A1

Abstract

1 Sposób ciaglego przygotowywania mieszanki kauczuku, znamienny tym, ze podstawowe skladniki mieszanki kauczuku w postaci elastomerów dozuje sie i wprowadza w fazie papkowatej do co najmniej jednej komory mieszania (11), w której skladniki mie- szanki kauczuku przemieszcza sie z góry na dól i jednoczesnie miesza sie je za pomoca obrotowego wirnika (2) uksztaltowanego w postaci sruby i statora (1), którego wewnetrzna powierzchnia ma rzezbe ulatwiajaca przesuw mieszanki kauczuku, nastepnie dozuje sie i wprowadza sie pod cisnieniem wszystkie inne skladniki mie- szanki, przy czym miejsca wprowadzania poszczególnych skladni- ków wyznacza sie wzdluz stref napedu (P, P', P") i stref mieszania (M, M') w zaleznosci od wskaznika napelniania komory mieszania, który w pewnych strefach mieszania (M, M ') ma wartosc ponizej 1 8 Urzadzenie do ciaglego przygotowywania mieszanki kauczuku, znamienne tym, ze ma komore mieszania (11) rozcia- gajaca sie miedzy koncem górnym (12), a koncem dolnym (13), która zawiera przynajmniej jeden wirnik (2) obrotowy usytuowany w statorze (1), przy czym koniec górny (12) stanowi wlot dla co najmniej czesci co najmniej jednego skladnika mieszanki, zas ko- niec dolny (13) stanowi wylot mieszanki kauczuku, ponadto komora mieszania (11) ma czlony dozowania i wprowadzania (71, 72) elastomerów podstawowych pod cisnieniem do komory mieszania (11) oraz ma czlony dozowania i wprowadzania (73, 74, 75) innych skladników do komory mieszania (11), przy czym zespoly czlonów dozowania 1 wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75) skladników mieszan- ki do komory mieszania (11) usytuowane sa wzdluz komory mie- szania (11) co najmniej w dwóch oddzielnych polozeniach miedzy koncem górnym (12) a koncem dolnym (13) Fig. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do ci'ągługn przygotowywania mieszanki kauczuku,

W przemyśle kauczukowym, obecną techniką jeszcze bardzo szeroko rozpowszechnioną jest technika mieszania wewnętrznego, Technika ta, jest zasadniczo nieciągła: aby otrzymać oznaczoną ilość kauczuku, trzeba było najpierw odważyć różne składniki mieszaniny, następnie

172 917 wprowadzić te składniki lub co najmniej niektóre z nich do mieszania wewnętrznego, które zapewnia dyspersję i pracę mechaniczną, aby otrzymać możliwie prędko jednolitą mieszaninę kauczuku. Otrzymanie tej mieszaniny czasem wymagało także mieszania, może poprzez kilka kolejnych przejść w mieszarce wewnętrznej lub w różnych mieszarkach wewnętrznych ' '

1nV\ γιζ mu V* walcarkach mieszarkowych.

Wszystkie te operacje przypomniane powyżej są również operacjami niezależnymi. Praca ciągła, jeśli istnieje, zachodzi w czasie wytwarzania późniejszym, w momencie wytłaczania produktów półkońcowych jak na przykład bieżnik, bok lub przybitka do umieszczenia na listwie.

Zastąpienie sposobów nieciągłych sposobem ciągłym jest głównym celem poszukiwań od bardzo dawna, gdyż niedogodności systemów nieciągłych w przemyśle przetwórczym są znaczne. Pomimo tego, żaden sposób przygotowania kompozycji kauczuku nie był do tej pory zadowalający. Kompozycja kauczuku jest uważana za gotł^ow^ąjeśli posiada przewidziane składniki, włącznie z możliwością wulkanizacji i jeśli masa otrzymanego kauczuku może być użyta bezpośrednio w etapie wytłaczania lub odlewania, a następnie w etapie wulkanizacji.

Niepowodzenie znanych sposobów wytwarzania ciągłego wydaje się w gruncie rzeczy zrozumiałe, gdyż mieszanie kauczuku jest dużo trudniejsze niż mieszanie innych materiałów, jak materiały plastyczne. Własności mieszaniny końcowej zależą w istocie od składników zawartych w mieszance, ale również od sposobu mieszania, to znaczy zależą także od.wkładanej pracy mechanicznej podczas mieszania.

Znane sposoby mieszania ciągłego, ogólnie odwołują się do działania mieszarki ze ślimakami wytłaczarki. Stosowano liczne odmiany wytłaczarek ślimakowych: wytłaczarki jednoślimakowe, wieloślimakowe równoległe lub nierównoległe, jak również liczne odmiany ślimaków o różnych kształtach w celu uzyskania dobrego efektu mieszania i/lub wystarczającej pracy mechanicznej.

Wiadomo, że dla mieszanki kauczuku, dozowanie różnych podstawowych składników musi być bardzo dokładne. Przy sposobie kolejnych ładunków, to znaczy, przy sposobie nieciągłym, dokładne dozowanie nie przedstawia szczególnych trudności. Inaczej jest przy mieszaniu ciągłym, gdy chodzi o ciągłe dozowanie różnych składników. Poza tym, w przypadku produktów proszkowych, do trudności dozowania dochodzi trudność transportu produktów, zwłaszcza poniżej dozowania. Wprowadzanie składników sproszkowanych za pomocą pompy objętościowej przedstawione jest w opisie patentowym nrEP 0 465 981, zaś za pomocą pompy tłokowej w opisie patentowym nr EP 0 465 980.

Generalnie, jednolite dawki niezbędnych składników kładzie się w regularnych odstępach na przenośnik taśmowy, który doprowadza jednolitą lub jednolite mieszanki. Nowe próby ciągłego mieszania kauczuku opisano w artykule publikowanym w przeglądzie European Rubber Journal z marca 1987 roku pod tytułem A tale of Continuous Development. Niektóre konstrukcyjne elementy statora i wirnika zostały przedstawione w opisach patentowych WO 83/03222 i EP 0048590.

W sposobie mieszania ciągłego przedstawionymjuż w stanie techniki, wykonuje się dawki składników przez odważanie, potem wprowadza się różne składniki do aparatów mieszając je w różnych miejscach łańcucha mieszania. To narzuca więc zainstalowanie wielu oddzielnych urządzeń wykonujących bardzo dokładnie każdą czynność: ważenia, transportowania, mieszania. Następnie można wprowadzić różne składniki pod własnym ciężarem do otworów zaopatrywania, na przykład w urządzeniu mieszarki opisanej w patencie EP 0 490 056.

Żadnego sposobu mieszania ciągłego, proponowanego w stanie techniki nie udało się zastosować w przemyśle kauczukowym. Wchodzą w grę przyczyny niedostatecznego mieszania z powodu trudności mieszania kauczuków w mieszarkach ze ślimakiem i dużą złożoność dawki składników przy stosowaniu mieszania ciągłego. Krótko mówiąc, sposoby mieszania ciągłego nie osiągnęły jeszcze nigdy właściwości jakich oczekiwano przy końcu procesu, są widocznie niezdolne do przestrzegania w sposób wystarczający formuły kompozycji kauczuku.

Wiadomo, że aby uzyskać dobre mieszanie, konieczne jest spowodowanie bezładnych ruchów składników, to znaczy spowodowanie pewnego chaosu. Gdy mieszarka jest typu ciągłego, jak ta z patentu EP 0 490 056, trzeba jeszcze żeby jej wydajność była wewnątrz stała. To znaczy, że trzeba starać się o większe zoptymalizowanie czynności mieszania, bardziej

172 917 ryzykując wystąpienie niestabilności wydajności, niezgodnych z przestrzeganiem ścisłych proporcji różnych składników.

Celem przedstawionego wynalazku jest osiągnięcie ciągłej realizacji dozowania podstawowych składników dodawanych do jakiegokolwiek typu kompozycji kauczuku, potem mieszanie całości aż do uzyskania wszystkich pożądanych cech mieszanki końcowej.

Innym celem wynalazku jest użycie materiałów podstawowych z możliwym ich uprzednim wzbogaceniem, przede wszystkim w składniki używane w bardzo dużych ilościach jak elastomery podstawowe i napełniacze aktywne. Celem wynalazku jest więc wykonanie urządzenia do mieszania, do którego można wprowadzić w sposób możliwie prosty wymienione powyżej specyficzne składniki bez uprzedniego dozowania, i który może przyjmować te składniki w sposób całkowicie autonomiczny i ciągły, aby otrzymać żądaną mieszankę.

Innym celem wynalazku jest ulepszenie jednorodności przygotowanej mieszanki kauczuku i jej odporności na starzenie, zmniejszając także koszt wytwarzania.

Sposób ciągłego przygotowywania mieszanki kauczuku według wynalazku charakteryzuje się tym, że podstawowe składniki mieszanki kauczuku w postaci elastomerów dozuje się i wprowadza w fazie papkowatej do co najmniej jednej' komory mieszania, w której składniki mieszanki kauczuku przemieszcza się z· góry na dół i jednocześnie miesza się je za pomocą obrotowego wirnika ukształtowanego w postaci śruby i statora, którego wewnętrzna powierzchnia ma rzeźbę ułatwiającą przesuw mieszanki kauczuku, następnie dozuje się i wprowadza się pod ciśnieniem wszystkie inne składniki mieszanki, przy czym miejsca wprowadzania poszczególnych składników wyznacza się wzdłuż stref napędu i stref mieszania w zależności od wskaźnika napełniania komory mieszania, który w pewnych strefach mieszania ma wartość poniżej 1.

Korzystne jest, że elastomery wprowadza się do komory mieszania o temperaturze powyżej 40°C.

Korzystne jest także, że co najmniej część elastomerów podstawowych i ładunków wzmacniających wprowadza się do strefy górnej komory i miesza się w pierwszej strefie mieszania, następnie przemieszcza się do miejsca wprowadzania innych składników, po czym uzyskany zestaw składników miesza się w drugiej strefie mieszania.

Korzystne jest również, że między pierwszą strefą mieszania a miejscem wprowadzania innych składników utrzymuje się wskaźnik napełniania komory o wartości 1.

Ponadto korzystnym jest, ze w skład mieszaniny kauczuku wchodzi kilka składników aktywnych, każdy w proporcji poniżej 10%o ogólnej wagi elastomeru, przy czym dokonuje się jednokrotnego wstępnego przemieszania pewnych składników uzyskując papkę, którą wprowadza się do komory mieszania w żądanej ilości razem z innymi składnikami i że w skład mieszanki wchodzi olej, przy czym frakcji oleju używa się do mieszania wstępnego.

Kolejną korzyścią jest to, że składniki, które w temperaturze otoczenia są w fazie stałej, są ogrzewane aż do przejścia w fazę płynną przed dokonaniem mieszania wstępnego.

Urządzenie do ciągłego przygotowywania mieszanki kauczuku według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma komorę mieszania rozciągającą się między końcem górnym, a końcem dolnym, która zawiera przynajmniej jeden wirnik obrotowy usytuowany w statorze, przy czym koniec górny stanowi wlot dla co najmniej części co najmniej jednego składnika mieszanki, zaś koniec dolny stanowi wylot mieszanki kauczuku, ponadto komora mieszania ma człony dozowania i wprowadzania elastomerów podstawowych pod ciśnieniem do komory mieszania oraz ma człony dozowania i wprowadzania innych składników do komory mieszania, przy czym zespoły członów dozowania i wprowadzania składników mieszanki do komory mieszania usytuowane są wzdłuż komory mieszania co najmniej w dwóch oddzielnych położeniach między końcem górnym a końcem dolnym.

Korzystne jest, że ma człony dozowania i wymuszonego wprowadzania pod ciśnieniem każdego składnika do tej zamkniętej komory mieszania.

Korzystne jest także, że człon dozowania i wymuszonego wprowadzania elastomeru podstawowego mieszanki kauczuku ma pompę objętościową i że do każdego z elastomerów podstawowych mieszanki kauczuku ma jeden człon dozowania i wymuszonego wprowadzania, przy czym każdy z tych wszystkich członów dozowania i wymuszonego wprowadzania ma pompę objętościową oraz, że przed pompą objętościową ma człon plastyfikacji i spłaszczania.

172 917

Korzystnejest również, że przed członem plastyfikacji i spłaszczania, po przeciwnej stronie niż pompa objętościowa znajdują się kolejno zespół rozdrabniający połączony ze zbiornikiem co najmniej jednego bloku elastomeru podstawowego, nad którym w zbiorniku usytuowany jest nł-UinU- u ΐορχζ eVłqr1a cia τ ηΛ7Λ ur cniKv ncvtii0WimAi nKmtnwn w _? i ZjV l VZiUiUUinUJt£V j Oiy -<u uv£U »» un 1-i.ej «^łiiwj -w^Kow w ii komorze.

Ponadto korzystne jest, że nóż w kształcie śruby ma skok śruby stopniowo zmniejszający się w kierunku członu plastyfikacji i spłaszczania, przy czym z jednej strony nóż znajduje się w zespole rozdrabniającym, a druga strona noża jest w strefie plastyfikacji wiórów.

Następną korzyścią jest to, że komora posiada przynajmniej jedną strefę, której wskaźnik napełniania jest poniżej 1, usytuowaną ściśle poniżej strefy, gdzie wskaźnik napełniania ma wartość 1.

Kolejną korzyścią jest to, że wszystkie człony dozowania i wymuszonego wprowadzania dla wszystkich składników papkowatych są pompami objętościowymi, i że wszystkie człony dozowania i wymuszonego wprowadzania dla wszystkich składników sproszkowanych są pompami objętościowymi.

I Λ 1 » Λ Ił- . Z i Λ SI 4- 4· » ζ'Χ ł—ł * Λ 4 * * y-ί ’ * > « Λ Z·» F 1 ł « Ί Λ /-< n, f-ι - Z, zJ z4 —F. 1 z·* z> Z* z4 Z> . z^

Dalszą korzyścią jest to, że ma co najmniej dwie strefy mieszania oddzielone ou siebie, przy czym człony dozowania i wymuszonego wprowadzania usytuowane poniżej pierwszej strefy mieszania połączone są ze strefą komory mieszania, gdzie wskaźnik napełniania ma wartość 1.

Korzystne jest. że posiada wał napędzający różne człony dozowania i wymuszonego wprowadzania i że między członami dozowania i wymuszonego wprowadzania a tym wałem znajduje się mechaniczne sprzężenie.

Korzystne jest także, że pewne człony dozowania i wymuszonego wprowadzania są co najmniej pompami tłokowymi.

Korzystne jest również, że posiada przynajmniej dwie strefy mieszania oddzielone od siebie, przy czym,punkt pobierania mieszanki jest usytuowany między dwiema strefami mieszania przed członami dozowania i wymuszonego wprowadzania.

Ponadto korzystne jest, że stator posiada jeden wirnik na całej swojej długości w komorze mieszania.

Przedmiot wynalazku zostanie pokazany w przykładzie wykonania na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia rzut pionowy urządzenia do mieszania według wynalazku, z częściowym odsłonięciem, wnętrza, fig. 2 - rzut boczny tego urządzenia, fig. 3 - rzut z góry urządzenia z częściowym odsłonięciem wnętrza, fig. 4 - przekrój według IV-IV z fig. 3, fig. 5 - odmianę wykonania, fig. 6 - wyniki porównawcze.

Urządzenie do mieszania posiada komorę mieszania 11, wewnątrz której obraca się wirnik 2. Górny koniec komory mieszania 11 jest oznaczony odnośnikiem 12, a koniec dolny odnośnikiem 13. Po jednej stronie urządzenia ma dwa zbiorniki 5, w które wprowadzono elastomery podstawowe tworzące mieszankę kauczuku. Zbiorniki 5, przeznaczone są do przechowywania przynajmniej jednego bloku elastomeru, takiego jak dostarcza się zwykledo przemysłu przetwórczego kauczuku. Oczywiście można także wprowadzić elastomery do zbiornika w formie rozdrobnionej. Ubijak 51 usytuowany jest pionowo wewnątrz każdego zbiornika 5, i przemieszcza się ślizgowo, od położenia góraęgo w zbiorniku 5 do położenia dolnego, gdzie styka się z dnem zbiornika 5. Zbiornik 5 mapołączenie z komorą 52, w której znajduje się obrotowy nóż 53, w kształcie śruby o zmiennym przekroju poprzecznym. Nóż 53 w połączeniu z komorą 52 stanowi zespół rozdrabniania 52, 53 elastomerów przenoszący wióry na blok lub bloki elastomerowe umieszczone w zbiorniku 5.

Granulki lub wióry są przenoszone mechaniczne do pompy objętościowej. W tym wykonaniu nóż 53 w kształcie śruby ma skok zmniejszający się stopniowo w kierunku człona plastyfikacji i spłaszczania 54 aby do czynności rozdrabniania, która nie wymaga krzywizny śruby dodać przeniesienie wiórów i zmiękczanie ich coraz bardziej intensywnie, w miarę przemieszczania się w prawo na fig. 1. Zabezpiecza się w ten sposób tłoczenie pompy zębatej 55.

Pompy zębate 55, które są objętościowe, mają przewody odprowadzające 56, które łączą się w jeden przewód 57 połączony z komorą mieszania 11.

172 917

Częściowe przekroje na fig. 1 i 3 przedstawiają wnętrze komory mieszania 11. Jest ona utworzona przez wolną przestrzeń między wirnikiem 2 i statorem 1. Wzdłuż wirnika 2 rozróżniono trzy strefy P, P', P, których celem jest w istocie napędzanie składników mieszanki, między którymi wyróżniono dwie oddzielone strefy M, M', w których następuje zasadnicze mieszanie. Wprowadzenie elastomerów podstawowych następuje z górnego boku 12 komory mieszania w strefie napędu P

Inne człony dozowania i wprowadzania są rozmieszczone wzdłuż komory mieszania M i pozwalają na wprowadzenie innych składników mieszanki końcowej w różnych miejscach wzdłuż ciągu składników podstawowych. Składniki sproszkowane są korzystnie wprowadzane pompą objętościową powyżej pierwszej strefy M pompami znanymi ze stanu techniki. Składniki płynne mogą być wprowadzane bardzo łatwo pompą pojemnościową dla płynów, która może być typu z tłokami, lub innego typu, zdolnego zapewnić dokładność objętościową, jak na przykład pompa zębata lub pompa łopatkowa. Dozowanie pojemnościowe płynów nie stanowi żadnego problemu i w stanie techniki są dobrze znane różne sposoby. Płyny są wprowadzane na początku pierwszej strefy M.

rctri t o nnfi/ntl ani «-»łn mir»»-» t r«<-* /innnr,n»A,-i 1,-.1-.

Α^ν/jLz-ij οιιιιν, uiiiluiivmuvzjv, titmiczzLiiznęi ciuiru, turij wuLUij □4ριυυΐιιινό£νΖΛΐιη dCUHL tuu z bardzo małą ilością oleju (kilka procent w ilości przewidzianej przez recepturę mieszanki kauczuku), na przykład bardzo prosto w kuwecie, w której obraca się śruba. Ta operacja nadaje ruchu mieszance papkowatej. W razie potrzeby, te z produktów, które są w fazie stałej w temperaturze otoczenia, są najpierw rozgrzewane przed stopieniem. Papkowata mieszanina, tak jak jakikolwiek inny papkowaty składnik jest korzystnie wprowadzona pompą objętościową (na przykład pompą zębatą lub z tłokiem). Wykonywanie przemieszczania, lub dokładniejszego przegrupowania składników jest szczególnie korzystne przy dużej ilości składników, z których każdy występuje w bardzo małej ilości w recepturze mieszanki, to znaczy gdy każdy stosowany jest w proporcji poniżej 10% wagi ogólnej elastomeru. To prowadzi do zmniejszenia liczby członów dozowania w aparacie mieszarki. To przemieszanie może być wykonywane ciągle lub po kolejnych ładunkach. Trzeba oczywiście, przy wyborze produktów przegrupowywanych w ten sposób, liczyć się z ewentualnymi niezgodnościami chemicznymi.

W opisanym przykładzie, człony dozowania i wprowadzania 71 i 72 są pompami objętościowymi dla produktów sproszkowanych. Można zauważyć ciąg komunikacyjny między pompami i komorą mieszania. Pompa 73 pozwala dozować objętościowo i wprowadzać pod ciśnieniem poprzez kanał 730 olej używany do mieszania kauczuku.

Na koniec, pompy 74 i 75 są używane aby wprowadzać poprzez kanały 740 i 750 akcelerator i razem antyutleniacze, zmiękczacze i siarkę, które były uprzednio mieszane. Kanały 740 i 750 łączą się w jeden kanał 750, który prowadzi składniki do komory mieszania 11. Jest ważne, aby wydajność masowa drugiej strefy P' była równa sumie wydajności masowych wszystkich członów dozowania i wprowadzania usytuowanych powyżej, ponieważ jeśli byłaby większa, wtedy pierwsza strefa M napełniałaby się stopniowo w całości (wskaźnik napełniania 1) i nie mogłaby wtedy pełnić roli strefy mieszania.

Te same pompy objętościowe, które z natury osiągają założoną wydajność, zezwalają na działanie ciągłe mieszarki, jeśli wybierze się pojemność skokową jednostkową wystarczająco małą w stosunku do wydajności ogólnej i prędkości przepływu.

Urządzenie jest wyposażone w co najmniej jedno urządzenie do odgazowywania 76 wmontowane jak widać na fig. 3 tuż przed pompą 74, to znaczy w strefie gdzie wskaźnik napełniania jest poniżej 1. Na fig 1, strefy gdzie wskaźnik napełniania ma wartość 1, są oznaczone liniami równoległymi do osi urządzenia, naprzeciwko stref oznaczonych cyfrą 1 w kółku.

Na figurze 4 widać, że urządzenie do odgazowywania 76 posiada otwór do połączenia z atmosferą 763 przebity w rurze 762, która łączy się ponadto z komorą mieszania 11. Ważną rzeczą jest żeby podczas odgazowywania nie było ubytków materiału znajdującego się w komorze mieszania 11.

W tym celu przewidziano element, który kolejno zamyka a następnie otwiera otwór 763 powtarzając ciągle ten cykl. Powietrze zostaje w tym krótkim momencie wypuszczone, ale dla materiału jest to za krótki czas na opuszczenie komory 11. Tę rolę spełnia tłok 760 napędzany

172 917 przez korbę 761 mimośrodu zamontowanego na wale 6. Zespół jest tak wyregulowany aby po zamknięciu otworu 763, tłok 760 cofał materiał do komory mieszania 11, który zaczął przemieszczać się do rury 762.

Oprócz różnych członów dozowania i wprowadzania 71,72, 73, 74, 75 (patrz fig. 2) w postaci pomp dla każdego składnika urządzenie zawiera kolumnę, w której jest zbiornik 61 z przymocowaną rurką 62 zaopatrującą. Rurki 62 są rozgałęzione i tworzą sieć do rozprowadzaniaprzewód rurowy, ewentualnie z regulowaną temperaturą do płynów, układy obiegowe dla proszków (na przykład transport pneumatyczny), albo każdy inny odpowiedni układ. Urządzenie zgrane z kontrolą poziomu składnika w zbiorniku 61 dla utrzymania poziomu jego napełniania między poziomem mini a założonym poziomem maxi.

Widać (fig. 1), że komora mieszania 11 posiada: obieg z góry do dołu, strefę w której wskaźnik napełniania ma wartość 1, następnie strefę, w której wskaźnik jest poniżej wartości 1. To wynika z faktu, że wprowadzono składniki przez kanał 750 i że w tym miejscu, aby zagwarantować doskonałą jakość wytwarzanej mieszanki, zapewniono stabilizację wydajności osiągając wskaźnik 1. Wcześniej przewidziano strefę napędu P'.

Konstrukcja urządzenia do mieszania jest modułowa, co znaczy, że posiada w wariancie, który ukazuje wynalazek, dwa etapy mieszania. W zależności od trudności podczas wytwarzania mieszanki kauczuku, można używać jednego lub kilku stopni mieszania, wszystkie będą utworzone w ten sam sposób: zawierać one będą zwykłą strefę napędu oraz jedną lub kilka stref mieszania. Aby zrealizować różne elementy mieszania zastosowano wał narzędziowy, na który wciągnięto i unieruchomiono przez klin różne narzędzia wybrane w zależności od zamierzonych czynności podczas mieszania.

Na figurze 1 widać, że dla wszystkich stref P, P', P stator 1 jest opuszczony a wirnik 2 posiada prostą śrubę napędową. Widać także, że dla pierwszej strefy M i części drugiej strefy M', stator 1 posiada gwint o skoku przeciwnym w stosunku do gwintu umieszczonego na wirniku 2 strefach P, P', P, aby wzmocnić siłę napędu mieszanki, a powierzchnia wirnika 2 ma postać śruby. Na koniec widać, że dla małej części drugiej strefy M', tak wirnik 2 jak i stator 1 posiadają wgłębienia.

Sygnalizowano już, że znajomość w materii koncepcji kształtów wirników i statorów urządzeń do mieszania kauczuku są dosyć empiryczne. Jeśli chodzi o kształty narzędzi mieszarek, przedstawiony wynalazek nakazuje tylko dobranie ich dla wykonania stref napędu P, P', P i mieszania M, M'. w sposób, który zależy od stref gdzie wskaźnik napełniania jest poniżej 1 i strefy przenoszenia materiału, gdzie wskaźnik napełniania ma wartość 1 (na fig. 1 widać jeden cykl).

Elementem bardzo prostym do kontroli wartości wskaźnika napełniania, istotnym w komorze mieszania 11, w różnych jej strefach jest pozorne zatrzymanie się obrotu wirnika 2 i działania wszystkich członów dozowania i wprowadzania, następnie-wyciągnięcie wirnika poza stator 1, co unosi materiał w miejscu wzdłuż wirnika 2. Można wtedy porównać pojemności materiału z teoretycznymi pojemnościami w różnych strefach, pojemność teoretyczna to ta między statorem i wirnikiem. Proste sprawdzenie wizualne wirnika pozwoli częściej zauważyć nieprawidłowości bezpośrednio i widzieć strefy gdzie wskaźnik napełniania jest poniżej 1.

Konstrukcja modułowa umożliwia łatwą optymalizację mieszarki w zależności od typu mieszanki, którą ma się wytwarzać. Jednak nawet w przypadku mieszanki z jednym wirnikiem można zaprojektować urządzenie o wielu zastosowaniach.

Oczywiście, urządzenie do mieszania posiada regulację termiczną poprzez cyrkulację płynu wewnątrz wirnika 2, poprzez złącze obrotowe 4 i poprzez cyrkulację płynu w statorze 1, a nawet wokół kanałów 55 i 56 i wokół komory 52. Korzystna jest możliwość regulacji w kilku oddzielnych strefach, ponieważ wskazania dotyczące temperatury, których należy przestrzegać zależą od lepkości optymalnej, którą się chce osiągnąć dla danego etapu mieszania, jak również od reaktywności różnyph składników w danej temperaturze. Na przykład nie należy wprowadzać układu wulkanizacyjnego do mieszanki, która znajdowałaby się w temperaturze wyższej niż temperatura wulkanizacji. Ponadto od nadzorowania, dokładnej temperatury ściany w sposób selektywny w różnych strefach zależy nadzorowanie spływania substancji wzdłuż ściany i w efekcie jakość wytwarzanej mieszanki.

172 917

Urządzenie do mieszania jest uruchamiane w całości przez jeden silnik 8, który znajduje się na lewym boku podstawy 10. Silnik 8 wprawia w ruch wirnik 2, a również wał 6, na którym mogą być montowane i demontowane człony dozowania i wymuszonego wprowadzania 71,72, 73, 74, 75. Każdy człon dozowania i wprowadzania 71, 72, 73, 74, 75 posiada regulację, która zmienia dozowaną ilość przy tej samej szybkości wału 6.

Aby wykonać mieszankę kauczuku wybrano w tym przypadku typ narzędzia, które zamontowano na wale i na obudowie. Następnie aby otrzymać daną mieszankę, wyregulowano różne wydajności, jedne w stosunku do drugich za pomocą sterowników wydajności związanych z każdym dozującym członem. Regulacja wydajności drogą mechaniczną, może być uważana za nienaturalną. Tymczasem daje większą gwarancję przestrzegania receptury mieszanki i jej odporności na starzenie. Ponieważ regulacje te trzeba wykonywać w czasie zmiany mieszanki, zdają się one być zagadnieniem bardzo interesującym. W przypadku pompy z tłokiem można dostosować cylinder przez zmianę skoku. Można także dla każdego typu pompy zmienić położenie instalowane między wałem napędzającym 6 a każdą z pomp. We wszystkich przypadkach nie ma indywidualnej regulacji wydajności. Mieszarka jest uruchomiona w całości przez jeden silnik, któiy ićwnie dobrze dostarcza pracy koniecznej do mieszania jak i momentu obrotowego niezbędnego dla wszystkich urządzeń dozujących.

W innych przykładach wykonania, każdy człon dozujący i wprowadzający posiada swój własny silnik, lub pewne grupy członów posiadają własny silnik i działanie zespołu silników urządzenia jest kontrolowane przez komputer na podstawie danych otrzymywanych z wytwarzanej mieszanki.

Interesującym aspektem mieszarki ciągłej, przedstawionej w wynalazku jest bardzo duża łatwość z jaką można optymalizować wskaźnik napełniania wzdłuż jej osi aby liczyć się z bardzo dużym zmniejszeniem objętości zajętej przez elastomery i składniki proszkowe, w miarę jak składniki proszkowe są wprowadzane do elastomerów. To uzyskuje się oddziaływując na przekrój kanału określonego przez powierzchnię zawartą między wirnikiem a statorem, na przekroju prostopadłym do osi wirnika i/lub na prędkości przepływu.

Rozruch zaczyna się najpierw przez wprawianie w obrót wału 2 przez uruchomienie silnika, a następnie włącza się pompy objętościowe 55 zapewniając wprowadzenie elastomerów podstawowych. Prościej jest odczekać jakiś czas konieczny aby elastomer lub elastomery były przeprowadzone do dolnego końca 13 komory mieszania. Włącza się wtedy jednocześnie wszystkie człony dozujące 71,72,73,74 i 75. Po czasie przejścia materiału do wnętrza mieszarki uzyskuje się mieszankę końcową. Następuje strata materiału w chwili zatrzymania wytwarzania mieszanki, ustaje akcja członów dozujących, następnie można przestać podawać elastomer lub elastomery podstawowe, które mogą spełniać rolę gumy do czyszczenia. Następnie zatrzymuje się pompę lub pompy wtłaczania elastomerów i prowadzi się dalej obracanie wału 2 aby zapewnić kompletne, jak to tylko możliwe opróżnienie komory mieszania.

Podczas działania mieszarki, każdy zbiornik 5 musi zawierać elastomer podstawowy. Aby zapewnić regularne zaopatrzenie urządzenia, ubijak 51 opiera się z odpowiednią siłą na elastomerze, który jest w zbiorniku 5. Gdy ubijak 51 zajmuje pozycję bliską pozycji dolnej, można podnosić i uwalniać zupełnie wierzch zbiornika, aby móc ponownie wprowadzić jeden lub kilka bloków. To się robi w praktyce bez żadnej przerwy w zaopatrywaniu komory mieszania Można także wprowadzić do takiego zbiornika granule kauczuku, bez pokrywania ich substancją nie przyklejalną.

Figura 5 ilustruje częściowo odmianę urządzenia do mieszania: pompa objętościowa 9 jest umieszczona wzdłuż komory z punktem pobierania mieszanki między zakończeniem górnym a dolnym. Całość wydajności w punkcie pobierania przechodzi przez pompę objętościową. Pompa 9 jest zainstalowana dla zwiększenia przepustowości urządzenia, ściśle przed dodaniem jednego lub kilku innych składników mieszanki. Wydajność objętościowa musi być dostosowana do przestrzegania warunku równości wydajności masowych opisanych powyżej. Można osiągnąć ten cel przez rozsądne wymiarowanie pompy objętościowej 9. Można także oddzielnie sterować prędkością, przez regulację konstrukcji wyjściowej dwóch czujników ciśnienia, jednego na początku strefy P', drugiego na końcu, dokładnie przed punktem pobierania, ale żeby pompa nie była w trakcie tłoczenia ani jej niedostateczna wydajność nie powodowała napełniania komory z- 10

172 917 w strefie powyżej strefy mieszania. Ważne jest żeby wprowadzać wszystkie małe zmiany prędkości pompy 9 wokół jej prędkości nominalnej. Wirnik 2 posiada gładkie łożysko 19 dostosowane do jego działania na statorze 1 w sposób taki, że tworzy on uszczelnienie dla materiału mieszanego Przechodzi on przez otwór 91, przez pompę objętościową 9 do przekładni, potem przez otwór przepływowy 92, który go sprowadza do komory mieszania 11 poza łożysko gładkie 19. Następnie kanał 750 otwiera się do komory mieszania 11 w pobliżu drugiej strefy M'. Ma ona łączność z członem dozowania i siłowego wprowadzania usytuowanego ściśle poniżej punktu pobierania. Pompa objętościowa 9 z przekładnią jest osadzona na wale 6 za pomocą siły nie pokazanej.

Wynalazek może być stosowany dla wszystkich mieszanek kauczuku. Oszacowano jakość dyspersji mieszanki dla opony pneumatycznej wulkanizowanej siarką na bazie SBR i polibutadienu, czerni węgla, tlenku cynku, oleju i wosku. Zaobserwowano pod mikroskopem optycznym aglomeraty w cienkiej skórce wulkanizowanej z tej mieszanki. Aglomeraty odpowiadały wadom dyspersji ładunków. Na diagramie z fig. 6 przedstawiono fakturę aglomeratów i ich liczbę porządkową. Wyniki uzyskano dla trzech faktur aglomeratów, identyczne w dwóch próbach. Mieszanka wykonana w mieszarce wewnętrznej daje wyniki przedstawione przez zakreślone linijki. Widać, że aglomeraty przetrwałe po mieszaniu według wynalazku są faktury średniej lub mniejszej. Ich większe liczby poddają się bardziej dyspersji. Widać, że to bardzo zwarte urządzenie nie wymaga żadnych przygotowań, uwarunkowań ani uprzedniego dozowania składników dokładniej odważonych, mianowicie elastomerów i ładunków wzmacniających. Jest zdolne do przyjmowania materiału w stanie surowym i oddania przy wyjściu mieszanki końcowej, przestrzegające ściśle formuły składu mieszanki i swoich właściwości. Poza korzyściami w sposobie ciągłym, jakość uzyskanych mieszanek jest co najmniej równa albo lepsza od tych, które uzyskano na mieszarce wewnętrznej.

Odnosząc się do tekstu Cabota (patrz na przykład norma ASTM D 2663), mieszanka trudna do wykonania uzyskała notę D3 po pracy w mieszarce wewnętrznej. Mieszanka ta po wykorzystaniu wynalazku uzyskała notę C2. Mieszanka zwykła, dla której uzyskano notę C2 używając mieszarki wewnętrznej, uzyskała notę B1 po pracy w urządzeniu z wynalazku.

WO χ5ο

Fia 3

^f'3'

172 917

^F!3 *

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób ciągłego przygotowywania mieszanki kauczuku, znamienny tym, że podstawowe składniki mieszanki kauczuku w postaci elastomerów dozuje się i wprowadza w fazie papkowatej do co najmniej jednej komory mieszania (11), w której składniki mieszanki kauczuku przemieszcza się z góry na dół i jednocześnie miesza się je za pomocą obrotowego wirnika (2) ukształtowanego w postaci śruby i statora (1),, którego wewnętrzna powierzchnia ma rzeźbę ułatwiającą przesuw mieszanki kauczuku, następnie dozuje się i wprowadza się pod ciśnieniem wszystkie inne składniki mieszanki, przy czym miejsca wprowadzania poszczególnych składników wyznacza się wzdłuż stref napędu (P, P', P) i stref mieszania (M, M') w zależności od wskaźnika napełniania komory mieszania, który w pewnych strefach mieszania (M, M') ma wartość poniżej 1.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elastomery wprowadza się do komory mieszania (11) o temperaturze powyżej 40°C.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że co najmniej część elastomerów podstawowych i ładunków wzmacniających wprowadza się do strefy górnej komory (11) i miesza się w pierwszej strefie mieszania (M), następnie przemieszcza się do miejsca wprowadzania innych składników, po czym, uzyskany zestaw składników miesza się w drugiej strefie mieszania (M').
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że między pierwszą strefą mieszania (M) a miejscem wprowadzania innych składników utrzymuje się wskaźnik napełniania komory (11) o wartości 1.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w skład mieszanki kauczuku wchodzi kilka składników aktywnych, każdy w proporcji poniżej 10% ogólnej wagi elastomeru, przy czym dokonuje się jednokrotnego wstępnego przemieszania pewnych składników uzyskując papkę, którą wprowadza się do komory mieszania (11) w żądanej ilości razem z innymi składnikami.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że w skład mieszanki wchodzi olej, przy czym frakcji oleju używa się do mieszania wstępnego.
7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że składniki, które w temperaturze otoczenia są w fazie stałej, są ogrzewane aż do przejścia w fazę płynną przed dokonaniem mieszania wstępnego.
8. Urządzenie do ciągłego przygotowywania mieszanki kauczuku, znamienne tym, że ma komorę mieszania (11) rozciągającą się między końcem górnym (12), a końcem dolnym (13), która zawiera przynajmniej jeden wirnik (2) obrotowy usytuowany w statorze (1), przy czym koniec górny (12) stanowi wlot dla co najmniej części co najmniej jednego składnika mieszanki, zaś koniec dolny (13) stanowi wylot mieszanki kauczuku, ponadto komora mieszania (11) ma człony dozowania i. wprowadzania (71, 72) elastomerów podstawowych pod ciśnieniem do komory mieszania (11) oraz ma człony dozowania i wprowadzania (73, 74, 75) innych składników do komory mieszania (11), przy czym zespoły członów dozowania i wprowadzania (71,72, 73, 74, 75) składników mieszanki do komory mieszania (11) usytuowane są wzdłuż komory mieszania (11) co najmniej w dwóch oddzielnych położeniach między końcem górnym (12) a końcem dolnym (13).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że ma człony dozowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74,75) pod ciśnieniem każdego składnika do tej zamkniętej komory mieszania (11).

172 917
10, Urządzenie wenhig zasug . i? albo 9 , znamienne tym, ze człon dozowania i wymu szonego wprowadzania (71, 72) elastomeru podstawowego młesoadkł kaucouku ma pompę objętościowe (55),
1 1 T TfTCfłrzanio iirorlłiirr 7octr7 fi οΙΚ/Λ Q Ύηοττίί ΩΓΐη-Ο ftlTT» TF V Q (TO Ύ Q ctf\m ΟΓΠ IV

1 1. Ul.2iQUiVdl.Ue nwuud ZjtUJUi. UF Mlwo» ^vjt··, ŁJV 1_*J Vk i\wajM.V£i \z u >a»»*r w ł » i podstawowych mieszanki kaucouku ma jeden cołon dozowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75), przy coym każdy o tych wszystkich członów dooowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75) ma pompę objętościową (55).
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienny tym, że przed pompą objętościowe (55) ma cołon plastyfikacji i spłaszczania (54),
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że przed członem plastyfikacji i spłaszczania (54), po przeciwnej strome niż pompa objętościowa (55) znajdują się kolejno zespół rozdrabniający (52, 53) połączony ze zbiornikiem (5) co najmniej jednego bloku elastomeru podstawowego, nad którym w zbiorniku (5) usytuowany jest ubijak (51),
14. Urządzenie według oastro, 13, znamienne tym, że zespół rozdrabniający (52, 53) składa się z noża (53) w kształcie śruby usytuowanej obrotowo w komorze (52),

1 TT -----zie~ w A — o r Z __<^,n-·___ ty miz,<,uxCuIc ncuiżg i twiiduutznuc *-Z^1u. u nur o ^uuuięaul^ mα δκυκ śruby stopniowo zmniejszający się w kierunku członu plastyfikacji i spłaszczania (54), przy czym z jednej strony nóż (53) znajduje się w zespole rozdrabniającym (52, 53), a druga strona noża (53) jest w strefie plastyfikacji wiórów,
16. Uroądzenie według zastrz, 8 albo 9, znamienne tym, że komora (11) posiada przynajmniej jedną strefę, której wskaźnik napełniania jest poniżej 1, usytuowaną ściśle poniżej strefy, gdzie wskaźnik napełniania ma wartość 1,
17, Uroądzenie według oastro, 9 albo 9, znamienne tym, że wszystkie człony dozowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75) dla wszystkich składników papkowatych są pompami' objętościowOmi·
19, Urządzenie według zastrz, 9 albo 9, znamienne tym, że wszystkie człony dooowania .i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75) dla wszystkich składników sproszkowanych są pompami objętoścłowomł.

19 Uroądzenie według oastrz, 16, znamienne tym, że ma co najmniej dwie strefy mieszania (M, M') oddzielone od siebie, przy czym człony dozowania i wymuszonego wprowadzania (74, 75) usytuowane poniżej pierwszej strefy mieszania (M) połączone są ze strefą komory mieszania (11), gdzie wskaźnik napełniania ma wartość 1,
20, Urządzenie według oastrz, 9 albo 9, znamienne tym, że posiada wał (6) napędzający różne człony dozowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75).
21, Urządzenie według zastrz, 2θ, znamienne tym, że międoy członami dooowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75) a wałem (6) znajduje się mechaniczne sprzężenie,
22, Urządzenie według zastrz, 9 albo 9, znamienne tym, że pewne człony dozowania i wymuszonego wprowadzania (71, 72, 73, 74, 75) są co najmniej pompami tłokowymi,
23, Urządzenie według zastrz, 19, znamienne tym, że posiada przynajmniej dwie strefy mieszania (M, M') oddzielone od siebie, przy czym punkt pobierania mieszanki jest usytuowany międoy dwiema strefami mieszania (M, M'), przed członami dozowania i wymuszonego wprowadzania (74, 75),
24, Urządzenie według zastrz, 8, znamienne tym, że stator (2) posiada jeden wirnik (1) na całej swojej długości w komorze mieszania (11)