RU1120587C - Устройство дл получени тонкого порошка из полимерного материала - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области полимерного машиностроени  и направлено на усовершенствование устройств длй тонкого измельчени  полимерных материалов, например полиэтилена и композиций на его основе.

Известно устройство дл  тонкого измельчени  полимерных материалов, содержащее корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками и с расположенным в нем мелющим ротором.

Ротор имеет мелющие органы режущего или ударного, типа, расположенные вблизи стенок камеры. В загрузочном патрубке установлен шнековый питатель, в который подаетс  криогенный газ, охлаждающий полимерные гранулы до температуры, при которой полимер становитс  хрупким и легче поддаетс  измельчению.

Использование криогенных газов удорожает производство порошка и требует специального оборудовани  и материалов, способных работать при низких температурах .

Известно также устройство дл  получени  тонкого порошка полиэтилена путем сухого истирани  полимера в температурном интервале от БО.С до точки плавлени .

Это устройство содержит мельницу, обычно используемую дл  помола пластмасс , содержащую корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками и расположенный в нем мелющий ротор. Мельница снабжена нагревателем vi средством дл  разм гчени  и разрыхлени  полиэтилена перед подачей его в мельницу, выполненным в виде обогреваемых валков.

Материал в виде гранул, листов и т.п. 3-4 раза пропускают через разогретые вал«и (на это требуетс  от 2 до 10 мин). При этом материал разогреваетс  и превращаетс  в рыхлую массу, котора  теплой подаетс  в разогретую мельницу, где истираетс  в порошок .

Такое устройство из-за низкой производительности валков и плохой автоматизации процесса вальцевани  не нашло применени  в промышленности. Кроме того , от 25 до 40% получаемого порошка имеет дисперсность, превышающую допустимую дл  порошков, используемых дл  покрытий, т.е. не проходит через сито с 200 отверсти ми на 1 см.

К недостаткам устройства следует также отнести, что оно позвол ет перерабатывать лишь твердый полимер определенного гранулометрического состава и не может перерабатывать в порошок материал, поступающий в виде расплава, например из шнекового смесител  или экструдера. В св зи с

этим в технологической линии по получению порощков полимерных материалов после шнекового смесител , расплавл ющего и смешивающего компоненты, устанавливают формующую головку дл  придани  материалу формы стержней или листа, устройство дл  охлаждени  формованного материала, резательное устройство, придающее материалу форму, пригодную дл  за0 фузки в устройства дл  измельчени .

Повторное плавление и разогревание полимерных материалов приводит к ухудшению их физико-химических свойств, т.е. к ухудшению качества конечных продуктов.

5 Кроме того, при этом увеличиваютс  энергетические затраты.

Известно устройство дл  получени  порошков полимера непосредственно из расплава , содержащее сопло с каналами дл 

0 ввода расплава и сжатого газа, резервуар, вход в который соединен с выходом из сопла , а выход с циклоном.

Под действием турбулентных потоков, возникающих на выходе сопла, расплав поЛ5 имера диспергируетс  потоком газа в микрочастицы , образующие после остывани  порошок.

Устройство Требует значиТельных энергетических затрат и не позвол ет получить

0 высокодисперсцый порошок. Кроме того, с помощью этого устройства вообще не удаетс  получать порошковый материал с помощью полиэтилена и других полимеров, имеющих низкий индекс расплава.

5 Известно также устройство дл  получени  тонкого порошка из полимерных материалов , содержагцее корпус с расположенной внутри него цилиндрической камерой, внутри которой коаксиально

0 смонтирован мелющий ротор.

Между боковой поверхностью мелющего ротора и сопр женной с ней внутренней поверхностью цилиндрической камеры, расположена зона помола. Мелющий ротор

5 снабжен мелющими элементами режущего или ударного типа, а сопр женна  с ним поверхность цилиндрической камеры выполнена с продольными рифлени ми треугольной формы имеющими мелкие

0 отверсти  дл  прохода порошка. Корпус снабЖ1е н загрузочным и разгрузочным патрубками .

Недостаток этого устройства сострж в том, что отверсти  в стенках камеры часто

5 забиваютс  полимером, в результате чего высыпание порошка прекращаетс . Увеличение диаметра отверстий в стенкёх снижает веро тность забивани  их, но одновременно приводит к увеличению размера частиц порошка. Поэтому средний размекр частиц получаемого на этом устройстве порошкового полиэтилена не менее 120 мкм. Кроме toro, устройство требует значительных удельных энергозатрат (420 кВт.ч на 1 т порошка полиэтилена низкой плотно .сти). . ,. ,,., /.,., -V.--. , . . . , ,, .;,

Наиболее близким к изобретению noi технический сути и достигаемому эффекту  вл етс  устройство дл  получени  тонкого порошка из полимерного материала, содержащее корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, внутри которого размещен ротор в виде тела врашени  с кольцевым зазором к внутренней поверхности kopnyca,

Под действием гравитационных сил полимерный материал в виде гранул из за-, грузрчного патрубка поступает в кольцевой зазор, где истираетс  в порошок.

Устройство может перерабатывать расплавленный материал и поэтому не может непорредственнр соединено со шнековым смесителем или экструдером, в которых готовитс  заданна  композици , содержаша  полимер, стабилизаторы и другие функциональные добавки. Истирание гранул полимерного материала проводитс  при температуре, близкой к комнатной, что требует значительных энергозатрат, и не позвол ет получать высокодисперсные порошки с размером 10-100 мкм.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности получени  тонкого nopouiка из расплава полимерного материала при повышении степени дисперсности порошка и снижении удельных энергозатрат.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  получени  тонкого порошка из полимерного материала, содержащее корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками , внутри которого размещен ротор в виде тела вращени  с кольцевым зазором к внутренней поверхности, снабжено средствами охлаждени  ротора и/иЛи внутренней поверхности корпуса, при этом загрузочный патрубок герметично соединен с корпусом с образованием между торцем ротора и корпуса радиально-кольцевой щели , сообщающейс  с кольцевым зазором, а корпус в Зоне радиально-кольцевой щели снабжен нагревательным элементом.

Такое выпрлнение устройства обеспечивает полное заполнение кольцевого зазора полимерным материалом, который в начале находитс  в состо нии расплава, а к концу а результате одновременного действи  охлаждени , давлени  и сдвиговых напр жений затвердевает и истираетс  в тонкодисперсный порошок.

Истирание полимерного материала в узком кольцевом зазоре производитс  практически при температуре затвердевани  или незначительно ниже температуры затвердевани , т.е. в услови х, когда работа разрушени  минимальна. В устройстве тонкрдисперсныйпорбшок (10-100 мкм) получаетс  непосредственно из расплава полимерного материала, мИНу  стадию гранулировани , при этом удельнь1ё энергозатраты на получение порошка в несколько раз снижены по сравнению с известными устройствами .

На фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг. 2 -тоже, но с двум  последовательно установленными роторами, имеющими отдельные приводы; на фиг. 3 - развертка цилиндрической поверхности ротора на фиг. 1; на фиг. 4 разрез А-А подлине развертки на фиг. 3; на фиг. 5 - развертка цилиндрической поверхности ротора (вариант выполнени ).

Устройство содержит корпус 1 внутри которого размещен концентрично ротор 2 в виде тела вращени . С одной стороны корпус имеет торец 3 с герметично присоединенным загрузочным патрубком 4, а с другой стороны - фланец 5 и разгрузочный патрубок 6.

Торец ротора 2 образует с торцем 3 корпуса 1 радиально-кольцевую щель 7,  вл ющуюс  распределительным каналом, через который производитс  подача расплава в кольцевой зазор 8, образованный сопр женными цилиндрическими поверхност ми корпуса 1 и ротора 2.

Цилиндрическа  поверхность ротора 2 образована насадной гильзой 9.

Дл  предотвращени  затвердевани  расплава, например, в период пуска, корпус 1 в зоне радиально-кольцевой щели 7 снабжен нагревательным элементом 10 и термопарами 11 и 12 дл  измерени  температуры расплава на входе и выходе радиальнокольцевой щели 7.

Корпус 1 снабжен средством охлаждени  внутренней поверхности, выполненным в виде четырех проточных кольцевых камер 13 со штуцерами 14 и 15 дл  подачи и вывода охлаждающей среды. Ротор 2 также выполнен с внутренними каналами 16 дл  прохода охлаждающей среды, поступающей по Трубке 17, размещенной в валу 18 ротора 2, осевому каналу 19 и радиальному каналу 20. Отвод охлаждающей среды из ротора осуществл етс  по радиальному каналу 21 и кольцевой щели 22, образованной внутренней поверхностью вала 18 и наружной поверхностью трубки 17.

, Вал 18 соедин етс  с трубопроводами (на чертеже не показаны), подающими и отвод щими охлаждающую среду посредством узла 23 ввода и вывода охлаждающей среды. Вал 18 ротора 2 установлен в корпусе привода 24 на двух радиальных подшипниках 25 и 26 и одном упорном подшипнике 27 и снабжен черв чной шестерней 28, наход  щейс  в зацеплении с черв ком 29. Корпус 1 прикреплен фланцем 5 к корпусу привода 24 болтами 30 через регулировочное кольцо 31, с помощью которого осуще ствл етс  регулирование величины зазора радиально-кольцевой щели 7, что позвол ет в случае необходимости управл ть перемешиванием расплавленного полимерного материала в данной щб|ли. Дл  контрол  давлени  расплава на входе в устройство загрузочный патрубок 4 снабжен датчиком 32 давлени .

Предлагаемое устройство работает следующим образом (на примере получени  порошка из расплава полиэтилена низкой плотности).

Рас.плав полиэтилена низкой плотности , содержащий стабилизатор, подаетс  из шнекового смесител  или экструдера через загрузочный патрубок 4 в радиально-кольцевую щель 7. При этом привод 24 обеспечивает вращение ротора с посто нной частотой 30 об/мин. Температура расплава в радиально-кольцевой щели 7, контролируема  термопарами 11 и 12, поддерживаетс  на уровне 95-110°С с помощью нагревател  10. Давление расплава контролируетс  по показани м датчика 32 давлени .

Из радиально-кольцевой щели 7 расплав непрерывным потоком поступает в кольцевой зазор 8, где он.интенсивно охлаждаетс  с двух сторон до температуры 90°С при одновременном воздействии сдвиговых деформаций, вызываемых вращением ротора. В затвердевающем полймерчом материале образуютс  многочисленные микротрещины.

При дальнейшем продвижении полимерного материала по кольцевому зазору 8 происходит его полное разрушение и образование тонкодисперсного пороШка, который через разгрузочный пат|5убок 6 выводитс  из устройства.

При измельчении полиэтилена низксзй плотности с индексом расплава, равным 7, средний, размер образующегос  порошка равен 20 мкм, причем частицы с размером 0-50 мкм составл ли 92%; 50-100 мкм 6 ,6%.

Удельные энергозатраты не превышали 80 кВт.ч на 1 т порошка.

При измельчении полиэтилена низкой плотности с индексом расплава, равным 2, средний размер полученных частиц вил 55 мкм.

Устройство, показанное на фиг. 2, со держит снабженный загрузочным патрубком 33 корпус 34, внутри которого размещен ротор 35 в виде тела вращени  с кольцевым зазором 36 к внутренней поверхности корпуса . Ротор 35 полым валом 37 соединен с приводом 38. Ввод полого вала 37 через торец 39 корпуса 34 герметизируетс  уплотнйтельным устройством 40. Радиальнокольцева  щель 41 выполнена сужающейс  по ходу движени  расплава. Загрузрчный патрубок 33 Нрисоединен герметично ккорriycy 34 в широкой части радиально-кольцевой щели 41, узка  часть которой сообщаетс  с кольцевым зазором 36.

Устройство дополнительно снабжено вторым корпусом 42 с разгрузочным патрубком 43 и вторым ротором 44, установленным внутри корпуса 42 также с образованием кольцевого зазора.

Кррпуса 34 и 42 герметично срединены друге другом болтами 45. Ротор 44 установлен соосно с ротором 35 на некотором рассто нии от него и снабжен индивидуальным приводом 46, конструктивное решение которого аналогично приводу 24, показанному на фиг. 1.

Роторь 35 и44 и корпуса 34 и 42 имеют средства охлаждени , такие же, как у устройства , показанного на фиг. 1. Торец 39 корпуса 34 также снабжен нагревательным элементом и термопарами дл  контрол Д за температурой расплава, а к загрузочному патрубку 33 подсоединен датчик давлени .

Устройство с двум  роторами, каждый из Которых имеет индивидуальный прибод, позвол ет подбирать оптимальную частоту и направление вращени  их. Это создает возможность выбора оптимальных режимов в зоне кристаллизации расплава и лоне помола при измельчении различных полимерных материалов. Однако Такое устройство более сложно, чем показанное на фиг. 1.

Устройство, показанное на фиг. 2, работает т.ак же образом, как и устройство, изображенное на фиг. 1.

Взаимодействующие цилиндрические поверхности корпуса и ротора на фиг, 1 и 2 вьгполн ютс  гладкими или с многоходовыми спиральными пазами 47, например, шестиза (одными, как это иллюстрируетс  на фИг. 3 разверткой цилиндрической поверхности ротора 2, показанного на фиг. 1. Направление спиральных пазОв 47 выбрано левое. В зависимости от. направлени  вращбни  ротор продвигает полимерный материал к разгрузочному патрубку 6 или тормозит его продвижение. Как правило, спиральные каналы способствуют резкому увеличению производительности устройства и очищают кольцевой зазор от полимерного материала по окончании работы. Дл  предотвращени  проскока расплава спиральные пазы выполн ютс  неглубокими илиС переманной глубиной, котора  периодически измен етс  от максимального значени  до нул , например, по синусоидальному закону, кЗк показано на фиг. 4.

Эксперименты показали эффективность роторов, выполненных с перекрещивающимис  спиральными пазами правого и левого направлений, как иллюстрируетс  на фиг. 5.

Возможность переработки расплава полимерного материала в порошок в непреФормула изобретени 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОГО ПОРОШКА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА , содержащее корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, внутри I которого размещен ротор в виде тела вра:щени  с кольцевым зазором к внутренней поверхности корпуса, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  возможности получени  тонкого порошка из расплава полимерного материала при повышении Ш. 4l916

ры вном процессе, мину  гранулирование расплава, позвол ет многократно снизить удельные энергозатраты {в 5 раз по сравнению с устройством, описанном в источнике). Порошок, получаемый при этом, имеет высокую степень дисперсности, при которой средний размер частиц достигает 10-20 мкм.

(56) Патент США М 3777729. кл. 241-65, опублик. 1973.

Патент ФРГ № 1229709, кл. 39 а 1/12, опублик. 1966.

Патент ФРГ № 1454760, кл. 39а. 1/12, опублик. 1973.

Патент Швейцарии N: 412294, кл. 39 а 1/12,опублик. 1963.

Патент ФРГ N; 1225027, кл 50с7, 1966.

степени дисперсности порошка и снижении удельных энергозатрат, оно сн абжено .средствами охлаждени  ротора и/или внутренней поверхности кбрпуса, при этом загрузочный патрубок герметично соединен с корпусом с образованием между торцомротора икорпуса радиально-кольцевой щели, сообщающейс  с кОльЦевым зазором, а корпус в зоне радиально-кольцевой щели снабжен нагревательным элементом. Фш.1 1 ш (, : :Пирдшок