RU2653132C1 - Измельчитель полимерных материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области переработки полимерных материалов методом объемно деформационного разрушения и может быть использовано при получении дисперсного порошка из крупных гранул термопластичного полимера в виде хлопьев или пористых рыхлых червеобразной формы элементов. Измельчитель полимерных материалов содержит горизонтально установленный полый корпус цилиндрической формы, разделенный на зону подачи материала и зону разрушения материала, имеющий сквозное отверстие для загрузки материала и сквозное отверстие для выгрузки материала, вал, расположенный в корпусе по его оси и соединенный с приводом, шнек, соосно установленный на валу, и ротор, установленный на валу, обеспечивающий ступенчатую систему разрушения, регулируемую зазорами между сопрягаемыми поверхностями разрушения. Ротор установлен на валу соосно оси вала вдоль зон подачи и разрушения материала с возможностью возвратно-поступательного и вертикального перемещения в процессе измельчения относительно корпуса и выполнен из непрерывно переходящих относительно друг друга двух частей. При этом первая часть выполнена в виде многозаходного шнека с заостренными кромками элементов, которые выполнены в заходной части под углом и в направлении по часовой стрелке, с плавным переходом ко второй - выходной части под углом и в направлении против часовой стрелки. Вторая часть выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к первой части ротора. На поверхности второй части выполнены насечки под тем же углом и в том же направлении к оси вала, что и угол выходной части многозаходного шнека. Причем насечки имеют в сечении треугольную форму. В корпусе жестко закреплен статор, выполненный в виде втулки цилиндрической формы, внутренняя поверхность которой в сечении выполнена в виде двух сопряженных между собой меньшими основаниями усеченных конусов, образуя в процессе измельчения совместно с первой и второй частями ротора две зоны разрушения. При этом первый усеченный конус выполнен с зубчатой поверхностью и с протяженностью, равной протяженности первой части ротора, вершины зубьев направлены против часовой стрелки. Второй усеченный конус выполнен с насечками треугольной формы в направлении, совпадающем с направлением насечек в роторе, и протяженностью, равной протяженности второй части ротора. Ротор к сопряженной с ним поверхности статора установлен с зазорами, расширяющимися к торцам ротора и статора. Торец корпуса закрыт сменной съемной заглушкой с возможностью образования камеры и регулирования ее объема, обеспечивающей бесперебойную выгрузку пористого, имеющего развитую поверхность материала и форму в виде хлопьев или червеобразной формы. Техническим результатом является получение рыхлых пористых элементов, обладающих высокой степенью адгезии к пористому наполнителю типа терморасширенного графита, для получения электропроводящего композита и упрощение конструкции.11 ил.

Description

Изобретение относится к области переработки полимерных материалов методом объемно деформационного разрушения и может быть использовано при получении дисперсного порошка из крупных гранул термопласта - термопластичного полимера в виде хлопьев или в виде пористых рыхлых червеобразной формы элементов, имеющих высокоразвитую поверхность для упрощения технологического процесса получения композиционных материалов.

Известно устройство для измельчения материалов (а.с. №1799616, опубл. 07.03.93 г.), содержащее корпус в виде чаши, в которой установлен дробящий орган, выполненный в виде объединенных через сопрягаемый элемент и обращенных друг к другу меньшими основаниями верхнего и нижнего усеченных конусов, а также дебаланс. Устройство снабжено источником подвода сжатой среды (вентилятором). Сопрягающий элемент имеет форму цилиндра. В конусах дробящего органа выполнены направленные под углом к продольной оси его ряды сообщенных каналом «а» с источником подвода сжатой среды (вентилятором пазов с измельчающими шарами). Вокруг чаши предусмотрена кольцевая камера, сообщенная с вентилятором, для охлаждения слоя материала с высокой теплопроводностью, заключенного в сильфон.

Известное устройство многоэлементно, а измельчение дробящим органом достигается с хорошим результатом для ограниченного состояния материалов - сверхтвердого и легковозгораемого. Для измельчения полимеров, обладающих пластическими свойствами, измельчение неэффективно, т.к. контактные поверхности дробящего органа - шары, размещенные в устройстве, и поверхность чаши не обеспечивают задаваемую степень измельчения частиц полимера, полимера-пластиката. В основном обкатывая измельчаемую поверхность, не позволяют получить развитую поверхность и, следовательно, получить материал, обладающий достаточными адгезионными силами сцепления для получения композита с заданными свойствами.

Известно устройство ножевого типа, измельчающее термопластичные полимеры, содержащее быстро вращающиеся ножи, расположенные на роторе, и ножи неподвижные, закрепленные на корпусе (Энциклопедия полимеров. Т. 1. - Москва: «Советская энциклопедия», 1972. - с. 644-645).

Устройство ножевого типа. Поэтому после получения охлажденные полимеры-термопласты, полимеры-пластикаты, например ПВХ-пластикат, обладающие упругостью и большими деформациями под действием механической обработки, могут в этом измельчителе измельчаться только из непрерывной плотной ленты, плотного жгута с получением в результате гранул с гладкой плотной поверхностью, которую унаследовали от ленты или жгута. В связи с этим создаются трудности при получении электропроводного материала, т.к. получаемый при этом материал - с прослойками из плотного слоя полимера и, следовательно, не электропроводен у поверхности. При малом процентном содержании электропроводного наполнителя с малой насыпной плотностью, типа терморасширенного графита, получается полимер неэлектропроводящий по всему объему, а при большом процентном содержании - материалы экономически не выгодны. Кроме того, большое содержание наполнителя значительно снижает деформируемость, гибкость изделия, что приводит к быстрому старению изделия из такого электропроводного полимера, к потере связи между электропроводящими элементами и, соответственно, к выходу из строя изделия. Смесь из плотных гранул полимера-пластиката с плохо развитой поверхностью и наполнителя с малой насыпной плотностью типа терморасширенного графита (ТРГ-пуха) - с хорошо развитой поверхностью, - имеет слабую адгезионную связь между компонентами и неравномерное распределение наполнителя в связующем полимере-пластикате, не позволяя получить композит, обладающий стабильными свойствами.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является тонкодисперсный измельчитель полимерных материалов, содержащий горизонтально установленный цилиндрический корпус с рабочими зонами внутри - зоной подачи материала и зоной разрушения материала, а также двумя отверстиями - отверстием для загрузки материала в зону подачи и отверстием для выгрузки материала из зоны разрушения материала, вал, расположенный в корпусе по его оси и соединенный с приводом, однозаходный шнек, соосно установленный на валу в зоне подачи материала и элементы-роторы и шайбы, обеспечивающие ступенчатую систему разрушения полимера, регулируемую зазорами между сопрягаемыми поверхностями разрушения (т.е. внутренней поверхностью и роторами), на валу на цилиндрической поверхности элемента (ротора) разрушения выполнено ребро под углом, равным 45° к поверхности (патент РФ №2254992, от 13.04.2004 г.). Данное устройство принято в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - горизонтально установленный полый корпус цилиндрической формы, разделенный на зону подачи материала и зону разрушения материала, имеющий сквозное отверстие для загрузки материала и сквозное отверстие для выгрузки материала; вал, расположенный в корпусе по его оси и соединенный с приводом; шнек, соосно установленный на валу, и ротор, установленный на валу, обеспечивающие ступенчатую систему разрушения, регулируемую зазорами между сопрягаемыми поверхностями разрушения.

К недостаткам известного измельчителя, принятого за прототип, относится то, что известное устройство усложнено элементами в зоне разрушения. Шнек ограничен функционально, используясь только для подачи измельчаемого полимера к роторам. Корпус является одновременно статором, элементом, сопряженным в процессе измельчения непосредственно с роторами, и, значит, одним из элементов, способствующих измельчению, что снижает его долговечность из-за быстрого износа поверхности. Оно металлоемко (роторы, шайбы), сопряженные поверхности корпуса и роторов выполнены гладкими. Поскольку измельчаемый материал хрупок, измельчение приводит к получению тонкодисперсного порошка. В связи с этим отдельной камеры для выхода порошка нет, а есть узкая полость между глухой торцевой поверхностью корпуса и шайбой, что не позволяет использовать ее для разгрузки более крупных элементов с развитой поверхностью.

Устройство малоэффективно для полимеров пластифицированных, пластиката типа ПВХ-пластикат, т.к. процесс объемного сжатия гладкими поверхностями роторов приводит только к уплотнению пластиката и получению плоских частиц с обкатанной плотной поверхностью при трении их друг об друга, с плотностью 1,2-1,3 г/см². Для получения из пластиката связующего для наполнителя, содержащего пористый, объемный материал (с малой насыпной плотностью) типа терморасширенного графита с плотностью 0,1 г/см² возникают проблемы: большая разница в плотностях - приводящая к многостадийности их внедрения и только при нагреве, слабой адгезии поверхностей друг к другу, неравномерному распределению пористого наполнителя в пластикате, необходимость введения большого количества наполнителя для получения электропроводного композита на основе пластиката с заданными свойствами, плохая смешиваемость компонентов без нагрева.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание измельчителя, позволяющего измельчать пластифицированный полимер, полимер-пластикат с получением рыхлых пористых элементов, обладающих высокой степенью адгезии при комнатной температуре к пористому наполнителю типа терморасширенного графита, для получения электропроводящего композита на основе полимера с заданными свойствами при упрощении конструкции.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном измельчителе полимерных материалов, содержащем горизонтально установленный полый корпус цилиндрической формы, разделенный на зону подачи материала и зону разрушения материала, имеющий сквозное отверстие для загрузки материала и сквозное отверстие для выгрузки измельченного материала, вал, расположенный в корпусе по его оси и соединенный с приводом, шнек, соосно установленный на валу, и ротор, установленный на валу, обеспечивающий ступенчатую систему разрушения, регулируемую зазорами между сопрягаемыми поверхностями разрушения, согласно изобретению ротор установлен на валу соосно оси вала вдоль зон подачи и разрушения материала с возможностью возвратно-поступательного и вертикального перемещения в процессе измельчения относительно корпуса и выполнен из непрерывно переходящих относительно друг друга двух частей, при этом первая часть выполнена в виде многозаходного шнека с заостренными кромками элементов, которые выполнены с заходной части под углом и в направлении по часовой стрелке, и переходом к выходной части - под углом и в направлении против часовой стрелки, с возможностью возникновения крутяще-истирающего или режуще-истирающе-крутящего момента в процессе измельчения полимерного материала, вторая часть выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к первой части ротора, на поверхности второй части выполнены насечки под тем же углом и в том же направлении к оси вала, что и угол «выходной» части многозаходного шнека, причем насечки имеют в сечении треугольную форму, в корпусе жестко закреплен статор, выполненный в виде втулки цилиндрической формы, внутренняя поверхность которой в сечении выполнена в виде двух сопряженных между собой малыми основаниями усеченных конусов, образуя в процессе измельчения совместно с первой и второй частями ротора две зоны разрушения, при этом первый усеченный конус статора выполнен с зубчатой поверхностью, с вершинами зубьев, направленных против часовой стрелки, и с протяженностью, равной протяженности первой части ротора, второй усеченный конус выполнен с насечками треугольной формы в направлении, совпадающем с направлением насечек в роторе, и протяженностью, равной длине второй части ротора; ротор к сопряженной с ним поверхности статора установлен с зазорами, расширяющимися к торцам ротора и статора; торец корпуса закрыт сменной съемной заглушкой с возможностью образования камеры и регулирования ее объема, обеспечивающей бесперебойную выгрузку измельченного материала, обладающего после измельчения пористостью и развитой поверхностью в виде хлопьев, или элементов червеобразной формы.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - один ротор установлен на валу соосно оси вала вдоль зон подачи и разрушения материала с возможностью возвратно-поступательного и вертикального перемещения в процессе измельчения относительно статора; ротор выполнен из непрерывно переходящих относительно друг друга двух частей; первая часть выполнена в виде многозаходного шнека с заостренными кромками элементов, которые выполнены в заходной части под углом и в направлении по часовой стрелке, плавно переходя к выходной части под углом и в направлении против часовой стрелки, с возможностью возникновения крутяще-истирающего или режуще-истирающе-крутящего момента в процессе измельчения полимерного материала; вторая часть выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к первой части ротора, на поверхности второй части выполнены насечки под тем же углом и в том же направлении к оси вала, что и угол «выходной» части многозаходного шнека; насечки имеют в сечении треугольную форму; в корпусе жестко закреплен статор, выполненный в виде втулки цилиндрической формы, внутренняя поверхность которой в сечении выполнена в виде двух сопряженных между собой меньшими основаниями усеченных конусов, образуя в процессе измельчения совместно с первой и второй частями ротора две зоны разрушения; первый усеченный конус выполнен с зубчатой поверхностью, с вершинами зубьев, направленных против часовой стрелки, и с протяженностью, равной протяженности первой части ротора; второй усеченный конус выполнен с насечками треугольной формы в направлении, совпадающем с направлением насечек в роторе, и протяженностью, равной длине второй части ротора; ротор к сопряженной с ним поверхности статора установлен с зазорами, расширяющимися от центра к торцам ротора и статора; торец корпуса закрыт сменной съемной заглушкой с возможностью образования камеры и регулирования ее объема, обеспечивающей бесперебойную выгрузку измельченного материала, обладающего пористостью и имеющего развитую поверхность в виде хлопьев или червеобразной формы.

Наличие одного ротора в конструкции измельчителя, в отличие от множества роторов и шайб в прототипе, значительно упрощает устройство.

Установка ротора соосно оси вала с возможностью в процессе измельчения перемещаться относительно корпуса, совершая возвратно-поступательное движение, позволяет реализовать раздавливывающе-скручивающий режим измельчения и, таким образом, из первоначально плотных гранул полимера-пластиката образовать рыхлые элементы червеобразной формы, выпустить эту массу в накопитель или доизмельчить до пористого, рыхлого хлопьевидного материала, а после этого выпустить в накопитель. Такое размещение ротора и процесс воздействия на измельчаемый материал позволяет значительно упростить схему измельчения и само устройство.

Выполнение ротора из непрерывно переходящих относительно друг друга двух частей: первой части, жестко закрепленной на валу в виде многозаходного шнека, и второй части в виде усеченного конуса, позволяет многозаходность шнека использовать не только для подачи в корпус измельчаемого полимера, но и в качестве измельчающего органа за счет выполнения «заходной» и «выходной» частей элементов шнека под углами относительно друг друга, обеспечивающих разрыхление и одновременно скручивание гранул пластиката. В результате плотная гранула приобретает развитую поверхность, что усиливает адгезионные силы сцепления с частицами пористого электропроводящего наполнителя и позволяет получить в результате прессования или экструзии электропроводящий полимер-пластикат, сочетающий и заданную прочность, и заданную деформацию в изделии.

Выполнение элементов шнека с заостренными кромками также способствует разрыхлению плотных частиц пластиката. Насечками на второй внутренней поверхности усеченного конуса статора создается условие совместно с насечками ротора, при котором происходит измельчение пластиката до хлопьев, обладающих высокоразвитой поверхностью, что и усиливает адгезионные силы сцепления таких элементов с пористым наполнителем, типа терморасширенного графита, при получении изделия в виде электропроводящего полимера, гарантируя равномерное распределение наполнителя в полимере и непрерывные связи между электропроводящими частицами в полимере во всем объеме.

Выполнение второй части ротора в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к первой части, имеющего на поверхности насечки под тем же углом и направлением к оси вала, что и угол «выходной» части многозаходного шнека, обеспечивает усиление разрыхляющего эффекта на червеобразной формы элементы и его измельчение с получением частиц пластиката в виде пористых хлопьев и для получения высокоразвитой поверхности с усиленной адгезионной силой сцепления к частицам пористого наполнителя-компонента композиции в электропроводящем композите.

Наличие статора, жестко закрепленного в корпусе и выполненного в виде втулки цилиндрической формы с внутренней поверхностью в виде двух сопряженных между собой малыми основаниями усеченных конусов с измельчающими элементами на поверхности в виде зубьев и насечек, позволяет образовать две зоны разрушения в процессе измельчения, при этом усеченные конусы в процессе работы ротора обеспечивают зубчатой поверхностью, находящейся против первой части ротора, сопротивление перемещению пластиката и его разрыхлению, т.к. зубчатая поверхность имеет противоположную направленность вершин, чем «заходная» часть шнека.

Кроме того, наличие статора позволяет увеличивать работоспособность корпуса (в отличие от прототипа, где корпус использован в качестве статора). Треугольная форма насечек обеспечивает повышение степени разрыхления и работоспособность поверхностей статора и ротора, т.к. это самозатачивающаяся форма (при стачивании вершин появляются острые кромки в торце, которые позволяют измельчителю работать в режиме реверса).

Размещение ротора в корпусе с зазорами к поверхностям статора, расширяющимися от центра к торцевым поверхностям, позволяет регулировать поступления в накопитель измельченных элементов червеобразной формы или хлопьев, в зависимости от условий изготовления изделий из получаемой смеси и положения ротора относительно статора при возвратно-поступательном перемещении или вертикальном смещении. Совершая возвратно-поступательное перемещение вала и, соответственно, ротора вдоль оси, периодически уменьшая зазор в переходной зоне измельчения между ротором и статором, в месте сопряжения усеченных конусных поверхностей, что приводит к задержке продвижения во 2-ю зону измельчения полимерного пластиката, усиления разрыхления с одновременным формоизменением и получением на выходе из 2 зоны измельчения его червеобразной формы. Такая форма является оптимальной при получении композита, содержащего полимер-пластикат в качестве связующего и терморасширенный графит (ТРГ-пух) в качестве наполнителя, т.к. оба элемента имеют хорошо развитую червеобразную, легко смешиваемую поверхность с отличным сцеплением друг с другом и проникновением в поры друг друга.

Совершая поступательное перемещение (продвижение вперед) ротора относительно усеченных поверхностей статора, удерживаем первую часть ротора, выполненного в виде многозаходного шнека, на сопряженном участке двух конусов статора и тем самым усиливаем одновременно режущие свойства зубьев и насечек с заостренными вершинами на поверхности статора, истирающие свойства элементов на поверхности ротора и крутящие свойства, за счет выполнения под углом заостренных кромок элементов на поверхности многозаходного шнека и в направлении, изменяющемся непрерывно от заходной до выходной части. В результате получают более измельченный пористый рыхлый материал в виде элементов червеобразной формы, представляющий ценность как наполнитель в композиции с терморасширенным графитом или связующим в зависимости от соотношения компонентов в композите.

В случае когда в бункер подается одновременно и пластикат, и терморасширенный графит, сужение зазоров к центру не приводит к повышению сопротивления продвижению измельчаемой массы, т.к. оказалось, что пластикат в виде плотных гранул поддается измельчению более легко. К тому же измельчение сопровождается внедрением компонентов друг в друга, и, соответственно, на выходе получается готовая смесь компонентов с повышенными адгезионными силами сцепления с равномерно распределенным в пластикате электропроводящим графитом в виде непрерывных цепочек. Таким образом, была неожиданно решена сложная проблема введения большого объема пористого, с малой насыпной плотностью, терморасширенного графита в малый объем плотных гранул пластиката.

Наличие у корпуса сменной съемной заглушки, расположенной в зоне выгрузки материала, образует отдельную, задаваемого объема камеру, позволяющую обеспечить бесперебойную выгрузку измельченного материала, обладающего пористостью и имеющего развитую поверхность в виде хлопьев или червеобразной формы, за счет возможности увеличить объем камеры и легко освободить ее от застрявшей массы червеобразной формы в случае образования путанки.

Предлагаемый измельчитель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-11.

На фиг. 1 представлено схематично устройство, разрез.

На фиг. 2 представлен ротор, в аксонометрии.

На фиг. 3 представлен статор в виде втулки, в аксонометрии.

На фиг. 4 представлена схематично сменная съемная заглушка, разрез.

На фиг. 5 представлена схематично сменная съемная заглушка для увеличения объема камеры, разрез.

На фиг. 6 представлен измельчаемый полимер (ПВХ-пластикат) в виде гранулы (х50).

На фиг. 7 представлена морфология поверхности гранул (х50).

На фиг. 8 представлены элементы червеобразной формы, получаемые после измельчения.

На фиг. 9 показана морфология поверхности элемента, представленного на фиг. 8.

На фиг. 10 представлен элемент в виде хлопьев, получаемый после измельчения.

На фиг. 11 показана морфология поверхности элемента, представленного на фиг. 10.

Устройство содержит (фиг. 1) бункер 1 для подачи плотных гранул пластиката, например ПВХ, в горизонтально установленный полый корпус 2 цилиндрической формы. Корпус 2 разделен на зону подачи I материала, две зоны разрушения II, III материала и зону выгрузки IV материала, имеет два сквозных отверстия - отверстие 3 для загрузки материала и отверстие 4 для выгрузки материала. В корпусе 2 по его оси расположен вал 5, соединенный с приводом (не показан). На валу 5 установлен соосно оси вала вдоль зоны подачи I и зон разрушения II, III материала ротор (фиг. 1, 2), выполненный из непрерывно переходящих относительно друг друга двух частей. Первая часть выполнена в виде многозаходного шнека 6 с заостренными кромками элементов 7 (фиг. 2). Элементы 7 выполнены в заходной части под углом и в направлении по часовой стрелке, а в выходной части под углом и в направлении против часовой стрелки, с возможностью возникновения крутяще-истирающего или режуще-крутяще-истирающего момента в процессе измельчения полимерного материала.

Вторая часть ротора выполнена в виде усеченного конуса 8 (фиг. 1), обращенного меньшим основанием к первой части ротора. На поверхности второй части выполнены насечки 9 под тем же углом и в том же направлении к оси вала 5, что и угол выходной части многозаходного шнека 6. Насечки 9 имеют в сечении треугольную форму.

В корпусе 2 жестко с помощью болта 10 закреплен статор 11 (фиг. 1). Статор 11 выполнен в виде втулки цилиндрической формы 12 (фиг. 3), внутренняя поверхность которой в сечении выполнена в виде двух сопряженных между собой меньшими основаниями усеченных конусов 13, 14, образуя две зоны II, III разрушения в процессе измельчения (фиг. 1).

Первый усеченный конус 13 выполнен с зубчатой поверхностью 15, обеспечивающей разрыхление измельчаемого материала, с вершинами зубьев, направленных против часовой стрелки, и с протяженностью, равной протяженности первой части ротора.

Второй усеченный конус 14 выполнен с насечками 16 треугольной формы на поверхности в направлении, совпадающем с направлением насечек 9 в роторе, и протяженностью, равной длине второй части ротора. Ротор и статор установлены в корпусе 2 относительно друг друга с зазорами 17, 18 (фиг. 1), расширяющимися к торцам ротора и статора 11 с возможностью возвратно-поступательного и вертикального перемещения в процессе измельчения.

В зоне выгрузки IV - в торце корпуса 2 закреплена сменная съемная заглушка 19, 20 (фиг. 4, 5) с возможностью образования камеры 21 (фиг. 1) и изменения ее объема в случае необходимости, обеспечивающего бесперебойную выгрузку измельченного материала, обладающего пористостью и имеющего развитую поверхность в виде хлопьев или червеобразной формы. Под сквозным отверстием 4 для выгрузки материала размещен накопитель 22 для измельченной массы пластиката в виде дисперсных хлопьев с пористой шероховатой поверхностью, или рыхлых элементов червеобразной формы, или смеси частиц измельченного пластиката с пористым наполнителем (при их совместном измельчении). Устройство работает следующим образом.

Устройство (фиг. 1) после компоновки включают. В него из бункера 1 подают в корпус 2 гранулы пластиката (фиг. 6, 7) для их измельчения с получением элементов с заданной насыпной плотностью, обеспечивающей рыхлую поверхность и заданный размер. Электропривод (не показан) приводит во вращение вал 5, и, соответственно, ротор 6, 8 (фиг. 2), соосно размещенный в статоре 11, выполненном в виде втулки (фиг. 3) с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно статора 11 и изменения зазоров 17 и 18 между первой частью ротора - многозаходным шнеком 6 и второй частью ротора 8 по отношению к зубьям 15 и насечкам 16 - на статоре 11. Гранулы, например ПВХ-пластикат, продвигаемые многозаходным шнеком 6 по зоне II измельчения, деформируются, разрыхляются и многократно закручиваются. При этом получают разрыхленную поверхность гранулы пластика и элемент червеобразной формы (фиг. 8, 9) (полимер ПВХ). Первая часть ротора - шнек 6, выполненный с элементами под углом в заходной части в направлении по часовой стрелке, а в выходной - против часовой стрелки, вначале контактирует с зубчатой поверхностью 15 статора 11. При этом зубья, выполненные под углом и в направлении по часовой стрелке, подхватывают гранулы, а против часовой стрелки деформируют их и разрыхляют, закручивая или измельчая. Совершая поступательное перемещение (продвижение назад) ротора относительно усеченных поверхностей статора, удерживаем первую часть ротора, выполненного в виде многозаходного шнека 6, на сопряженном участке двух конусов статора 11 и тем самым усиливаем одновременно режущие свойства зубьев 15 и насечек 16 с заостренными вершинами на поверхности статора 11, истирающие свойства элементов на поверхности ротора и крутящие свойства, за счет выполнения под углом заостренных кромок элементов 7 на поверхности многозаходного шнека 6 и в направлении, изменяющемся непрерывно от заходной до выходной части. В результате получают более измельченный пористый рыхлый материал в виде хлопьев (10, 11), представляющий ценность как дисперсный наполнитель в композиции с терморасширенным графитом или связующим в зависимости от соотношения компонентов в композите. Вал 5 перемещается в обратном направлении от заглушки 19 (фиг. 4) или 20 (фиг. 5) при этом ротор своим основанием плотно входит в торец статора 11 и измельчение происходит до получения частиц в виде хлопьев заданного размера, которые обладают развитой поверхностью, в отличие от плотных гранул пластиката в исходном состоянии. Они пористы, что упрощает процесс перемешивания их с таким же пористым наполнителем (терморасширенным графитом) с получением в дальнейшем при использовании полимера в измельченном состоянии в качестве связующего в композиции со значительно более активной поверхностью, обладающей повышенной внедряемостью в поры наполнителя и, следовательно, с повышенными адгезионными силами сцепления частиц наполнителя и связующего в смеси. Затем элементы ссыпаются в камеру 21, затем в сквозное отверстие 4 и в накопитель 22.

Насечки 16 на статоре 11 и на роторе имеют одно направление, но противоположное направлению движения вала 5, т.е. против часовой стрелки. Создается сдвиговое напряжение как в, так и в одной части жгута относительно другой, что при наличии насечек 9 в значительно большем количестве, чем зубьев и элементов 7 в первой зоне измельчения (например, 5:1 и 7:1 соответственно) приводит к многократному истиранию материала с получением хлопьев, имеющих малую насыпную плотность, сближающую их с насыпной плотностью наполнителя, и лучшей способностью к гомогенизированию смеси, внедрению друг в друга.

В случае измельчения полимерного материала (ПВХ-пластиката) оптимальным соотношением количества элементов шнека к количеству насечек является соотношение 1:6, обеспечивающее задаваемый уровень усиления разрыхляющего эффекта с формообразованием элементов с развитой поверхностью. Замечен также эффект, решающий проблему уменьшения объемной массы наполнителя в смеси и исчезновения проблемы смешения разноплотных масс (ранее требовалась многоразовая прогонка и расплавление одной и той же смеси в экструдерах, для получения однородного по всему объему изделия). При этом оба компонента в смеси полимер-пластикат-наполнитель, в виде плотных гранул пластиката и хлопьев наполнителя, обладающего малой насыпной плотностью, соответственно заводят в заявленный измельчитель и процесс измельчения заканчивается выходом общей хлопьевидной смеси с получением композита. В результате, смесь на выходе попадает в камеру 21, затем через сквозное отверстие 4 в накопитель 22 и имеет в 2 раза меньший объем, чем объем, занимаемый при отдельном и смешивании измельченного полимера с пористым наполнителем. Треугольная форма насечек усиливат истирающее и измельчающее действие на пластикат.

Преимущества заявленного изобретения в сравнении с прототипом:

- устройство упрощено (один ротор, ротор совмещен с многозаходным шнеком, что также расширило его конструктивные и функциональные возможности);

- устройство впервые позволило получить в измельчителе из пластиката измельченный элемент, обладающий высокой степенью адгезии из-за возможности формирования в зонах измельчения рыхлых, пористых элементов червеобразной формы или в виде хлопьев, аналогичной форме, рыхлости и пористости элемента - терморасширенного графита, что в свою очередь позволило при комнатной температуре без проблем, без разделения на слои проводить смешивание компонентов и получать электропроводящий полимер, имеющий по всему объему полимера непрерывной цепочки связей частиц терморасширенного графита;

- устройство позволило упростить процесс выгрузки измельченного материала, элементы которого обладают повышенной силой сцепления между собой из-за получения развитой поверхности, пористости и червеобразной формы или в виде хлопьев, за счет выполнения сменной съемной заглушки в торце корпуса и возможности регулирования объема камеры, в зависимости от объема поступающего в нее измельчаемого полимера;

- устройство позволило за счет наличия статора (с возможностью его замены) избежать контакта с корпусом через измельчаемый материал, тем самым упрощая технологию измельчения и повышая долговечность устройства;

- устройство повысило эффективность процесса измельчения как полимера, так и полимера с его наполнителем, за счет наличия зубьев и насечек на внутренних поверхностях ротора и статора, многозаходности части ротора в виде шнека, разнонаправленности этих элементов, возможности возвратно-поступательного движения ротора относительно статора и создания при этом режуще-истирающе-крутящего момента в зазорах.

Claims (1)

1. Измельчитель полимерных материалов, содержащий горизонтально установленный полый корпус цилиндрической формы, разделенный на зону подачи материала и зону разрушения материала, имеющий сквозное отверстие для загрузки материала и сквозное отверстие для выгрузки материала, вал, расположенный в корпусе по его оси и соединенный с приводом, шнек, соосно установленный на валу, и ротор, установленный на валу, обеспечивающий ступенчатую систему разрушения, регулируемую зазорами между сопрягаемыми поверхностями разрушения, отличающийся тем, что ротор установлен на валу соосно оси вала вдоль зон подачи и разрушения материала с возможностью возвратно-поступательного и вертикального перемещения в процессе измельчения относительно корпуса и выполнен из непрерывно переходящих относительно друг друга двух частей, при этом первая часть выполнена в виде многозаходного шнека с заостренными кромками элементов, которые выполнены в заходной части под углом и в направлении по часовой стрелке, с плавным переходом ко второй - выходной части под углом и в направлении против часовой стрелки, с возможностью возникновения крутяще-истирающего или режуще-истирающе-крутящего момента в процессе измельчения полимерного материала, вторая часть выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к первой части ротора, на поверхности второй части выполнены насечки под тем же углом и в том же направлении к оси вала, что и угол выходной части многозаходного шнека, причем насечки имеют в сечении треугольную форму, в корпусе жестко закреплен статор, выполненный в виде втулки цилиндрической формы, внутренняя поверхность которой в сечении выполнена в виде двух сопряженных между собой меньшими основаниями усеченных конусов, образуя в процессе измельчения совместно с первой и второй частями ротора две зоны разрушения, при этом первый усеченный конус выполнен с зубчатой поверхностью и с протяженностью, равной протяженности первой части ротора, вершины зубьев направлены против часовой стрелки, второй усеченный конус выполнен с насечками треугольной формы в направлении, совпадающем с направлением насечек в роторе, и протяженностью, равной протяженности второй части ротора; ротор к сопряженной с ним поверхности статора установлен с зазорами, расширяющимися к торцам ротора и статора, торец корпуса закрыт сменной съемной заглушкой с возможностью образования камеры и регулирования ее объема, обеспечивающей бесперебойную выгрузку пористого, имеющего развитую поверхность материала и форму в виде хлопьев или червеобразной формы.

Images