RU2672739C1

RU2672739C1 - Line of obtaining spheroplastics (options)

Info

Publication number: RU2672739C1
Application number: RU2017141425A
Authority: RU
Inventors: Рустем Исмагилович Бибарсов; Валерий Владимирович Исаев; Дмитрий Владиславович Манушин; Евгений Александрович Петров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Проектные инженерные решения"
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2018-11-19

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to production of silica gel. Improving the quality of the received spheroplastics while ensuring the continuity of the production line of this composite material is achieved due to the fact that the microsphere supply line comprises a container for the microspheres and a dispenser associated with the supply hoppers that are connected to the vacuum pump receiver. Dosing pumps are installed on the binder line and the hardener line. Mixing devices of the binder line and the hardener line are made in the form of twin-screw mixers, in which the distance between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of another screw is not less than three diameters of microspheres. Distance between the augers and the body is not less than three diameters of the microspheres. In one embodiment, each mixer comprises auger zones alternating with the roller zones. Each pair of mixer screws has a different pitch, with decreasing it towards the exit screws. Rotor of the mixing head is provided with radial rows of plates which alternate with the radial rows of the stator plates of the mixing head.EFFECT: higher quality of produced spheroplastics.4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому оборудованию для получения композиционных материалов, в частности, для изготовления сферопластиков, и аналогичных им материалов, для, так называемых, синтактных материалов. Основу данных материалов составляют жидкие связующие типа эпоксидных, полиуретановых, фенольных и т.д. смол, в качестве наполнителя в которых используют полые стеклянные, керамические или полимерные микросферы. Сферопластики обладают высокой прочностью и низкой плотностью, и применяются в подводном оборудовании, сэндвич-композитах, упаковочных материалах, в аэрокосмической и автомобильной промышленности, в качестве теплоизоляционного покрытия внешних поверхностей труб. Так же сферопластики могут использоваться для получения катафотных красок на основе связующего и стеклянных шариков для разметки на дорогах. The invention relates to technological equipment for producing composite materials, in particular for the manufacture of spheroplastics, and similar materials, for so-called syntactic materials. The basis of these materials are liquid binders such as epoxy, polyurethane, phenolic, etc. resins, in which hollow glass, ceramic or polymer microspheres are used as filler. Spheroplastics have high strength and low density, and are used in underwater equipment, sandwich composites, packaging materials, in the aerospace and automotive industries, as a heat-insulating coating of the outer surfaces of pipes. Also, spheroplastics can be used to produce reflective paints based on a binder and glass balls for marking on roads.

Известен метод формирования синтактных материалов по международной заявке WO2006005119, В29С70/66, 2006. Способ получения синтаксической пены включает следующие этапы: подачу заданного количества составляющих материалов, их смешивание в смесителе. Указанные материалы включают полые микросферы, растворитель, связующее. Смеситель связан с разделителем, в котором происходит разделение на фазу, содержащую полые микросферы и фазу связующего. С помощью экструдера переносят фазу с микросферами в форму. Далее подают жидкость в сепаратор, отделяют материал с микросферами, сливают в резервуар избыточный растворитель или связующее. Недостатком является прерывистость процесса получения синтаксического материала.A known method of forming syntactic materials according to the international application WO2006005119, B29C70 / 66, 2006. A method for producing syntactic foam includes the following steps: supplying a predetermined amount of constituent materials, mixing them in a mixer. These materials include hollow microspheres, a solvent, a binder. The mixer is associated with a separator, in which there is a separation into a phase containing hollow microspheres and a binder phase. Using an extruder transfer the phase with the microspheres into the mold. Then the liquid is fed into the separator, the material with microspheres is separated, the excess solvent or binder is poured into the tank. The disadvantage is the discontinuity of the process of obtaining syntactic material.

Известен двухшнековый экструдер по патенту РФ на полезную модель №122330, В29С 47/40, 2012, содержащий корпус с загрузочным бункером. В корпусе размещены два шнека, имеющие возможность встречного вращения. Шнеки выполнены с винтовыми нарезками, разными в соответствующих четырех зонах. Первая зона является зоной загрузки, в ней шнеки имеют постоянные глубину и шаг нарезки. Вторая зона –зона сжатия и измельчения. В ней гребни винтовой нарезки шнека при постоянных шаге и глубине нарезки уменьшаются по ходу движения гранул обрабатываемого материала в 1,5 раза. Уменьшение гребней происходитза счет увеличения внутреннего и уменьшения наружного диаметров шнеков. Зазор между корпусом и шнеком составляет не более 0,5 диаметра гранул. В третьей зоне – зоне перемешивания и дегазации шнеки выполнены в виде двух винтовых кулачковэллипсоидного сечения с шагом, большим, чем в остальных зонах, и со смещением сечения на 90º на каждом шнеке. В этой зоне выполнен газоотвод, направленный в загрузочный бункер. В четвертой зоне – зоне гомогенизации глубина гребней винтовой нарезки шнека уменьшается в 1,2 раза за счет увеличения внутреннего и уменьшения наружного диаметров шнеков. Зазор между корпусом и шнеком составляет не более 0,1 диаметра гранул. Недостатком является разрушение гранул экструдируемого материала во второй зоне – зоне измельчения. В случае изготовления сферопластика раздавливание микросфер приводит к снижению качества получаемого материала, повышению его плотности, снижению стойкости к трещинообразованию и локальным нагрузкам.Known twin screw extruder according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 122330, B29C 47/40, 2012, comprising a housing with a loading hopper. In the housing there are two augers having the possibility of oncoming rotation. Screws are made with screw threads, different in the corresponding four zones. The first zone is the loading zone, in it the screws have constant depth and cutting pitch. The second zone is the compression and grinding zone. In it, screw screw cutting ridges at constant pitch and cutting depth decrease 1.5 times along the granules of the processed material. The reduction of ridges occurs due to an increase in the inner and a decrease in the outer diameter of the screws. The gap between the housing and the screw is not more than 0.5 diameter of the granules. In the third zone - the mixing and degassing zone, the screws are made in the form of two screw cams of an ellipsoid section with a step greater than in the other zones and with a section shift of 90º on each screw. In this zone, a gas outlet is made, directed to the loading hopper. In the fourth zone - the homogenization zone, the depth of the screw screw cutting ridges decreases by 1.2 times due to an increase in the inner and a decrease in the outer diameter of the screws. The gap between the housing and the screw is not more than 0.1 diameter of the granules. The disadvantage is the destruction of the granules of the extrudable material in the second zone - the grinding zone. In the case of manufacturing spheroplastics, crushing of the microspheres leads to a decrease in the quality of the resulting material, an increase in its density, and a decrease in resistance to cracking and local loads.

В качестве ближайшего аналога для обоих вариантов заявляемому техническому решению выбран патент РФ на изобретение № 2187433, В29С 67/20, 2002 «Способ получения теплоизоляционного материала на основе синтактной пены». Для осуществления способа микросферы из емкости подают дозаторами в смесители. В смесители одновременно подают дозаторами из одной емкости первый реакционноспособный компонент связующего – эпоксидную смолу, из другой емкости – второй реакционоспособный компонент связующего – отвердитель аминного и/или амидного типов. В смесителях двухлопастных, или двухшнековых осуществляют смешение компонентов связующего с микросферами. По окончании процесса смешения первый и второй реакционноспособные компоненты соответственно дозаторами в заданном соотношении направляют в смеситель и осуществляют их совмещение. Недостатком является необходимость установки запорных элементов между дозаторами и смесительной головкой для обеспечения непрерывной работы установки. Необходимость ввода запорных и переключающих элементов приведет к усложнению работы систем управления, появлению импульсов давления, вероятности выхода из строя отдельных узлов, снижению надежности работы установки. Кроме того, не обеспечивается требуемое качество получаемого материал, в том числе и из-за того, что в запорных элементах происходит повреждение микросфер. Повреждение микросфер приводит к уплотнению материала, повышению его плотности, снижению его качества.As the closest analogue for both options to the claimed technical solution, the patent of the Russian Federation for invention No. 2187433, ВСС 67/20, 2002 “A method for producing a heat-insulating material based on syntactic foam” was selected. To implement the method of microspheres from the tank serves dispensers in the mixers. At the same time, the first reactive binder component — epoxy resin — is dispensed from the same tank into the mixers, and the second reactive binder component, the amine and / or amide hardener, from the other tank. In double-bladed or twin-screw mixers, the components of the binder are mixed with microspheres. At the end of the mixing process, the first and second reactive components, respectively, dispensers in a predetermined ratio are sent to the mixer and combine them. The disadvantage is the need to install locking elements between the dispensers and the mixing head to ensure continuous operation of the installation. The need to introduce locking and switching elements will complicate the operation of control systems, the emergence of pressure pulses, the probability of failure of individual nodes, reduce the reliability of the installation. In addition, the required quality of the obtained material is not ensured, including due to the fact that microspheres are damaged in the locking elements. Damage to the microspheres leads to compaction of the material, increase its density, reduce its quality.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении качества получаемого сферопластика при обеспечении непрерывной работы линии получения данного композиционного материала.The technical result of the claimed invention is to improve the quality of the obtained spheroplastics while ensuring continuous operation of the production line of this composite material.

Технический результат по первому варианту достигается за счет того, что в линии получения сферопластика (синтактного материала), содержащей хотя бы одну линию подачи микросфер, хотя бы одну линию связующего, хотя бы одну линию отвердителя, смесительное устройство линии связующего, смесительное устройство линии отвердителя, смесительную головку, согласно изобретению, линия подачи микросфер содержит емкость для микросфер и дозатор, связанные с расходными бункерами, которые связаны с системой вакуумирования, на линии связующего и линии отвердителя установлены дозирующие насосы, смесительные устройства линии связующего и линии отвердителя выполнены в виде двухшнековых смесителей, в которых взаимодействующие шнеки выполнены разнонаправленными, в точках взаимодействия шнеков расстояние между максимальным диаметром одного шнека и минимальным диаметром взаимодействующего с ним шнека, не менее трех максимальных диаметров микросфер, расстояние между шнеками и корпусом не менее трех диаметров микросфер, каждый шнек содержит зоны, в которых шаг витков каждой последующей шнековой зоны меньше шага витков предыдущей шнековой зоны. The technical result according to the first embodiment is achieved due to the fact that in the line for producing spheroplastic (syntactic material) containing at least one microsphere feed line, at least one binder line, at least one hardener line, a binder line mixing device, a hardener line mixing device, the mixing head according to the invention, the microsphere supply line comprises a microsphere container and a dispenser associated with feed hoppers that are connected to the vacuum system, on the binder line and the line hardener, metering pumps are installed, mixing devices of the binder line and hardener line are made in the form of twin-screw mixers in which the interacting screws are made in different directions, at the points of interaction of the screws, the distance between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of the screw interacting with it, at least three maximum diameters of microspheres, the distance between the screws and the casing is at least three diameters of the microspheres, each screw contains zones in which the step of the turns of each subsequent Zone smaller screw pitch of auger previous zone.

Технический результат по второму варианту достигается за счет того, что согласно изобретению, линия подачи микросфер содержит емкость для микросфер и дозатор, связанные с расходными бункерами, которые связаны с системой вакуумирования, на линии связующего и линии отвердителя установлены дозирующие насосы, смесительные устройства линии связующего и линии отвердителя выполнены в виде двухшнековых смесителей, в которых взаимодействующие шнеки выполнены разнонаправленными, в точках взаимодействия шнеков расстояние между максимальным диаметром одного шнека и минимальным диаметром взаимодействующего с ним шнека, не менее трех максимальных диаметров микросфер, расстояние между шнеками и корпусом не менее трех диаметров микросфер, каждый шнек содержит зоны, в которых шаг витков каждой последующей шнековой зоны меньше шага витков предыдущей шнековой зоны, между шнековыми зонами расположены валковые участки, ротор смесительной головки снабжен радиальными рядами пластин, которые чередуются с радиальными рядами пластин статора смесительной головки.The technical result according to the second embodiment is achieved due to the fact that according to the invention, the microsphere supply line contains a microsphere container and a dispenser associated with consumable hoppers that are connected to a vacuum system, metering pumps, mixing devices of the binder line and hardener lines are made in the form of twin-screw mixers, in which the interacting screws are made in different directions, at the points of interaction of the screws, the distance between the maximum the diameter of one screw and the minimum diameter of the screw interacting with it, at least three maximum diameters of the microspheres, the distance between the screws and the casing is at least three diameters of the microspheres, each screw contains zones in which the pitch of the turns of each subsequent screw zone is less than the pitch of the turns of the previous screw zone, between roll sections are located in the screw zones, the rotor of the mixing head is provided with radial rows of plates, which alternate with the radial rows of stator plates of the mixing head.

Кроме того, линия получения сферопластика снабжена дополнительными смесителями линии подачи связующего и линии подачи отвердителя, связанными с вакуумирующим устройством.In addition, the spheroplastic production line is equipped with additional mixers of the binder supply line and hardener supply line associated with a vacuum device.

Непрерывность работы как по первому, так и по второму варианту изобретения обеспечивается тем, что в заявляемой технологической линии основное дозирование компонентов получаемого материала происходит в основном при их загрузке в смесительные устройства. Для этого емкость для микросфер и дозатор связанны с расходными бункерами, которые связаны с системой вакуумирования, включающей в себя вакуумный насос и ресивер. Микросферы из общей емкости попадают в весовой дозатор, и далее перегружаются в расходные бункеры под действием разряжения. При этом обеспечивается дозированная подача микросфер, как в бункеры, так и в смесительные устройства, и обеспечивается сохранение их целостности при транспортировке к расходным бункерам. Дозированная подача связующего и отвердителя в смесительные устройства обеспечивается тем, что на линии подачи связующего и линии подачи отвердителя установлены дозирующие насосы. За счет дозированной подачи в смесительные устройства всех компонентов, включая микросферы, исключается необходимость остановки процесса производства сферопластика для загрузки компонентов и для переключения линий их подачи в конечное смесительное устройство – смесительную головку.The continuity of work both in the first and in the second embodiment of the invention is ensured by the fact that in the inventive production line, the main dosage of the components of the material obtained occurs mainly when they are loaded into mixing devices. For this, the microsphere container and the dispenser are connected to consumable bins, which are connected to a vacuum system, which includes a vacuum pump and a receiver. Microspheres from the total capacity fall into the weight batcher, and then are reloaded into consumables under the action of discharge. This ensures a metered supply of microspheres, both in hoppers and mixing devices, and ensures the preservation of their integrity during transportation to consumable hoppers. The dosed supply of binder and hardener to the mixing devices is ensured by the fact that metering pumps are installed on the supply line of the binder and the hardener supply line. Due to the metered supply of all components, including microspheres, to the mixing devices, the need to stop the production of spheroplastics to load the components and to switch their supply lines to the final mixing device — the mixing head — is eliminated.

Повышение качества получаемого синтактного материала происходит за счет снижения количества микросфер, разрушаемых в процессе перемешивания. В обоих вариантах заявляемого изобретения это достигается тем, что смесительные устройства выполнены в виде двухшнековых смесителей, в которых расстояние между максимальным диаметром одного шнека и минимальным диаметром другого, взаимодействующего с ним шнека, в зоне их контакта составляет не менее трех диаметров микросфер. Расстояние между шнеками и корпусом не менее трех диаметров микросфер. Такие технологические зазоры в зонах контакта шнеков между максимальным диаметром одного шнека и минимальным диаметром второго шнека и между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью шнека предотвращают образование затора внутри смесителя и исключают вероятность разрушения микросфер. Improving the quality of syntactic material obtained is due to a decrease in the number of microspheres that are destroyed during mixing. In both variants of the claimed invention this is achieved by the fact that the mixing devices are made in the form of twin-screw mixers, in which the distance between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of the other screw interacting with it, in their contact area is at least three diameters of microspheres. The distance between the screws and the housing is at least three diameters of the microspheres. Such technological gaps in the contact areas of the screws between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of the second screw and between the inner surface of the housing and the surface of the screw prevent the formation of mash inside the mixer and eliminate the likelihood of microsphere destruction.

Из-за высокой вязкости компонентов, содержащих полые включения, при смешивании в смесительных устройствах могут возникать большие сдвиговые усилия, вызывающие разрушение микросфер. В результате их разрушения получаемый материал уплотняется, повышается его плотность, снижается качество сферопластика. Применение в обоих вариантах изобретений предлагаемой конструкции двухшнековых смесительных устройств предотвращает разрушение микросфер во время их смешивания с отвердителем или связующим. Взаимодействующие шнеки выполнены разнонаправленными. За счет того, что вращение шнеков происходит в разные стороны, предотвращается налипание на них вязкого материала, т.к., при разнонаправленном движении шнеков происходит их взаимная очистка. В обоих вариантах каждый шнек содержит зоны, в которых шаг витков каждой последующей шнековой зоны меньше шага витков предыдущей шнековой зоны. Это позволяет последним по ходу движения материала шнековым зонам, выполнять функции напорных зон, обеспечивая тем самым послойное сдвигание вязких масс материала, их перемешивание и подачу в направлении смесительной головки. Во втором варианте между шнековыми зонами расположены валковые участки, на которых линейное перемещение материала меняется на вращательное, на валках происходит смешивание потоков с обоих шнеков предыдущей шнековой зоны. Во втором варианте смесительная головка выполнена активной, содержащей ротор и статор. Конструкция смесительной головки также обеспечивает послойное смещение материала при качественном перемешивании компонентов, поступающих с двух смесителей. Ротор смесительной головки снабжен радиальными рядами пластин, которые чередуются с радиальными рядами пластин статора смесительной головки. Это позволяет менять направление потока массы от осевого до окружного. Смесительная головка является низкооборотной, и при низких окружных скоростях ротора такое разнонаправленное движение вязкого материала исключает ударные нагрузки, но позволяет качественно перемешать предкомпоненты. Микросферы находясь в жидкой, вязкой среде, сохраняют целостность, при этом исключается повышение плотности массы, в результате чего обеспечивается высокое качество получаемого сферопластика.Due to the high viscosity of components containing hollow inclusions, when mixing in mixing devices, large shear forces can occur, causing the destruction of the microspheres. As a result of their destruction, the resulting material is compacted, its density increases, and the quality of spheroplastics decreases. The use of twin-screw mixing devices in both variants of the inventions prevents the destruction of microspheres during their mixing with a hardener or a binder. Interacting augers are made multidirectional. Due to the fact that the screws rotate in different directions, the sticking of viscous material on them is prevented, because when the screws move in different directions, they mutually clean. In both versions, each screw contains zones in which the step of the turns of each subsequent screw zone is less than the step of the turns of the previous screw zone. This allows the latter along the movement of the material to the screw zones, to perform the functions of the pressure zones, thereby providing a layer-by-layer shift of the viscous masses of the material, their mixing and feeding in the direction of the mixing head. In the second version, roll sections are located between the screw zones, on which the linear movement of the material changes to rotational, the flows from both screws of the previous screw zone are mixed on the rolls. In the second embodiment, the mixing head is made active, containing a rotor and a stator. The design of the mixing head also provides layer-by-layer material displacement with high-quality mixing of components coming from two mixers. The rotor of the mixing head is provided with radial rows of plates, which alternate with the radial rows of the stator plates of the mixing head. This allows you to change the direction of mass flow from axial to circumferential. The mixing head is low-speed, and at low peripheral rotor speeds such multidirectional movement of a viscous material eliminates shock loads, but allows for high-quality mixing of pre-components. The microspheres, being in a liquid, viscous medium, maintain their integrity, while eliminating the increase in mass density, as a result of which the high quality of the resulting spheroplastic is ensured.

Таким образом, предложенные в обоих вариантах конструкции устройств позволяет повысить качество получаемого материала за счет тщательного перемешивания материалов и за счет снижения количества разрушенных сфер. Thus, the device designs proposed in both variants of the devices can improve the quality of the material obtained by thoroughly mixing the materials and by reducing the number of destroyed spheres.

На фигуре 1 схематично представлена линия получения сферопластика.The figure 1 schematically shows the line for producing spheroplastics.

На фигуре 2 представлен двушнековый смеситель.The figure 2 presents a twin-screw mixer.

На фигуре 3 представлен поперечный разрез двушнекового смесителя.The figure 3 presents a cross section of a twin-screw mixer.

На фигуре 4 представлен продольный разрез смесительной головки.The figure 4 presents a longitudinal section of the mixing head.

На фигуре 5 представлен поперечный разрез смесительной головки.5 is a cross-sectional view of a mixing head.

Линия получения сферопластика содержит линию подачи микросфер, в которую входят емкость 1 для микросфер, весовой дозатор 2, фильтр 3, расходные бункеры 4, ресивер 5, вакуумный насос 6. Линия подачи связующего содержит источник подачи связующего 7, дозирующий насос 8, смесительное устройство в виде двухшнекового смесителя 9. Линия подачи отвердителя содержит источник подачи отвердителя 10, дозирующий насос 8, смесительное устройство в виде двухшнекового смесителя 11. Двухшнековые смесители 9 и 11 связаны линией подачи с конечным смесителем – смесительной головкой 12. На линии подачи установлены расходомеры 13, и могут быть установлены дополнительные смесители 14 и 15, связанные с ресивером 5 и вакуумным насосом 6. Все смесители снабжены приводами 16. The spheroplastic production line contains a microsphere supply line, which includes a microsphere container 1, a weight batcher 2, a filter 3, consumables 4, a receiver 5, a vacuum pump 6. The binder supply line contains a binder supply source 7, a metering pump 8, and a mixing device in the form of a twin screw mixer 9. The hardener feed line contains a hardener feed source 10, a metering pump 8, a mixing device in the form of a twin screw mixer 11. Twin screw mixers 9 and 11 are connected by a feed line to the final mixer - mix itelnoy head 12. On the supply line installed flowmeters 13 and further can be mounted faucets 14 and 15 associated with the receiver 5 and the vacuum pump 6. All mixers are provided with actuators 16.

Двухшнековые смесители 9 и 11 содержат корпус 17, зону подачи компонентов и зону предварительного перемешивания 18 со шнеками 19, 20 выполненными в виде длинномерных, разнонаправленных винтов, с параллельным расположением продольных осей и входящих в зацепление друг с другом. Длинномерные шнеки 19 и 20 могут быть цельными, выполненными с образованием зон, отличных друг от друга. Шнеки 19 и 20 могут быть выполнены наборными, на общем длинномерном валу могут быть размещены секции, образующие зоны шнека. Оба шнека каждого смесителя в обоих вариантах содержат участок подачи компонентов, участок перемешивания, напорный участок. Для первого варианта данные участки образованы следующими зонами зоной подачи сыпучего и жидкого компонента 18 , зоной перемешивания со шнековыми элементами 19 и 20, выполненными с встречным направлением витков, второй шнековой зоной 21 содержащей шнеки 22, 23, выполненные подобно шнекам 19, 20, но с меньшим шагом витков, чем у шнеков 19 и 20. Третья шнековая зона 24 содержит шнеки 25, 26, выполненные подобно шнекам 22, 23, но с меньшим шагом витков, чем у шнеков 22 и 23. Для второго варианта участок подачи компонентов, участок перемешивания, напорный участок так же образованы зоной 18 со шнеками 19 и 20, зоной 21 со шнеками 22 и 23, зоной 24 со шнеками 25 и 26. Но в отличие от первого варианта между шнековыми зонами расположены валковые участки 27 и 28. Между зонами 18 и 21 расположен валковый участок 27, между зонами 21 и 24 установлен валковый участок 28. Валковые участки 27 и 28 содержат валы оси которых расположены параллельно друг другу, поверхность валов на данных участках имеет зубчатые выступы. Но валы установлены таким образом по отношению друг к другу, что зубчатые выступы одного вала не входят в зацепление с зубчатыми выступами второго вала. В линии получения сферопластика, выполненной по второму варианту смесительная головка 12 является низкооборотной смесительной головкой. Смесительная головка 12 по второму варианту содержит: патрубки ввода компонентов 30 и 31, статор 32, ротор 33, выходное отверстие 39. На статоре 32 выполнены радиальные ряды 34 пластин 35. На роторе 33 выполнены радиальные ряды 37 пластин 38. Twin-screw mixers 9 and 11 contain a housing 17, a feed zone for components and a pre-mixing zone 18 with screws 19, 20 made in the form of long, multidirectional screws, with a parallel arrangement of longitudinal axes and engaged with each other. Long screws 19 and 20 can be integral, made with the formation of zones that are different from each other. The screws 19 and 20 can be made type-setting, sections forming the zones of the screw can be placed on a common long shaft. Both screws of each mixer in both versions contain a component supply section, a mixing section, a pressure section. For the first embodiment, these sections are formed by the following zones: the feed zone of the loose and liquid component 18, the mixing zone with screw elements 19 and 20, made with the opposite direction of the turns, the second screw zone 21 containing screws 22, 23, made like screws 19, 20, but with a smaller pitch of the turns than the screws 19 and 20. The third screw zone 24 contains the screws 25, 26, made similar to the screws 22, 23, but with a smaller pitch of the turns than the screws 22 and 23. For the second embodiment, the supply section of the components, the mixing section pressure section they are formed by zone 18 with screws 19 and 20, zone 21 with screws 22 and 23, zone 24 with screws 25 and 26. But, unlike the first variant, roll sections 27 and 28 are located between the screw zones. A roll section is located between zones 18 and 21 27, a roll section 28 is installed between zones 21 and 24. The roll sections 27 and 28 contain axis shafts which are parallel to each other, the surface of the shafts in these sections has toothed protrusions. But the shafts are mounted in such a way with respect to each other that the gear protrusions of one shaft do not engage with the gear protrusions of the second shaft. In the line of production of spheroplastics, made according to the second embodiment, the mixing head 12 is a low-speed mixing head. The mixing head 12 according to the second embodiment contains: nozzles for introducing components 30 and 31, a stator 32, a rotor 33, an outlet 39. Radial rows 34 of plates 35 are made on stator 32. Radial rows 37 of plates 38 are made on rotor 33.

Линия получения сферопластика работает следующим образом.The line of production of spheroplastics works as follows.

Керамические, стеклянные, полимерные микросферы подают из емкости 1 на весовой дозатор 2, отмеряют их необходимое количество. Далее с помощью вакуумной системы, состоящей из вакуум-ресивера 5, системы фильтров 3 и вакуумного насоса 6 перемещают микросферы в расходные бункеры 4. Перемещение микросфер происходит по «принципу пылесоса». Для получения сферопластика используют керамические, стеклянные или полимерные полые микросферы. Размеры микросфер могут находиться в пределах от 10 до 2000 мкм. Из одного бункера 4 микросферы подают в смесительное устройство в виде двухшнекового смесителя 11, из линии подачи отвердителя в смеситель 11 подают отвердитель. Из второго бункера 4 микросферы подают в двухшнековый смеситель 9, из линии подачи связующего в него подают смолу. В магистралях обоих предкомпонентов происходят аналогичные процессы. Материал, получаемый введением микросфер в смолу или отвердитель имеет низкую плотность от 0,4 до 0,8 г/см³, высокую вязкость, которая делает этот материал очень липким. Стандартные мешалки, где при перемешивании используется гравитационный фактор, малоэффективны, т.к., материал налипает на элементы мешалки. Поэтому для перемешивания микросфер с каждым из предкомпонентов используют самоочищающиеся смесители с двумя шнеками, имеющими разнонаправленное вращение. Продольные оси шнеков параллельны. В результате взаимодействия шнеков друг с другом происходит снятие с них налипающего материала, их самоочищение с послойным выдавливанием материала из межвиткового пространства. Перемещение компонентов вдоль шнека происходит посредством послойного сдвига материалов в замкнутом пространстве. Расходные характеристики экструдера определяются объемом межвиткового пространства выходной пары шнеков умноженном на число оборотов в единицу времени. На вход смесителя, в первую зону 18 смесителя 9 или 11 подают микросферы. До введения жидкого компонента шнеки 19 и 20 выполняют функцию винтового конвейера. Далее при помощи дозирующих насосов 8 в первую зону 18 подают жидкий компонент – смолу или отвердитель. В этой зоне шнеки 19 и 20 имеют максимальный шаг, объем заполнения материалом межвиткового пространства в данной зоне не превышает 30%. Это значение зависит от плотности получаемого материала и определяется исходя из условия, что объем межвиткового пространства выходной пары шнеков зоны 24 должен быть заполнен на 100%, что обеспечивает получение необходимых расходных характеристик. В зоне 18 идет предварительное перемешивание компонентов. Во всех шнековых зонах экструдера 18, 21, 24 имеется технологический зазор между корпусом и максимальным диаметром шнека, который расположен в данной части корпуса, и между максимальным диаметром одного шнека и минимальным диаметром соседнего шнека. Данный зазор устанавливают во избежание образования затора при транспортировке сухих микросфер и при их дальнейшем перемешивании с жидким компонентом. Это исключает вероятность разрушения микросфер. Величина зазора определяется тремя максимальными диаметрами микросфер. Во втором варианте изобретения после первой зоны 18, в которой происходит предварительное перемешивание и поступательное перемещение материала путем последовательного сдвига его слоев, смесь жидкого материала с микросферами попадает на валковый участок перемешивания 27. За счет того, что валковые участки 27, 28 смесителей 9, 11 имеют необходимые технологические зазоры между зубчатыми поверхностями насадок валов, микросферы не раздавливаются. В зоне 27 потоки с двух шнеков 19 и 20 соединяются и интенсивно перемешиваются. Во избежание разрушения микросфер зазор между максимальным и минимальным диаметром взаимодействующих валков составляет 2 мм. Далее в обоих вариантах движение массы предкомпонента, наполненного микросферами происходит в следующей двухшнековой зоне 21, в которой так же происходит самоочистка шнеков и сдвиг слоев массы материала. В зоне 21 шаг шнеков меньше, чем в зоне 18. Заполнение материалом объема зоны 21 составляет 75%. После зоны 21 во втором варианте потоки с двух шнеков 22 и 23 поступают в следующую валковую зону 28, аналогичную зоне 27, где происходит их интенсивное перемешивание. В последней шнековой зоне 24 шаг шнеков минимальный, заполнение материалом объема зоны 21 составляет 100%. Зоны 21 и 24 являются напорными зонами.Ceramic, glass, polymer microspheres are fed from the tank 1 to the weight batcher 2, measure their required number. Then, using a vacuum system consisting of a vacuum receiver 5, a filter system 3 and a vacuum pump 6, the microspheres are moved to the consumables 4. The microspheres are moved according to the “vacuum cleaner principle”. To obtain spheroplastics, ceramic, glass or polymer hollow microspheres are used. The sizes of the microspheres can range from 10 to 2000 microns. From one hopper 4, the microspheres are fed into the mixing device in the form of a twin-screw mixer 11, from the supply line of the hardener to the mixer 11 serves the hardener. From the second hopper 4, the microspheres are fed into a twin-screw mixer 9, from the supply line of the binder resin is fed into it. Similar processes occur in the lines of both precomponents. The material obtained by introducing microspheres into a resin or hardener has a low density of 0.4 to 0.8 g / cm³, high viscosity, which makes this material very sticky. Standard mixers, where the gravitational factor is used during mixing, are ineffective, because the material adheres to the elements of the mixer. Therefore, for mixing the microspheres with each of the pre-components, self-cleaning mixers with two screws having multidirectional rotation are used. The longitudinal axis of the screws are parallel. As a result of the interaction of the screws with each other, the sticking material is removed from them, their self-cleaning with a layer-by-layer extrusion of the material from the inter-turn space. The movement of components along the screw occurs through a layer-by-layer shift of materials in a confined space. The flow characteristics of the extruder are determined by the volume of the inter-turn space of the output pair of screws multiplied by the number of revolutions per unit time. At the input of the mixer, in the first zone 18 of the mixer 9 or 11 serves microspheres. Before the introduction of the liquid component, the screws 19 and 20 function as a screw conveyor. Then, with the help of metering pumps 8, a liquid component is supplied to the first zone 18 — a resin or hardener. In this zone, the screws 19 and 20 have a maximum pitch; the volume of filling the inter-turn space in the material in this zone does not exceed 30%. This value depends on the density of the material obtained and is determined on the basis of the condition that the volume of the inter-turn space the output pair of zone 24 augers must be 100% full, which ensures the necessary flow characteristics. In zone 18, the components are pre-mixed. In all screw zones of the extruder 18, 21, 24 there is a technological gap between the housing and the maximum diameter of the screw, which is located in this part of the housing, and between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of the neighboring screw. This gap is set to avoid the formation of congestion during transportation of dry microspheres and during their further mixing with the liquid component. This eliminates the possibility of destruction of the microspheres. The gap is determined by the three maximum diameters of the microspheres. In the second embodiment of the invention, after the first zone 18, in which preliminary mixing and translational movement of the material by successive shift of its layers takes place, the mixture of liquid material with microspheres enters the roll mixing section 27. Due to the fact that the roll sections 27, 28 of the mixers 9, 11 have the necessary technological gaps between the gear surfaces of the shaft nozzles, the microspheres are not crushed. In zone 27, flows from two screws 19 and 20 are connected and intensively mixed. In order to avoid destruction of the microspheres, the gap between the maximum and minimum diameter of the interacting rolls is 2 mm. Further, in both cases, the movement of the mass of the pre-component filled with microspheres occurs in the next twin-screw zone 21, in which self-cleaning of the screws and the shift of the layers of mass of the material also occur. In zone 21, the pitch of the screws is less than in zone 18. The material filling the volume of zone 21 is 75%. After zone 21 in the second embodiment, flows from two screws 22 and 23 enter the next roll zone 28, similar to zone 27, where they are intensively mixed. In the last screw zone 24, the step of the screws is minimal, filling the material with the volume of zone 21 is 100%. Zones 21 and 24 are pressure zones.

При наличии повышенных требований к получаемому сферопластику по отсутствию пористости, на обеих магистралях устанавливают дополнительные смесители 14 и 15. Данные смесители связаны с ресивером 5 и вакуумным насосом 6. Конструкция дополнительных смесителей сходна с конструкцией смесителей 9 и 11, но в них отсутствует зона 18, в которой происходит предварительное перемешивание компонентов. Из массы, поступающей в дополнительные смесители 14 и 15 с помощью вакуумного насоса 6 отсасывают воздух для удаления пузырей, образующих после застывания пористую структуру материала.In the presence of increased requirements for the resulting spheroplastics for the absence of porosity, additional mixers 14 and 15 are installed on both highways. These mixers are connected to the receiver 5 and vacuum pump 6. The design of the additional mixers is similar to the design of the mixers 9 and 11, but there is no zone 18 in them. in which pre-mixing of the components occurs. From the mass entering the additional mixers 14 and 15 with the help of a vacuum pump 6, air is aspirated to remove bubbles that form a porous material structure after solidification.

Далее массы под необходимым избыточным давлением, например, в 4-6 Атм., поступают в смесительную головку 12. На входе в неё для контроля поступающих потоков установлены расходомеры 13. Для контроля высоковязких, разнофазных составов используют кориолисовы расходомеры, которые с высокой точностью, с погрешностью менее 1%, одновременно контролируют плотность проходящего состава, давление и температуру в потоке. Система управления технологическим процессом, используя данные расходомера 13, в режиме постоянного непрерывного контроля параметров, управляет расходом дозаторов расходных бункеров 4 для получения предкомпонентов заданной плотности и с необходимым расходом. Соотношение подачи предкомпонентов– связующего, смешанного с микросферами и отвердителя, смешанного с микросферами задается системой управления согласно рецептуре получаемого материала. В смесительную головку 13 в зону перемешивания предкомоненты подают через коаксиальные патрубки. По второму варианту изобретения статор 32 смесительной головки 13 имеет радиальные ряды 34 пластин 35. Ротор 33 смесительной головки 13 так же имеет радиальные ряды 37 пластин 38. С помощью данных пластин при вращении ротора 33 меняется направление движения потоков масс от осевого до окружного. Такое разнонаправленное движение обеспечивает так же послойное смещение материалов, что приводит к качественному перемешиванию предкомпонентов при низких окружных скоростях ротора, например 30-60 оборотов/мин. Микросферы при таких скоростях не подвергаются ударной нагрузке, находясь в жидкой вязкой среде. Микросферы сохраняют целостность, за счет чего процесс получения сферопластика не приводит к повышению плотности из-за частичного разрушения микросфер. Использование линии получения сферопластика позволяет снизить плотность получаемого материала за счет существенного снижения поврежденных микросфер, повысить качество получаемого сферопластика. Кроме того, упрощение конструктивного исполнения линии, снижение количества запорных элементов позволяет повысить надежность её работы. Надежность работы линии и её долговечность так же обеспечивается постоянным режимом работы исполнительных механизмов, отсутствием необходимости многократных включений приводов.Further, the masses under the necessary excess pressure, for example, at 4-6 Atm., Enter the mixing head 12. At the entrance to it, flow meters 13 are installed to control the incoming flows. Coriolis flow meters are used to control highly viscous, different-phase compositions, which with high accuracy, with an error of less than 1%, simultaneously control the density of the passing composition, pressure and temperature in the stream. The process control system, using the data of the flow meter 13, in the mode of continuous continuous monitoring of the parameters, controls the flow of the dispensers of the flow bins 4 to obtain precomponents of a given density and with the required flow rate. The feed ratio of precomponents - a binder mixed with microspheres and a hardener mixed with microspheres is set by the control system according to the recipe of the material obtained. In the mixing head 13 in the mixing zone precomponents are fed through coaxial nozzles. According to a second embodiment of the invention, the stator 32 of the mixing head 13 has radial rows 34 of plates 35. The rotor 33 of the mixing head 13 also has radial rows 37 of plates 38. Using these plates, the direction of mass flow changes from axial to circumferential when the rotor 33 rotates. Such multidirectional movement also provides a layer-by-layer displacement of materials, which leads to high-quality mixing of precomponents at low peripheral rotor speeds, for example, 30-60 rpm. Microspheres at such speeds are not subjected to shock loading while in a viscous liquid medium. Microspheres maintain integrity, due to which the process of obtaining spheroplastics does not lead to an increase in density due to the partial destruction of microspheres. Using the line of production of spheroplastics allows to reduce the density of the material obtained by significantly reducing damaged microspheres, to improve the quality of the resulting spheroplastics. In addition, simplifying the design of the line, reducing the number of locking elements allows you to increase the reliability of its work. The reliability of the line and its durability is also ensured by the constant mode of operation of the actuators, the lack of the need for multiple actuators.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить качество получаемого сферопластика при обеспечении непрерывности работы линии получения данного композиционного материала.Thus, the claimed invention allows to improve the quality of the obtained spheroplastic while ensuring the continuity of the production line of this composite material.

Claims

1. A spheroplastic production line containing at least one microsphere supply line, at least one binder line, at least one hardener line, a binder line mixing device, a hardener line mixing device, a mixing head, characterized in that the microsphere supply line contains a capacity for microspheres and a dispenser associated with feed hoppers that are associated with a vacuum system, metering pumps, mixing devices of the binder line and the line from The holders are made in the form of twin-screw mixers in which the interacting screws are made in different directions, at the points of interaction of the screws, the distance between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of the screw interacting with it is at least three maximum diameters of microspheres, the distance between the screws and the body is at least three diameters of microspheres, each the screw contains zones in which the step of the turns of each subsequent screw zone is less than the step of the turns of the previous screw zone.

2. The line for producing spheroplastics according to claim 1, which is equipped with additional mixers of the binder line and the hardener line associated with a vacuum device.

3. A spheroplastic production line containing at least one microsphere supply line, at least one binder line, at least one hardener line, a binder line mixing device, a hardener line mixing device, a mixing head, characterized in that the microsphere supply line contains a capacity for microspheres and a dispenser associated with feed hoppers that are associated with a vacuum system, metering pumps, mixing devices of the binder line and the line from The holders are made in the form of twin-screw mixers in which the interacting screws are made in different directions, at the points of interaction of the screws, the distance between the maximum diameter of one screw and the minimum diameter of the screw interacting with it is at least three maximum diameters of microspheres, the distance between the screws and the body is at least three diameters of microspheres, each the screw contains zones in which the step of the turns of each subsequent screw zone is less than the step of the turns of the previous screw zone, between the screw zones are located in alkaline sections, the rotor of the mixing head is provided with radial rows of plates, which alternate with the radial rows of the stator plates of the mixing head.

4. The line for producing spheroplastics according to claim 3, which is equipped with additional mixers of the binder line and the hardener line associated with a vacuum device.