Пристрій для змішування та пластикації полімерних матеріалів

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано для переработки полимерных материалов, композиций полимер-полимер, полимеров с различными пигментами, а также грануляции, получения и переработки полимерных материалов при производстве погонажных изделий различных видов методом экструзии, например, труб, пленок, кабельной продукции и т.д. Известен червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий корпус, соосно установленный в нем шнек с наконечником, причем корпус и наконечник выполнены в виде ряда конусообразных колец, размещенных с обеих сторон цилиндрических колец и на наружной поверхности цилиндрических колец наконечника выполнены проточки с целью повышения качества смешения расплава, конусообразные смежные кольца наконечника установлены наименьшими основаниями друг к другу, а наибольшими к наружному диаметру цилиндрических колец. При этом цилиндрические и конусообразные кольца корпуса размещены соответственно напротив колец наконечника с повторением профиля его поверхности, а на наружной поверхности конусообразных колец выполнены конические зубья (А.с. №1705097, кл. B29B7/42, Бюл. №2, 1992г., "Червячный пресс для переработки полимерных материалов, Басов Н.И. и др.). Недостатком данного устройства является сложность изготовления, низкое качество получаемого продукта, обусловленное плохой степенью смешивания продукта. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является динамический гомогенизатор для переработки полимерных материалов, содержащий корпус с выходным отверстием и размещенный внутри него ротор и статор, при этом ротор выполнен с продольными сигментными пазами, а статор с пазами, размещенными опоясывающими группами. Каждый паз статора размещен с возможностью перекрытия конца одного и начала другого пазов смежных групп ротора. В данном устройстве статор выполнен в виде наборных колец (А.с. №1781052, кл. B29B7/40, Бюл. №46, 1992г., "Динамический гомогенизатор расплавов полимеров", Вебер Л.М. и др.). Недостатком прототипа является сложность изготовления пазов в наборных кольцах и притирка этих колец, а также нестабильность процесса, вследствие пульсаций давления, вызванного изменением поперечного сечения вдоль оси червяка. Задачей изобретения является упрощение изготовления статора, улучшение качества получаемого изделия за счет уменьшения пульсаций потока в вы ходном отверстии и улучшение качества смешения. Поставленная задача решается тем, что известное устройство для переработки полимерных материалов, содержащее корпус с выходным отверстием, внутри которого закреплен статор, выполненный в виде цельной гильзы с пазами, а также расположенного внутри него шнеком с закрепленным на конце ротором, на наружной поверхности которого выполнены продольные пазы, согласно изобретению пазы ротора выполнены уменьшающимися вдоль оси червяка по высоте и ширине от конца червячной нарезки к выходному отверстию, при этом профиль пазов на роторе выполнен по зависимости а пазы статора выполнены увеличивающимися вдоль оси червяка по высоте и ширине от конца червячной нарезки к выходному отверстию, при этом профиль, пазов на статоре выполнен по зависимости где - высота профиля пазов не роторе; - высота профиля пазов не статоре; - начальная высота паза на роторе; - начальная высота лазе на статоре; - минимальный радиус окружности пазов на роторе; - максимальный радиус окружности пазов на статоре; - оси координат; - коэффициент, зависящий от свойств полимерной жидкости и режимов переработки. В обоих случаях для координаты имеем Причем длину смесительного элемента целесообразно выбирать равной шагу червячной нарезки Координата пределах для ротора находится в где а для статора имеем: где Коэффициент зависящий от свойств полимерной жидкости и режимов переработки, можно рассчитать по формуле где и - соответственно напряжение (Па) и вязкость (Па × с) полимерной среды перед входом в смесительный элемент; - число оборотов червяка (с-1). Количество пазов на вращающемся роторе и неподвижном статоре определяются соответственно из выражений где определяется при а при Максимальная глубина паза на вращающемся смесительном элементе находится из выражения где - высота червячной нарезки; радиальный зазор между гребнем червяка и внутренней поверхностью гильзы; - радиальный зазор между наружной поверхностью вращающегося смесительного элемента и внутренней поверхностью неподвижного смесительного элемента. Величина определяется из зависимости Максимальная глубина паза на неподвижном элементе составляет Также должно соотношение выполняться следующее где - радиус сердечника червяка перед смесительным элементом; - радиус вн утренней поверхности гильзы. Зависимость производительности от перепада давления определяют из следующего выражения (для неньютоновской жидкости): где - суммарный перепад давления в канале; - вязкость материала; - коэффициент формы, зависящий от формы поперечного сечения и его размеров. При изменении коэффициента формы меняется и давление, т.к. производительность должна быть постоянной, чтобы не нарушалось условие неразрывности потока, выбранный профиль пазов позволяет сохранить постоянным коэффициент формы канала, как в осевом направлении, так и в кольцевом направлении, т.е. как вдоль оси так и вдоль оси что в конечном итоге устраняет пульсации давления в выходном отверстии. Выбранный профиль пазов позволяет достичь максимальной интенсивности сдвиговых деформаций, что позволяет добиться максимального качества перемешивания. На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б - Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В - В на фиг.1; на фиг.5 - выноска Д с фиг.3; на фиг.6 - выноска С с фиг.2; на фиг.7 продольный разрез предлагаемого устройства со спаренными роторами и статорами. Устройство для смешивания и пластикации содержит корпус 1 с выходным отверстием 2 и размещенным внутри него шнеком 3 с насаженным на его хвостовик 4 ротором 5, выполненным с продольными пазами 6, закрепленный наконечником 7. В корпусе 1 закреплен статор 8, выполненный в виде гильзы с продольными пазами 9. Устройство для смешивания и пластикации полимерных материалов работает следующим образом. Расплавленный полимер шнеком 3 подается в пазы 6 ротора 5. По мере продвижения материала к выходному отверстию 2 высота и поперечное сечение пазов 6 уменьшается, а высота и поперечное сечение пазов 9 увеличивается. Таким образом часть материала из пазов 6 переходит в пазы 9, при этом поперечное сечение каналов практически не изменяется. За счет вращения ротора относительно статора происходит изменение конфигурации канала, образуемого пазами 8 и 9, что приводит к перераспределению сдвиговых де формаций, которые вызывают интенсивное смешение полимерного материала, при этом площадь поперечного сечения также остается постоянной. Если необходимо повысить качество смешения, то можно использовать спаренные роторы и статоры, как показано на фиг.7.