專利名稱:密煉機轉(zhuǎn)子的制作方法
本發(fā)明涉及一種可單獨用于橡膠或塑料加工用的密煉機轉(zhuǎn)子。特別是一種既可用于橡膠加工，又可用于塑料加工，既可用于橡塑共混，又可用于橡塑與其它物料共混用的密煉機的轉(zhuǎn)子。
圖3所示箭頭位置是物料加入的加料口(6)，一般密煉機工作時都是把各種物料分?jǐn)?shù)次加入到混煉室(7)中進行混合的?；鞜捠?7)是由一個組配在一起的封閉的混煉室壁(1)與一對相對回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(2)組成。每個轉(zhuǎn)子(2)上都至少有兩條螺旋凸棱(3)和(4)，其中長螺旋凸棱(3)的螺旋角一般為30°，它主要起周向、徑向混合、剪切物料的作用。短螺旋凸棱(4)的螺旋角一般為45°，它主要起軸向混合及徑向剪切膠料的作用。因為短螺旋凸棱(4)的螺旋角選取一般都大于物料與轉(zhuǎn)子表面的摩擦角φ所以物料才會沿轉(zhuǎn)子(2)的軸向運動。θ為物料的楔入角，楔入角θ角越小，物料吃入越有利。圖3所示的b為轉(zhuǎn)子工作面，c為轉(zhuǎn)子非工作面。b面的曲率半徑越小，b面的曲線就越彎曲，即形成的楔行區(qū)域就越明顯。因此減小b面的曲率半徑，增加c面的曲率半徑是有利于提高混合效果的。參見圖1-3。
密煉機使用性能，混合質(zhì)量的好壞，除了與混煉室壁的冷卻，轉(zhuǎn)速的范圍，整機控制水平，上下壓鉈的壓力和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，則主要取決于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、造型及幾何參數(shù)的設(shè)計，選擇和優(yōu)化。
國產(chǎn)密煉機大都是兩條凸棱的舊式密煉機，主要缺點是能耗大，效率低、混合質(zhì)量較差、漏料較為嚴(yán)重，其關(guān)鍵就在于密煉機的主要工作部件轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)選擇設(shè)計的不太合理。
由日本小平市的佐藤，八王子市的宮岡等9個發(fā)明人在1979年6月22日向美國提出的申請?zhí)枮?1001號專利申請，在1981年8月18日被授予4284358號美國專利中第1-10頁中公開的及其引證的法國2429087號專利中第15頁中公開的技術(shù)及有關(guān)附圖還存在著以下不足。
參見圖1-3。原發(fā)明中轉(zhuǎn)子(2)的工作段兩端是自然過渡或結(jié)構(gòu)需要而自然過渡到軸階的。因此，當(dāng)物料在密閉且有壓力的混煉室(7)中被混合時，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動及壓力的作用，物料將被擠壓到轉(zhuǎn)子(2)與混煉室壁(1)之間的空隙(5)中去。這樣，既容易造成物料由間隙(5)中漏出，也容易在間隙(5)中堆積形成死區(qū)，最終將影響物料混合的均勻性，或使轉(zhuǎn)子(2)卡死。
另外，原發(fā)明給定的轉(zhuǎn)子(2)的長螺旋凸棱(3)和短螺旋凸棱(4)的軸向長度的比值范圍2.5-10之內(nèi)并不是最佳的。因為長螺旋凸棱(3)越長，其周向、徑向混合效果就越好，即相當(dāng)于加長了主工作段的工作長度L1。
由于轉(zhuǎn)子工作時接觸的物料溫度一般在35°-170°之間，溫度變化范圍較大，對物料粘度即摩擦系數(shù)φ(φ＝37°-42°)的影響很大，這將直接關(guān)系到物料能否沿轉(zhuǎn)子的軸向進行混合，如果不能確保物料沿轉(zhuǎn)子軸向混合，對物料的混合質(zhì)量的影響是不可避免的。參看圖6的受力分析可知，R為物料對轉(zhuǎn)子即轉(zhuǎn)子對物料的垂直作用力，P為轉(zhuǎn)子對物料的軸向力，T為摩擦力β2為轉(zhuǎn)子(8)短螺旋凸棱(11)的螺旋角。從受力圖可知，T＝R·tgφ，P＝R·tgβ2，要使物料能軸向混合，則必須使P＞T，即R·tgφ＜R·tgβ2。由此可得出，只要滿足β＞φ，物料就可以沿轉(zhuǎn)子軸向進行混合。但由于溫度和物料品種的不同而產(chǎn)生的對φ的影響，(因為摩擦力T＝R·μ＝R·tgφ，μ為摩擦系數(shù))使得β2＞φ的條件在混合過程中不能確保。因此，本發(fā)明對原發(fā)明中的β2做了一定增加，以此來提高混合效果和擴大密煉機的使用范圍以及對不同物料的適應(yīng)性。
本發(fā)明的任務(wù)在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點和不足，而提供一種混合效果好、生產(chǎn)效率高、強剪切、低能耗、適用范圍廣、適應(yīng)性強的密煉機轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明是由一對結(jié)構(gòu)相同，相反安裝，能相對回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(8)構(gòu)成，每個轉(zhuǎn)子(8)上各有兩條沿轉(zhuǎn)子軸向和周向延伸展開的螺旋凸棱，其中(11)為短螺旋凸棱，(12)為長螺旋凸棱。在每個轉(zhuǎn)子(8)的工作段L的兩端，各有一對稱的封閉圓盤(10)。
附圖1-3是原發(fā)明的主視圖和剖視圖。
附圖4和5是本發(fā)明的主視圖和剖視圖。
附圖6是受力分析的示意圖。
下面將接合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)描述。
附圖4和5是本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，幾何參數(shù)圖。在轉(zhuǎn)子(8)的工作段L的兩端，設(shè)計的封閉圓盤(10)可有效地防止或大大減輕物料直接推擠到混煉室壁(13)與轉(zhuǎn)子(8)的之間的間隙中去。這樣的一個封閉圓盤(10)的加入，不僅減輕了密煉機工作時由轉(zhuǎn)子(8)的間隙(9)中漏料的壓力，即減少了漏料，提高了轉(zhuǎn)子(8)的軸端的密封效果，減少了對環(huán)境的污染。而且，也有效防止了物料在間隙(9)中易造成死角區(qū)域不利于物料混合的現(xiàn)象的出現(xiàn)。因為，當(dāng)物料在壓力及溫度，攪拌的復(fù)雜作用下，會逐漸粘接，堆積在間隙(9)的環(huán)形空隙中，時間稍長就會造成物料的焦燒、結(jié)晶，容易造成轉(zhuǎn)子(8)與混煉室內(nèi)壁(13)的卡死。同時，也有利于物料混合質(zhì)量的提高，因為密煉機工作時是間歇式的，如果上一次混合的物料卡在間隙(9)中在后來的混合過程中才摻入的話，則會影響后來的混合物料的質(zhì)量，最終將影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，結(jié)晶、焦燒的物料硬塊夾入混合物料中也易造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降。封閉圓盤(10)的加入，還可以減小物料對混煉室壁(13)的沖刷和磨損，延長密煉機的使用壽命。因為，轉(zhuǎn)子(8)的修復(fù)，要比混煉室壁(13)的維修補焊容易，所以延長混煉室壁(13)的使用壽命也是至關(guān)重要的。另外，封閉圓盤(10)的加入，不僅實現(xiàn)了物料在一對轉(zhuǎn)子(8)上的攪拌混合循環(huán)，加速了物料的混合，節(jié)省了混合時間，而且，能使物料被集中限制在一對轉(zhuǎn)子(8)的工作段長度L上被有效地混合和剪切。因為，封閉圓盤(10)阻止了物料向非工作段的移動，其結(jié)果也將提高混合效率和混合質(zhì)量。封閉圓盤(10)的徑向尺寸可在大于轉(zhuǎn)子基圓直徑D1至等于或大于轉(zhuǎn)子最大回轉(zhuǎn)直徑D2的范圍內(nèi)選取。封閉圓盤(10)與轉(zhuǎn)子基圓直徑D1的相對過渡的部分的圓弧r不宜過大或過小。因為，過大易使物料滑出封閉圓盤(10)，過小易產(chǎn)生死角區(qū)域影響混合。封閉圓盤的徑向尺寸最好在大于轉(zhuǎn)子(8)的最大回轉(zhuǎn)直徑D25mm至小于轉(zhuǎn)子(8)的最大回轉(zhuǎn)直徑D235mm之間選取。
本發(fā)明還把原發(fā)明關(guān)于轉(zhuǎn)子長短螺旋凸棱的軸向長度比值范圍做了擴大，擴大后的轉(zhuǎn)子(8)的長螺旋凸棱(12)的軸向長度L1與短螺旋凸棱(11)的軸向長度L2之比值范圍為 (L1)/(L2) 在10到12之間。因為 (L1)/(L2) 比值的增大，就等于加長了長螺旋凸棱(12)的軸向工作長度L1，這樣就可以使螺旋凸棱(12)與混煉室壁(13)之間形成的弧形剪切段在軸向加長，從而加速了剪切混合的效果。
為了擴大轉(zhuǎn)子(8)對不同物料，不同溫度的適應(yīng)范圍，為了確保物料在工作條件變化以后仍能完成物料的軸向混合，本發(fā)明把轉(zhuǎn)子(8)的短螺旋凸棱(11)的螺旋角β2由原來的45°增加到46°-58°而經(jīng)過試驗表明β2的范圍在48°-55°之間最佳，而在49°-53°之間為更佳。參見圖4。
為了強化混合、剪切效果，提高轉(zhuǎn)子(8)對不同物料的適應(yīng)性，縮短混合時間，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中楔入角θ較大和工作面b側(cè)與混煉室壁(13)內(nèi)壁之間楔形區(qū)域不明顯的不足，而采取了減小轉(zhuǎn)子(8)的工作面一側(cè)b的曲率半徑，b側(cè)曲率半徑的減小，導(dǎo)致了b側(cè)曲率的增大，使得轉(zhuǎn)子(8)b側(cè)的曲面變得更加彎曲，使b側(cè)的楔形區(qū)域更明顯。按流變學(xué)固體輸送理論來分析，楔形區(qū)越明顯，物料越容易被帶入強剪切區(qū)d。而且，楔形度的增加，可使物料逐漸、盡早地受到越來越大的壓縮后再進入強剪切區(qū)d，這樣不但剪切效果好，而且也避免了由于物料較硬、較粘情況下較快進入強剪切區(qū)對機器造成的瞬時沖擊和過載。使密煉機的工作更加穩(wěn)定，安全性提高。減小θ(θ＝tg-1(e)/(h) )，就意味著減小h值或加寬螺旋凸棱頂端的寬度e，因為h越小，e越寬，物料通過就越困難，所受到的剪切效果就越好。同理，增大非工作面一側(cè)c的曲率半徑，就等于把轉(zhuǎn)子(8)c側(cè)的曲線變直，使c側(cè)曲線表面與混煉室壁(13)之間的空間增大，這樣有利于經(jīng)過d區(qū)強剪切后的物料有足夠的應(yīng)力松馳空間和時間對提高剪切混合效果是很有利的。因此本發(fā)明轉(zhuǎn)子(8)的工作面b的曲率半徑與非工作面c的曲率半徑比值 (b)/(c) 為0.55到0.75之間，較佳范圍為0.60-0.70之間。參見附圖5。
以上結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)的設(shè)計、改進、優(yōu)化及搭配不僅經(jīng)過了流變學(xué)、傳熱學(xué)的理論分析和推導(dǎo)，也是經(jīng)過了多次試驗后優(yōu)選、綜合出來的最佳技術(shù)解決方案。因此，它不僅適用于兩棱轉(zhuǎn)子，也適用于四棱轉(zhuǎn)子，不僅適用于每個轉(zhuǎn)子上螺旋凸棱條數(shù)相等的轉(zhuǎn)子，也適用于每個轉(zhuǎn)子上螺旋凸棱條數(shù)不相等的轉(zhuǎn)子。
通過對難混的高沖擊聚苯乙烯(HIPS)的共混實驗表明，在φ400高溫開煉機上需要混30-40分鐘，其沖擊強度僅達8kg-cm/cm2，而在裝有本轉(zhuǎn)子(8)的密煉機混煉僅需1-1.5分鐘，其沖擊強度可達到11kg-cm/cm2。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)子(8)可用于現(xiàn)有密煉機的舊機改造和更新，把本發(fā)明的轉(zhuǎn)子(8)經(jīng)過放大，縮小設(shè)計后可直接替換現(xiàn)有密煉機的舊式轉(zhuǎn)子。也可以把本發(fā)明轉(zhuǎn)子(8)的設(shè)計方案、幾何參數(shù)的選擇應(yīng)用到現(xiàn)有密煉機現(xiàn)有轉(zhuǎn)子中去。這樣不僅省時、省經(jīng)費，也能發(fā)揮現(xiàn)有密煉機的巨大生產(chǎn)潛力。因此，本發(fā)明具有較大的實用價值。
因此，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子(8)是一種適應(yīng)性強、使用范圍廣、生產(chǎn)效率高、混合質(zhì)量好、省時、節(jié)能、易于推廣使用的新型的強剪切密煉機轉(zhuǎn)子。它除了適用于橡塑行業(yè)外，還適用于輕工、化工、建材等行業(yè)的各種物料的混合、攪拌和破碎。更適用于現(xiàn)有密煉機的更新和改造。
權(quán)利要求
1.一對可相對回轉(zhuǎn)、平行安裝的，由長螺旋凸棱(3)和短螺旋凸棱(4)構(gòu)成的、可單獨用于橡膠、塑料加工用的密煉機轉(zhuǎn)子(2)，其特征在于它是一種設(shè)計有一對稱封閉圓盤(10)、β2可在46°至58°、 (b)/(c) 可在0.50至0.75、 (L1)/(L2) 可在10-12范圍間設(shè)計、選取的，既可用于橡膠，又可用于塑料，還可用于橡、塑兩種物料共混以及橡膠、塑料與其它配合劑、填充劑共混的密煉機轉(zhuǎn)子。
2.按照權(quán)力要求1所述的密煉機轉(zhuǎn)子其特征在于封閉圓盤(10)是分別設(shè)計在轉(zhuǎn)子(8)的工作段L的兩端的。其徑向尺寸可在大于轉(zhuǎn)子(8)的基圓直徑D1和等于或大于轉(zhuǎn)子(8)的最大回轉(zhuǎn)直徑D2的范圍內(nèi)選取，基圓直徑D1及轉(zhuǎn)子螺旋凸棱(11)和(12)與封閉圓盤(10)相過渡處應(yīng)采用適合的圓角過渡。
3.按照權(quán)力要求1或2所述的密煉機轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子(8)的短螺旋凸棱(11)的螺旋角β2的角度設(shè)計在48°-55°之間為最佳。轉(zhuǎn)子(8)的工作曲面b與非工作曲面c的曲率半徑 (b)/(c) 的比值設(shè)計在0.60-0.70之間為最佳。轉(zhuǎn)子(8)的長螺旋凸棱(12)與短螺旋凸棱(11)在軸向長度的比值 (L1)/(L2) 設(shè)計為10-11之間為最佳。
4.按照權(quán)力要求3所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子(8)的短螺旋凸棱(11)的螺旋角β2的角度設(shè)計在50°-53°之間為最佳。封閉圓盤(10)的徑向尺寸在大于D25毫米到小于D235毫米之間為最佳。
5.按照權(quán)力要求3或4所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于它的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)的設(shè)計、選擇不僅適用于每個轉(zhuǎn)子上長、短螺旋凸棱條數(shù)相等的轉(zhuǎn)子，也適合于每個轉(zhuǎn)子上長、短螺旋凸棱條數(shù)不相等的轉(zhuǎn)子。
6.按照權(quán)力要求5所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于它除了可用于橡膠、塑料與其它配合劑的混合外，還可用于橡膠、塑料與其它配合劑的共混，也可用于化工、輕工、建材、鋼鐵等行業(yè)對各種不同物料的混合、攪拌及破碎，又可用于現(xiàn)有密煉機的改造和更新。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種與現(xiàn)有密煉機轉(zhuǎn)子和已有技術(shù)不相同的一種新型的帶有封閉圓盤的密煉機轉(zhuǎn)子。由于封閉圓盤的加入，轉(zhuǎn)子短螺旋凸棱螺旋角的增大以及長螺旋凸棱與短螺旋凸棱軸向長度比值改變，楔入角的減小，使得本轉(zhuǎn)子不僅通用于橡膠、塑料的混合和塑化，也適用于橡膠，塑料的共混。經(jīng)試驗表明，裝有該轉(zhuǎn)子的密煉機的生產(chǎn)效率、混合質(zhì)量、密封效果都優(yōu)于現(xiàn)有密煉機。另外，本轉(zhuǎn)子還可用于現(xiàn)有密煉機的更新和改造以及其它行業(yè)的物料的混合和破碎。
文檔編號B29B7/02GK87105006SQ87105006
公開日1988年8月3日 申請日期1987年7月25日
發(fā)明者程源, 王傳軍 申請人:北京化工學(xué)院, 天津電工機械廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan