устройство для получения порошка из полимерного материала

Формула изобретения

1. Устройство для получения порошка из полимерного материала, включающее камеры уплотнения и измельчения, выполненные в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями, внутри которых в камере уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, глубина которых выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию, а в камере измельчения, оснащенной средствами охлаждения, установлен мелющий ротор с образованием кольцевого зазора относительно внутренней поверхности корпуса, отличающееся тем, что корпус камеры уплотнения установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения и герметично соединен с ее входным отверстием через свое выгрузное отверстие, камера измельчения имеет два выгрузных патрубка, расположенных на противоположных концах ее корпуса, и на боковой поверхности мелющего ротора выполнены спиральные канавки, нарезанные от центра ротора к его концам в противоположном направлении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мелющий ротор выполнен с кольцевым углублением, размещенным в его центральной части в зоне поступления измельчаемого материала из камеры уплотнения.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что внутренняя поверхность камеры уплотнения и/или камеры измельчения выполнена с выпуклостями и/или впадинами в виде продольных канавок или ребер.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус камеры уплотнения снабжен нагревательным элементом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства охлаждения камеры измельчения размещены внутри мелющего ротора и/или в корпусе камеры измельчения.

6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что спиральные канавки на боковой поверхности мелющего ротора имеют треугольный, или прямоугольный, или трапециевидный, или закругленный профиль.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что глубина спиральных канавок на поверхности мелющего ротора постоянна или увеличивается к выгрузным патрубкам камеры измельчения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измельчения материалов, а именно к устройствам для получения дисперсного полимерного материала, и может быть использовано для измельчения природных и синтетических полимерных материалов.

Известно устройство для получения порошка из полимерного материала, которое содержит корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками. Внутри корпуса размещен ротор в виде тела вращения с кольцевым зазором к внутренней поверхности. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора, при этом загрузочный патрубок герметично соединен с корпусом с образованием между торцом ротора и корпуса радиально-кольцевой щели, сообщающейся с кольцевым зазором, а корпус в зоне радиально-кольцевой щели снабжен нагревательным элементом (Авт. свид. СССР №1120587, кл. В29В 13/10, от 17.02.83, опубл. 15.11.93).

Однако в силу конструктивных особенностей данное устройство характеризуется недостаточно высокой производительностью.

По технической сущности наиболее близким является устройство для получения порошка из полимерного материала, содержащее камеры уплотнения и измельчения, выполненные в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями. Камера уплотнения расположена перед камерой измельчения и соосно с ней, в ней установлен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, глубина которых выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию. В камере измельчения размещен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с образованием кольцевого зазора относительно внутренней поверхности корпуса и, как указано выше, на одной оси с уплотняющим шнеком. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения (Патент РФ №2057013, кл. В29В 17/00, от 02.02.94, опубл. 27.03.96).

Указанное устройство обеспечивает получение порошка из полимерных материалов. Однако данное устройство имеет недостаточно высокую производительность.

Задачей изобретения является разработка такого устройства для получения порошка из полимерного материала, которое обеспечит повышение производительности процесса при сохранении высокого качества измельчения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для получения порошка из полимерного материала, включающем камеры уплотнения и измельчения, выполненные в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями, внутри которых в камере уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, глубина которых выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию, а в камере измельчения, оснащенной средствами охлаждения, установлен мелющий ротор с образованием кольцевого зазора относительно внутренней поверхности корпуса, согласно изобретению корпус камеры уплотнения установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения и герметично соединен с ее входным отверстием через свое выгрузное отверстие, камера измельчения имеет два выгрузных патрубка, расположенных на противоположных концах ее корпуса, и на боковой поверхности мелющего ротора выполнены спиральные канавки, нарезанные от центра ротора к его концам в противоположном направлении.

Мелющий ротор может быть выполнен с кольцевым углублением, размещенным в его центральной части в зоне поступления измельчаемого материала из камеры уплотнения.

Внутренняя поверхность камеры уплотнения и/или камеры измельчения может быть выполнена с выпуклостями и/или впадинами в виде продольных канавок или ребер.

Корпус камеры уплотнения может быть снабжен нагревательным элементом.

Средства охлаждения камеры измельчения могут размещаться внутри мелющего ротора и в корпусе камеры измельчения.

Спиральные канавки на боковой поверхности мелющего ротора могут иметь треугольный, или прямоугольный, или трапециевидный, или закругленный профиль.

Глубина спиральных канавок на поверхности мелющего ротора может быть или постоянной или может увеличиваться по направлению к выгрузным патрубкам камеры измельчения.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства, у которого мелющий ротор выполнен без кольцевого углубления. На фиг.2 представлен продольный разрез камеры измельчения такого устройства.

На фиг.3 представлен продольный разрез предлагаемого устройства, у которого мелющий ротор выполнен с кольцевым углублением. На фиг.4 представлен продольный разрез камеры измельчения такого устройства.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, представленное на фиг.1 и 2, содержит корпус камеры уплотнения 1 с загрузочным патрубком 2 и нагревательным элементом 3, внутри которого расположен уплотняющий шнек 4 с приводом 5. На боковой поверхности уплотняющего шнека имеются спиральные канавки с уменьшающейся в направлении мелющего ротора 6 глубиной, которые выполнены таким образом, чтобы обеспечивать подачу материала от загрузочного патрубка 2 к мелющему ротору 6. Корпус камеры уплотнения 1 установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения 7 и через выгрузное отверстие 8 жестко и герметично соединен с входным отверстием 9 корпуса камеры измельчения 7 с помощью фланцевого соединения. Внутри камеры измельчения расположен мелющий ротор 6 с приводом 10, установленный с образованием кольцевого зазора 11 к внутренней поверхности корпуса камеры измельчения 7. На противоположных концах корпуса камеры измельчения 7 расположены два выгрузных патрубка 12 и 13. На боковой поверхности мелющего ротора 6 выполнены спиральные канавки, нарезанные от центра ротора к его концам в противоположных направлениях для обеспечения продвижения измельчаемого материала от входного отверстия 9 к выгрузным патрубкам 12, 13. Охлаждение мелющего ротора 6 осуществляется за счет циркуляции жидкого хладагента по каналам 14, выполненным внутри ротора 6 и вала и подсоединенным к узлу 15 для ввода и вывода жидкого хладагента. Корпус 7 камеры измельчения также снабжен средствами охлаждения, выполненными в виде четырех проточных кольцевых камер 16 со штуцерами 17 для подачи и вывода охлаждающей жидкости.

Устройство, представленное на фиг.3 и 4, содержит те же элементы, что и на фиг.1, 2: корпус камеры уплотнения 1 с загрузочным патрубком 2 и нагревательным элементом 3, внутри которого расположен уплотняющий шнек 4 с приводом 5, обеспечивающий подачу материала от загрузочного патрубка 2 к мелющему ротору 6. Корпус камеры уплотнения 1 установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения 7 и через выгрузное отверстие 8 жестко и герметично соединен с входным отверстием 9 корпуса камеры измельчения 7 с помощью фланцевого соединения. Мелющий ротор 6 с приводом 10, имеющий спиральные канавки, нарезанные от центра ротора к его концам в противоположном направлении, установлен с образованием кольцевого зазора 11 к внутренней поверхности корпуса камеры измельчения 7. На концах корпуса камеры измельчения расположены два выгрузных патрубка 12 и 13. Охлаждение мелющего ротора 6 осуществляется за счет циркуляции жидкого хладагента по каналам 14, выполненным внутри ротора 6 и вала и подсоединенным к узлу 15 для ввода и вывода жидкого хладагента. Корпус 7 камеры измельчения также снабжен средствами охлаждения, выполненными в виде четырех проточных кольцевых камер 16 со штуцерами 17 для подачи и вывода охлаждающей жидкости. Мелющий ротор 6 в устройстве, представленном на фиг.3 и 4, выполнен с кольцевым углублением 18, размещенным в центральной части ротора 6 в зоне поступления измельчаемого материала из камеры уплотнения 1 через входное отверстие 9 в камеру измельчения.

Устройство работает следующим образом.

Полимерный материал в виде гранул или кусков с размером до 10 мм равномерно засыпают в загрузочный патрубок 2 корпуса камеры уплотнения 1, снабженного устройством для нагрева. При этом привод 5 обеспечивает вращение уплотняющего шнека 4 с постоянной скоростью. Засыпанный в загрузочное отверстие 2 полимерный материал попадает в камеру уплотнения 1, захватывается спиральными канавками уплотняющего шнека, нагревается и, подвергаясь постепенному уплотнению, транспортируется в камеру измельчения 7, снабженную средствами охлаждения. Разогретый полимерный материал под высоким давлением через входное отверстие 9 попадает в центральную часть мелющего ротора 6 и равномерно распределяется в кольцевом зазоре 11 камеры измельчения 7. За счет вращения ротора 6 предварительно сжатый материал при охлаждении подвергается сдвиговой деформации. В результате в кольцевом зазоре происходит множественное растрескивание полимерного материала, его разрушение и превращение в высокодисперсный порошок, который одновременно высыпается через два выгрузных патрубка 12 и 13.

Лимитирующей стадией по производительности процесса измельчения полимерных материалов в устройствах для получения порошка является стадия прохождения полимерной массы через кольцевой зазор в камере измельчения, толщина которого составляет 1-3 мм. Поэтому за счет направления полимерной массы уплотнительным шнеком в предлагаемом устройстве двумя противоположными потоками в кольцевой зазор камеры измельчения наблюдается значительное повышение производительности устройства в сравнении с устройством по прототипу. Выполнение в мелющем роторе предлагаемого устройства кольцевого углубления, размещенного в центральной части ротора в зоне поступления измельчаемого материала из камеры уплотнения, приводит к дополнительному сжатию материала и усилению сдвиговых деформаций, что благоприятно сказывается на скорости и эффективности процессов растрескивания и разрушения материала в кольцевом зазоре камеры измельчения.

Пример 1. В загрузочный патрубок камеры уплотнения устройства, изображенного на фиг.1 (диаметр уплотняющего шнека и мелющего ротора - 32 мм), подают гранулы полиэтилена низкой плотности до заполнения камеры уплотнения. Вращение шнека и ротора осуществляется с частотой 36 об/мин. В камере уплотнения поддерживается температура 110-115°С, а в камере измельчения 60-70°С. В результате измельчения получают высокодисперсный порошок.

Примеры 2-5. Процесс проводят аналогично примеру 1.

Данные сравнительных испытаний предлагаемого устройства для получения порошка из полимерного материала с устройством по прототипу (диаметр уплотняющего шнека и ротора - 32 мм), проведенных в идентичных условиях, представлены в таблице.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность устройства для получения порошка из полимерного материала по сравнению с устройством по прототипу в 1,7-1,8 раза без ухудшения качества получаемого порошка по показателю дисперсности.

Таблица
Пример	Материал	Средний размер частиц порошка, мкм		Производительность, г/час
		По изобретению	По прототипу	По изобретению	По прототипу
1	Полиэтилен низкой плотности	35	30	258	144
2	Полипропилен	205	200	322	186
3	Резина	285	285	826	482
4	ПВХ - пластикат	260	255	554	326
5	ПВХ - искожа	465	460	482	278