動(dòng)態(tài)混合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)混合器，主要應(yīng)用于化纖行業(yè)熔體直紡工藝路線中，在線添加高助劑含量母粒熔體，并滿足與紡絲主熔體混合均勻的要求；該發(fā)明也可用于其它行業(yè)，需要在高聚物熔體中添加助劑的領(lǐng)域，如塑料加工行業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近代高分子材料的出現(xiàn)，化纖、塑料及橡膠行業(yè)得到蓬勃發(fā)展，在這些行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中都涉及到將幾種物料均勻混合的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如助劑的添加，這些物料混合的均勻與否非常重要，直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性以及產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。
[0003]當(dāng)幾種物料混合時(shí)，通常將用量較多的一種物料稱之為主料，而用量較少的稱之為輔料。由于種種原因，例如主料與輔料之間相容性較差、輔料容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象、或者主料粘度較大不利于輔料分散等，給輔料在主料中均勻分散制造了難度。
[0004]正因?yàn)槿绱?，關(guān)于物料混合設(shè)備的研宄非常之多，各種混合設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，比如各種高速旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)、靜態(tài)混合器、動(dòng)態(tài)混合機(jī)、螺旋擠出機(jī)等。這些混合設(shè)備主要應(yīng)用剪切使輔料在主料中分散，即強(qiáng)化剪切效果，很少有設(shè)備同時(shí)具有將輔料進(jìn)行多級(jí)分配的效果。
[0005]比如高速旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)、螺旋擠出機(jī)等，將團(tuán)聚的輔料多次、強(qiáng)力剪切直至團(tuán)聚物消失，最終分散均勻。不過(guò)該類設(shè)備有兩方面弊端:一方面由于其強(qiáng)力剪切、捏合，對(duì)物料破壞性較大，比如螺旋擠出機(jī)容易導(dǎo)致高聚物樹(shù)脂降解；另一方面應(yīng)用局限性較大，比如高速旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)，只適用中低粘度物料混合，不適用較高粘度物料混合，螺旋擠出機(jī)只是用于較高粘度物料混合，不適用中低粘度物料混合。
[0006]專利CN102160971A公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)混合器，包括物料混合裝置，物料混合裝置包括至少一個(gè)固定在中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的動(dòng)態(tài)混合元件和至少一個(gè)固定在外套筒內(nèi)壁的靜態(tài)混合元件，動(dòng)態(tài)混合元件與靜態(tài)混合元件之間左右交替設(shè)置，動(dòng)態(tài)混合元件與靜態(tài)混合元件上設(shè)置有連通物料混合裝置左右兩側(cè)的通道。
[0007]聚合物加工過(guò)程中，分散混合一般是在一定應(yīng)力場(chǎng)的流場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)的，常見(jiàn)的流場(chǎng)有剪切流場(chǎng)和拉伸流場(chǎng)?，F(xiàn)有技術(shù)的混合裝置都是讓熔體高頻通過(guò)剪切窄間隙的高應(yīng)力區(qū)，在很高的剪切速率下實(shí)現(xiàn)分散，通過(guò)提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和熔體流過(guò)高應(yīng)力區(qū)的頻率、或減小流通間隙的大小就能實(shí)現(xiàn)高剪切流場(chǎng)。但是，剪切流場(chǎng)的分散效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于拉伸流場(chǎng)，同時(shí)，為了提高剪切強(qiáng)度而設(shè)置的高應(yīng)力區(qū)，使體系的黏性發(fā)熱大大增加，能量的利用率低，而且容易導(dǎo)致熔體高分子鏈發(fā)生降解，致使熔體的性能下降，直接影響最終產(chǎn)品的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種混合效率高、能量利用率高、防止熔體性能下降的動(dòng)態(tài)混合器，尤其適合黏度高的流體的均勻混合。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種動(dòng)態(tài)混合器，包括中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸和中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的外套筒，在中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸與外套筒之間設(shè)置有物料均混裝置，所述物料均混裝置包括沿中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線方向間隔設(shè)置的凸起結(jié)構(gòu)，凸起結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓與中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，凸起結(jié)構(gòu)的外端部外凸，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的外端部與外套筒內(nèi)壁之間的間隙沿軸線方向上逐漸變化。逐漸縮小后逐漸擴(kuò)大或者逐漸擴(kuò)大后逐漸縮小。所述凸起結(jié)構(gòu)的外端部為凸起結(jié)構(gòu)沿徑向的外端部。
[0010]動(dòng)態(tài)混合器工作時(shí)，物料進(jìn)入物料均混裝置內(nèi)部，輔料以類似聚集的狀態(tài)存在于主料中。隨著中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，輔料和主料的混合熔體從凸起結(jié)構(gòu)的外端部與外套筒內(nèi)壁之間的間隙通過(guò)。由于凸起結(jié)構(gòu)具有厚度方向上外凸的端部，熔體的流動(dòng)通道不斷的縮小后放大。當(dāng)熔體的流動(dòng)通道縮小時(shí)，熔體被拉伸成很細(xì)的長(zhǎng)條狀，輔料和主料都被拉伸展開(kāi)，使輔料良好的分散在主料中。當(dāng)熔體的流動(dòng)通道放大時(shí)，熔體又在放大的流動(dòng)通道部分重新聚集。熔體經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的拉伸、聚集得到充分均勻的混合。
[0011 ] 所述外套筒內(nèi)壁與凸起結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的部位沿徑向向外凹陷形成與凸起結(jié)構(gòu)的外端部相配合的環(huán)形凹槽，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的外端部與凹槽之間的間隙沿軸線方向逐漸變化，優(yōu)選每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)沿徑向的外端部與凹槽之間的間隙沿軸線方向逐漸縮小后逐漸擴(kuò)大。凹槽與凸起結(jié)構(gòu)的半徑比范圍為1:1.1-5.0。
[0012]環(huán)形凹槽的設(shè)置能夠改變?nèi)垠w流動(dòng)的軌跡，延長(zhǎng)熔體通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)端部與環(huán)形凹槽間間隙的距離，延長(zhǎng)熔體通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)端部與環(huán)形凹槽間間隙的時(shí)間，也就是延長(zhǎng)熔體拉伸狀態(tài)的時(shí)間，提高對(duì)熔體的拉伸效果，進(jìn)而提高混合效果。
[0013]所述凸起結(jié)構(gòu)的外端部被經(jīng)過(guò)軸線的平面所截的輪廓為弧形、梯形、三角形中的一種，所述凹槽被經(jīng)過(guò)軸線的平面所截的輪廓為弧形、梯形、三角形中的一種，優(yōu)選都為弧形，且弧形的曲率半徑不同。以保證在凹槽與凸起結(jié)構(gòu)之間的間隙逐漸變化。
[0014]外套筒內(nèi)側(cè)壁上的凹槽與凸起結(jié)構(gòu)端部相配合設(shè)置，在凸起結(jié)構(gòu)端部為弧形時(shí)，相對(duì)應(yīng)的外套筒內(nèi)側(cè)壁上的凹槽在平行于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的平面上的投影為弧形或梯形或三角形，優(yōu)選弧形，優(yōu)選凹槽與凸起結(jié)構(gòu)的半徑比范圍為1:1.1-5.0 ;凸起結(jié)構(gòu)端部為梯形時(shí)，相對(duì)應(yīng)的外套筒內(nèi)側(cè)壁上的凹槽在平行于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的平面上的投影為梯形或弧形或三角形，優(yōu)選弧形，當(dāng)二者都為梯形時(shí)凹槽梯形投影頂角的角度大于凸起結(jié)構(gòu)梯形投影頂角的角度。以保證在凹槽與凸起結(jié)構(gòu)之間的間隙逐漸縮小后又逐漸擴(kuò)大。
[0015]所述凸起結(jié)構(gòu)包括多個(gè)繞軸線均勻分布的凸出部，相鄰?fù)钩霾恐g圓滑過(guò)渡，所述凸出部的個(gè)數(shù)為2-10個(gè)，凸出部在垂直于軸線的平面上的投影為圓弧形、矩形、三角形、梯形中的一種，優(yōu)選為圓弧形。設(shè)置多個(gè)凸出部可在在周向分成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的空間，當(dāng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隨著凸出部位置的變化，物料的位置隨之變化，相應(yīng)流體的環(huán)向流通面積也會(huì)改變，既能形成剪切流場(chǎng)，又能形成拉伸流場(chǎng)，利于提高熔體的混合效率。
[0016]凸起結(jié)構(gòu)間隔均布且間隔設(shè)置使凸起結(jié)構(gòu)間存在間隙，物料能夠通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)端部與外套筒內(nèi)壁之間的間隙流動(dòng)，從凸起結(jié)構(gòu)的一側(cè)流動(dòng)到凸起結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。物料通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)端部與外套筒內(nèi)壁之間的間隙流動(dòng)時(shí)，拉伸流場(chǎng)和剪切流場(chǎng)并存，在物料通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)之間的間隙的通道流動(dòng)時(shí)，兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間的物料會(huì)受到凸起結(jié)構(gòu)的剪切作用，實(shí)現(xiàn)輔料在主料中的充分分散。
[0017]所述凹槽或所述凸起結(jié)構(gòu)偏心設(shè)置。所述凹槽偏心設(shè)置，凹槽的中心距中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線有一距離，多個(gè)凹槽的中心順次的連線為一繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的螺旋線?；蛘咚鐾蛊鸾Y(jié)構(gòu)偏心設(shè)置，凸起結(jié)構(gòu)的中心距中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線有一距離，多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的中心順次的連線為一繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的螺旋線。
[0018]熔體在流動(dòng)時(shí)，凸起結(jié)構(gòu)端部與凹槽之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微觀的拉伸流場(chǎng)。由于凹槽中心的偏心設(shè)置使中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線方向上不同凸起結(jié)構(gòu)外端部與凹槽之間的間隙大小不同而產(chǎn)生宏觀的拉伸流場(chǎng)，使熔體流動(dòng)的截面不斷變化，提高了熔體的混合效果。
[0019]所述凹槽的圓心與中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的距離相同，中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線方向上多個(gè)凹槽的圓心圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線呈螺旋狀排布。
[0020]中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線方向上多個(gè)凹槽的圓心圍繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線成螺旋狀排布，首先能夠產(chǎn)生宏觀的拉伸流場(chǎng)，隨著中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，相同位置熔體流動(dòng)的截面不斷的變大變小，提高熔體的混合效果；其次，能夠產(chǎn)生剪切流場(chǎng)，相鄰的兩個(gè)凹槽在垂直于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的平面上的投影具有重合部分和不重合的部分，隨著凸起結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，凸出部位置的變化，熔體環(huán)向流通面積發(fā)生改變，在重合部分與不重合部分之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)剪切流場(chǎng)，進(jìn)一步提高混合效果；再次，能夠產(chǎn)生一個(gè)向前的螺旋推動(dòng)力，推動(dòng)熔體向前運(yùn)動(dòng)，防止部分熔體在兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間長(zhǎng)時(shí)間停留；最后，使熔體在物料均混裝置內(nèi)停留相同的時(shí)間，收到均勻的剪切作用力和拉伸作用力混合后排出。
[0021 ] 所述相鄰的兩個(gè)凹槽的圓心分別設(shè)置在中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的兩側(cè)。
[0022]相鄰的兩個(gè)凹槽的圓心分別設(shè)置在中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的兩側(cè)，首先，縮小了相鄰的兩個(gè)凹槽在垂直于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的平面上投影的重合部分，隨著凸起結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，凸出部位置的變化，熔體環(huán)向流通面積變化程度增大，提高了剪切作用的混合效果；其次，產(chǎn)生宏觀的拉伸流場(chǎng)，提高混合效果。
[0023]所述相鄰的兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)上的凸出部在垂直于中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線的平面上的投影交錯(cuò)排列。所述凸起結(jié)構(gòu)的凸出部順次旋轉(zhuǎn)一角度，多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的凸