Способ и устройство для непрерывного смешивания резиновых композиций - RU2123932C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу смешивания резиновых композиций, конкретно, к способу и устройству для непрерывного смешивания резиновых композиций.

Из патента США N 3661363 (кл. B 29 B 1/06, 1972) известен способ непрерывного смешивания резиновых композиций, при котором осуществляют дозирование и введение одного или нескольких базовых эластомеров в камеру смешивания, дозирование остальных компонентов приготавливаемой резиновой композиции и введение их в камеру смешивания, продвижение вдоль внутренней полости камеры смешивания в направлении движения потока материала всех компонентов резиновой композиции и смешивание их при помощи, по меньшей мере, одного вращающегося ротора, установленного в камере смешивания.

Кроме того, из патента США N 3661363 известно устройство для непрерывного смешивания резиновых композиций, содержащее камеру смешивания, в которой установлен с возможностью вращения, по меньшей мере, один ротор, проходящий от переднего или верхнего по потоку материала конца камеры смешивания, предназначенного для введения, по меньшей мере, одного компонента приготавливаемой резиновой композиции, до заднего или нижнего конца камеры смешивания, предназначенного для выхода из нее готовой резиновой композиции, и питательный бункер.

Однако известные способ и устройство не обеспечивают точного дозирования компонентов приготовляемой резиновой смеси, которое является весьма существенным при приготовлении таких смесей в непрерывном режиме.

Технической задачей настоящего изобретения является способ и устройство непрерывного смешивания резиновых композиций, обеспечивающих непрерывное точное дозирование основных компонентов резиновой композиции с последующим полным смешиванием этой композиции.

Данная техническая задача решается в результате того, что в способе непрерывного смешивания резиновых композиций, при котором осуществляют дозирование и введение одного или нескольких базовых эластомеров в камеру смешивания, дозирование остальных компонентов приготавливаемой резиновой композиции и введение их в камеру смешивания, продвижение вдоль внутренней полости камеры смешивания в направлении движения потока материала всех компонентов резиновой композиции и смешивание их при помощи, по меньшей мере, одного вращающегося ротора, установленного в камере смешивания, согласно изобретению введения в камеру смешивания большинства компонентов приготавливаемой резиновой композиции осуществляют принудительно при помощи объемного накачивания вдоль зон проталкивания и смешивания, причем степень заполнения камеры смешивания, по меньшей мере, в некоторых зонах смешивания составляет величину меньше единицы.

При этом эластомеры в камеру смешивания можно вводить при температуре, превышающей 40^oC, а большинство компонентов во внутреннюю полость камеры смешивания - позитивным образом.

Таким образом, большинство компонентов можно дозировать и принудительно вводить в камеру смешивания при помощи объемного накачивания.

По меньшей мере, часть используемых в составе данной резиновой композиции базовых эластомеров и усиливающих наполнителей можно вводить в начальную верхнюю по потоку зону камеры смешивания и подвергать смешиванию в первой зоне смешивания, а затем перемещают до точки введения в камеру смешивания других компонентов данной резиновой композиции, причем всю совокупность компонентов резиновой композиции смешивают во второй зоне смешивания камеры смешивания, причем между первой зоной смешивания и точкой введения остальных компонентов данной резиновой композиции в камеру смешивания можно осуществлять объемную коррекцию расхода материала, проходящего через камеру смешивания и обеспечивать коэффициент заполнения камеры смешивания, равный 1.

Для приготовления композиции, содержащей несколько компонентов, каждый из которых входит в данную композицию в пропорции менее 10% от общего веса эластомера, можно осуществлять, по меньшей мере, одно предварительное смешивание, по меньшей мере, некоторых из компонентов до получения пасты, которую затем вводить в камеру смешивания в требуемых количествах вместе с другими компонентами данной резиновой композиции.

Для приготовления композиции, содержащей масло, часть входящего в состав этой композиции масла можно использовать для осуществления предварительного смешивания некоторых компонентов этой композиции.

Компоненты резиновой композиции, которые являются твердыми при окружающей температуре, можно нагревать до разжижения перед осуществлением предварительного смешивания.

Кроме того, техническая задача решается за счет того, что устройство для непрерывного смешивания резиновых композиций, содержащее камеру смешивания, в которой установлен с возможностью вращения, по меньшей мере, один ротор, проходящий от переднего или верхнего по потоку материала конца камеры смешивания, предназначенного для введения, по меньшей мере, одного компонента приготавливаемой резиновой композиции, до заднего или нижнего конца камеры смешивания, предназначенного для выхода из нее готовой резиновой композиции, и питательный бункер, согласно изобретению имеет органы дозирования и принудительного введения одного или нескольких базовых эластомеров, способные проталкивать под давлением эластомеры для их введения в камеру смешивания, и органы дозирования и принудительного введения других компонентов приготавливаемой композиции, способные проталкивать под давлением каждый компонент во внутреннюю полость камеры смешивания, расположенные между верхним и нижним концами камеры смешивания, по меньшей мере, в двух местах, отделенных друг от друга в продольном направлении.

Органы смешивания и принудительного введения в камеру смешивания базовых эластомеров приготавливаемой резиновой композиции могут содержать объемный насос или нагнетатель, которые могут содержать орган пластикации и создания подпора соответствующего компонента приготавливаемой резиновой композиции.

Питательный бункер может содержать установленный в нем пест или толкатель, предназначенный для нажатия на один или несколько кусков эластомера, находящихся в бункере, причем донная часть питательного бункера может быть сообщена с камерой, снабженной средствами дробления для снятия стружки с куска эластомера, которая затем подвергается воздействию органа пластикации и создания подпора.

При этом средство дробления может быть образовано закрученным в спираль ножом, установленным с возможностью вращения в камере, а нож спиральной формы может быть выполнен с шагом спирали, постепенно уменьшающимся для образования с одной стороны зоны дробления эластомера, а с другой стороны - зоны пластикации снятых стружек этого эластомера.

Камера смешивания может содержать, по меньшей мере, одну зону, в которой степень заполнения составляет величину меньше единицы и которая расположена сразу или ниже по потоку зоны, в которой степень заполнения равна единице.

Все органы дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции, используемые для всех компонентов, находящихся в пастообразном, порошкообразном состоянии, и предназначенные для всех компонентов данной композиции, могут представлять собой объемные насосы или нагнетатели.

Устройство может содержать, по меньшей мере, две зоны смешивания, а органы дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции, расположенные ниже по потоку относительно первой зоны смешивания, могут быть предназначены для введения соответствующих компонентов данной композиции в зону камеры смешивания, где степень заполнения равна единице, или один приводной вал для различных органов дозирования и принудительного введения приготавливаемой резиновой композиции.

Между органами дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции и приводным валом может быть расположен механизм присоединения/рассоединения.

При этом каждый орган дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции может содержать средства регулирования расхода, позволяющие отдельно вставить различные параметры дозирования для приспосабливания соответствующего органа к различным приготавливаемым в данном устройстве резиновым композициям.

Кроме того, по меньшей мере, некоторые органы дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции могут представлять собой насосы или нагнетатели поршневого типа, а регулирование расхода осуществляют путем изменения рабочего объема цилиндра соответствующего насоса или нагнетателя.

Для регулирования расхода может быть использовано изменение передаточного отношения в системе механического привода данного органа дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции, причем каждый орган дозирования и введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции может содержать свой приводной двигатель, а для согласованного функционирования совокупности таких приводных двигателей использован компьютерный блок управления.

В устройстве насос или нагнетатель объемной коррекции может быть установлен вдоль камеры смешивания, по меньшей мере, в одной точке отбора, расположенной между верхним по потоку и нижним концами камеры смешивания, причем весь расход через камеру смешивания в этой точке отбора проходит через объемный насос или нагнетатель.

Устройство может содержать, по меньшей мере, две зоны смешивания, отличающиеся друг от друга, а точка отбора может быть расположена между двумя зонами смешивания и перед органом дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой резиновой композиции.

Устройство может содержать, по меньшей мере, одно устройство дегазации, встроенное в зону, где степень заполнения камеры смешивания меньше единицы, причем устройство дегазации может содержать отверстие для связи с атмосферой и средство для закрывания и открывания этого отверстия.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут пояснены в приведенном ниже описании его практической реализации, в котором даны ссылки на приведенные в приложении чертежи, среди которых
фиг. 1 представляет вид спереди устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащий местные разрезы, фиг. 2 представляет вид сбоку устройства, показанного на фиг. 1, фиг. 3 представляет вид сверху устройства, показанного на фиг. 1, содержащий местные разрезы, фиг. 4 представляет сечение, выполненное по линии IV-IV, обозначенной на фиг. 3, фиг. 5 представляет другой вариант выполнения устройства непрерывного смешивания, фиг. 6 представляет сравнительные результаты работы устройства смешивания.

Устройство смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением, показанное на различных приведенных в приложении чертежах, содержит камеру 1 смешивания, внутри которой вращается ротор 2. Верхняя по потоку приготовляемой смеси сторона камеры смешивания обозначена позицией 3, а нижняя по потоку сторона этой камеры обозначена позицией 4.

С одной стороны показанного на чертежах устройства можно видеть два питательных бункера 5, в которые помещаются базовые эластомеры, образующие основу приготавливаемой резиновой смеси. Эти питательные бункеры могут содержать по меньшей мере один кусок или глыбу соответствующего эластомера в том виде, в котором эти эластомеры обычно поставляются для последующей переработки в резинотехнической промышленности. Само собой разумеется, что можно также поместить один или несколько эластомеров в питательный бункер в разрезанном на части или раздробленном виде. Пест или трамбовка 6 имеет возможность скользить в вертикальном направлении во внутренней полости каждого питающего бункера 5 от полностью поднятого положения, когда пест или трамбовка выходят из питательного бункера 5, и до нижнего полностью опущенного положения, где пест или трамбовка соприкасаются с дном питательного бункера 5. Внутренняя полость питательного бункера сообщается с камерой 7, в которой вращается закрученный винтом нож 8. Этот винтовой нож 8 представляет собой средство дробления эластомеров, непрерывно срезая стружку с одного или нескольких крупных кусков или глыб эластомера, располагающихся в питательном бункере.

Затем при помощи механических средств, обеспечивающих принудительное продвижение гранул или стружек эластомера, осуществляется запитка объемного насоса. В этом примере видно, что шаг винта, образованного винтовым ножом 8, постепенно уменьшается в направлении его конца 9 для того, чтобы в дополнение к его функции дробления или разрезания массы эластомера, которая не требует обязательной винтовой кривизны ножа, выполнять и функцию продвижения стружек эластомера по направлению к входному отверстию объемного насоса, а также функцию дополнительной и все более интенсивной пластификации эластомера по мере того, как масса эластомера смещается вправо на фиг. 1, в направлении камеры смешивания. Таким образом обеспечивается запитка с подпором шестеренчатого насоса 10.

Шестеренчатые насосы 10, которые являются объемными, своими выходными частями присоединены к трубопроводам 11, которые затем объединяются в единый трубопровод 12, в свою очередь присоединенный к камере смешивания.

Местные сечения, показанные на фиг. 1 и фиг. 3, позволяют увидеть устройство внутренней полости камеры смешивания 1. Эта камера по существу образована свободным объемом в пространстве между ротором 2 и статором 13.

Вдоль протяженности упомянутого выше ротора 2 можно различить три зоны, основная функция которых состоит в проталкивании по оси ротора массы компонентов приготавливаемой смеси (на приведенных в приложении чертежах эти зоны обозначены позицией F), между которыми видны две отстоящие друг от друга зоны, основная функция которых состоит в смешивании различных компонентов приготавливаемой смеси (эти зоны на приведенных в приложении чертежах обозначены позицией M). Введение базовых эластомеров во внутреннюю полость камеры смешивания осуществляется с входной верхней по потоку стороны этой камеры в зоне P проталкивания.

Другие входящие в состав данного устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением органы дозирования и введения различных компонентов приготавливаемой смеси распределены вдоль камеры смешивания упомянутого выше устройства и позволяют вводить в эту камеру соответствующие компоненты окончательной композиции в различных местах на пути, проходимом базовыми компонентами этой композиции. В предпочтительном варианте практической реализации предлагаемого изобретения компоненты приготавливаемой смеси, находящиеся в порошкообразном состоянии, вводятся в камеру смешивания при помощи объемного насоса или нагревателя в точке, располагающейся перед или выше по потоку первой зоны M смешивания. В качестве упомянутого здесь объемного насоса или нагнетателя может быть использован, например, насос, описанный в европейском патенте EP 0465981, или объемный насос того типа, который описан в другом европейском патенте EP 0465980 в варианте, оборудованном проталкивающим поршнем.

Компоненты приготавливаемой смеси, находящиеся в жидком состоянии, могут быть без всяких затруднений введены в камеры смешивания предлагаемого устройства при помощи объемного насоса для жидкости. В качестве такого насоса может быть использован насос поршневого типа или насос любого другого типа, способный обеспечить надлежащую объемную точность дозирования жидких компонентов смеси. Этим условиям могут удовлетворять, например, шестеренчатые насосы или насосы лопаточного типа. Объемное дозирование компонентов приготавливаемой смеси, находящихся в жидком состоянии, не создает никаких проблем и различные средства для осуществления такого дозирования хорошо известны из существующего уровня техники. Жидкие компоненты приготавливаемой резиновой композиции вводятся в камеру смешивания предпочтительно в начале первой зоны M.

Определенные преимущества могут быть достигнуты в том случае, когда входящие в состав приготавливаемой резиновой композиции антиокислители, пластификаторы, сера, активаторы вводятся в камеру смешивания предлагаемого устройства уже предварительно смешанными друг с другом в чистом виде или с добавлением очень небольшого количества минерального масла (всего несколько процентов от количества), предусмотренного формулой состава данной резиновой композиции). Такое предварительное смешивание компонентов перед их введением во внутреннюю полость предлагаемого устройства может быть очень просто выполнено, например, в баке, в котором вращается шнековый смеситель. В результате выполнения этой операции получается смесь, имеющая пастообразную консистенцию. При необходимости те из входящих в нее компонентов, которые при температуре окружающей среды находятся в твердом состоянии, могут быть разогреты для их разжижения. Эта пастообразная смесь, как и все другие пастообразные компоненты приготавливаемой смеси в случае необходимости, в предпочтительном варианте практической реализации предлагаемого изобретения вводятся в камеру смешивания при помощи объемного насоса того или иного типа (например, шестеренчатого насоса или обычного поршневого насоса).

Осуществление предварительного смешивания или, точнее говоря, перегруппировки входящих в состав приготавливаемой композиции компонентов особенно выгодно и предпочтительно в тех случаях, когда формула состава данной композиции содержит большое число компонентов, каждый из которых используется в очень небольших количествах, то есть процентное содержание каждого из таких компонентов составляет менее 10% от общего веса эластомера. Применение упомянутого выше предварительного смешивания или группирования отдельных компонентов приготавливаемой резиновой композиции приводит к уменьшению числа необходимых органов дозирования и введения, которые должны входить в состав предлагаемого устройства непрерывного смешивания резиновых композиций.

Это предварительное смешивание компонентов может осуществляться непрерывно или последовательно приготавливаемыми порциями. При осуществлении предварительного смешивания или группирования компонентов следует, разумеется, принимать во внимание возможную химическую несовместимость некоторых из них.

В описываемом здесь примере практической реализации предлагаемого изобретения органы 14 и 15 дозирования и введения представляют собой объемные насосы или нагнетатели для компонентов, находящихся в порошкообразном состоянии. На фиг. 3 видны патрубки 16 и 17 связи между этими насосами и камерой смешивания. Насос или нагнетатель 18 позволяет обеспечить объемное дозирование и введение в камеру смешивания под давлением через канал 19 минерального масла, используемого в составе резиновой композиции.

И наконец, насосы или нагнетатели 20 и 21 используются для введения во внутреннюю полость камеры смешивания соответственно через трубопроводы 22 и 23 вещества-ускорителя и совокупности антиокислителей, пластификаторов и серы, которые были предварительно смешаны друг с другом так, как было описано выше. Трубопроводы 22 и 23 после выхода из соответствующих насосов или нагнетателей соединяются в единый трубопровод 23, который подводит компоненты приготавливаемой резиновой композиции в камеру 1 смешивания предлагаемого устройства. Здесь важным является соблюдение условия равенства массового расхода через вторую зону P камеры смешивания массовых расходов всех органов дозирования и введения данного устройства непрерывного смешивания, располагающихся выше по потоку, поскольку в том случае, если этот расход окажется меньше упомянутой выше суммы, первая зона смешивания M постепенно заполнится целиком (то есть степень ее заполнения достигнет единицы) и эта зона не может больше надлежащим образом выполнить свою роль зоны смешивания.

Даже те объемные насосы, которые по самой своей природе характеризуются пульсирующим расходом, позволяют обеспечить непрерывное в целом функционирование предлагаемого устройства смешивания, если выбрать единичный рабочий объем достаточно малым по отношению к общему расходу смешиваемой массы компонентов данной резиновой композиции и к скорости движения потока этой массы.

Предлагаемое устройство непрерывного смешивания в соответствии с данным изобретением оборудовано по меньшей мере одним встроенным устройством 24 дегазации. Это устройство дегазации можно видеть на чертеже, показанном на фиг. 3, непосредственно перед насосом 20, то есть в зоне, где степень заполнения камеры смешивания меньше единицы. На фиг. 1 зоны камеры смешивания, где степень заполнения равна единице, помечены штрихом, параллельными оси смесителя и располагающимися напротив упомянутых выше зон, и обозначены заключенной в кружок цифрой 1.

На фиг. 4 можно видеть, что устройство 24 дегазации содержит отверстие сообщения с атмосферой 25, проделанное в трубке 26, которая в то же время соединяется с камерой смешивания 1. Преследуемая цель состоит в том, чтобы в процессе дегазации не допустить возможности выхода наружу через каналы устройства дегазации материала, содержащегося во внутренней полости камеры смешивания.

Для достижения этой цели предусмотрено специальное средство, которое последовательно перекрывает, а затем открывает упомянутое выше отверстие 25, непрерывно повторяя этот цикл. Такой алгоритм работы упомянутого выше средства приводит к тому, что воздух успевает выйти наружу из внутренней полости камеры смешивания за короткий момент открытого положения отверстия 25, тогда как значительно более вязкая масса приготавливаемого в камере смешивания материала за это короткое время не успевает выдавиться за пределы камеры 1. Упомянутый выше алгоритм открытия и закрытия выпускного канала устройства дегазации осуществляется поршнем 27, приводимым в движение через тягу 28 при помощи установленного на валу 29 эксцентрика 30. Система устроена и отрегулирована таким образом, чтобы после перекрытия отверстия 25 для выпуска воздуха поршень 27 имел возможность протолкнуть обратно в камеру смешивания 1 то количество материала, которое успело начать проникать в выпускную трубку 26.

Над различными упомянутыми выше насосами или нагнетателями 14, 15, 18, 20 и 21 на фиг. 2, можно видеть предназначенную для каждого компонента приготавливаемой композиции в отдельности колонну, в которой имеется демпфирующий резервуар 29, располагающийся под питающим трубопроводом 31. Этот питающий трубопровод 31 подключен к распределительной сети: системе трубопроводов, оборудованной в случае необходимости средствами регулирования температуры и предназначенной для жидких компонентов приготавливаемой композиции, оснащенной специальными хорошо известными средствами для компонентов в порошкообразном состоянии (например, средствами пневматической транспортировки) или любыми другими необходимыми и подходящими в данном случае системами. Специальное устройство контролирует уровень соответствующего компонента в буферных резервуарах 29 для того, чтобы поддерживать степень заполнения этих резервуаров на уровне между предусмотренными минимальным и максимальным значениями.

На фиг. 1 видно, что камера смешивания на своем протяжении от начала до конца в направлении по потоку смешиваемой массы содержит зону, в которой степень заполнения равна единице, а после нее следует зона, в которой степень заполнения меньше единицы. Это является следствием того обстоятельства, что компоненты приготавливаемой смеси вводятся в камеру смешивания через трубопровод 23 и что, таким образом, в этом месте камеры для обеспечения строгого соблюдения состава приготавливаемой смеси производится стабилизация расхода при достижении степени заполнения, равной единице. Прямо перед этой зоной предусмотрена соответственно зона P проталкивания.

Конструкция предлагаемого устройства непрерывного смешивания в соответствии с данным изобретением является модульной. На представленных в приложении чертежах видно, что проиллюстрированный вариант практической реализации этого устройства содержит две ступени смешивания. В связи с трудностями, сопровождающими процесс практической реализации смешивания резиновых композиций, можно в зависимости от конкретных условий использовать одну или несколько ступеней смешивания, каждая из которых будет образована одним и тем же образом: она будет содержать зону просто проталкивания смешиваемого материала, после которой будет следовать одна или несколько зон собственно смешивания. Для практической реализации такой многоступенчатой системы смешивания с различными рабочими органами используется несущий приводной вал-держатель, на который нанизываются и на котором неподвижно закрепляются с помощью любых известных средств, подходящих в данном случае, различные рабочие органы смесителя, выбираемые в зависимости от характеристик смеси, которую необходимо получить в данном смесителе.

На фиг. 1 видно, что на протяжении каждой зоны P проталкивания статор 13 имеет гладкую поверхность, а поверхность ротора выполнена в виде простого толкающего шнека, показанного на чертеже в схематическом виде. На этом же чертеже видно, что на протяжении первой зоны смешивания M и на протяжении части второй зоны M смешивания статор 13 содержит на своей поверхности винтовую нарезку с шагом, обратным по отношению к винтовой нарезке, расположенной на роторе в первой зоне P, для содействия процессу проталкивания приготавливаемой смеси, а поверхность ротора на упомянутых выше участках камеры смешивания имеет сложную форму, определяемую винтовой закруткой стержня треугольного сечения. И наконец, из фиг. 1 видно, что на небольшом участке второй зоны смешивания M как ротор, так и статор содержат полости или выемки типа описанных в международной публикации WO 83/03222 или EP 48590.

Здесь, однако, необходимо отметить, что существующие на сегодняшний день познания в области проектирования геометрических форм роторов и статоров для устройств смешивания резиновых композиций носят в значительной мере эмпирический характер. Поэтому в основном приходится действовать экспериментальным путем, определяя оптимальные варианты построения и взаимодействия этих форм.

В том, что касается геометрических форм этих рабочих органов для смесителей непрерывного действия, предлагаемое изобретение лишь устанавливает необходимость выбирать их таким образом, чтобы реализовать явно выраженные зоны P проталкивания приготавливаемой смеси и зоны M смешивания входящих в них компонентов. При этом должны быть сформированы зоны, где степень заполнения камеры смешивания существенно меньше единицы, и другие зоны, предназначенные для обеспечения подачи смешиваемой массы, где степень заполнения камеры смешивания может достигать единицы (см. участки, обозначенные цифрой 1 в кружочке на фиг. 1).

Очень простой способ контроля практически реализуемой степени заполнения камеры смешивания предлагаемого устройства в различных ее зонах состоит в одновременной остановке вращения ротора данного устройства смешивания и всех органов дозирования и введения компонентов, после чего ротор извлекается из статора. При этом смешиваемая масса в камере сама занимает место вдоль ротора. В результате таких действий появляется возможность сопоставить фактические объемы массы в камере смешивания с теоретическими объемами в различных исследуемых зонах, причем в качестве упомянутого выше теоретического объема должен рассматриваться располагаемый свободный объем между ротором и статором. И даже простой визуальный осмотр ротора в большинстве случаев позволит непосредственно увидеть, в каких именно зонах камеры смешивания данного устройства степень заполнения не достигает единицы.

Уже упоминавшийся выше модульный принцип конструкции устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет легко оптимизировать данное устройство в зависимости от типа приготавливаемой в нем резиновой композиции. Однако, существует потенциальная возможность спроектировать органы такого смесителя даже в случае использования относительно простого смесителя однороторной схемы.

Само собой разумеется, что предлагаемое устройство смешивания содержит систему теплового регулирования, осуществляемого при помощи организации циркуляции жидкости внутри ротора через герметичный вращающийся стык 32 и циркуляции жидкости в статоре, причем такая циркуляция может быть обеспечена даже вокруг трубопроводов 10 и 11, а также вокруг камеры 7. При построении такой системы терморегулирования необходимо обеспечить возможность раздельного регулирования температуры в различных зонах устройства, поскольку потребные значения температур, которые следует выдерживать для оптимизации технологического процесса смешивания, зависят от оптимальных значений вязкости смешиваемой массы на достигнутой в данном месте стадии смешивания, а также от реактивности различных компонентов смеси по отношению к температуре. Например, не следует включать систему вулканизации в смесь, которая будет находиться при температуре, превышающей температуру вулканизации. Кроме того, точное выдерживание заданной температуры стенки влияет на возможность точного контроля за потоком смешиваемой массы вдоль этой стенки и, в конечном счете, на качество приготавливаемой композиции.

Устройство непрерывного смешивания резиновой композиции в соответствии с предлагаемым изобретением в целом приводится в действие при помощи одного двигателя 33, который виден на приведенных на приложенных чертежах с левой стороны станины 34. Этот двигатель приводит во вращение ротор 2, а также приводной вал 29, к которому могут присоединяться или отсоединяться органы дозирования и принудительного введения компонентов смеси данного устройства. Каждый орган дозирования и принудительного введения компонентов в камеру смешивания содержит средства регулирования, которые позволяют изменять в определенных пределах дозируемое количество данного компонента при неизменной скорости вращения упомянутого выше приводного вала 29.

Для того, чтобы приготовить необходимую резиновую композицию, соответствующим образом выбирают тип рабочих органов данного смесителя, которые затем устанавливаются на вал и в корпус устройства. Затем, для получения нужной композиции заданного состава, необходимо отрегулировать взаимное соотношение различных расходов в каналах устройства посредством связанной регулировки расходов в каждом органе дозирования и принудительного введения компонентов. Реализация через механический канал регулировок расхода может априори рассматриваться как ограничение. Однако, это обеспечивает более надежные гарантии соблюдения формулы состава приготавливаемой композиции и постоянства этого состава во времени.

Эти регулировки следует осуществлять только при изменении приготавливаемой в данном устройстве резиновой композиции и это обстоятельство представляется весьма интересным и полезным техническим решением. В случае использования насоса или нагнетателя поршневого типа его можно регулировать путем изменения рабочего объема цилиндра, изменяя, например, величину хода поршня. Для насосов всех типов в качестве средства регулировки их расходов можно использовать также изменение передаточного числа, установленного между приводным валом 29 устройства смешивания и каждым из используемых в данном устройстве насосов. Однако, во всех случаях в устройстве непрерывного смешивания резиновых композиций в соответствии с предлагаемым изобретением не предполагается индивидуальная регулировка расходов. Предлагаемое устройство смешивания в целом приводится в действие одним единственным двигателем, который и обеспечивает выполнение необходимой механической работы смешивания, и позволяет получить необходимый вращающий момент, который расходуется на приведение в действие всех устройств дозирования и принудительного введения данного смесителя.

В другом возможном варианте практической реализации предлагаемого изобретения каждый орган дозирования и принудительного введения компонентов в камеру смешивания содержит свой собственный двигатель или определенные группы этих органов содержат свой собственный приводной двигатель. При таком построении предлагаемого устройства непрерывного смешивания функционирование всей системы двигателей контролируется компьютерным блоком управления в зависимости от информации о приготавливаемой в данном случае резиновой композиции.

Один из интересных аспектов концепции устройства непрерывного смешивания, предлагаемого данным изобретением, заключается в простоте и легкости, с которой в случае необходимости можно оптимизировать степень заполнения камеры смешивания вдоль всего ее протяжения с тем, чтобы учесть факт весьма значительного уменьшения объема, занимаемого во внутренней полости смесителя эластомерами и компонентами приготавливаемой композиции, находящимися в порошкообразном состоянии, по мере того, как эти порошкообразные компоненты вводятся в эластомеры. Упомянутая выше оптимизация обеспечивается соответствующим изменением проходного сечения для смешиваемой массы, определяемым площадью поверхности, заключенной между контурами ротора и статора на сечении, выполненном в плоскости, перпендикулярной оси ротора, и/или соответствующим изменением скорости потока смешиваемой массы.

Запуск устройства непрерывного смешивания резиновой композиции в соответствии с предлагаемым изобретением осуществляется следующим образом. Прежде всего включается приводной двигатель, в результате чего начинает вращаться несущий вал 2 смесителя. Затем осуществляется включение объемных насосов или нагнетателей 10, обеспечивающих принудительное введение в камеру смешивания базовых эластомеров. Далее самый простой способ действий состоит в том, чтобы дождаться, пока введенные в начале камеры смешивания эластомеры появятся на выходе из этой камеры, то есть пройдут по всему ее протяжению. После этого одновременно включаются все органы 14, 15, 18, 20 и 21 дозирования и принудительного введения компонентов приготавливаемой смеси. Теперь, через некоторый промежуток времени, необходимый для прохождения вновь введенных компонентов по всей длине камеры смешивания, на выходе смесителя можно ожидать появления приготавливаемой композиции в ее окончательном, готовом виде с точным соблюдением формулы заданного состава. Потери материала при использовании описанной выше технологии запуска устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением оказываются ничтожно малыми по сравнению с количеством производимой данным устройством резиновой композиции.

При необходимости прекращения производства резиновой композиции с использованием предлагаемого устройства прежде всего останавливают работу органов дозирования и принудительного введения компонентов. Затем можно выждать некоторое время с тем, чтобы пропустить через камеру смешивания некоторое количество использовавшихся в составе данной резиновой композиции эластомеров для очистки внутренней полости этой камеры. После этого останавливаются насос или насосы, подающие эластомеры в камеру смешивания данного устройства, но его вал 2 продолжает вращаться еще некоторое время для обеспечения возможно более полного удаления остатков эластомеров из внутренней полости камеры смешивания. Последней операцией остановки предлагаемого устройства непрерывного смешивания является остановка приводного двигателя и прекращение вследствие этого вращения вала 2 устройства.

В процессе функционирования устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением каждый питательный бункер 5 этого устройства должен, разумеется, всегда быть в той или иной степени заполнен необходимым в данном случае эластомером. Для обеспечения постоянного и бесперебойного питания смесителя необходимым количеством базового эластомера, пест или трамбовка 6 с соответствующим усилием нажимает на массу эластомера, содержащуюся в питательном бункере. После того, как по мере расходования содержащегося в питательном бункере эластомера пест или трамбовка доходит до своего нижнего крайнего положения, этот толкающий элемент может быть поднят в верхнее положение и извлечен из питательного бункера для осуществления загрузки очередной порции используемого в данном случае эластомера, после чего пест или трамбовка снова устанавливаются в питательный бункер для проталкивания массы эластомера к входной части объемного насоса. Эта операция перезагрузки питательного бункера осуществляется на практике без какого бы то ни было прерывания эффективного питания камеры смешивания предлагаемого устройства базовыми эластомерами. Эластомер может загружаться в питательный бункер в виде монолитных кусков или глыб, а также в виде гранул каучука даже без их специального покрытия антиклеящим составом.

На фиг. 5 в качестве иллюстрации приведена схема другого варианта конструкции устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением: объемный насос 35 здесь располагается вдоль камеры смешивания в по меньшей мере одной точке отбора, находящейся между верхним по потоку и нижним по потоку концами этой камеры смешивания, причем весь расход смешиваемой массы в точке отбора проходит через упомянутый выше объемный насос. Этот объемный насос 35 установлен таким образом, чтобы осуществлять объемную коррекцию всего расхода, проходящего через данное устройство точно перед местом введения или добавления одного или нескольких других компонентов данной резиновой композиции. Этот объемный расход должен быть уточнен для того, чтобы соблюсти весьма важное условие равенства массовых расходов, изложенное выше. Этого результата можно достигнуть путем разумного выбора размерных параметров объемного насоса 35. Можно также для достижения этой цели раздельно регулировать скорость движения смешиваемой массы при помощи системы управления, построенной на двух датчиках давления, один из которых располагается на начальном участке зоны P проталкивания, а другой на конечном участке этой зоны, непосредственно перед упомянутой выше точкой отбора, с тем, чтобы объемный насос 35 не находился в условиях запитки под давлением и чтобы его недостаточный расход не вызывал наполнения камеры смешивания в соответствующей зоне смешивания, располагающейся выше по потоку массы материала в данном устройстве. Однако, регулируя скорость движения смешиваемой массы путем регулирования скорости движения объемного насоса 35, важно задавать лишь небольшие по величине изменения скорости работы этого насоса относительно его номинальной скорости.

Показанный на фиг. 5 ротор 13 содержит гладкий участок 36, подогнанный с необходимым функциональным зазором к такому же гладкому участку статора 2, что позволяет в данном варианте практической реализации устройства непрерывного смешивания в соответствии с предлагаемым изобретением сформировать герметичную по отношению к смешиваемой массе данной резиновой композиции зону, выполняющую роль подшипника для вращающегося вала данного устройства смешивания. Запертая упомянутым выше герметичным подшипником смешиваемая масса проходит через трубопровод 37, затем через шестеренчатый объемный насос 9 и далее через трубку 38 выталкивания, которая открывается в камеру смешивания 1 уже за или ниже по потоку упомянутого выше гладкого участка 36 ротора и статора или герметичного подшипника. Далее при рассмотрении фиг. 5 виден трубопровод 23, открывающийся во внутреннюю полость камеры смешивания 1 на начальном участке второй зоны M смешивания. Этот трубопровод соответствует непоказанному на чертеже фиг. 5 органу дозирования и принудительного введения одного из компонентов приготавливаемой в данном случае резиновой композиции, располагающемуся сразу после или непосредственно ниже по потоку относительно упомянутой выше точки отбора смешиваемой массы для объемной коррекции ее расхода. Упомянутый выше объемный шестеренчатый насос или нагнетатель 35 приводится в действие от приводного вала 29 посредством не представленных на фиг. 5 органов соединения с упомянутым выше валом.

Устройство непрерывного смешивания резиновых композиций в соответствии с предлагаемым изобретением может быть использовано для приготовления любых композиций на основе каучука. Для определения сравнительной эффективности предлагаемого устройства была проведена оценка качества дисперсии различных компонентов смеси для резиновой композиции, предназначенной для изготовления беговой дорожки автомобильной покрышки пневматической шины, вулканизируемой с серой и приготовленной на основе базовых эластомеров SBR и полибутадиенового каучука, с добавлением углеродной сажи, окиси цинка, минерального масла и воска. При исследовании полученных с использованием различных конструкций смесителей резиновых композиций описанного выше состава с использованием оптического микроскопа в тонком вулканизированном поверхностном слое наблюдались агломераты отдельных компонентов данной композиции, полученные при ее приготовлении. Эти агломераты соответствуют дефектам равномерной дисперсии вводимых в состав данной композиции наполнителей, то есть дефектам работы соответствующих смесителей. На диаграмме, представленной на фиг. 6, по оси абсцисс располагаются линейные размеры упомянутых выше агломератов, а по оси ординат откладывается зафиксированное число агломератов соответствующего размера. На приведенной в приложении к настоящему описанию диаграмме даны результаты, полученные для трех интервалов линейных размеров упомянутых выше агломератов, взятых одинаковыми для обоих испытаний.

Резиновая композиция, приготовленная в известном смесителе закрытого типа, дает результаты, представленные заштрихованными столбиками. На диаграмме отчетливо видно, что агломераты резиновой композиции, существующие в ней после смешивания в устройстве в соответствии с предлагаемым изобретением, имеют существенно меньшие средние размеры. Относительно большее количество агломератов с малыми размерами как раз и свидетельствует о лучшем дисперсионном действии предлагаемого устройства.

Ссылаясь на тест КАБО (см., например, стандарт ASTM D 2663) трудноосуществимая связь с индексом D3 полученная в смесителе закрытого типа, дает индекс C2 при использовании данного изобретения, а известная смесь с индексом C2, полученная в смесителе закрытого типа, дает индекс B1 при использовании данного изобретения.

Из приведенного выше описания видно, что предлагаемое устройство непрерывного смешивания резиновых композиций является весьма компактным, не требует никакой предварительной подготовки или предварительного дозирования наиболее весомых компонентов приготавливаемой смеси, каковыми обычно являются базовые эластомеры и усиливающие наполнители. Предлагаемое устройство способно использовать сырье в необработанном виде и выдает на выходе готовую резиновую смесь, строго соответствующую по своему составу заданной формуле и обладающую всеми заданными свойствами. При использовании предлагаемого устройства кроме общих преимуществ технологического процесса непрерывного характера обеспечивается качество получаемой смеси, по меньшей мере равное и даже более высокое, чем качество аналогичной смеси, полученной в известных на сегодняшний день смесителях закрытого типа.

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для непрерывного смешивания резиновых композиций. В способе смешивания осуществляют дозирование и введение одного или нескольких базовых эластомеров, а также остальных компонентов приготавливаемой резиновой композиции в камеру смешивания. При этом введение в камеру смешивания большинства компонентов осуществляют принудительно при помощи объемного накачивания вдоль зон проталкивания и смешивания. Степень заполнения камеры смешивания, по меньшей мере, в некоторых зонах смешивания составляет величину меньше единицы. Все компоненты резиновой композиции продвигают в направлении движения потока материала и смешивают при помощи, по меньшей мере одного вращающегося ротора, установленного в камере смешивания. Устройство содержит также органы дозирования и принудительного введения базовых эластомеров и других компонентов приготавливаемой композиции, способные проталкивать их под давлением в камеру смешивания. Органы дозирования и введения компонентов расположены между верхним и нижним концами камеры смешивания, по меньшей мере в двух местах, отделенных друг от друга в продольном направлении. 2 с. и. 28 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула