Контрольные вопросы к лекции

1. Какими основными показателями характеризуется исходное сырье, дать характеристику каждого из них.

2. Назвать основные подготовительные операции, предшествующие операции смешения, дать им краткую характеристику.

3. Сущность процесса смешения, его влияние на процесс дальнейшей переработки полимеров.

4. Основные этапы смешения.

5. Виды смешения в зависимости от исходного состояния компонентов.

6. Виды смешения в зависимости от характера их протекания.

7. Сущность процесса растворения полимера, как подготовительного этапа к переработке.

8. Гранулирование полимерных композиций.

9. Какие параметры полимера определяются размерами гранул?

10. Привести пример наиболее распространенного способа получения гранулированных полимеров.

Лекция №3

Аппаратурное оформление стадии смешения

ингредиентов полимерных композиций

Существующее оборудование для смешения полимерных материалов может быть классифицировано по назначению на две группы – оборудование для смешения сыпучих материалов и оборудование для смешения высоковязких жидкостей, паст и тестообразных масс.

Рассмотрим наиболее распространенные виды оборудования для смешения, их назначение, принцип действия и рекомендации по выбору.

Смешение на вальцах

является наиболее распространенным периодическим методом смешения, при котором гомогенизация достигается за счет многократного пропускания массы через зазор между вращающимися валками. Валки располагаются параллельно друг другу и вращаются в противоположные стороны с различной скоростью. Отношение окружных скоростей валков называют фрикцией.

Характер движения расплава в межвалковом зазоре показан на схеме (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Схема течения расплава и распределения давления в зазоре между валками

Вследствие адгезии расплава к поверхности валков происходит его втягивание в межвалковый зазор. По ходу движения расплава зазор между валками уменьшается. Через широкий зазор между валками массы втягивается больше, чем пропускается в узкой части. Поэтому движение расплава происходит как бы с подпором, возникает избыточное давление, и масса в центре потока начинает течь в обратную сторону, вследствие чего между валками возникают два циркуляционных вихря, обеспечивающих перемешивание массы.

Недостатком метода смешения на вальцах является значительная трудоемкость процесса, а также сильное термоокисление полимера вследствие длительного контакта расплава с кислородом воздуха.

Наиболее равномерное распределение компонентов достигается при смешении полимеров в вязкотекучем состоянии, то есть при температурах выше температуры текучести [3].

Смешение в смесителях роторного типа

Принцип действия закрытого роторного смесителя периодического действия, показанного на рис. 3.2, (в частном случае получения резиновых смесей – резиносмесителе) заключается в следующем.

Рис. 3.2 Закрытый роторный резиносмеситель периодического действия типа «Бенбери»

1 – шток верхнего затвора; 2 – верхний затвор; 3 – загрузочная воронка; 4 – стенка смесительной камеры с циркуляционным охлаждением; 5 – роторы; 6 – нижний затвор; 7 – механизм откидывания затвора

В закрытой камере смесителя с помощью двух вращающихся роторов некоторый объем смеси интенсивно перемещается и периодически занимает большее или меньшее пространство. Благодаря постоянным изменениям направления перемещения смеси в объеме и в зазорах между роторами и стенкой камеры, а также значительным изменениям по величине и направлению перемещений смеси вдоль оси роторов, вызванным их сложной формой, в камере создаются благоприятные условия для усреднения состава смеси по всему объему, а также перетирания ее, разогрева и гомогенизации. Воздействие на перемешиваемый материал в камере смесителя настолько интенсивно, что перемешивание длится не более нескольких минут.

За это время температура смеси поднимается до предельных значений, что составляет главную проблему при смешении.

Основным параметром смесителей периодического действия, по которым они классифицируются, является свободный объем камеры смешения (объем камеры за вычетом объема, занимаемого роторами). Эта величина характеризует производительность машины и потребляемую мощность. Другой важный параметр, значительно влияющий на производительность и определяющий область использования смесителя, - наибольшая частота вращения ротора. (Ротор, расположенный ближе к загрузочной воронке, считают передним). Частота вращения роторов влияет на интенсивность воздействия на обрабатываемый материал, скорость обработки смеси и температуру, до которой разогревается материал в конце цикла.

Кроме этого смеситель можно характеризовать по типу системы охлаждения (закрытая или открытая), форме роторов (овальные, треугольные, цилиндрические), типу и расположению нижнего затвора, наличию вспомогательных устройств (например, механизмов впрыска жидких компонентов в камеру смешения).

Главный недостаток периодических процессов – трудное их регулирование. В таких смесителях сложно получать продукт с хорошими, стабильными свойствами.

Непрерывные процессы смешения являются более совершенными. Они регулируются с высокой точностью, высокопроизводительны; потребление энергии во время непрерывного процесса равномерно в отличие от потребления ее при периодическом процессе.