一種粘性材料混合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種粘性材料混合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物成型加工的主要設(shè)備是各種螺桿擠出機(jī)。螺桿擠出機(jī)要求在期望的穩(wěn)態(tài)下工作，其固體物料完全靠摩擦輸送，物料的壓實(shí)較慢，建立起的壓力較低，排氣效果也較差，以至輸送效率低。塑化熔融主要靠外加熱和剪切熱，熔化速率低且塑化不均勻?；旌现饕考羟羞^程效果不佳。熔體輸送主要依靠熔體剪切過程，由于物料粘度大、彈性大，熔體輸送過程中阻力較大，輸送效率較低。由于上述擠出方法上的缺陷，造成擠出產(chǎn)量和質(zhì)量的提高受到限制，同時(shí)由于擠出溫度較高，產(chǎn)量的提高也受后續(xù)設(shè)備冷卻速率跟不上的限制。另外各種參數(shù)的隨機(jī)干擾很難克服，擠出質(zhì)量的提高也因此受到限制。
[0003]普通螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)、擠壓、加熱與冷卻、控制等系統(tǒng)所組成。螺桿是擠壓系統(tǒng)、也是螺桿擠出機(jī)的心臟部件。長期以來人們比較注重螺桿結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理的研宄，因此其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，目前已出現(xiàn)了各種新型螺桿擠出機(jī)。然而，改進(jìn)后的任意一種螺桿擠出機(jī)，其單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng)仍然是必不可少的，這就決定了螺桿擠出機(jī)必然存在著體積龐大，動(dòng)力傳遞過程中的能量損失，傳動(dòng)潤滑劑的泄漏與污染，機(jī)械零件的摩擦和磨損，機(jī)械接觸的噪音以及受力狀態(tài)差等缺陷。又由于螺桿具有較大的長徑比(一般都大于20)，隨著對(duì)擠出產(chǎn)量和制品質(zhì)量要求的不斷提高，采用現(xiàn)有技術(shù)，一般采取增加螺桿的長徑比的措施來緩解產(chǎn)量與質(zhì)量的矛盾。但是隨著長徑比的增加，料筒的制造難度增大，機(jī)加工成本提高，整體積與重量也隨之增大；同時(shí)，螺桿與料筒之間存在的摩擦和磨損加劇，它不但直接影響整機(jī)的工作壽命，而且能耗也急劇增加。
[0004]混合操作一般理解為包括兩個(gè)不同的動(dòng)作:分散混合和分布混合。在分散混合過程中，被混合的材料的單個(gè)部分進(jìn)行混合，無論是固體還是流體，所述材料具有通過施加應(yīng)力而改變的它們各自的幾何形狀。當(dāng)增加獨(dú)立部分的數(shù)量時(shí)，通常表現(xiàn)為減少單個(gè)部分的平均尺寸。在分布混合過程中，所述材料無論是固體還是流體，將材料的單個(gè)部分溶合在一起以便獲得各種材料部分相對(duì)于彼此的在分配過程中的空間一致性。由此，良好的混合操作通常要求既發(fā)生分散混合又發(fā)生分布混合。
[0005]例如聚合物的高粘性材料的混合通常以分批處理或連續(xù)處理獲得。在例如用于聚合物配制(polymer compounding)的分批處理過程中，分批處理通常設(shè)計(jì)處成使得分布混合的量最大化，一般是為了保證將多種成分很好地混合在一起。該分布混合要求不利于該分批處理機(jī)器執(zhí)行高應(yīng)力分散混合的能力。如此使用的典型機(jī)器是用于聚合物的密煉機(jī)(internalmixer)和用于將例如涂料和粘合劑的材料混合的珠狀開煉機(jī)(bead mill)和鋸齒狀的分散器(disperser)。
[0006]用于分批混合高粘性流體的機(jī)器的不常見的類型是雙輥開煉機(jī)，所述雙輥開煉機(jī)比密煉機(jī)具有更高的分散混合的水平。所述雙輥開煉機(jī)將相對(duì)高水平的應(yīng)力施加到通過兩個(gè)平行輥之間的狹窄隙縫的材料上，盡管能夠由所述機(jī)器的機(jī)械強(qiáng)度限制以上述方式施加的應(yīng)力量，其中所述機(jī)器的機(jī)械強(qiáng)度抵擋所述輥之間產(chǎn)生的強(qiáng)分離力。另外，由對(duì)所述材料的有效操作(通常是手動(dòng))的需要限制所述雙輥開煉機(jī)分布混合的效率從而引起材料反復(fù)進(jìn)入所述輥隙并且沿所述輥的軸向長度移動(dòng)材料。
[0007]在分散混合性能力和分布混合能力上的相同限制適用于例如包括多于一組平行棍的研光機(jī)(calender)的機(jī)器。在這點(diǎn)上，人們注意到間歇式密煉機(jī)(batch internalmixer)可以被認(rèn)為是雙輥開煉機(jī)的封閉形式，其中通過所述輥之間隙縫的材料在所述機(jī)器內(nèi)反復(fù)循環(huán)以便在沒有進(jìn)一步的干涉的情況下重新進(jìn)入所述隙縫。雖然所述動(dòng)作提高了所述雙輥開煉機(jī)分布混合效率，但是由于強(qiáng)度和效率以及適應(yīng)能夠促進(jìn)分布流動(dòng)的幾何特征的需要的原因，密煉機(jī)的輥之間的隙縫大于雙輥開煉機(jī)的輥之間的隙縫，因此，所述混合機(jī)的分散混合能力次于開煉機(jī)的分散混合能力。
[0008]一般通過例如靜態(tài)混合機(jī)或生產(chǎn)流水線內(nèi)的攪拌混合室的高分布并且低分散的裝置、或通過擠出機(jī)完成在連續(xù)處理過程中的高粘性材料的混合。所述擠出機(jī)一般采取單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)的形式，本質(zhì)上，所述單螺桿擠出機(jī)是分散混合機(jī)優(yōu)于單螺桿擠出機(jī)是分布混合機(jī)，所述雙螺桿擠出機(jī)能夠比單螺桿擠出機(jī)達(dá)到更好的分布混合效果，但是本質(zhì)上，螺桿分離力在能夠施加到被處理材料上的分散應(yīng)力的量的方面限制所述雙螺桿擠出機(jī)。在這點(diǎn)上，所述單螺桿擠出機(jī)能夠被認(rèn)為是含有泵送功能、加熱功能和混合功能的折衷的設(shè)計(jì)產(chǎn)物，并且所述混合功能主要與達(dá)到在所述機(jī)器的整個(gè)環(huán)形橫截面上充分地均勻分布材料有關(guān)。因?yàn)樗鰡温輻U擠出機(jī)不是容積泵，其壓縮材料的能力有限并且由此所述單螺桿擠出機(jī)在軸向推進(jìn)材料通過多個(gè)高剪切區(qū)域從而達(dá)到分布混合的顯著水平方面的能力有限。此外，單螺桿擠出機(jī)本身沒有將高剪切應(yīng)力施加到容納在所述螺桿內(nèi)的所有材料上。然而，擠出機(jī)可以配備混合部件，所述混合部件通常包括一種或多種有限長度的螺紋以便將剪切應(yīng)力施加到所述材料上。然而，在上述混合部件中，能夠施加的剪切能的量是有限的。
[0009]所述雙螺桿擠出機(jī)在方式上與所述單螺桿擠出機(jī)相似，無論共同旋轉(zhuǎn)還是反向旋轉(zhuǎn)，所述雙螺桿擠出機(jī)不是容積泵并且在泵送方面受到同樣限制。與所述單螺桿擠出機(jī)不同的是，借助所述兩個(gè)螺桿的結(jié)構(gòu)之間的相互作用所述雙螺桿擠出機(jī)提供對(duì)材料的主動(dòng)分布混合(active distributivemixing)。通過相似地考慮施加到雙棍開煉機(jī)上且如上所述的水平，所述雙螺桿擠出機(jī)施加相對(duì)高水平的分散應(yīng)力的能力是有限的，即，可旋轉(zhuǎn)部件，由于它們之間的相互作用而引起所述可旋轉(zhuǎn)部件喪失平衡力，并且對(duì)此必須