动态混合器制造技术

本发明专利技术提供一种动态混合器，包括中心转动轴和中心转动轴外部的外套筒，在中心转动轴与外套筒之间设置有物料混合装置，所述物料混合装置包括沿中心转动轴轴线方向间隔设置的凸起结构，凸起结构内圆与中心转动轴连接，每个凸起结构沿径向的外端部外凸，每个凸起结构沿径向的外端部与外套筒内壁之间的间隙沿轴线方向上逐渐变化。凸起结构端部与外套筒内壁之间的间隙逐渐缩小后又逐渐增大，流体从凸起结构端部与外套筒内壁之间的间隙通过，在轴向形成面积不断变化的熔体通道，利于拉伸流场的形成，促进凸起结构前后熔体的轴向混合，利于提高熔体的混合效率。

【技术实现步骤摘要】
动态混合器
本专利技术涉及一种动态混合器，主要应用于化纤行业熔体直纺工艺路线中，在线添加高助剂含量母粒熔体，并满足与纺丝主熔体混合均匀的要求；该专利技术也可用于其它行业，需要在高聚物熔体中添加助剂的领域，如塑料加工行业。
技术介绍
随着近代高分子材料的出现，化纤、塑料及橡胶行业得到蓬勃发展，在这些行业的生产过程中都涉及到将几种物料均匀混合的生产环节，如助剂的添加，这些物料混合的均匀与否非常重要，直接关系到生产的稳定性以及产品质量的好坏。当几种物料混合时，通常将用量较多的一种物料称之为主料，而用量较少的称之为辅料。由于种种原因，例如主料与辅料之间相容性较差、辅料容易产生团聚现象、或者主料粘度较大不利于辅料分散等，给辅料在主料中均匀分散制造了难度。正因为如此，关于物料混合设备的研究非常之多，各种混合设备应运而生，比如各种高速旋转搅拌机、静态混合器、动态混合机、螺旋挤出机等。这些混合设备主要应用剪切使辅料在主料中分散，即强化剪切效果，很少有设备同时具有将辅料进行多级分配的效果。比如高速旋转搅拌机、螺旋挤出机等，将团聚的辅料多次、强力剪切直至团聚物消失，最终分散均匀。不过该类设备有两方面弊端：一方面由于其强力剪切、捏合，对物料破坏性较大，比如螺旋挤出机容易导致高聚物树脂降解；另一方面应用局限性较大，比如高速旋转搅拌机，只适用中低粘度物料混合，不适用较高粘度物料混合，螺旋挤出机只是用于较高粘度物料混合，不适用中低粘度物料混合。专利CN102160971A公开了一种动态混合器，包括物料混合装置，物料混合装置包括至少一个固定在中心转动轴上的动态混合元件和至少一个固定在外套筒内壁的静态混合元件，动态混合元件与静态混合元件之间左右交替设置，动态混合元件与静态混合元件上设置有连通物料混合装置左右两侧的通道。聚合物加工过程中，分散混合一般是在一定应力场的流场中实现的，常见的流场有剪切流场和拉伸流场。现有技术的混合装置都是让熔体高频通过剪切窄间隙的高应力区，在很高的剪切速率下实现分散，通过提高转子的转速和熔体流过高应力区的频率、或减小流通间隙的大小就能实现高剪切流场。但是，剪切流场的分散效率远远小于拉伸流场，同时，为了提高剪切强度而设置的高应力区，使体系的黏性发热大大增加，能量的利用率低，而且容易导致熔体高分子链发生降解，致使熔体的性能下降，直接影响最终产品的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合效率高、能量利用率高、防止熔体性能下降的动态混合器，尤其适合黏度高的流体的均匀混合。本专利技术的技术方案是：一种动态混合器，包括中心转动轴和中心转动轴外部的外套筒，在中心转动轴与外套筒之间设置有物料均混装置，所述物料均混装置包括沿中心转动轴轴线方向间隔设置的凸起结构，凸起结构的内圆与中心转动轴连接，凸起结构的外端部外凸，每个凸起结构的外端部与外套筒内壁之间的间隙沿轴线方向上逐渐变化。逐渐缩小后逐渐扩大或者逐渐扩大后逐渐缩小。所述凸起结构的外端部为凸起结构沿径向的外端部。动态混合器工作时，物料进入物料均混装置内部，辅料以类似聚集的状态存在于主料中。随着中心转动轴的转动，辅料和主料的混合熔体从凸起结构的外端部与外套筒内壁之间的间隙通过。由于凸起结构具有厚度方向上外凸的端部，熔体的流动通道不断的缩小后放大。当熔体的流动通道缩小时，熔体被拉伸成很细的长条状，辅料和主料都被拉伸展开，使辅料良好的分散在主料中。当熔体的流动通道放大时，熔体又在放大的流动通道部分重新聚集。熔体经过反复多次的拉伸、聚集得到充分均匀的混合。所述外套筒内壁与凸起结构对应的部位沿径向向外凹陷形成与凸起结构的外端部相配合的环形凹槽，每个凸起结构的外端部与凹槽之间的间隙沿轴线方向逐渐变化，优选每个凸起结构沿径向的外端部与凹槽之间的间隙沿轴线方向逐渐缩小后逐渐扩大。凹槽与凸起结构的半径比范围为1:1.1-5.0。环形凹槽的设置能够改变熔体流动的轨迹，延长熔体通过凸起结构端部与环形凹槽间间隙的距离，延长熔体通过凸起结构端部与环形凹槽间间隙的时间，也就是延长熔体拉伸状态的时间，提高对熔体的拉伸效果，进而提高混合效果。所述凸起结构的外端部被经过轴线的平面所截的轮廓为弧形、梯形、三角形中的一种，所述凹槽被经过轴线的平面所截的轮廓为弧形、梯形、三角形中的一种，优选都为弧形，且弧形的曲率半径不同。以保证在凹槽与凸起结构之间的间隙逐渐变化。外套筒内侧壁上的凹槽与凸起结构端部相配合设置，在凸起结构端部为弧形时，相对应的外套筒内侧壁上的凹槽在平行于中心转动轴轴线的平面上的投影为弧形或梯形或三角形，优选弧形，优选凹槽与凸起结构的半径比范围为1:1.1-5.0；凸起结构端部为梯形时，相对应的外套筒内侧壁上的凹槽在平行于中心转动轴轴线的平面上的投影为梯形或弧形或三角形，优选弧形，当二者都为梯形时凹槽梯形投影顶角的角度大于凸起结构梯形投影顶角的角度。以保证在凹槽与凸起结构之间的间隙逐渐缩小后又逐渐扩大。所述凸起结构包括多个绕轴线均匀分布的凸出部，相邻凸出部之间圆滑过渡，所述凸出部的个数为2-10个，凸出部在垂直于轴线的平面上的投影为圆弧形、矩形、三角形、梯形中的一种，优选为圆弧形。设置多个凸出部可在在周向分成多个相对独立的空间，当中心轴转动时，随着凸出部位置的变化，物料的位置随之变化，相应流体的环向流通面积也会改变，既能形成剪切流场，又能形成拉伸流场，利于提高熔体的混合效率。凸起结构间隔均布且间隔设置使凸起结构间存在间隙，物料能够通过凸起结构端部与外套筒内壁之间的间隙流动，从凸起结构的一侧流动到凸起结构的另一侧。物料通过凸起结构端部与外套筒内壁之间的间隙流动时，拉伸流场和剪切流场并存，在物料通过凸起结构之间的间隙的通道流动时，两个凸起结构之间的物料会受到凸起结构的剪切作用，实现辅料在主料中的充分分散。所述凹槽或所述凸起结构偏心设置。所述凹槽偏心设置，凹槽的中心距中心转动轴轴线有一距离，多个凹槽的中心顺次的连线为一绕中心转动轴轴线的螺旋线。或者所述凸起结构偏心设置，凸起结构的中心距中心转动轴轴线有一距离，多个凸起结构的中心顺次的连线为一绕中心转动轴轴线的螺旋线。熔体在流动时，凸起结构端部与凹槽之间会产生一个微观的拉伸流场。由于凹槽中心的偏心设置使中心转动轴轴线方向上不同凸起结构外端部与凹槽之间的间隙大小不同而产生宏观的拉伸流场，使熔体流动的截面不断变化，提高了熔体的混合效果。所述凹槽的圆心与中心转动轴轴线的距离相同，中心转动轴轴线方向上多个凹槽的圆心围绕中心转动轴的轴线呈螺旋状排布。中心转动轴轴线方向上多个凹槽的圆心围绕中心转动轴的轴线成螺旋状排布，首先能够产生宏观的拉伸流场，随着中心转动轴的转动，相同位置熔体流动的截面不断的变大变小，提高熔体的混合效果；其次，能够产生剪切流场，相邻的两个凹槽在垂直于中心转动轴轴线的平面上的投影具有重合部分和不重合的部分，随着凸起结构的转动，凸出部位置的变化，熔体环向流通面积发生改变，在重合部分与不重合部分之间会产生一个剪切流场，进一步提高混合效果；再次，能够产生一个向前的螺旋推动力，推动熔体向前运动，防止部分熔体在两个凸起结构之间长时间停留；最后，使熔体在物料均混装置内停留相同的时间，收到均匀的剪切作用力和拉伸作用力混合后排出。所述相邻的两个凹槽的圆心分别设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态混合器，包括中心转动轴和中心转动轴外部的外套筒，在中心转动轴与外套筒之间设置有物料均混装置，其特征在于：所述物料均混装置包括沿中心转动轴轴线方向间隔设置的多个凸起结构，凸起结构的内圆与中心转动轴连接，凸起结构的外端部外凸，每个凸起结构的外端部与外套筒内壁之间的间隙沿轴线方向上逐渐变化。

【技术特征摘要】
1.一种动态混合器，包括中心转动轴和中心转动轴外部的外套筒，在中心转动轴与外套筒之间设置有物料均混装置，其特征在于：所述物料均混装置包括沿中心转动轴轴线方向间隔设置的多个凸起结构，凸起结构的内圆与中心转动轴连接，凸起结构的外端部外凸，所述外套筒内壁与凸起结构对应的部位沿径向向外凹陷形成与凸起结构的外端部相配合的凹槽，中心转动轴轴线方向上多个凹槽的圆心围绕中心转动轴的轴线呈螺旋状排布，相邻的两个凹槽的圆心分别设置在中心转动轴轴线的两侧，相邻的两个凹槽在垂直于中心转动轴轴线的平面上的投影具有重合部分和不重合的部分。2.根据权利要求1所述的动态混合器，其特征在于：每个凸起结构的外端部与凹槽之间的间隙沿轴线方向逐渐变化。3.根据权利要求2所述的动态混合器，其特征在于：所述凸起结构的外端部被经过轴线的平面所截的轮廓为弧形、梯形、三角形中的一种，所述凹槽被经过轴线的平面所截的轮廓为弧形、梯形、三角形中的一种。4.根据权利要求3所述的动态混合器，其特征在于：所述凸起结构的外端部被经过轴线的平面所截的轮廓为弧形，所述凹槽被经过轴线的平面所截的轮廓为弧形，且与凸起结构轮廓的曲率半径不同。5.根据权利要求1-4任一所述的动态混合器，其特征在于：所述凸起结构包括多个绕轴线均匀分布的凸出部，相邻凸出部之间圆滑过渡，所述凸出部的个数为2-10个，凸出部在垂直于轴线的平面上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，孔令熙，李健，蒋金云，沈波，姜鹏，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11