混炼机和混炼方法技术

本发明专利技术涉及一种动态混炼机，其中两个部件（１、２）围绕预定轴线（ＸＸ）相对于彼此旋转，所述部件具有轴向延伸的相对的表面（１５、１６），并且在所述相对的表面（１５、１６）之间限定了混炼室，流动通道通过所述混炼室在用于材料进行的混炼的进口（７）与出口（８）之间延伸。两个或更多混炼结构的阵列限定在相对的表面（１５、１６）中的至少一个上，所述两个或更多混炼结构的阵列朝向其它部件的相对的表面（１５、１６）径向延伸并且用于在所述混炼室内混炼材料，而且大体上平行于所述轴线轴向延伸。由此，当所述第一和第二部件相对旋转时，限定的混炼结构构造用于给存在于所述混炼室内的材料提供继之以扩张流动通道的压缩流动通道，在垂直于所述轴线的任何平面上围绕所述轴线定位所述混炼结构从而大体上提供由于存在于所述表面之间的空间内的材料施加的径向载荷的净平衡。当允许所述混炼室内的材料在广泛分离的流动表面之间轴向流动时，所述混炼室内的材料受到由于在所述紧密分开的相对的表面之间引起的周向阻曳流所产生的高拉伸应力与／或高剪切应力。因此获得分散混炼和分布混炼的效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及混炼并且提供了新的混炼装置和混炼方法。特别地，本专利技术涉及对粘性材料的高能混炼(high energy mixing)。应该理解的是， 所述术语"混炼"包括对单一材料的加工。
技术介绍
混炼操作一般理解为包括两个不同的动作分散混炼和分布混炼。在 分散混炼过程中，被混炼的材料的单个部分进行混炼，无论是固体还是流 体，所述材料具有通过施加应力而改变的它们各自的几何形状。当增加独 立部分的数量时，通常表现为减少单个部分的平均尺寸。在分布混炼过程 中，所述材料无论是固体还是流体，将材料的单个部分溶合在一起以便获 得各种材料部分相对于彼此的在分配过程中的空间一致性。由此，良好的 混炼操作通常要求既发生分散混炼又发生分布混炼。例如聚合物的高粘性材料的混炼通常以分批处理或连续处理获得。 在例如用于聚合物配制(polymer compounding)的分批处理过程中，分 批处理通常设计处成使得分布混炼的量最大化， 一般是为了保证将多种成 分很好地混炼在一起。该分布混炼要求不利于该分批处理机器执行高应力 分散混炼的能力。如此使用的典型机器是用于聚合物的密炼机(internal mixer)和用于将例如涂料和粘合剂的材料混炼的珠状开炼机(bead mill) 和锯齿状的分散器(disperser)。用于分批混炼高粘性流体的机器的不常见的类型是双辊开炼机，所述 双辊开炼机比密炼机具有更高的分散混炼的水平。所述双辊幵炼机将相对 高水平的应力施加到通过两个平行辊之间的狭窄隙缝的材料上，尽管能够 由所述机器的机械强度限制以上述方式施加的应力量，其中所述机器的机 械强度抵挡所述辊之间产生的强分离力。另外，由对所述材料的有效操作 (通常是手动)的需要限制所述双辊开炼机分布混炼的效率从而引起材料反复进入所述辊隙并且沿所述辊的轴向长度移动材料。在分散混炼性能力和分布混炼能力上的相同限制适用于例如包括多于一组平行辊的砑光机(calender)的机器。在这点上，人们注意到间歇 式密炼机(batch internal mixer)可以被认为是双辊开炼机的封闭形式， 其中通过所述辊之间隙缝的材料在所述机器内反复循环以便在没有进一 步的干涉的情况下重新进入所述隙缝。虽然所述动作提高了所述双辊开炼 机分布混炼效率，但是由于强度和效率以及适应能够促进分布流动的几何 特征的需要的原因，密炼机的辊之间的隙缝大于双辊开炼机的辊之间的隙 缝，因此，所述混炼机的分散混炼能力次于开炼机的分散混炼能力。一般通过例如静态混炼机或生产流水线内的搅拌混炼室的高分布并 且低分散的装置、或通过挤出机完成在连续处理过程中的高粘性材料的混 炼。所述挤出机一般采取单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的形式，本质上， 所述单螺杆挤出机是分散混炼机优于单螺杆挤出机是分布混炼机，所述双 螺杆挤出机能够比单螺杆挤出机达到更好的分布混炼效果，但是本质上， 螺杆分离力在能够施加到被处理材料上的分散应力的量的方面限制所述 双螺杆挤出机。在这点上，所述单螺杆挤出机能够被认为是含有泵送功能、 加热功能和混炼功能的折衷的设计产物，并且所述混炼功能主要与达到在 所述机器的整个环形横截面上充分地均匀分布材料有关。因为所述单螺杆 挤出机不是容积泵，其压縮材料的能力有限并且由此所述单螺杆挤出机在 轴向推进材料通过多个高剪切区域从而达到分布混炼的显著水平方面的 能力有限。此外，单螺杆挤出机本身没有将高剪切应力施加到容纳在所述 螺杆内的所有材料上。然而，挤出机可以配备混炼部件，所述混炼部件通 常包括一种或多种有限长度的螺纹以便将剪切应力施加到所述材料上。然 而，在上述混炼部件中，能够施加的剪切能的量是有限的。所述双螺杆挤出机在方式上与所述单螺杆挤出机相似，无论共同旋转 还是反向旋转，所述双螺杆挤出机不是容积泵并且在泵送方面受到同样限 制。与所述单螺杆挤出机不同的是，借助所述两个螺杆的结构之间的相互 作用所述双螺杆挤出机提供对材料的主动分布混炼(active distributivemixing)。通过相似地考虑施加到双辊开炼机上且如上所述的水平，所述 双螺杆挤出机施加相对高水平的分散应力的能力是有限的，即，可旋转部件，由于它们之间的相互作用而引起所述可旋转部件丧失平衡力，并且对 此必须增加施加到所述螺杆及其驱动系统上的净轴向力。在例如材料在所 述挤出机螺杆的低应力区域内经过的时间比例的其它方面，所述双螺杆挤 出机受到与所述单螺杆挤出机相似的限制。因此可见，通常，混炼高粘性材料通常所使用的机器类型中，所述机 器的设计不适合在达到可接受水平的分布混炼的同时有效地将很高水平 的应力和能量施加到高粘性材料上以便最大化分散混炼。本专利技术的一个目 的是提供一种混炼机，无论在连续处理过程中还是在分批处理过程中，所 述混炼机能够完成上述混炼。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种细长的环形混炼室，所述细长环 形混炼室围绕纵向轴线限定、并且具有限定在第一细长混炼部件的相对的 表面之间的径向宽度，所述第一细长混炼部件轴向布置在第二管状混炼部件内；相对可旋转的第一和第二混炼部件；用于引导有待混炼的材料进入所述混炼室的进口 ，和用于将材料从所 述混炼室中移出的出口，其中对于第一和第二混炼部件的任何给定的旋转位置，所述混炼室的 至少一个轴向延伸部分的径向宽度围绕所述轴线改变从而限定至少一个 径向收縮部分(radial constriction);所述径向收缩部分在以不大于45度的角度对着容纳所述轴线的任何 平面的方向上沿所述混炼室的所述部分的长度延伸。根据本专利技术的所述装置迫使所述混炼室内的材料反复地流经径向收 縮部分，所述径向收縮部分在所述材料上施加高剪切应力。所述装置优选地包括用于将材料泵送到所述混炼室内和泵送出所述 混炼室的泵。例如，在优选实施例中，所述进口定位成邻接所述混炼室的 一端，所述出口定位成邻接所述混炼室的另一端，并且设置所述泵以便在 连续处理过程中将材料泵送通过所述混炼室。由于所述第一和第二混炼部件的相对旋转，当材料流经所述收縮部分时，所述或每个径向收縮部分提供了用于促进大体上周边拉伸流动和/或 周边剪切流动的相对高的应力区域。在通过所述高应力区域的连续通道之 间，所述混炼室内的材料将流经无收縮部分(即，相对大的宽度)区域， 所述无收縮部分区域提供相对低应力的区域。优选地，所述混炼室的几何 形状使材料不会停滞在所述低应力区域。由此，本专利技术提供了具有混炼室的动态混炼装置，所述混炼室构造成 使材料存在于所述混炼室内，所述混炼室具有连续收縮部分或扩张的流动 通道，当所述混炼部件相对旋转时所述材料流动通过所述流动通道。所述 混炼室内的材料由此受到由于通过所述或每个径向收縮部分的材料的周边粘性流(circumferential drag flow)产生的拉伸应力和/或剪切应力。 在连续的混炼过程中，所述混炼室内的材料受到由于它们相应的流动模式 产生的径向流和周边流的混炼。确保所述径向收缩部分沿直线延伸，所述直线与包含所述混炼装置的 纵向轴线的任何平面之间不大于45度，从而确保有所述混炼部件的相对 旋转不会产生显著的泵送力。以上不同于例如螺杆挤出机，在所述螺杆挤 出机中挤出机螺纹相对于旋转轴线更加过分地倾斜从而产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混炼装置，包括：细长的环形混炼室，所述细长环形混炼室围绕纵向轴线限定、并且具有限定在第一细长混炼部件的相对的表面之间的径向宽度，所述第一细长混炼部件轴向布置在第二管状混炼部件内；相对可旋转的第一和第二混炼部件；用于引导有待混炼的材料进入所述混炼室的进口，和用于将材料从所述混炼室中移出的出口，其中对于第一和第二混炼部件的任何给定的旋转位置，所述混炼室的至少一个轴向延伸部分的径向宽度围绕所述轴线改变从而限定至少一个径向收缩部分；所述径向收缩部分在以不大于４５度的角度对着容纳所述轴线的任何平面的方向上沿所述混炼室的所述部分的长度延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯布朗，
申请(专利权)人：梅尔斯特罗姆高级处理技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]