BMC的混合设备

    如前所述,BMC模塑料的配制可分为连续和批混生产两种方式,而批混生产用得比较多,甚至可以说主要还是采用批混生产的方式。根据生产方式的不同,其所采用的混合设备也有所不同。在间歇式(批混)生产中,普遍使用的是“桨叶”或“转子”式混合器,它能使每批混合料的各组分产生强烈的混合作用。在混合时,只要适当地控制转速,就可达到组分混合均匀而增强材料的集束性又不受破坏的效果。在连续性生产工艺中,可采用各种类型的连续混合机器,如转子式连续混合机、布斯连续混合机和双螺杆混合挤出机等。
    3.2.1 混合设备的种类
    混合设备是完成混合操作工序必不可少的装备。混合物的混合质量指标、经济指标〔产量及能耗等)及其他各项指标在很大程度上都取决子所采用的混合设备的性能。由于混合物的种类及性质各不相同,所要求的混合质量指标也有不同,因此出现了各式各样的具有不同性能特征的混合设备。这些混合设备在结构、操作以及控制上皆有很大的差异。只有正确了解各种不同混合设备的性能及其结构特征,才能选择和改进甚至重新设计出能满足特定混合质量要求的混合设备。
    根据混合设备的操作方式,一般可分为间歇式和连续式两大类根据混合设备在混合过程中对混合物施加的速度、压力、剪切力及能量损耗的大小,则可分为高强度、中强度和低强度的混合设备,强度大小的区分并无严格的数量指标。有些资料建议以混合单位质量物料所消耗的功率来标定混合强度。例如对间歇式混合设备,凡混合150-300批量物料耗能0.7458kW 的混合设备定为低强度混合设备,凡混合20-300批量物料,耗能0.7458kW的混合设备定为中强度混合设备,凡混合2-4批量物料耗能0.7458kW的混合设备定为高强度混合设备。习惯上,又常以物料受到的剪切力大小或剪切变形程度来确定混合强度的高低。与其他物料的混合一样,选择BMC的混合设备应根据其本身的特点、要求来进行。
    3.2.2   间歇式混合设备
    所谓间歇式是指混合设备的混合过程是不连续的。全过程主要分为三个步骤,即投料、混合和卸料,在此过程结束后,再重新投料、混合、卸料,如此循环。如转子类混合设备,包括液体混合机、螺带式混合机、锥筒螺杆混合机、犁状转子混合机、Z型捏合机和高速混合机等的混合操作即属于间歇式。
    转于类混合设备是利用混合室内的转动部件――转子的转动而进行混合的。Z型捏合机可用于高黏度物料的混合,如塑料的配料、固态物料中加人液态添加剂的加热混合。螺带混合机和锥筒螺杆混合机主要用于粉状或粒状物料的混合,或粉状、粒状物料与少量液态添加剂的混合,如物料的混色、填充混合物的预混等。高速混合机是使用较为广泛的混合设备,可用于配料、混色及共混物与填充混合物的预混,各类母料的预混等。
    高速混合机由于其转速极高,一般属于高强度混合设备。犁状混合机主要用于块状物料的混合,具有较强的分散能力。此外,还有用于溶液或乳液混合的各类桨叶搅拌器,其结构与一般化工混合中的搅拌器相似,此处不再详细介绍。
    间歇式混合设备的生产能力一般是指其在单位时间的生产量,它由式(3-1)表示
            q=w/t                 (3-1)                           式中    w――一次加料量;
        q――生产能力;
        t――混合时间或混合周期,它包括加料时间t1、封盖或加压时间t2、混合时间t3和卸料时间t4,即
                            t=t1+t2+t3+t4              (3-2)
    从式(3-2)可见,在一个混合周期内非混合时间占有相当的比例,因而相对来说,间歇式混合设备的生产效率是比较低的。若要增大其生产能力,如可采用加大混合部件的转速或增大混合室的容积的方法,然而这又将导致能耗和设备体积的增大。此外,在间歇式的操作过程中,由于每批混合料所采用的控制条件可能出现差异而会引起混合质量的不稳定。[-page-] 
    尽管连续式混合设备比间歇式混合设备有许多优点,但是,由于目前在各种物料包括BMC模塑料的加工成型过程中,有许多工序仍是间歇式的,加上间歇式混合设备发展的历史较早,在操作中可随时调整期混合工艺及参数,特别是某些间歇式混合设备还具有很高的混合性能,因而其使用仍很广泛。目前间歇式混合设备在结构及控制上也还在不断改善。
   (1)液体混合机  图3-7所示为一种常用的液体棍合机的剖面图。


    液体混合机适用于液体状塑料及填料的混合,工作时,是通过搅拌桨及刮料器的旋转将物料混合。一般转速较低,刮料器能将附在锅壁上的物料刮于净再进人混合。
    (2)螺带式混合机   转子呈螺带状的混合机称为螺带式混合机。根据螺带的个数或转向可将螺带混合机分为单螺带混合机和多螺带混合机根据螺带的安装位置又可分为卧式螺带混合机、立式螺带混合机和斜放式螺带混合机[-page-] 
    1)卧式单螺带混合机   图3-8为卧式单螺带混合机。它由螺带、混合室、驱动装置和机架组成。混合室是一个两端封闭的半圆筒,上部有可以开启或关闭的压盖或加料口,下部有卸料口。混合室可设计为夹套式,用于通介质加热或冷却物料。有些混合室还装有抽真空装置。加热冷却夹套一般配置在混合室偏下的部位,使得只有底部范围内的物料才可能被加热,以防止混合室内上表面的物料受热固化而形成硬表层。混合室底部的排料口在工作时是关闭的。当排料时,将排料口打开,转动着的螺带将物料渐渐推出。对小型的混合室,也可设计成为翻转式的。排料时,将混合室倾斜一定的角度,便可卸出物料。螺带是用扁金属条弯成螺旋状而制得的。为了加工的方便,也有将金属条分段焊接并与转轴相连接,形成一条整体螺带。螺带由旋转轴带动旋转。


    卧式单螺带混合机是简单的螺带混合机。当螺带旋转时,螺带的推力棱面推动与其接触的无聊沿螺旋方向移动。由于物料之间的相互摩擦作用,使得物料上、下翻滚,同时部分物料也沿着螺旋方向滑移,这样就形成了螺带推动棱面一侧部分物料发生螺旋状的轴向移动,而螺带上部与四周的物料又补充到螺带推力面的背侧(拖曳侧),于是发生了螺带中心处物料与四周物料位置的更换。随着螺带的旋转,推力棱面一侧的物料渐渐堆积,物料的轴向移动现象减弱,仅发生上、下翻转运动,所以卧式单螺带混合机主要是靠物料的上、下运动达到径向分布混合的。在轴线方向,物料的分布作用很弱,因而混合效果比不理想。[-page-] 
    ②斜放式单螺带混合机   又称连续螺旋混合机,其结构如图3-9所示。在工作时,由加料斗进入的物料在送料螺杆的作用下被推到混合室内,混合室内旋转着的螺带搅动物料,使其上、下翻转。同时其推力棱面推动物料向出料口方向移动,但由于重力的作用,向出料口移动的物料又沿着螺带间的空隙及螺带顶端与混合室壁的间隙下滑,形成了物料在混合室轴线上的往复运动。当螺带转速可调时,则可调整物料上移量与下滑量的比例及控制其在混合室的混合、停留时间。移至出料口的物料被连续排出,故形成了连续的混合过程。由于斜式单螺带混合机可使物料在混合室径向与轴向均发生分布混合,因而混合效果比卧式单螺带混合机的好。同时由于其可连续进行混合,在操作上也有许多方便之处,故使用很广泛。 


    ③卧式双螺带混合机   图3-10所示为典型的卧式双螺带混合机,其两根螺带的螺旋方向是相反的。当螺带转轴旋转时,两根螺带同时搅动物料,并作上、下翻转,由于两根螺带的外缘回转半径不同,对物料的搅动速度亦不相同,这显然有利于径向分布的混合。与此同时,外螺带将物料从右端推向左端,而内螺带(外缘回转半径小的螺带)又将物料从左端推
向右端,这使物料在混合室中形成了轴向的往复运动,产生了轴向的分布混合。双螺带混合机对物料的搅动作用较为强烈,因而除了具有分布作用外,尚有部分的分散作用,例如可使部分结块的物料破碎。

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    ④立式螺带混合机  图3-11所示为立式螺带混合机,其一般是双轴双混合室的结构。立式螺带混合机的混合室是由两个有锥度的圆筒相交组成。螺带在混合室内竖直安放(它也有一定锥度),其外缘与混合室壁相接触,螺带的截面比卧式混合机的螺带宽大。
    螺带由驱动轴带动旋转,旋转着的螺带将物料沿壁面向上提起,当物料到达中心位置时又会落回底部,如此往复循环。同时,每个螺带拖带的物料又在混合锥筒相交处分别进人另一个混合锥筒,在两个锥筒内形成了交错的混合,即横向流混合。因而立式双螺带混合机是较有效的混合设备,它不仅用于干粉状或颗粒状物料的混合,也可用于湿物料的混合。
    ⑤螺带的形式  螺带混合机的螺带结构有多种形式,图3-12所示为几种常用的螺带结构形式。 


    螺带混合机的混合作用较为柔和,产生的摩擦热很少,一般不需冷却,除了作为一般混合设备外,还可作为冷却混合设备,即将经热混合器混合过的热料排入螺带混合机内,一边经螺带再混合,一边进行冷却,使排出的物料温度降低,便于贮存。用于冷却混合的螺带混合机的混合室还设有冷却夹套。
    卧式螺带混合机的加料量取决于混合室的容积和螺带外缘的大高度,为了增大混合效率,加料量应低于螺带外缘大高度,而不应充满整个混合室。有资料认为,加料容积应为混合室容积的40%一70%为宜。斜放式螺带混合机是连续工作的,送料螺杆连续地向混合室推进物料,可用调整送料螺杆的转速来控制混合时间和出料量。立式螺带混合机的加料量应低于螺带垂直方向的高度,即应留有物料在垂直方向运动的足够空间。
    螺带混合机的尺寸范围很宽,小规格混合室的容积只有1L,大规格的可达14*103L。驱动功率一般为(3-40)kW/m3,是一种能耗较低的混合设备。