BMC的混合設備

    如前所述,BMC模塑料的配制可分為連續和批混生產兩種方式,而批混生產用得比較多,甚至可以說主要還是采用批混生產的方式。根據生產方式的不同,其所采用的混合設備也有所不同。在間歇式(批混)生產中,普遍使用的是“槳葉”或“轉子”式混合器,它能使每批混合料的各組分產生強烈的混合作用。在混合時,只要適當地控制轉速,就可達到組分混合均勻而增強材料的集束性又不受破壞的效果。在連續性生產工藝中,可采用各種類型的連續混合機器,如轉子式連續混合機、布斯連續混合機和雙螺桿混合擠出機等。
    3.2.1 混合設備的種類
    混合設備是完成混合操作工序必不可少的裝備。混合物的混合質量指標、經濟指標〔產量及能耗等)及其他各項指標在很大程度上都取決子所采用的混合設備的性能。由于混合物的種類及性質各不相同,所要求的混合質量指標也有不同,因此出現了各式各樣的具有不同性能特征的混合設備。這些混合設備在結構、操作以及控制上皆有很大的差異。只有正確了解各種不同混合設備的性能及其結構特征,才能選擇和改進甚至重新設計出能滿足特定混合質量要求的混合設備。
    根據混合設備的操作方式,一般可分為間歇式和連續式兩大類根據混合設備在混合過程中對混合物施加的速度、壓力、剪切力及能量損耗的大小,則可分為高強度、中強度和低強度的混合設備,強度大小的區分并無嚴格的數量指標。有些資料建議以混合單位質量物料所消耗的功率來標定混合強度。例如對間歇式混合設備,凡混合150-300批量物料耗能0.7458kW 的混合設備定為低強度混合設備,凡混合20-300批量物料,耗能0.7458kW的混合設備定為中強度混合設備,凡混合2-4批量物料耗能0.7458kW的混合設備定為高強度混合設備。習慣上,又常以物料受到的剪切力大小或剪切變形程度來確定混合強度的高低。與其他物料的混合一樣,選擇BMC的混合設備應根據其本身的特點、要求來進行。
    3.2.2   間歇式混合設備
    所謂間歇式是指混合設備的混合過程是不連續的。全過程主要分為三個步驟,即投料、混合和卸料,在此過程結束后,再重新投料、混合、卸料,如此循環。如轉子類混合設備,包括液體混合機、螺帶式混合機、錐筒螺桿混合機、犁狀轉子混合機、Z型捏合機和高速混合機等的混合操作即屬于間歇式。
    轉于類混合設備是利用混合室內的轉動部件――轉子的轉動而進行混合的。Z型捏合機可用于高黏度物料的混合,如塑料的配料、固態物料中加人液態添加劑的加熱混合。螺帶混合機和錐筒螺桿混合機主要用于粉狀或粒狀物料的混合,或粉狀、粒狀物料與少量液態添加劑的混合,如物料的混色、填充混合物的預混等。高速混合機是使用較為廣泛的混合設備,可用于配料、混色及共混物與填充混合物的預混,各類母料的預混等。
    高速混合機由于其轉速極高,一般屬于高強度混合設備。犁狀混合機主要用于塊狀物料的混合,具有較強的分散能力。此外,還有用于溶液或乳液混合的各類槳葉攪拌器,其結構與一般化工混合中的攪拌器相似,此處不再詳細介紹。
    間歇式混合設備的生產能力一般是指其在單位時間的生產量,它由式(3-1)表示
            q=w/t                 (3-1)                           式中    w――一次加料量;
        q――生產能力;
        t――混合時間或混合周期,它包括加料時間t1、封蓋或加壓時間t2、混合時間t3和卸料時間t4,即
                            t=t1+t2+t3+t4              (3-2)
    從式(3-2)可見,在一個混合周期內非混合時間占有相當的比例,因而相對來說,間歇式混合設備的生產效率是比較低的。若要增大其生產能力,如可采用加大混合部件的轉速或增大混合室的容積的方法,然而這又將導致能耗和設備體積的增大。此外,在間歇式的操作過程中,由于每批混合料所采用的控制條件可能出現差異而會引起混合質量的不穩定。[-page-] 
    盡管連續式混合設備比間歇式混合設備有許多優點,但是,由于目前在各種物料包括BMC模塑料的加工成型過程中,有許多工序仍是間歇式的,加上間歇式混合設備發展的歷史較早,在操作中可隨時調整期混合工藝及參數,特別是某些間歇式混合設備還具有很高的混合性能,因而其使用仍很廣泛。目前間歇式混合設備在結構及控制上也還在不斷改善。
   (1)液體混合機  圖3-7所示為一種常用的液體棍合機的剖面圖。


    液體混合機適用于液體狀塑料及填料的混合,工作時,是通過攪拌槳及刮料器的旋轉將物料混合。一般轉速較低,刮料器能將附在鍋壁上的物料刮于凈再進人混合。
    (2)螺帶式混合機   轉子呈螺帶狀的混合機稱為螺帶式混合機。根據螺帶的個數或轉向可將螺帶混合機分為單螺帶混合機和多螺帶混合機根據螺帶的安裝位置又可分為臥式螺帶混合機、立式螺帶混合機和斜放式螺帶混合機[-page-] 
    1)臥式單螺帶混合機   圖3-8為臥式單螺帶混合機。它由螺帶、混合室、驅動裝置和機架組成?;旌鲜沂且粋€兩端封閉的半圓筒,上部有可以開啟或關閉的壓蓋或加料口,下部有卸料口?;旌鲜铱稍O計為夾套式,用于通介質加熱或冷卻物料。有些混合室還裝有抽真空裝置。加熱冷卻夾套一般配置在混合室偏下的部位,使得只有底部范圍內的物料才可能被加熱,以防止混合室內上表面的物料受熱固化而形成硬表層?;旌鲜业撞康呐帕峡谠诠ぷ鲿r是關閉的。當排料時,將排料口打開,轉動著的螺帶將物料漸漸推出。對小型的混合室,也可設計成為翻轉式的。排料時,將混合室傾斜一定的角度,便可卸出物料。螺帶是用扁金屬條彎成螺旋狀而制得的。為了加工的方便,也有將金屬條分段焊接并與轉軸相連接,形成一條整體螺帶。螺帶由旋轉軸帶動旋轉。


    臥式單螺帶混合機是簡單的螺帶混合機。當螺帶旋轉時,螺帶的推力棱面推動與其接觸的無聊沿螺旋方向移動。由于物料之間的相互摩擦作用,使得物料上、下翻滾,同時部分物料也沿著螺旋方向滑移,這樣就形成了螺帶推動棱面一側部分物料發生螺旋狀的軸向移動,而螺帶上部與四周的物料又補充到螺帶推力面的背側(拖曳側),于是發生了螺帶中心處物料與四周物料位置的更換。隨著螺帶的旋轉,推力棱面一側的物料漸漸堆積,物料的軸向移動現象減弱,僅發生上、下翻轉運動,所以臥式單螺帶混合機主要是靠物料的上、下運動達到徑向分布混合的。在軸線方向,物料的分布作用很弱,因而混合效果比不理想。[-page-] 
    ②斜放式單螺帶混合機   又稱連續螺旋混合機,其結構如圖3-9所示。在工作時,由加料斗進入的物料在送料螺桿的作用下被推到混合室內,混合室內旋轉著的螺帶攪動物料,使其上、下翻轉。同時其推力棱面推動物料向出料口方向移動,但由于重力的作用,向出料口移動的物料又沿著螺帶間的空隙及螺帶頂端與混合室壁的間隙下滑,形成了物料在混合室軸線上的往復運動。當螺帶轉速可調時,則可調整物料上移量與下滑量的比例及控制其在混合室的混合、停留時間。移至出料口的物料被連續排出,故形成了連續的混合過程。由于斜式單螺帶混合機可使物料在混合室徑向與軸向均發生分布混合,因而混合效果比臥式單螺帶混合機的好。同時由于其可連續進行混合,在操作上也有許多方便之處,故使用很廣泛。 


    ③臥式雙螺帶混合機   圖3-10所示為典型的臥式雙螺帶混合機,其兩根螺帶的螺旋方向是相反的。當螺帶轉軸旋轉時,兩根螺帶同時攪動物料,并作上、下翻轉,由于兩根螺帶的外緣回轉半徑不同,對物料的攪動速度亦不相同,這顯然有利于徑向分布的混合。與此同時,外螺帶將物料從右端推向左端,而內螺帶(外緣回轉半徑小的螺帶)又將物料從左端推
向右端,這使物料在混合室中形成了軸向的往復運動,產生了軸向的分布混合。雙螺帶混合機對物料的攪動作用較為強烈,因而除了具有分布作用外,尚有部分的分散作用,例如可使部分結塊的物料破碎。

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    ④立式螺帶混合機  圖3-11所示為立式螺帶混合機,其一般是雙軸雙混合室的結構。立式螺帶混合機的混合室是由兩個有錐度的圓筒相交組成。螺帶在混合室內豎直安放(它也有一定錐度),其外緣與混合室壁相接觸,螺帶的截面比臥式混合機的螺帶寬大。
    螺帶由驅動軸帶動旋轉,旋轉著的螺帶將物料沿壁面向上提起,當物料到達中心位置時又會落回底部,如此往復循環。同時,每個螺帶拖帶的物料又在混合錐筒相交處分別進人另一個混合錐筒,在兩個錐筒內形成了交錯的混合,即橫向流混合。因而立式雙螺帶混合機是較有效的混合設備,它不僅用于干粉狀或顆粒狀物料的混合,也可用于濕物料的混合。
    ⑤螺帶的形式  螺帶混合機的螺帶結構有多種形式,圖3-12所示為幾種常用的螺帶結構形式。 


    螺帶混合機的混合作用較為柔和,產生的摩擦熱很少,一般不需冷卻,除了作為一般混合設備外,還可作為冷卻混合設備,即將經熱混合器混合過的熱料排入螺帶混合機內,一邊經螺帶再混合,一邊進行冷卻,使排出的物料溫度降低,便于貯存。用于冷卻混合的螺帶混合機的混合室還設有冷卻夾套。
    臥式螺帶混合機的加料量取決于混合室的容積和螺帶外緣的大高度,為了增大混合效率,加料量應低于螺帶外緣大高度,而不應充滿整個混合室。有資料認為,加料容積應為混合室容積的40%一70%為宜。斜放式螺帶混合機是連續工作的,送料螺桿連續地向混合室推進物料,可用調整送料螺桿的轉速來控制混合時間和出料量。立式螺帶混合機的加料量應低于螺帶垂直方向的高度,即應留有物料在垂直方向運動的足夠空間。
    螺帶混合機的尺寸范圍很寬,小規格混合室的容積只有1L,大規格的可達14*103L。驅動功率一般為(3-40)kW/m3,是一種能耗較低的混合設備。