Míchací zařízení pro míchání vysoceviskózních polymerních tavenin (hnětače, kontinuální stroje)

Míchací zařízení pro míchání vysoceviskózních polymerních tavenin (hnětače, kontinuální stroje)

Hnětiče byly vyvinuty především pro míchání kaučukových směsí, když míchání na dvouválcích nestačilo plnit požadavky výroby.

Hnětiče nebo též hnětací stroje jsou robustní stroje na míchání a plastikaci makromolekulárních látek s přísadami hnětacími profilovanými rotory, otáčejícími se v uzavřeném prostoru. Podle talku působícího na hnětený materiál se rozlišují beztlaké, nízkotlaké (do 0,5 MPa) a vysokotlaké (do 1 MPa). Podle počtu otáček se rozdělují hnětače na pomaluběžné (do 30 min^-1) a rychloběžné (do 80 min^-1, případně i výše). Hnětač se obyčejně skládá z míchací komory 1, ve které se otáčejí protiběžné rotory 4. Komora se uzavírá shora klátem 2 a vyprazdňuje se spodním uzávěrem 7. Materiál se plní násypkou 3 s využitím odklápěcích dvířek. Prostor násypky je připojen na odsávání 8. Materiál je hněten jednak mezi rotory, jednak mezi rotory a stěnami komory. Tlak vyvozovaný klátem hnětení zintenzivňuje.

Velikost hnětače se určuje velikostí užitečného objemu hnětací komory. Malé laboratorní hnětače mají užitečný objem zpravidla až několik litrů, zatímco provozní hnětače mají tento objem jen zčásti. Tlak při hnětení p se vztahuje na průřez hrdla násypky.

Typy hnětačů

Během času se vyvinulo několik typů hnětačů, u nichž zásadním rozlišujícím znakem může být např. tvar a funkce hnětacích částí rotorů. Na následujícím obrázku jsou uvedeny tři typy, z nichž první dva – A,B – patří k tlakovým hnětačům. Poslední typ (C) je beztlakový. Tlakové hnětače se liší otáčkami a polohou rotoru k sobě navzájem. Typ Intermix (A) má stejné otáčky u obou rotorů a hnětací části spolu zabírají. Materiál je hněten především v profilech mezi rotory. Typ Banbury (B) má rozdílné otáčky rotoru a hnětači části spolu nezabírají. Poměr otáček předního a zadního rotoru bývá asi 1 : 1,15; až 1 : 1,18. Hnětení probíhá jak mezi rotory, tak také mezi rotory a stěnami komory. Konstrukce mohou být upraveny hnětače, podle výrobce.

Fréma a pohon

Fréma umožňuje uložení všech hlavních částí hnětače. Fréma bývá skříňové kostrukce, uložená na betonovém základě. Tvarově je uzpůsobena tak, aby komora se vyprazdňovala (nejčastěji spodem) přímo do dalšího zařízení nebo transportér. Fréma bývá odlitá ze šedé litiny případně též svařena z profilů.

Rotory

Rotor hnětiče je namáhán vnějšími silami na ohyb, kroucení a tah nebo tlak. Vnější síly pocházejí od vlastní tíhy a od míchání směsi. Rotory se zhotovují odléváním z ocelolitiny nebo kováním z legované oceli jako nedělené případně dělené.

Komora a ucpávky

Komora hnětiče představuje tvarově složitý a vysoce namáhaný dílec. Může být řešena jako duté těleso, uzavřené na čelech bočnicemi, ve kterých jsou pak umístěny ucpávky. Komory se vždy temperují. Při zpracování kaučuků se obyčejně jenom chladí. Chlazení může být sprchové nebo kanálkové. Na vnitřní pracovní plochy komor je navařena vrstva tvrdého kovu, aby se zvýšila odolnost proti opotřebení. V bočnicích jsou zpravidla ucpávky pro utěsnění rotoru. Požaduje se u nich pracovní spolehlivost a dlouhá životnost.

Násypka a uzávěr

Násypka umožňuje plnění komory složkami směsi. Ve spodní části komory je uzávěr, který je buď posuvný, nebo odklopný

Kontinuální hnětiče

Požadavky na zvyšování produkce i kvality při přípravě směsi a úspor energie vedly k vývoji hnětačů a míchaček s plynulým provozem. V podstatě jde vesměs o jednošnekové či vícešnekové stroje, které však s ohledem na druhy zpracovávaných materiálů mají různé konstrukční provedení.

Hnětič ,,Rotomil,, a Gordon

Kaučuk vstupuje násypkou 3 do šneku 1, ve kterém se rozpracuje a dopraví do míchaího šneku 2, který má závity s velkým úhlem stoupání. Potřebné složky směsi se dávkují pomocnými plnícími otvory 4 a 5. Zamíchaná směs se plynule dodává do vytlačovací hlavy, kde se formuje do vhodné formy (pás, granule apod.).

K plastikaci přírodního kaučuku se používá šnekový hnětič Gordon. Šnek 1 se otáčí v pracovním válci 2, který má chladící komory. Šnek 1 má vrtání pro vodní chlazení, je uložen v robustním ložisku 10 a pomocném ložisku 11. Asi v polovině je závit šneku přerušen a do tohoto prostoru zasahují profily 4, které překládají kaučuk před posuvem, může nastavit vůle a tím ovlivnit poměry po délce šneku. K nastavování polohy pneumaticky ovládaný beran 8. K zajištění polohy ve zvednuté poloze slouží západka 9, nezávisle na tlaku v potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu. Plastikovaný kaučuk vystupuje z hlavy 3 ve tvaru hadice, která se ihned rozřezává nožem 6 a rozvinuje do pásu. Pás se dále chladí na dopravníku 12. Stroje mají měrnou spotřebu energie kolem 200 Wh.kg^-1.

Hnětič ,,Transfermix,,

Tento typ hnětiče má šnek kuželového tvaru a hloubka šnekového profilu se po délce šneku mění. Původní hluboký profil postupně vymizí a jeho hloubka se opět zvětšuje. Závitový profil má však také válec 3, který případně může mít obrácený smysl otáčení než šnek 2. Takovéto uspořádání šnekových profilů umožňuje intenzívní hnětení materiálu v celé hloubce. Budeme-li označovat každý přechod materiálu ze šneku do válce, nebo obráceně za stupeň.

Hnětič KO

Hnětič KO se používá k přípravě směsí PVC, má šnek s přerušovaným závitem, který koná složený rotační a axiálně oscilační pohyb, Pracovní válec 2 je vertikálně dělen kvůli montáži a čistění. Čepy 3 zabraňují pohybu materiálu se šnekem a vytvářejí se šnekovým závitem ,,štěrbiny,, s intenzivním hnětením. Šnek 3 je poháněn přes převodovku. Hřídel 1 prochází drážkovým pouzdrem 2 a je uchycena v axiálním uložení 5, které je spojeno ojnicemi 4 s výstředníky 3. Otáčivý pohyb od řemenice se přenáší ozubenými převody na výstředníkový hřídel a kuželovými koly na pouzdro 2. Hřídel 1 tak dostává současně rotační a osově posuvný vratný pohyb. Zdvih je dán velikostí výstřednosti e. Šnek i racovní válec jsou připojeny na samostatné temperanční okruhy. Materiál, obyčejně předmíchaná směs, vstupuje do šneku z násypky, která je opatřena míchadlem, případně i podávacím šnekem. Lze také dávkovat jednotlivé sypké složky do předmíchacího šneku, který je dopravuje do hlavního šneku. Kapalné složky směsi se dávkují až do pracovního válce dávkovacím čerpadlem. Hnětiče KO se používají též jako zásobovací jednotky pro válcovací stroje na fólie. Měrná spotřeba energie kolem 180 Wh.kg^-1.

Hnětiče se dvěma šneky

Řešení hnětačů s dvěma šneky má některé rysy probírané u dvoušnekových vytlačovacích strojů. Šneky mohou mít souhlasný nebo opačný smysl otáčení, mohou spolu zabírat nebo také nikoliv a mohou mít stejnou nebo nestejnou délku. Příkladem řešení hnětače s opačnými smysly otáčení šneku je hnětič FCM firmy Farrel.

Statické směšovače

Až dosud jsme probírali zařízení, kdy míchací nádoba čí míchadlo byly pohyblivé. Proudící prostředí lze však také míchat usměrňováním dílčích proudů kolem pevných vhodně upravených vestaveb. Takové vestavby se nazývají statické směšovače, protože jsou nepohyblivé. Vestavby kontinuálně rozdělují proudící kapalinu do jednotlivých proudů, které se po proběhnutí nestejných drah znova spojují. Tím se dosahuje směšovacího účinku. Energie k míchání je dodávána čerpadlem. Na statických směšovačích lze homogenizovat všechny čekatelné látky.

Ve srovnání s klasickými míchačkami mají statické směšovače zejména tyto charakteristické znaky:

-        Pracují kontinuálně v širokém rozmezí viskozit

-        Jakost míchání závisí na délce směšovače

-        Investiční a provozní náklady jsou vesměs nízké

-        Jsou spolehlivé a prakticky nevyžadují údržbu 

Další hnětiče:

Hnětič se dvěma šneky za sebou

Hnětiče se dvěma šneky (dvoušnekový stroj DSM, stroj ZSK)

Hnětič pro přípravu granulátu (plastikátor ,,Wacker,,)