Вспомогательное оборудование заводов пластмасс

Оборудование для смешения полимерных материалов

Процессы смешения. Классификация смесителей

В производстве смол и в переработке полимерных материалов все возрастающее значение приобретают процессы, связанные с введением таких компонентов, как катализаторы (инициаторы), пластификаторы, стабилизаторы, красители, наполнители и т. д. При этом в одних случаях смешению подвергаются сыпучие материалы (например, в производстве фенолоформальдегидных пресс-порошков), в других — порошкообразные, гранулированные или волокнистые материалы с жидкими компонентами (в производстве полимерных паст, волокнитов, винипластов и фаолитов), в третьих случаях — полимеры с полимерами (например, в производстве ударопрочного полистирола). Иногда механическое смешение сопровождается физико-химическими процессами.

Смесителями называют машины или аппараты, предназначенные для осуществления процесса смешения материалов. Под процессом смешения принято понимать такой механический процесс, в результате которого первоначально находящиеся раздельно компоненты после равномерного распределения каждого из них в объеме смешения образуют однородную смесь. Термин «перемешивание» больше связан со следствием воздействия рабочего органа на перемешиваемый материал: процесс перемешивания не обязательно должен привести смесь к однородному состоянию; в некоторых случаях его используют для разделения смеси на отдельные компоненты.

Обратным процессу смешения является процесс сегрегации, приводящий к разделению смеси на отдельные компоненты.

В состав смесей может входить различное число компонентов (есть композиции, в состав которых входит несколько десятков компонентов). Соотношение количеств компонентов в смеси изменяется в широком диапазоне, иногда отношение масс компонентов в смеси составляет 1:10⁶.

Рассмотрим конструкции и методики расчета смесителей для сыпучих и пастообразных материалов.

В процессе смешения в рабочем объеме смесителя происходит взаимное перемещение частиц разных компонентов, находящихся до перемешивания раздельно или в неоднородно внедренном состоянии. В результате перемещений возможно бесконечное разнообразие расположения частиц в рабочем объеме смесителя. В этих условиях соотношение компонентов в микрообъемах смеси — величина случайная, поэтому большая часть известных методов оценки однородности (качества) смеси основана на методах статистического анализа.

Для упрощения расчетов все смеси условно считают двухкомпонентными, состоящими из так называемого ключевого компонента и условного, включающего все остальные компоненты смеси. Подобный прием позволяет оценивать однородность смеси параметрами распределения одной случайной величины — содержанием ключевого компонента в пробах смеси. В качестве ключевого компонента обычно выбирают такой компонент, который либо легко определяется, либо распределение его в смеси особенно важно по техническим требованиям.

В качестве критерия однородности смеси используют коэффициент вариации V_c, %:

где F — среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента во всех п пробах смеси, %; с_{ — концентрация ключевого компонента в /-Й пробе смеси, %.

Применительно к процессу смешения сыпучих материалов этот критерий называют коэффициентом неоднородности, так как с его увеличением неоднородность смеси возрастает.

Необходимую массу пробы смеси сыпучих материалов принимают в зависимости от используемого метода анализа проб на содержание в них ключевого компонента. Обычно масса пробы колеблется в пределах от 1 до 10 г.