DE4128549A1

DE4128549A1 - Misch- und ruehrvorrichtung

Info

Publication number: DE4128549A1
Application number: DE4128549A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Fujiwara; Nobuyoshi Aono
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1992-03-12
Also published as: JPH0611389B2; JPH04118035A; TW197958B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen und Rühren zweier oder mehrerer Arten flüssiger Substanzen, die dann in eine Form oder dergleichen ge gossen werden, wenn flüssige Harze, z. B. eine Polyur ethanharzlösung zu einem Kunststofferzeugung geformt werden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung, die zum Mischen und Rühren thermisch aushärtender Harze geeignet ist, die bei hohen Tempera turen, etwa 100°C und darüber, aushärten.

Wenn beispielsweise eine Reinigungsklinge (Rakel) aus Polyurethan für elektrofotografische Kopierer in einem Formwerkzeug geformt werden soll, ist das flüssige Mate rial normalerweise ein Urethanprepolymer, das mit einem Vernetzungsmittel, z. B. einem Polyol mit niedrigem Mole kulargewicht, vermischt und verrührt wird.

Die Anmelderin hat bereits eine Vorrichtung, die zum Mischen und Rühren zweier derartiger oder mehrerer Arten flüssiger Substanzen und anschließendes Gießen in ein Formwerkzeug geeignet ist, mit folgendem Aufbau ent wickelt: Wie Fig. 4 zeigt, ist in einer Kammer 51 ein Rotor 57 zum Rühren mit seinem oberen Ende an einer drehbaren Welle 58 gelagert. Durch mehrere Einlaßöffnun gen 52, 53 im oberen Ende der Kammer 51 werden flüssige Substanzen eingeleitet. Die flüssigen Substanzen werden durch den Rotor 57 gerührt und vermischt, und dann werden sie durch ein Ausgußrohr 54 am unteren Ende der Kammer 51 ausgegossen. Auf den Seitenflächen des Rotors 57 ist eine große Anzahl von Vorsprüngen 57a in Abständen verteilt angeordnet, und das untere Ende des Rotors 57 ist entsprechend der Form der Kammer 51 konisch ge formt. Die Kammer 51 ist, ausgenommen ihr Boden, mit einem Kühlmantel 55 versehen.

Die Misch- und Rührvorrichtung nach Fig. 4 vermischt und rührt die flüssigen Substanzen in der Kammer 51, während sie durch den Kühlmantel 55, der am Umfang der Kammer 51 vorgesehen ist, gekühlt werden. Wenn daher ein langsam härtendes Mittel mit dem Urethanprepolymer vermisch und verrührt wird, steigt die Temperatur der flüssigen Substanzen nicht erheblich an, oder die Reak tion dieser Substanzen wird nicht plötzlich beschleunigt. Die flüssigen Substanzen härten daher praktisch nicht aus und bleiben nicht im Behälter 51 kleben.

Wenn dagegen eine rasch aushärtende Harzflüssigkeit gemischt und gerührt wird, um die Formungszeit eines Harzerzeugnisses erheblich zu verkürzen und dadurch die Produktivität zu verbessern und die Herstellungs kosten zu verringern, treten bei der erwähnten Vorrich tung jedoch die folgenden Schwierigkeiten auf.

Es wurde ein Vernetzungsmittel durch Zusetzen eines Aushärtungskatalysators, z. B. Imidazol, zu dem erwähnten Vernetzungsmittel, z. B. einem Polyol mit niedrigem Mole kulargewicht, hergestellt. Das resultierende Vernetzungs mittel wurde mit einem Urethanprepolymer vermischt und verrührt, und die gemischte Flüssigkeit wurde intermit tierend der Reihe nach in eine bestimmte Anzahl von Formwerkzeugen gefüllt. Nach einiger Zeit begann die gemischte Flüssigkeit allmählich zu gelieren und an der Innenwand der Kammer und um die Ausgußöffnung herum festzukleben, so daß der Ausfluß innerhalb von sieben bis zehn Minuten abnahm und das Mischungsverhältnis der flüssigen Substanzen unzureichend wurde. Dies wurde hauptsächlich auf folgendes zurückgeführt:
1) In der Misch- und Rührvorrichtung nach Fig. 4 gibt es eine Art toten Raum in dem Rührraum zwischen der Innenwand der Kammer 51 und dem Rotor 57, und der Durchfluß der gemischten Flüssigkeit stagnierte in dem toten Raum.
2) Da der Kühlmantel 55 nicht um das Ausgußrohr 54 herum vorgesehen war, neigte die gemischte Flüssigkeit dazu, darin auszuhärten, wenn das Ausgießen unterbrochen wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten bei der Misch- und Rührvorrichtung nach Fig. 4 zu vermeiden, indem eine Misch- und Rührvorrich tung angegeben wird, bei der, wenn eine rasch aushärten de Harzflüssigkeit gemischt und gerührt wird, die ge mischte Flüssigkeit in der Kammer nicht aushärtet und festklebt, so daß die Vorrichtung ein stabiles Mischen und Rühren über eine lange Zeit ermöglicht und zur Ver besserung der Effektivität der Herstellung von Harz erzeugnissen beiträgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgese hen:

a) Eine Misch- und Rührvorrichtung zum Rühren und Mischen zweier oder mehrerer flüssiger Substanzen und anschließenden Ausgießen des Gemisches, bei der ein zum Rühren dienender Rotor in der Mitte seines oberen Endes drehbar in einer Kammer der Vorrichtung gelagert ist, wobei die Kammer Einlaßöffnungen für die flüssigen Substanzen in ihrem oberen Ende und ein Ausgußrohr für eine flüssige Substanz in ihrer unteren Mitte aufweist,
b) der Boden der Kammer ist zur Einlaßseite des Ausguß rohres geneigt,
c) das untere Ende des Rotors ist so geformt, daß es der unteren Form der Kammer entspricht,
d) am unteren Ende des Rotors sind zur Beförderung der flüssigen Substanz mehrere Flügel vorgesehen, die in einer solchen Richtung geneigt sind, daß die flüssige Substanz zum Ausgußrohr hin befördert wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird,
e) am Umfang des Rotors ist eine große Anzahl von Vorsprüngen vorgesehen,
f) in der unteren Mitte des Rotors ist eine vorstehende Gewindestange vorgesehen, die in die Ausgußöffnung ein geführt und deren Gewinde in einer solchen Richtung geschnitten ist, daß die flüssige Substanz ausgegossen wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird, und
g) um die Kammer und das Ausgußrohr herum sind Kühl mäntel angeordnet.

Bei dieser Misch- und Rührvorrichtung werden zwei oder mehrere Arten flüssiger Substanzen in die Kammer einge lassen und dann durch die große Anzahl von Vorsprüngen des Rotors verrührt und vermischt, während sie an der Innenwand der Kammer nach unten fließen. Da die gemisch te Flüssigkeit (flüssiges Harz) durch ein Kühlmittel, das durch den umlaufenden Kühlmantel strömt, gekühlt wird, werden die chemischen Reaktionen und die Erzeugung von Wärme beim Mischen gesteuert. Die gemischte Flüssig keit wird wirksam gerührt und erreicht schließlich den Boden der Kammer. Dann wird die Flüssigkeit durch die Vielzahl von Flügeln, die am unteren Ende des Rotors angebracht sind, zum Ausgußrohr befördert, wobei sie gleichzeitig gerührt wird. Auf diese Weise wird verhin dert, daß die gemischte Flüssigkeit am Boden der Kammer stagniert. Innerhalb des Ausgußrohres wird die gemischte Flüssigkeit durch die Gewindestange weiter gerührt und zur Ausgußöffnung im unteren Ende der Kammer befördert. Da die gemischte Flüssigkeit ferner durch das Kühlmittel gekühlt wird, das durch die die Kammer und das Ausguß rohr umgebenden Kühlmäntel strömt, werden die chemischen Reaktionen und die Wärmeerzeugung beim Mischen gesteu ert. Wenn daher die gemischte Flüssigkeit intermittie rend in eine große Anzahl von Formwerkzeugen gegossen wird, wird verhindert, daß sie in dem Ausgußrohr oder um die Einlaßseite des Ausgußrohres herum aushärtet oder anklebt, selbst wenn das Ausgießen der gemischten Flüssigkeit kurzzeitig unterbrochen wird.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs beispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt einer erfindungs gemäßen Misch- und Rührvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor,

Fig. 3 eine Unteransicht des Rotors und

Fig. 4 einen teilweisen Axialschnitt der früher von der Anmelderin entwickelten Misch- und Rührvor richtung.

Nach Fig. 1 enthält die Vorrichtung 1 ein zylindrisches Gehäuse 2 mit einer inneren Umfangswand, deren Innen durchmesser zum Boden hin allmählich abnimmt, ein etwa halbkugelförmiges unteres Gehäuse 3, das an der unteren Öffnung des Gehäuses 2 mit einer dazwischenliegenden Dichtung 11 angeschlossen ist, und einen Deckel 4, der an der oberen Öffnung des Gehäuses 2 angeschlossen ist, wobei eine Dichtung 12 dazwischen angeordnet ist.

In der Mitte des Deckels 4 befindet sich eine Öffnung 4a. Um die Öffnung 4a herum sind eine Einlaßöffnung 4b für eine flüssige Substanz A und eine Einlaßöffnung 4c für eine flüssige Substanz B angeordnet. Das Gehäuse 2 ist von einem Kühlmantel 5 umgeben, der auf der einen Seite mit einer Einlaßöffnung 5a für ein Kühlmittel (z. B. Luft oder Wasser) und auf der anderen Seite mit einer Auslaßöffnung 5b für das Kühlmittel versehen ist. In der Mitte des unteren Gehäuses 3 ragt ein Ausgußrohr 3a nach unten, das ebenso wie das Gehäuse 3 von einem Kühlmantel 6 umgeben ist. Auf der einen Seite ist der Kühlmantel 6 mit einer Einlaßöffnung 6a für das Kühlmit tel und auf der anderen Seite mit einer Auslaßöffnung 6b für das Kühlmittel versehen.

Innerhalb der Kammer 1a ist ein Rotor 7 zum Rühren dreh bar gelagert. Der Rotor 7 wird von einer drehbaren Welle 8 getragen, die durch die Öffnung 4a ragt. In dem Spalt zwischen der Welle 8 und der Öffnung 4a ist eine Lager dichtung 8a angeordnet. Das obere Ende der Lagerdich tung 8a wird durch eine Feder 8c über einen Halter 8b nach unten gedrückt.

Der Rotor 7 ist oben in der Mitte, siehe auch Fig. 2, mit einer Gewindebohrung 7a versehen, in die die Welle 8 geschraubt ist. Der obere Abschnitt des Rotors 7 ver jüngt sich leicht konisch nach unten. Auf dem Umfang des Rotors 7 ist eine große Anzahl von Vorsprüngen 7b in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung und in vorbestimmten Abständen in vertikaler Richtung vorge sehen.

Der untere Abschnitt des Rotors 7 ist etwa halbkugel förmig, entsprechend der Form des unteren Gehäuses 3, ausgebildet und einteilig mit mehreren Flügeln oder Schaufeln 9 wie die einer Windturbine versehen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Richtung der Flügel 9 ist so gewählt, daß die flüssige Substanz aus der Kammer 1a in das Ausgußrohr 3a befördert wird, wenn der Rotor 7 im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Von der unteren Mitte des Rotors 7 ragt eine bohrerförmi ge Gewindestange 10 (Schnecke) nach unten in das Ausguß rohr 3a. Die Richtung des Gewindes 10a der Gewindestange 10 ist so gewählt, daß die flüssige Substanz in dem Ausgußrohr 3a nach unten befördert wird, wenn der Rotor 7 im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Nachstehend wird ein spezielles Anwendungsbeispiel der beschriebenen Misch- und Rührvorrichtung beschrieben.

Zur Herstellung einer Reinigungsklinge (Rakel) aus Poly urethan wurde eine Misch- und Rührvorrichtung mit einem Kammer-Fassungvermögen von 30 ccm verwendet. Die Dreh zahl des Rotors 7 betrugt 1500 U/min und der Ausguß- Durchfluß 90 g/min.

Vermischt und verrührt wurden zwei flüssige Substanzen A und B. Die flüssige Substanz A (ein Urethanprepolymer), das Basisharz, war ein Polyol mit einem hohen Molekular gewicht (in einer Menge von 100 Gewichtsteilen), das mit Polyisocyanat (in einer Menge von 41 Gewichtsteilen) bei 70°C zur Reaktion gebracht wurde. Die flüssige Sub stanz B, das Vernetzungsmittel, war 1,4-Butandiol (in einer Menge von 5,9 Gewichtsteilen) und Trimethylolpropan (in einer Menge von 3,9 Gewichtsteilen), gemischt mit 1,2-Dimethylimidazol (in einer Menge von 0,15 Gewichts teilen) als Katalysator zur Aushärtungsbeschleunigung bei 100°C.

Die auf 70°C erwärmte flüssige Substanz A mit einer Viskosität von 2000 Centipoise wurde durch die Einlaß öffnung 4b und die flüssige Substanz B mit 50°C und 100 Centipoise durch die Einlaßöffnung 4c in die Kammer 1a gefüllt. Das Gewichtsverhältnis der beiden Substanzen A zu B betrug 100 : 6,9.

Eine große Anzahl von Formwerkzeugen für die Reinigungs klinge wurde vorbereitet und auf 145°C vorgewärmt. Die durch die Misch- und Rührvorrichtung gemischte und ver rührte flüssige Substanz wurde nacheinander (intermit tierend) in die Formwerkzeuge gegossen. Die Füllzeit und die Unterbrechungszeit betrugen jeweils 6 Sekunden. Das Urethanprepolymer härtete in etwa zwei bis drei Minuten aus und wurde danach erfolgreich aus dem Form werkzeug entfernt.

Die Reinigungsklingen wurden daher durch Verwendung der erwähnten schnellaushärtenden Harzflüssigkeit in kurzer Zeit erfolgreich geformt.

Darüber hinaus war die Adhäsion der Harzflüssigkeit an der Innenwand der Kammer 1a und an der Innenwand des Ausgußrohres 3a der vorliegenden Vorrichtung äußerst langsam im Vergleich zu der Vorrichtung nach Fig. 4, so daß es möglich war, die vorliegende Vorrichtung kon tinuierlich 150 Minuten lang zu betreiben. Mit anderen Worten, die aus dem Ausgußrohr 3a austretende Harzflüs sigkeit verblieb 150 Minuten lang hinsichtlich des Mi schungsverhältnisses und des Austrittsdurchflusses in geeignetem Zustand. Durch die Steigerung der kontinuier lichen Betriebszeit auf 150 Minuten war die Vorrichtung für alle praktischen Anwendungsfälle hinreichend geeig net. Die erwähnten Betriebsdaten gelten für das Mischen der nach dem vollständigen Prepolymer-Verfahren herge stellten flüssigen Substanzen A und B. Es ist jedoch auch möglich, die kontinuierliche Betriebszeit noch weiter zu steigern, wenn eine Harzflüssigkeit durch Mischen flüssiger Materialien hergestellt wird, die beide zuvor nach dem Pseudoprepolymer-Verfahren herge stellt wurden, so daß das Verhältnis der beiden Substan zen etwa 1 : 1 ist und die Viskositäten beider Substanzen ungefähr gleich sind.

Die kontinuierliche Betriebszeit wurde auf folgende Weise ermittelt. Die flüssige Substanz A (Basisharz) und die flüssige Substanz B (Aushärtungsmittel) wurden aus ihren (nicht dargestellten) Vorratsbehältern jeweils über die Einlaßöffnungen 4b und 4c in die Kammer 1a gepumpt. Bei Betriebsbeginn wurden die Drücke der in ihre jeweiligen Vorratsbehälter gepumpten flüssigen Substanzen und die Drücke der durch die Einlaßöffnungen 4b und 4c in die Kammer 1a gepumpten flüssigen Substan zen jeweils auf den gleichen Wert eingestellt. Die auf diese Weise eingestellten Druckwerte wurden als Norm werte verwendet, und auf der Basis der Nenndaten der jeweiligen Pumpe wurde die Zeit bis zum Anstieg des Drucks der flüssigen Substanz A auf 2,0 kg/cm² oder die Zeit bis zum Anstieg des Drucks der flüssigen Sub stanz B auf 0,3 kg/cm³ als die kontinuierliche Betriebs zeit angenommen. Nach Betriebsbeginn stiegen die Ein gangsdrücke auf seiten der flüssigen Substanz A und auf seiten der flüssigen Substanz B mit der Zeit allmäh lich an, wobei der Eingangsdruck auf seiten der flüssi gen Substanz B den Wert von 0,3 kg/cm² überschritt, bevor der Eingangsdruck auf seiten der flüssigen Sub stanz A 2,0 kg/cm² erreichte, und die Zeit bis zu diesem Punkt betrug 150 Minuten. Es sei jedoch darauf hinge wiesen, daß die kritischen Drücke nicht konstant sind, vielmehr von den Viskositäten der flüssigen Substanzen A und B, den Rohrbohrungsdurchmessern, der Austrittsmenge pro Zeit usw. abhängen. Das Mischungsverhältnis der in ein Formwerkzeug unmittelbar vor dem erwähnten Zeit punkt gefüllten Harzflüssigkeit wurde überprüft. Es lag in dem angemessenen (zulässigen) Bereich, und der Formling (das Harzerzeugnis) erfüllte die Anforderungen.

Vorstehend wurde der Fall des Mischens und Rührens einer schnellaushärtenden Polyurethan-Harzflüssigkeit geschil dert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf die Verwendung derartiger Harzflüssigkeiten be schränkt. Vielmehr kann sie zum Vermischen und Verrühren einer Vielzahl anderer Harzflüssigkeiten verwenden wer den.

Nach allem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende Vorteile:
Da alle Teile, wo die flüssigen Substanzen in der Kammer stagnieren könnten, minimiert sind und der Raum in dem Ausgußrohr sowie in der Kammer gekühlt wird, wird ver hindert, daß die gemischte Flüssigkeit, insbesondere wenn schnellaushärtende Harzflüssigkeiten vermischt und verrührt werden, in der Kammer oder im Ausgußrohr in kurzer Zeit aushärtet und an den Innenwänden fest klebt. Das Mischen und Rühren der flüssigen Substanzen kann daher über lange Zeit stabil durchgeführt werden. Die Vorrichtung gestattet mithin die Verwendung schnell aushärtender Harzflüssigkeiten, was wiederum die Produk tivität bei der Herstellung von Harzerzeugnissen erheb lich steigert sowie eine Massenproduktion und damit eine Verringerung der Kosten ermöglicht.

Claims

Vorrichtung zum Rühren und Mischen zweier oder mehrerer Arten flüssiger Substanzen und anschließenden Ausgießen des Gemisches, bei der zum Rühren ein Rotor an seinem oberen mittleren Ende drehbar gelagert und in der Kammer der Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Kammer Einlaß öffnungen für flüssige Substanzen in ihrem oberen Ende und ein Ausgußrohr für eine flüssige Substanz in ihrer unteren Mitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Kammer zur Einlaßöffnung des Ausgußrohres geneigt, das untere Ende des Rotors entsprechend der unteren Form der Kammer geformt und eine Vielzahl von Flügeln zur Beförderung der flüssigen Substanz am unte ren Ende des Rotors vorgesehen ist, wobei die Flügel in einer solchen Richtung geneigt sind, daß die flüssi ge Substanz zum Ausgußrohr hin befördert wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird, daß eine große Anzahl von Vorsprüngen über den Umfang des Rotors ver teilt angeordnet ist, daß am unteren Ende des Rotors eine Gewindestange vorsteht und in das Ausgußrohr ragt, wobei das Gewinde der Gewindestange in einer solchen Richtung geschnitten ist, daß die flüssige Substanz ausgestoßen wird, wenn der Rotor im Uhrzeigersinn ge dreht wird, und daß Kühlmäntel um die Kammer und das Ausgußrohr herum angeordnet sind.