RU2197386C2 - Device for mixing of polymer material with metal filler - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of machines for production of highly filled metal-containing polymer compositions. SUBSTANCE: device has hollow cylinder accommodating working member and drive for its rotation. Device is provided with drum and drive for its rotation, cylinder for supply of polymer melt to rotary drum, bin with particles of metal filler and rolling-on roller for rolling-in of metal powder layer into layer of polymer melt with production of metal-containing polymer composition with 30-35% of polymer binder and 65-70% of metal filler. Device has bath for cooling of metal-containing polymer composition and knife. EFFECT: production of highly filled metal-containing polymer composition with uniform distribution of filler in matrix and higher quality of composite material. 1 dwg

Description

Изобретение относится к полимерному машиностроению и может быть использовано для получения высоконаполненных металлополимерных композиций. The invention relates to polymer engineering and can be used to obtain highly filled metal-polymer compositions.

Известно устройство для смешивания полимерного материала с металлическим наполнителем, содержащее полый цилиндр с размещенным в нем рабочим органом, привод вращения рабочего органа (см. авторское свидетельство 1657388, кл. В 29 В 7/42, опублик. 23.06.1991). A device for mixing a polymer material with a metal filler, containing a hollow cylinder with a working body located in it, a drive for rotating the working body (see copyright certificate 1657388, class. 29 B 7/42, published. 23.06.1991).

Недостатком известного устройства является то, что из-за высокого коэффициента внешнего трения между поверхностью рабочего органа и получаемым материалом невозможно получить высоконаполненную металлополимерную композицию, где металлический наполнитель (металлический порошок) составляет 65-70%. Следствием высокого коэффициента внешнего трения между поверхностью рабочего органа и получаемым материалом является большая потребляемая мощность силового привода, недостаточная прочность и жесткость рабочего органа из-за большого абразивно-механического износа. A disadvantage of the known device is that due to the high coefficient of external friction between the surface of the working body and the resulting material, it is impossible to obtain a highly filled metal-polymer composition, where the metal filler (metal powder) is 65-70%. The consequence of the high coefficient of external friction between the surface of the working body and the resulting material is a large power consumption of the power drive, insufficient strength and rigidity of the working body due to the large abrasive-mechanical wear.

Технический результат изобретения состоит в возможности получения высоконаполненных металлополимерных композиций, содержащих 65-70% металлического наполнителя. The technical result of the invention consists in the possibility of obtaining highly filled metal-polymer compositions containing 65-70% of a metal filler.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для смешивания полимерного материала с металлическим наполнителем, содержащее полый цилиндр с размещенным в нем рабочим органом, привод вращения рабочего органа, согласно изобретению снабжено барабаном с приводом его вращения, цилиндром для подачи расплава на вращающийся барабан, бункером с частицами металлического наполнителя, прикатывающим роликом для вкатывания слоя металлического порошка в слой расплава полимера с получением металлополимерной композиции, содержащей 30-35% полимерного связующего и 65-70% металлического наполнителя, охлаждающую ванну металлополимерной композиции и нож. The technical result is achieved due to the fact that a device for mixing a polymer material with a metal filler, containing a hollow cylinder with a working body located in it, a drive for rotating the working body, according to the invention, is equipped with a drum with a drive for rotating it, a cylinder for supplying melt to a rotating drum, a hopper with particles of a metal filler, a rolling roller for rolling a layer of metal powder into a layer of polymer melt to obtain a metal-polymer composition containing 30-35% polymer binder and 65-70% metal filler, a metal-cooling bath composition and a knife.

На чертеже показан общий вид предлагаемого устройства. The drawing shows a General view of the proposed device.

Устройство содержит цилиндр 1, внутри которого размещается рабочий орган 2 (например, червяк), формующую плоскощелевую головку 3, барабан 4, бункер 6 для частиц металлического наполнителя, прикатывающий ролик 7, охлаждающую ванну 8 металлополимерной композиции, нож 9 и ножевой измельчитель 10. The device comprises a cylinder 1, inside which a working body 2 (for example, a worm) is placed, a forming flat-slotted head 3, a drum 4, a hopper 6 for particles of metal filler, a rolling roller 7, a cooling bath 8 of the metal-polymer composition, a knife 9 and a knife chopper 10.

В предложенном устройстве цилиндр 1 служит для разогрева гранулированного полимера и перевода его в расплавленное (вязкотекучее) состояние с помощью электронагрева, рабочий орган 2 (червяк) - для транспортировки расплава вдоль цилиндра и его подачи под давлением в плоскощелевую головку, из которой расплав полимера выходит в виде тонкого слоя прямоугольной формы. Барабан 4 предназначен для непрерывного приема слоя расплавленного до вязкотекучего состояния полимера и дальнейшей транспортировки металлополимерной композиции в охлаждающую ванну 8. Ролик 7 служит рабочим элементом для вкатывания и равномерного распределения металлического порошка в слое полимера, а охлаждающая ванна позволяет перевести полимерное связующее в твердое состояние и придать металлополимерной композиции прочность и жесткость за короткий промежуток времени, который определяется скоростью подачи расплава на барабан и его вращением. In the proposed device, cylinder 1 serves to heat the granular polymer and transfer it to a molten (viscous) state by means of electric heating, working body 2 (worm) - for transporting the melt along the cylinder and supplying it under pressure to a flat slot head, from which the polymer melt leaves a thin layer of rectangular shape. Drum 4 is designed for continuous reception of a layer of polymer melted to a viscous flow state and further transportation of the metal-polymer composition into the cooling bath 8. The roller 7 serves as a working element for rolling in and uniformly distributing the metal powder in the polymer layer, and the cooling bath allows the polymer binder to become solid and impart metal-polymer composition strength and stiffness for a short period of time, which is determined by the feed rate of the melt to the drum and th rotation.

Бункер 6 предназначен для подачи металлического порошка на слой расплава полимера при их контактном взаимодействии в процессе вращения барабана. Неподвижный нож служит для отделения слоя металлополимерной композиции от поверхности барабана при его вращении, а ножевой измельчитель предназначен для измельчения металлополимерной композиции в крошку соответствующей крупности, обеспечивающей ей такие необходимые технологические свойства как, например, текучесть при заполнении пресс-формы при формовании конструкционных изделий. The hopper 6 is designed to supply metal powder to the polymer melt layer during their contact interaction during the rotation of the drum. A fixed knife serves to separate the layer of the metal-polymer composition from the surface of the drum during its rotation, and the knife chopper is designed to grind the metal-polymer composition into crumbs of the appropriate size, providing it with such necessary technological properties as, for example, fluidity when filling a mold when molding structural products.

Устройство работает следующим образом. Гранулированный полимерный материал в цилиндре за счет тепла электронагрева нагревается до вязкотекучего состояния и с помощью рабочего органа (червяка) подается под давлением в плоско-щелевую головку, а затем тонким слоем 3-4 мм ложится на вращающийся барабан. Таким образом формируется слой-подложка 5 расплава полимера, которая при вращении барабана от привода проходит через зазор, образованный нижней кромкой плоскощелевого бункера и верхней поверхностью слоя-подложки полимера. В бункер засыпается металлический порошок, который, находясь на поверхности слоя-подложки, при вращении барабана вытягивается слоем равномерной высоты, образуя вместе с расплавом полимера двухслойную ленту. Ширина плоскощелевого конусного бункера равна ширине плоскощелевой головки и ширине барабана. На выходе из бункера зазор регулируется, тем самым обеспечивается регулирование толщины слоя металлического порошка, находящегося на слое-подложке полимера. При дальнейшем совместном движении барабана двухслойная лента подается в зазор между барабаном и прикатывающим роликом, имеющим свободное вращение. При этом ролик вкатывает (вдавливает) тонкий слой металлического порошка в соизмеримый с ним слой расплава полимера, который равномерно распределяется в нем как по толщине, так и ширине, образуя композицию с 30-35% полимерного связующего и 65-70% металлического наполнителя. The device operates as follows. The granular polymer material in the cylinder is heated to a viscous state due to the heat of electric heating and, using a working element (worm), is fed under pressure into a flat-slot head, and then it is deposited on a rotating drum with a thin layer of 3-4 mm. Thus, a layer of polymer melt is formed, which, when the drum rotates from the drive, passes through the gap formed by the lower edge of the flat-slot hopper and the upper surface of the polymer substrate layer. Metal powder is poured into the hopper, which, being on the surface of the substrate layer, is pulled by a layer of uniform height when the drum rotates, forming a two-layer tape with the polymer melt. The width of the flat slot cone hopper is equal to the width of the flat slot head and the width of the drum. At the outlet of the hopper, the gap is adjustable, thereby controlling the thickness of the layer of metal powder located on the polymer substrate layer. With further joint movement of the drum, a two-layer tape is fed into the gap between the drum and the press roller having free rotation. In this case, the roller rolls (presses) a thin layer of metal powder into a polymer melt layer comparable to it, which is evenly distributed in it both in thickness and width, forming a composition with 30-35% of a polymer binder and 65-70% of a metal filler.

После смешивания металлического порошка с полимером металлополимерная лента охлаждается в водяной ванне для придания металлополимерной композиции прочности и жесткости. После охлаждения при дальнейшем вращении барабана металлополимерная лента срезается ножом-рассекателем, который не только отделяет ленту от поверхности барабана, но и рассекает ее в продольном направлении, образуя узкие полоски, фрагменты узких полос металлополимерной ленты подаются в ножевой измельчитель, состоящий из неподвижного статора и вращающегося ротора, где они измельчаются в крошку необходимой крупности. After mixing the metal powder with the polymer, the metal-polymer tape is cooled in a water bath to give the metal-polymer composition strength and stiffness. After cooling, with further rotation of the drum, the metal-polymer tape is cut with a knife-cutter, which not only separates the tape from the surface of the drum, but also cuts it in the longitudinal direction, forming narrow strips, fragments of narrow stripes of the metal-polymer tape are fed into a knife chopper, consisting of a fixed stator and a rotating rotor, where they are crushed into crumbs of the required size.

Предлагаемое устройство позволяет получить высоконаполненные металлополимерные композиции с равномерным распределением металлического наполнителя по всему объему связующего полимера, что является одним из основных критериев качества металлополимерных материалов. Кроме того, ввиду исключения трения скольжения композиции при переработке с рабочими органами (например, червяком) предлагаемое устройство является менее энергоемким по сравнению с существующими конструкциями. The proposed device allows to obtain highly filled metal-polymer compositions with a uniform distribution of the metal filler throughout the volume of the binder polymer, which is one of the main quality criteria for metal-polymer materials. In addition, due to the exclusion of sliding friction of the composition during processing with working bodies (for example, a worm), the proposed device is less energy-intensive compared to existing structures.

Claims (1)

Устройство для смешивания полимерного материала с металлическим наполнителем, содержащее полый цилиндр с размещенным в нем рабочим органом, привод вращения рабочего органа, отличающееся тем, что устройство снабжено барабаном с приводом его вращения, цилиндром для подачи расплава полимера на вращающийся барабан, бункером с частицами металлического наполнителя, прикатывающим роликом для вкатывания слоя металлического порошка в слой расплава полимера с получением металлополимерной композиции, содержащей 30-35% полимерного связующего и 65-70% металлического наполнителя, охлаждающую ванну металлополимерной композиции и нож. A device for mixing a polymer material with a metal filler, comprising a hollow cylinder with a working body located therein, a rotational drive of the working body, characterized in that the device is equipped with a drum with a drive for its rotation, a cylinder for feeding the polymer melt to the rotating drum, a hopper with particles of metal filler , by a rolling roller for rolling a layer of metal powder into the polymer melt layer to obtain a metal-polymer composition containing 30-35% of a polymer binder and 65 -70% metal filler, a cooling bath of a metal-polymer composition and a knife.