Экструдер для обработки и производства каучука и термопластичных пластмасс

 

Использование: переработка каучука и термопластичных пластмасс их смешением и гомогенизацией . Сущность изобретения: экструдер имеет смесительную и передаточную зоны Смесительная зона выполнена с радиально расположенными штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека В передаточной зоне шнек выполнен с непрерывным уменьшением межвиткового объема до нуля и дальнейшим увеличением до максимума В корпусе выполнена нарезка. имеющая увеличение межвиткового объема от нуля до максимума с последующим уменьшением до нуля . В области максимума межвиткового объема нарезки корпуса расположены с возможностью радиальной регулировки дроссельные штифты Данное решение позволяет повысить производительность на 60 - 100% при сохраняющемся качестве смеси и использовании половинного приводного вращающего момента 7 злф-лы. 4 ид

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5010541/05 (22) 13.12.91 (3l) 90 4039942; 91 693 (32) 14.12.90; 29.0491 (33) OE; US (46) 15.11.93 Бюп Йв 41-42 (71) Херманн Бершторфф Машиненбау ГмбХ (0Ц (72) Герд Капелле(ОЕ); Гюнтер Майер{ОЕ) (73} Херманн Бершторфф Машиненбау ГмбХ (ОЕ) (54) ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА КАУЧУКА И ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ

ПЛАСТМАСС (57) Использование: переработка каучука и термопластичных пластмасс их смешением и гомогенизацией. Сущность изобретения: экструдер имеет смесительную и передаточную зоны Смесительная (в) RU (11) 2002626 С1 (5I) 5 В29С47 ЗХ В29С 47 б4 зона выполнена с радиально расположенными штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека. В передаточной зоне шнек выполнен с непрерывным уменьшением межвиткового объема до нуля и дальнейшим увеличением до максимума В корпусе выполнена нарезка. имеющая увеличение межвиткового объема от нуля до максимума с последующим уменьшением до нуля. В области максимума межвиткового объема нарезки корпуса расположены с возможностью радиальной регулировки дроссельные штифты. Данное решение позволяет повысить производительность на 60 — 100% при сохраняющемся качестве смеси и использовании половинного приводного вращающего момента 7 зл.ф-лы, 4 ил.

200262 б

Изобретение относится к переработке полимераB и может быть использовано в химической промышленности.

Известен экструдер для обработки и производства каучука и термопластичных б пластмасс, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем зкструдер 10 имеет две размещенные друг за другом смесительную и гомогенизирующую передаточную зоны, одна из которых выполнена в виде штифтовой цилиндрической.зоны с радиально входящими в рабочую камеру корпуса штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека.

Этот экструдер отличается очень высокой производительностью и хорошим гомогенизирующим действием на обрабатываемый 20 материал и, кроме того, обеспечивает возможность при том же числе оборотов шнека увеличение пропускной способности вотношении материала за единицу времени, по сравнению с традиционными. экструдерами 25 с холодной загрузкой и шнеком со срезающей частью.

Недостатком экструдера является зна- чительная его конструктивная длина.

Ближайшим по технической сущности к З0 предложенному решению является экструдер для обработки и производства каучука и термопластичных пластмасс, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей З5 камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет две размещенные друг за другом смесительную и гомогенизирующую передаточную зоны, одна из которых "0 выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны с радиально входящими в рабочую камеру корпуса дроссельные штифты.

Наличие дроссельных штифтов в известном экструдере позволяет управлять потоком перерабатываемого материала снаружи экструдера.

Недостатком экструдера является также значительная конструктивная длина, не50 достаточная производительность и недостаточная возможность регулировки пластикацией материала в зависимости от его свойств, что ограничивает технологические возможности экструдера.

Задачей изобретения является увеличение производительности экструдера и расширение его технологических возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере для обработки и производства каучука и термопластичных пластмасс, содержащем корпус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет две размещенные одна за другой смесительную и гомогенизирующую передаточную эоны, одна из которых выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны с радиально входящими в рабочую камеру корпуса штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека, а на выходе передаточной зоны в корпусе установлены выступающие в рабочую камеру корпуса дроссельные штифты, согласно изобретению, в передаточной зоне от входной части до выходной шнек выполнен с непрерывным уменьшением межвиткового обьема до максимальной величины, а в корпусе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки расположенной винтообразно относительно продольной оси экструдера нарезки, имеющей от входной части зоны до выходной увеличение межвиткового обьема от нуля до максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения, при этом в области максимального межвиткового обьема нарезки корпуса расположены с возможностью радиальной регулировки дроссельные

Штифты, размещенные в промежутках витков корпуса.

Кроме того, штифтовая цилиндрическая эона расположена перед передаточной зоной.

При предпочтительной длине экструдера, равной 10 диаметрам шнека, длина зоны ввода, размещенной перед зонами смешения и гомогенизации, выбрана равной трем диаметрам шнека, штифтовая цилиндрическая зона имеет длину от полутора до двух диаметров шнека, передаточная зона имеет длину до двух с половиной диаметров шнека, а длина зоны повышенного давления, размещенной на выходе из экструдера, выбрана равной трем диаметрам шнека. 8 штифтовой цилиндрической зоне расположено от одного до пяти рядов штифтов.

B передаточной зоне витки нарезки шнека и корпуса расположены с образованием между их гребнями углов по меньшей мере равных 105О и без образования дополнительных до 90 углов. Экструдер может быть снабжен дополнительными дроссельными штифтами, расположенными на выходном конце экструдера.

Экструдер может быть снабжен исполнительными устройствами механического, пневматического или гидравлического типа для радиального перемещения дроссель2002626 ных штифтов на всю глубину витков нарезки корпуса.

Во входной и выходной частях передаточной зоны количество заходов и количество гребней витков шнека и корпуса постоянно и независимо от площади поперечного сечения витков корпуса или шнека.

Благодаря конкретному выполнению передаточной зоны и благодаря конкретному размещению дроссельных штифтов обеспечивается возможность при одинаковом качестве смешивания и одинаковом числе оборотов шнека уменьшить приводную мощность экструдера до 50 и увеличить и ропускную способность материала до

60-100 .

Это 50 -ное уменьшение приводного вращающего момента при изготовлении экструдера приводит к значительному уменьшению расходов на передачу, К тому же за счет соединения штифтового цилиндра и передаточной части данной конструкции можно уменьшить необходимую для такого же качества смешивания конструктивную длину смесительной зоны приблизительно на 50, по сравнению с экструдером, работающим лишь по принципу штифтового цилиндра.

Благодаря размещению переставляемых дроссельных штифтов, входящих радиально в часть передаточной зоны корпуса экструдера с максимальным межвитковым объемом нарезки, предложенный экструдер может регулироваться для обработки различных каучуковых смесей. Тем самым с помощью изменения глубины проникновения дроссельных штифтов в нарезку корпуса и рабочую камеру экструдера может произвольно и с учетом смеси производиться предварительный выбор производительности пластикации, Тем самым, в сравнении с известными, до сих пор относящимися к этому роду зкструдерами. помимо числа оборотов шнека и температуры на различных этапах процесса, можно прибегать к дальнейшему свободно выбираемому параметру процесса.

Изобретение может быть пояснено на основе примеров осуществления и с помощью фиг. 1 — 4.

На фиг. 1 представлен продольный разрез одношнекового экструдера с дроссельными штифтами в передаточной зоне; на фиг. 2 — 4 — графическое изображение опытных результатов с экструдером предложенной конструкции, в сравнении с традиционным штифтовым экструдером.

На фиг. 1 изображен схематический дополняющие до 90 углы. Передаточную продольный разрез одношнекового экстру- зону 8 можно подразделить на входную и дера 1. Корпус 2 экструдера 1 имеет впуск- выходную части, причем обе части отделены

55 ное отверстие 3 для подачи экструдируемого материала и выпускное отверстие 4 для выхода смешанного и гомогенизированного материала. В корпусе 2 расположен соединенный с приводом 5 шнек 6, смонтированный с возможностью вращения относительно продольной его оси. Экструдер 1 имеет две размещенные друг за другом смесительную 7 и гомогенизирующую передаточную зону 8, На входе в экструдер 1 расположена зона ввода 9, а на выходе — зона 10 повышенного давления.

Шнек 6 экструдера 1 имеет в зоне ввода

9 геометрию шнека. пригодную для того, чтобы известным образом затягивать подведенный через впускное отверстие 3 материал в экструдер I и пластицировать его.

Вниз по потоку от этой зоны ввода 9 предусмотрена смесительная штифтовая цилиндрическая зона 7, в которой два ряда штифтов 11 выступают радиально через корпус 2 экструдера 1 в направлении оси шнека

6. В этой зоне 7 гребни витков 12 шнека 6 известным образом прерваны в плоскости штифтов 11 для того, чтобы избежать столкновения с штифтами 11.

В передаточной зоне 8 в корпусе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки 13 расположенной винтообразно относительно продольной оси экструдера нарезки, имеющей от входной части зоны до выходной увеличение межвиткового объема от нуля до максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения. В передаточной зоне 8 в рабочей камере 14 корпуса экструдера I шнек 6 имеет нарезку 15, выполненную с непрерывным уменьшением межвиткового объема до нулевого значения и последующим увеличением межвиткового объема до максимальной величины. В области 16 максимального межвиткового объема нарезки корпуса расположены дроссельные штифты

17, размещенные в промежутках витков 13 корпуса. В зоне 10 повышенного давления шнек 6 размещен во втулке 18, смонтированной в корпусе. Для термостатирования экструдера предназначены отверстия 19. В передаточной зоне 8 шнек 6 размещен во втулке 20, по внутренней поверхности которой расположены витки 13, Вниз по потоку от штифтовой цилиндрической эоны 7 в передаточной зоне 8 в этом примере осуществления углы между гребнями витков 15 шнека 6 экструдера 1 и гребнями витков 13 корпуса экструдера 1 больше или равны 105 и не образуют друг с другом

2002626

55 друг от друга заходом корпуса с наибольшей высотой профиля. B этой передаточной зоне

8, кроме того, число заходов во входной и выходной частях является постоянным, за счет чего количество гребней витков во входной, соответственно выходной частях является независимым от поперечного сечения витков в корпусе 2 и шнеке 6.

Помимо этого примера осуществления можно представить себе также другие воэможности реализации для этого штифтового передаточного экструдера, Так, например, передаточная зона 8 также может располагаться вверх по потоку от цилиндрической штифтовой зоны 7. хотя представленный выше вариант обеспечивает лучшие результаты смешивания и гомогенизации. Кроме того, здесь следует заметить, что штифтовая цилиндрическая зона 7 выполняет свою задачу смешивания и гомогенизации также при числе рядов штифтов 11, превышающем два. В отношении соотношения расходы-качество смешивания благоприятнее всего оснащать штифтовую цилиндровую зону 7 от одного до пяти рядами штифтов 11.

Преимущественная длина отдельных зон экструдера составляет при длине экструдера 10 диаметров шнека (D) приблизительно 3D для зоны ввода 9, от 1,5 до 10 D, преимущественно от 1,5 до 2 0 для штифтовой цилиндрической зоны 7, от 2 до 2,5 D для передаточной зоны 8 и около 3 D для зоны повышения давления.

Независимо от этих указаний в зависимости от потребности могут, однако, также еще располагаться до, после или между штифтовой цилиндрической 7 и передаточной 8 зонами дополнительные технологические зоны, так, например эоны обезгаживания или мешения.

На фиг. 1 изображен экструдер 1 с дроссельными штифтами 11 в передаточном конструктивном элементе, Зона 9 ввода этого экструдера соответствует обычному экструдеру с холодной загрузкой и имеет соотношение длины шнека (Р) к диаметру шнека, равное трем, За зоной 9 ввода расположен участок экструдера, равный в целом по длине 6 D, на котором находится штифтовая цилиндрическая зона 7 с двумя расположенными одна за другой плоскостями со штифтами 11.

Вниз по потоку от штифтовой цилиндрической зоны 7 предусмотрена передаточная зона 8 с длиной приблизительно 2 0 и зона повышения давления 9 с длиной приблизительно 1,5 D.

Как отмечалось выше, подъем витков 15 шнека 6 и витков 13 втулки 20 передаточной зоны 8 выбран таким образом, что гребни

40 витков между шнеком и втулкой образуют угол, равный или превышающий 105 . Результатом этого предпочтительным образом является то, что экструдат при прохождении передаточной эоны вследствие получающегося на основании этого большого количества точек пересечения гребней витков шнека и втулки за один оборот шнека 6 подвергается интенсивному процессу срезания.

В противоположность виткам 15 шнека витки втулки 20 в передаточной зоне не имеют перерывов. Более того, они закручиваются непрерывно и постоянно от входной части передаточной эоны до ее выходной части, приблизительно увеличиваясь, соответственно уменьшаясь в спиральной форме вокруг воображаемой продольной оси экструдера.

В первой трети передаточной зоны диаметр сердечника шнека 6 увеличивается от максимальной высоты профиля до наружного диаметра, т. е. межвитковый объем шнека

6 падает от максимальной величины во входной части до нуля. Межвитковые объемы втулки 20 имеют обратную тенденцию.

Тем самым поддерживается постоянным имеющийся для экструдата проходной объем в осевом и радиальном направлениях транспортировки. Принудительно на основе этих обстоятельств происходит стопроцентный обмен экструдата между шнеком 6 и втулкой 20 корпуса экструдера.

В выходной части передаточной эоны согласно фиг. 1, равной около 1,4 D, межвитковый объем шнека 6 непрерывно увеличивается и во втулке 20 он непрерывно уменьшается, причем в свою очередь удерживается постоянным имеющийся для экструдата общий межвитковый объем нарезки шнека 6 и втулки 20.

Исследования показали, что, в частности, при обработке высоковязких смесей природного каучука предварительная пластикация экструдера в штифтовой зоне 7 при низких срезающих перепадах перед интенсивной работой пластикации в передаточной зоне воздействует как на повышение производительности, так и положительным образом на характеристику пульсации экструдера.

Помимо числа оборотов шнека 6 и температуры технологических частей, экструдер располагает следующим параметром процесса, который может свободно предварительно выбираться и расширяет универсальность экструдера в отношении способности к обработке широкого диапазона различных каучуковых смесей.

В конце первой трети передаточной зоны 8 находится при этом варианте ос щест2002626

55 вления дроссельный элемент, имеющий распределенные симметрично по окружности передаточного конструктивного элемента дроссельные штифты 17, которые радиально входят в не имеющие перерывов витки 13 втулки 20 передаточной зоны 8 и могут изменять межвитковый объем втулки

20 в этой зоне от максимальной величины до нуля.

С помощью этих дроссельных штифтов

17, которые переставляют снаружи вручную механическим, пневматическим или гидравлическим путем с помощью исполнительных устройств 21, может произвольным образом задаваться производительность пластикации, соответственно преобразованная в передаточной зоне энергия трения для экструдата.

Дроссельным штифтам 17, среди прочего, следует приписать то, что с помощью штифтового передаточного экструдера впервые удалось обрабатывать квалитеты каучуковых смесей, которые до сих пор были не обрабатываемыми с достаточной гомогенностью с помощью экструзии с холодной загрузкой даже за счет использования специальным образом оптимизированных штифтовых цилиндрических экструдеров.

При этом речь идет о квалитетах природного каучука, например, для производства грунтозацепов бронированных цепей, а также смесях для протекторов с тем же базовым полимером для шин грузовых автомашин, Если объединить достигнутые до сих пор с помощью экструдера результаты испытаний, то можно установить, что в сравнении с штифтовым цилиндрическим экструдером при маловязких смесях синтетического каучука до вязкостей от 55 до 60

MLi + 4(100 С), достигается увеличение производительности от 25 до 50, при уменьшении удельной энергии до 20 (.

При высоковязких трудно обрабатываемых квалитетэх природного каучука между

90 и 120 MLI + 4(100 С) преимущества носят еще более релевантный характер, так как в случае штифтового цилиндрического экструдера предел гомогенности экструдата, как выявилось, достигается уже приблизительно при производительности 800 — 1000 кг/ч и тем самым в отдельных случаях при использовании штифтового передаточного экструдера представляются возможными удвоение производительности, На фиг. 2 — 4 показаны в графическом изображении результаты экспериментов, 5

50 которые были получены с помощью экструдера согласно уровню техники (штриховые кривые) и лабораторного передаточного штифтового экструдера (непрерывные кривые) сравнимого размера. В качестве экструдата была использована смесь природного каучука NK 90 — 95 MLI + 4(100 С), известная в качестве высоковязкой и особенно трудно обрабатываемой смеси, На всех трех изображениях вертикальным штрихом со штриховкой обозначено число оборотов, равное

25 оборотам в минуту, до которых обычный экструдер с надлежащим качеством мог обрабатывать такую каучуковую смесь.

На фиг. 2 нанесен выпуск каучука в зависимости от числа оборотов шнека. тогда как на фиг. 3 изображена температура массы и на фиг. 4 — удельное потребление энергии на 1 кг экструдата соответственно как функция от числа оборотов шнека. Сопоставление трех этих графиков показывает, что с помощью предложенной здесь концепции экструдера при отличном действии в отношении смешивания и гомогенизации становится возможным высокий выпуск экструдэтэ при приемлемой температуре экструдата и существенно сниженном потреблении энергии.

Дополнительно к этому явилось то, что вообще не было отмечено проблем с пористостью продукта по профилю, возникающих в случае штифтового цилиндрического экструдера уже в нижней области производительности.

В заключение следует указать на то, что предложенный штифтовый цилиндрический экструдер может использоваться с дроссельными штифтами в передаточной части или без них, хотя в случае оптимальной конструкции не следует отказываться от дроссельных штифтов, Наконец, с помощью их позиционирования экструдер может регулироваться на самые разнообразные каучуковые смеси и их параметры обработки и тем самым универсально использоваться. При усовершенствованном варианте осуществления представляемые дроссельные штифты могут располагаться также на конце экструдера вниз по потоку, приблизительно в конце зоны 10 повышенного давления. (56) Патент VS N. 4178104, кл. В 29 В 1/06. 1979.

Патент EP N 00822494, кл. В 29 F 3/03, 1983.

2002626

Формула изобретения

Приоритет по пунктам: расположена перед передаточнои зонои, 3. Экструдер по п.1, отличающийся 45 29.04,91- по пп.1, 6-8; тем, что при предпочтительной длине экс- 14.12.90- по пп.2-5, 1, ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ОБРАБОТКИ И

ПРОИЗВОДСТВА КАУЧУКА И ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПЛАСТМАСС. содержащий кор- 5 пус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет две размещенные одна за другой смесительную и гомогенизирующую передаточную зоны, одна из которых выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны с радиально входящими в рабочую камеру корпуса штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека, а на выходе передаточной эоны в корпусе уста.новлены выступающие B рабочую камеру 20 корпуса дроссельные штифты, отличаю- щийся тем, что в передаточной зоне от входной части до выходной шнек выполнен с непрерывным уменьшением межвиткового объема до нулевого значения и 25 последующим увеличением межвиткового объема до максимальной величины, а в корпусе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки расположенной винтообразно относительно 30 продольной оси экструдера нарезки, имеющей от входной части зоны до выходной увеличение межвиткового объема от нуля да максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения, при этом в области максимального межвиткового объема нарезки корпуса расположены с возможностью радиальной регулировки дроссельные штифты, размещенные в промежутках витков корпуса.

2. Зкструдер по п.1, отличающийся тем, что штифтовая цилиндрическая зона трудера, равной 10 диаметрам шнека, длина зоны ввода, размещенной перед зонами смешения и гомогениэации, выбрана равной 3 диаметрам шнека, штифтовая цилиндрическая зона имеет длину 1,5 — 2 диаметра шнека, передаточная зона - 2,5 диаметров шнека, а длина зоны повышенного давления, размещенной на выходе иэ экструдера, выбрана равной 3 диаметрам шнека.

4, Зкструдер по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в штифтовой цилиндрической зоне расположено от одного до пяти рядов штифтов.

5. Зкструдер по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в передаточной зоне витки нарезки шнека и корпуса расположены с образованием между их гребнями углов по меньшей мере 105 и без образования дополнительных до 90 углов.

6. Экструдер по пп,1 - 4, отличающийся тем. что он снабжен дополнительными дроссельными штифтами, расположенными на выходном конце экструдера.

7. Экструдер по пп, 1 и 6, отличающийся тем, что он снабжен исполнительными устройствами механического, пневматического или гидравлического типа для радиального перемещения дроссельных штифтов на всю глубину витков нарезки корпуса.

8. Экструдер по пп. 1 - 7, отличающийся тем, что во входной и выходной частях передаточной зоны число заходов и число гребней витков шнека и корпуса постоянно и не зависит от площади поперечного сечения витков корпуса или шнека.

2002626

2002626 (1ф0

2000

1500

®" 9

trpm) Составитель Л, Кольцова

Редактор Т, Никольская Техред M,Mîðãåíòýë Корректор Н, Ревская

Заказ 3207

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Гц .

130 и0

МЮ

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская нэб., 4/5