Одношнековый обезгаживающий экструдер для термопластичных пластмасс и каучука

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5010428/05 (22) 13.12.91 (31) 90 4039942; 91 693224 (32) 14.12.90; 29.04.91 (33) DE; US (46) 15.11.93 Бюл йа 41 — 42 (71) Херманн Бершторфф Машиненбау ГмбХ (DE) (72) Герд Капелле(ОЕ) (73) Херманн Бершторфф Машиненбау ГмбХ (ОЕ) (54) ОДНОШНЕКОВЫЙ ОБЕЗГАЖИВА1ОЩИЙ

ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ

ПЛАСТМАСС И КАУЧУКА (57) Использование: переработка полимеров с эффективным смешением и обезгаживанием расплава. Сущность изобретения: экструдер имеет смеситепьную и переходную зоны. В смесительной зо(19) RU (11) 2002627 С1 (51) Ñ47 64 не радиально в кожухе расположены штифты B области размещения штифтов витки шнека имеют разрывы. В переходной зоне выполнена на шнеке и в кожухе нарезка с увеличением межвиткового объема от нуля до максимума и последующим уменьшением до нуля. В кожухе выполнены отверстия для обезгаживания и для ввода увлекающего средства. В области наибольшего межвиткового объема переходной зоны расположены дроссельные штифты Они делают возможным универсальное использование экструдера для различных экструдатов или комбинаций экструдата и увлекающих средств. С их помощью смесительная производительность экструдера и давление экструдата перед отверстием в кожухе для обезгаживания являются управляемыми. 5 зл.ф-лы. 1 ил.

2002627

Изобретение относится к переработке полимеров и может быть использовано в химической, пищевой промышленности, в медицине.

При изготовлении и переработке термопластичных пластмасс часто имеется необходимость удаления из исходного пластмассового материала остаточных мономеров.

Если нужно, например, экструдировать пищевую упаковочную пленку из полистирола, то, как из требований пищевой промышленности, так и медицинских требований, содержание вредных для здоровья мономеров не должно превосходить определенного граничного значения. Так как обычно в экструдере подаваемый в него полистирол может содержать до ста тысяч миллионных частей мономерного стирола, требуется весьма эффективное обезгаживающее устройство, чтобы можно было достичь допустимого содержания остаточного мон амера в продукте, которое почти на два порядка величин ниже, Известен одношнековый экструдер для обезгаживания термопластичных пластмасс.

В этом. экструдере шнек экструдера в находящейся после втягивающей части области снабжен двумя диафрагмами давления, между которыми находится участок шнека, осуществляющий смешивание, Ниже первой диафрагмы по ходу подачи экструдар имеет отверстие для впрыскиваемого s экструдат увлекающего средства, которое может смешиваться с пластмассовым распаавом. Это увлекающее средство (обычно вода) s находящейся ниже по потоку области обезгаживания служит для того, чтобы pacnnas при снижении давления вспениеался. Вызываемое пузырьками пены увеличение свободной поверхности расплава осуществляет обезгаживание, . достаточное для широких диапазонов ис-. пользования.

Известен также экструдер, снабженный дроссельными узлами конструкции, с помощью которых можно управлять потоком экструдата снаружи.

В указанном решении на валу шнека расположена приблизительно цилиндрическая деталь, которая вращается вместе со шнеком, и полностью запирает полость обработки ниже по ходу потока. В области этой цилиндрической детали снаружи зкструдера введены два дроссельных штифта по радиусу внутрь, в каждый из осевых перепускных каналов. которые выполнены во внутренней стенке кожуха экструдера.

При вытянутых дроссельных штифтах часть экструдата, находящегося вверх по потоку от цилиндрической детали, через эти каналы попадает в область экструдера ниже по потоку. За счет погружения штифтов в эти перепускные каналы на разную глубину можно ограничивать поток экструдата, Получаемое с помощью таких одношнековых экструдеров остаточное содержание мономеров в продукте, однако, во многих областях использования неудовлетвори10 тельно, в особенности когда пластмассовые продукты находятся, например, в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, Ближайшим по технической сущности к предложенному решению является одно15 шнековый абезгаживающий экструдер для термопластичных пластмасс и каучука, содержащий кожух со входным и выходным отверстиями, привод для расположенного в рабочей полости кожуха с возможностью

20 вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет размещенные одна за другой смесительную и гомогенизирующую переходную зоны. одна из которых выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны, со штифтами радиально выступающими в рабочей полости кожуха, с прерванными в области штифтов гребнями витков шнека, последовательно расположенные за переходной зоной зону

Э0 обезгаживания и зону повышенного давления, при этом перед зоной обезгаживания в кожухе установлены выступающие в рабочую полость кожуха дроссельные штифты, в зоне обезгаживания шнек имеет уменьшенное количество витков, а в кожухе выполнено отверстие для обезгаживания.

Обезгаживание каучуковых продуктов тогда проблематично, когда имеет место подача экструдата под низким давлением в

40 области обезгаживания, если в смесительной части экструдера работают с высокой производительностью, а экструдерный инструмент создает при работе высокое противодавление.

45 Предлагается для решения этой проблемы увеличить рабочий обьем экструдера в области обезгаживания и выхода относительно смесительной зоны на 10-30 . За этот счет экструдат получает значительно

50 больший обьем в полости переработки, так, что и при высокой производительности и большом противодавлении на инструменте можно получить оптимальное обеэгаживание.

Недостатком такого экструдера все же является то, что он применим в сравнительно узком диапазоне используемых каучуковых смесей и противодавлений на инструменте. При более значительном отклонении от проектных величин экструдера, 2002627

55 получается ухудшение обезгаживания и/или меньшая производительность по материалу. Помогает лишь согласование экструдерного шнека с другими, иногда сильно отличающимися указанными выше условиями экструдирования.

Задачей изобретения является увеличение эффективности дегазации перерабатываемого материала, Поставленная задача решается тем, что в одношнековом обезгаживающем экструдере для термопластичных пластмасс и каучука, содержащем кожух со входным и выходным отверстиями, привод для расположенного в рабочей полости кожуха с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет размещенные одна за другой смесительную и гемогенизирующую переходную зоны, одна из которых выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны со штифтами, радиально выступающими в рабочей полости кожуха, с прерванными в области штифтов гребнями витков шнека, последовательно расположенные за переходной зо-. ной зону обезгаживания и зону повышенного давления, при этом перед зоной обезгаживания в кожухе установлены выступающие в рабочую полость кожуха дроссельные штифты, в зоне обезгаживания шнек имеет уменьшенное количество витков. а в кожухе выполнено отверстие для обезгаживания, согласно изобретению, в переходной зоне от входной части до выходной шнек выполнен с непрерывным уменьшением объема между витками до нулевого значения и последующим увеличением объема между витками.до максимальной величины, в кожухе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки расположенной винтообразно вокруг продольной оси экструдера нарезки, имеющей от входной до выходной части увеличение обьема межвиткового пространства от нуля до максимальнойй величины с последующим уменьшением до нулевого значения, при этом в области максимального обьема межвиткового пространства расположены с возможностью радиальной регулировки дроссельные штифты, размещенные в промежутках витков кожуха.

Кроме того, в кожухе перед переходной зоной выполнено отверстие для впрыска увлекающего средства, которое предпочтительно расположено перед штифтовой цилиндрической зоной.

В переходной зоне витки шнека и кожуха расположены с образованием между их гребнями углов, по меньшей мере равных

105О, и без образования дополнительных до

90 углов, при этом количество гребней витков шнека и кожуха во входной и выходной частях переходной зоны постоянно и независимо от площади сечения между витками кожуха или шнека, Дроссельные штифты смонтированы с воэможностью перемещения на всю глубину витков в кожухе до поверхности шнека.

Экструдер может быть снабжен выступающими в рабочую полость датчиками давления, расположенными на выходе штифтовой эоны и/или в зоне повышенного давления и связанными линиями передачи информации с компьютером и исполнительными устройствами для дроссельных штифтов.

Согласно изобретению, обезгаживающий участок экструдера должен быть выполнен так, что в зависимости от специфических свойств экструдата и противодавления на инструменте можно устанавливать оптимальные условия подмешивания увлекающего средства или оптимальные условия обезгаживания без больших усложнений.

В основе изобретения используется идея, что оптимальное обезгаживание расплава возможно лишь тогда. когда увлекающее средство полностью и однородно размещено в расплаве. Только так можно в участке обезгаживания экструдера при максимально сильном образовании пузырьков освободить расплав от газов, и тогда можно будет выдержать высокие требования пищевой промышленности.

Чтобы можно было достичь этого полного смешивания увлекающего средства c расплавом, требуется повышение давления расплава до величины, которая превышает удельное давленйе пара используемого увлекаемого средства. Если это достигнуто, то увлекающее средство в жидкой фазе легко размешивается с расплавом и в заключение под отверстием обезгаживания экструдера расширяется с активным образованием пузырьков. Таким образом происходит почти полное обезгаживание расплава, Чтобы с помощью одного и того же экструдера можно было бы работать с различными увлекающими средствами, должна быть возможность управления давлением в экструдате в зоне смешивания экструдера, При этом неважно, вводится ли увлекающее средство в жидком виде впрыскиванием в экструдер, или в твердом или жидком виде вводится в экструдер вместе с экструдатом.

Это решение осуществлено в данном одношнековом обеэгаживающем экструдере, s котором после входного отверстия для экструдата расположена зона втягивания и зона штифтового цилиндра для смешива4 7

2002627

10

30

50 ния. Впрыскнай узел для увлекающего средства находится в начале штифтовой зоны, за счет чего с помощью выступающих в рабочую зону штифтов уже в этой зоне производится первоначальное замешивание увлекающего средства, После штифтовой зоны находится переходная зона. которая в основном отличается тем, что, как шнек экструдера, так и внутренняя стенка кожуха экструдера на определенной длине имеет пазы и ребра, причем в продольном направлении кожуха экструдера глубина резьбы шнека равномерно уменьшается до нуля и затем снова возрастает так же, как глубина пазов в кожухе увеличивается и снова уменьшается. За счет такого исполнения шнека экструдера и era кожуха при вращающейся смесительной части происходит полный обмен экструдатом между пазами шнека и пазами кожуха, чта вызывает хорошее смешивание, За счет установки регулируемых дроссельных штифтов, которые на части переходной эоны радиально выступают внутрь кожуха экструдера. там, где пазы кожуха имеют свою наибольшую глубину, в предложенном экструдере можно производить обработку различных пластмасс при регулировке. С глубиной вхождения драссельных штифтов в пазы кожуха и в переходную зону можно изменять производительность смешивания и давления расплава экструдата и в зависимости от используемой смеси.

Кроме использования в качестве абезгаживающего экструдера для пластмасс, очень выгодно его использование и в качестве обеэгаживающего экструдера для каучуковых смесей. При этом. сырой каучук через отверстия в кожухе экструдера может получать его компоненты смеси, которые затем замешиваются в наиболее. активно падающей части штифтовой зоны. С помощью переходной эоны экструдера каучуковая смесь дополнительно гомогенизируется, причем дроссельные штифты в пазах кожуха с одной стороны могут изменять производительность по смешиванию, а с другой стороны производительность по подаче экструдера. Таким образом можно, независимо от используемой каучуковой смеси и установленного после экструдера выдавливающего инструмента, оптимально паддврживать постоянна степень заполнения в участке обезгаживания, С помощью по меньшей мере установленных по одному датчику давления на конце области штифтовой зоны и в области повышения давления, или в области обезгаживания, а также процессорного компьютера к тому же при колебаниях пративадавления на инструменте и производительности по подаче экструдера можно рассчитать оптимальную глубину погружения драссельных штифтов в пазы кожуха переходной зоны и соответственна управлять исполнительными устройствами этих драссельных штифтов.

Наконец, с помощью этих блоков устройства возможно быстрое согласование зкструдера с различными экструдатами и инструментальными головками.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан продольный разрез экструдера.

Одношнековый обезгаживающий экструдер 1 содержит кожух 2 со входным 3 и выходным 4 отверстиями для материала, В кожухе 2 расположен с возможностью вращения относительно продольной оси от привода 5 шнек 6, Экструдер 1 имеет размещенные одна за другой смесительную зону

7 и гомогенизирующую переходную зону 8.

Перед зоной 7 размещена зона загрузки 9, а на выходном конце экструдера — зона 10 повышенного давления.

Шнек 6 экструдера в зоне загрузки 9 имеет геометрию, обеспечивающую известным сама по себе образом затягивание подвадимого через входное отверстие 3 материала в экструдер, чтобы пластифицировать ега там.

Смесительная зона 7 выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны с двумя или более рядами штифтов 11, радиально проходящими через кожух 2 экструдера 1, в направлении оси шнека 6.

8 этой зоне 7 гребни витков 12 шнека 6 прерваны в плоскости штифтов 11, чтобы предотвратить столкновение с ними.

Ниже. по ходу от штифтовой зоны 7, расположена переходная зона 8, в которой шнек 6 и кожух 2 выполнены в виде смесительного агрегата и в которой в этом примере исполнения углы между гребнями витков

13 шнека 6 и гребнями витков 14 кожуха 2 экструдера 1 больше или равны 105 и между собой не образуют дополнительных до

90 углов, Кроме того, шнек 6 экструдера и кожух

2 экструдера 1 в этой переходной зоне 8 выполнены так, что независимо от увеличивающейся илиуменьшающейся площадисечения ва входной и выходной частях переходной зоны 8 количество гребней витков шнека 6 и гребных витков кожуха 2 остается постоянным, В противоположность виткам шнека 6 витки на кожухе 2 не имеют разрывов. Они идут по непрерывной винтовой линии от входной части зоны до ее выходной части примерно более или менее увеличивающей10

2002627

40 (56) Патент США М 4094942, кл. 264-102, В 29 F 3/03, 1973. кл. В 29 F 3/03..1983.

1. ОДНОШНЕКОВЫЙ ОБЕЗГАЖИВА)ОЩИЙ ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ТЕРМОПЛА- 50.

СТИЧНЫХ ПЛАСТМАСС И КАУЧУКА, содержащий кожух с входным и выходным отверстиями, привод для расположенного в рабочей полости кожуха с возможностью которых выполнена в виде штифтовой цилиндрической зоны со штифтами, радиалься или уменьшающейся по диаметру спирали вокруг воображаемой продольной оси экструдера.

Во входной части передаточной зоны 8 диаметр сердечника шнека 6 увеличивается от максимальной глубины пазов между стенками до примерно внешнего диаметра, т. е. объем между гребнями витков шнека 6 уменьшается от максимума до входной части до нуля, Объемы между гребнями витков кожуха 2 имеют обратную тенденцию. Таким образом, эффективный объем для ïðîхода экструдата в осевом и радиальном направлении остается постоянным. Принудительно на основе этих зависимостей происходит стопроцентный обмен экструдатом между промежутками 15 между витками на шнеке и промежутками 16 между гребнями витков на кожухе 2.

В выходной части переходной зоны 8 непрерывно увеличивается объем между витками 13 привода 5 шнека 6, а между витками 14 кожуха 2 — уменьшается, причем суммарный обьем для прохождения экструдата опять остаЕтся постоянным, В конце первого участка переходной зоны 8 в этой форме исполнения находится дроссельный элемент. который представляет собой симметрично по окружности установленные дроссельные штифты 17, которые снаружи могут погружаться вглубь посредством исполнительных устройств 18, в направлении стрелок 19, 20либо вручную, либо гидравлическим путем, и смесительная функция экструдера и давление в экструдате могут независимо отрегулироваться в зависимости от конкретных свойств экструдата, а также противодавления в инструменте.

Ниже по ходу от переходной зоны 8 расположена зона обезгаживания 21, В этой зоне 21 экструдат или смесь экструдата с увлекающим средством находится под пониженным давлением, там что он вспениваФормула изобретения вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет размещенные одна за другой смесительную и гомогенизирующую переходную зоны, одна иэ ется в своей летучей части и избавляется от нее.

Шнек 6 экструдера 1 в зоне обезгаживания 21 имеет значительно уменьшенное количество витков так, что известным образом освобождается дополнительный объем для расширения экструдата.

Ниже, по ходу зоны загрузки 9, перед штифтовой зоной 7 находится впрыскное отверстие 22 для увлекающего средства или компонентов каучуковой смеси, хотя они могут подаваться также в жидком или твердом виде через входное отверстие 3.

Альтернативно впрыскное отверстие 22 может располагаться также ниже штифтовой зоны 7 перед примыкающей к нему переходной зоной 8, Экструдер 1 может быть снабжен выступающими s рабочую полость 23 кожуха 2 датчиками давления 24, 25, расположенными на выходе штифтовой эоны 7 и/или в зоне 10 повышенного давления и связанными линиями 26 передачи информации с компьютером 27 и исполнительными устройствами 18 для дроссельных штифтов 17.

Подлежащие обезгаживанию вещества могут покидать экструдер 1 через отверстие

28, к которому можно подключить не показанное отсасывающее устройство.

Последняя часть процесса в экструдере

1 образована зоной повышения давления

10, в которой геометрия шнека 6 изменена так, что известным образом давление в экструдате повышается до необходимого давления на инструменте.

Т. о. экструдер согласно изобретению обеспечивает эффективное обезгаживание термопластичных пластмасс и каучуковых смесей.

Патент США N 3613160, кл. 425-209, В 29 F 3/02. 1971.

Патент ЕР М 0082494, но выступающими в рабочей полости кожуха, с прерванными в области штифтов гребнями витков шнека, последовательно расположенные за переходной зоной зону обезгаживания и зону повышенного давления, при этом перед зоной обезгаживания в кожухе установлены выступающие в рабочую полость кожуха дроссельные штифты, в зоне обезгаживания шнек имеет уменьшенное количество витков, а в кожухе выполнено отверстие для обезгаживания, отличающийся тем, что в переходной зоне от входной части до выходной шнек

2002627

4 1

Приоритет по пунктам:

29.04,91 - по пп.1, 2, 4 - 6;

14,12,90- по п,3.

Составитель Л, Кольцова

Редактор Т, Никольская Техред M.Moðråíòàë Корректор О. Кравцова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Заказ 3207

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 выполнен с непрерывным уменьшением обьема между витками до нулевого значения и последующим увеличением объема между витками до максимальной величины, а в кожухе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки расположенной винтообразно вокруг продольной оси экструдера нарезки, имеющей от входной да выходной части увеличение объема 10 межвиткового пространства от нуля до максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения, при этом в области максимального объема межвиткового пространства расположены 15 с возможностью радиальной регулировки дроссельные штифты, размещенные в промежутках витков кожуха.

2, Экструдер по п,1, отличающийся тем, что в кожухе перед переходной зоной 20 выполнено отверстие для впрыска увлекающего средства, предпочтительно расположенное перед штифтовой цилиндрической зоной.

3. Экструдер по пп,1 и 2, отличающийся тем, что в переходной зоне витки шнека и кожуха расположены с образованием между их гребнями углов по меньшей мере

105 и без образования дополнительных до 30

90 углов. при этом количество гребней витков шнека и кожуха во входной и выходной частях переходной зоны постоянно и независимо от площади сечения. между витками кожуха или шнека.

4, Экструдер по пп.1 - 3, отличающийся тем, что дроссельные штифты смонтированы с возможностью перемещения на всю глубину витков в кожухе до поверхности шнека.

5, Экструдер по пп.1 и 4, отличающийся тем, что QN снабжен исполнительными устройствами механического. пневматического или гидравлического типа для перемещения дроссельных штифтов в радиальном направлении, 6. Экструдер по пп.1 и 5, отличающийся тем, что он снабжен выступающими в рабочую полость датчиками давления, расположенными на выходе штифтовой зоны и/или в зоне повышенного давления и связанными линиями передачи информации с компьютером и исполнительными устройствами для дроссельных штифтов,