Экструдер для полимерных материалов

 

Изобретение относится к переработке полимерных материалов и может найти применение на заводах РТИ, шинных заводах и заводах пластмассовых изделий. Сущность изобретения: в экструдере для полимерных материалов эксцентричная нарезка гильзы выполнена с разрывами по длине гильзы и ступенчатой по глубине канала с противоположным эксцентриситетом ступеней и боковым их расположением. Нарезка червяка выполнена многозаходной на отдельных коротких участках. Короткие участки расположены в разрывах нарезки гильзы и между участками нарезки червяка. Указанные участки нарезки червяка выполнены в виде винтовых канавок малой глубины. Экструдер снабжен отдельными участками теплового контроля, расположенными в корпусе в зонах разрывов нарезки гильзы. Кроме того, центр ступени эксцентричной нарезки гильзы, прилежащий к напорной поверхности витка нарезки, расположен выше центра внутреннего диаметра гильзы в поперечном ее сечении. В зонах разрывов нарезки гильзы со стороны подачи материала в плоскости среза витков нарезки образована перемычка. Перемычка служит для соединения в направлении вращения червяка нижнего витка нарезки со ступенью верхнего витка. На ступени верхнего витка в месте соединения ее с перемычкой выполнен скос. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к переработке полимерных материалов и может найти применение на заводах РТИ, шинных заводах и заводах пластмассовых изделий.

Известен экструдер для полимерных материалов, содержащий корпус, смонтированную в нем гильзу с эксцентричной винтовой нарезкой по внутренней поверхности и размещенный в гильзе с возможностью вращения червяк с винтовой нарезкой.

Однако известный экструдер не обладает достаточным смесительным эффектом, вследствие чего не обеспечивается реализация возможных технико-экономических параметров.

При высокой транспортирующей способности экструдер имеет недостаточную производительность по пластикации, что выражается в низком качестве экструдата. Экструдер плохо очищается от остатков материала.

Техническим результатом изобретения является повышение степени гомогенности резиновой смеси, повышение транспортирующей и смесительной способности экструдера.

Для достижения технического результата в экструдере для полимерных материалов, содержащем корпус, смонтированную в нем гильзу с эксцентричной винтовой нарезкой по внутренней поверхности и размещенный в гильзе с возможностью вращения червяк с винтовой нарезкой, эксцентричная нарезка гильзы выполнена с разрывами по длине гильзы и ступенчатой по глубине канала с противоположным эксцентриситетом ступеней и боковым их расположением, при этом нарезка червяка выполнена многозаходной на отдельных коротких участках, расположенных в разрывах нарезки гильзы и между участками нарезки червяка, которые выполнены в виде винтовых канавок малой глубины, причем экструдер снабжен отдельными участками теплового контроля, расположенными в корпусе в зонах разрывов нарезки гильзы.

Кроме того, центр ступени эксцентричной нарезки гильзы, прилежащий к напорной поверхности витка нарезки, расположен выше центра внутреннего диаметра гильзы в поперечном ее сечении, при этом в зонах разрывов нарезки гильзы со стороны подачи материала в плоскости среза витков нарезки образована перемычка для соединения в направлении вращения червяка нижнего витка нарезки со ступенью верхнего витка, а на ступени верхнего витка в месте соединения ее с перемычкой выполнен скос.

Эксцентричная ступенчатая с обратным эксцентриситетом и с боковым расположением ступеней нарезка интенсифицирует циркуляционное и поступательное вдоль канала течения, что повышает расход материала через винтовые каналы и отвод тепла от материала к металлическим стенкам рабочих органов. Деформация материала при изменении боковых каналов под действием эксцентричных ступеней нарезки при постоянной величине суммарного сечения винтовых каналов обеспечивает интенсивное его перемешивание при малых энергетических затратах.

Расположение центра ступени, прилежащей к напорной поверхности витка, выше центра внутреннего диаметра гильзы и перемычка, соединяющая в направлении вращения червяка нижний виток со ступенью верхнего витка, обеспечивает очищаемость экструдера.

Мелкая нарезка червяка повышает очищаемость экструдера и обеспечивает износостойкость наружной поверхности червяка. Кроме того, мелкая нарезка позволяет значительно увеличить теплообменную поверхность продольной полости червяка. Винтовые лопасти коротких нарезок червяка, установленные в разрывах нарезки гильзы, являясь усилителями кругового потока, значительно повышают транспортирующую и смесительную способность рабочих органов. Геометрия червяка и гильзы из условий их охлаждения и механической прочности позволяет обеспечить переработку с повышенными производительностью и качеством. Прочность червяка и высокий смесительный эффект рабочих органов позволяют использовать экструдер для переработки особо вязких фторкаучуковых смесей, а также использовать его взамен такого дорогостоящего оборудования, как двухчервячные машины и осциллирующие смесители.

На фиг. 1 изображен общий вид экструдера; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез В-В на фиг.2.

Экструдер для полимерных материалов (фиг.1) содержит корпус 1 и смонтированную в нем гильзу 2, состоящие из отдельных секций. Корпус имеет загрузочную воронку 3 и оформляющую головку 4. В гильзе 2 с возможностью вращения установлен червяк 5, имеющий транспортирующую нарезку 6 в зоне питания и мелкую нарезку 7 в виде винтовых канавок малой глубины, чередующихся с короткими участками 8, 9 в зонах пластикации и выдавливания, нарезка червяка на которых выполнена многозаходной. Мелкая нарезка червяка предназначается для сбора и удаления остатков материала при чистке машины. Секции гильз 2 корпуса имеют на внутренней поверхности эксцентричную винтовую нарезку с разрывами по длине гильзы, в которых размещены короткие участки 8 и 9 нарезки червяка. Короткие участки многозаходной нарезки червяка представляют собой отдельные винтовые лопасти. Нарезка гильзы 2 выполнена ступенчатой по глубине канала, при этом винтовые каналы в гильзе 2 образованы эксцентричными нарезками ступеней 10 и 11, имеющих противоположные эксцентриситеты е₁, е₂. Центр ступени 11, прилежащей к напорной поверхности витка 12 с радиусом 13 (фиг. 2), из условий очищаемости экструдера находится выше центра 14 внутреннего диаметра нарезки гильзы в поперечном ее сечении, а центр ступени 10 с радиусом 15 находится ниже центра 14. Из этих же условий центры радиусов 13 и 15 лежат на прямой 16, проходящей через центр 14 под углом 17 в сторону вращения червяка к вертикали, равным 10-45^о, а длина секций гильзы 2, не учитывая величину разрывов под участки 8 и 9 червяка, равна одному шагу нарезки гильзы. По всей длине винтовые каналы имеют постоянную площадь сечения.

Для очищаемости экструдера в местах разрывов нарезки гильзы со стороны подачи материала в одной плоскости со срезами витков нарезки имеется перемычка 18, соединяющая в направлении вращения червяка нижний виток 12 со ступенью 10 верхнего витка 19. Для входа остатков материала, собранного винтовой лопастью (фиг.3) нарезки короткого участка 8 червяка, верхняя ступень 10 имеет скос 20.

Эксцентричная нарезка секций гильзы и короткие участки многозаходной нарезки червяка, расположенные в разрывах этой нарезки, представляют собой смесительно-транспортирующие средства высокой интенсивности. Это позволяет использовать экструдер в разных назначениях. Экструдер для переработки готовых смесей может иметь всего два коротких участка нарезки червяка; в начале хода продукта-участок 9 и на выходе участок 8, выполненный на наконечнике 21 червяка. Экструдер для приготовления смесей должен иметь достаточное количество секций и коротких участков 8 с нарезкой. Корпус 1 в этом случае должен быть разъемным.

Для обеспечения высокой износоустойчивости секций гильзы их целесообразно изготовлять методом кокильного литья из высокохромистого чугуна с содержанием хрома 17-21% Для выхода перерабатываемого материала из секции 22 гильзы в малую полость головки 4 она имеет нарезку 23, которая по глубине изменяется от максимального значения до минимального, а нарезка 24 наконечника 21 червяка изменяется по глубине от нулевого значения до максимального. Для обеспечения оптимального режима переработки различных материалов с одним червяком целесообразно использовать дополнительно к фильере 25 сменную диафрагму 26.

Согласно механической теории транспортирования полимерного материала необходимо соблюдать условия обеспечения максимального трения между корпусом и транспортируемым материалом и минимального между материалом и червяком.

При переработке полимеров достижение оптимального сочетания коэффициентов трения можно достичь за счет соблюдения температурного режима: минимальный коэффициент трения обеспечивается при холодном рабочем органе, когда величина адгезии материала с холодным металлом минимальная и наоборот.

Адгезионно-фрикционное взаимодействие на границе резиновая смесь стенка гильзы, резиновая смесь-поверхность рабочего органа настолько велико, что полностью определяет протекание процесса. При низкой температуре рабочей поверхности полимер проскальзывает и в нем отсутствуют деформации сдвига под действием вращения рабочего органа. При нагретых поверхностях материал прилипает и подвергается интенсивным сдвиговым деформациям. Указанное подтверждает возможность термического регулирования течения полимера в винтовых каналах.

Для поддержания требуемого теплового режима в местах коротких нарезок червяка в зонах разрывов нарезки гильзы экструдер имеет отдельные участки 27 теплового контроля.

Заданная температура червяка поддерживается за счет прокачивания через трубку 28 и полость червяка теплоагента, поступающего из термостата. Благодаря тому, что винтовые канавки нарезки 7 имеют малую глубину имеется возможность обеспечить достаточную прочность червяка и увеличить теплообменную поверхность его внутренней полости. Гильза 2 на входном участке имеет нарезку 29.

Экструдер работает следующим образом.

Заранее до начала работы часовой механизм включает систему тепловой автоматики и систему автоматического питания резиновой смесью (не показаны). За время выхода экструдера на тепловой режим система автоматического питания подает первую платформу (не показана) с резиновой смесью нужной марки и дает импульс на подготовку экструдера к пуску. Когда все тепловые зоны его достигли заданных температур, система теплоавтоматики дает импульс на подготовку к пуску. В начале рабочего времени оператор проверяет по показаниям приборов готовность экструдера, при этом должно учитываться отличие устройства рабочих органов. При переработке резиновых смесей температура червяка задается в пределах 60-80^оС, температура секций гильзы корпуса 40-60^оС, а температура участков 27 гильзы 60-80^оС. Заправляется лента резиновой смеси в загрузочную воронку 3 и нажатием кнопки производится пуск.

Под действием нарезки 6 червяка 5 и нарезки 29 гильзы резиновая смесь втягивается в корпус экструдера, предварительно подогревается, перемешивается и подается сначала в винтовые каналы нарезки участка 9 червяка, а затем в винтовые каналы нарезки гильзы 2 зон пластификации и выдавливания. Под действием эксцентричной нарезки гильзы корпуса материал интенсивно перемешивается, плавно перетекая из большого объема 30 одной ступени в малый увеличивающийся объем 31 другой ступени нарезки. При проходе материала через короткие участки 8 нарезок червяка на входе в винтовые каналы этих нарезок и выходе из них материал претерпевает интенсивные сдвиговые деформации. При взаимодействии медленно движущегося материала в неподвижных винтовых каналах эксцентричных витков 19 с торцевыми поверхностями срезов подвижных нарезок участков 8 за счет адгезии на входе и выходе каждой секции в материале образуются ускоренные круговые потоки, которые под действием напорных поверхностей витков 19 преобразуются в поступательное движение вдоль винтового канала. Таким образом короткие нарезки участков 8 червяка являются усилителями кругового потока и, следовательно, повышают скорость течения вдоль винтового канала.

При чистке машины, когда в объеме 31 становится недостаточно материала для образования течения, отдельные его части скатываются вниз по инерции и под действием червяка несколько поднимаются и там задерживаются, другая часть подается на участки 8 нарезок. Здесь материал собирается у поверхности 32 перемычки 18 (фиг.3) под действием лопастей нарезки участка 8 и, взаимодействуя с напорной поверхностью лопасти и поверхностью 32 перемычки, поднимается. Подойдя к концу перемычки и по скосу 20, имеющемуся на верхней ступени 10, материал подается на верхнюю часть витка 19 нарезки, откуда под действием веса и по витку 19 скатывается на следующий участок 8.

В это время материал, находящийся в каналах мелкой нарезки 7 червяка 5, взаимодействуя с внутренней поверхностью витков нарезки участка 9 гильзы, течет рывками за время нахождения канала против витков. Большая часть винтового канала нарезки 7 находится открытой, и поэтому находящийся в нем материал находится в неподвижном состоянии. Течет только та часть материала, которая взаимодействует с внутренней поверхностью участка витков 9, вследствие чего в передней части ленточка смеси в канале разрывается и сволакивается в заднюю часть течения, образуя там петли и торчащие концы. На червяке образуется своеобразная щетка, которой подбираются остатки материала из винтовых каналов гильзы в винтовые каналы нарезки 7 червяка. За счет пульсирующего течения остатки материала по винтовым каналам червяка транспортируются из корпуса наружу.

Формула изобретения

1. ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий корпус, смонтированную в нем гильзу с эксцентричной винтовой нарезкой по внутренней поверхности и размещенный в гильзе с возможностью вращения червяк с винтовой нарезкой, отличающийся тем, что эксцентричная нарезка гильзы выполнена с разрывами по длине гильзы и ступенчатой по глубине канала с противоположным эксцентриситетом ступеней и боковым их расположением, при этом нарезка червяка выполнена многозаходной на отдельных коротких участках, расположенных в разрывах нарезки гильзы и между участками нарезки червяка, которые выполнены в виде винтовых канавок малой глубины, причем экструдер снабжен отдельными участками теплового контроля, расположенными в корпусе в зонах разрывов нарезки гильзы.

2. Экструдер по п.1, отличающийся тем, что центр ступени эксцентричной нарезки гильзы, прилежащий к напорной поверхности витка нарезки, расположен выше центра внутреннего диаметра гильзы в поперечном ее сечении, при этом в зонах разрывов нарезки гильзы со стороны подачи материала в плоскости среза витков нарезки образована перемычка для соединения в направлении вращения червяка нижнего витка нарезки со ступенью верхнего витка, а на ступени верхнего витка в месте соединения ее с перемычкой выполнен скос.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3