Устройство и способ экструзии пластмассы

Изобретение относится к устройству для экструзии пластмасс. Техническим результатом является улучшение равномерности распределения наполнителя в пластмассе и улучшение качества продукции. Технический результат достигается устройством (1) для экструзии пластмасс, которое содержит экструзионный шнек (3), корпус (2) с полостью (4), в которой расположен шнек (3) с возможностью вращения, приводной узел (5) для приведения шнека (3) во вращение, нагревательный элемент (10), расположенный на корпусе (2) вдоль шнека (3), заправочный блок (6), который присоединен к корпусу (2) в загрузочной зоне (7) шнека (3) и через который в полость (4) может подаваться измельченная пластмасса. Причем шнек (3) при вращении транспортирует измельченную пластмассу в направлении (8) транспортировки вдоль продольной оси (9) шнека (3) и через выпускное отверстие, образованное в корпусе (2), выводит из полости (4). Также устройство содержит дозатор (12) для подачи наполнителя. Причем корпус (2) имеет оканчивающееся в полость (4) подводящее отверстие (11) для наполнителя, в частности, порошкообразного наполнителя. При этом подводящее отверстие (11), если смотреть в направлении (8) транспортировки, расположено перед загрузочной зоной (7) или в загрузочной зоне (7) шнека (3). Причем дозатор (12) для подачи наполнителя подсоединен к подводящему отверстию (11) и предназначен для подачи наполнителя в полость (4) диспергированным в газовом потоке. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройству и способу экструзии пластмассы согласно ограничительной части пункта 1 и пункта 8 формулы изобретения.

Из AT 507 971 A1 известен экструдер для экструзии пластмасс, который содержит корпус с полостью, в которой установлен шнек с возможностью вращения. Шнек приводится в действие приводным узлом. Вдоль шнека на корпусе находятся нагревательные элементы, посредством которых в полость можно ввести тепловую энергию. Через заправочный блок, который подсоединен к корпусу в загрузочной зоне шнека, в полость подают измельченную пластмассу. Шнек при вращении перемещает измельченную пластмассу в направлении транспортировки вдоль продольной оси шнека, при этом пластмасса расплавляется за счет тепловой энергии, вносимой в полость нагревательными элементами. Расплавленная экструдированная пластмасса отводится из полости через находящееся на конце полости выпускное отверстие и подается на дальнейшее применение.

Чтобы изменить свойства пластмассы и/или сэкономить на расходах на материал, можно добавлять в пластмассу наполнитель с помощью дозатора для подачи наполнителя. Наполнители представляют собой, например, карбонаты, в частности, карбонат кальция CaCO₃, силикаты, тальк, оксиды и т.д., или же короткие волокна, в частности, стекловолокна или углеродные волокна. Наполнители добавляются в пластмассу посредством дозатора для подачи наполнителя либо в виде маточной смеси, либо в несвязанной форме, например, в виде порошка или в виде гранулята, причем добавление наполнителя в порошкообразной форме является самым экономичным. Наполнители добавляют к пластмассе в загрузочной зоне шнека, или пластмассу смешивают с наполнителем и подают в устройство уже в предварительно смешанном состоянии. За более подробной информацией можно обратиться, например, к AT 508100 A2 или WO 2009/121085 A1.

Из документа US 2012/321836 A1 известно устройство для экструзии пластмассы, которое содержит шнек, корпус с полостью, в которой установлен шнек с возможностью вращения, приводной узел для вращения шнека, нагревательный элемент, заправочный блок, который подсоединен к корпусу в загрузочной зоне шнека и через который в полость можно подавать измельченную пластмассу, и дозатор для подачи наполнителя. Шнек при вращении перемещает измельченную пластмассу в направлении транспортировки вдоль продольной оси шнека и выводит ее из полости через выпускное отверстие в корпусе. Корпус имеет оканчивающееся в полость загрузочное отверстие для наполнителя, подаваемого дозатором для подачи наполнителя. Из фиг.9 этого документа следует, что загрузочное отверстие находится не в загрузочной зоне или перед ней, а после нее.

Однако оказалось, что недостатком известных из уровня техники способов добавления порошкообразного наполнителя в измельченную пластмассу является то, что при отношениях наполнитель/пластмасса выше 1/10 перемешивание наполнителя с пластмассой может быть недостаточным, из-за чего могут образоваться комки наполнителя. С одной стороны, из-за комков наполнителя возникают колебания давления у выпускного отверстия экструдера, что приводит к проблемам при очистке экструдированной пластмассы, осуществляемой после экструзии, а, с другой стороны, образуется экструдированная пластмасса с неравномерно распределенной долей наполнителя. Это вызывает проблемы, в частности, при производстве пленок, волокон и других тонких изделий, поскольку неравномерно распределенная доля наполнителя может привести к образованию трещин.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработать устройство и способ, с помощью которых можно устранить указанные выше недостатки уровня техники и получить высококачественную пластмассу с высокой долей наполнителя.

Согласно изобретению, эта задача решена посредством устройства с признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения и способа с признаками отличительной части пункта 8. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов.

В устройстве согласно изобретению корпус имеет оканчивающееся в полость подводящее отверстие. Подводящее отверстие в направлении транспортировки находится перед загрузочной зоной или в загрузочной зоне шнека, при этом подводящее отверстие не всем своим сечением должна быть расположена в загрузочной зоне.

К подводящему отверстию подсоединен дозатор для подачи наполнителя. Дозатор для подачи наполнителя предназначен для подачи в полость распределенного в газовом потоке наполнителя, в частности, порошкообразного наполнителя. Порошкообразный наполнитель при прохождении газового потока через измельченную пластмассу пристает к поверхности еще не расплавленной или уже по меньшей мере поверхностно расплавленной измельченной пластмассы. Это выгодно тем, что наполнитель подается в пластмассу тонко распределенным и, таким образом, наполнитель прилипает к измельченной пластмассе тонко распределенным даже при отношении наполнитель/пластмасса выше 1/10. В результате получается очень однородное перемешивание наполнителя и пластмассы. Если теперь полученная смесь из пластмассы и наполнителя расплавляется в дальнейшем процессе экструзии, образуется очень однородная масса и, следовательно, пластмасса очень высокого качества. Благодаря тонкому распределению наполнителя образование комков наполнителя надежно предотвращается.

В качестве газа предпочтительно использовать воздух или азот.

Чтобы по возможности снова удалить газ без остатка из полости, корпус предпочтительно содержит оканчивающееся в полость разгрузочное отверстие, и устройство предпочтительно имеет всасывающее устройство, которое подсоединено к разгрузочному отверстию и предназначено для отвода из полости газа, введенного в полость через газовый поток. Всасывающее устройство может представлять собой, например, простой компрессор, который создает пониженное давление (разряжение) у разгрузочного отверстия и, тем самым, всасывает газ из полости. Всасывание газа из полости предпочтительно осуществляется в зависимости от количества газа в газовом потоке, подаваемом в полость.

Дозатор для подачи наполнителя предпочтительно имеет подсоединение к подводу газа и дозатор для подачи наполнителя содержит конвейер для наполнителя, при этом посредством подвода газа может создаваться газовый поток в полость, и причем конвейер для наполнителя предназначен для подачи порошкообразного наполнителя из резервуара в газовый поток. Подвод газа предпочтительно образован, например, установленным на дозаторе для подачи наполнителя воздушным компрессором в виде воздуходувки, который с низкой затратой энергии сжимает окружающий воздух и, таким образом, создает воздушный поток. Как альтернатива, подвод газа образован внешним промышленным компрессором, и дозатор для подачи наполнителя подсоединен к компрессору посредством стандартных пневморукавов и быстроразъемных муфт. Целесообразным образом конвейер для наполнителя образован дозирующим шнеком или двумя входящими друг в друга дозирующими шнеками, также называется как сдвоенный дозирующий шнек.

Устройство согласно изобретению предпочтительно содержит весовой расходомер, который в направлении транспортировки расположен на конце шнека и предназначен для измерения массового потока пропускаемых через шнек пластмассы и наполнителя, при этом дозатор для подачи наполнителя выполнен для подачи наполнителя в полость в зависимости от массового потока, измеренного указанным расходомером. Расходомер предпочтительно подсоединен к выпускному отверстию. Это выгодно тем, что количество наполнителя, подаваемого в полость, во время работы автоматически изменяется в зависимости от массового потока, измеренного расходомером, благодаря чему можно поддерживать постоянное отношение наполнитель/пластмасса.

Предпочтительно, дозатор для подачи наполнителя содержит газонагревательный элемент, который нагревает газовый поток. Это выгодно тем, что в устройство согласно изобретению можно подавать также влажные наполнители, в частности, влажные порошкообразные наполнители без предварительной сушки, так как наполнитель высушивается нагретым газом газового потока перед его введением в полость. Наполнитель осаждается на пластмассу сухим. Кроме того, в результате сушки порошкообразного наполнителя возможные комки наполнителя, образовавшиеся из-за влаги при хранении порошкообразного наполнителя, разрушаются и тонко распределяются. Газонагревательный элемент предпочтительно выполнен так, чтобы он для нагревания газового потока использовал отходящее тепло нагревательного элемента экструдера. Это выгодно тем, что можно минимизировать расходы на электроэнергию.

Нагревание газового потока особенно выгодно, в частности, при использовании гигроскопичных пластмасс, поскольку они чувствительны к влаге, и сухой порошкообразный наполнитель можно лучше ввести в полимерную матрицу пластмассы.

Другие предпочтительные варианты осуществления устройства согласно изобретению и способа согласно изобретению подробнее поясняются далее на фигурах.

На фиг.1-5 схематически показаны на виде в разрезе различные варианты осуществления устройства согласно изобретению.

Фиг.1 схематически показывает на виде в разрезе первый вариант осуществления устройства 1 согласно изобретению. Устройство 1 содержит корпус 2 и экструдерный шнек 3, причем шнек 3 расположен в полости 4 корпуса 2 с возможностью вращения. К корпусу 2 подсоединен приводной узел 5, который предназначен для приведения шнека 3 во вращение. Приводной узел 5 образован, например, электродвигателем и передачей. На корпусе 2 вдоль шнека 3 образован нагревательный элемент 10.

К корпусу 2 в загрузочной зоне 7 шнека 3 подсоединен заправочный блок 6. Заправочный блок 6 образован как простая воронка. Однако, в другом варианте осуществления существует также возможность, что заправочный блок 6 образован конвейером. С помощью заправочного блока 6 можно подавать измельченную пластмассу в полость 4, при этом шнек 3 при вращении перемещает измельченную пластмассу в направлении 8 транспортировки вдоль продольной оси 9 шнека 3, и измельченная пластмасса расплавляется за счет тепловой энергии, вводимой нагревательным элементом 10 в полость 4. На конце (не показан) полости 4 в направлении 8 транспортировки в корпусе 3 образовано выпускное отверстие (не показано). Через выпускное отверстие экструдированная пластмасса выводится из корпуса 2.

Кроме того, корпус 2 имеет подводящее отверстие 11, оканчивающееся в полость 4. Подводящее отверстие 11 находится, если смотреть в направлении 8 транспортировки, перед загрузочной зоной 7 шнека 3.

Далее, устройство 1 согласно изобретению содержит дозатор 12 для подачи наполнителя, который соединен с подводящим отверстием 11. Дозатор 12 для подачи наполнителя содержит конвейер для наполнителя, образованный как дозирующий шнек 13, и подсоединение 14, которое может быть соединено с подводом газа (не показано). Предпочтительным является подсоединение через быстроразъемную муфту с регулятором давления. Подвод газа осуществляется через внешний компрессор, который соединен с дозатором 12 для подачи наполнителя с помощью быстроразъемной муфты и пневмошлангов. Дозирующий шнек 13 приводится во вращении вторым приводным узлом (не показан), например, электродвигателем и передачей.

Подаваемый компрессором воздух образует газовый поток, в частности поток 16 воздуха, через дозатор 12 для подачи наполнителя через подводящее отверстие 11 в полость 4. Через дозирующий шнек 13 из подсоединенного к дозатору 12 для подачи наполнителя резервуара 15 в воздушный поток 16 подается наполнитель, в частности, порошкообразный наполнитель, благодаря чему порошкообразный наполнитель диспергируется в воздушном потоке 16 и вводится в полость 4. При прохождении воздушного потока 16 через пластмассу порошкообразный наполнитель осаждается на поверхности пластмассы в тонко распределенном виде.

Воздух, вводимый в полость 4 через дозатор 12 для подачи наполнителя, отводится из полости 4 через разгрузочное отверстие (не показано). В направлении 8 транспортировки разгрузочное отверстие предпочтительно находится перед или после подводящего отверстия 11 на расстоянии от подводящего отверстия 11 в корпусе 2 и содержит фильтр. Фильтр предотвращает выход пластмассы или наполнителя из полости 4.

Далее, устройство 1 содержит весовой расходомер 17, который, если смотреть в направлении 8 транспортировки, расположен на конце шнека 3 и предназначен для измерения массового потока пропускаемых через шнек 3 пластмассы и наполнителя. Весовой расходомер 17 соединен с дозатором 12 для подачи наполнителя посредством трубопровода (не показан), при этом дозатор 12 для подачи наполнителя способен подавать наполнитель в полость 4 в зависимости от массового потока, измеренного весовым расходомером 17.

В одном варианте дозатор 12 для подачи наполнителя содержит газонагревательный элемент, посредством которого нагревается воздушный поток 16.

В следующем варианте осуществления подвод газа образован через компрессор, который соединен непосредственно с подсоединением 14.

Фиг.2 схематически показывает вид в разрезе второго варианта осуществления устройства 18 согласно изобретению. Устройство 18 отличается от устройства 1 с фиг.1 только тем, что подводящее отверстие 11 находится в загрузочной зоне 7 шнека 3.

Фиг.3 схематически показывает вид в разрезе третьего варианта осуществления устройства 19 согласно изобретению. Устройство 19 отличается от устройства 1 с фиг.1 только тем, что устройство 19 дополнительно содержит рукав 21, и дозатор 12 для подачи наполнителя находится на расстоянии от корпуса 2, причем дозатор 12 для подачи наполнителя подсоединен к подводящему отверстию 11 посредством рукава 21. Использование рукава 21 выгодно тем, что наполнитель транспортируется в воздушном потоке 16 в течение более длительного времени и, тем самым, порошкообразный наполнитель более тонко распределяется в воздушном потоке 16. Кроме того, в устройстве 19 с дозатором 12 для подачи наполнителя с газонагревательным элементом благодаря рукаву 21 улучшается сушка влажного порошкообразного наполнителя, так как при наличие рукава 21 порошкообразный наполнитель большее время проводит в нагретом потоке 16 воздуха и, таким образом, сушится в течение более длительного времени.

В одном другом варианте осуществления в качестве альтернативы рукаву 21 предусмотрена труба.

Фиг.4 схематически показывает вид в разрезе четвертого варианта осуществления устройства 20 согласно изобретению. Устройство 20 отличается от устройства 19 с фиг.3 только в том, что подводящее отверстие 11 расположено в загрузочной зоне 7 шнека 3.

Фиг.5 схематически показывает вид в разрезе пятого варианта осуществления устройства 22 согласно изобретению. Устройство 22 отличается от устройства 1 с фиг.1 только в том, что дозатор 12 для подачи наполнителя вместо простого дозирующего шнека содержит сдвоенный дозирующий шнек 23.

Здесь также следует отметить, что устройства 1, 18, 19, 20 и 22 могут быть также выполнены без весового расходомера, и количество подаваемого в полость 4 порошкообразного наполнителя может устанавливаться через число оборотов дозирующего шнека 13, соответственно, сдвоенного дозирующего шнека 23. При этом предпочтительно, чтобы число оборотов дозирующего шнека 13, соответственно, сдвоенного дозирующего шнека 23 зависело от числа оборотов экструдирующего шнека 3.

Кроме того, здесь следует также отметить, что дозатор 12 для подачи наполнителя в устройстве 18, 19 и 20 может быть образован не с простым дозирующим шнеком, а со сдвоенным дозирующим шнеком 23.

1. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) для экструзии пластмасс, содержащее экструзионный шнек (3), корпус (2) с полостью (4), в которой расположен шнек (3) с возможностью вращения, приводной узел (5) для приведения шнека (3) во вращение, нагревательный элемент (10), расположенный на корпусе (2) вдоль шнека (3), заправочный блок (6), который присоединен к корпусу (2) в загрузочной зоне (7) шнека (3) и через который в полость (4) может подаваться измельченная пластмасса, причем шнек (3) при вращении транспортирует измельченную пластмассу в направлении (8) транспортировки вдоль продольной оси (9) шнека (3) и через выпускное отверстие, образованное в корпусе (2), выводит из полости (4), а также содержащее дозатор (12) для подачи наполнителя, причем корпус (2) имеет оканчивающееся в полость (4) подводящее отверстие (11) для наполнителя, в частности порошкообразного наполнителя, отличающееся тем, что подводящее отверстие (11), если смотреть в направлении (8) транспортировки, расположено перед загрузочной зоной (7) или в загрузочной зоне (7) шнека (3), причем дозатор (12) для подачи наполнителя подсоединен к подводящему отверстию (11) и предназначен для подачи наполнителя в полость (4) диспергированным в газовом потоке (16).

2. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) по п. 1, отличающееся тем, что корпус (2) имеет оканчивающееся в полость (4) разгрузочное отверстие и что устройство (1; 18; 19; 20; 22) имеет всасывающее устройство, которое соединено с разгрузочным отверстием и предназначено для отвода газа, вводимого в полость (4), из полости (4) через газовый поток (16).

3. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что устройство (1; 18; 19; 20; 22) содержит резервуар (15), а дозатор (12) для подачи наполнителя имеет подсоединение (14), которое предназначено для соединения с подводом газа, создающим газовый поток (16), причем дозатор (12) для подачи наполнителя имеет конвейер для наполнителя и причем конвейер для наполнителя предназначен для подачи наполнителя из резервуара (15) в газовый поток (16).

4. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) по п. 3, отличающееся тем, что конвейер для наполнителя содержит дозирующий шнек (13) или сдвоенный дозирующий шнек (23).

5. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что дозатор (12) для подачи наполнителя расположен на расстоянии от корпуса (2) и устройство содержит рукав (21) или трубу для подсоединения дозатора (12) для подачи наполнителя к подводящему отверстию (11).

6. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройство (1; 18; 19; 20; 22) имеет весовой расходомер (17), который, если смотреть в направлении (8) транспортировки, расположен на конце шнека (3) и предназначен для измерения массового потока пропускаемых через шнек (3) пластмассы и наполнителя, при этом дозатор (12) для подачи наполнителя способен подавать наполнитель в полость (4) в зависимости от массового потока, измеренного весовым расходомером (17).

7. Устройство (1; 18; 19; 20; 22) по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что дозатор (12) для подачи наполнителя имеет газонагревательный элемент, который нагревает газовый поток (16).

8. Способ экструзии пластмассы с помощью расположенного в полости (4) корпуса (2) шнека (3), причем шнек (3) приводят во вращение приводным узлом (5), причем для нагревания полости (4) на корпусе (2) вдоль шнека (3) расположен нагревательный элемент (10), причем через заправочный блок (6), который подсоединен к корпусу (2) в загрузочной зоне (7) шнека (3), в полость (4) подают измельченную пластмассу, причем при вращении шнека (3) измельченную пластмассу транспортируют в направлении (8) транспортировки вдоль продольной оси (9) шнека (3) и выводят через выпускное отверстие, отличающийся тем, что с помощью дозатора (12) для подачи наполнителя через образованное в корпусе (2) подводящее отверстие (11) в полость (4) подают наполнитель, диспергированный в газовом потоке (16), причем подводящее отверстие (11), если смотреть в направлении (8) транспортировки, расположено перед загрузочной зоной (7) или в загрузочной зоне (7) шнека (3).

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что количество наполнителя, подаваемого в полость (4), устанавливают в зависимости от измеренного на конце шнека (3) массового потока пластмассы и наполнителя.

10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что наполнитель подают в полость (4) в потоке нагретого газа (16).