Червячно-дисковый экструдер для переработки полимерных материалов

Червячно-дисковый экструдер для переработки полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов экструзией. Цель изобретения - получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управления тепловыми режимами диска. Червячно-дисковый экструдер содержит размещенный в корпусе рабочий орган в виде полого червяка и связанного с ним диска. Диск выполнен с полостью для частичного заполнения теплоносителем. В полости рабочего органа размещено средство термостатирования в виде двух коаксиальных трубок. Внутренняя поверхность червяка и коаксиальные трубки выполнены коническими. Наружная трубка и внутренняя поверхность червяка обращены большим основанием конуса в сторону диска. Внутренняя трубка обращена большим основанием конуса в сторону хвостовика червяка. Внутренняя поверхность диска на участках между червяком и торцом внутренней трубки и торцовая стенка последней с противоположной диску стороны выполнены с капиллярно-пористой структурой. Изменяя температуру и количество подводимого хладагента, а также температуру торцовых стенок, прилегающих к диску, можно менять температуру перерабатываемого материала, а следовательно, получать расплав с заданными свойствами. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l9> SU (II) (51) 5 В 29 С 47/78, 47/80

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21 ) 4455853! 31-05 (22) 18.05,88 (46) 23,04.90. Бюл, Ф 15 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72 В.А.Кочеров, Л.В.Чижская, В.В,Даниленко, В,В.Клименко, А. Н. Гершуни, А, П. Нищи к и В,Ю.Шапировский (53) 678.057. 33 (088.8 (56 ) Авторское свидетельство СССР

Ф 1214460, кл, В 29 С 47/78, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1060491, кл. В 29 С 47/84,. 1982. (54) ЧЕРВЯЧНО-ДИСКОВЫЙ ЭКСТРУДЕР ДЛЯ

ПЕРЕРАБОТЮ1 ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов экструзией, Цель изобретения — получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества эа счет управления тепловыми режимами диска, Червячно-дисковый экструдер содержит размещенный в корпусе рабочий орган в виде полого червяка и свя занного с ним диска, Диск выполнен с полостью для частичнного заполнения теплоносителем, В полости рабочего органа раэмещенно средство термостатирования н виде двух коаксиальных трубок. Внутренняя поверхность червяка и коаксиальные трубки выполи вы коническими. Наружная трубка и внутренняя пов ер хность чер вяк а обращены большим основанием конуса в сторону диска. Внутренняя трубка обращена большим основанием конуса в сторону хвостовика червяка. Внутренняя поI

1558694 верхность диска на участках между червяком и торцом внутренней трубки и торцовая стенка последней с проти воположной диску стороны выполнены с капиллярно-пористой структурой. Из5 меняя температуру и количество подвоИзобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов экструзией и может быть использовано в химическом и полимерном ма15 шиностроении.

Целью изобретения является получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управления тепловыми режимами диска, 20

На чертеже представлен червячнодисковый экструдер, продольный разрез.

Зкструдер содержит корпус 1 с за— грузочным отверстием 2, рабочий орган 25 в виде полого конического червяка 3 и связанного с ним подвижного диска 4 с полостью 5 для частичного заполнения теплоносителем, коаксивльные конические трубки 6 и 7, .установленные внутри полого червяка 3 и полого дис— ка 4 и образующие внутреннюю полость

5 червяка 3 и диска 4, при этом трубка 7 является внутренней, в трубка 6 по отношению в ней — наружной, 35

Торцовые стенки, закрывающие внутренюю полость 5 червяка 3, а также стенки коаксиальных трубок 6 и 7,и диска

4, образуют кольцевые поверхности, которые на участках между червяком и торцом внутренней трубки 7 имеют капиллярно-пористую структуру 8, а торцовая стенка трубки 7 в этом месте — гладкая, С противоположной диску 4 стороны торцовые стенки, закрыва-45 ющие полость 5 червяка 3 и конических коаксиальных трубок 6 и 7, выходят за габариты экструдера, при этом поверхность на участках между червяком 3 и торцом внутренней трубки 7

50 гладкая, а торцовая поверхность трубки 7 имеет капиллярно-пористую структуру 8, Наружные торцовые стенки с противоположной диску 4 стороны, выходящие за экструдер, выполняются оребренными и к ним подводится хладо«55 агент, например, воздух, а на наружной поверхности внутренней трубки 7 расположен нагреватель 9. димого хпадагента, а также температуру торцовых стенок, прилегающих к диску, можно менять температуру перерабатываемого материала, а следовательно, получать расплав r. заданными свойствами. 1 ил, Продольные конусные стенки 10, 11

cooTBетственно черняка 3 и наружной трубки 6 обращены большим основанием в сторону диска 4, а конусная стенка

12 внутренней трубки 7 обращена большим основанием в сторону хвостовика червяка 8.

Торцовые стенки, прилегающие к диску 4, имеют заправочные штуцеры 13-15, служащие для откачивания воздуха из полостей диска 4 и трубок 6 и 7, а затем для заправки их теплоносителем.

После заправки теплоносителем штуцеры 13-15 тщательно запаиваются и закрываются колпачком, Количество теплоносителя выбирают так, чтобы он полностью заполнял всю капиллярную структуру 8 с образованием некоторого избытка в виде лужи. В режиме охлаждения хладоаген1, например воздух, от вентилятора подается на оребренную поверхность наружных торцовых стенок в хвостовнке червяка 3; в режиме нагрева теплоноситель, находящийся в капиллярно-пористой структуре 8 трубки ,7, нагревается от нагревателя 9.

Экструдер работает следующим образом, Полимерный материал, подаваемый в загрузочное отверстие 2, захватывается и транспортируется червяком 3. В процессе транспортировки материал разогревается и уплотняется, превращаясь в расплав, причем окончательное получение расплава необходимого качества происходит в зазоре между корпусом

1 и диском 4, особенно на выходе расплава в формующую головку. Расплав„ нахоцящийся в зазоре, имеет по крайней мере, три области, в которых осуществляются характерные течения: в области I, расположенной у,периферии дисков 4, круговая скорость высока и гораздо больш радиальной. На этом участке превалируют касательные напряжения qä, под действием которых происходит интенсивное сдвиговое деформирование первоначальной диспер35 конусным продольным стенкам 10 и 12 к торцовым стенкам, прилегающим к подвижному диску 4„насыщая конденсатом капиллярную структуру 8, Аналогичным образом происходит перенос тепла в 5Q герметичной .трубке 7, Вращение червяка 3 и диска 4 способствует стеканию конденсата, В тех случаях, когда к участку III необходимо подводить определенное количество тепла, тепло от нагревателя 9 передается через торцовую стенку большего основания трубки

7 капиллярной структуре 8 и находящемуся в ней теплоносителю, Процесс пе5 15586 сии и с, » с . В области II, расположенной по торцу наружной трубки 6, касательные qg и разделительные напряжения по величине сопоставимы, Сдвиговые деформации становятся сопоставимы с радиальными, В этой области происходит релаксация напряженлй, образовавшаяся волокнистая структура распадается, образуя частицы, 1О размер которых меньше первоначально поступивших в зазор, В области III, расположенной по торцу внутренней трубки 7, радиальные напряжения постоянно увеличив;котся и превышают ка- 15 сательные, Происходит переориентация потока расплава, при которой радиальное течение превалирует над окружвъ м, Для этой области характерно соотношение компонент тензора напФ ряжений )> qz .

На основании изложенного следует, что наибольшее количество диссипативного тепла выделяется в области I u наименьшее в области ?ТТ, Следователь- Z5 но, изменяя подводимый поток, можно добиться получения требуемого качества расплава и управлять процессом экструзии в областях и III.

Рассмотрим управление процессом переноса тепла во. внутренней полости 5 червяка 3 и диска 4, а также в трубке 6. Диссипативчое тепло, выделяющееся в расплаве, на участке I u частично на участке II передается через стенку диска 4 капиллярной структуре 8 и находящемуся в ней теплоносителю, Теплоноситель испаряется и образовавшийся пар транспортируется к более холодным выходным торцовым стенкам, выходящим за экструдер н имеющим наружное оребрение, куда подводится хладоагент, На внутренних поверхностях этих стенок пар конденсируется и конденсат возвращается по

94 6 реноса тепла в трубке 7 происходит аналогично описанному, только направлен он в противоположную сторону, поэтому конусность стенок трубки 7 противоположна направлению конусности во внутренней полости червяка 3 и трубки 6. Так как на участке III происходит конденсация теплоносителя, цирку.лирующего в трубке 7, то наличие капиллярной структуры 8 здесь не нужно, потому что она будет задерживать стекание конденсата. Аналогично она не нужна на противоположных поверхностях в хвостовике червяка 3, на которых происходит конденсация °

Изменяя температуру и количество подводимого хладоагента на оребренных поверхностях, изменяем температуру на торцовых стенках, прилегающих к подвижному диску 4, а следовательно, и температуру перерабатываемого материала на этих участках, благодаря чему можно получать расплав с заданными св ой ств а ми, Рас смотрим получение полимерных материалов с заданными свойствами на червячно-дисковом экструдере со встроенными герметичными теллопередающими конусными трубками на примере экструдирования из смеси полипропилена волокнообразующий компонент и полистирола — матрица, взятых в соотношении 30-707 (ПП:ПС), При поддержании температуры на кольцевой поверхности, соответствующей области I подвижного диска, равной температуре плавления матричного полимера, а на кольцевых поверхностях, соответствующих областям II u III того же диска на 5-10 С выше темпера. гуры плавления волокнообразующего полимера, получаем материал с повышенным содержанием волокнообразовакия. При переработке других поли-. мерных материалов и смесей, изменяя температуру кольцевых поверхностей в областях Т, II, III при помощи встроенных конусных коаксиальных трубок, получаем переменные вяэкостные характеристики материалов которые приводят к изменению их свойств.

Технико-экономический эффект от внедрения предла гаемо го э кструдер а з акпючается в получении расплава заданного. качества, в получении расплава с новыми свойствами, особенно, когда в процессе переработки участвует смесь термодинамически несовместимых полимеров. Кроме того, управление эк1558694

Формула из о брет ения

Составитель Э. Гольтякова

Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Редактор С, Патрушева

Тираж 541

Подписно е

Заказ 306

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 струдером простое, все средства нагрева и охлаждения вынесены наружу. Экструдер обладает хорошими динамическими характеристиками поэтому удоФ

5 бен в процессе управления. т

Червячно-дисковый экструдер для пе-10 реработки полимерных материалов, содержащий корпус с загрузочным отверстием, размещенный в корпусе рабочий орган в виде полого червяка и связанного с ним диска с полостью для частич-15 ного заполнения теплоносителем и средства термостатирования в виде двух коаксиальных трубок, размещенных в полости рабочего органа, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью получения материалов с заданными свойствами и повышения их качества эа счет управления тепловыми режимами диска, коаксиальные трубки и внутренняя поверхность выполнены коническими, при этом наружная трубка и внутренняя .поверхность червяка обращены большим основанием конуса в сторону диска, внутренняя поверхность которого на участках между червяком и торцом внутренней трубки выполнена с капиллярно-пористой структурой, а внутренняя трубка обращена большим основанием конуса в сторону хвостовика червяка и выполнена с торцовой стенкой капиллярнопористой структуры, размещенной с противоположной диску стороны.