Экструдер для дегазации полимерных материалов

Экструдер для дегазации полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н -И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

<" 700054

Союз Советские

Социалистические

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 16.06.76 (21) 2371830/05 (23) Приоритет — (32) 17.10.75 (31) 124424/75 (83) Япония (51) М. Кл.

В 29 F 3/03

1Ъаударатевнньб1 кемнтет

СССР ае делен нзебретеннй н етврьпнй

Опубликовано 25.11.79. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 25.11.79 (53) УЙК 678.

057 3 (088 8) Иностранцы

Юкимаса Морисима, Минору Есида н Кимиясу Ханаки (Япония) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Джапан Стил Воркс, ЛТД™ (Япония) (71) Заявитель (54) ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ДЕГАЗ АЦИИ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ!

IS

Изобретение относится к экструдерам, обеспечивающим дегазацию и моднфицнрование, при этом в них осуществляется непосредственно дегаэацня, удаление растворителя и модифицирование синтетических смол.

Известен экструдер для дегазации полимерньи материалов, содержащий корпус, расположенный s нем шнек, включающий зону рифления, размещенную между нарезками шнека, и отверстие для отвода газов в стенке корпуса, выполненное над зоной рифления (1l ..

Недостаток такого экструдера состоит в том, что масса, находящаяся под давлением в зоне рнфлений и на рабочей стороне выступов нарезки шнека, при некоторых условиях имеет тенденцию выходить через отверстие для отсоса газов и этим era блокировать.

Ближайшим по технической сущности к предложенному экструдеру является экструдер для дегазации полимерных материалов, содержиций цилиндр, смонтированные в нем основной и вспомогательный параллельные шнеки с винтовой нарезкой, приводом их противоположного вращения и последовательно расположенными участками питания, замешивания,.смешения, подачи, сжатия, смешения, подачи, выполненное в цилиндре на участке питания загрузочное отверстие, регулировочный поршень, размещенный на участке эамешивания, н вентиляционное отверстие, расположенное на участке смешивания, причем основной шнек выполнен с длиной, превышающей длину вспомогательного шнека, и имеет участок дозирования после последнего участка подачи, а винтовые нарезки шнеков на участках пит.-.ния и подачи сопряжены между собой наружными поверхностями f2).

Недостаток этого экструдера состоит в том, что он не обеспечивает интенсивного процесса дегазации ввиду того, что возникают значительные обратные потоки смолы, при этом не создается необходимое давление смолы на передние участки циеков, н не обеспечивает модификации материалов.

Цель изобретения — интенсификация процесса дегазации и обеспечение модификации полимерных материалов.

Это достигается благодаря тому, что участок эамешивания каждого шнека выполнен в виде

00054 4 лагаться фактически ниже вентиляционного отверстия "ж", участок "в" подачи, участок ™е" сжатия, участок "д" смен|ения должны размещаться фактически ниже вентиляционного отверстия "з", Основной шнек 3 снабжен допол15

55 смонтированных по оси шнека размещенного под регулировочным поршнем регулировочного кольца, наружный диаметр которого выполнен равным наружному диаметру шнека, запирающего кольца с диаметром, превышающим наружный диаметр шнека, и расположенных между ними по винтовой линии по меньшей мере на половине шага винтовой нарезки шнека штырей, причем цилиндр на участке замешивания eamon, нен с каналом для подачи воды, а витки нарезки шнеков на участках смешения смещены относительно друг друга на половину шага.

На фиг. 1 изображен предложенный экструдер, общий вид; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; иа фиг. 4 — сечение В-В на фиг. 1(в увеличенном масштабе); на фиг. 5 — сечение Г-Г на фиг. 1.

На фиг. 1 и 2 представлен предпочтительный вариант практического осуществления данного изобретения, где главный приводной вал 1 вращается в одном направлении с помо пью не показанных на чертеже приводных устройств, а вспомогательный приводной вал 2 приводится во вращение в противоположном направления с помощью приводных устройств, присоединенных при работе соответственно к основному 3 и вспомогательному 4 шнекам с помощью соответствующих соединительных устройств. CIcновной и вспомогательный шнеки 3 и 4 установлены с возможностью вращения параллельно цилиндру 5, который окружен внешней рубашкой 6, предназначенной для обеспечения нагрева или охлаждения. В цилиндре 5 предусмотрено верхнее загрузочное отверстие "а" и нижнее загрузочное отверстие "б", расположенное на самом его конце, в результате чего в отверстия "а" и "б" можно загружать расплавленную синтетическую смолу, имеющую температуру

130 — 320 С, и расплавленную синтетическую смолу, имеющую очень низкую вязкость. Синтети.к ческая смола, загружаемая через загрузочное отверстие "а" или "б", перемешается в цилиндре 5 с помощью как основного, так и вспомогательного шнеков 3 и 4, которые вращаются в противоположных направлениях, как это показано на фиг, 2 стрелкой, и которые обычно выполнены в виде правосторонних или левосторонних винтов. Шнеки 3 и 4 разделены соответственно на различные участки, т.е, участки подачи "в1" — "вз", эамешивания "r", смешения

"д"1, "д" и сжатия "е". Основной и вспомогательный шнеки 3 и 4 выполнены (в порядке направления от их концов, расположенных вблизи приводных валов 1 и 2) так, что участок

"в"1 подачи должен располагаться выше нижнего загрузочного отверстия "б" и ниже верхнего загрузочного отверстия "а", участок "г" замешивания и участок "д" 1 смешения должны распо20

50 кительно участком "и" дозирования, расположенным последовательно с участком "в"з подачи. При этом наружные поверхности участков винтовой нарезки 7 главного и вспомогательного шнеков расположены так, что прилегают друг к другу в тех участках, где шнеки 3 к 4 соприкасаются друт с другом соответственно участками в, — вэ подачи (см. фиг, 3). На замешивающем участке шнеки 3 и 4 снабжены регулировочиыми кольцами 8, внешний диаметр которых равен фактически внешнему диаметру этих шнеков, и запирающими кольцами 9, внешний диаметр которых несколько больше внешнего диаметра регулировочных колец 8, при этом регулировочные 8 и запирающие 9 кольца установлены соответственно на главном и вспомогательном шнеках 3 и 4 определенным образом в поперечном направлении по отношению друг к другу, так что они фактически сопрягаются друг с другом. В центре регулировочных колец 8 обоих шнеков 3 и 4 находится регулировочный поршень 10, который размещен с возможностью скольжения внутри гицравлического цилиндра 11, прикрепленного к цилиндру 5 в его верхней части, так что поршень 10 может перемещаться вверх и вниз при работе цилиндра 11 (см. фиг. 5). В этом случае следует иметь ввиду, что донная часть поршня 10 имеет такую конфигурацию, что она фактически сопрягается с внешними периферийными поверхностями обоих регулировочных колец 8, В дополнение к этому основной и соответственно вспомогательный шнеки 3 и 4 снабжены рядом штырей 12, размещенных между регулировочными 8 и запирающими 9 кольцами, при этом штыри 12 располагаются соответственно по спиральной линии, угол которой фактически такой же или противоположный тому, который имеет витки нарезки 7 шнеков 3 и 4, причем они выступают по крайней мере на половину шага нарезки 7. Цилиндр

5 имеет канал 13 для воды в сопле 14, расположенный в части, находящейся ниже шнеков

3 и 4, где размещены штыри 12 так, как это показано на фиг. 2.

Сопло 14 имеет такую конфигурацию, что вода, подаваемая в него по каналу 13 под давлением, толкает в полую камеру клапана

15, выполненную в верхней части сопла 14, шарик 16, и вода впрыскивается в расположенные напротив друг друта участки шнеков 3 и 4 в цилиндре 5 через канал 17 для выхода воды, выполненный в стенке камеры клапана 15.

7000S4

Участки "д 1 и "д q смешения, расположенные ниже соответственно первого и второго вентиляционных отверстий "ж", "з", выполнены в верхней части переднего участка цилиндра 5, и нарезки 7 основного и вспомогательного шнеков 3 и 4 смещены на половину шага в тех местах, где витки нарезки сопрягаются друг с другом в участках д"1, "д"> смешения, в то время как внешние поверхности нарезки 7 обоих шнеков соприкасаются снова в участках "в"> "в"> подачи, которые непосредственно соединяются с участками "д" 1, "д"> смешения (см. фиг. 2).

На участке "е" сжатия зазор под шнеком делается постепенно меньше, чем зазор в предшествующих ему участках "в"т подачи, так что на нем можно воздействовать давлением непосредственно на смолу перед вторым вентиляционным отверстием "э".

Участок "и" дозирования предусмотрен только на основном шнеке 3, причем в нем зазор между цилиндром и тннеком постепенно сужается по сравнению с предшествующим ему участком "в"з подачи так же, как и на участке "е" сжатия, при этом образуется дозирующий участок "к".

Нижнее загрузочное отверстие "б" используется для подачи расплавленной смолы, имеющей низкую вязкость, при этом, когда используется верхнее загрузочное отверстие "а", нижнее загрузочное отверстие "б" закрывается соответствующей крышкой. Когда нужно использовать нижнее загрузочное отверстие, верхнее загрузочное отверстие может быть использовано в качестве вентиляционного отверстия для удаления через него летучих веществ,,выходящих из расплавленной смолы.

Работает экструдер следующим образом, Поскольку на участках в — вз подачи наружные поверхности нарезки 7 основного и вспомогательного шнеков 3 и 4 выполнены так, что они соприкасаются друг с другом, обеспечивается воэможность передачи расплавленной смолы внутри сопрягающихся участков нарезки 7 обоих шнеков 3 и 4, как это показано на фиг, 3, так что можно осуществлять подачу смолы под давлением. Соответственно расплавленная смола, подаваемая через верхнее "а" или нижнее "б" загрузочные отверстия принудительно перемещается вперед за счет реализации этой возможности. На этом этапе путем регулирования поршня 10 так, чтобы изменять количество подаваемой смолы, можно регулировать по желанию количество подаваемой смолы путем приведения в действие цилиндра l l. Следовательно, регулируемое количество смолы принудительно перемещается через зазор, образованный между регулировочными кольцами 8 и внутренней стен6 кой цилиндра 5, н далее через зазор, образованный между запирающими кольцами 9 и внут- . ренней стенкой цилиндра 5. Поскольку внешний диаметр запирающего кольца 9 немного больше, чем диаметр регулировочного кольца 8, расплавленная смола имеет тенденцию заполнять зазор,,т.е. участок "г" замешивания, образованный между обоими кольцами 8 и 9, так что она люжет быть сжата внутри участка "г". На этой стадии осуществления способа в имеющую высокую температуру смолу впрыскивается через сонно

14 вода, после чего вода и смола подвергаются фактически смешиванию, так что содержащиеся в смоле летучие вещества уносятся вмес-

15 те с паром, образованным при испарении воды под действием тепла, переносимого смолой, и выходящим через первое вентиляционное огверстие "ж".

Принцчпиальное значение впрыскивание во20 ды имеет в тех случаях,,когда обработке подвергаются смолы, имеющие менее летучие компоненты, так как вода обеспечивает их дегазацию. В этом случае, поскольку в смесительных

25 участках "д",, "д"> нарезки 7 основного 3 и вспомогательного 4 шнеков смещены на половину шма, смола. подаваемая этими шнеками, переворачивается между обоими шнеками 3 и

4, в результате чего обеспечивается значительно

30 лучшее и интенсивное перемешивание. Следовательно, происходит активная смена поверхностей смолы в смесительных участках "д"q и

"д"q, в результате чего может быть обеспечена эффективная дегазация.

Когда концентрация летучих веществ, содер35 жащнхся первоначально в расплавленной смоле настолько велика, что требуемый уровень дегазации не может быть обеспечен только эа счет использования вентиляционного отверстия "ж" и вентиляционного отверстия "з", могут быть предусмотрены, если это необходимо, дополнительные вентиляционные отверстия, так что количество летучих составляющих может быть доведено до уровня, который ниже требуемого

4 значения концентрации этих веществ. Кроме того, в этом случае в вентиляционное отверстие "э", а также в другие отверстия может впрыскиватъся вода, поступающая непосредственно на их передние участки подобно тому, как это осуществляется в вентиляционном отверстии "ж", для обеспечения лучшей дегаэации.

Может возникнуть необходимость в том, чтобы с помощью шнеков 3 и 4 подавать расплавленную смолу вперед под давлением на участки, расположенные за вторым вентиляционным otверстием "з". что определяется особенностями гранулятора, который присоединяется к переднему концу зкструдера. Передние концы основ, ного и вспомогательного шнеков 3 н 4 могут

700054

7 быть выполнены так, что давление смолы, раз- виваемое иа участках передних концов укаэанных шнеков, будет непосредственно прикладываться к ним в виде довольно значительной осевой нагрузки, но поскольку расстояние между шнеками 3 и 4 относительно небольшое, в двухшнековом экструдере могут быть установлены подшипники, выдерживающие такую большую осевую нагрузку, величина которой соответствует нагрузке одношнековых экструдеров. о

Однако поскольку основной шнек 3 согласно изобретению выполнен в передней части как шнек одношнекового экструдера, давление, которое оказывает смола на переднюю часть вспомогательного шнека 4, невелико. Поэтому осе- 15 вое усилие, воздействующее на шнеки, воспринимается в основном одним основным шнеком

3, а подшипники, устанавливаемые на переднем конце основного шнека 3, могут выдерживать высокую осевую нагрузку. создаваемую высоким давлением смолы. Поэтому зазор между основным шнеком 3 и внутренней стенкой пилиндра 5 может быть сделан меньшего размера для того,.чтобы предотвратить наличие обратного потока смолы и свести его к минимуму.

Следовательно, согласно предложенному изобретению можно легко осуществить доэирование для обеспечения стабильной экструзии на участке основного шнека. Например, при переработке обычного этилена температура последнего понижается путем впрыскивания во внутрь его большого количества воды, в результате это вещество легче поддается сдвиговым деформациям, что облегчает дегазацию газообразного этилена, причем в это же время смола может подвергаться воздействию сдвиговых усилий, осуществляемых в участке "и" дозирования основного шнека 3.

Таким образом, данное изобретение позволяет интенсифицировать процесс дегазации полимеров и, следовательно, понизить. загрязнение окружающей среды и атмосферы, 8

Формула изобретения

Экструдер для дегаэации полимерных материалов, содержащий цилиндр, смонтированные в нем основной и вспомогательный параллельные шнеки с винтовой нарезкой, приводом их противоположного вращения и последовательно расположеннымиучастками питания, замещивания, смешения, подачи, сжатия, смешения, подачи, выполненное в цилиндре на участке питания загрузочное отверстие, регулировочный поршень, размещенный на участке замешивания, и вентиляционное отверстие, расположенное на участке смешивания, причем основной шнек выполнен с длиной, превышающей длину вспомогательно-. го шнека, и имеет участок дозирования после последнего участка подачи, а винтовые нарезки шнеков на участках питания и подачи сопряжены между собой наружными поверхностями, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса дегазации и обеспечения модификации полимерных материалов, участок эамешивания каждого шнека выполнен в виде смонтированных по оси шнека размещенного под регулировочным поршнем регулировочного кольца, наружный диаметр которого выполнен равным наружному диаметру шнека, запирающего кольца с диаметром, превышающим наружный диаметр шнека, и расположенных между ними по винтовой линии по меньшей мере на половине шага винтовой нарезки шнека штырей, причем цилиндр на участке замешивания выполнен с каналом для подачи воды.а витки нарезки шнеков на участках смешения смещены относительно друг друга на половину шага.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс.— Л., ГХИ, 1962, с. 244 — 245.

2, Патент США Р 3070836, кл. 264 — 40, опублик. 1963 (прототип),