Червячный пресс для переработки полимерных материалов

Червячный пресс для переработки полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнк

Республнк

< 899358 (72) Авторы изобретения

В. В. Гуненков, В. Я. Mopes, Б. К. Надточий и В ЩПРМйко (7l ) Заявитель (54) ЧЕРВЯЧНЫЙ ПРЕСС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЪ|Х

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области полимерного машиностроения, в частности к червячным машинам для переработки термопластичных материалов.

Известен червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий приводной червяк, расположенный в цилиндре, снабженном камерой дегазации, в которой свободно установлен вал с нарезкой, а на вершинах витков червяка нарезаны эвольвентные зубья, находящиеся в зацеплении с нарезкой вала (1) .

Недостатком этого червячного пресса является то, что эвольвентные зубья, расположенные параллельно продольной оси червяка, идеально способствуют так называемому эффекту пристенного скольжения, при котором материал без сопротивления с большой ско.ростью протнвоточно скользит по звольвентным канавкам, увеличивая и без того значительный градиент скорости сдвига, .имеющий место в зазоре между гребнем червяка и стенкой цилиндра, и следовательно, увеличивая тепловыделения которые пропорциональны квадрату градиента скорости сдвига материала. Повышенные тепловыделения уменьшают вязкость полимера и напряжения сдвига в системс, т.е. ухудшается процесс переработки полимера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий корпус, червяк, на винтовой нарезке которого выполнены расположенные под углом к продольной оси червяка сквозные канавки, и привод вращения червяка.

Сквозные канавки в известном червячном прессе имеют постоянное поперечное сечение

1% на входе и выходе иэ винтовой нарезки червяка и могут обеспечить улучшение смесительного эффекта, так как через ннх от витка к витку может обмениваться в обратном направлении перерабатываемый материал, 20 при этом обратный поток материала на входе в канавку и на выходе из нее имеет постоянную степень обжатня и, неизменный объем (2) .

899358

1О

Недостатком известного червячного пресса является низкое качество переработки материала, что обусловлено низкой эффективностью его охлаждения, определяемой значительным сопротивлением перемещению материала, особенно обратных его потоков, имеющих постоянную степень обжатия.

Цель изобретения — повьниение качества переработки материала за счет интенсификации его охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что в червячном прессе для переработки полимерных материалов, содержащем корпус, червяк, на винтовой нарезке которого выполнены расположеннъ1е под углом к продольной оси червяка сквозные канавки, и привод вращения червяка, согласно изобретению сквозные канавки расположены зигзагообразно и выпол иены с переменным поперешым сечением, плавно увеличивающимся в сторону, противоположную осевому перемещению материала, а угол наклона сквозных канавок выбран равным углу внутреннего трения материала.

Сквозные канавки выполнены с переменным поперечным сечением — входное сечение канавки значительно (в 2 — 3 раза) меньше поперечного сечения ее на выходе, т.е, локаль. ный поток перерабатываемого материала, в сильно обжатом состоянии поступая через малое поперечное сечение на входе в канавку, перемещаясь вдоль ее претерпевает адиабатическос расширение, пропорциональное увеличеншо площадки поперечного сечения канавки в направлении перемещения обратного потока.

Этот процесс сопровождается понижением температуры локального потока полимера, последний, перемешиваясь с основным потоком, снижает общую температуру смеси в червячном прессе. Зигзагообразное расположение канавок искусственно увеличивает длину пути (канавки), по которой проходнт локальнь и поток материала с целью получе шя максимального перепада поперечного сечения канавки на входе и выходе (в связи с ограшгченной толщиной винтовой нарезки червяка), т.е, увеличивается разрешающая способность канавки в части обеспечвния адиабатического расширения материала.

Зигзагообразное расположение канавок получает взаимное эффективное перемешивание попаршях локальных обратных потоков с Ос» новным прямым потоком материала (и исключить их нежелательную лобовую встречу), т.е. потоков, претерпевших в сквозных канавках адиабатическое расширение и имеющих более низкую температуру, с основным потоком с более высокой температурой с целью снижеш я и выравнивания температуры смеси и целом. l5

ЗО

Причем, выполнение сквозных канавок под углом к оси червяка, большим угла внутреннего трения материала, нецелесообразно, так как резко возрастает сопротивление перемещению материала по сквозным канавкам, что сьщзит эффективность охлажде)шя локальных обратных потоков материала, обеспечиваемого расширением его при перемещении по диффузорным канавкам.

На фиг. 1 изображен червячный пресс для переработки полимерных материалов (вертикальное исполнение), общий вид; на фиг. 2— разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — продольное сечение Б — Б на фиг. 2 (сквозной канавки, расположенной па гребне червяка); на фиг, 4 — поперечное сечение  — В канавки постоянной ширины Ь на фиг. 5; на фиг,5— схема зигзагообразного расположения сквозных канавок на гребне червяка на длине одного витка (сечение 1- 1 на фиг, 2); на фиг. 6 — узел I на фиг. 1 с исполнением канавок с увеличением их ширины Ь в сторону, противоположную осевому перемещению материала.

Червячный пресс для переработки полимерных материалов содержит корпус 1 (фиг. 1 и 2) с расположенным в нем червяком 2, взаимодействующим через редуктор 3 с приводом 4, Для обеспечения возможности осевого смещения червяка 2 в процессе работы пои перегрузках (так называемой игры червяка), последний установлен с поджатием пружинами 5.

Йрофилирующая головка 6 установлена на рассекателе ? (™торпеде" ), укрепленной на концевой части 8 корпуса 1 и предназначенной для повышения эффективности смешания и гомогеиизации, На гребне 9 (ишриной t) червяка 2 (фиг. 2, 3, 4, 5 и 6) выполнена нарезка в виде сквозных канавок 10, образованиых боковыми стенками 11 и днищем 12 и зигзагообразно расположенных под углом ,р о к продольной оси 13 червяка 2, равным углу внутреннего трения перерабатываемого материала.

Расположение сквозных канавок 10 под указанным углом выполнено с целью снижения градиента скорости сдвига (и в конечном счете к уменьшению тепловыделений) и исключения так называемого эффекта пристенного скольжения, при котором материал почти без сопротивления с предельной скоростью скользит по гладким стенкам 11 сквозных

|канавок 10 (и приводит к увеличению гра- циента скорости сдвига перерабатываемого материала и выделению тепла).

Днище 12 каждой канавки 10 выполнено о с эатыловкой, т.е. с уклоном под углом в сторону, противоположную осевому переме899358 щению перерабатываемого материала (так, что сквозные канавки 10 имеют переменную глубину по ширине t гребня 9 червяка 2).

Причем максимальная ширина сквозной канавки 10 выполнена из условия исключения сквозного перемещения частиц материала в направлении, параллельном продольной оси 13 червяка 2. С целью эффективности понижения температуры перерабатываемого материала сквозные канавки 10 выполнены с увеличе- 10 нием ширины (фиг. 6) их с Ь до Ь, (основной вариант исяолнения) в сторону, противоположную осевому перемещению йерерабатываемого материала. Таким образом, понеречное сечение каждой сквозной канавки 10 т5 плавно увеличивается в сторону, противоположную осевому перемещению материала, а сквозная канавка уподобляется диффузору, соориентированному в этом направлении. Для загрузки полимерным материалом вертикально 20 установленного пресса предусмотрена загрузочная воронка 14.

В предлагаемом червячном прессе переработка полимерного материала происходит следующим образом. 25

Материал автоматически или вручную подается в загрузочную воронку 14 и поступает в зону пластикации червяка 2, совершая в межвитковых каналах его вращательное и поступательное движение. 36

Известно, что возникающий в червячных прессах градиент скорости сдвига материала прямо пропорционален окружной скорости червяка 2 и обратно пропорционален величине зазора S между гребнем червяка 2 и внутренней стенкой корпуса 1 пресса (фиг. 2).

Сдвиговое деформирование материала реализуется в указанном малом зазоре, где имвет место максимальный градиент скорости сдвига.

Действительно, в указанном зазоре S скорость материала изменяется от нуля до номинала в направлении осевого перемещения.

Известно, что энергия, которая выделяется в текущей вязкой системе, и следовательно, 45 образующееся при этом тепло, возрастают пропорционально квадрату градиента скорости сдвига. ;Ьскольку вязкость полимерных материа50 лов, а, следовательно, и напряжения сдвига их, уменьииется с повышением температуры, в предлагаемом прессе температура перерабатываемого полимера в процессе работы ниже, чем в известных подобных прессах, что обеспечено вышеуказанными скозными канавка55 ми 10 на гребне 9 червяка 2.

Снижение температуры материала канавками происходит следующим образом, е

Масса перерабатываемого материала находится в межвитковых каналах червяка 2 и в сквозных канавках 10 его гребня 9.

Векторы скорости течения материала в межвитковых каналах червяка 2 и сквозных канавках 10 его гребня 9 различны по знаку и величине.

Следовательно, (1-я причина) на участках с малым градиентом скopocTH сдвига материала, температура последнего будет значительно ниже (так как тепловыделения прямо пропорциональны, как указано выше, квадрату градиента скорости сдвига).

При попадании в так называемую заборную часть сквозной канавки 10, материал, перемещаясь противоточно пс сквозной канавке 10, поступает в ее более широкую и глубокую зону и претерпевает адиабатическое расширение, сонровождающееся понижением температуры (2-я причина).

Кроме того, локально перемещаемый по сквозным канавкам 10 материал образует а встречные под углом 2 g потоки, что способствует равномерному перераспределению температуры по всей массе материала и эффективности смещения.

Выполнение на гребне червяка 2 зигзагообразно расположенных канавок переменного сечения обеспечивает локальное снижение градиента скорости сдвига персрабатываемого материала и его локальное адиабатнчсское расширение, что приводит к требусмому снижению температуры материала и в конечном итоге к повышению сдвиговых деформаций его, являющихся характеристикой качества переработки полимеров.

Кроме укаэанного следует отметить, что материал транспортируется продольно не пассивно, как "пробка", а активно, т.е. претерпевает возвратное перемещение через сквозные канавки в гребнях червяка с одновременной частичной противоточной дегазацисй, что повышает эффективность продольного смешения, пластификацню и сдвиговую деформацию, причем частицы материала, находящиеся сначала рядом, через сквозные канавки разносятся далеко друг от друга, что обеспечивает в целом для машины широкий спектр рабочих времен.

Предлагаемое изобретение обеспечивает снижение температуры перерабатываемого материала, так как сквозные канавки подобной геометрии играют роль своеобразной спонтанной системы охлаждения и в совокупности с системой охлаждения, выполненной в корпусе пресса (не показана) повышают эффективность и надежность указанной комбинированной системы охлаждения и, следовательно, червячного пресса.

Формула изобретения

899358

Червячный пресс для переработки полимершях материалов, содержащий корпус, червяк, на винтовой нарезке которого выполнены расположенные под углом к продольной оси червяка сквозные канавки, и привод вращениячервяка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества переработки материала за счег интенсификации его охлаждения, сквозя, е канавки расположены зигзагообразно н выполнены с переменным поперечным сечением, плавно увеличива;ащимся в сторону, противоположную осевому перемещеншо материала, а утол наклона сквозных канавок выбран равным углу внутреннего трения материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство. СССР Р 487779, кч. В 29 Г 3/03, 1974.

2. Патент СССР N 688112, кл. В 29 F 3/02, 197б (прототип).

899358

Составитель Л. Кольцова

Техред С.Мигунова.

Редактор Г. Волкова

Корректор А. Ференц

Заказ 12028/20

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4