ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА КАУЧУКА И ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПЛАСТМАСС Российский патент 1996 года по МПК B29C47/38 

Изобретение относится к переработке полимеров и может быть использовано в химической промышленности.

Известен экструдер для переработки материалов, выполненный в виде смесительного блока, в котором шнек экструдера и внутренняя стенка экструдера на определенной их длине выполнены с пазами и поперечными ребрами, причем в продольном направлении корпуса экструдера высота профиля шнека равномерно уменьшается до нуля, а затем снова возрастает в такой мере, в какой мере высота профиля пазов в корпусе экструдера возрастает, а затем снова уменьшается [1]
Благодаря такой конструкции шнека и корпуса экструдера при вращающемся смесительном блоке становится возможной более полная транспортировка экструдера из пазов шнека в пазы корпуса экструдера, что обеспечивает хороший эффект смешивания материала, подвергаемого экструзии.

Однако данный экструдер требует сравнительно высоких расходов на его производство особенно при значительной его длине.

Наиболее близким к предлагаемому является экструдер для обработки и производства каучука и термопластичных пластмасс, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет вводную зону втягивания и цилиндрическую штифтовую зону смешивания и гомогенизации, образованную радиально входящими в рабочую камеру корпуса штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека [2]
Данный экструдер характеризуется хорошим гомогенизирующим действием на обрабатываемый материал и позволяет обеспечить при той же скорости вращения шнека более высокую пропускную способность в единицу времени по сравнению с обычными червячными прессами для экструзии материала.

Однако известный экструдер имеет недостаточную производительность при переработке каучука и термопластов.

Цель изобретения увеличение производительности экструдера.

Цель достигается тем, что экструдер для обработки и производства каучука и термопластичных пластмасс, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет вводную зону втягивания и цилиндрическую штифтовую зону смешивания и гомогенизации, образованную радиально входящими в рабочую камеру корпуса штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека, снабжен дополнительной зоной подачи и смешивания, в которой шнек выполнен с равномерным уменьшением глубины пазов нарезки в продольном направлении до нулевого значения и последующим увеличением до максимальной величины, а в корпусе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки нарезки, имеющей равномерное увеличение высоты выступов до максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения, при этом в штифтовой цилиндрической зоне выполнено до пяти рядов штифтов.

Кроме того штифтовая цилиндрическая зона расположена перед зоной подачи и смешивания в направлении, противоположном ходу потока.

На выходе из экструдера может быть расположена зона повышенного давления.

При длине экструдера, равной 10 диаметрам шнека, длина входной зоны выбрана равной 3 диаметрам шнека, штифтовая цилиндрическая зона имеет длину от 2-х до 2,5 диаметров шнека, а длина зоны повышенного давления выбрана равной трем диаметрам шнека.

В зоне подачи и смешивания витки нарезки шнека и корпуса расположены с образованием между их гребнями углов, равных 105^о, и без образования дополнительных до 90^о углов.

На чертеже показан одношнековый экструдер, продольный разрез.

Экструдер 1 для обработки и производства каучука и термопластичных полимеров содержит корпус 2. Внутри корпуса 2 экструдера 1 расположен шнек 3 экструдера 1, который с помощью привода 4 смонтирован с возможностью вращения относительно продольной оси. Корпус 2 экструдера 1 на его конце, смотря против направления потока, имеет впускное отверстие 5 для загрузки подвергаемого экструзии материала, который полностью перемешвается экструдером 1 и выходит из него через выпускное отверстие 6.

Шнек 3 экструдера во вводной зоне 7 втягивания имеет форму, которая служит для того, чтобы материал, подаваемый через впускное отверстие 5, втянуть в экструдер и пластифицировать.

Вслед за зоной 7 втягивания, смотря по потоку, предусмотрена цилиндрическая штифтовая зона 8 смешивания и гомогенизации, в которой радиально, проходя через корпус 2 экструдера 1 в направлении к оси шнека 3, два ряда штифтов 9 выходят в рабочую камеру 10 корпуса 2 обработки экструдера. В этой зоне 8 гребни 11 витков нарезки шнека 3 в плоскости штифтов 9 прерваны, чтобы избежать соударения со штифтами 9.

Ниже по потоку после штифтовой цилиндрической зоны 8 расположена дополнительная зона 12 подачи и смешивания, в которой шнек 3 выполнен с равномерным уменьшением глубины пазов нарезки в продольном направлении до нулевого значения и последующим увеличением до максимальной величины, а в корпусе 2 по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки нарезки, имеющей равномерное увеличение высоты выступов до максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения. В зоне 12 подачи и смешивания витки нарезки шнека 3 и корпуса 2 расположены с образованием между их гребнями углов, равных 105^о, и без образования дополнительных до 90^о углов.

Последняя часть шнека 3 на выходе экструдера 1 расположена в зоне 14 повышенного давления, в которой геометрия шнека 3 выбрана такой, чтобы повысить давление расплава до величины давления, необходимого для экструдирования.

Наряду с этим примером выполнения есть и другие возможности реализации предложенного высокопроизводительного экструдера. Так, к примеру, можно было бы зону 12 разместить перед штифтовой цилиндрической зоной 8, смотря напротив движения потока, хотя представленный выше вариант обеспечивает лучшие смесительные и гомогенизирующие результаты. Кроме того, цилиндрическая зона 8 с числом рядов штифтов 9 более двух тоже выполняет задачу смешивания и гомогенизации. Относительно соотношения стоимость качество смеси наиболее благоприятным оказывается цилиндрическая зона 8 с числом рядов штифтов от одного до пяти.

Предпочтительные длины отдельных зон экструдера 1 при его длине, равной 10 диаметрам (D) шнека, составляют: примерно 3D для зоны втягивания; от 1,5 до 2D для штифтовой цилиндрической зоны; от 2 до 2,5D для зоны 12 автоматического смешивания и примерно 3D для зоны 14 с повышенным давлением.

Однако независимо от этих данных в зависимости от необходимости могут быть расположены дополнительные зоны перед, после или между штифтовой цилиндрической зоной и зоной 12, например, зоны дегазации или смешивания.

При работе экструдера материал, подаваемый во впускное отверстие 5, подвергается в зонах экструдера интенсивным сдвиговым деформациям и гомогенизации и выдавливается шнеком 3 через выпускное отверстие 6.

Данный экструдер в отличие от смесительных и гомогенизирующих экструдеров при современном уровне техники имеет существенные преимущества.

Так, например, с помощью лабораторного экструдера, имевшего цилиндрическую зону со штифтами и зону автоматического смешивания дополнительную зону подачи и смешивания было установлено, что при одинаковых качествах смесей и частотах вращения шнеков необходимая мощность привода уменьшалась на 50% а прохождение массы возросло на 60-100%
Такие очень хорошие результаты способствуют 50%-ному уменьшению величины вращающего момента привода, что ведет к существенному снижению стоимости привода. Благодаря предложенной в изобретении комбинации из штифтового цилиндрического смесительного блока и блока автоматического смешивания конструктивная длина зоны смешивания, необходимая для получения смеси того же качества, примерно на 50% меньше, чем у экструдера, который работает только с использованием принципа штифтового цилиндра.

Использование: переработка каучука и термопластичных пластмасс. Сущность изобретения: экструдер имеет вводную зону, штифтовую зону смешивания и гомогенизации и дополнительную зону подачи и смешивания. В штифтовой зоне размещены радиально в корпусе штифты. В зоне штифтов гребни нарезки шнека имеют разрывы. Предпочтительно наличие до пяти рядов штифтов. В дополнительной зоне шнек выполнен с равномерным уменьшением глубины пазов нарезки до нулевого значения и последующим увеличением до максимума. В этой же зоне нарезка по внутренней поверхности корпуса имеет равномерное увеличение высоты выступов до максимума и уменьшение до нуля. На выходе экструдера м.б.предусмотрена зона повышенного давления. Зоны экструдера имеют конкретные значения их длины в зависимости от диаметра шнека. При работе пропускная способность экструдера увеличивается на 60 - 100% при хорошем качестве смеси. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА КАУЧУКА И ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПЛАСТМАСС, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, привод для расположенного в рабочей камере корпуса с возможностью вращения относительно продольной оси шнека, причем экструдер имеет вводную зону втягивания и цилиндрическую штифтовую зону смешивания и гомогенизации, образованную радиально входящими в рабочую камеру корпуса штифтами и прерванными в зоне штифтов гребнями витков нарезки шнека, отличающийся тем, что экструдер снабжен дополнительной зоной подачи и смешивания, в которой шнек выполнен с равномерным уменьшением глубины пазов нарезки в продольном направлении до нулевого значения и последующим увеличением до максимальной величины, а в корпусе по внутренней поверхности выполнены непрерывные витки нарезки, имеющей равномерное увеличение высоты выступов до максимальной величины с последующим уменьшением до нулевого значения, при этом в штифтовой цилиндрической зоне выполнено предпочтительно до пяти рядов штифтов. 2. Экструдер по п. 1, отличающийся тем, что штифтовая цилиндрическая зона расположена перед зоной подачи и смешивания в направлении, противоположном ходу потока. 3. Экструдер по п. 1, отличающийся тем, что на выходе из экструдера расположена зона повышенного давления. 4. Экструдер по п. 3, отличающийся тем, что при предпочтительной длине экструдера, равной 10 диаметрам шнека, длина входной зоны выбрана равной 3 диаметрам шнека, штифтовая цилиндрическая зона имеет длину от 2 до 2,5 диаметров шнека, а длина зоны повышенного давления выбрана равной трем диаметрам шнека. 5. Экструдер по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что в зоне подачи и смешивания витки нарезки шнека и корпуса расположены с образованием между их гребнями углов 105^o и без образования дополнительных до 90^o углов.