ЭКСТРУДЕР Российский патент 2002 года по МПК B29C47/38 

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию.

Известна червячная машина (экструдер) для переработки полимерных материалов, содержащая червяк (шнек), расположенный в корпусе с загрузочным отверстием и винтовым каналом, выполненным эксцентрично к оси червяка (переменной глубины) по его внутренней поверхности, и профилирующую головку (матрицу) [Авторское свидетельство СССР N 509446, кл². В 29 F 3/00, 05.04.76., Бюл. N 13].

Недостатком известного устройства является невысокое качество переработки продукта за счет образования застойных зон при течении расплава экструдата в канале корпуса, низкая производительность из-за высокого сопротивления движению материала по эксцентрическим каналам переменного сечения.

Технической задачей изобретения является улучшение качества перерабатываемого продукта за счет интенсификации воздействия сжимающих усилий, вызывающих многократные сдвиговые деформации расплава экструдата, устранение застойных зон при движении перерабатываемого продукта в канале корпуса и увеличение производительности установки.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере, содержащем шнек, расположенный в корпусе с винтовым каналом переменной глубины, выполненным на его внутренней поверхности, загрузочное отверстие, матрицу, последовательно расположенные зоны загрузки, смешения, гомогенизации, стабилизации давления и предматричную зону, новым является то, что корпус экструдера выполнен с возможностью вращения и установлен на опорах, а загрузочное отверстие расположено в плоскости, перпендикулярной оси вращения корпусами и выполнено совместно с неподвижным шнеком, на котором в зонах смешения и гомогенизации выполнена двухзаходная нарезка переменной глубины в виде конических каналов, расширяющихся в сторону матрицы, при этом глубина нарезки канала уменьшается пропорционально ширине нарезки в направлении от загрузочного отверстия к матрице.

На фиг. 1 изображен предлагаемый экструдер (общий вид), на фиг. 2 - разрез части корпуса (показан характер изменения внутренней поверхности корпуса по его длине), на фиг. 3 - развертка цилиндрической поверхности шнека, на фиг. 4 - разрез А-А на фиг 3.

Экструдер содержит цилиндрический корпус 1, выполненный с возможностью вращения от привода 5 через венцовую шестерню 4, неподвижный шнек 2 и матрицу 3. Корпус изготовлен с бандажными кольцами 6, установленными на опорно-упорный и опорный ролики 7, 8 соответственно. На шнеке, в начале зоны загрузки, расположено уплотнительное кольцо 10 с выполненным в нем загрузочным отверстием 9, расположение которого определяется геометрическими размерами винтового канала 12 корпуса 1. Кольцо 10 и уплотнение 11 препятствуют утечке загружаемого продукта из рабочей камеры экструдера.

Винтовой канала 12 корпуса (фиг. 2) изготавливается переменной глубины
a_k<a_k-1<...<a_n-1<a_n...<a₁,
где a₁ a_k - начальная и конечная глубина канала корпуса, и ширины
t_k<t_k-l <...<t_n-1 <t_n...<t₁,
где t₁, t_k - начальная и конечная глубины канала корпуса, уменьшающиеся по направлению к выходному отверстию. Уменьшение в направлении движения продукта проходное сечение канала обеспечивает плавное возрастание и необходимое конечное значение давления расплава экструдата, при котором происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется гомогенная масса. Выполнение корпуса с возможностью вращения позволяет увеличить суммарную поверхность контакта перерабатываемого продукта с движущими поверхностями машины, что приводит к повышению тепловыделения в экструдате и интенсификации механического воздействия, вызывающего значительные сдвиговые деформации в расплаве продукта. Впадины канала выполнены со скруглениями, которые снижают сопротивление перемещению расплава экструдата, не образовывая застойных зон. Острые кромки выступов нарезки корпуса позволят создать усилие среза на перерабатываемый продукт в зазоре между корпусом и неподвижным шнеком. Более высокий крутящий момент вращающегося корпуса экструдера обеспечивает возможность переработки высоковязких многокомпонентных смесей и по сравнению с установкой, сопоставимой габаритными размерами, в которой вращается шнек, а корпус неподвижен, позволяет добиться увеличения производительности предлагаемой экструзионной машины.

Винтовая нарезка шнека 13 (фиг. 3) изготавливается конической двухзаходной и имеет начальную ширину и b_н, определяемую размерами частиц перерабатываемого продукта. Длина нарезки L (фиг. 4) определяется длиной зон сжатия и гомогенизации. Боковые стенки каналов выполнены скругленными с радиусом кривизны r, препятствующим образованию застойных зон в каналах шнека 2. Угол α расширения каналов нарезки 13 выбирается таким, что конечная ширина b_к в конце зоны гомогенизации равна половине длинны окружности шнека πd/2. Угол β нарезки принимается из условия соединения каналов в месте, когда ширина канала b достигает конечного значения, причем канал при изменении его ширины от начального до конечного значения совершает один полный оборот по цилиндрической поверхности шнека 2. Глубина каналов (фиг. 4) увеличивается с углом ϕ от начального значения h_н=0 в зоне смешивания до максимального значения h_max на границе зон смешивания и гомогенизации, а затем уменьшается с углом γ пропорционально расширению канала и достигает конечного значения h_к=0 в месте соединения каналов. Выбранная форма каналов 13 позволяет производить равномерную загрузку продукта в рабочую камеру, постепенное увеличение давления и температуры расплава экструдата при его последовательном перемещении по технологическим зонам установки и обеспечить хороший смешивающий эффект при переработке многокомпонентных смесей за счет образования разнонаправленных потоков материала в межвитковом пространстве вращающегося корпуса 1 и неподвижного шнека 2. Соединение каналов 13 позволит достичь равномерности подачи расплава в зону стабилизации давления. В зоне стабилизации давления шнек имеет гладкую поверхность.

Экструдер работает следующим образом.

Подлежащий переработке продукт направляют в загрузочное отверстие 9, где он захватывается винтовым каналом 12 корпуса 1 и перемещается последовательно с помощью вращающегося корпуса 1, приводимого в движение от привода 5 через венцовую шестерню 4, через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и стабилизации давления. Двухзаходная коническая винтовая нарезка 13 неподвижного шнека предотвращает проскальзывание продукта и обеспечивает равномерное заполнение винтового канала 12 корпуса 1.

В процессе движения перерабатываемый продукт нагревается, размягчается и перемешивается за счет взаимного воздействия на него вращающегося корпуса 1 и неподвижного шнека 2. При прохождении образовавшегося расплава через зону стабилизации давления происходит выравнивание градиентов давления и температуры, что обеспечивает равномерное движение экструдата к матрице 3, через которую он выдавливается в виде заготовки требуемого сечения.

Таким образом, использование изобретения позволит:
- повысить качество готового продукта за счет интенсификации воздействия сжимающих усилий, вызывающих многократные сдвиговые деформации расплава экструдата;
- снизить сопротивление движению продукта за счет устранения застойных зон в каналах корпуса и шнека;
- увеличить производительность экструдера при неизменном кинематическом воздействии на перерабатываемый продукт за счет изменения геометрических характеристик винтового канала корпуса установки.

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию. Экструдер содержит шнек, расположенный в корпусе, загрузочное отверстие, матрицу, последовательно расположенные зоны загрузки, смешения, стабилизации давления и предматричную зону. На внутренней поверхности корпуса выполнен винтовой канал переменной глубины. Корпус экструдера выполнен с возможностью вращения и установлен на опорах. Загрузочное отверстие расположено в плоскости, перпендикулярной оси вращения корпуса, и выполнено совместно с неподвижным шнеком. На шнеке в зонах смешения и гомогенизации выполнена двухзаходная нарезка переменной глубины в виде конических каналов, расширяющихся в сторону матрицы. Глубина нарезки канала уменьшается пропорционально ширине нарезки в направлении от загрузочного отверстия к матрице. Изобретение позволяет интенсифицировать воздействие сжимающих усилий, устранить застойные зоны при движении перерабатываемого продукта в канале корпуса. 4 ил.

Экструдер, содержащий шнек, расположенный в корпусе с винтовым каналом переменной глубины, выполненным на его внутренней поверхности, загрузочное отверстие, матрицу, последовательно расположенные зоны загрузки, смешения, гомогенизации, стабилизации давления и предматричную зону, отличающийся тем, что корпус экструдера выполнен с возможностью вращения и установлен на опорах, а загрузочное отверстие расположено в плоскости, перпендикулярной оси вращения корпуса, и выполнено совместно с неподвижным шнеком, на котором в зонах смешения и гомогенизации выполнена двухзаходная нарезка переменной глубины в виде конических каналов, расширяющихся в сторону матрицы, при этом глубина нарезки канала уменьшается пропорционально ширине нарезки в направлении от загрузочного отверстия к матрице.