УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК B29B17/00 B29B13/10 B29K105/22 B29L30/00 

Изобретение относится к области обработки полимерных материалов, в частности к устройствам для получения порошка из отходов высокопрочных полимерных материалов, и может быть использовано при переработке отходов полимерных и резинотехнических изделий, армированных металлической проволокой, лентой, прочными волокнами, тканями и т.д., например при отделении металлического и синтетического корда от резины при утилизации автомобильных или авиационных покрышек.

Известно устройство для получения порошка из полимерного материала, в частности, из отходов резины, содержащее цилиндрический корпус, внутри которого расположены последовательно и соосно камеры уплотнения и измельчения, средство загрузки, средство нагрева и измельчающее средство, включающее первую и вторую измельчающие части, вращающиеся относительно друг друга, причем между ними имеется фрикционно-измельчающий зазор (Патент Японии 05337943, кл. В 29 В 17/00, 11.06.92)
Однако известное устройство не отличается высокой производительностью, так как использование фрикционного приповерхностого измельчения резко снижает его производительность. В устройстве не удается перерабатывать полимерные материалы, армированные проволокой и высокопрочными волокнами из-за заклинивания кусков материала в щелевых, измельчающих зазорах. Кроме того, необходимость использования микроволнового нагревающего средства для нагрева отходов резин усложняет устройство, а также технологический процесс.

Известно устройство для получения порошка из полимерного материала, содержащее цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения расположен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения, с образованием кольцевого зазора относительно внутренней поверхности корпуса и соосно с уплотняющим шнеком. На поверхности уплотняющего шнека, на его конце, примыкающем к ротору, и/или на поверхности ротора, на его конце, примыкающем к уплотняющему шнеку, выполнена кольцевая проточка глубиной 1-8 мм в ее мелкой части. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения. (Патент РФ 2057013, кл. В 29 В 17/00 от 02.02.94, опубл. 27.03.96).

Однако при загрузке в известное устройство кусков высокопрочных полимерных материалов, армированных проволокой и волокнами, они, подвергаясь сжатию и нагреву, сохраняют свою целостность вплоть до попадания в кольцевой зазор между корпусом и ротором, так что в процессе работы данного устройства не создаются условия для предварительного разрушения материала перед поступлением его в кольцевой зазор. Это существенно затрудняет продвижение кусков высокопрочных полимерных материалов и их разрушение в кольцевом зазоре. Поэтому, хотя в известном устройстве все же удается перерабатывать резины с содержанием 3-6 вес. % проволоки, это происходит при неоправданно высоких удельных энергозатратах (более 1000 кВт•ч на тонну резины). Причем, даже при столь высоких энергозатратах получаются малоценные резиновые порошки с высоким содержанием крупных частиц размером 2-5 мм и с малой удельной поверхностью. Такие порошки имеют очень ограниченную область повторного использования.

Кроме того, степень отделения резины от синтетического и металлического корда оказывается недостаточной и составляет 90-92 вес.%, а в некоторых случаях снижается до 80 вес.%. Это происходит вследствие того, что при энергозатратах менее 500-1000 кВт•ч/т в известном устройстве не удается создать воздействие на материал достаточно высоких напряжений сдвига. Кроме того, в известном устройстве средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения не может быть обеспечено достаточно эффективное охлаждение перерабатываемого материала на всех стадиях процесса измельчения, что делает процесс нестабильным по температуре: колебания температуры в камере измельчения достигают 10-20^oС. В результате 20-30 вес.% переработанной резины получается в виде слишком крупных агрегатов - стренгов либо в виде крупных недоразмолотых частиц. При этом снижается производительность устройства при получении тонкого порошка и дополнительно увеличиваются суммарные энергозатраты.

Техническим результатом изобретений является разработка высокопроизводительного устройства для получения полимерного порошка высокого качества из армированных полимерных, в том числе резинотехнических изделий, при снижении энергоемкости и повышении степени отделения полимера от корда.

Технический результат достигается устройством для получения порошка из полимерного материала, содержащим корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения соосно с уплотняющим шнеком установлен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения, при этом устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения.

Согласно изобретению на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено кольцеобразное углубление с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения между поверхностью кольцеобразного углубления и боковой поверхностью ротора, и, кроме того, устройство дополнительно снабжено рабочим органом измельчения, расположенным на боковой поверхности ротора со стороны выгрузного отверстия, или/и в зоне измельчения на внутренней поверхности корпуса со стороны выгрузного отверстия, и выполненным в виде кольцеобразного выступа. Рабочий орган измельчения установлен с образованием кольцеобразного щелевого канала по отношению или к внутренней поверхности кольцеобразного углубления, или к боковой поверхности ротора, или с образованием кольцеобразного щелевого канала между кольцеобразными выступами соответственно. Устройство дополнительно снабжено средствами охлаждения уплотняющего шнека и/или корпуса в зоне уплотнения.

В частности, соотношение длин уплотняющего шнека, ротора и протяженности кольцеобразного щелевого канала может составлять 1:(0,3-1,5):(0,03-0,3).

Под протяженностью кольцеобразного щелевого канала понимается его линейный размер вдоль оси ротора.

В частности, в устройстве отношение ширины кольцеобразного щелевого канала к ширине кольцевой форкамеры предварительного разрушения может составлять 1: (1,2-15), а отношение ширины кольцеобразного щелевого канала к его протяженности может составлять (0,01-0,3):1.

В устройстве длина кольцевой форкамеры предварительного разрушения может составлять не менее 20% от длины ротора.

В случае выполнения кольцеобразного выступа на боковой поверхности ротора под шириной кольцеобразного щелевого канала понимается величина, равная разности радиусов кольцеобразного углубления и кольцеобразного выступа, а в случае выполнения кольцеобразного выступа на внутренней поверхности корпуса - величина, равная разности радиусов кольцеобразного выступа и ротора. При выполнении кольцеобразных выступов на боковой поверхности ротора и на внутренней поверхности корпуса под шириной кольцеобразного щелевого канала понимается величина, равная разности радиусов этих двух кольцеобразных выступов,
Под шириной кольцевой форкамеры предварительного разрушения понимается величина, равная разности радиусов кольцеобразного углубления и ротора.

В частности, рабочий орган измельчения в виде кольцеобразного выступа может быть выполнен с трапециевидным или прямоугольным сечением.

В частности, внутренняя поверхность корпуса и/или боковая поверхность ротора, и/или кольцеобразного углубления может быть выполнена не гладкой. Например, указанная поверхность может быть выполнена шероховатой, или же на внутренней поверхности корпуса, и/или боковой поверхности ротора, и/или кольцеобразного углубления могут быть нанесены продольные и/или спиральные канавки.

В случае расположения рабочего органа измельчения на боковой поверхности ротора этот рабочий орган может быть установлен с возможностью независимого или совместного вращения с ротором, а в случае расположения рабочего органа измельчения на внутренней поверхности корпуса этот рабочий орган может быть жестко закреплен или установлен с возможностью вращения.

В случае расположения рабочего органа измельчения на боковой поверхности ротора и на внутренней поверхности корпуса, указанный рабочий орган касательно его возможностей вращения может быть установлен аналогично тому, как описано в предыдущем абзаце,
В частности, устройство может быть дополнительно снабжено выгрузным шнеком, который расположен в зоне измельчения у конца ротора, обращенного в сторону выгрузного отверстия. При этом выгрузной шнек снабжен средством охлаждения и установлен соосно с ротором и с возможностью вращения.

В частности, устройство может быть дополнительно снабжено средствами охлаждения рабочего органа измельчения.

Технический результат также достигается устройством для получения порошка из полимерного материала, содержащим корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения соосно с уплотняющим шнеком установлен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения.

Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено рабочим органом измельчения, установленным на боковой поверхности ротора со стороны выгрузного отверстия и выполненным в виде кольцеобразного конусного выступа, причем большее основание этого конуса обращено в сторону выгрузного отверстия, и, кроме того, на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено двухступенчатое кольцеобразное углубление с цилиндрической и конической ступенями. Цилиндрическая ступень указанного двухступенчатого кольцеобразного углубления выполнена в области ротора с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения между боковой поверхностью ротора и поверхностью цилиндрической ступени двухступенчатого кольцеобразного углубления, а коническая ступень выполнена в области кольцеобразного конусного выступа с образованием конусно-щелевого канала между поверхностью конической ступени и поверхностью кольцеобразного конусного выступа. Устройство дополнительно снабжено средствами охлаждения уплотняющего шнека и/или корпуса в зоне уплотнения.

В устройстве соотношение длин уплотняющего шнека, ротора и протяженности конусно-щелевого канала может составлять 1:(0,3-1,5):(0,03-0,3).

Под протяженностью конусно-щелевого канала понимается его протяженность вдоль образующей кольцеобразного конусного выступа рабочего органа измельчения.

В частности, отношение диаметра ротора к диаметру большего основания конуса рабочего органа измельчения может составлять 1:(1,02-2), а отношение диаметра ротора к ширине конусно-щелевого канала может составлять 1: (0,003-0,1).

Под шириной конусно-щелевого канала понимается наименьшее расстояние между поверхностью конической ступени двухступенчатого кольцеобразного углубления и поверхностью кольцеобразного конусного выступа.

В частности, отношение ширины конусно-щелевого канала к его протяженности может составлять (0,01-0,3): 1, а отношение ширины конусно-щелевого канала к ширине кольцевой форкамеры предварительного разрушения может составлять 1:(1,2-15).

В устройстве длина кольцевой форкамеры предварительного разрушения может составлять не менее 20% от длины ротора.

В частности, рабочий орган измельчения может быть установлен с возможностью регулирования ширины конусно-щелевого канала, а также с возможностью независимого или совместного вращения с ротором.

В частности, внутренняя поверхность корпуса и/или боковая поверхность ротора, и/или двухступенчатого кольцеобразного углубления может быть выполнена не гладкой. Например, на внутренней поверхности корпуса, и/или на боковой поверхности ротора, и/или двухступенчатого кольцеобразного углубления выполнены продольные и/или спиральные канавки.

В частности, устройство может быть дополнительно снабжено выгрузным шнеком, который расположен в зоне измельчения у конца ротора, обращенного в сторону выгрузного отверстия. При этом выгрузной шнек снабжен средством охлаждения и установлен соосно с ротором и с возможностью вращения.

В частности, устройство может быть дополнительно снабжено средствами охлаждения рабочего органа измельчения.

Технический результат достигается также устройством для получения порошка из полимерного материала, содержащим корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения соосно с уплотняющим шнеком установлен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения.

Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено рабочим органом измельчения, установленным на боковой поверхности ротора со стороны выгрузного отверстия и выполненным в виде кольцеобразного цилиндрического выступа, и, кроме того, на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено кольцеобразное углубление с двумя цилиндрическими ступенями. Первая ступень с меньшим диаметром выполнена в области ротора с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения между боковой поверхностью ротора и цилиндрической поверхностью первой ступени, а вторая ступень с большим диаметром выполнена в области кольцеобразного цилиндрического выступа с образованием радиально-щелевого канала между торцевой поверхностью второй ступени и торцевой поверхностью кольцеобразного цилиндрического выступа. Устройство дополнительно снабжено средствами охлаждения уплотняющего шнека и/или корпуса в зоне уплотнения.

В частности, соотношение длин уплотняющего шнека, ротора и протяженности радиально-щелевого канала может составлять 1:(0,3-1,5):(0,03-0,3), соотношение протяженности радиально-щелевого канала и диаметра ротора может составлять (0,02-2):1, а соотношение ширины радиально-щелевого канала и диаметра ротора - (0,003-0,1):1.

Под протяженностью радиально-щелевого канала понимается его линейный размер вдоль радиуса кольцеобразного цилиндрического выступа, а под шириной радиально-щелевого канала понимается расстояние между торцевой поверхностью второй ступени и торцевой поверхностью кольцеобразного цилиндрического выступа.

В частности, отношение ширины радиально-щелевого канала к его протяженности может составлять 1:(5-100), а отношение ширины радиально-щелевого канала к ширине кольцевой форкамеры предварительного разрушения может составлять 1:(1,2-15).

В устройстве длина кольцевой форкамеры предварительного разрушения может составлять не менее 20% от длины ротора.

В частности, рабочий орган измельчения может быть установлен с возможностью независимого или совместного вращения с ротором, а также рабочий орган измельчения может быть установлен с возможностью регулирования ширины радиально-щелевого канала.

В частности, внутренняя поверхность корпуса и/или цилиндрическая поверхность первой, и/или второй ступени кольцеобразного углубления и/или боковая поверхность ротора могут быть выполнены не гладкими. Например, указанные поверхности могут быть выполнены шероховатыми, или на внутренней поверхности корпуса, и/или цилиндрической поверхности первой ступени кольцеобразного углубления, и/или на боковой поверхности ротора могут быть выполнены продольные и/или спиральные канавки. Кроме того, на цилиндрической поверхности второй ступени кольцеобразного углубления и/или на боковой поверхности кольцеобразного цилиндрического выступа могут быть выполнены продольные и/или спиральные канавки.

В частности, устройство может быть дополнительно снабжено выгрузным шнеком, который расположен в зоне измельчения у конца ротора, обращенного в сторону выгрузного отверстия. При этом выгрузной шнек снабжен средством охлаждения и установлен соосно с ротором и с возможностью вращения.

В частности, устройство может быть дополнительно снабжено средствами охлаждения рабочего органа измельчения.

Устройство для получения порошка из полимерного материала во всех описанных выше вариантах его выполнения благодаря конструктивным особенностям (в частности, из-за наличия форкамеры предварительного разрушения) обеспечивает создание условий для эффективного предварительного разрушения армированного полимерного материала, что облегчает передвижение частично разрушенного материала в кольцеобразный щелевой канал, прилежащий к рабочему органу измельчения. В кольцеобразном щелевом канале завершается процесс разрушения материала, то есть происходит отслаивание от полимера армирующих элементов (волокон, проволоки и т.д.) и одновременное образование полимерной крошки и полимерных порошковых частиц. При этом процесс не требует существенных затрат энергии и характеризуется высокой производительностью. В дальнейшем освобожденные от полимера армирующие элементы могут быть легко отделены от него с помощью магнитной и/или вибровоздушной сепарации в целях утилизации как самого полимера, так и армирующих его элементов.

Сравнение заявляемых технических решений с ближайшими аналогами позволяет утверждать о их соответствии критерию "новизна", а отсутствие в известных аналогах отличительных признаков заявляемых устройств свидетельствует о их соответствии критерию "изобретательский уровень".

Проведенные испытания предлагаемых устройств подтверждают возможность их широкого промышленного применения.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для получения порошка из полимерного материала (в разрезе) для варианта, когда на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено кольцеобразное углубление, а рабочий орган измельчения установлен на внутренней поверхности корпуса с образованием кольцеобразного щелевого канала по отношению к боковой поверхности ротора.

На фиг. 2 представлен общий вид устройства для получения порошка из полимерного материала (в разрезе) для варианта, когда на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено кольцеобразное углубление, а рабочий орган измельчения установлен на боковой поверхности ротора с образованием кольцеобразного щелевого канала по отношению к поверхности кольцеобразного углубления.

На фиг.3 представлен общий вид устройства для получения порошка из полимерного материала (в разрезе) для варианта, когда на внутренней поверхности корпуса камеры измельчения выполнена двухступенчатая кольцевая проточка с цилиндрической и конической ступенями, а рабочий орган измельчения установлен на боковой поверхности ротора.

На фиг.4 представлен общий вид устройства для получения порошка из полимерного материала (в разрезе) для варианта, когда на внутренней поверхности корпуса камеры измельчения выполнена кольцевая проточка с двумя цилиндрическими ступенями, а рабочий орган измельчения установлен на боковой поверхности ротора, при этом устройство снабжено выгрузным шнеком.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг. 1, содержит корпус 1 с загрузочным и выгрузным отверстиями 2 и 3 соответственно, внутри которого в зоне I уплотнения расположен уплотняющий шнек 4 со спиральными канавками на поверхности, а в зоне II измельчения соосно с уплотняющим шнеком 4 установлен ротор 5, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения. Устройство снабжено средствами 6 охлаждения уплотняющего шнека, средствами 7 охлаждения ротора и средствами 8 охлаждения корпуса в зонах уплотнения и измельчения.

В зоне II измельчения на внутренней поверхности корпуса со стороны выгрузного отверстия 3 жестко закреплен рабочий орган 9 измельчения, выполненный в виде кольцеобразного выступа. Рабочий орган 9 измельчения установлен с образованием кольцеобразного щелевого канала 10 по отношению к боковой поверхности ротора 5. На внутренней поверхности корпуса в зоне II измельчения выполнено кольцеобразное углубление 11 с образованием кольцевой форкамеры 12 предварительного разрушения между поверхностью кольцеобразного углубления 11 и боковой поверхностью ротора 5. Указанная кольцевая форкамера предварительного разрушения ограничена со стороны загрузочного отверстия торцевой поверхностью кольцеобразного углубления 11, а со стороны выгрузного отверстия - торцом кольцеобразного выступа на внутренней поверхности корпуса.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг.2, содержит корпус 1 с загрузочным и выгрузным отверстиями 2 и 3 соответственно, внутри которого в зоне I уплотнения расположен уплотняющий шнек 4 со спиральными канавками на поверхности, а в зоне II измельчения соосно с уплотняющим шнеком 4 установлен ротор 5, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения. Устройство снабжено средствами 6 охлаждения уплотняющего шнека, средствами 7 охлаждения ротора и средствами 8 охлаждения корпуса в зонах уплотнения и измельчения.

В зоне II измельчения на боковой поверхности ротора 5 со стороны выгрузного отверстия 3 жестко закреплен рабочий орган 13 измельчения, выполненный в виде кольцеобразного выступа и установленный с образованием кольцеобразного щелевого канала 10 по отношению к поверхности кольцеобразного углубления 11 на внутренней поверхности корпуса в зоне II измельчения. Указанное кольцеобразное углубление 11 выполнено с образованием кольцевой форкамеры 12 предварительного разрушения между поверхностью кольцеобразного углубления 11 и боковой поверхностью ротора 5. Кольцевая форкамера 12 ограничена со стороны загрузочного отверстия торцевой поверхностью кольцеобразного углубления 11, а со стороны выгрузного отверстия - торцом кольцеобразного выступа на боковой поверхности ротора.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг.3, содержит корпус 1 с загрузочным и выгрузным отверстиями 2 и 3 соответственно, внутри которого в зоне I уплотнения расположен уплотняющий шнек 4 со спиральными канавками на поверхности, а в зоне II измельчения соосно с уплотняющим шнеком 4 установлен ротор 5, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения. Устройство снабжено средствами 6 охлаждения уплотняющего шнека, средствами 7 охлаждения ротора и средствами 8 охлаждения корпуса в зонах уплотнения и измельчения. На боковой поверхности ротора 5 со стороны выгрузного отверстия 3 установлен рабочий орган 14 измельчения, выполненный в виде кольцеобразного конусного выступа, причем большее основание этого конуса обращено в сторону выгрузного отверстия 3. На внутренней поверхности корпуса в зоне II измельчения выполнено двухступенчатое кольцеобразное углубление с цилиндрической ступенью 15 и конической ступенью 16. При этом цилиндрическая ступень 15 выполнена в области ротора 5 с образованием кольцевой форкамеры 12 предварительного разрушения между боковой поверхностью ротора и поверхностью цилиндрической ступени двухступенчатого кольцеобразного углубления, а коническая ступень 16 выполнена в области кольцеобразного конусного выступа с образованием конусно-щелевого канала 17 между поверхностью конической ступени двухступенчатого кольцеобразного углубления и поверхностью кольцеобразного конусного выступа. Рабочий орган 14 измельчения установлен с возможностью регулирования ширины конусно-щелевого канала 17.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг. 4, содержит корпус 1 с загрузочным и выгрузным отверстиями 2 и 3 соответственно, внутри которого в зоне I уплотнения расположен уплотняющий шнек 4 со спиральными канавками на поверхности, а в зоне II измельчения соосно с уплотняющим шнеком 4 установлен ротор 5, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения. Устройство снабжено средствами 6 охлаждения уплотняющего шнека, средствами 7 охлаждения ротора и средствами 8 охлаждения корпуса в зонах уплотнения и измельчения. На боковой поверхности ротора 5 со стороны выгрузного отверстия 3 установлен рабочий орган 18 измельчения в виде кольцеобразного цилиндрического выступа.

На внутренней поверхности корпуса в зоне II измельчения выполнено кольцеобразное углубление с двумя цилиндрическими ступенями 15 и 19, при этом первая ступень 15 с меньшим диаметром выполнена в области ротора с образованием кольцевой форкамеры 12 предварительного разрушения между боковой поверхностью ротора 5 и цилиндрической поверхностью первой ступени 15 кольцеобразного углубления, а вторая ступень 19 с большим диаметром выполнена в области рабочего органа 18 измельчения в виде кольцеобразного цилиндрического выступа с образованием радиально-щелевого канала 20 между торцевой поверхностью второй ступени 19 кольцеобразного углубления и торцом кольцеобразного цилиндрического выступа.

Устройство снабжено выгрузным шнеком 21, который расположен в зоне II измельчения у конца ротора 5, обращенного в сторону выгрузного отверстия 3, при этом выгрузной шнек 21 установлен соосно с ротором 5 и с возможностью вращения и снабжен средством 22 охлаждения.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.

В загрузочное отверстие 2 корпуса 1 равномерно засыпают перерабатываемый полимерный материал в виде отработанных авиапокрышек, предварительно разрезанных на куски размером 20•20•20 мм. Указанный материал состоит из резины и высокопрочного синтетического корда с содержанием последнего около 50%. Охлаждение устройства осуществляется путем подачи хладагента в средства 6 охлаждения уплотняющего шнека, средства 7 охлаждения ротора и в средства 8 охлаждения корпуса устройства. Поступая в зону 1 уплотнения, куски авиапокрышек захватываются спиральными канавками уплотняющего шнека 4 и, подвергаясь постепенному сжатию при охлаждении, транспортируются в зону II измельчения к форкамере предварительного разрушения 12, где в условиях воздействия сжатия и напряжения сдвига происходит быстрое уплотнение материала, то есть образование из него плотного слоя, что сопровождается интенсивным саморазогревом этого слоя и образованием микротрещин в тех участках слоя, где реализуется наиболее интенсивное напряжение сдвига. Поскольку армирующие волокна являются концентраторами напряжения, то микротрещины, преимущественно, образуются вблизи их поверхности.

В результате происходит постепенное отслоение резины от корда и частичное разрушение как резины, так и корда. На следующем этапе такой частично разрушенный материал поступает в узкий кольцеобразный щелевой канал 10, образованный рабочим органом 9 измельчения и боковой поверхностью ротора 5. В кольцеобразном щелевом канале 10 завершается процесс разрушения, то есть происходит образование смеси, состоящей из порошковых резиновых частиц и мелких фрагментов синтетического корда. Из кольцеобразного щелевого канала 10 эта смесь попадает в выгрузное отверстие 3 и высыпается наружу. В дальнейшем эта смесь может быть легко разделена на основные компоненты (резиновый порошок и мелкие волокна или пух, полученные от разрушения волокон синтетического корда) с помощью вибровоздушной сепарации.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг.2, работает аналогично устройству, изображенному на фиг.1.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг.3, работает следующим образом.

В загрузочное отверстие 2 корпуса 1 равномерно засыпают перерабатываемый полимерный материал в виде отработанных авиапокрышек, предварительно разрезанных на куски размером 20•20•20 мм. Указанный материал состоит из резины и высокопрочного синтетического корда с содержанием последнего около 50%. Охлаждение устройства осуществляется путем подачи хладагента в средства 6 охлаждения уплотняющего шнека, средства 7 охлаждения ротора и в средства 8 охлаждения корпуса устройства. Поступая в зону 1 уплотнения куски авиапокрышек захватываются спиральными канавками уплотняющего шнека 4 и, подвергаясь постепенному сжатию при охлаждении, транспортируются в зону II измельчения к форкамере предварительного разрушения 12, где в условиях воздействия сжатия и напряжения сдвига происходит быстрое уплотнение материала, то есть образование из него плотного слоя, что сопровождается интенсивным саморазогревом этого слоя и образованием микротрещин в тех участках слоя, где реализуется наиболее интенсивное напряжение сдвига. Поскольку армирующие волокна являются концентраторами напряжения, то микротрещины, преимущественно, образуются вблизи их поверхности.

В результате происходит постепенное отделение резины от корда и частичное разрушение как резины, так и корда. На следующем этапе такой частично разрушенный материал поступает в узкий конусно-щелевой канал 17, образованный рабочим органом 14 измельчения и поверхностью конической ступени 16. В конусно-щелевом канале 17 завершается процесс разрушения резины, то есть происходит образование смеси, состоящей из порошковых резиновых частиц и мелких фрагментов синтетического корда. Из кольцеобразного щелевого канала 10 эта смесь попадает в выгрузное отверстие 3 и высыпается наружу. В дальнейшем эта смесь может быть легко разделена на основные компоненты (резиновый порошок и мелкие волокна или пух, полученные от разрушения волокон синтетического корда) с помощью вибровоздушной сепарации.

Устройство для получения порошка из полимерного материала, изображенное на фиг.4, работает следующим образом.

В загрузочное отверстие 2 корпуса 1 равномерно засыпают перерабатываемый полимерный материал в виде отработанных автомобильных покрышек, предварительно разрезанных на куски размером 20•20•20 мм. Указанный материал состоит из резины, высокопрочного синтетического корда и металлического корда с содержанием последнего около 18%. Охлаждение устройства осуществляется путем подачи хладагента в средства 6 охлаждения уплотняющего шнека, средства 7 охлаждения ротора и в средства 8 охлаждения корпуса устройства. Поступая в зону I уплотнения куски перерабатываемого материала захватываются спиральными канавками уплотняющего шнека 4 и, подвергаясь постепенному сжатию при охлаждении, транспортируются в зону II измельчения к форкамере предварительного разрушения 12, где в условиях воздействия сжатия и напряжения сдвига происходит быстрое уплотнение материала, то есть образование из него плотного слоя, что сопровождается интенсивным саморазогревом этого слоя и образованием микротрещин в тех участках слоя, где реализуется наиболее интенсивное напряжение сдвига.

Поскольку армирующие волокна и проволока корда являются концентраторами напряжения, то микротрещины, преимущественно, образуются вблизи их поверхности. В результате происходит постепенное отслаивание резины от корда и частичное разрушение как резины, так и корда. На следующем этапе, такой частично разрушенный материал поступает в узкий радиально-щелевой канал 20, образованный рабочим органом 18 измельчения (торцевой поверхностью кольцеобразного цилиндрического выступа) и торцевой поверхностью второй ступени 19 кольцеобразного углубления.

В радиально-щелевом канале 20 завершается процесс разрушения резины, то есть происходит образование порошковых резиновых частиц, перемешанных с освобожденными от резины кусками металлической проволоки и мелкими фрагментами синтетического корда. По радиально-щелевому каналу 20 полученная смесь поступает к выгрузному шнеку 21, снабженному средством 22 охлаждения, охлаждается и высыпается из выгрузного отверстия 3 с температурой 30-40^oС. В дальнейшем эта смесь может быть легко разделена на основные компоненты (резиновый порошок, куски проволоки и мелкие волокна или пух, полученные от разрушения волокон синтетического корда) с помощью магнитной и вибровоздушной сепарации.

Все описанные выше варианты выполнения предлагаемого устройства для получения полимерного порошка обеспечивают получение порошка высокого качества из армированных полимерных, в том числе резинотехнических изделий, при высокой производительности, высокой степени отделения полимера от корда и снижении энергоемкости.

Изобретение может быть использовано при переработке отходов полимерных и резинотехнических изделий, армированных металлической проволокой, лентой, прочными волокнами, тканями. Устройство содержит корпус с отверстиями для загрузки и выгрузки. Внутри корпуса помещен уплотняющий шнек со спиральными канавками и вращающийся ротор. Корпус имеет зону уплотнения, зону измельчения. Устройство имеет средства охлаждения шнека, корпуса и ротора. В зоне измельчения на внутренней поверхности корпуса выполнено кольцеобразное углубление с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения. Устройство имеет дополнительный рабочий орган измельчения, выполненный в виде кольцеобразного выступа. Рабочий орган измельчения установлен с образованием кольцеобразного щелевого канала по отношению или к внутренней поверхности кольцеобразного углубления, или к боковой поверхности ротора или с образованием кольцеобразного щелевого канала между кольцеобразными выступами соответственно. Изобретение предусматривает два других варианта его исполнения. Изобретение обеспечивает получение порошка высокого качества, при высокой производительности и снижении энергоемкости. 3 с. и 36 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для получения порошка из полимерного материала, содержащее корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения соосно с уплотняющим шнеком установлен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения, кроме того, устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено кольцеобразное углубление с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения между поверхностью кольцеобразного углубления и боковой поверхностью ротора, и, кроме того, устройство дополнительно снабжено рабочим органом измельчения, расположенным на боковой поверхности ротора со стороны выгрузного отверстия или/и в зоне измельчения на внутренней поверхности корпуса со стороны выгрузного отверстия и выполненным в виде кольцеобразного выступа, при этом рабочий орган измельчения установлен с образованием кольцеобразного щелевого канала по отношению или к внутренней поверхности кольцеобразного углубления, или к боковой поверхности ротора или с образованием кольцеобразного щелевого канала между кольцеобразными выступами соответственно, и, кроме того, устройство дополнительно снабжено средствами охлаждения уплотняющего шнека и/или корпуса в зоне уплотнения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение длин уплотняющего шнека, ротора и протяженности кольцеобразного щелевого канала составляет 1:(0,3-1,5):(0,03-0,3). 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что отношение ширины кольцеобразного щелевого канала к ширине кольцевой форкамеры предварительного разрушения составляет 1: (1,2-15). 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что отношение ширины кольцеобразного щелевого канала к его протяженности составляет (0,01-0,3):1. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что длина кольцевой форкамеры предварительного разрушения составляет не менее 20% от длины ротора. 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что кольцеобразный выступ выполнен с трапециевидным или прямоугольным сечением. 7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса и/или боковая поверхность ротора и/или кольцеобразного углубления выполнена негладкой. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса и/или боковой поверхности ротора и/или кольцеобразного углубления выполнены продольные и/или спиральные канавки. 9. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения, расположенный на боковой поверхности ротора, установлен с возможностью независимого или совместного вращения с ротором. 10. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения, расположенный на внутренней поверхности корпуса, жестко закреплен или установлен с возможностью вращения. 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено выгрузным шнеком, который расположен в зоне измельчения у конца ротора, обращенного в сторону выгрузного отверстия, при этом выгрузной шнек установлен соосно с ротором и с возможностью вращения и снабжен средством охлаждения. 12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения дополнительно снабжен средствами охлаждения. 13. Устройство для получения порошка из полимерного материала, содержащее корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения соосно с уплотняющим шнеком установлен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения, кроме того, устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено рабочим органом измельчения, установленным на боковой поверхности ротора со стороны выгрузного отверстия и выполненным в виде кольцеобразного конусного выступа, причем большее основание этого конуса обращено в сторону выгрузного отверстия, и, кроме того, на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено двухступенчатое кольцеобразное углубление с цилиндрической и конической ступенями, причем цилиндрическая ступень выполнена в области ротора с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения между боковой поверхностью ротора и поверхностью цилиндрической ступени, а коническая ступень выполнена в области кольцеобразного конусного выступа с образованием конусно-щелевого канала между поверхностью конической ступени и поверхностью кольцеобразного конусного выступа, при этом устройство дополнительно снабжено средствами охлаждения уплотняющего шнека и/или корпуса в зоне уплотнения. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что соотношение длин уплотняющего шнека, ротора и протяженности конусно-щелевого канала составляет 1: (0,3-1,5):(0,03-0,3). 15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что отношение диаметра ротора к диаметру большего основания конуса рабочего органа измельчения составляет 1:(1,02-2). 16. Устройство по любому из пп.13-15, отличающееся тем, что отношение диаметра ротора к ширине конусно-щелевого канала составляет 1:(0,003-0,1). 17. Устройство по любому из пп.13-16, отличающееся тем, что отношение ширины конусно-щелевого канала к его протяженности составляет (0,01-0,3):1. 18. Устройство по любому из пп.13-17, отличающееся тем, что отношение ширины конусно-щелевого канала к ширине кольцевой форкамеры предварительного разрушения составляет 1:(1,2-15). 19. Устройство по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что длина кольцевой форкамеры предварительного разрушения составляет не менее 20% от длины ротора. 20. Устройство по любому из пп.13-19, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения установлен с возможностью регулирования ширины конусно-щелевого канала. 21. Устройство по любому из пп.13-20, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения установлен с возможностью независимого или совместного вращения с ротором. 22. Устройство по любому из пп.13-21, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса и/или боковая поверхность ротора и/или двухступенчатого кольцеобразного углубления выполнена негладкой. 23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса и/или на боковой поверхности ротора и/или двухступенчатого кольцеобразного углубления выполнены продольные и/или спиральные канавки. 24. Устройство по любому из пп.13-23, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения дополнительно снабжен средствами охлаждения. 25. Устройство по любому из пп.13-24, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено выгрузным шнеком, который расположен в зоне измельчения у конца ротора, обращенного в сторону выгрузного отверстия, при этом выгрузной шнек установлен соосно с ротором и с возможностью вращения и снабжен средством охлаждения. 26. Устройство для получения порошка из полимерного материала, содержащее корпус с загрузочным и выгрузным отверстиями, внутри которого в зоне уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, а в зоне измельчения соосно с уплотняющим шнеком установлен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с возможностью вращения, кроме того, устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено рабочим органом измельчения, установленным на боковой поверхности ротора со стороны выгрузного отверстия и выполненным в виде кольцеобразного цилиндрического выступа, и, кроме того, на внутренней поверхности корпуса в зоне измельчения выполнено кольцеобразное углубление с двумя цилиндрическими ступенями, при этом первая ступень с меньшим диаметром выполнена в области ротора с образованием кольцевой форкамеры предварительного разрушения между боковой поверхностью ротора и цилиндрической поверхностью первой ступени, а вторая ступень с большим диаметром выполнена в области кольцеобразного цилиндрического выступа с образованием радиально-щелевого канала между торцевой поверхностью второй ступени и торцевой поверхностью кольцеобразного цилиндрического выступа, при этом устройство дополнительно снабжено средствами охлаждения уплотняющего шнека и/или корпуса в зоне уплотнения. 27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что соотношение длин уплотняющего шнека, ротора и протяженности радиально-щелевого канала составляет 1:(0,3-1,5):(0,03-0,3). 28. Устройство по п.26 или 27, отличающееся тем, что соотношение протяженности радиально-щелевого канала и диаметра ротора составляет (0,02-2):1. 29. Устройство по любому из пп.26-28, отличающееся тем, что соотношение ширины радиально-щелевого канала и диаметра ротора составляет (0,003-0,1):1. 30. Устройство по любому из пп.26-29, отличающееся тем, что отношение ширины радиально-щелевого канала к его протяженности составляет 1:(5-100). 31. Устройство по любому из пп.26-30, отличающееся тем, что соотношение ширины радиально-щелевого канала и ширины кольцевой форкамеры предварительного разрушения составляет 1:(1,2-15). 32. Устройство по любому из пп.26-31, отличающееся тем, что длина кольцевой форкамеры предварительного разрушения составляет не менее 20% от длины ротора. 33. Устройство по любому из пп.26-32, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения установлен с возможностью независимого или совместного вращения с ротором. 34. Устройство по любому из пп.26-33, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения установлен с возможностью регулирования ширины радиально-щелевого канала. 35. Устройство по любому из пп.26-34, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса, и/или цилиндрическая поверхность первой ступени кольцеобразного углубления, и/или боковая поверхность ротора выполнена негладкой. 36. Устройство по п.35, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса, и/или на цилиндрической поверхности первой ступени кольцеобразного углубления, и/или на боковой поверхности ротора выполнены продольные и/или спиральные канавки. 37. Устройство по любому из пп.26-36, отличающееся тем, что на цилиндрической поверхности второй ступени кольцеобразного углубления и/или на боковой поверхности кольцеобразного цилиндрического выступа выполнены продольные и/или спиральные канавки. 38. Устройство по любому из пп.26-37, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено выгрузным шнеком, который расположен в зоне измельчения у конца ротора, обращенного в сторону выгрузного отверстия, при этом выгрузной шнек установлен соосно с ротором и с возможностью вращения и снабжен средством охлаждения. 39. Устройство по любому из пп.26-38, отличающееся тем, что рабочий орган измельчения дополнительно снабжен средствами охлаждения.